FI102565B - Menetelmä jäähdytystehon tuottamiseksi - Google Patents

Description

1 102565

Menetelmä jäähdytystehon tuottamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä jäähdytystehon tuottamiseksi yhtä tai useaa rakennusta varten kaukolämpöver-5 kosta energiansa ottavan absorptiokoneikon ja kuuman kaukolämpö veden avulla.

Rakennusten jäähdyttämiseen käytetään nykyään yleisimmin kompressorikoneikkoon perustuvia jäähdytyskoneikko-ja, jotka on hajautettu käyttöpaikoille. Kylmäteho tuote-10 taan niissä sähköllä. Rakennusten jäähdytyksen osuus sähkönkulutuksesta on nykyisin jo varsin merkittävä, esimerkiksi Etelä-Euroopan maissa sähkönkulutuksen huippu on kesällä. Kulutus sattuu lisäksi tuotannon kannalta epäedulliseen ajankohtaan. Sähkön tuotannon yhteydessä väistämättä 15 syntyvälle lämmölle ei ole lämpimän käyttöveden lisäksi juuri muuta käyttöä, vaan se joudutaan lauhduttamaan vesistöihin esimerkiksi merivesilauhduttimilla tai ilmaan jääh-dytystornien avulla.

Jäähdytystehoa pystyttäisiin tuottamaan myös sähkön-20 tuotannon jätelämmöllä ns. absorptiokoneikoissa, joista tunnetuimpia ovat litiumbromidi/vesi- ja ammoniakki/vesi-koneikot. Näillä pystyttäisiin pienentämään sähkönkulutusta ja siten mm. C02-päästöjä sekä saamaan nyt täysin hukkaan menevä jätelämpö hyötykäyttöön.

25 Edullisimmin voitaisiin kylmän tuotanto järjestää ns. kaukokylmäjärjestelmänä, jossa kylmäteho tuotettaisiin keskitetysti voimalaitoksissa ja johdettaisiin käyttäjille putkiverkolla samaan tapaan kuin kaukolämpö. Tällainen tuotantotyyppi voidaan saada kannattavaksi rakennettaessa 30 uusia yhdyskuntia, joiden kaikki jäähdytystä tarvitsevat ] rakennukset liitetään verkkoon. Tällaisen rakentamisen osuus on teollistuneissa maissa kuitenkin pieni ja sen osuus kaikesta rakentamisesta on vähenemässä. Pääosa työstä on nykyään olemassaolevien yhdyskuntien täydennys- ja kor-35 jausrakentamista. Tällöin ei ole mahdollista saada merkit- 2 102565 tävää osaa rakennuksista liittymään kaukokylmään samanaikaisesti, jos alueelle rakennetaan verkko. Pieni liittyjä-määrä ei pysty kattamaan kaukokylmäverkon ja -tuotannon investointikustannuksia ja tämä estää kaukokylmäverkkojen 5 rakentamisen olemassa oleviin yhdyskuntiin.

Saman tapaiseen ongelmaan on törmätty kaukolämpö-verkkoja rakennettaessa. Ratkaisuksi löydettiin siirrettävät lämpökeskukset, joissa tuotettiin lämpöä vain rajoitettua aluetta varten, jolloin jakeluverkon kustannukset jäi-10 vät pieniksi ja ne pystyttiin kattamaan heti. Kun alueita oli saatu liittymään riittävästi, rakennettiin pääverkko, jolla alueet yhdistettiin voimalaitokselle. Siirrettävät lämpökeskukset siirrettiin palvelemaan uusia alueita tai jätettiin toimimaan huippulämpökeskuksina. Jos samaa ajat-15 telutapaa yritetään soveltaa kaukokylmän rakentamiseen, törmätään vaikeuksiin. Pääverkon rakentamiskustannukset tosin jäävät pois, mutta paluuveden käyttö lauhdutusvetenä ei ole mahdollista. Olisi siis käytettävä jäähdytys torneja, pohjavettä tms. Esimerkiksi jäähdytystornien sijoittaminen 20 kaupunkialueille on useimmiten mahdotonta arkkitehtonisista syistä, tilan puutteen takia jne.

Edellä esitettyjä absorptiokoneikkoihin perustuvia laitoksia on kuitenkin jonkin verran rakennettu ja tällaiset järjestelmät ovat teknisesti toimivia, mutta niiden ; 25 kilpailukyky kompressorijäähdytyksen kanssa on kyseenalai nen ja sitä huonompi mitä pienemmäksi käyttötuntimäärä jää, ts. lauhkean ja kylmän ilmaston alueilla, joilla toisaalta kaukolämpöverkot ovat yleisiä. Tämä johtuu siitä, että absorptiolämpöpumpun, jäähdytystornin ja jakeluverkon in-30 vestointikustannukset ovat huomattavasti suuremmat kuin ' vastaavan kompressorikoneikon kustannukset. Vaikka käyttö- energia eli lämpö olisi lähes ilmaista ja kompressorikoneikon käyttämä sähkö kallista, ei käyttökustannusten pieneneminen pysty kattamaan investointikustannuseroa, jos käyttö-35 tuntimäärä ei ole riittävän suuri. Tilannetta pahentaa se, 3 102565 että jäähdytystarpeessa esiintyy erittäin voimakas ja lyhytaikainen kuormitushuippu, josta keskimääräinen kuormitus jäähdytyskaudella on alle puolet. Tämä johtuu siitä, että lauhkealla ja kylmällä vyöhykkeellä mitoittava ulkolämpöti-5 la esiintyy vain muutamana päivänä vuodessa muutaman ilta-päivätunnin ajan. Myöskin keskimääräinen jäähdytys kuorma on lyhytaikaista. Se ei ole ympärivuorokautista kuten lämmitys, vaan rajoittuu keski- ja iltapäivän tunteihin. Kun sähkönkulutuksen huippu on kylmän ja lauhkean vyöhykkeen 10 maissa talvella, ei korkeita investointikustannuksia voida perustella sähkön tuotantokoneiston investointien pienenemisellä kuten lämpimän vyöhykkeen maissa. Niinpä tällaisia laitoksia on esimerkiksi Keski- ja Pohjois-Eurooppaan rakennettu vain muutamia kokeilu- ja tutkimustarkoituksiin, 15 vaikka ne lämpimillä alueilla ovat yleisiä.

Myöskin lämmöntuotannon ja -jakelun investointikustannukset määräytyvät huippukulutuksen perusteella, joka ensi sijassa riippuu ulkolämpötilasta. Mitoittava ulkoläm-pötila esiintyy kuitenkin verrattain harvoin. Esimerkiksi 20 Helsingin mitoituslämpötila on -26 °C. Tätä lämpötilaa esiintyy kuitenkin koko vuodessa keskimäärin alle 18 tunnin ajan. Vastaavasti -20 °C tai sitä alempi lämpötila esiintyy keskimäärin noin 88 tunnin ajan, kun koko lämmityskauden pituus on rakennuksesta riippuen 5000 - 6500 tuntia. Tilan-25 ne on siten hyvin samanlainen kuin kesällä. Lämpötilan pysyvyyskäyrässä on lyhytaikainen korkea huippuarvo.

Lämmöntuotannon ja -jakelun kannalta tilannetta pahentaa kulutuksen vuorokausivaihtelu. Rakennuskannasta noin puolet on sellaisia rakennuksia, jotka eivät ole käy-30 tössä muulloin kuin työaikana. Tällaisten rakennusten il-manvaihto yleensä pysäytetään tai säädetään hyvin pieneksi iltaisin ja viikonloppuina. Kun ilmanvaihdon osuus rakennusten lämmönkulutuksesta on keskimäärin suunnilleen puolet, vaihtelee vuorokautinen lämmönkulutus näissä 35 rakennuksissa jatkuvasti 50 %:n ja 100 %:n välillä. Tämä 4 102565 kasvattaa edelleen lämmön keskimääräisen ja huippukulutuk-sen eroa. Usein myös tällaisen rakennuksen sisälämpötilaa alennetaan silloin kun rakennus ei ole käytössä, mikä edelleen pahentaa tilannetta.

5 Vasta viime vuosina on havaittu, että rakennuksissa suoritetut energiansäästötoimenpiteet ovat edelleen pahentaneet tilannetta. On käynyt niin, että lämmön vuosikulutus on viimeisten 20 vuoden aikana laskenut voimakkaasti. Sen sijaan huippukulutus ei ole laskenut läheskään yhtä paljon. 10 Syitä on useampia. Ehkä tärkein syy on se, että lämmön talteenottoa poistoilmasta ei pystytä käyttämään täydellä teholla huippukuormituksen aikana jäätymisvaaran takia. Toinen tärkeä syy on sisälämpötilan alentaminen kun rakennukset eivät ole käytössä.

15 Lämmöntuotannon ja- jakelun kannalta tilanne on vaikea. Lämpövoimala ja jakeluverkko olisi mitoitettava huippukulutuksen mukaan, mutta niiden keskimääräinen käyttöaste jäisi suunnilleen 25 - 35 %:iin. Tilanne on lisäksi jatkuvasti huononemassa.

20 Käytännössä kallista voimalaa ja jakeluverkkoa ei mitoiteta huippukuormituksen mukaan vaan huomattavasti pienemmälle teholle. Lämmönkulutuksen huipputeho tuotetaan eri puolille jakeluverkkoa rakennetuissa huippulämpökeskuk-sissa, joiden osuus kokonaislämpötehosta voi olla huomatta-25 va. Esimerkiksi Helsingissä huppulämpökeskusten käyttöaste on alhainen, pahimmillaan käyttöaika on vain joitakin kymmeniä tunteja vuodessa. Niissä tuotetun lämmön yksikköhinta on erittäin korkea suurten investointikustannusten takia.

FI-patenttihakemuksessa 954949 on esitetty järjeste-30 ly, jolla jäähdytyksen investointikustannuksia pystytään ·; olennaisesti pienentämään ja samalla parantamaan laitoksen käyttövarmuutta aiempiin sovellutuksiin verrattuna. Em. edut on saatu aikaan leikkaamalla huippukuormitus rakennuksen ilmastointikoneisiin sijoitetulla evaporatiivisella 35 jäähdytyksellä ja tasaamalla kulutuksen vuorokausivaihtelu 5 102565 varustamalla järjestelmä varaajalla, josta kulutushuipun aikana päivällä puretaan tehoa, joka on ladattu varaajaan yöllä, tai muulloin kun kulutusta ei ole tai se on pieni.

Evaporatiivinen jäähdytys ja varsinkin varaaja 5 aiheuttavat tietenkin lisäkustannuksia, jotka kuitenkin ovat huomattavasti pienempiä kuin absorptiolämpöpumpun, jäähdytystornin, putkiston ym. pienenemisen ansiosta saavutettavat säästöt. Ne huonontavat kuitenkin järjestelmän kilpailukykyä kompressorijäähdytykseen verrattuna.

10 FI-patenttihakemuksessa 954950 kuvatulla järjeste lyllä pystytään tasaamaan lämmönkulutuksen vuorokausivaih-telu niin, että järjestelmään kytketyt rakennukset eivät kuluta lämpöä kaukolämpöverkosta lainkaan tai saattavat eräissä tapauksissa jopa pystyä syöttämään kaukolämpöverk-15 koon tehoa silloin kun muissa rakennuksissa on huippukulu-tus. Vastaavasti ne ottavat verkosta tehoa silloin kun muissa rakennuksissa kulutus on pieni. Järjestelmä perustuu kylmätehon varastosäiliön käyttöön myös lämpötehon varastointiin korkeammassa lämpötilassa kuin rakennuksen lämpöä 20 kuluttavien laitteiden lämpötila on. Järjestelmällä pystytään tasoittamaan muiden rakennusten aiheuttamia kuormitus-huippuja ja pienentämään epätaloudellisia huippulämpökeskuksia ja jopa korvaamaan niitä.

Edelleen on FI-patenttihakemuksessa 954951 kuvattu : 25 menetelmä, jonka mukaan ainakin osa ilmastointikoneelta tai muulta jäähdytysenergiaa kuluttavalta laitteelta tulevasta paluuvedestä johdetaan absorptiokoneikkoon tai vastaavaan lauhdutettavaa lämpöä tuottavaan koneikkoon, jossa se sitoo koneikossa syntyvän lauhdu tus lämmön. Etuna on ennen kaikkea 30 se, että järjestelmässä ei joko tarvita lauhduttimia lain-! kaan, tai niiden kokoa ja/tai lukumäärää voidaan ratkaise vasti vähentää aiemmin tunnettuihin ratkaisuihin verrattuna. Absorptiokoneikon kustannukset alenevat huomattavasti, mikä parantaa jätelämmöllä tuotetun jäähdytysenergian 35 kilpailukykyä kompressorijäähdytykseen verrattuna.

β 102565 Näillä toimenpiteillä pystytään absorptiokoneikossa kaukolämmöllä tuotettu kylmäteho saamaan kilpailukykyiseksi kompressorijäähdytyksen kanssa. Eräässä parhaillaan rakenteilla olevassa järjestelmässä pystytään jäähdytyksen huip-5 puteho pienentämään 2 MW:sta 1 MW:iin sekä lämmityksen huipputeho 4 MW:sta 3 MW:iin ja lisäksi siirtämään teho-huippu yöaikaan ja pienentämään lauhdutinteho 4,8 MW:sta 2 MW:iin. Alustavat kustannusvertailut vaikuttavat hyvin lupaavilta.

10 Ongelman muodostavat kuitenkin varaajat. Joskin niiden sijoittaminen keskikaupunkialueelle on jonkin verran helpompaa kuin lauhdutinten sijoittaminen, ei niille aina löydy tilaa. Em. 1 MW:n teholeikkauksesta noin puolet tapahtuu varaajilla, joiden nettotilavuus on 300 m3. Brutto-15 tilavuus on sekoittumisen takia jonkin verran suurempi, ja koska putkitukset yms. vievät jonkin verran tilaa, on tarvittava rakennustilavuus n. 600 m3. Tällaisen tilan löytäminen osoittautuu tiiviisti rakennetuilla keskusta-alueilla usein mahdottomaksi tai liian kalliiksi.

20 Jos varaajia ei pystytä sijoittamaan mihinkään, FI- patenttihakemuksissa 954950 ja 954951 esitetyt edut jäävät saavuttamatta ja FI-patenttihakemuksen 954949 edut saavutetaan vain osittain. Em. esimerkkitapauksessa jäähdytyksen huipputeho pienenisi täten 2 MW:sta 1,5 MW:iin ja lauhdu-25 tinteho 4,8 MW:sta 3,6 MW:iin. Lämmityksen mitoitusteho ei pienenisi lainkaan.

Lisäongelma on kaukolämpöverkon alhainen lämpötila kesällä. Se on yleensä korkeintaan 80 °C, mikä on samalla alhaisin lämpötila, jolla absorptioprosessi saadaan tunnet-30 tuja absorptioaineita ja -koneikkoja käyttäen toimimaan !. niin, että pystytään tuottamaan n. 10 °C jäähdytysvettä.

Erityisen ongelman muodostaa lauhdutusvesi, jonka lämpötila on vaikea saada pysymään riittävän alhaisena nimenomaan huippukuormitustilanteessa. Lauhduttimista tulee kalliita 35 ja suurikokoisia, ts. entistä vaikeampia sijoittaa.

7 102565

Yksinkertaisin ratkaisu näihin ongelmiin olisi nostaa kaukolämpöverkon lämpötilaa, jolloin lauhdutuslämpötilakin voisi olla korkeampi, absorptiokoneikon teho nousisi jne. Näin onkin tehty Göteborgissa, jossa on käytettävissä 5 teollisuuden jätelämpöä. Tämä ei kuitenkaan tule kysymykseen tavallisissa vastapainelaitoksissa, joissa sähkön saanti/polttoaineyksikkö pienenee kaukolämpöveden lämpötilan noustessa. Tämän takia menetettäisiin moninkertaisesti se sähkön säästö, mikä saavutetaan kun kompressori jäähdytys 10 korvataan absorptiojäähdytyksellä.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jonka avulla pystytään eliminoimaan suuri osa aiemmin tunnetun tekniikan heikkouksista ja lisäksi leikkaamaan teho-huippuja sekä lämmitys- että jäähdytystilanteessa silloin-15 kin kun varaajille ei ole tilaa käytettävissä. Tähän on päästy keksinnön mukaisen menetelmän avulla, joka on tunnettu siitä, että absorptiokoneikko mitoitetaan huippukulu-tusta pienemmälle teholle, ja että kulutuksen ylittäessä mitoitustehon absorptiokoneikon keitinosalle menevän veden 20 lämpötilaa nostetaan ulkopuolisen lämmönlähteen tai lämmön- lähteiden avulla.

Keksinnön yksinkertainen perusajatus on nostaa paikallisesti kaukolämpöveden lämpötilaa esimerkiksi kaasuläm-mitteisellä kattilalla tai muulla lämmityslaitteella, jota 25 talvella käytetään huippulämpökeskuksena. Koko kaukolämpö- verkon lämpötilaa ei tällöin tarvitse nostaa, mutta kuitenkin saavutetaan kaikki ne edut, mitä verkon lämpötilan nostolla saavutettaisiin, eli absorptiokoneikon teho nousee, lauhdutusveden lämpötila voi hieman liukua jne. Lisäk-30 si tehohuippua saadaan leikattua talvellakin. Pienikokoinen .* kattila mahtuu yleensä siihen tilaan, mikä säästyy absorp tiokoneikon pienetessä, varsinkin kun oivalletaan, että kattilan hyötysuhteella ei pienen käyttötuntimäärän takia ole käytännön merkitystä. Koko absorptiokoneikkoon menevää 35 vesivirtaa ei tarvitse lämmittää, vaan ainoastaan pieni 102565 8 osavirta huomattavasti korkeampaan lämpötilaan kuin haluttu menolämpötila absorptiokoneikkoon. Sekoittamalla kattilasta tulevaa kuumaa vettä viileämpään kaukolämpöveteen saavutetaan haluttu menoveden lämpötila.

5 Vaikka yleensä pienen käyttötuntimäärän takia savu kaasuja ei kannata jäähdyttää kovin alhaiseen lämpötilaan, jotta kattila saadaan kooltaan pieneksi ja hinnaltaan halvaksi, voidaan tietysti menetellä niinkin, että kattilaan tehdään konvektio-osa, joka kytketään sinänsä tunnetulla 10 tavalla sarjaan tulipesän lämmönsiirtimen kanssa. Tällöin päästään alhaiseen savukaasun lämpötilaan, mikä voi olla merkittävä etu silloin, kun kattilalla on muun käytön takia merkittävästi suurempi käyttötuntimäärä kuin jäähdytyksen huippukuorman leikkaaminen vaatisi.

15 Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkem min oheisessa piirustuksessa kuvattujen sovellutusesimerkkien avulla, jolloin kuvio 1 esittää kaaviokuvana esimerkkiä tunnetun tekniikan mukaisesta ratkaisusta, 20 kuvio 2 esittää kaaviokuvana keksinnön ensimmäistä sovellutusmuotoa, kuvio 3 esittää kaaviokuvana keksinnön toista sovellutusmuotoa, kuvio 4 esittää kaaviokuvana keksinnön mukaista 25 kolmatta sovellutusmuotoa, kuvio 5 esittää kaaviokuvana keksinnön mukaista neljättä sovellutusmuotoa, kuvio 6 esittää kaaviokuvana keksinnön mukaista viidettä sovellutusmuotoa, ja 30 kuvio 7 esittää kaaviokuvana keksinnön mukaista I. kuudetta sovellutusmuotoa.

Kuviossa 1 on esitetty esimerkki tunnetuista ratkaisuista. Kuvion 1 mukaisen ratkaisun toiminta on periaatteessa seuraava. Kaukolämmön tuloputkesta 1 otetaan putken 35 2 kautta kuumaa vettä absorptiokoneikon keitinosaan 5 ja 9 102565 palautetaan putken 4 kautta kaukolämpöverkon paluuputkeen 3. Säädettävyyden takia keitin 5 on yleensä varustettu kiertopumpulla 6 ja säätöventtiilillä 7. Jäähdyke höyryste-tään keittimessä 5 kuumalla kaukolämpövedellä erilleen ab-5 sorptioaineesta. Jäähdyke johdetaan lauhduttimeen 8, jossa se jäähdytetään niin, että se nesteytyy. Lauhduttimelta 8 jäähdyke johdetaan haihduttimeen 9 ja samalla alennetaan painetta niin, että jäähdyke höyrystyy, jolloin lämpötila laskee ja jäähdyttää rakennuksen jäähdytysjärjestelmän 10 kiertovettä. Haihduttimelta 9 jäähdyke johdetaan absorbe-riin 10, jonne johdetaan myös keittimeltä 5 absorptioaine lämmönsiirtimen 11 kautta. Jäähdyke imeytetään absorberissa 10 absorptioaineeseen, jolloin vapautuu reaktiolämpöä. Absorptioaineen ja jäähdykkeen muodostama liuos esilämmite-15 tään lämmönsiirtimessä 11 ja pumpataan pumpulla 12 korkeammassa paineessa keittimeen 5.

Absorptiokoneikon keittimeen 5 ja haihduttimeen 9 tuodaan ulkoista lämpöä, joka on johdettava pois, jotta koneikko toimisi jatkuvasti. Jäähdytykseen käytetään yleen-20 sä vettä, joka johdetaan lämmenneenä absorberilta 10 putken 13 kautta jäähdytystornille 14, jossa se jäähdytetään eva-poratiivisesti. Luonnollisesti voidaan kuitenkin käyttää myös esimerkiksi merivesilauhdutinta tai muuta sinänsä tunnettua laitetta. Jäähdytystornilta 14 vesi pumpataan ' ' 25 putken 15 kautta absorptiokoneikon lauhduttimelle 8 ja sieltä jonkin verran lämmenneenä absorberille 10 putken 16 kautta ja sieltä takaisin jäähdytystornille 14. Haihduttimessa 9 jäähtynyt rakennuksen jäähdytysvesi johdetaan putken 33 kautta rakennuksen jäähdytysvesiverkkoon, josta se 30 palaa lämmenneenä putken 32 kautta haihduttimelle 9.

Rakennuksessa on useimmiten paljon jäähdytysvettä käyttäviä laitteita, mutta selvyyden vuoksi kuviossa 1 on esitetty vain yksi ilmastointikone. Jäähdytysvesi virtaa säätöventtiilin 18 kautta lämmönsiirtimelle 23, jolla jääh-35 dytysteho siirretään ilmastointikoneen lämmönsiirtopiiriin, 102565 10 josta se palautetaan pumpun 20 avulla joko säätöventtiilin 18 kautta takaisin lämmönsiirtimelle 23 tai lauhduttimelle 9. Lämmönsiirrintä 23 ei välttämättä tarvita, vaan jäähdytysvesi voidaan syöttää suoraankin kiertovesiputkeen 21 tai 5 jopa suoraan jäähdytyspatterille 19, jos talteenottopatte-ria 22 ja siis kiertovesipiiriä ei ilmastointikoneessa ole.

Edellä kuvatulla ratkaisulla on ne epäkohdat, jotka on esitetty aiemmin tunnettua tekniikkaa kuvaavassa yleisessä osassa.

10 Kuviossa 2 on esitetty keksinnön ensimmäinen edulli nen sovellutusmuoto. Kuviossa 2 on vastaavissa kohdissa käytetty samoja viitenumerolta kuin kuviossa 1.

Absorptiokoneikko mitoitetaan nyt siten, että se toimii tiettyyn kuormitukseen asti edellä esitetyllä taval-15 la. Esimerkiksi aiemmin selostetussa esimerkkitapauksessa koneikko toimisi tavanomaisella tavalla 1,0 MW:n tehoon asti eli 90 - 95 % kokonaiskäyttötuntimäärästä. Tyypilliset lämpötilat voisivat tällöin olla

20 Kaukolämpö menovesi putkessa 2 80 °C

paluuvesi putkessa 4 70 °C

Jäähdytys menovesi putkessa 33 10 °C

paluuvesi putkessa 32 20 °C 25

Lauhdutus menovesi putkessa 15 22 °C

paluuvesi putkessa 13 35 °C.

Kuormituksen edelleen kasvaessa absorptiokoneikon 30 teho ei enää riitä. Tällöin kattilan 26 poltin ja pumppu 6 käynnistyvät ja venttiili 7 alkaa päästää kaukolämpö vettä kattilaan 26, jossa se lämpenee ja palaa takaisin kaukolämmön tuloputkeen 2. Keittimen 5 lämpötila nousee, jolloin absorptiokoneikon teho nousee ja myös lauhduttimen 8 lämpö-35 tila voi liukua ylöspäin. Kuormituksen edelleen noustessa 102565 11 venttiili 7 jatkaa avautumista, kunnes huippukuormitusti-lanteessa kaikki keittimen 5 vaatima vesi kulkee kattilan 26 kautta. Tyypilliset lämpötilat voisivat tällöin olla esimerkiksi 5

Kaukolämpö menovesi putkessa 2 90 °C

paluuvesi putkessa 4 80 °C

Jäähdytys menovesi putkessa 33 10 °C

10 paluuvesi putkessa 32 20 °C

Lauhdutus menovesi putkessa 15 26 °C

paluuvesi putkessa 13 38 °C.

15 Voidaan myös menetellä siten, että venttiili 7 syöt tää vain osan keittimen 5 tarvitsemasta kaukolämpövedestä kattilaan 26, jossa vesi tällöin lämmitetään korkeampaan lämpötilaan. Jos vesi kattilassa 26 lämpiää esimerkiksi 170 °C:seen, kattilaan 26 tarvitsee syöttää vain 12,5 % 20 keittimeen 5 syötettävästä vesimäärästä.

Kuvion 2 esimerkissä kaukolämpövesi kiertää kattilan 26 kautta. Voidaan tietysti menetellä myös kuvion 3 mukaisesti siten, että kaukolämpöveden lämpötilaa nostetaan lämmönsiirtimellä 27, jolloin säätöventtiili 28 ja pumppu : 25 29 voivat olla kuvion 3 mukaisesti lämmityskattilan kierto- vesipiirissä. Tällainen ratkaisu on erityisen käyttökelpoinen silloin kun lämmönlähde on jokin muu kuin lämmityskattila, esimerkiksi aurinkokerääjä, lämpöpumppu tms, jolloin lämpöä kuljettava neste ei useinkaan ole vettä.

30 Myöskin lämmönsiirrin voidaan mitoittaa suuremmalle ! lämpötilaerolle ja pienemmälle virtaamalle käyttäen samaa kytkentäperiaatetta kuin kuviossa 2, jossa kattila 26 korvataan lämmönsiirtimellä 27, johon tietysti liittyvät mm. säätöventtiili 28 ja pumppu 29 kuvion 3 mukaisesti.

35 12 102565

Kuviossa 4 on esitetty sovellutusmuoto, jota käyttäen keittimen 4 lämpötilaa voidaan nostaa huippukuormitus-tilanteessa enemmän kuin kuvioiden 2 ja 3 esimerkeissä kuitenkaan kasvattamatta energiankulutusta. Laitteisto toimii 5 siten, että suurella kuormituksella venttiili 7 sulkee kaukolämpöveden oton tuloputkesta 2 kokonaan, jolloin keitin toimii pelkästään lämmönsiirtimen 27 avulla tuodulla lämpöenergialla. Lämpötila riippuu tällöin pelkästään pumpun 29 kierrättämän lämmönsiirtonesteen lämpötilasta. Siten 10 esimerkiksi seuraavat lämpötilat ovat helposti järjestettävissä.

Menovesi lämmönsiirtimen 27 jälkeen 105 °C Paluuvesi ennen pumppua 6 95 °C.

15

Paluuveden lämpötila voi siis olla korkeampi kuin kaukolämpöveden tulolämpötila 80 °C putkessa 2. Lämpötilaeron 10 °C ei tarvitse välttämättä kasvaa, jos esimerkiksi lauhduttimen 8 lämpötilan annetaan huomattavasti nousta. 20 Yleensä kuitenkin keittimen 5 lämpötilaa nostetaan absorp-tiokoneen tehon nostamiseksi, joten joko keittimen 5 tuloja paluuveden lämpötilaero tai vesivirta pumpun 6 kautta kasvaa.

Kuviossa 5 on esitetty sovellutus, jossa vain osa • 25 pumpun 6 vesivirrasta ohjataan venttiilillä 30 lämmönsiir timen 27 kautta. Varsinkin silloin, kun lämmönlähde on kattila, päästään näin useimmiten kokonaiskustannuksiltaan edullisimpaan ratkaisuun.

Kuvioiden 2-5 sovellutuksissa on esitetty vain 30 jäähdytystilannetta koskevia esimerkkejä. Kaikkiin niihin I voidaan tehdä talvikäyttöä varten ohituskytkentä noudattaen kuviossa 6 esitettyä periaatetta. Siinä pumppu 6 ottaa putken 4 kautta vettä 40-55 °C:een lämpötilassa kaukolämpöverkon paluuputkesta 3. Vesi ohjataan venttiileillä 7 ja 35 30 lämmönsiirtimelle 27, jossa se lämpiää esimerkiksi 13 102565 100 °C:een, jonka jälkeen se ohjataan venttiilillä 31 putken 2 kautta kaukolämpöverkon tuloputkeen 1.

Kuvioiden 2 ja 3 sovellutuksilla pystytään leikkaamaan halutulla tavalla jäähdytys- ja lämmitystehoa, mutta 5 vain rajoitetusti lauhdutustehoa. Sensijaan kuvioiden 4 -6 sovellutuksissa keittolämpötila keitinosassa 5 ei ole rajoitettu. Tällöin lauhdutusosan 8 lämpötila voi myös nousta runsaammin, joka sinänsä jo nostaa jäähdytystornin 14 tehoa. Toisinaan voi olla järkevää lähinnä putkistokus-10 tannusten pienentämiseksi kasvattaa vesivirtaa lauhdutin-osassa 8 ja absorptio-osassa 10, mutta järjestää kuvion 7 mukaisesti ohitusventtiili 34 ja ohjata osa vesivirrasta jäähdytystornin 14 ohi.

Keksinnön avulla on siis mahdollista saavuttaa samat 15 jäähdytys-, lämmitys- ja lauhdutustehon leikkaukset kuin säiliöillä aiemmin kerrotussa esimerkkitapauksessa. Tähän tarvitaan 2,1 MW:n tehoinen lämmönlähde, joten lämmityksen huipputeho pienenee 4 MW:sta 1,9 MW:iin. Lämmön tuottamiseen joudutaan tosin useimmiten käyttämään polttoainetta, 20 mutta huipputeho sekä jäähdytys- että lämmitystilanteessa on käytössä lyhyen ajan, yhteensä varmasti alle 100 tuntia vuodessa, joten käyttökustannukset eivät ole kohtuuttomat. Teholtaan 2 MW olevan kattilan tyypilliset mitat ovat 4 x 2,2 x 2,5 m (pituus x leveys x korkeus) eli tällainen kat-• 25 tila mahtuu siihen tilaan, jolla se pienentää absorptioko- neikon kokoa. Joka tapauksessa tilantarve on alle kymmenesosa säiliöiden vaatimasta tilasta.

Keksinnön mukaisella menetelmällä on siis mahdollista saavuttaa ne suoritusarvot, jotka saavutetaan FI-patent-30 tenttihakemuksissa 954949, 954950 ja 954951 kuvatuilla I ratkaisuilla, mutta ratkaisun toteuttamisessa ei tarvita em. patenttihakemuksissa mainittujen säiliöiden vaatimaa lisätilaa. Lisäkustannuksia aiheuttaa polttoaineen kulutus sekä kattilan tai muun lämmönlähteen huolto. Koska käyttö-35 tuntimäärä on kuitenkin alhainen, nämä tuskin yleensä ovat 14 102565 ainakaan suuremmat kuin tilansäästöstä aiheutuvat säästöt. Lämmityskattilan investointikustannukset näyttävät olevan jonkin verran alemmat kuin säiliöiden investointikustannukset. Kokonaiskustannukset ovat siten korkeintaan samaa 5 tasoa kuin em. patenttihakemuksissa kuvatuilla ratkaisulla ja niissä luetellut edut saavutetaan myöskin silloin, kun säiliöiden vaatimaa tilaa ei ole käytettävissä. Tärkeimmät näistä eduista ovat: -absorptiojäähdytyksen investointikustannusten olen-10 nainen aleneminen jäähdytyksen huippukuorman leikkauksella, jonka seurauksena absorptiolämpöpumppu, lauhduttimet, putkistot jne pienenevät olennaisesti aiemmin tunnettuihin ratkaisuihin verrattuna -lämmityksen kuormitushuipun leikkaaminen noin puo-15 leen, joka merkitsee investointien olennaista pienenemistä huippulämpökeskuksiin ja kaukolämmön jakeluverkkoon.

On lisäksi huomattava, että kun absorptiokoneikon nimellisteho pienenee, sen säädettävyysalue ulottuu huomattavasti pienempiin tehoihin kuin konventionaalisissa jär-20 jestelmissä.

Keksintöä on kuvattu edellä muutaman esimerkin avulla. On huomattava, että oheisia esimerkkejä ei ole mitenkään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa 25 täysin vapaasti. Kaikissa kuvioissa on esimerkiksi esitetty yksi absorptiokoneikko ja yksi kattila. Molempia voi tietysti olla useampiakin käyttövarmuuden parantamiseksi, sijoitettavuuden helpottamiseksi tai muista syistä. Edelleen on esimerkiksi kuviossa 7 esitetty tehtäväksi 30 jäähdytystornin 14 ohituskytkentä sijoittamalla absorptio- osan 10 jälkeiseen putkeen 13 venttiili 34, joka ohjaa osan vesivirrasta jäähdytystornin 14 ohi putkeen 15. Venttiili 34 voidaan eräissä tapauksissa sijoittaa myös putkeen 16 ohjaamaan osa vesivirrasta sekä absorptio-osan 10 että 35 jäähdytystornin 14 ohi putkeen 15. Samoin voidaan kuvion 6 • 15 102565 kesä-/talvikytkennässä korvata esimerkiksi venttiili 31 keitinosan 5 meno- ja paluuputkiin sijoitetuilla s-ulkuventtiileillä, ohittaa talvikäytössä venttiilit 7 ja 30 jne. Yleensäkin voidaan kaikissa esimerkeissä esitetyt 3-5 tieventtiilit korvata 2-tieventtiileillä, järjestää kaikkien meno- ja paluuputkien välille shunttausmahdollisuus jne. On tietysti selvää, että yhdistelmä, jossa tehohuippua leikataan sekä rakennuksen ilmastointikoneisiin kuuluvalla evaporatiivisella jäähdytyksellä että absorptiokoneikon 10 keitinosan lämpötilaa nostamalla kuuluu keksinnön piiriin, samoin kuin varaajien käyttö tehohuipun osittaiseen leikkaukseen keitinosan lämpötilan noston ohella. Samoin keksinnön piiriin kuuluu kaukolämmön paluuputken 3 suojaus silloin kun lämpölaajenemisen tai muun syyn takia paluulämpö-15 tilalla on sallittu maksimiarvo. Tämä voidaan tehdä monella tavalla, esimerkiksi ohjaamalla absorptiokoneikon keitin-osalta 5 palaava vesi kaukolämmön tuloputkeen tai lopettamalla kaukolämpöveden otto kokonaan kuvion 4 yhteydessä esitetyllä tavalla kun paluuveden lämpötila nousee yli 20 sallitun maksimiarvon. Paluuvettä voidaan myöskin jäähdyttää esimerkiksi paluuputkeen 4 sijoitetun varaavan käyttöveden lämmönsiirtimen avulla tai jollain muulla sopivalla tavalla. Kaikki tällaiset sinänsä tunnetut kytkennät ja sovitelmat kuuluvat siis keksinnön piiriin.

• «

Claims (9)

1. Menetelmä jäähdytystehon tuottamiseksi yhtä tai useaa rakennusta varten kaukolämpöverkosta energiansa otta- 5 van absorptiokoneikon (5, 8, 9, 10) ja kuuman kaukolämpöve-den avulla, tunnettu siitä, että absorptiokoneikko (5, 8, 9, 10) mitoitetaan huippukulutusta pienemmälle teholle, ja että kulutuksen ylittäessä mitoitustehon absorptiokoneikon keitinosalle (5) menevän veden lämpötilaa nos- 10 tetaan ulkopuolisen lämmönlähteen (26, 27) tai lämmönläh-teiden avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vain osa absorptiokoneikon keitinosalle (5) menevästä vedestä johdetaan ulkopuoliseen läm- 15 mönlähteeseen (26, 27), jossa se lämmitetään korkeampaan lämpötilaan kuin haluttu menolämpötila keitinosaan (5) ja johdetaan takaisin sekoittumaan lämmittämättömän vesiosan kanssa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- 20. e t t u siitä, että kulutuksen lähestyessä huippuarvoa kaukolämpöveden tulo suljetaan kokonaan ja ulkopuolisella lämmönlähteellä (26, 27) lämmitetään absorptiokoneikon kei-tinosalta (5) palaavaa vettä, joka lämmityksen jälkeen palautetaan takaisin keitinosaan (5).

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukai nen menetelmä, tunnettu siitä, että absorptiokoneikon (5, 8, 9, 10) mitoitusarvon ylittymisen jälkeen nostetaan myös lauhdutinosalle (8) tulevan lauhdutusveden lämpötilaa.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukai- nen menetelmä, tunnettu siitä, että osa huippukulu-tuksesta peitetään rakennuksessa tai rakennuksissa oleviin ilmastointikoneisiin kuuluvalla evaporatiivisella jäähdytyksellä. 35 102565

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osa huippukulu-tuksesta peitetään absorptiokoneikon yhteyteen rakennetulla varaajalla.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukai nen menetelmä, tunnettu siitä, että osa lauhdutin-ja absorptio-osien (8, 10) jäähdytykseen tarvittavasta vedestä johdetaan lauhdutinosan (8) tai absorptio-osan (10) jälkeen jäähdytystornin (14) tai vastaavan jälkeiseen tulo- 10 vesiputkeen (15) .

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ulkopuolista lämmön lähdettä (26, 27) käytetään rakennuksen tai rakennusten ja/tai niiden tarvitseman ilmanvaihtoilman lämmittämi- 15 seen.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitettäessä absorbtiokoneikon keitinosalle (5) menevää vettä ulkopuolisella lämmönlähteellä (26, 27), keitinosalta (5) palaava 20 vesi ohjataan kaukolämpöverkon tulopuolelle (1). «· · ' » * ' 18 102565