NL2012338B1 - Warmtedistributiesysteem en werkwijze. - Google Patents

Description

P103950NL00

Titel: Warmtedistributiesysteem en werkwijze

De uitvinding heeft betrekking op een warmtedistributiesysteem.

Warmtedistributiesystemen zijn in de praktijk in diverse varianten bekend.

Zo is een stadsverwarmingsnetwerk bekend, dat is ingericht voor levering van warmte aan een relatief groot aantal gebouwen in een relatief groot gebied. Het stadsverwarmingsnetwerk omvat een leidingnetwerk om een warmtetransportmedium (bijvoorbeeld water) te circuleren, alsmede ten minste een verwarmingsinrichting om aan de gebouwen toe te voeren warmtetransportmedium naar een relatief hoge verwarmingstemperatuur (bijvoorbeeld meer dan circa 60 °C, in het bijzonder ten minste circa 70 °C) te brengen. Een degelijk netwerk kan bijvoorbeeld gebruikmaken van afval-of restwarmte van een centrale verwarmingsinrichting, bijvoorbeeld een elektriciteitscentrale en/of afvalverbrandingsinrichting. Stadsverwarming (e. ‘district heating’) kan zo een efficiënte en milieuvriendelijke warmtedistributie bieden, waarbij kan worden vermeden dat de diverse gebouwen elk van een aparte verwarmingsinrichting zijn voorzien voor verwarming van ruimtes in de gebouwen. In de praktijk kunnen meer dan 100 gebouwen op een dergelijk netwerk zijn aangesloten, bijvoorbeeld meer dan 1000. Ten minste enkele van op het netwerk aangesloten gebouwen kunnen zich op relatief grote afstand van elkaar bevinden, bijvoorbeeld meer dan 500 m, in het bijzonder meer dan 1 km, hemelsbreed gemeten. Het bijbehorende leidingnetwerk kan zich over bijbehorende relatief grote afstanden bijvoorbeeld (> 1 km) uitstrekken.

Een alternatief systeem omvat een lokaal warmtekoudeopslagsysteem dat nabij een of meer gebouwen is opgesteld (bijvoorbeeld hemelsbreed in hoofdzaak op een afstand van minder dan 200 m) voor het leveren van warmte en/of koude aan die gebouwen. Een dergelijk lokaal warmtekoudeopslagsysteem is doorgaans voorzien een lokale, ondergrondse warmtebron en een lokale, ondergrondse koudebron.

Genoemde bronnen kunnen bijvoorbeeld aquifers zijn. De bronnen kunnen zich bijvoorbeeld op een diepte in het bereik van circa 10 - 500 m bevinden, gemeten vanaf het bodem oppervlak. De wamtebron en koudebron van hetzelfde warmtekoudeopslagsysteem bevinden zich doorgaans dicht bij elkaar, bijvoorbeeld met een maximale tussenafstand (hemelsbreed gemeten) van minder dan 500 m, in het bijzonder minder dan 200 m. Het warmtekoudeopslagsysteem kan zijn ingericht om een bijbehorend gebouw in de zomer (en/of tijdens een andere warme periode) te koelen en in de winter (en/of tijdens een andere koude periode) te verwarmen.

Het bekende lokale warmtekoudeopslagsysteem (WKO-systeem) kan zijn voorzien van middelen, bijvoorbeeld pompmiddelen en een of meer transportleidingen, om een warmteopslagmedium (bijvoorbeeld water, in het bijzonder bronwater, grondwater) tussen de warmtebron en koudebron te transporteren. Verder kan het warmtekoudeopslagsysteem zijn ingericht om warmte uit het warmteopslagmedium te onttrekken ten behoeve van verwarming van een gebouw. Bovendien of alternatief kan het warmtekoudeopslagsysteem zijn ingericht om warmte aan het warmteopslagmedium toe te voeren ten behoeve van koeling van het gebouw. Het aan een genoemde bron toevoeren van warmte kan leiden tot een uitdijing van de bron (i.e. vergroting van een respectieve warmtebel), en/of tot temperatuurverhoging van de bron. Aan de andere kant kan het van een genoemde bron afvoeren van warmte leiden tot het krimpen van de bron (i.e. verkleining van een respectieve warmtebel), en/of tot temperatuurverlaging van de bron, of juist tot een vergroting van de bron indien het om de koude-bron gaat.

Dergelijke lokale systemen werken doorgaans met relatief lage brontemperaturen, waarbij de temperatuur van zich in de warmtebron bevindend warmteopslagmedium bijvoorbeeld niet hoger mag zijn dan een bepaalde drempelwaarde, bijvoorbeeld circa 25 °C. De temperatuur van zich in de koudebron bevindend warmteopslagmedium is doorgaans enkele graden lager dan zich in de wamtebron bevindend warmteopslagmedium, en kan bijvoorbeeld een temperatuur in het bereik van circa 1-10 °C zijn. Optioneel kan het warmtekoudeopslagsysteem zijn voorzien van een warmtepomp, om relatief hoge verwarmingstemperaturen te bereiken, althans een verwarmingtemperatuur die bijvoorbeeld ten minste 10 °C hoger is dan de temperatuur van de warmtebron.

Zoals genoemd is het warmtekoudeopslagsysteem een lokaal systeem, dat nabij het gebouw dient te zijn opgesteld ten behoeve van koeling en/of verwarming van het gebouw. Het warmtekoudeopslagsysteem biedt een bijzonder milieuvriendelijke, duurzame oplossing voor het koelen, verwarmen, of beide, van een gebouw.

Een belangrijk nadeel van het warmtekoudeopslagsysteem is dat de warmtebron en koudebron in onbalans kunnen geraken. Zo bestaat in het bijzonder de kans dat de temperatuur van de warmtebron in de loop van de tijd, bijvoorbeeld tijdens of na een of meer gebouwkoelingsperiodes, te hoog wordt, althans hoger dan een gewenste of voor geschreven maximum waarde. Naast of in plaats van temperatuurverhoging kan de omvang van de warmtebron, door het daaraan toevoeren van een bepaalde hoeveelheid warmte, te groot worden (bijvoorbeeld in het geval van een aquifer-bron). In het bijzonder blijkt in de praktijk dat gedurende elke gebouwkoelingsperiode (bijv. zomer) meer warmte door het systeem de bodem wordt ingebracht dan de hoeveelheid warmte die gedurende elke gebouwverwarmingsperiode (bijv. winter) door hetzelfde systeem weer uit de bodem wordt onttrokken. Dit probleem wordt vergroot indien verschillende warmtekoudeopslagsystemen (voor thermische conditionering van verschillende gebouwen) in de nabijheid van elkaar zijn geplaatst. In dat geval dreigt extra risico van een ongewenste opwarming van de bodem, door de aanwezigheid van een relatief groot aantal ondergrondse warmtebronnen binnen een klein gebied. Een consequentie is dat op termijn een gewenste duurzame koeling minder goed zal functioneren (lager financieel rendement), naast een dalend milieurendement.

De eigenaren of exploitanten van grote gebouwen zullen bovendien eerder in de gelegenheid zijn om te investeren in WKO-systemen. Gezien de beperkte capaciteit van de ondergrond, in combinatie met het overschot aan warmte waar veel grote gebouwen mee kampen, worden de mogelijkheden voor duurzame koeling van kleinere gebouwen ernstig beperkt. Ook dat is niet bevorderlijk voor een gezamenhjke, gebiedsgebonden aanpak van verduurzaming. De behoefte aan koeling moet dan op niet-duurzame manier worden ingevuld.

De onderhavige uitvinding beoogt een verbeterd, in het bijzonder efficiënt en uit economisch oogpunt extra voordelig, warmtedistributiesysteem.

Volgens een aspect van de uitvinding wordt het systeem hiertoe gekenmerkt door de maatregelen van conclusie 1.

Op voordelige wijze omvat het warmtedistributiesysteem: -een stadsverwarmingsnetwerk voor levering van warmte aan eerste gebouwen, waarbij het stadsverwarmingsnetwerk een leidingnetwerk omvat om een warmtetransportmedium te circuleren, en van ten minste een verwarmingsinrichting om aan de eerste gebouwen toe te voeren warmtetransportmedium naar een relatief hoge verwarmingstemperatuur te brengen; en -ten minste één lokaal warmtekoudeopslagsysteem dat is geassocieerd met ten minste een tweede gebouw voor het leveren van warmte en/of koude aan dat ten minste tweede gebouw, waarbij het lokale warmtekoudeopslagsysteem is voorzien een lokale, ondergrondse warmtebron en een lokale, ondergrondse koudebron; waarbij het warmtedistributiesysteem is voorzien van warmteoverdrachtmiddelen die zijn ingericht voor warmte-uitwisseling tussen het lokale warmtekoudeopslagsysteem en het stadsverwarmingsnetwerk.

Op deze manier kan een zeer efficiënt, milieuvriendelijk warmtedistributiesysteem worden verkregen, dat niet alleen de voordelen van WKO en stadsverwarming als zodanig kan bieden, maar tevens het extra voordeel kan bereiken dat WKO-onbalans op zeer gunstige wijze kan worden vermeden of ongedaan gemaakt.

Zo kunnen de warmteoverdrachtmiddelen bijvoorbeeld zijn ingericht om warmte direct of indirect uit een warmtebron van het WKO-systeem af te voeren en aan het stadsverwarmingsnetwerk toe te voeren, bijvoorbeeld een aan hoge-temperatuurleiding van dat netwerk. Op deze manier kan enerzijds een bijdrage geleverd worden aan het verwarmen van door die hoge-temperatuur leiding stomend warmtetransportmedium. Anderzijds kan de warmtebron zo wat worden afgekoeld om te vermijden dat die bron een ongewenst hoge temperatuur bereikt.

Voorts kunnen de warmteoverdrachtmiddelen bijvoorbeeld zijn ingericht om warmte direct of indirect uit een koudebron van het WKO-systeem af te voeren en aan het stadsverwarmingsnetwerk toe te voeren, bijvoorbeeld een aan hoge-temperatuurleiding van dat netwerk.

In een nadere uitwerking kan de configuratie zodanig zijn, dat een via de warmteoverdrachtmiddelen afgevoerde warmte leidt tot afkoeling van zowel een warmtebron als koudebron van het WKO-systeem. Daarnaast kan het afvoeren van warmte leiden tot een verkleining van de bron (in het bijzonder de warmtebron), in het bijzonder indien de bron een aquifer-bron is. In het geval van de koudebron kan warmteafvoer leiden tot vergroting van die bron.

Volgens een extra voordelige uitvoering omvatten de warmteoverdrachtmiddelen ten minste een warmtepomp. Op deze manier kan een relatief groot temperatuurverschil tussen de bronnen van het WHO-systeem enerzijds en door het stadsverwarmingsnetwerk stromend warmtetransportmedium anderzijds worden overbrugd.

Bij voorkeur is de warmtepomp een door thermische energie aandrijfbare warmtepomp. Zo kan met veel voordeel, volgens een aspect, een absorptiekoelmachine als warmtepomp worden ingezet, hetgeen tot een extra efficiënte uitvoering leidt. Zo kan de absorptiekoelmachine worden ingezet om warmte uit een WKO-systeem af te voeren.

Zoals algemeen bekend is, wordt een absorptiewarmtepomp aangedreven door thermische energie, bijvoorbeeld thermische energie afkomstig van een bij die warmtepomp horende verbrandingsinrichting of stoomgenerator. Volgens een alternatieve uitvoering van het onderhavige warmtedistributiesysteem wordt de absorptiekoelmachine aangedreven onder gebruikmaking van door het stadsverwarmingsnetwerk aan die machine geleverde warmte. De door het stadsverwarmingsnetwerk aangedreven absorptiekoelmachine kan een of meer bronnen (warmte- en/of koude bron) van het WKO-systeem koelen, en tegelijkertijd een bij het WKO-systeem behorende gebouw van warmte voorzien.

De genoemde warmtepomp kan ook een ander type warmtepomp omvatten, bijvoorbeeld een door elektrische energie aangedreven (mechanische) warmtepomp, een adsorptiewarmtepomp, een hybridewarmtepomp, hetgeen de vakman duidelijk zal zijn.

Voorts biedt de uitvinding een werkwijze voor het distribueren van warmte, bijvoorbeeld onder gebruikmaking van een systeem volgens de uitvinding, de werkwijze omvattende: - levering van warmte aan eerste gebouwen door een stadsverwarmingsnetwerk; -leveren van warmte en/of koude aan ten minste een tweede gebouw door ten minste één lokaal warmtekoudeopslagsysteem dat is geassocieerd met dat gebouw; en -overdracht van warmte tussen het lokale warmtekoudeopslagsysteem en het stadsverwarmingsnetwerk.

Op deze manier kunnen bovengenoemde voordelen worden bereikt. Volgens een nadere uitwerking van de werkwijze wordt warmte vanuit het lokale warmtekoudeopslagsysteem aan het stadsverwarmingsnetwerk overgedragen, bijvoorbeeld om een lokale, ondergrondse warmtebron en/of een lokale, ondergrondse koudebron van het warmtekoudeopslagsysteem af te koelen en/of te verkleinen (in het geval van de warmtebron).

Indien een warmtepomp wordt toegepast (in het bijzonder een absorptiewarmtepomp) kan warmte vanuit het stadsverwarmingsnetwerk worden gebruikt om die warmtepomp aan te drijven, waarbij de warmtepomp is geassocieerd met het lokale warmtekoudeopslagsysteem.

Nadere voordelige uitwerkingen van de uitvinding zijn beschreven in de volgconclusies. De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van een aantal niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden en de tekening. Daarin toont:

Figuur 1 schematisch een conventioneel stadsverwarmingsnetwerk;

Figuur 2A schematisch een warmtekoudeopslagsysteem;

Figuur 2B schematisch een nadere uitwerking van een warmtekoudeopslagsysteem;

Figuur 3 een uitvoeringsvoorbeeld van een systeem volgens de uitvinding, tijdens een WKO-warmteafvoerfase; en

Figuur 4 een warmtedistributie-schema volgens een nadere uitvoering van de uitvinding.

Gelijke of overeenkomstige maatregelen worden in deze octrooiaanvrage met gelijke of overeenkomstige verwijzingstekens aangeduid.

Figuur 1 toont schematisch een voorbeeld van een stadsverwarmingsnetwerk N. Het netwerk N is ingericht voor de voor levering van warmte aan eerste gebouwen Gl, waarbij het stadsverwarmingsnetwerk N een leidingnetwerk omvat om een warmtetransportmedium te circuleren. Het leidingnetwerk kan bijvoorbeeld een aantal aanvoerleidingen 1 omvatten, retourleidingen 2, en pompmiddelen voor door het netwerk circuleren van een warmtetransportmedium. Voorts kan het stadsverwarmingsnetwerk N zijn voorzien van een of meer verwarmingsinrichtingen T het, aan de eerste gebouwen Gl via het netwerk toe te voeren, warmtetransportmedium (bijvoorbeeld water) naar een relatief hoge verwarmingstemperatuur te brengen. Zoals genoemd kan en dergelijke verwarminsgtemperatuur bijvoorbeeld hoger dan 60 °C zijn. De eerste gebouwen Gl kunnen elk zijn voorzien van te verwarmen ruimtes, waarin een of meer warmteafgevers (bijvoorbeeld radiatoren, vloerverwarmingssystemen en dergelijke) kunnen zijn opgesteld, welke door uit genoemd warmtetransportmedium geleverde warmte kunnen worden gevoed ten behoeve van het verwarmen van die ruimtes. Voorts kunnen warmtewisselaars bij of in de eerste gebouwen Gl zijn voorzien, ten behoeve van uitwisseling van warmte tussen het circulerende warmtetransportmedium enerzijds en bijvoorbeeld lokaal af te geven tapwater anderzijds. Het stadsverwarmingsnetwerk kan zich over een relatief groot gebied uitstrekken, met relatief grote afstanden tussen gebouwen Gl onderling, en een relatief grote afstand tussen een genoemde verwarmingsinrichting T en de van warmte te voorziene gebouwen Gl (bijvoorbeeld een afstand van 1 km of meer).

Figuur 2A toont schematisch een lokaal WKO-systeem, dat met een tweede gebouw G2 is geassocieerd. Het lokale warmtekoudeopslagsysteem is voorzien een lokale, ondergrondse warmtebron W en een lokale, ondergrondse koudebron C. De bronnen kunnen bijvoorbeeld aquifers zijn. De bronnen W, C zijn aangesloten op een of meer primaire fluïdumleidingen 3, 4 om een warmteopslagmedium, bijvoorbeeld water van de ene naar de andere bron te transporteren. Ten behoeve van het transport zijn pompmiddelen PI, P2 voorzien. Het voorbeeld omvat een warmtewisselaar 8, alsmede eerste secundaire fluïdumleidingen 16, 17 ten behoeve van warmteoverdracht tussen het warmteopslagmedium enerzijds en tijdens gebruik door die fluïdumleidingen 16, 17 stromend warmteoverdrachtsmedium (in dit geval ten behoeve van koeling van het gebouw). Circulatie/stroming van het medium is met driehoekige pijlen aangeduid (pompmiddelen voor de circulatie zijn niet weergegeven). Tijdens een koelingsperiode kan koud warmteopslagmedium (bijv. met een lage temperatuur van circa 10 °C of lager) vanuit de koudebron C via de warmtewisselaar 8 naar de warmtebron W worden gepompt, om door de warmtewisselaar 8 stromend warmteoverdrachtsmedium af te koelen (bijvoorbeeld van een temperatuur van circa 18 °C naar een temperatuur die genoemde lage temperatuur benadert, bijvoorbeeld circa 11 °C). Door warmteuitwisseling tussen de fluïda is het aan de warmte bron af te voeren warmteopslagmedium opgewarmd (bijv. naar circa 17 °C).

Figuur 2B toont een nadere uitvoering van het WKO-systeem, waarbij tevens een eerste warmtepomp 9 is voorzien welke via tweede secundaire fluïdumleidingen 5, 6 op de warmtewisselaar is aangesloten voor het daartussen circuleren van een warmteoverdrachtsmedium. In het voorbeeld zijn aftakkingen of driewegkleppen 21, 22 voorzien, om de eerste secundaire leidingen 16, 17 en tweede secundaire leidingen 5, 6 aan uitgangen van de warmtewisselaar te koppelen. De eerste warmtepomp 9 is gekoppeld aan verwarmingsfluïdumleidingen 7, 8, om een verwarmingsmedium door het gebouw G2 te circuleren. Tijdens een verwarmingsperiode kan warm warmteopslagmedium (bijv. met een relatief hoge temperatuur van meer dan 10 °C, bijvoorbeeld circa 17 °C of hoger) vanuit de warmtebron W via de warmtewisselaar 8 naar de koudebron C worden gepompt, om via de tweede secundaire leidingen 5, 6 circulerend warmteoverdrachtsmedium te verwarmen (bijvoorbeeld van een naar een temperatuur die genoemde relatief hoge temperatuur benadert, bijvoorbeeld circa 16 °C). Door warmteuitwisseling tussen de fluïda is het aan de koudebron af te voeren warmteopslagmedium afgekoeld (bijv. naar circa 10 °C). De warmtepomp 9 gebruikt het via een tweede secundaire leiding 6 aangevoerde, verwarmde medium om via de derde secundaire leidingen 7, 8 stromend verwarmingsmedium te verwarmen (bijvoorbeeld vanaf kamertemperatuur of een temperatuur in het bereik van 20-30 °C, naar een hogere gebouwverwarmingstemperatuur, bijvoorbeeld circa 40 °C). Door de warmteuitwisseling in de warmtepomp 9 is het aan de warmtewisselaar 8 via afvoerleiding 5 af te voeren medium afgekoeld (bijv. naar circa 9 °C).

Bij een dergelijk WKO-systeem bevinden de diverse componenten (bronnen W, C, warmtewisselaar 8, optionele warmtepomp 9) zich doorgaans nabij het te conditioneren gebouw G2. Dit in tegenstelling tot het in Figuur 1 getoonde warmtedistributiesysteem N, waarbij systeemonderdelen zich op kilometers afstand van te verwarmen gebouwen Gl kunnen bevinden. Verder volgt uit het bovenstaande dat WKO doorgaans met andere temperaturen (in het bijzonder veel lagere temperaturen) van te circuleren transportmedium werkt dan een stadsverwarmingssysteem N.

Figuur 3 toont schematisch een niet-limitatieve uitvoering van een systeem en werkwijze volgens de uitvinding. Het systeem omvat een innovatieve combinatie van een stadsverwarmingssysteem en ten minste een WKO-systeem. Met driehoekige pijlen is circulatie van media in Fig. 3 aangeduid, tijdens een warmteuitwisselingsperiode waarbij warmte uit het WKO-deel wordt onttrokken en aan het stadsverwarmingssysteem (in het bijzonder een aanvoerleiding 1) wordt toegevoerd. Voor de vakman zal duidelijk zijn dat het systeem is voorzien van pompmiddelen om de media te door via de diverse leidingen te circularen.

In het bijzonder is het warmtedistributiesysteem voorzien van warmteoverdrachtmiddelen M die zijn ingericht voor warmte-uitwisseling tussen het lokale warmtekoudeopslagsysteem WKO en het stadsverwarmingsnetwerk N. Op deze manier kan worden bewerkstelligd dat warmte vanuit het WKO-systeem wordt afgevoerd, en elders nuttig kan worden gebruikt in het stadsverwarmingsnetwerk N. In het bijzonder kan zo worden voorkomen dat een of meer bronnen (warmte- en/of koudebron) van het WKO systeem een te hoge temperatuur bereiken, hetgeen een gewenste koelingsfunctie zou kunnen tegenwerken en bovendien wegens regelgeving vermeden dient te worden.

De genoemde warmteoverdrachtmiddelen M kunnen op verschillende manieren zijn uitgevoerd. Volgens een extra voordelige uitwerking zijn de warmteoverdrachtmiddelen M ingericht om warmte met de ondergrondse warmtebron W uit te wisselen, bijvoorbeeld om warmte uit die bron W te onttrekken en aan een leiding (bijvoorbeeld een hogetemperatuur aanvoerleiding 1 van het stadsverwarmingsnetwerk N) toe te voeren. Volgens een alternatieve uitwerking kunnen genoemde warmteoverdrachtmiddelen M zijn ingericht om warmte met de ondergrondse koudebron C uit te wisselen, bijvoorbeeld om die bron af te koelen.

De genoemde warmteoverdrachtsmiddelen M kunnen bijvoorbeeld direct of indirect aan een af te koelen en/of te verkleinen of vergroten WHO-bron W, C zijn gekoppeld. In het voorbeeld vindt de koppeling plaats via een warmtewisselaar 8 alsmede aftakkingen van tweede secundaire circulatie-fluidumleidingen 5, 6. In het voorbeeld zijn laatstgenoemde fluidumleidingen 5, 6 via regelmiddelen, bijvoorbeeld driewegkleppen 23, 24, aan de warmteoverdrachtsmiddelen M gekoppeld, waarbij in het bijzonder een regeling mogelijk kan zijn om warmteoverdrachtsmedium tussen de warmtewisselaar 8 en warmteoverdrachtsmiddelen M te circuleren, en/of tussen de warmtewisselaar 8 en een WKO-warmtepomp 9. Besturing van dergelijke regelmiddelen kan worden uitgevoerd onder invloed van een (niet weergegeven) centrale besturing, hetgeen de vakman duidelijk zal zijn. Zoals verder uit Fig. 3 volgt kunnen delen van de eerste secundaire fluïdumleidingen 16, 17 worden gebruikt voor het bieden van een fluïdumverbinding tussen warmtewisselaar 8 en warmteoverdrachtsmiddelen M (in dit geval, via aftakkingen of driewegkleppen 21, 22).

Genoemde warmteoverdrachtmiddelen M kunnen ten minste een tweede warmtepomp M omvatten. De tweede warmtepomp M kan warmte uit via een genoemde fluïdumleiding aangevoerd fluïdum onttrekken en aan het stadsverwarmingsnetwerk N toevoeren. In het voorbeeld is de tweede warmtepomp M door middel van een fluïdumleidingcircuit 11, 12 op het stadsverwarmingsnetwerk N aangesloten, om warmtetransportmedium uit een retourleiding 2 van dat netwerk N te ontvangen, te verhitten (gebruikmakende van warmte afkomstig uit het WKO-systeem), en aan een aanvoerleiding 1 te retourneren.

De tweede warmtepomp M kan tijdens gebruik bijvoorbeeld een af te koelen warmtetransportmedium van de WKO-warmtewisselaar 8 ontvangen, welk medium een bepaalde temperatuur heeft (bijvoorbeeld in het bereik van 10-25 °C, bijvoorbeeld circa 16 °C). Het warmtetransportmedium wordt door de tweede warmtepomp afgekoeld, bijvoorbeeld naar een temperatuur lager dan circa 10 °C om naar de warmtewisselaar 8 te worden teruggevoerd (in het bijzonder ten behoeve van het via die warmtewisselaar 8 afkoelen en/of verkleinen/vergroten van een WKO-bron). Voorts bewerkstelligt de tweede warmtepomp M een verhitting van om warmtetransportmedium van het stadsverwarmingsnetwerk N, waarbij retourmedium uit een retourleiding 2 wordt afgetapt, via een fluïdumverbinding 12, om te worden verhit naar een genoemde hoge verwarmingstemperatuur (bijvoorbeeld hoger dan 60 °C zijn, bijvoorbeeld circa 80 °C). Het door de retourleiding 2 stromend medium kan bijvoorbeeld een temperatuur lager dan circa 50 0 C hebben (bijvoorbeeld circa 45 °C).

Het activeren van de tweede warmtepomp M, alsmede pompmiddelen om warmtetransport- en overdrachtmedia naar die pomp M en tussen de bronnen W, C te circuleren, kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd onder invloed van een geschikte besturing, en bijvoorbeeld sensormiddelen die zijn ingericht om een of meer temperaturen in het WKO-stelsel te monitoren. Zo kan de activatie bijvoorbeeld plaatsvinden indien het systeem waarneemt dat een temperatuur van de warmtebron W een bepaalde drempelwaarde bereikt of dreigt te overschrijden.

Volgens een nadere uitvoering van de uitvinding kan de tweede warmtepomp M een door thermische energie aandrijfbare warmtepomp zijn, bijvoorbeeld een absorptiekoelmachine zijn. Een dergelijke machine wordt op zichzelf aangedreven door warmte. Dit biedt een bijzonder extra mogelijkheid waarvan een warmtedistributieschema in Figuur 4 is weergeven, bij een toestand waarbij de tweede warmtepomp M juist gebruik maakt van warmte die door het stadsverwarmingssysteem wordt toegevoerd. Daarbij is de werking van de tweede warmtepomp M omgekeerd aan de in Fig. 3 getoonde situatie, en zal de warmtepomp M juist heet water, afgetapt uit een toevoerleiding 1, gebruiken om door het WKO-systeem stromend medium te koelen.

In het bijzonder toont Figuur 4 de warmtehuishouding bij de inzet van een absorptiewarmtepomp M, aangedreven door restwarmte uit het stadsverwarmingsnet. Dit biedt een groot voordeel ten opzichte van de afzonderlijk inzet voor de productie van koude; in dat geval heeft de absorptiewarmtepomp slechts een “Coëfficiënt of Performance” (COP) van: 200 kW/266 kW = 0,75.

Voorbeeld

In het schema volgens Figuur 4 wordt bijvoorbeeld 1046 kW warmte geleverd via een aanvoerleiding 1. Stel dat via fluïdum verbinding 11 4, 24 kg/s medium (in het bijzonder water) van 86 °C aan de tweede warmtepomp wordt toegevoerd, om die pomp aan te drijven. Het systeem kan dan bijvoorbeeld 266 kW warmte 101 verbruiken, voor aandrijving van de warmtepomp M, waarbij 466 kW afvalwarmte 102 wordt geproduceerd, en 200 kW koude 103. De koude 103 kan nuttig worden gebruikt om warmte te onttrekken uit een of meer bronnen W, C van het WKO-systeem. De afvalwarmte 102 kan worden gebruikt om een gebouw G2 van warmte te voorzien. In het rekenvoorbeeld verbruikt het gebouw G2 1256 kW aan warmte, waarbij een debiet van 26,5 kg/s warmtetransportmedium via leidingen 7, 8 met het gebouw G2 wordt gecirculeerd. In het voorbeeld heeft aan het gebouw G2 (via toevoerleiding 8) toegevoerd medium een temperatuur van 38, 2 °C, terwijl (via afvoerleiding 7) afgevoerd medium is afgekoeld naar 27 °C.

Zoals uit het schema volgt omvat het aan het gebouw G2 toegevoerde medium een eerste debiet uit de aandrijving 101, en een tweede debiet van het afvaldeel 102 (in dit voorbeeld een debiet van 22,30 kg/s). Het eerste debiet is hier 4,24 kg/s, waarbij het medium een temperatuur heeft van 71 °C. Het resterende tweede debiet betreft warmtetransportmedium met een temperatuur van 32 °C.

Zoals verder uit het schema volgt, wordt het van het gebouw G2 afgevoerde, afgekoelde medium voor een eerste deel (met een debiet van 4, 24 kg/s) aan de retourleiding 2 van het stadsverwarmingsnetwerk geretourneerd, en voor een tweede resterend deel (22,30 kg/s) aan het afvaldeel 102.

Een “conventionele” WKO-systeem werkt met lage temperatuur verwarming en daarom kan de 466 kW “Afval” van de absorptiewarmtepomp (wordt normaal afgevoerd) nuttig worden ingezet ten behoeve van de verwarming. In wezen wordt de warmtepomp nu ingezet ten behoeve van verwarming. De COP voor verwarming bedraagt 1246 kW / 1046 kW = 1,19. De opgewekte 200 kW koude is gratis en wordt opgeslagen in de bodem voor later gebruik.

De opgewekte koude 103 kan ook als extra opbrengst van de warmtepomp gezien worden, de COP wordt dan (1246 kW + 200 kW) / 1046 kW = 1,38

Voor een absorptiewarmtepomp zijn dat uitstekende opbrengsten, temeer daar de “aandrijving” plaatsvindt met laagwaardige warmte.

Voor de vakman zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de beschreven uitvoeringsvoorbeelden. Diverse wijzigingen zijn mogelijk binnen het raam van de uitvinding zoals is verwoord in de navolgende conclusies.

Zo kunnen de genoemde gebouwen diverse gebouwen omvatten, bijvoorbeeld woningen, kantoorgebouwen, en/of dergelijke.

Claims (17)

1. Warmtedistributiesysteem, omvattende: -een stadsverwarmingsnetwerk (N) voor levering van warmte aan eerste gebouwen (Gl), waarbij het stadsverwarmingsnetwerk (N) een leidingnetwerk omvat om een warmtetransportmedium te circuleren, en van ten minste een verwarmingsinrichting (T) om aan de eerste gebouwen (Gl) toe te voeren warmtetransportmedium naar een relatief hoge verwarmingstemperatuur te brengen; en -ten minste één lokaal warmtekoudeopslagsysteem (WKO) dat is geassocieerd met ten minste een tweede gebouw (G2) voor het leveren van warmte en/of koude aan dat ten minste tweede gebouw (G2), waarbij het lokale warmtekoudeopslagsysteem is voorzien een lokale, ondergrondse warmtebron (W) en een lokale, ondergrondse koudebron (C); waarbij het warmtedistributiesysteem is voorzien van warmteoverdrachtmiddelen (M) die zijn ingericht voor warmte-uitwisseling tussen het lokale warmtekoudeopslagsysteem (WKO) en het stadsverwarmingsnetwerk (N).

2. Warmtedistributiesysteem volgens conclusie 1, waarbij de warmteoverdrachtmiddelen (M) zijn ingericht om warmte met de ondergrondse warmtebron (W) uit te wisselen, bijvoorbeeld om warmte uit die bron (W) te onttrekken en aan een leiding van het stadsverwarmingsnetwerk (N) toe te voeren.

3. Warmtedistributiesysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de warmteoverdrachtmiddelen (M) zijn ingericht om warmte met de ondergrondse koudebron (C) uit te wisselen, bijvoorbeeld om die bron af te koelen en/of te vergroten.

4. Warmtedistributiesysteem volgens conclusie 1 of 2, waarbij de warmteoverdrachtmiddelen (M) ten minste een warmtepomp omvatten.

5. Warmtedistributiesysteem volgens conclusie 4, waarbij de warmtepomp een door thermische energie aangedreven warmtepomp, bijvoorbeeld een absorptiekoelmachine, is.

6. Warmtedistributiesysteem volgens conclusie 5, waarbij de warmtepomp ten minste wordt aangedreven door warmte die door het stadsverwarmingsnetwerk wordt geleverd..

7. Warmtedistributiesysteem volgens een der conclusies 4-6, waarbij de warmtepomp nabij het tweede gebouw (Gl) is op gesteld.

8. Warmtedistributiesysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij genoemd lokale warmtekoudeopslagsysteem (WKO) zich op relatief korte afstand van het ten minste ene, daarmee geassocieerde tweede gebouw (G) bevindt, bijvoorbeeld een afstand van minder dan 1 km.

9. Warmtedistributiesysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij ten minste een deel van genoemde eerste gebouwen (Gl) zich op relatief grote afstand bevinden van het ten minste tweede gebouw (G2).

10. Warmtedistributiesysteem volgens conclusie 9, waarbij genoemde relatief grote afstand een afstand van meer dan 1 km is.

11. Warmtedistributiesysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de lokale, ondergrondse warmtebron (W) en de lokale, ondergrondse koudebron (C) elk een warmteopslagmediumreservoir omvatten, waarbij het lokale warmtekoudeopslagsysteem (WKO) is voorzien van pompmiddelen (P) om warmteopslagmedium van de warmtebron (W) naar de koudebron (C) te pompen en vice-versa.

12. Warmtedistributiesysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het tweede gebouw (G2) is voorzien van een koelmediumcircuit voor circulatie van een koelingsmedium, waarbij het lokale warmtekoudeopslagsysteem (WKO) is voorzien van een warmtewisselaar (8) om zich door het koelmediumcircuit stromend medium af te koelen onder gebruikmaking van genoemde lokale ondergrondse koudebron (C).

13. Warmtedistributiesysteem volgens een der voorgaande conclusies, waarbij het tweede gebouw (G2) is voorzien van een verwarmingsmediumcircuit (7, 8) voor circulatie van een verwarmingsmedium, waarbij het lokale warmtekoudeopslagsysteem (WKO) is voorzien van een warmtepomp (9) om zich door het verwarmingsmediumcircuit stromend medium te verwarmen onder gebruikmaking van warmte die afkomstig is uit genoemde lokale ondergrondse warmtebron (C), bijvoorbeeld naar een temperatuur die hoger is dan 20 °C en lager dan 50 °C.

14. Werkwijze voor het distribueren van warmte, in het bijzonder onder gebruikmaking van een systeem volgens een der voorgaande conclusies, omvattende: - levering van warmte aan eerste gebouwen (Gl) door een stadsverwarmingsnetwerk (N) -leveren van warmte en/of koude aan ten minste een tweede gebouw (G2) door ten minste één lokaal warmtekoudeopslagsysteem (WKO) dat is geassocieerd met dat gebouw (G2); en overdracht van warmte tussen het lokale warmtekoudeopslagsysteem (WKO) en het stadsverwarmingsnetwerk (N).

15. Werkwijze volgens conclusie 14, waarbij warmte vanuit het lokale warmtekoudeopslagsysteem aan het stadsverwarmingsnetwerk (N) wordt overgedragen, bijvoorbeeld om een lokale, ondergrondse warmtebron (W) af te koelen en/of verkleinen en/of een lokale, ondergrondse koudebron (C) van het warmtekoudeopslagsysteem (WKO) af te koelen en/of vergroten.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, waarbij een warmtepomp wordt toegepast om de warmteoverdracht te bewerkstelligen.

17 Werkwijze volgens conclusie 14, waarbij warmte vanuit het stadsverwarmingsnetwerk (N) wordt gebruikt om een warmtepomp aan te drijven, welke warmtepomp is geassocieerd met het lokale warmtekoudeopslagsysteem (WKO).