公共の建物のヒートポンプ。スキーム、説明

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公共建物のヒートポンプ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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公共の建物におけるコンプレッサー装置の主な役割は冷却です。これは気候条件のため、または照明、機器、人員の内部熱源から熱を除去するために必要です。サービスビル内のデータセンターには、かなりの冷却負荷が必要です。この場合、原則として、使用される冷凍ユニットがその性質上ヒートポンプであることは考慮されません。冷凍ユニットの凝縮器から除去される熱は比較的低温であるにもかかわらず、その熱を有効に利用することで大幅なエネルギーの節約が可能になります。

凝縮器から除去される熱と、冷蔵庫とヒートポンプの両方への入力電力との比率は、蒸発温度と凝縮温度の差に大きく依存します。この依存性は、熱が有効に使用される場合、冷凍機の凝縮器後の水の経済的な温度を決定します。経済的に正当な温度レベルは 41 ～ 42°C です。この場合、コンプレッサーの消費電力は純冷凍モードに比べて若干増加しますが、同時に凝縮熱を捨てずに有効利用することが可能になります。

この概念の最もよく知られた実装は、建物の中心部の空気を冷却する冷凍機からの熱は放出されず、熱損失が増加する建物の周囲の部屋の暖房に使用されるというものです。窓やドアのガラスのせいで。

建物の中央部からの熱は水冷システムによって蒸発器に供給され、このエネルギーは冷媒とコンプレッサーの助けを借りて凝縮器に伝達されます。有用な熱は、加熱された水のネットワークを使用して特別な凝縮器を介して空冷塔に伝達され、熱の一部は水の加熱または技術的目的に使用されます。冬場、冷房と暖房の両方が必要な場合、凝縮器の一部を暖房に使用し、余剰熱は冷却塔で排出されます。

このような空調暖房方式は集中型と呼ばれ、15台の大型冷蔵庫（ヒートポンプ）と室内熱交換器を使用します。また、建物全体の空調エリアに個別のヒートポンプを直接設置して、分散的に使用することもできます。後者の場合、それらは冷却されていない中央給水システムに接続されており、追加の給湯器と冷却塔の助けを借りて温度が32〜XNUMX℃に維持されます。各空調ユニットには、給水システムに接続された室内空気を循環させるファンを備えた完全な冷凍およびヒートポンプ回路が含まれています。水は、冷凍モードではヒートシンクとして機能し、加熱モードでは熱源として機能します。

追加の暖房が必要になるのは、ほとんどのユニットが暖房モードになっている非常に寒い天候の場合のみです。熱はボイラー室、屋外電気ヒーター、太陽エネルギー、または廃熱源から給水システムに供給されます。 30 つ以上のユニットを冷凍モードで動作させる必要がある場合、熱需要が減少します。外気温が中程度の場合、建物の日陰側のユニットは暖房として機能し、日当たりの良い側のユニットは冷房として機能します。ユニットの約 XNUMX% が冷凍モードで動作している場合、給水システムに十分な熱が供給されるため、建物が熱を受け取ったり放出したりする必要がなくなります。

照明やコンピュータなどからの内部熱放散があり、断熱レベルが高い建物では、年間を通じて局所冷却が必要になる場合があります。ここで発生した熱は給水システムに伝達され、さらに建物の周囲の設備に伝達され、冬季には暖房として機能します。

分散型システムは、日中は冷房、夜間は暖房が必要な建物でも使用できます。日中にネットワーク内の水の温度が冷凍装置の動作に許容される最高温度である +32°C まで上昇した場合、熱は冷却塔に放出されず、作業時間の一部で暖房に使用できます。何らかの形で追加の加熱を開始する前に、加熱サイクルを行ってください。これは水温が 15°C を下回った場合に必要です。エアコンは水が冷たい朝に開始して効率的に冷却し、水が熱くなる日の終わりに終了して夜間の効率的な暖房を実現します。

ヒートポンプを使用すると、たとえば人工アイスリンクやスイミングプールを備えたスポーツ複合施設など、大規模な暖房と冷房が同時に必要な場合に最大のメリットが得られます。

通常、公共の屋内プールは、特に寒冷地では主要なエネルギー消費源となります。公共屋内プールの年間エネルギー消費量は水面 14000m3 あたり 30 kWh です。必要な水温は4℃程度、気温は少し高めです。必要な換気量は 20 時間あたり XNUMX ～ XNUMX です。

ロータリー熱交換器を使用すると、排気からの熱を利用して、省エネな方法で流入空気を加熱できます。このような熱交換器の使用はプールで一般的になりつつありますが、それらは排気に含まれる熱の一部しか回収しません。その水分含有量は非常に高く、従来の熱回収システムのほとんどは顕熱のみを使用します。回収熱交換器は水分の一部のみを凝縮でき、しかも比較的少量です。潜熱回収は、多くの場合従来の熱回収システムと組み合わせてヒートポンプを使用することで大幅に改善できます。

チェスター (イギリス) のスイミングプール複合施設へのヒートポンプ設置の典型的な例。 2 つのスイミングプールは大規模な屋内スポーツセンターの一部を形成しており、設計熱負荷 46 MW で建物に供給されるエネルギーの大部分を消費します。新鮮な空気は 3 m21/s の流量で複合施設に入り、そのうち 3 m2/s がビリヤード場に供給されます。高い換気率により、ホールや隣接する部屋の結露を最小限に抑え、殺菌目的で使用される塩素の臭いも軽減します。合計 3 MW の熱負荷は、プールの水の加熱、シャワー用の温水、および隣接するサービスビルの暖房で構成されます。総熱消費量の約 4/XNUMX が換気に費やされ、そのうち半分はプールで消費されます。

この場合、最も経済的なのは、ヒートポンプシステムとともに換気ダクト内に中間冷却剤を備えた閉ループを使用することです。閉回路の一部を通過する排気は予冷されて潜熱の一部を放出し、その後ヒートポンプ蒸発器で 4°C 冷却されます。外気はまず閉回路の後半で加熱され、次にヒートポンプ凝縮器で再加熱されます。全体的な熱バランスでは、閉ループは約 400 kW、ヒートポンプは 1 MW をわずかに超える電力を返し、熱負荷の比較的小さな部分が従来の熱源でカバーされることになります。

スイミングプールでのヒートポンプの使用は、空対空システムに限定されません。スルザーは、スイミングプールでのヒートポンプの使用に豊富な経験を持ち、それぞれ独自の目的を持つさまざまなヒートポンプを組み合わせています。典型的な例はリンデンベルグの工場です。水面315,5平方メートルの屋内プールは気温2～30℃、水温は32℃低い。

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