СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ К ТЕПЛОВОЙ СЕТИ СИСТЕМЫ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК F24D3/00 

Изобретение относится к системам теплоснабжения и может быть использовано в схемах подключения к тепловой сети систем отопления /потребителей/, преимущественно концевых зданий с ухудшенной циркуляцией сетевой воды.

Известны схемы подключения к тепловой сети /к магистральному трубопроводу/ систем отопления с ухудшенной циркуляцией сетевой воды из-за падения давления, в частности концевых потребителей, в которых циркуляция и равномерность распределения теплоносителя между отопительными приборами повышается за счет включения непосредственно в магистраль системы отопления циркуляционных насосов.

Недостатками такой схемы является увеличение отбора высоконагретой воды из подающего трубопровода тепловой сети, снижение давления в подающем трубопроводе и увеличение давления в обратном трубопроводе, что отрицательно влияет на работу подключенных ранее систем отопления /потребителей/, нарушает установленное соотношение давлений во внешних /подающем и обратном/ трубопроводах, стабильность циркуляции и гидравлический баланс в тепловой сети в целом.

Известны схемы подключения к тепловой сети систем отопления с ухудшенной циркуляцией сетевой воды, при которых улучшение циркуляции и равномерности распределения теплоносителя между отопительными приборами внутри систем достигается за счет добавления в высоконагретую воду воды из обратного трубопровода с установкой смесительного насоса на подающем или обратном трубопроводе /2/.

Смесительный насос на подающем или обратном трубопроводе перемещает всю воду, имеющуюся в системе. В обоих случаях происходит смешение двух потоков в подающем трубопроводе от сетевого и местного насосов, которые в общей тепловой сети подключены последовательно по направлению движения воды. Установка насоса в подающем трубопроводе вызывает повышение давления, а установка насоса в обратном трубопроводе - снижение давления в местах присоединения к трубопроводам системы отопления. В обоих случаях происходит значительное воздействие на циркуляцию в тепловой сети, в частности, за счет изменения разницы давления в наружных трубопроводах и установленного гидравлического баланса. В обоих случаях имеет место высокий расход и значительное снижение температуры поступающей в систему сетевой воды.

Известна наиболее близкая к предложенному решению по большинству существенных признаков, выбранная в качестве ближайшего аналога схема подключения к тепловой сети системы отопления с включением смесительного насоса в перемычку между обратным и подающим трубопроводами /3/. В точку смешения на подающем трубопроводе поступает два потока воды в результате действия двух насосов - сетевого и местного, включенных параллельно. При этом смесительный насос перемещает меньшее количество воды, чем насос, установленный на подающем или обратном трубопроводе и в меньшей степени влияет на изменение разницы давлений в наружных трубопроводах, падение температуры подаваемой в систему отопления сетевой воды, а также на циркуляцию воды в подключенных ранее к сети системах отопления.

Недостатком известной схемы является нерегулируемый количественный отбор воды, вызывающий колебания разности давлений в наружных трубопроводах, нестабильность гидравлического баланса тепловой сети в целом и циркуляции воды в подключенных ранее системах отопления.

Задачей изобретения является разработка схемы подключения к тепловой сети системы отопления с ухудшенной циркуляцией сетевой воды, в частности концевого потребителя, обеспечивающей улучшенную циркуляцию и равномерность распределения теплоносителя в отопительной системе за счет давления обратной воды без нарушения стабильности гидравлического баланса сети в целом и отрицательного воздействия на циркуляцию сетевой воды подключенных ранее систем отопления.

Поставленная задача решается за счет того, что при использовании признаков, характеризующих известную схему подключения к тепловой сети системы водяного отопления, в частности концевого потребителя с ухудшенной циркуляцией сетевой воды с увеличением давления и количества циркулируемой воды за счет добавления воды из обратного трубопровода, включающую установленный на перемычке между подающим и обратным трубопроводами смесительный насос, перед которым со стороны обратного трубопровода установлен обратный клапан, в соответствии с изобретением перемычка установлена между подающим и обратным трубопроводами внутри системы отопления потребителя, перемычка снабжена отводным трубопроводом, соединяющим перемычку с более близким к потребителю участком подающего трубопровода, смесительный насос установлен на отводном трубопроводе, на подающем трубопроводе на участке между перемычкой и местом подключения отводного трубопровода установлена задвижка, а на перемычке установлены один или несколько дросселей, регулирующих соотношение и/или количество смешиваемой высокотемпературной и оборотной воды.

Перемычка может иметь один дроссель, установленный на стороне подающего трубопровода до места подключения отводного трубопровода.

Перемычка может иметь также один дроссель, установленный со стороны подающего трубопровода и один дроссель со стороны обратного трубопровода до места подключения отводного трубопровода.

Перемычка может иметь один дроссель, установленный на отводном трубопроводе перемычки перед смесительным насосом.

Предпочтительный вариант выполнения изобретения предполагает дополнительную установку аварийной отводной трубы, снабженной обратным клапаном и соединяющей перемычку со стороны подающего трубопровода с отводным трубопроводом за смесительным насосом для перетекания сетевой воды из перемычки в подающий трубопровод при остановке смесительного насоса.

Дополнение перемычки отводным трубопроводом, установка смесительного насоса на отводном трубопроводе и установка на перемычке дросселей позволяет регулировать соотношение и количество смешиваемой высокотемпературной и обратной воды, устанавливать оптимальный стабильный отбор поступающей в систему отопления воды, обеспечивающий устойчивую циркуляцию с равномерной отдачей тепла отопительным приборам внутри системы и не влияющий на циркуляцию в отопительных системах, ранее подключенных к тепловой сети. При этом установка на перемычке одного дросселя со стороны подающего трубопровода до места подключения отводного трубопровода позволяет регулировать отбор высокотемпературной воды; установка на перемычке одного дросселя со стороны подающего трубопровода и одного дросселя со стороны обратного трубопровода до места подключения отводного трубопровода позволяет регулировать количество отбираемой для смешения как высокотемпературной, так и обратной воды и устанавливать оптимальное соотношение между ними; установка одного дросселя на отводном трубопроводе перед смесительным насосом позволяет регулировать общее количество смешиваемой воды, необходимой для устойчивой циркуляции в системе.

Установка перемычки между подающим и обратным трубопроводами внутри системы отопления со стабильным количественным отбором воды из этих трубопроводов обеспечивает образование внутреннего контура, из которого во внешней сетевой обратный трубопровод поступает постоянное, имеющее стабильное давление и температуру количество обратной воды, определяемое количеством поступающей из сети высокотемпературной воды, что в свою очередь обеспечивает стабильную разницу температуры и давления во внешних сетевых подающем и обратном трубопроводах и исключает отрицательное влияние системы отопления концевого потребителя на стабильность циркуляционного контура тепловой сети в целом при обеспечении устойчивой циркуляции в системе отопления концевого потребителя.

Установка аварийной отводной трубы с обратным клапаном обеспечивает за счет открывания обратного клапана на прямой проход при падении давления со стороны смесительного насоса, автоматическое включение прямой подачи высокотемпературной сетевой воды в циркуляционный контур системы отопления в случае остановки смесительного насоса, например, при местном отключении электроэнергии, что повышает аварийную защиту системы отопления вследствие замерзания в зимнее время и позволяет отказаться от резервного насоса.

Более подробно предложенное техническое решение рассматривается на представленной на чертеже схеме.

Схема подключения к тепловой сети системы водяного отопления концевого потребителя включает подающий трубопровод 1 тепловой сети, обратный трубопровод 2 тепловой сети, расположенные внутри отопительной системы части подающего и обратного трубопровода 1' и 2', расположенную между подающим и обратным трубопроводами на участке 1' и 2' перемычку 3 с обратным клапаном 4 со стороны обратного трубопровода. Перемычка снабжена отводным трубопроводом 5, соединяющим перемычку 3 с более близким к потребителю участком 6 подающего трубопровода. На отводном трубопроводе установлен смесительный насос 7. На перемычке имеются дроссели, из которых один дроссель 8 установлен со стороны подающего трубопровода до места подключения отводного трубопровода и предназначен для регулирования количества подаваемой на смесительный насос высокотемпературной воды из тепловой сети, второй дроссель 9 установлен со стороны обратного трубопровода до места подключения отводного трубопровода и предназначен для регулирования количества подаваемой на смесительный насос охлажденной воды из обратного трубопровода, и третий дроссель 10 установлен на отводном трубопроводе перемычки перед смесительным насосом и предназначен для регулирования общего количества подаваемой на смеситель высокотемпературной и обратной воды. Схема включает также аварийную отводную трубу 11, снабженную обратным клапаном 12, соединяющую перемычку со стороны подающего трубопровода с отводным патрубком за смесительным насосом и предназначенную для автоматического включения прямой подачи высокотемпературной сетевой воды в циркуляционный контур системы отопления в случае остановки смесительного насоса за счет открывания обратного клапана на прямой ход при падении давления со стороны смесительного насоса.

На участке между перемычкой и местом подключения отводного трубопровода установлена задвижка 13, перекрывающая этот участок от прямого прохождения сетевой высокотемпературной воды в циркуляционный контур системы отопления. Задвижки 14, 15, 16, 17 и 18 установлены также на подающем и обратном трубопроводах перед перемычкой со стороны тепловой сети, на перемычке со стороны подающего и обратного трубопроводов и на отводном трубопроводе перед его подключением к подающему трубопроводу и предназначены для частичного или полного отключения системы отопления от тепловой сети.

На подающем трубопроводе перед перемычкой и после подключения к нему отводного трубопровода, а также на обратном трубопроводе после перемычки со стороны сети установлены манометры 19, 19', 19'' и датчики температуры 20, 20', 20'', которые предназначены для настройки схемы подключения на требуемый режим работы системы отопления. Манометр 19''' установлен также на отводном трубопроводе перед смесительным насосом и предназначен для той же цели. На перемычке со стороны обратного трубопровода установлен фильтр 21, предназначенный для очистки от загрязнений поступающей из системы отопления обратной воды.

В зависимости от имеющихся температуры и давления сетевой воды в подающем трубопроводе перед перемычкой, заданными температурой и давлением на подающем трубопроводе на месте входа в систему отопления, а также температурой и давлением на выходе из системы отопления в магистральный обратный трубопровод, регулировку количества или соотношения высокотемпературной или обратной воды производят с помощью отдельных или всех дросселей. При низкой температуре и нестабильности давления сетевой воды во внешнем подающем трубопроводе, когда для обеспечения установленной температуры циркулируемой в системе отопления воды на смешение подается вся поступающая из сети вода, регулировка может быть выполнена с помощью дросселя 10 на отводном трубопроводе, устанавливающего общее количество подаваемой на смешение воды. При этом количество добавляемой обратной воды определяется разницей между пропускной способностью дросселя и количеством высокотемпературной воды.

При высокой температуре сетевой воды в магистральном трубопроводе, когда для создания установленной температуры циркулирующей в системе отопления воды достаточно отбора части высокотемпературной воды, регулировка может быть выполнена с помощью установленного на перемычке со стороны подающего трубопровода дросселя 8, устанавливающего количество подаваемой на смешение высокотемпературной воды. При этом количество подаваемой на смешение обратной воды определяют разницей между пропускной способностью дросселя 10 и количеством высокотемпературной воды.

Наиболее точную регулировку, устанавливающую количество подаваемой на смешение высокотемпературной и обратной воды, а также их соотношение, обеспечивают с помощью дросселя 8 и дросселя 9, расположенного на перемычке со стороны обратного трубопровода и регулирующего количество подаваемой на смешение обратной воды. Количество и соотношение подаваемой на смешение воды определяют экспериментально по показаниям манометров и датчиков температуры или путем расчета.

При известной тепловой мощности системы отопления Q_с количество высокотемпературной воды G_i составляет:
,
где t_i - температура воды в наружном подающем трубопроводе, ^oC;
t_о - температура обратной воды, ^oC;
C - удельная теплоемкость.

Соотношение количества высокотемпературной и обратной воды определяют через коэффициент смещения U, который выражается в зависимости от расчетных температур:
U = G_о/G_i = (t_i-t₃)/(t₃-t_о),
где
G_о - расход перемешиваемой обратной воды из системы отопления, кг;
G_i - расход воды, поступающей из тепловой сети, кг;
t_о - температура обратной воды в системе отопления, ^oC;
t₃ - температура воды в подающем трубопроводе системы отопления /после смешения/.

Схема позволяет при оптимальном использовании тепла высокотемпературной воды, за счет регулируемого добавления обратной воды, обеспечивать устойчивую циркуляцию воды в системе отопления, в частности концевого потребителя, обеспечивающую равномерное распределение тепла между отопительными приборами. При этом в системе отопления образуется внутренний контур, в который через смесительный насос добавляется обратная вода из системы отопления, а во внешний обратный трубопровод из системы отопления поступает постоянное, имеющее стабильную температуру и давление количество обратной воды, определяемое количеством поступающей из сети высокотемпературной воды, что исключает отрицательное воздействие концевой системы отопления на стабильность циркуляции контура тепловой сети в целом.

Предложенное техническое решение полностью решает задачу, стоящую перед изобретением.

Предложенное техническое решение на настоящее время не известно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".

Техническое решение является оригинальным, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

Данная схема может быть реализована в системе коммунального хозяйства промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий, материалов и комплектующих и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

Источники информации:
1. В. Н. Богусловский, А.Н.Сканави. Отопление. Учебник для вузов. - М. Стройиздат, 1994, с. 239-240.

2. В. Н. Богусловский, А.Н.Сканави. Отопление. Учебник для вузов. - М. Стройиздат, 1994, с. 241-243.

3. В. П.Витальев и др. Эксплуатация тепловых пунктов и систем теплопотребления. Справочник. - М., Стройиздат, 1988, с. 51-55.

Система предназначена для использования в схемах подключения к тепловой сети систем отопления, преимущественно концевых зданий с ухудшенной циркуляцией сетевой воды. Схема включает в себя установленный на перемычке между подающим и обратным трубопроводами смесительный насос, перед которым со стороны обратного трубопровода установлен обратный клапан. При этом перемычка между подающим и обратным трубопроводами установлена внутри системы отопления потребителя, перемычка снабжена отводным трубопроводом, соединяющим ее с более близким к потребителю участком подающего трубопровода, участок подающего трубопровода между перемычкой и местом подключения отводного трубопровода перекрыт, например, задвижкой, а на перемычке установлены один или несколько дросселей, регулирующих количество и/или соотношение высокотемпературной и обратной воды. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Схема подключения к тепловой сети системы водяного отопления, в частности концевого потребителя, с увеличением давления в системе за счет добавления воды из обратного трубопровода, включающая установленный на перемычке между подающим и обратным трубопроводами смесительный насос, перед которым со стороны обратного трубопровода установлен обратный клапан, отличающаяся тем, что перемычка между подающим и обратным трубопроводами установлена внутри системы отопления потребителя, перемычка снабжена отводным трубопроводом, соединяющим ее с более близким к потребителю участком подающего трубопровода, смесительный насос установлен на отводном трубопроводе, участок подающего трубопровода между перемычкой и местом подключения отводного трубопровода снабжен, например, задвижкой, а на перемычке установлены один или несколько дросселей, регулирующих количество и/или соотношение сетевой и обратной воды. 2. Схема по п.1, отличающаяся тем, что на перемычке имеется дроссель, установленный со стороны подающего трубопровода до места подключения отводного трубопровода. 3. Схема по п.1, отличающаяся тем, что на перемычке имеется дроссель, установленный со стороны подающего трубопровода, и дроссель, установленный со стороны обратного трубопровода до места подключения отводного трубопровода. 4. Схема по п.1, отличающаяся тем, что имеется дроссель, установленный на отводном трубопроводе перемычки перед смесительном насосом. 5. Схема по п.1 и одному из пп.2 - 4, отличающаяся тем, что имеется аварийная отводная труба, снабженная обратным клапаном и соединяющая перемычку со стороны подающего трубопровода с отводным трубопроводом за смесительным насосом для пропускания сетевой воды из перемычки в подающий трубопровод при остановке смесительного насоса.