СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ Российский патент 1998 года по МПК F24D15/04 A24D3/18 

Изобретение относится к теплоснабжению от водогрейных установок в закрытой системе теплоснабжения.

Известна система отопления и горячего водоснабжения, содержащая котел, поверхностный водоподогреватель, вход последнего по линии охлаждения соединен с выходом котла посредством подающего магистрального трубопровода, а выход - с входом котла посредством обратного магистрального трубопровода, снабженного насосом, выход поверхностного водоподогревателя по линии нагрева подключен к трубопроводу горячего водоснабжения, а также подключенную к подающему магистральному трубопроводу подающую трубу теплосети и подключенную к обратному магистральному трубопроводу обратную трубу теплосети. Система дополнительно содержит три перемычки с регулирующими клапанами, первая из которых подключена к обратному магистральному трубопроводу после насоса и к подающей трубе теплосети, вторая - к обратному магистральному трубопроводу между входом котла и местом присоединения первой перемычки и к подающему магистральному трубопроводу между выходом котла и местом присоединения подающей трубы теплосети, третья - к трубопроводу горячего водоснабжения и к обратной трубе теплоносителя, а также система дополнительно содержит два термобаллона, первый из которых установлен в помещении, а второй - на трубопроводе горячего водоснабжения, на обратном магистральном трубопроводе на выходе водоподогревателя установлен регулирующий клапан, причем первый термобаллон соединен с регулирующим клапаном первой перемычки, а второй - с регулирующим клапаном второй перемычки и обратного магистрального трубопровода, причем система содержит бак-аккумулятор и резервный контрольный сосуд, а бак-аккумулятор подключен к обратному магистральному трубопроводу и сообщен посредством трубы переливания-наполнения с резервным контрольным сосудом (Авт. св. 1643879, МКИ Кл. F 24 D 3/08).

Известная система отопления помещений отличается повышенной сложностью и малой эффективностью.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в оснащении отопительной системы тепловым насосом, установленным с возможностью подключения как к трубопроводу с подогретой водой, так и к трубопроводу с холодной водой, а в цепи теплового насоса установлены два воздушных теплообменника с вентиляторами для охлаждения воздуха в помещении в летнее время и отбора тепла от наружного воздуха в демисезонный период.

Система отопления помещений поясняется блок-схемой сплит-системы кондиционер - тепловой насос на фиг. 1. Она содержит магистральные трубопроводы подогретой воды 1 и холодной воды 2 центрального отопления, а тепловой насос состоит из компрессора 3, водяного теплообменника 4, двухходового вентиля 5, воздушных теплообменников 6 и 7 с вентиляторами 8, 9 и дросселей 10. Система оснащена вентилями 11, 12, 13, 14 и 15, 16.

Система отопления помещений работает следующим образом. Вода, подогретая в системе центрального отопления, поступает по магистральному трубопроводу 1 в водяной теплообменник 4 теплового насоса, где происходит отбор тепла от воды при кипении хладагента, циркулирующего в замкнутой цепи через компрессор 3, двухходовой вентиль 5, дроссель 10 и воздушный теплообменник 6 с вентилятором 8. Отобранное от воды тепло выделяется при конденсации хладагента в теплообменнике 6 и с помощью вентилятора 8 подается в обогреваемое помещение.

В летнее время водяной теплообменник 4 подсоединяется к магистральному трубопроводу холодной воды 2 с помощью вентилей 11, 12, 13, 14, вентиль 5 переключается в положение противотока хладагента в цепи теплового насоса. При этом в воздушном теплообменнике 6 происходит кипение хладагента и охлаждение с помощью вентилятора 8 воздуха в помещении, а в водяном теплообменнике 3 происходит нагрев холодной воды за счет конденсации хладагента.

В демисезонный период водяной теплообменник 4 отключается с помощью вентилей 15, 16, вентиль 5 переключается в режим обогрева помещения (аналогично зимнему периоду) и отбор тепла от воздуха снаружи помещения производится с помощью воздушного теплообменника 7 с вентилятором 9. С помощью датчика температуры (на схеме не показан), расположенного в помещении и настроенного на заданную температуру, производится автоматическое включение и выключение компрессора 3, что гарантирует стабильное функционирование системы.

Применение теплового насоса в системе отопления позволит существенно повысить эффективность использования тепловой энергии.

Из баланса энергии следует, что количество тепла Q1, выработанное на тепловой станции, складывается из тепловых потерь в магистралях Q2 и количества тепла Q3, непосредственно израсходованного на обогрев помещений: Q1 = Q2 + Q3.

В свою очередь, в первом приближении
Q2 = L×k×(ΔT1+ΔT2)
где
L - длина магистрали;
k - коэффициент теплопроводности;
ΔT1 = T1-T0 и ΔT2 = T2-T0 - перепады температур между теплоцентралями (прямой и обратной) и окружающей средой.

Для Q3 имеем соответствующее выражение
Q3 = C×m×ΔT12,
где
C - удельная теплоемкость воды;
m - расход воды в единицу времени;
ΔT12 - перепад температуры, сработанный потребителем.

Из вышеприведенных оценок видно, что потери тепла в магистралях можно существенно снизить за счет снижения абсолютных значений T1 и T2 и, как следствие этого, уменьшения ΔT1 и ΔT2. В итоге, можно реализовать два варианта системы отопления: либо уменьшить расход топлива на тепловой станции при сохранении объема тепла, идущего на обогрев зданий (m,ΔT12 = const), либо увеличить объем тепла на обогрев зданий за счет экономии при транспортировке по магистралям (увеличение ΔT12) при сохранении общей тепловой мощности станции. Именно такие возможности и позволяют реализовать тепловые насосы (ТН).

Управляемый непосредственно каждым потребителем расход тепловой энергии естественным образом приведет к ее экономии. По этой причине несмотря на несколько меньшую эффективность индивидуальных ТН малой мощности (3 - 10 кВт по теплу) по сравнению с ТН средней и большой мощности их использование даст больший экономический эффект за счет более точной корректировки уровня потребления и возможности быстрого включения и выключения отопления.

По предлагаемому изобретению изготовлен и проверен экспериментальный образец.

Система используется в теплоснабжении для обогрева помещений. Система содержит дополнительно тепловой насос из компрессора, водяного теплообменника, воздушных теплообменников, вентиля и дросселей. Тепловой насос установлен с возможностью подключения к магистральным трубопроводам как подогретой воды для обогрева помещений, так и холодной - для охлаждения воздуха в помещении. Техническим результатом является повышение эффективности использования тепловой энергии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система отопления помещений, содержащая магистральные трубопроводы централизованного обогрева, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит тепловой насос, причем он установлен с возможностью подключения как к магистральному трубопроводу с подогретой водой, так и к магистральному трубопроводу с холодной водой, в зависимости от времени года. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в замкнутой цепи теплового насоса установлены два воздушных теплообменника с вентиляторами как для охлаждения воздуха в помещении в летнее время, так и для отбора тепла от наружного воздуха в демисезонный период.