СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАГРУЗКИ ОТОПЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F24D11/00 

Способ предназначен для использования в системах централизованного теплоснабжения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ обеспечения нагрузки отопления в системах централизованного теплоснабжения путем нагрева сетевой воды на источнике теплоты, транспортировки ее потребителям, подачи сетевой воды в подающие трубопроводы теплоиспользующих установок, параллельно подключенных через клапаны регуляторов расхода к подающим магистралям тепловых сетей и, в том числе, через клапан регулятора отопления в подающий трубопровод отопительной системы с нагревательными приборами, обратным трубопроводом и смесительным насосом с регулирующим клапаном регулятора перепада давления на его линии нагнетания, подключенной к подающей магистрали отопительной системы, в которую также отводится через обратный клапан охлажденная в других теплоиспользующих установках сетевая вода после подвода в нее сетевой воды через клапан регулятора отопления. Причем избыток этой охлажденной воды отводится через клапан регулятора перепада давления в обратную отопительную магистраль [1].

Недостатком указанного способа является необходимость использования смесительного насоса для обеспечения требуемого циркуляционного расхода в отопительной системе и, следовательно, дополнительного расхода электроэнергии на его привод.

Кроме того, при реализации указанного способа нет возможности осуществлять пофасадное регулирование или параллельно подключать отопительные системы, работающие с различными температурными графиами.

Целью изобретения является осуществление работы отопительной системы исключительно за счет перепада давления в подающих и обратных магистралях теплосети, т.е. без использования смесительных насосов и, следовательно, без расхода электроэнергии на их привод.

Поставленная цель достигается тем, что в водяной системе централизованного теплоснабжения, содержащей подающую и обратные магистрали, к которым параллельно подключены теплоиспользующие установки и, в том числе, системы отопления, осуществляется тем, что две подсистемы отопления, образованные в результате разделения системы отопления абонента на два циркуляционных контура с равными тепловыми нагрузками, подключаются к подающей магистрали тепловой сети последовательно через рекуперативный теплообменник, понижающий температуру сетевой воды перед первой (по ходу сетевой воды) подсистемой, за счет подачи в него обратной воды от той же (первой) подсистемы, которая, в свою очередь, нагревается и подается во вторую подсистему. При этом регулирование расхода охлажденной воды, отводимого от теплоиспользующих установок через обратный клапан в подающий трубопровод отопительной магистрали после подвода в него сетевой воды через клапан регулятора температуры обратной воды после первой подсистемы отопления осуществляется регулятором температуры в подающем трубопроводе первой подсистемы, с помощью которого отводится избыток охлажденной воды в обратную отопительную магистраль, а регулирование температуры воды в подающем трубопроводе второй подсистемы осуществляется трехходовым клапаном, установленным на обратном трубопроводе первой подсистемы путем регулирования расхода воды через рекуперативный теплообменник по стороне нагревания с помощью его обводной линии.

На фиг.1 представлена принципиальная схема осуществления предлагаемого способа обеспечения нагрузки отопления. Она содержит подающий трубопровод теплосети 1, подключенную к нему через клапан 2 регулятора расхода 3, теплоиспользующую установку 4, обратный трубопровод 5, который через обратный клапан 6 присоединен к подающему трубопроводу 7, который, в свою очередь, через рекуперативный теплообменник 8 (по стороне охлаждения) подключен к подающему трубопроводу 9 первой (по ходу сетевой воды) подсистемы отопления 10 с нагревательными приборами 11. Причем обратный трубопровод первой подсистемы отопления 12 через трехходовой клапан 13, рекуперативный теплообменник 8 (по стороне нагревания) и обводную линию 14 подключен к подающему трубопроводу 15 второй (по ходу сетевой воды) подсистемы отопления 16 с нагревательными приборами 17 и обратным трубопроводом 18, соединенным с обратным трубопроводом теплосети 19.

При этом обратный трубопровод 5 теплоиспользующей установки 4 подключен через регулирующий клапан 20 регулятора температуры 21 с датчиком температуры 22 на подающем трубопроводе 9 первой подсистемы отопления к обратной отопительной магистрали 18, а подающий трубопровод теплосети 1 подключен соединительным трубопроводом 23 с установленным на нем клапаном 24 регулятора температуры 25 обратной воды первой подсистемы отопления 10 с датчиком температуры 26 на обратном трубопроводе 12 первой подсистемы 10.

В свою очередь трехходовой клапан 13 скоммутирован с регулятором температуры 27, датчик температуры 28 которого установлен на подающем трубопроводе 15 второй подсистемы отопления 16.

Следует отметить, что все регуляторы температуры 21, 25 и 27 оснащены датчиками наружной температуры воздуха (на Фиг.1 не показаны), по сигналу от которых регуляторы поддерживают заданную температуру в указанных трубопроводах.

Система работает следующим образом.

Сетевая вода по подающему трубопроводу теплосети 1 поступает через клапан 2 регулятора расхода 3 в теплоиспользующую установку 4, а затем по обратному трубопроводу 5 и обратный клапан 6 - в подающую отопительную магистраль 7, а затем через теплообменник 8 (по стороне охлаждения) поступает в подающий трубопровод 9 первой (по ходу сетевой воды) подсистемы отопления 10 и через нагревательные приборы 11 в обратный трубопровод 12. По трубопроводу 12 охлажденная в нагревательных приборах сетевая вода частично или полностью поступает через трехходовой клапан в теплообменник 8 (по стороне нагревания). При этом поток обратной воды из первой подсистемы частично может проходить по обводной линии 14 теплообменника 8. Последнее необходимо для регулирования теплопроизводительности теплообменника в нерасчетных условиях, поскольку активная поверхность теплообменника, рассчитанная при расчетных условиях (для наиболее низких температур наружного воздуха за отопительный период), при более высоких температурах может оказаться завышенной. И в то же время с помощью трехходового регулирующего клапана 13, управляемого регулятором температуры 27 с датчиком температуры 28, можно оптимизировать температуру воды, подаваемой в подающий трубопровод 17 второй подсистемы отопления 16. При этом в подающем трубопроводе 9 первой подсистемы отопления 10 по заданному температурному графику температура поддерживается путем подачи в него сетевой воды через клапан 24 регулятора температуры 25 с датчиком температуры 26 в обратном трубопроводе первой подсистемы отопления 10 и добавления к сетевой воде, прошедшей через клапан 24 регулятора отопления 25; через обратный клапан 6 охлажденной в теплоиспользующих установках 4 обратной воды, расход которой корректируется путем регулирования по заданному температурному графику температуры в подающем трубопроводе 9 первой подсистемы отопления 10 регулятором температуры 21, управляющим клапаном 20. Соответственно, если температура воды в подающем трубопроводе 9 первой подсистемы отопления 10 превышает заданное температурным графиком значение, то регулятор температуры 21 передает сигнал на закрытие клапана 20, что приводит к увеличению расхода охлажденной воды после теплоиспользующих установок 4 через обратный клапан 6 в трубопровод подающей отопительной магистрали 7. Наоборот, при снижении температуры в подающем трубопроводе 9 первой подсистемы отопления 10 регулятор температуры 21 дает сигнал на открытие клапана 20. При этом расход охлажденной воды через обратный клапан уменьшается. Таким образом, регулирование работы отопительных приборов первой подсистемы отопления осуществляется по температурам в подающем и обратном трубопроводах, что гарантирует качественный режим их работы. Что касается режима работы отопительных приборов второй подсистемы отопления, то в ней достаточно осуществлять регулирование температуры воды в подающем трубопроводе 15 по заданному температурному графику, поскольку вторая подсистема отопления будет работать точно на таком же расходе сетевой воды, как и первая подсистема. Причем температурные режимы работы первой и второй подсистем отопления могут подбираться индивидуально. Это позволяет использовать данный способ обеспечения нагрузки отопления для пофасадного регулирования, а также в случае подключения подсистем отопления, работающих с различными температурными графиками, а в некоторых случаях и с различными отопительными нагрузками.

Важной отличительной особенностью предлагаемого способа обеспечения нагрузки отопления является то, что последовательное включение двух подсистем к магистральной отопительной сети через теплообменник создает эффект увеличения удельного расхода в подсистемах отопления. Например, если в отопительной магистрали 7 (перед входным патрубком теплообменника 8) поддерживается температура по отопительному графику 120-70°С при суммарной отопительной нагрузке двух подсистем отопления 1 Гкал/ч, расход в отопительной магистрали 7 составит 20 м³/ч, соответственно, удельный расход составит 20 м³/кал/ч отопительной нагрузки. Проходя последовательно через первую и вторую подсистемы, нагрузка каждой из которых составляет 0,5 Гкал/ч, соответственно удельный расход в каждой из подсистем составит 20/0,5=40 м³/Гкaл/ч. При этом при расчетных условиях температуру в подающей отопительной магистрали 7 перед теплообменником 8 требуется поддерживать на уровне 120°С, в подающем трубопроводе первой подсистемы - 95°С, в обратном трубопроводе этой подсистемы - 70°С перед теплообменником 8 (по стороне нагревания), в подающей линии трубопровода 15 второй подсистемы - 95°С и в обратном трубопроводе - 70°С.

Таким образом, для двухтрубных систем отопления при использовании предлагаемого способа подключения систем отопления целесообразно поддерживать в подающей отопительной магистрали 7 температуру по отопительному графику 120-70°С.

Соответственно для однотрубных систем с расчетной температурой в подающих трубопроводах отопительных систем 105°С и в обратных 70°С требуется поддерживать температуру в отопительной магистрали 7 по отопительному графику 140-70°С.Температура в этом случае в расчетных условиях будет иметь следующие значения: в отопительной магистрали 7-140°С, после рекуперативного теплообменника 8 в подающем трубопроводе 9 первой подсистемы - 105°С, в обратном трубопроводе ее - 70°С и соответственно 105 и 70°С в подающем и обратном трубопроводах второй подсистеме отопления.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предлагаемом способе для достижения в отопительной магистрали 7 требуемой температуры по отопительному графику 120-70°С при работе первичных тепловых сетей по типовому температурному графику 150-70°С требуется через обратный клапан 6 добавлять к сетевой воде, пропускаемой через клапан 24 в подающую отопительную магистраль 7, всего 60% охлаждающей воды (или 7,5 т/ч к 12,5 т/ч на одну Гкал/ч присоединенной отопительной нагрузки двух подсистем отопления). То есть в данном случае нагрузка теплоиспользующей установки 4 для отвода от нее охлаждающей воды в количестве, необходимом для поддержания в подающей магистрали 7 температуры по отопительному графику 120-70°С, должна составлять 60% от суммарной нагрузки двух подсистем отопления. Соответственно, для поддержания в отопительной магистрали 7 температуры воды по отопительному графику 140-70 С и работе первичных тепловых сетей по графику 150-70°С нагрузка теплоиспользующей установки 4 должна составлять всего 12,5% от суммарной расчетной нагрузки двух подсистем отопления 10 и 16.

Прежде всего, речь идет об использовании в качестве подмешиваемой через обратный клапан 6 в отопительную магистраль 7 воды после теплоиспользующих установок, работающих непосредственно на первичной сетевой воде, включая вентиляционные системы, воздушные завесы, сушки и др., нагрузка которых в процентном отношении, как правило, в современных зданиях и зданиях старой застройки общественного и культурного назначения, детских и дошкольных учреждений, школ, больниц, поликлиник и, тем более, промышленных предприятий значительно превышает указанные выше значения, а в некоторых случаях превышают нагрузки систем отопления.

Таким образом, по сравнению с прототипом, для того, чтобы отказаться от подмешивающих насосов, нагрузка теплоиспользующих установок 4 должна составлять от требуемой в прототипе соответственно, для реализации температурного графика 120-70°С - 27,2%, а при реализации температурного графика 140-70°С всего 11,2%.

В связи с этим предлагаемый способ позволяет в подавляющем большинстве случаев отказаться от смесительных насосов, так как современные здания и здания старой застройки общественного и культурного назначения, а также детские дошкольные учреждения, школы, больницы, поликлиники и промышленные предприятия имеют значительно большие отопительные и вентиляционные значения нагрузок.

Таким образом, предлагаемый способ подключения нагрузок систем отопления значительно расширяет масштабы безнасосного подключения систем отопления зданий различного назначения. Следует отметить, что в некоторых случаях для подключения абонентов, имеющих исключительно отопительную нагрузку, может понадобиться использование смесительных насосов, как в прототипе, но их производительность по сравнению с насосами, используемыми в прототипе, будет почти в 4 раза меньше для двухтрубных систем отопления и в 9 раз меньше для однотрубных систем отопления. Вместе с тем, теоретические и экспериментальные исследования, выполненные многочисленными специалистами, подтверждают возможность использования в системах отопления качественно-количественного регулирования. Последнее позволяет еще больше расширить область применения безнасосного способа подключения систем отопления.

Литература

1. Патент №2117857. Якимов В.Л., Кащеев В.П., Подставкин Н.Е., Пасков В.В., Скрынников B.C., Тихонов М.Ю., Смирнов В.А.

Сущность предлагаемого способа обеспечения нагрузки отопления в системах централизованного теплоснабжения заключается в том, что с целью обеспечения требуемых температурных и гидравлических режимов работы систем отопления при подключении их к первичным тепловым сетям, работающим с температурными графиками 120-70°С, 130-70°С, 140-70°С и 150-70°С без использования смесительных насосов, две подсистемы отопления, образованные в результате разделения системы отопления абонента на два циркуляционных контура с одинаковыми тепловыми нагрузками, включаются последовательно через рекуперативный теплообменник, понижающий температуру сетевой воды перед первой (по ходу сетевой воды) подсистемой за счет подачи в него обратной воды от той же (первой) подсистемы, которая, в свою очередь, нагревается и подается во вторую подсистему. В результате последовательного включения двух подсистем к магистральной отопительной сети через рекуперативный теплообменник происходит удвоение удельного расхода в расчете на 1 Гкал/ч отопительной нагрузки в каждой из последовательно подключенных подсистем отопления, а раздельное регулирование температуры в подающих трубопроводах каждой из подсистем позволяет оптимизировать температурный режим работы каждой подсистемы отопления. 1 ил.

Способ обеспечения нагрузки отопления в системах централизованного теплоснабжения путем нагрева сетевой воды на источнике теплоты, транспортировки ее потребителям, подачи сетевой воды в подающие трубопроводы теплоиспользующих установок, параллельно подключенных через клапаны регуляторов расхода к подающим магистралям тепловых сетей и, в том числе, через клапан регулятора отопления в подающий трубопровод отопительной системы с нагревательными приборами, обратным трубопроводом и теплообменником, отличающийся тем, что две подсистемы отопления, образованные в результате разделения системы отопления абонента на две подсистемы с примерно равными тепловыми нагрузками, подключаются к подающей магистрали тепловой сети последовательно через рекуперативный теплообменник, понижающий температуру сетевой воды перед первой по ходу сетевой воды подсистемой за счет подачи в него обратной воды от той же (первой) подсистемы, которая, в свою очередь, нагревается и подается во вторую подсистему, причем регулирование расхода охлажденной воды, отводимой от теплоиспользующих установок через обратный клапан в подающий трубопровод отопительной магистрали после подвода в него сетевой воды через клапан регулятора отопления, осуществляется регулятором температуры в подающем трубопроводе первой подсистемы, а регулирование температуры воды в подающем трубопроводе второй подсистемы осуществляется трехходовым клапаном, установленным на обратном трубопроводе первой подсистемы, путем регулирования расхода воды через рекуперативный теплообменник по стороне нагревания и по обводной линии этого теплообменника.