СПОСОБ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С НЕЗАВИСИМЫМ ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И ОДНИМ ИСТОЧНИКОМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2024 года по МПК F24D11/02 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к независимым способам присоединения тепловой нагрузки, и может быть использовано в системах теплоснабжения.

Известен способ теплоснабжения, по которому тепловую нагрузку абонентов покрывают по независимой схеме, при которой воду, идущую на горячее водоснабжение и отопление здания, нагревают в водо-водяном подогревателе за счет тепла сетевой воды (Теплофикация и тепловые сети, учебник для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2001. - 472 с., Е.Я. Соколов, стр. 85-92, рис. 3.6).

Недостатками указанного способа являются наличие развитой радиально-кольцевой схемы тепловой сети со сложным гидравлическим режимом, требующим балансировки участков ответвлений и главной магистрали; необходимость установки большого количества запорно-регулирующей арматуры; невозможность присоединения новых потребителей без остановки теплоснабжения.

Известен СПОСОБ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ (патент на изобретение №2239129, МПК F24D 3/18, 2004 г.), принятый за прототип, включающий подогрев сетевой воды, подачу горячей воды по подающему магистральному трубопроводу к системе отопления, непосредственно присоединенной к водяной тепловой сети, и возвращение охлажденной воды по обратному магистральному трубопроводу, охлажденная вода обратного магистрального трубопровода дополнительно охлаждается в испарителе теплового насоса, а теплотой, отбираемой от воды обратного магистрального трубопровода, в конденсаторе теплового насоса нагревается вода, циркулирующая в системе отопления.

Недостатками данного способа являются наличие развитой радиально-кольцевой схемы тепловой сети со сложным гидравлическим режимом, требующим балансировки участков ответвлений и главной магистрали; необходимость установки большого количества запорно-регулирующей арматуры; невозможность присоединения новых потребителей без остановки теплоснабжения.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является гидравлическая стабильность режима работы сети теплоснабжения, надежность и упрощение конструкции, наладки, а также эксплуатации тепловой сети за счет сокращения циркуляционных колец, снижение затрат энергии на перекачку теплоносителя за счет уменьшения требуемого напора, создаваемого сетевым насосом; снижение потерь напора в трубопроводе за счет отсутствия врезок, отводящих теплоноситель к зданиям и переходов при смене диаметров трубопроводов.

Технический результат достигается тем, что в способе теплоснабжения с независимым присоединением потребителей и одним источником тепловой энергии, включающем подогрев сетевой воды, подачу горячей сетевой воды по подающему магистральному трубопроводу к потребителям и возвращение охлажденной воды по обратному магистральному трубопроводу, в канале теплотрассы организуют транспортные зоны с теплоизоляцией на подающем и обратном магистральных трубопроводах и теплоизолированные зоны отбора теплоты к потребителям, каждую зону отбора теплоты выполняют с возможностью независимого присоединения минимум одного потребителя тепловой нагрузки путем размещения минимум одного коллектора на нетеплоизолированном участке подающего и/или обратного магистрального трубопроводов, каждого потребителя снабжают тепловым насосом, тепловые установки каждого потребителя подключают к конденсатору теплового насоса потребителя, тепловую нагрузку потребителям обеспечивают путем бесконтактной передачи необходимого количества тепла от подающего магистрального и/или обратного трубопровода из зоны отбора теплоты в канале теплотрассы промежуточному теплоносителю в коллекторе, транспортируют промежуточный теплоноситель в испаритель теплового насоса потребителя, при этом теплоноситель, циркулирующий в тепловых установках потребителя, нагревают до необходимой температуры в конденсаторе теплового насоса и подают в соответствующие тепловые установки. Теплоизолированные зоны отбора теплоты организуют путем оснащения внутренних поверхностей стенок канала теплотрассы многослойной теплоизоляцией с теплоотражающим слоем со стороны полости канала.

Сущность изобретения поясняют чертежи. На фиг. 1 приведено схематичное изображение системы теплоснабжения с независимым присоединением потребителей и одним источником тепловой энергии, поясняющей реализацию заявляемого способа. На фиг. 2 приведено изображение канала теплотрассы в продольном разрезе, поясняющее присоединение потребителя к обратному трубопроводу. На фиг. 3 приведено изображение зоны отбора теплоты в поперечном разрезе, поясняющее присоединение потребителей к подающему и обратному трубопроводу. На фиг. 4 приведена принципиальная схема независимого присоединения тепловой нагрузки одного потребителя к подающему трубопроводу.

Система теплоснабжения с независимым присоединением потребителей и одним источником тепловой энергии, реализующая заявляемый способ, включает источник тепловой энергии 1, соединенный с подающим 2 и обратным 3 магистральными трубопроводами и потребителей 4 тепловой энергии. Канал теплотрассы 5 содержит транспортные зоны 6 и зоны отбора теплоты 7 к потребителю. Зоны отбора теплоты 7 выполнены с возможностью независимого присоединением тепловой нагрузки минимум одного потребителя 4. На фиг. 1 приведено схематичное изображение системы теплоснабжения с независимым присоединением тепловой нагрузки одного и/или двух потребителей 4 в каждой зоне отбора теплоты 7 и одним источником тепловой энергии 1. В транспортных зонах 6 подающий 2 и обратный 3 магистральные трубопроводы снабжены теплоизоляцией 8, что минимизирует транспортные тепловые потери. Внутренние поверхности стенок канала теплотрассы 5 в каждой зоне отбора теплоты 7 снабжены многослойной теплоизоляцией 9 с теплоотражающим слоем 10 со стороны полости канала. В каждой зоне отбора теплоты 7 участок подающего магистрального трубопровода 2 и/или участок обратного магистрального трубопровода 3 выполнен без теплоизоляции. Каждый указанный нетеплоизолированный участок оснащен минимум одним охватывающим его коллектором 11 с промежуточным теплоносителем, количество коллекторов выбирают равным числу присоединяемых потребителей 4. Изображение на фиг. 2 поясняет размещение одного коллектора 11 в зоне отбора теплоты 7 на нетеплоизолированном участке обратного магистрального трубопровода 3. Изображение на фиг. поясняет размещение двух коллекторов 11 в зоне отбора теплоты 7 на нетеплоизолированном участке обратного магистрального трубопровода 3 и на нетеплоизолированном участке подающего магистрального трубопровода 2. В зоне отбора теплоты 7 на одном нетеплоизолированном участке трубопровода, подающего 2 или обратного 3, возможно размещение нескольких коллекторов по количеству потребителей, присоединяемых на указанном нетеплоизолированном участке. Коллектор 11 выполнен из гладкой трубы. Коллектор 11 выполнен в форме винтовой спирали (фиг. 3). Каждый потребитель оснащен тепловым насосом 12, содержащим испаритель 13, компрессор 14, конденсатор 15 и дроссельное устройство 16. Концы каждого коллектора 11 соединены с соответствующим испарителем 13 теплового насоса 12, расположенного у потребителя, тепловые установки которого подключены к конденсатору 15 теплового насоса 12. Промежуточный теплоноситель циркулирует в коллекторе 11 посредством циркуляционного насоса 17.

Способ теплоснабжения с независимым присоединением потребителей и одним источником тепловой энергии осуществляется следующим образом. На источнике теплоснабжения 1 осуществляется подогрев сетевой воды, которую подают к потребителям 4 по магистральному подающему трубопроводу 2 и возвращают по обратному магистральному трубопроводу 3. В канале теплотрассы организуют транспортные зоны 6 и зоны отбора теплоты 7 к потребителям. В каждой транспортной зоне 6 подающий магистральный трубопровод 2 и обратный магистральный трубопровод 3 снабжают теплоизоляцией 8, что минимизирует транспортные тепловые потери. Каждую зону отбора теплоты 7 теплоизолируют путем оснащения внутренних поверхностей стенок канала теплотрассы 5 многослойной теплоизоляцией 9 с теплоотражающим слоем 10 со стороны полости канала. В каждой зоне отбора теплоты 7 участок подающего магистрального трубопровода 2 и/или участок обратного магистрального трубопровода 3 выполняют без теплоизоляции. Указанные участки оснащают минимум одним коллектором 11, количество коллекторов выбирают равным числу присоединяемых потребителей. Тепловые установки каждого потребителя подключают к конденсатору 15 теплового насоса 12 потребителя 4. Тепловую нагрузку потребителям обеспечивают путем передачи необходимого количества тепла от подающего магистрального 2 и/или обратного 3 магистрального трубопровода из зоны отбора теплоты 7 в канале теплотрассы промежуточному теплоносителю, циркулирующему с помощью циркуляционного насоса 17 в коллекторе 11, теплота сетевой воды через стенки магистрального трубопровода 2 и/или участок обратного магистрального трубопровода 3 поступает во внутреннее пространство зоны отбора теплоты 7 канала теплотрассы и передается промежуточному теплоносителю в коллекторе 11. Нагретый промежуточный теплоноситель циркулирующий в коллекторе 11 посредством циркуляционного насоса 17 поступает в испаритель 13 теплового насоса 12 потребителя 4. В тепловом насосе 12 за счет энергии, подведенной в компрессоре 14, повышают потенциал тепловой энергии рабочего агента. Промежуточный теплоноситель с некоторой исходной температурой, поступающий в испаритель 13, нагревает и превращает в пар рабочий агент теплового насоса 12. В процессе цикла трансформации тепла в тепловом насосе 12 повышается тепловой потенциал рабочего агента, который снимается в конденсаторе 15 теплового насоса 12, где в конечном итоге тепловая энергия передается теплоносителю, циркулирующему в тепловых установках потребителя 4. Таким образом теплоноситель нагревают до необходимой температуры в конденсаторе 15 теплового насоса 12 и подают в соответствующие тепловые установки потребителя 4.

Такой способ передачи тепловой энергии потребителям является гидравлически независимым, при этом гидравлический режим потребителя не зависит от гидравлического режима тепловой сети, теплоносители в наружных (магистральных) сетях и внутренних системах потребителей не контактируют между собой. Обеспечение потребителя тепловой энергией осуществляется посредством передачи теплоты сетевой воды, выделяемой на определенных участках тепловой сети во внутренний объем канала, через систему трансформации, обеспечивающую в конечном итоге требуемые параметры потребляемой энергии. Главным и наиболее существенным преимуществом предлагаемого решения является стабильность гидравлического режима тепловой сети, в заявляемом способе тепловая магистральная сеть представляет собой трубопровод постоянного диаметра с одинаковым расходом воды и равномерным снижением давления по всей длине. При постоянном диаметре трубы значительно снижается использование разнообразных фасонных деталей трубопроводов, арматуры, упрощается работа компенсирующих устройств, снижаются нагрузки на опоры. При использовании труб одного диаметра достигается высокая унификация и взаимозаменяемость деталей, сокращается количество отходов металла. Отсутствие многочисленных врезок, отводящих теплоноситель к зданиям, и переходов при смене диаметров значительно снижает потери напора в трубопроводе. Исключение врезок в сетевой трубопровод повышает его прочность и герметичность, увеличивает срок службы. Отсутствие тепловых пунктов, гидравлически связанных с тепловой сетью, не требует обеспечения заданных располагаемых напоров в местах присоединения зданий, что позволяет снизить напор, создаваемый сетевым насосом. В предлагаемом способе значительно упрощается схема и конструктивное решение подключения потребителей. Гидравлически независимое подключение потребителей позволяет осуществлять присоединение новых потребителей тепла без остановки теплоснабжения. Такая схема позволяет производить индивидуальное местное регулирование теплового режима каждого потребителя, не влияя на тепловые режимы других потребителей. Гидравлически независимое подключение потребителей значительно повышает их надежность в плане обеспечения тепловой энергией. Нарушение теплоснабжения одного здания никак не отражается на теплоснабжении других потребителей. Режим подключения и отключения каждого здания решается индивидуально.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к независимым способам присоединения тепловой нагрузки, и может быть использовано в системах теплоснабжения. В способе теплоснабжения с независимым присоединением потребителей и одним источником тепловой энергии, включающем подогрев сетевой воды, подачу горячей сетевой воды по подающему магистральному трубопроводу к потребителям и возвращение охлажденной воды по обратному магистральному трубопроводу, в канале теплотрассы организуют транспортные зоны с теплоизоляцией на подающем и обратном магистральных трубопроводах и теплоизолированные зоны отбора теплоты к потребителям, каждую зону отбора теплоты выполняют с возможностью независимого присоединения минимум одного потребителя тепловой нагрузки путем размещения минимум одного коллектора на нетеплоизолированном участке подающего и/или обратного магистрального трубопроводов, тепловые установки каждого потребителя подключают к конденсатору теплового насоса потребителя, тепловую нагрузку потребителям обеспечивают путем передачи необходимого количества тепла от подающего магистрального и/или обратного трубопровода из зоны отбора теплоты в канале теплотрассы промежуточному теплоносителю в коллекторе, транспортируют промежуточный теплоноситель в испаритель теплового насоса потребителя, при этом теплоноситель, циркулирующий в тепловых установках потребителя, нагревают до необходимой температуры в конденсаторе теплового насоса и подают в соответствующие тепловые установки. Теплоизолированные зоны отбора теплоты организуют путем оснащения внутренних поверхностей стенок канала теплотрассы многослойной теплоизоляцией с теплоотражающим слоем со стороны полости канала. Технический результат заключается в обеспечении гидравлической стабильности режима работы сети теплоснабжения и надежности, упрощении конструкции, наладки и эксплуатации тепловой сети, снижении затрат энергии на перекачку теплоносителя, снижении потерь напора в трубопроводе. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ теплоснабжения с независимым присоединением потребителей и одним источником тепловой энергии, включающий подогрев сетевой воды, подачу горячей сетевой воды по подающему магистральному трубопроводу к потребителям и возвращение охлажденной воды по обратному магистральному трубопроводу, отличающийся тем, что в канале теплотрассы организуют транспортные зоны с теплоизоляцией на подающем и обратном магистральных трубопроводах и теплоизолированные зоны отбора теплоты к потребителям, каждую зону отбора теплоты выполняют с возможностью независимого присоединения минимум одного потребителя тепловой нагрузки путем размещения минимум одного коллектора на нетеплоизолированном участке подающего и/или обратного магистрального трубопроводов, каждого потребителя снабжают тепловым насосом, тепловые установки каждого потребителя подключают к конденсатору теплового насоса потребителя, тепловую нагрузку потребителям обеспечивают путем бесконтактной передачи необходимого количества тепла от подающего магистрального и/или обратного трубопровода из зоны отбора теплоты в канале теплотрассы промежуточному теплоносителю в коллекторе, транспортируют промежуточный теплоноситель в испаритель теплового насоса потребителя, при этом теплоноситель, циркулирующий в тепловых установках потребителя, нагревают до необходимой температуры в конденсаторе теплового насоса и подают в соответствующие тепловые установки.

2. Способ теплоснабжения с бесконтактным присоединением потребителей и одним источником тепловой энергии по п. 1, отличающийся тем, что теплоизолированные зоны отбора теплоты организуют путем оснащения внутренних поверхностей стенок канала теплотрассы многослойной теплоизоляцией с теплоотражающим слоем со стороны полости канала.