Автономная система горячего водоснабжения Советский патент 1992 года по МПК F24D17/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в промышленных и бытовых системах горячего водоснабжения

Известна система горячего водоснабжения, содержащая бак-аккум лятор, линию подпиточной водопроводной воды от магистрального трубопровода, подключенной параллельно через распределительные стояки к водоразборной и смесительно-во- доразборной арматуре, причем распределительная сеть горячей воды снабжена включенными последовательно по ходу потока нагревателями первой и второй ступени, в которых сетевая вода тепловой сети подогревает водопроводную воду.

К недостаткам данной системы горячего водоснабжения относится слив в канализацию теплой и холодной воды после использования у потребителя, что приводит к большим затратам на магистральные сети, перерасходу особенно ценной питьевой водопроводной воды, а также перерасходу энергии

Наиболее-близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому

vj 00 4 СЛ

ю

зультату является система горячего водоснабжения, содержащая баки-аккумуляторы горячей и холодной воды, тепловой насос с испарителем и конденсатором,распределительные сети горячего водоснабжения и холодной воды, водоразборные краны холодной и горячей воды, низкопотенциальный источник теплоты, подключенный к испарителю теплового насоса, линию под- питочной воды от магистрального трубопровода, сливной трубопровод, насосы и магистральные сети. В данной системе горячего водоснабжения питьевая вода и горячая вода после использования у потребителя сливаются в канализацию, uro приводит к большим затратам на магистральные сети, перерасходу питьевой водопроводной воды, а также к перерасходу энергии. Кроме этого, в качестве низкопотенциального источника используется навозохранилище, что существенно ограничивает область применения данной системы горячего водоснабжения.

Целью изобретения является уменьшение затрат на магистральные сети путем использования теплоты сливной воды.

На фиг.1 изображена схема системы горячего водоснабжения; на фиг,2 -емкость с коаксиальным расположением секций; на фиг.З - емкость с расположением секций вдоль ее длины.

Автономная система горячего водо- снабжения содержит бак-аккумулятор 1 горячей воды с уровнемером, в нижнюю часть которого вмонтирован доводчик температуры 2, а на его входном патрубке установлен вентиль 3, управляемый уровнемером, размещенным в баке-аккумуляторе 1 горячей воды. На подающем стояке 4 горячей воды - циркуляционный насос 5 и пиковый подогреватель 6, который расположен перед трубопроводами 7, каждый из которых подключен ко входному патрубку горячей воды трехходового смесительного крана 8 с дистанционным регулятором температуры 9. Подающий стояк 4 через воздушный кран 10 сообщается с атмосферой На обратном стояке 11 циркуляционного контура размещен обратный клапан 12. В состав системы входит бак-аккумулятор 3 холодной воды с установленным в нем уровнемером. На подающем стояке 14 холодной воды размещен циркуляционный насос 15. К обратному стояку 16 подключены трубопроводы 17, каждый из которых подключен ко входному патрубку холодной воды трехходового смесительного крана 8, а перед баком-аккумулятором 13 холодной воды на обратном стояке 16 установлен обратный клапан 18. Подающий стояк 14 через воздушный кран

19 сообщается с атмосферой. Выходной патрубок трехходового смесительного крана 8 подключен к водоразборному крану 20, из которого смесь холодной и горячей воды

подается абоненту, а использованная вода через приемники слива 21 (раковины, ванны и т.д.) поступает в сливной трубопровод 22. На сливном трубопроводе 22 последовательно по ходу потока размещены отстой0 ник 23 с уровнемером, на сливном патрубке которого установлен регулируемый вентиль

24,управляемый от уровнемера, фильтры

25,бак-аккумулятор 26 неочищенного слива с уровнемером, насос 27, регулируемый вен5 тиль 28, регулируемый от уровнемера бака- аккумулятора 26 неочищенного слива, химводоподготовительная установка 29, бак-аккумулятор 30 очищенного слива с уровнемером, насос 31, регулируемый вен0 тиль 32, регулируемый от уровнемера бака- аккумулятора 30 очищенного слива. На сливном трубопроводе перед фильтрами и за ними, а также на выходных патрубках баков-аккумуляторов 26 и 30 установлены

5 запорные вентили 33. Сливной трубопровод 22 после регулируемого вентиля 32 разветвлен на два трубопровода. Один трубопровод подсоединен ко входу испарителя теплового насоса с греющей стороны, вы0 полненного из трех последовательно соединенных по нагреваемой и греющим средам секций 34--36, в каждую из которых встроена дополнительная теплообменная поверхность 37-39 соответственно. Выходной

5 трубопровод из последней секции 36 испарителя соединен с распределительной сетью 40 холодной воды. Другой трубопровод 41 подсоединен ко входу конденсатора 42 с нагреваемой стороны, выходной

0 трубопровод из которого подсоединен к распределительной сети горячего водоснабжения 43. В состав теплового насоса входят, кроме испарителя и конденсатора 42, компрессор 44 с приводом 45 и дрос5 сельный вентиль 46 На разветвлении трубопроводов установлены вентили 47 и 48. позволяющие изменять соотношение потоков воды, направляемой в распределительные сети горячей 43 и холодной 40 воды.

0 Между распределительными сетями горячей 43 и холодной 40 воды установлена перемычка 49, на которой размещен насос 50 и регулятор температуры 51 с температурным датчиком, установленным на распреде5 лительной сети 43 горячей воды. К распределительной сети 40 холодной воды подключен вентиль 52, управляемый уровнемером, установленным в баке-аккумуляторе 13 холодной воды. Линия подпиточной воды 53 через регулируемый вентиль 54 подключена к коллектору 55, на выходных патрубках которого установлены регулируемые вентили . Дополнительные теплооб- менные поверхности 37-39 секций испарителя соединены между собой последовательно, причем к входу первой теплообменной поверхности 37 подключен выходной патрубок вентиля 56, в промежутках между первой 37 и второй 38, между второй 38 и третьей 39, теплообменными поверхностями подключены выходные патрубки вентилей 57 и 58, а к выходу третьей 39 теплобменной поверхностью подключен выходной патрубок вентиля 59, при этом выход третьей теплообменной поверхности 39 соединен с выходным трубопроводом последней секции 36 испарителя через обратный клапан 60. Кроме этого, к испарителю подводится теплота от низкопотенциального источника тепла.

Для уменьшения потерь теплоты от воды, хранящейся в баках-аккумуляторах, баки-аккумуляторы системы могут быть выполнены в виде единой теплоизолированной емкости, содержащей столько теплоизолированных друг от друга секций, сколько баков-аккумуляторов имеется в системе с температурой воды, превышающей температуру окружающей их среды. В варианте емкости с коаксиальным расположением секций внутренняя секция содержит горячую воду с температурой Ti, смежная с ней секция содержит тепловую неочищенную воду с температурой Тз, причем Ti T2 Тз. В варианте емкости с расположением секций вдоль емкости то рсть разделенной вертикальными теплоизолированными перегородками,температура воды в первой секции равна Т,, во второй секции равна Т2. в третьей секции равна Тз, причем

Т1 Т2 Тз.

Система горячего водоснабжения работает следующим образом.

В периоды водоразбора горячая и холодная вода из баков-аккумулягоров горячей 1 и холодной 13 водь: с помощью насосов 5 и 15 соответственно подается в трехходовые смесительные краны 8 и дальше в водоразборные краны 20, а после использования сливается через приемники слива 21 (раковины, ванны и т.д.) в сливной трубопровод 22. С помощью дистанционного регулятора температуры 9 с температур- ной шкалой и ручкой плавного регулирования осуществляется установка абонентом на выходном патрубке трехходового смесительного крана 2 требуемой температуры горячей воды. При закрытом водоразборном кране 20 ручка дистанционного регулятора температуры 9 выведена в

крайнее положение, соответствующее температуре холодной воды, при котором проход горячей воды к выходному патрубку трехходового смесительного крана 8 за- 5 крыт, то есть исключен переток воды из бака-аккумулятора 13 холодной воды в бак-аккумулятор 1 горячей воды и наоборот через трехходовый смесительный кран 8. По мере движения по сливному трубопроводу

0 22 вода проходит последовательно две стадии очистки. предварительную от механических примесей и основную, включающую химическую, биологическую и другие виды обработки воды. Для предварительной очи- 5 стки сливной воды используется отстойник 23 и фильтр 25. При накоплении отстоя в отстойнике 23 до заданного уровня по сиг- папу от уровнемера открывается вентиль 24 и отстой сливается в канализацию. Тонкая

0 счистка сливной воды от механических примесей осуществляется о фильтрах 25, которые периодически поочередно промываются. После предварительной очистки вода сливается в бак-зккумулятор 26

5 неочищенного слива с размещенным в нем уровнемером. При накоплении воды в баке- аккумулчторе 26 до верхнего уровня по сигналу уровнемера включается насос 27 и одновременно открывается вентиль 28. В

0 результате веда из бака-аккумулятор 26 поступает Б хг.мводоподготовчтельную установку 29, а из нее после обработки вода поступает в бак-акк мулятор 30 очищенного ел 1ва Насос 31 может включаться в работу

5 ак по сигнапу уровнемера при достижении верхнего уровня сливной очищенной зоды в Ь ке-аккуму яторе 30 очищенного слива, который одновременно с включением насоса 31 открывает регулируемый зентиль 28 и

О включает привод 45 компрессора 44 теплового насоса, так и по команде оператора в период ночного провача нагрузки. При включении насоса 31 и теплового насоса сливная вода из бака-аккумулятора 30 очи5 щепного слива разделяется на два потока. Часть потока очищенной и обработанной воды охлаждается в испарителе теплового насоса дс температуры 4-5°С, а другая его часть нагревается в конденсаторе 42 тепло0 вого насоса. Нагретая и охлажденная вода после теплового насоса поступает в распределительную сеть горячей 43 и холодной 40 воды, откуда она подается в местные системы горячего водоснабжения и холодной во5 ды. Из распределительных сетей 43 и 40 вода соответственно поступает в баки-аккумуляторы горячей 1 и холодной 13 воды. Если температура горячей воды после конденсатора 42 ниже заданного значения, до- гоев ее производится доводчиком

температуры 2, установленным в баке-аккумуляторе 1 горячей воды. В качестве доводчика температуры могут использоваться либо электрический нагреватель, либо нагреватель, в котором использована теплота сетевой воды из подающей или обратной линии тепловой сети. Для подогрева горячей воды может также использоваться пиковый подогреватель 6, когда абоненту в течение непродолжительного времени требуется вода после конденсатора выше заданного значения по сигналу температурного датчика, установленного на распределительной сети 43 горячей воды, открыбается вентиль регулятора температуры 51 и включается насос 50. В результате холодная вода из распределительной сети холодной воды 40 подмешивается к горячей, снижая ее температуру до задан ного значения. Если вода в баке-аккумуляторе 1 горячей воды достигает верхнего уровня, по сигналу уровнемера закрывается вентиль 3 и выключается тепловой насос. При достижении верхнего уровня воды в баке-аккумуляторе 13 холодной воды по сигналу уровнемера открывается вентиль 52, через который излишек холодной воды сливается в канализацию. В случае снижения уровня воды в баке-аккумуляторе 13 холодной воды до нижней отмесш по сигналу уровнемера открывается вентиль 54 на линии подпиточной воды 53, если при этом уровень воды в баке-аккумуляторе 30 ниже нижнего уровня. Поскольку температура подпиточной воды в течение года может меняться в пределах от 5 до 25°С, то более полного использования теплоты этой воды испаритель выполнен в виде ряда последовательно соединенных секций 34-36, в каждую из которых встроена теплообменная поверхность 37-39 соответственно. Через эти теплообменные поверхности проходит подпиточная вода, причем количество секций испарителя, в которых производится отбор теплоты у подпиточной воды, зависит от ее температуры. Подключение теплообмен- ных поверхностей соответствующих секций испарителя осуществляется с помощью регулируемых вентилей 56-59. Так, если температура подпиточной воды 25°С, то открывается регулируемый вентиль 56, а остальные регулируемые вентили в это время закрыты. Если температура подпиточной воды становится ниже 25°С, открывается регулируемый вентиль 57, а вентили 56-59 закрыты. Если температура подпиточной воды становится ниже 15°С, открывается вентиль 58, а остальные регулируемые вентили 56-59 закрыты. Если температура подпиточной воды становится равной 5°С и

ниже, открывается вентиль 59, а вентили 56-58 закрыты, то есть в этом случае подпиточная вода подается в систему, минуя испаритель.

Данная автономная система горячего

водоснабжения позволяет использовать сливную воду как в качестве низкопотенциального источника теплоты, так и повторно после соответствующей очистки и обработки в качестве горячей и холодной воды в системе горячего водоснабжения с возможностью регулирования горячей воды на во- доразборе, что позволяет экономить не только энергию, но также и питьевую водопроводную воду со значительным снижением затрат на магистральные сети. Кроме этого, существенно расширяется область применения такой системы, так как она не связана .с внешним низкопотенциальным

источником теплоты. Предложенная схема также позволяет с большой эффективностью использовать теплоту питьевой водопроводной воды, которая используется в качестве подпитсчной. Использование трехходового смесительного крана с дистанционным регулятором температуры позволяет повысить точность получения требуемой температуры горячей воды на водоразборе, а следовательно, и экономичность системы,

а также повысить удобство эксплуатации водоразборных смесительных кранов. Выполнение же баков-аккумуляторов с разной температурой воды в виде единой емкости позволяет существенно уменьшить теплопотери в системе. Достоинством этой схемы является также и то, что она не загрязняет окружающую среду тепловыми выбросами и сточными водами.

40

Формула изобретения

Автономная система горячего водоснабжения, содержащая баки-аккумуляторы горячей и холодной воды, установленные

на трубопроводах горячей и холодной воды соответственно, тепловой насос с исполнителем и конденсатором, линию ьодпиточ- ной воды от магистрального трубопровода и сливной трубопровод, отличающаяся

тем, что, с целью уменьшения затрат на магистральные сети путем использования теплоты сливной воды, система дополнительно содержит установленные на сливном трубопроводе отстойник и соединенные с его

выходом и последовательно расположенные фильтр, бак-аккумулятор сливной воды и химводоподготовительную установку, выход которой одновременно подключен к входам конденсатора и испарителя, соответственные линии нагрева и охлаждения

которых подключены к соединенным перемычкой с насосом и регулятором температуры трубопроводам горячей и холодной воды, испаритель теплового насоса выполнен секционным, каждая секция которого снабжена дополнительной теплообменной поверхностью, линия подпиточной воды подключена через регулируемые по температуре клапаны с дополнительными тепло- обменными поверхностями испарителя и с трубопроводом холодной воды, бак-аккумулятор горячей воды снабжен вмонтированным в него доводчиком температуры, а на трубопроводе горячей воды после бака аккумулятора дополнительно установлен пиковый подогреватель горячей воды.

Использование: в промышленных и бытовых системах горячего водоснабжения. Сущность изобретения, для уменьшения затрат на магистральные сети путем использования теплоты слианой воды система содержит баки-аккумуляторы горячей и холодной воды, установленные на трубопроводах горячей и холодной воды соответственно, тепловой насос с испарителем и конденсатором, линию подпиточ- ной воды от магистрального трубопровода и сливной трубопровод Систем э также содержит установленные на сливном трубопроводе отстойник и соединенные с его выходом и последовательно расположенные фильтр, бак-аккумулятор сливной воды и химводоподготовительную установку, выход которой одновременно подключен к входам конденсатора и испарителя, соответственные линии нагрева и охлаждения ко- торых подключены к соединенным перемычкой с насосом и регулятором температуры трубопроводам горячей и холодной воды. Испаритель теплового насоса выполнен секционным, каждая секция которого снабжена дополнительной теплооб- менной поверхностью. Линия подпиточной воды подключена через регулируемые по температуре клапаны, к дополнительным теплообменным поверхностям испарителя и к трубопроводу холодной воды. Бак-аккумулятор горячей воды снабжен вмонтированным в него доводчиком температуры, а на трубопроводе дополнительно установлен пиковый подогреватель горячей воды, 3 ил (Л С

к:

-ДА&

26

JJ 272823

30 33 J/ 32

фиг.1

Фиг, 2

Л2

«,

.«

- 60

J/ 32

47

7-Я 53 5Ь

/

55

Г, V7j

Фиг.З