BG61460B1 - Method and device for heating of building and of ventilation air - Google Patents

Description

Изобретението се отнася до метод за отопление на помещения в сграда, който включва пренасянето на топлина от станция за загряване на течност към затоплящата течност в отоплителната мрежа за отопление на сградата и на вентилационния въздух. Изобретението се отнася също така и до устройство за отопление на помещения в сграда.

В отдалечените централи или станции за загряване на вода температурата на захранващата вода, която се пренася от станцията, е обикновено между 90 - 110°С, в зависимост от станцията (централата). Водата, необходима за отопление, вентилация и топла вода на сградата, обикновено се загрява в топлообменник, и се подава от него към сградата при температура около 70 - 90°С. В състояние на пиково натоварване, за което обикновено водопроводните мрежи са проектирани, температурата на отработената вода не може да се свали под 40°С. Температурата на отработената вода към станциите е приблизително 50°С, за да се постигнат минимални разходи. За да се оптимизират стойността на инвестициите, производителността на помпите, топлинните загуби и др. на тръбопроводните мрежи на отдалечените станции, температурата на отработената вода би могла да се намали още повече, но тогава стойността на топлообменниците ще нарасне бързо, дори и при малко допълнително спадане на температурата, защото температурната разлика при известните устройства е сравнително малка, около 10°С.

В обикновените сгради делът на вентилацията в общите енергийни разходи на сградата е около 35-50%, в зависимост от вида сграда и използваните в нея съоръжения. Както топлинните, така и вентилационните загуби и необходимост са директно пропорционални на разликата между вътрешната и външната температура, т.е. съотношението между тях е почти константа. Общият топлинен баланс включва в допълнение, вътрешното отделяне на топлина в сградата (осветление, електрически уреди, хора и т.н.) и топлата вода, които са независими от външната температура и имат обратен ефект. Така съотношението на вентилация варира много малко с промените във външната температура.

Задача на настоящото изобретение е да осигури метод, с помощта на който да се намали температурата на отработената вода към станцията в сравнение с досега познатите устройства, без значими допълнителни инвестиции. Методът съгласно изобретението се характеризира с това, че една от посочените течности е принудена да протича така, че да отдава топлина първо за отоплението на сградата и след това за подгряването на вентилационния въздух.

Основната идея на изобретението е да свърже топлоподаването за отопление и вентилация последователно по такъв начин, че необходимостите за отопление да се посрещат на по-високо енергийно ниво, а необходимостите за вентилация да се посрещат на по-ниско енергийно ниво. Това може да се постигне чрез циркулацията на затоплящата вода на сградата първо през отоплителната система на сградата и след това през топлообменниците на вентилационната система или чрез циркулация на загряващата вода от станцията първо през отоплителната система на сградата и после през топлообменника на вентилационната система.

Предимствата на изобретението се изразяват особено, когато топлината се пренася от отработения въздух на сградата към захранващия въздух с помощта на мрежа за регенерация на топлина.

На първия етап циркулационната вода може да се охлади до около 40°С и отработената вода към станцията до около 50°С, както е посочено по-горе. На втория етап затоплящата вода на системата може да се охлади дори под 0°С съгласно изобретението и в резултат температурата на отработената вода към станцията да се понижи до 20*-30°С. Така капацитетът на топлопроводната мрежа на станцията може да се увеличи с 50% и инвестициите да се намалят с 35 %. Производителността на помпите може да се намали с 30-35% и топлинните загуби на отработената вода могат да се намалят до повече от половината от загубите при съществуващите системи. Също така системата може да се контролира по-лесно с малки натоварвания.

Друга задача на изобретението е да осигури и устройство за отопление на помещения в сгради, което се състои от средство за топлообмен за провеждане на топлината от заг2 ряващата течност от станцията към затоплящата течност, протичаща в отоплителната мрежа на сградата и за вентилация на въздух и други.

Устройството съгласно изобретението, се характеризира с това, че отоплителните мрежи за отопление на сградата и на вентилационния въздух са свързани последователно и една от споменатите течности е принудена да протича през устройството по такъв начин, че да пренася топлината първо за отопление на сградата и след това, когато е вече по-студена, за подгряване на вентилационния въздух.

Изобретението е описано по-подробно с помощта на приложените чертежи, където:

Фигура 1 показва първи вариант на изпълнение на устройството съгласно изобретението като опростена функционална диаграма;

Фигура 2 - втори вариант на изпълнение на устройството по начин, съответстващ на фиг.1;

Фигура 3 - модификация на изпълнението в съответствие с фиг. 2, и

Фигура 4 - трети вариант на изпълнение на устройството съгласно изобретението.

На фиг. 1 захранващият магистрален водопровод на отдалечената станция за загряване на водата е означен с №1, а обратният магистрален водопровод е означен с №2. Магистралните тръбопроводи са свързани чрез тръбопровода 3 към първичната верига на топлообменника 4. Тръбопроводът 5 е свързан с вторичната верига на топлообменника 4 за циркулиране на затоплящата вода за отопление на помещенията в сградата. На фиг.1 са показани две отоплителни мрежи, означени с пунктир: отоплителна мрежа 6 за отопление на сградата и отоплителна мрежа 7 за подгряване на вентилационния въздух. Отоплителната мрежа 6 се състои от устройства за отопление на сградата като радиатори, устройства за подгряване на топлата вода и подобни. Отоплителната мрежа 7 съответства основно на топлообменника, описан във FI 915 511, с помощта на който топлината на отработения въздух В, изпускан от сградата, се пренася към захранващия въздух А, влизащ в сградата. Действието на топлообменника е аналогично на това от посочената патентна заявка.

Циркулационният тръбопровод включва помпата 8, с помощта на която затоплящата вода се провежда до захранващия водопро вод 9 на отоплителната мрежа 7, като тръбопроводът е свързан с подгряващия източник 10 на отоплителната мрежа 7 и по-нататък е свързан с топлообменника 11 на захранващия въздух А в рекуперационната мрежа. След топлообменника 11, в циркулационния тръбопровод 12 на рекуперационната верига на отоплителната мрежа 7 е предвидена циркулационна помпа 13 откъм студената страна, след което обратният тръбопровод 14 е свързан с циркулационния тръбопровод, като обратният тръбопровод е свързан в единия си край към циркулационния тръбопровод 5. Поради различните потоци в отоплителните мрежи 6 и 7, устройството е осигурено с байпас 15. Циркулационният тръбопровод 5 е свързан с втората верига на топлообменника 4. Съгласно изобретението, отоплителните мрежи 6 и 7 са свързани последователно по такъв начин, че да имат общ циркулационен тръбопровод 5, като затоплящата течност протича първо през отоплителната мрежа 6 за отопление на сградата и след това през отоплителната мрежа 7 за подгряване на вентилационния въздух.

Устройството съгласно изобретението, действа по следния начин.

Водата от отдалечената загряваща станция по магистралния водопровод 1 с температура между 90-110°С, протича през свързващата тръба 3 към първичната верига на топлообменника 4 и оттам към магистралния тръбопровод на отработената вода. Затоплящата вода, циркулираща в тръбопровода 5, се подгрява във вторичната верига на топлообменника до температура 70-90°С и протича от топлообменника към отоплителната мрежа 6 за отопление на сградата и за топлата вода и понататьк през помпата 8 и една тръба 9 към топлообменника 11 на регулационната верига. В отоплителната мрежа 6 охладената вода отдава топлина на захранващия въздух А. Ако се приеме, че захранващият въздух е с температура -25°С, температурата на затоплящата вода в циркулационния тръбопровод 12 откъм студената страна на рекуперационната верига спада до към -15°. Това естествено изисква незамръзваща затопляща течност, например смес от вода и гликол, да се използва за цялата система. Ако затоплящата вода е под 0°С във вторичната верига на топлообменника 4, температурата на отработената вода към станцията пада до около 20-30°С и по този начин се

реализират описаните предимства.

От гледна точка на баланса на рекуперационната верига, може да е полезно в някои случаи, да се свърже обратният тръбопровод 14 към топлата страна на рекуперационната 5 верига, т.е след топлообменника на отработения въздух в посока на потока на течността, където температурата на затоплящата течност е например 20°С, Така отработената вода към станцията се охлажда до около 30°С. Тази алтернатива е показана с точки и тирета на фиг. 1 и фиг.2.

На фиг.2 е показан вторият вариант на изпълнение на устройството съгласно изобретението, където топлообменникът 4 от фиг.1 е заместен от два топлообменника 16 и 17 за отоплителните мрежи 6 и 7 съответно. Всяка една от отоплителните мрежи има отделен циркулационен тръбопровод, съответно 18 и 19. Топлообменниците 16 и 17 са свързани последователно, така че тръбата 3 провежда затоплящата вода от станцията по магистралния тръбопровод 1 първо към топлообменника 16 и след това към топлообменника 17, от който водата тече към обратния магистрален тръбопровод 2.

При този вариант на изпълнение на устройството, водата от станцията протича през регулационен вентил 20 към топлообменника 16 на отоплителната мрежа 6, в който топлообменник тя се охлажда до около 50°С и понататък с помощта на помпата 21 през тръбата 22 и регулационния вентил 23 протича към топлообменника 17 на отоплителната мрежа 7, в който топлообменник загряващата вода от станцията се охлажда до около 20-30° и отива в обратния магистрален тръбопровод към станцията.

Предимството на този вариант на изпълнение е, че цялата отоплителна мрежа 6 може да функционира с вода и само течността, протичаща през циркулационния водопровод 12 и вторичната верига на топлообменника 17 трябва да бъде незамръзваща, например вода и гликол. За водата не са поставени същите специални изисквания за отделните компоненти, както сместа от вода и гликол, откъдето устройството на фиг.2 е по-евтино от устройството на фиг.1. Отделните отоплителни мрежи 6, 7 могат също така да се контролират по-лесно, отколкото при изпълнението на фиг.1, където мрежите имат обща циркулационна тръба 5.

На фиг.З е показан вариант на изпъл10 нение, при който всеки от топлообменниците 16, 17 е осигурен с отделна водна циркулационна помпа 24, в резултат на което използването на загряващата вода от станцията може да се минимизира и/или устройството може по-лесно да се контролира.

На фиг.4 е показано как може отоплителната мрежа 6 да се раздели на две подмрежи 6' и 6. При показаното изпълнение мрежите са свързани в паралел и имат общ топлообменник 16. Алтернативно всяка подмрежа 6' и 6^П може да има отделен топлообменник и подмрежите могат да бъдат свързани последователно, което е за предпочитане, особено когато едната мрежа е за топла вода. Също така може и да има повече от две подмрежи.

Топлообменникът за топла вода може да бъде свързан последователно с отоплителната система и паралелно с топлообменника на вентилацията, ако има едновременно нужда от отопление, вентилация и топла вода.

Използването на топлата вода е обикновено периодично и от топла вода има нужда и през лятото, когато сградата и нейната вентилация не се нуждаят от отопление. Съгласно изобретението температурата на отработената вода в отоплителната система може обикновено да се намали достатъчно с помощта на вентилацията. Затова е полезно да се направят отделни мрежи за топлата вода, като нейната мрежа трябва да е свързана отделно и директно с отоплителната станция и може да се проектира за ниска температура на отработената вода.

С описаните по-горе варианти на изпълнението не се ограничава обхватът на изобретението. Функционалните диаграми на фигурите са опростени с цел да се избягнат елементи и операции, които не са необходими, за да се разбере основната идея на изобретението. Отоплителната мрежа 7 може също да се раздели по начина, описан за мрежата 6 от фиг.4, където термичните операции, като подгряване на въздух, рекуперация на топлина, и на отработения въздух, могат да бъдат в различни подмрежи, ако това се желае. Загряващата вода от станцията и течността, визирана тук, могат да бъдат произведени в други заводи, централи, както и от станция в самата сграда.

Claims (10)

1. Патентни претенции

   1. Метод за отопление на помещения в сграда, при който пренасянето на топлината от загряваната на отдалечено място течност се отдава на затоплящата течност в отоплителните мрежи /6, 7/ за отопление на сградата и на вентилационния въздух, характеризиращ се с това, че една от споменатите течности с ниска температура е принудена да протича по такъв начин, че отдава последователно необходимото количество топлина за отопление на сградата и след това за подгряване на вентилационния въздух.
2. 2. Метод съгласно претенция 1, който включва пренасяне на топлина от отработения въздух /8/ на сградата към захранващия въздух /А/ със средствата на мрежа за повторно използване на топлината, характеризиращ се с това, че затоплящата течност загряваща вентилационния въздух, протича през топлообменник /11 / в мрежата за повторно използване на топлината, като течността отдава топлината си на захранващия въздух /А/ в топлообменника /11/.
3. 3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че затоплящата течност се отделя от мрежата за повторно използване на топлината преди топлообменника /11/ на отработения въздух /В/ или след като тя е преминала през топлообменника на отработения въздух.
4. 4. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че затоплящата течност на отоплителната мрежа преминава от топлообменник /4/ през отоплителната мрежа /6/ за отопление на сградата, след което преминава през отоплителната мрежа /7/ за загряване на вентилационния въздух и обратно към топлообменника /4/.
5. 5. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че загряващата течност протича от магистралната отоплителна мрежа /1,2/ през топлообменника /16/ от отоплителната мрежа за отопление на сградата, през топлообменника /17/ от отоплителната мрежа за загряване на вентилационния въздух и от него - обратно към магистралната отоплителна мрежа /1, 2/.
6. 6. Устройство за отопление на помещения в сграда, което включва топлообменници /4, 16, 17/ за пренасяне на топлина от магистралната загряваща течност към затопля щата течност, протичаща в отоплителните мрежи /6, 7/ за отопление на сградата и за загряване на вентилационният въздух, характеризиращо се с това, че отоплителните мрежи /6, 7/ са свързани последователно с циркулационен тръбопровод /5/, като затоплящата течност отдава необходимото количество топлина за отопление на сградата, след което по същия тръбопровод /5/ се подава за загряване на вентилационния въздух.
7. 7. Устройство съгласно претенция 6, включващо мрежа за повторно използване на топлина, чрез която се пренася топлина от отработения въздух /В/ от сградата към захранващия въздух /А/, характеризиращо се с това, че входът на циркулационния тръбопровод /5/ за затоплящата течност е свързан с мрежата за повторно използване на топлината през топлообменника /11/ на захранващия въздух, а изходът на споменатия тръбопровод е отведен от мрежата преди топлообменника /11/ на отработения въздух или след него.
8. 8. Устройство съгласно претенция 6, характеризиращо се с това, че отоплителните мрежи /6, 7/ за отопление на сградата и за загряване на вентилационния въздух имат общ циркулационен тръбопровод /5/ за циркулация на затоплящата течност, който е свързан с топлообменника /4/, като след споменатия топлообменник циркулационния тръбопровод /5/ е свързан с отоплителната мрежа /6/ за затопляне на течността в нея, след която същият тръбопровод /5/ е свързан към отоплителната мрежа /7/.
9. 9. Устройство съгласно претенция 6, характеризиращо се с това, че всяка от отоплителните мрежи /6, 7/ за отопление на сградата и за загряване на вентилационния въздух е снабдена с по един топлообменник /16, 17/ за загряване на затоплящата течност в мрежата, като тръбопроводът за магистралната загряваща течност е свързан първо с топлообменника /16/ на отоплителната мрежа /6/ и след това с топлообменника /17/ на отоплителната мрежа /7/.
10. 10. Устройство съгласно претенция 6, състоящо се от отоплителна мрежа за затопляне на топла вода, характеризиращо се с това, че топлообменникът /16/ на отоплителната мрежа за сградата /6/ е свързан паралелно с топлообменника /17/ на отоплителната мрежа /7/ за загряване на вентилационния въздух.