EA027263B1

EA027263B1 - Способ теплоснабжения и система теплоснабжения

Info

Publication number: EA027263B1
Application number: EA201400733A
Authority: EA
Inventors: Лубор Хитил
Original assignee: Флексира С.Р.О.
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2017-07-31
Also published as: EP2795199B1; PL2795199T3; ES2569195T3; DK2795199T3; HUE028938T2; DE102011056864A1; EA201400733A1; WO2013091892A4; EP2795199A2; WO2013091892A2; SI2795199T1; WO2013091892A3

Abstract

Изобретение относится к системе теплоснабжения с первым контуром циркуляции, в котором расположены генератор тепла и по меньшей мере один потребитель тепла вторым, соединяемым с первым контуром циркуляции, который содержит по меньшей мере один накопительный элемент и насосное устройство для загрузки или разгрузки накопительного элемента, и третьим контуром циркуляции, который, прежде всего, содержит теплоотвод, через который малоинерционные количества тепла существующих источников тепла могут быть перенесены в циркулирующую в контурах циркуляции среду. При этом теплоотвод является высокоэффективным теплообменником, который имеет малый накопительный объем или не имеет его вовсе. Способ теплоснабжения выполнен таким образом, что имеющиеся количества тепла отбираются, прежде всего, от теплоотвода, при избыточном предложении происходит накопление в накопительном элементе, и расположенный в первом контуре циркуляции генератор тепла не должен, по возможности, вступать в эксплуатацию.

Description

Изобретение относится к способу теплоснабжения, в котором теплоотвод в форме теплообменника служит в качестве центрального элемента для энергетического, но не гидравлического соединения различных генераторов тепла, прежде всего источников возобновляемой энергии, с потребителями тепла или тепловыми аккумуляторами. Изобретение относится также к системе теплоснабжения, которая пригодна для осуществления вышеописанного способа теплоснабжения.

Системы теплоснабжения вышеописанного вида как таковые известны. Внешние генераторы тепла, которые получают, главным образом, возобновляемую энергию, гидравлически соединены с теплоотводом в форме теплообменника и поставляют полученные количества тепла в теплоотвод. Источниками возобновляемой энергии являются, прежде всего, солнечные коллекторы, геотермальные зонды, регенерируемое технологическое тепло и тому подобное. Контур генератора гидравлически разъединен по отношению к контуру потребителей. Контур потребителей в качестве отопительного контура может содержать в непосредственной гидравлической связи генератор тепла, прежде всего отопительный котел. Потребители представлены преимущественно нагревателями, теплообменниками кондиционеров, теплообменниками бассейнов, отоплением теплиц, а также контурами циркуляции для производства и/или хранения технической воды. Вышеуказанные перечни приведены лишь в качестве примера.

Из уровня техники также известны системы теплоснабжения, которые состоят из генератора тепла, прежде всего отопительного котла, гидравлического разделителя и по меньшей мере одного питающего контура для потребителей тепла. Такие отопительные системы преобладают в установках, в которых не делается основной акцент на преимущественную добычу возобновляемой энергии или потоки возобновляемой энергии, во всяком случае интегрируются дополнительно в существующую отопительную систему.

Известные системы теплоснабжения этого вида используют гидравлический разделитель для уравнивания несимметричностей в динамиках изменения давления в пределах системы теплоснабжения.

Предложение из ΌΕ 10 2009051782 А1 относится к привнесению управления к такому гидравлическому разделителю для обеспечения ему возможности распределять количества тепла более соответственно спросу между источниками тепла и потребителями тепла. Для обеспечения возможности производить уравновешенный тепловой баланс предлагается дополнительное размещение буферного накопителя солнечной энергии, который с учетом его технического выполнения должен, однако, быть представлен теплообменником с большим объемом резервуара. Поэтому полученные из возобновляемой энергии количества тепла только накапливаются, но непосредственно не подводятся в контур потребителей.

Существенный недостаток предложенного устройства состоит в том, что буферный накопитель солнечной энергии неизбежно должен иметь большую инерционность.

Аналогично выполненная установка описана в ΌΕ 2151578 А1. Также в этом случае центральный накопитель тепла предлагается одновременно в качестве теплоотвода. Недостатком остается все же большая инерционность такой системы.

Другое предложение в ΌΕ 2151578 А1 относится к введению коммуникационного сопряжения в относящийся к системе теплоснабжения насосный агрегат, причем насосный агрегат находится в связи с расположенными извне клапанами, насосами или датчиками и из полученных параметров может выводить команды для насосного агрегата. Однако насосный агрегат сам по себе служит только для управления круговыми секторами системы обогрева пола.

Различные источники тепла работают с различными средами и транспортируют в то же время различные количества тепла. Таким образом, в солнечных тепловых коллекторах должна циркулировать, например, защищенная от замерзания среда. Относительно температуры среды обычный отопительный котел поставляет среду с предельной температурой максимально 80°С, в то время как солнечный тепловой коллектор поставляет в соответствующих случаях среду, нагретую до более 100°С. Кроме того, среды с более низкими предельными температурами также могут быть включены в систему теплоснабжения, например, посредством так называемого теплового насоса.

В таких системах теплоснабжения наличествующие во внешних контурах циркуляции количества тепла необходимо делать доступными к использованию (отопительной) средой посредством так называемого теплоотвода.

Для всех известных устройств в качестве теплоотвода применяется устройство, в котором скомбинированы теплообменник и тепловой аккумулятор. Поскольку между выходом среды и, следовательно, выходом количества тепла и потреблением количества тепла может образовываться несоответствие, к теплообменникам присоединяются накопительные емкости для обеспечения буферизации количеств тепла при дисбалансах между производством и потреблением. В последующем такие устройства обозначаются как комбинированный накопитель.

В качестве примера известных систем теплоснабжения может быть упомянуто устройство с наименованием СТС Есо Ζοηίΐΐι I 555 фирмы СТС АВ 341 26 Люнгби, Швеция. Эта система имеет комбинированный накопитель в качестве центрального устройства, причем теплообменник является спиральным теплообменником, который нагревает всю содержащуюся среду. При этом подведенное количество тепла не способно быстро нагревать всю накопленную среду. В этом отношении система теплоснабжения с таким центральным устройством исключительно инерционна.

- 1 027263

ΌΕ 20 2011003668 υΐ также предлагает такой же комбинированный накопитель. В этом накопителе вызывающее инерционность расслоение среды с различными температурами должно использоваться посредством того, что соответствующие уровню расхода присоединенных потребителей трубопроводные присоединения предусмотрены в каждом случае на высоте, где предполагается расположение среды с соответствующей температурой.

Открыто обнаруживающийся в так называемых комбинированных накопителях недостаток в виде температурного расслоения преобразуется согласно предложению из ΌΕ 20 2011003668 υΐ в преимущество при одновременном однако принятии других присущих этим комбинированным накопителям недостатков.

Прежде всего, в оптимизированных по энергии системах теплоснабжения, как например, в смонтированных в собственных домах системах, теплопроизводительность достигает только примерно 4 кВт и менее. Фактические затраты тепла для получения комнатных температур находится обычно еще ниже.

При вводе в эксплуатацию, а также при каждом процессе нагревания установленный источник тепла должен нагревать сначала всю накопленную среду, прежде чем полезное тепло может быть изъято. Поэтому такое устройство имеет большую инерционность.

При этом в комбинированном накопителе температурное расслоение образуется таким образом, что падение температуры происходит сверху вниз. Если в этом состоянии потребителями тепла изымается некоторое количество тепла, среда с наивысшей температурой сильнее всего охлаждается в верхней области комбинированного накопителя и может достигать уровня температуры, который располагается на более глубоком слое. Последствием температурной инверсии является опускание прохладной среды вниз и осуществление тем самым обмена среды в комбинированном накопителе. При этом образуются вихревые движения, которые приводят к выравниванию температуры, причем комбинированный накопитель не способен более поставлять каких-либо количеств тепла без притока тепла.

При сильном падении температуры внутри комбинированного накопителя может образовываться тороидальный вихрь из холодной воды, который вытесняет среду при своем понижении, перемешивается и вызывает нежелательные изменения температуры в контурах циркуляции на потребительской стороне.

Для предотвращения таких эффектов различные производители размещают в модулях накопителей теплообменников поперечные переборки, перепускные каналы и подобные приспособления, которые должны предотвращать такие нежелательные эффекты. Тем не менее, за счет этого увеличиваются издержки изготовления таких модулей.

Вариантом осуществления такого комбинированного накопителя, который должен обходиться минимумом потоконаправляющих элементов, является комбинированный накопитель 8ΡΙΚΆ фирмы ΡΕυΚΌΝ АО, 9430 Санкт-Маргретен, Швейцария. В этом комбинированном накопителе сделана попытка с помощью специальной спиральной намотки трубчатого змеевика, который обозначен здесь как слойный загрузочный модуль, получать равномерное нагревание в условиях возникновения падения температуры. Также и такое построение не обеспечивает предотвращения образования тороидальных вихрей. Большой накопительный объем опять-таки противодействует стремлению к сокращению продолжительности нагрева. Следовательно, выполненные также с этим комбинированным накопителем системы теплоснабжения инерционны и не имеют достаточных возможностей управления при избыточном предложении количеств тепла. С другой стороны, недостающие количества тепла должны быть компенсированы функционированием обычных генераторов тепла.

Поэтому существует потребность в системах теплоснабжения, которые способны как принимать количества тепла без инерционности, так и предоставлять без инерционности количества тепла потребителю. Также существует потребность в системах теплоснабжения, которые имеют простую конструкцию, отличаются приспосабливаемостью относительно хранения количеств тепла в широких пределах, могут быть оптимизированы как со стороны производителя, так и со стороны накопителя и со стороны потребителя, а также требуют существенно уменьшенных затрат в плане расходов по монтажу.

Поэтому целью изобретения является предложение способа теплоснабжения для работающей с теплоотводом системы теплоснабжения, которая легко может быть приспособлена к индивидуальной потребности, работает с незначительной инерционностью и поэтому быстро поставляет нагретую (отопительную) среду, выполнена просто и просто управляется, и по сравнению с известными системами теплоснабжения требует существенно уменьшенных расходов по монтажу и по эксплуатации. Также целью изобретения является предложение системы теплоснабжения, в которой применим данный способ теплоснабжения.

Вышеуказанная цель решена способом теплоснабжения с признаками отличительной части п.1 формулы изобретения в сочетании с признаками ограничительной части данного пункта формулы изобретения. Дополнительные независимые и зависимые пункты формулы изобретения описывают варианты осуществления системы теплоснабжения согласно изобретению. Вышеуказанная цель также решена системой теплоснабжения с признаками отличительной части п.6 формулы изобретения в сочетании с признаками ограничительной части данного пункта формулы изобретения.

В нижеследующем описании, вариантах осуществления и пунктах формулы изобретения представленные ниже понятия использованы в следующих значениях:

- 2 027263 система теплоснабжения - устройство, которое состоит, по меньшей мере, из источника тепла и из расположенного в том же контуре циркуляции потребителя тепла, дополнительно в другом контуре циркуляции, соединяемом с указанным контуром циркуляции, могут быть размещены теплоотвод и/или накопительный элемент;

теплоотвод - это теплообменник, который делает возможной передачу количеств тепла от первой среды ко второй среде без смешивания сред друг с другом и не имеет дополнительного накопительного объема;

теплообменник - это устройство с резервуаром и размещенным в нем трубчатым змеевиком, причем в резервуаре имеются в наличии первая среда и эффективного теплообменника с незначительной инерционностью и минимальным накопительным объемом.

Согласно изобретению также принята предпосылка, что с точки зрения эффективного и оптимизированного энергоснабжения, происходящие из возобновляемых источников энергии количества тепла система теплоснабжения согласно изобретению обрабатывает и предоставляет в распоряжение потребителям тепла с наивысшим приоритетом, а также в случае избыточного предложения количеств тепла, направляет их на временное хранение. С одной стороны, для этого посредством теплоотвода может быть подключено несколько получающих возобновляемую энергию модулей. С другой стороны, составной частью изобретения является быстрое предоставление в распоряжение потребителям полученных из упомянутых источников количеств тепла с помощью теплоотвода без обусловленной ненужными накопительными емкостями инерционности, и по мере возможности обеспечено снижение потребления горючего наличествующим потребителем тепла.

Кроме того, согласно изобретению к системе теплоснабжения должен быть присоединен накопитель, который способен накапливать большие количества тепла, и предназначен исключительно для этой цели.

Дальнейшим элементом изобретения является размещенное на подводящей магистрали накопителя насосное устройство, которое позволяет изменять направление подачи входящего в его состав насоса.

Если для поддержания циркуляции необходимо использование насосов, они должны приводиться в действие с производительностью, приспособленной к актуально наличествующей потребности.

Наконец, согласно изобретению принята предпосылка, что каждый элемент в системе теплоснабжения оптимизирован в соответствии с его назначением в его свойствах и приняты проистекающие из уровня техники компромиссы по сочетанию различных назначений отдельных элементов.

Согласно изобретению предложен способ теплоснабжения для приведения в действие системы теплоснабжения согласно изобретению, который предпочтительно предусматривает использование полезных внешних источников тепла, таких как тепловые солнечные коллекторы, работающие с одновременной генерацией тепла и электричества агрегаты, интегрированные в технологические отделенная от нее разделителем вторая среда, и производится теплообмен между обеими средами.

Контур циркуляции - это закрытая или соответственно открытая система трубопроводов, которая транспортирует среду между источником тепла и потребителем тепла или между теплоотводом и потребителем тепла или между тепловым аккумулятором и потребителем тепла.

Тепловой аккумулятор - это средство, которое содержит несущую количества тепла среду в резервуаре и снабжается с помощью генератора тепла или теплоотвода количествами тепла или соответственно отдает количества тепла потребителю тепла или в теплоотвод.

Разделитель - это элемент, отделяющий две различные среды в пределах резервуара теплообменника, который имеет большую поверхность и в то же время достаточную теплопроводность для реализации теплообмена с малой инерционностью.

Согласно изобретению система теплоснабжения известного вида по меньшей мере с двумя независимыми источниками тепла, по меньшей мере одним теплоотводом и по меньшей мере одним потребителем тепла, выполнена таким образом, что в области теплоотвода производится эффективный теплообмен между участвующими средами, причем появляющаяся при теплообмене инерционность очень незначительна, а также и прочие имеющиеся в наличии технические издержки незначительны.

Согласно изобретению также принята предпосылка, что известные из уровня техники устройства улучшены в том отношении, что наличествующий первоначальный источник тепла в форме отопительного котла, теплового насоса, когенерационной установки или электрического или соответственно газового нагревателя соединен непосредственно без промежуточного включения теплоотвода с потребителями тепла и, таким образом, коэффициент полезного действия вышеупомянутых устройств не понижается промежуточно включенными теплообменниками или накопительными емкостями.

Кроме того, согласно изобретению принята предпосылка, что для присоединения необходимых внешних источников тепла может быть введен в действие наличествующий в системе теплоснабжения теплоотвод в виде весьма процессы охлаждающие устройства, такие как теплообменник отработанного газа и т.п., для производства необходимых в системе теплоснабжения количеств тепла.

Также предложено временно сохранять возникающие излишние количества тепла в накопителе и подводить их по потребности оттуда вновь в циркуляцию.

Согласно изобретению наличествующий генератор тепла должен оставаться выведенным из экс- 3 027263 плуатации до тех пор, пока достаточно количеств тепла, поставленных из теплоотвода или из накопителя.

Кроме того, предложено производить функционирование системы теплоснабжения с помощью управления, которое постоянно обнаруживает тепловой баланс и энергобаланс системы теплоснабжения и направляет на этой основе управляющие команды в наличествующие в системе модули.

Теплоотвод выполнен таким образом, что он имеет при самом малом объеме наибольшую степень переноса и не имеет в наличии благодаря своему выполнению ненужного порождающего инерционность объема. Для оптимизации такого теплоотвода относительно издержек на изготовление образующий его теплообменник выполнен в виде цилиндрического резервуара с расположенным внутри него по меньшей мере одним спиралеобразным трубчатым змеевиком. По сравнению с известными комбинированными накопителями трубчатый змеевик занимает значительно большую часть объема резервуара в теплообменнике. Трубчатый корпус далее минимизирует поверхность резервуара теплообменника, причем он в значительной степени теплоизолирован посредством оболочки. Благодаря представленным мероприятиям теплообменник достигает коэффициента полезного действия ц₁₀₀ в процентном исчислении по меньшей мере 90%.

Согласно изобретению теплоотвод выполнен таким образом, что с помощью высокоэффективного теплообменника производится быстрая теплопередача, и при этом устранено хранение нагретой среды. Если хранение количеств тепла необходимо, оно производится исключительно в дополнительно размещенных накопительных элементах, которые присоединены посредством собственного контура циркуляции к теплоотводу.

Примененный теплообменник имеет, кроме того, преимущества по сравнению с известными комбинированными накопителями за счет того, что меньшие габариты предотвращают возникновение в пределах резервуара выраженных течений и образование слоев.

Согласно изобретению достигнуто, что прибывающие с нагретыми средами количества тепла быстро переносятся от первой среды ко второй среде, являющейся собственно теплоносителем, она нагревается до должной температуры, и транспортировка количеств тепла со второй средой может быть произведена столь же быстро.

Процесс производится в теплообменнике, который наделен трубчатым змеевиком из гофрированной трубы или гофрированного шланга, в пределах резервуара. Кроме того, в гофрированной трубе или гофрированном шланге устанавливается такая скорость течения, которая вызывает турбулентность течения и интенсифицирует, таким образом, теплообмен.

Для достижения этого теплообменник выполнен таким образом, что в зависимости от требуемого объемного расхода размеры примененных трубчатых змеевиков заданы таким образом, что постоянно обеспечена турбулентность течения при нормальном функционировании.

Кроме того, возможно размещать несколько трубчатых змеевиков в теплообменнике. Это может быть целесообразным в случае, когда несколько внешних источников питают теплообменник, и эти источники имеют различия относительно температуры, объемного расхода и свойств обращающихся сред.

Таким образом, могут применяться самые различные источники тепла. Необходим лишь приток от них количеств тепла.

При наличии в системе теплоснабжения частых избыточных предложений количеств тепла, как это типично случается при присоединении солнечных тепловых коллекторов, наличествующий в системе накопительный элемент может буферизировать излишние количества тепла и амортизировать таким образом теплоснабжение.

При этом монтируемый накопительный объем почти неограничен, поскольку накопительные элементы могут быть свободно выбраны относительно их объема и числа.

Загрузка или соответственно разгрузка накопительных элементов может производиться насосным устройством, которое с помощью насоса делает возможным функционирование в двух направлениях подачи.

Для энергооптимального приведения в действие этого насоса он управляется широтно-импульсной модуляцией и постоянно получает количество энергии, которое точно необходимо для достижения заданных расходов подачи. Является возможной интеграция регулятора ширины импульса в корпус насосов или в отдельный блок управления. Им можно управлять посредством аналоговых сигналов.

Таким же способом могут управляться все наличествующие в системе теплоснабжения насосы.

Системой теплоснабжения управляют посредством блока управления таким образом, что постоянно поддерживается уравновешенное отношение между потреблением энергии и подачей энергии. При этом управление обеспечивает высокий приоритет предоставления количеств энергии, происходящих от естественных источников (солнечных термических, геотермальных) или количеств тепла от отходов технических процессов (например, тепло отработанного газа). Если у этих источников имеется избыточное предложение количеств тепла, сначала с высоким приоритетом загружается первый контур циркуляции, то есть потребители тепла, а затем с более низким приоритетом - наличествующие накопители.

Только в случае наличия непокрытой потребности в количествах тепла, которая более не может быть компенсирована накопленными количествами тепла, применяется внутрисистемный источник теп- 4 027263 ла для подтапливания. Управление может иметь несколько широтно-импульсно-модулированных выходов, к которым могут быть присоединены в каждом случае насосы системы теплоснабжения.

Способ теплоснабжения составлен таким образом, что, прежде всего, нагретый теплоноситель производится и направляется с помощью насоса к потребителю тепла в первом контуре циркуляции, выполненном с генератором тепла, который может быть представлен обычным отопительным котлом, тепловым насосом или электробойлером. Одновременно в третий контур циркуляции теплоотвода поставляется нагретый теплоноситель, который пропорционально подводится в первый контур циркуляции.

Если приток нагретого теплоносителя из третьего контура циркуляции достаточен, находящийся в первом контуре циркуляции источник тепла снижает мощность или выключается полностью. Управление отслеживает эти процессы и получает тепловой баланс на основе зарегистрированных в системе теплоснабжения измеренных значений. В зависимости от результатов нагретый теплоноситель изымается из теплоотвода или из источника тепла и направляется далее к потребителям тепла.

Способ теплоснабжения может быть составлен также таким образом, что при избыточном предложении в балансе тепла пропорциональные количества тепла подаются на накопительный элемент и снова изымаются из него при непокрытой потребности. Управление приобщает в этом случае накопленные количества тепла к обнаруженному тепловому балансу и обращается при этом с количествами тепла из третьего контура циркуляции с наивысшим, количествами тепла из второго контура циркуляции с подчиненным и с количествами тепла, производимыми источником тепла, с самым низким приоритетом.

Относительно потребления тепла управление обращается с возникающей в первом контуре циркуляции нехватке тепла с высшим приоритетом и с возникающей во втором или соответственно в третьем контуре циркуляции потребительской нехватке с более низким приоритетом.

Система теплоснабжения может быть выполнена посредством управления вентилями и насосами таким образом, что, например, накопленные количества тепла из накопительного элемента могут быть направлены в третий контур циркуляции и могут нагревать посредством теплоотвода, например, контур циркуляции солнечного теплового коллектора для его освобождения, например, в случае замерзания или образования снежного покрывающего слоя, и обеспечения для него возможности вновь поставлять, таким образом, в кратчайший срок количества тепла.

Благодаря вышеописанному выполнению системы теплоснабжения согласно изобретению инерционность передачи тепла в высшей степени незначительна и обеспечена возможность вскоре после приема тепла второй средой изымать уже полезное тепло в потребителях тепла. Это означает, что, например, в рамках необходимых процессов нагревания, как например, при вводе в эксплуатацию или при повторном увеличении мощности после фазы снижения мощности, такая система теплоснабжения может поставлять очень быстро необходимые количества тепла.

В теплоотводе имеется в наличии только очень незначительный накопительный объем, который должен сначала нагреваться, а затем содержаться при той же самой должной температуре, как и теплоноситель. Таким образом, обеспечены, с одной стороны, высокий коэффициент полезного действия и, с другой стороны, высокая скорость реакции теплообменника согласно изобретению.

Изобретение разъяснено ниже более подробно посредством варианта осуществления и чертежа, на котором показано схематическое представление системы теплоснабжения согласно изобретению.

В первом контуре 1 циркуляции расположены по меньшей мере один генератор 2 тепла и один потребитель 3 тепла. Посредством насоса 4, который расположен на входной стороне (холодной стороне генератора тепла), поддерживается необходимая циркуляция. Кроме того, на горячей стороне генератора тепла расположен прерыватель 5 обратного потока.

Потребитель 3 тепла с помощью трехходового трехпозиционного вентиля 6 и насоса 7 присоединен таким образом, что возможна обратная связь через обратную линию 8, и может быть обеспечен с помощью трехходового трехпозиционного вентиля 6 в случае необходимости аварийный обходной канал для потребителя 3 тепла. В этом случае трехходовый трехпозиционный вентиль 6 может управляться не представленным на фиг. 1 блоком управления. К первому контуру 1 циркуляции может быть присоединен второй контур 9 циркуляции, который содержит насосное устройство 10 и по меньшей мере один накопительный элемент 11. Для связи второго 9 и первого 1 контуров циркуляции в последнем размещены дополнительно гидравлические разделители 12 и 13. При этом речь идет, в конечном счете, о трубопроводах с большим внутренним диаметром, которые делают возможным совершенно свободное смешивание потоков среды.

При избытке в генераторе 2 тепла произведенных количеств тепла насосное устройство 10 может быть активировано посредством линии 14 таким образом, что оно из накопительного элемента 11 посредством линий 15 и 14 направляет среду с более низкой температурой на гидравлический разделитель 12, в то время как одновременно посредством линии 16 нагретая среда поступает в накопительный элемент 11 и тем самым фактически загружает его.

Направление потока среды под давлением также может быть обращено при изменении в насосном устройстве 10 направления подачи таким образом, что из гидравлического разделителя 12 более холодная среда направляется в накопительный элемент 11, чем производится вытеснение среды с более высокой температурой через линию 15 в гидравлический разделитель 13 и предоставление потребителю 3 в

- 5 027263 распоряжение переданных количеств тепла.

Накопительный элемент 11 состоит, по существу, из резервуара 17 с большим объемом, в котором выполнена переходная область 18 между холодной областью 19 и горячей областью 20. При этом выполнение подводящих и соответственно отводящих трубопроводов обеспечивает предотвращение образования при загрузке или соответственно разгрузке накопительного элемента нежелательного смешивания накопительной среды и тем самым какого-либо усреднения температуры в накопительном элементе 11, способного повысить, в конечном счете, инерционность накопительного элемента 11.

Размещенный в третьем контуре циркуляции 21 теплоотвод 24 присоединяем к первому контуру циркуляции 1 посредством линий 22 и 23, которые могут быть соединены с гидравлическими разделителями 12 и 13.

Теплоотвод содержит по меньшей мере один первый трубчатый змеевик 25, который через свои присоединения 26 и 27 может быть соединен с внешним источником тепла, не представленным на чертеже. Такого вида внешние источники тепла могут быть представлены тепловыми солнечными коллекторами, контурами циркуляции горячей воды тепловых насосов, контурами циркуляции охлаждающей жидкости двигателей или технических устройств или контурами циркуляции теплообменников, которые установлены, например, в устройствах отработанного газа двигателей или технических устройств.

Второй трубчатый змеевик 28 через свои присоединения 29 и 30 также может быть соединен с внешним источником тепла вышеописанного вида.

Также возможно объединение трубчатых змеевиков 25 и 28, в каждом случае посредством их присоединений 26 и 29, а также 27 и 30, и таким образом, получение параллельного включения обоих трубчатых змеевиков 25 и 28.

Другая возможность состоит в том, что трубчатый змеевик 28 служит для соединения с внешними генераторами тепла, в то время как трубчатый змеевик 25 служит для нагревания технической воды, и тем самым образует отдельный четвертый контур циркуляции, который не является составной частью системы теплоснабжения.

Однако для нагревания технической воды также может быть применен другой трубчатый змеевик 31.

Следовательно, каждый из трех трубчатых змеевиков 25, 28 и 31 может быть соединен либо с внешним источником тепла, либо быть соединенным в параллельном включении, либо каждый из трубчатых змеевиков 25, 28 и 31 может быть соединен посредством отдельного не представленного на чертеже контура циркуляции с генератором тепла или с потребителем тепла.

Для достижения высокой эффективности процессов передачи между средами в теплоотводе 24 его объем поддержан малым, а для резервуара 32 выбрана такая внешняя форма, что он имеет только незначительную поверхность.

Предпочтительно резервуар 32 выполнен поэтому в виде цилиндрического резервуара с плоскими торцами и дополнительно теплоизолирован.

Трубчатые змеевики 25, 28 и 31 выполнены предпочтительно с использованием нержавеющей стали для достижения длительного срока службы теплоотвода 24. Альтернативно, они могут быть выполнены также из материалов с высокой теплопроводностью.

Наиболее предпочтительными являются для производства трубчатых змеевиков 25, 28 и 31 гофрированные трубы или гофрированные шланги. Они содействуют при превышении заданных скоростей течения образованию в ложбинах гофр турбулентных потоков. Эти турбулентные потоки обеспечивают эффективный теплообмен.

Выполнение резервуара 32 в форме трубы в сочетании с соответствующим образом заданными размерами трубчатых змеевиков 25, 28 и 31 обеспечивает также турбулентное течение во внутренней части резервуара 33 таким образом, что процессы переноса эффективно происходят в теплоотводе 24.

За счет применения гофрированных труб или гофрированных шлангов для изготовления трубчатых змеевиков 25, 28 и 31 образуется далее то преимущество, что при изменениях температуры возникает процесс их расширения, который предотвращает образование отложений в трубчатых змеевиках 25, 28 и 31. Во всяком случае образующиеся отложения непрерывно освобождаются за счет постоянного изменения размеров и остаются в потоке среды.

В резервуар 32 теплоотвода 24 интегрирован, кроме того, электронагреватель 34, который либо при наличии недорогой электроэнергии перенимает нагревание теплоносителя, либо при неиспользовании системы теплоснабжения поддерживает должную температуру в теплоотводе 24, которая необходима для нагревания технической воды. Он может применяться также с целью защиты от замерзания.

Вышеописанным устройством системы теплоснабжения достигнуто, что при использовании генератора 2 тепла нагретый без использования дальнейших процессов переноса теплоноситель непосредственно подводится потребителю 3 тепла, чем обеспечено экономичное по энергопотреблению функционирование.

Кроме того, достигнуто, что наличествующий в системе теплоснабжения генератор 2 тепла может быть полностью заменен во многих прикладных случаях на внешние источники тепла и на поставленные от них количества тепла, причем они подключаются посредством весьма эффективно работающего теп- 6 027263 лоотвода 24 к системе теплоснабжения.

В тех случаях, когда внешние источники энергии производят потоки среды, которые могут транспортироваться только в собственных контурах циркуляции, процессы обмена производятся посредством теплоотвода и соответственно расположенных в нем трубчатых змеевиков 25, 28 и 31.

Если баланс тепла устройства теплоснабжения дает в итоге избыток количеств тепла, они могут временно сохраняться посредством второго контура 9 циркуляции и расположенного в нем накопительного элемента 11. Благодаря накопительному элементу и закрепленному за ним насосному устройству 10 может быть достигнуто, таким образом, выравнивание суточных колебаний выхода количеств тепла из внешних источников тепла.

Схематически представленная на чертеже система теплоснабжения может быть различными способами расширена и дополнена. Например, к накопительному элементу 11 может быть присоединено произвольное число дополнительных аналогичных накопительных элементов и, таким образом, получена накопительная батарея. Кроме того, потребитель тепла 3 выступает в качестве представителя для нескольких потребителей тепла. Кроме того, возможны различные случаи использования этих потребителей тепла. Таким образом, могут быть применены нагреватели в одном или в нескольких зданиях в качестве потребителей тепла. Равно теплицы, бассейны или калориферы могут выступать в качестве потребителей 3 тепла. Кроме того, несколько теплоотводов 24 могут быть соединены параллельно. Это может быть также необходимо как при соответствующем высоком обороте в количествах тепла, как и при большом числе присоединяемых источников тепла.

Поскольку на чертеже показана только принципиальная схема системы теплоснабжения согласно изобретению, для специалиста понятно, что при создании такой системы со всеми соответственно необходимыми опциями на различных линиях должны быть установлены дополнительные насосы и/или управляющие элементы, обычные для систем теплоснабжения. Они не существенны для сути изобретения и поэтому не показаны на чертеже.

Воздействующее на систему управление, равным образом не показанное на чертеже, воздействует в каждом случае на генератор 2 тепла, потребитель 3 тепла, накопительный элемент 11 и теплоотвод 24, а также на насосное устройство 10 таким образом, что, с одной стороны, в плане потребности тепла в пределах системы теплоснабжения производится достаточное предоставление количеств тепла, а с другой стороны, потребителю 3 тепла постоянно подводятся те количества тепла, которые могут быть получены наиболее малозатратным способом.

В дальнейшем вышестоящее управление может обрабатывать с соответствующим приоритетом необходимость функционирования внешних источников тепла, как например необходимость постоянного функционирования присоединенных теплообменников отработанного газа, необходимость отведения тепла или также нагревательного процесса в тепловых солнечных коллекторах и отведения тепла из находящихся в использовании технических устройств.

Далее управление регулирует производительность насосов, что делает возможным эффективное управление этими насосами в зависимости от наличествующей в системе потребности. Предпочтительно управление насосами производится способом широтно-импульсной модуляции (ШИМ) таким образом, что насосам подводятся только необходимые для их привода количества энергии.

Предлагаемый способ теплоснабжения для вышеописанной системы теплоснабжения основан на предпосылке, что управление прежде всего воздействует на первый контур циркуляции 1 таким образом, что расположенный в нем генератор 2 тепла, а также расположенные в первом контуре 1 циркуляции потребитель тепла 3, насос 4 и трехходовой трехпозиционный вентиль 6 снабжаются со стороны управления управляющими командами.

Если генератор 2 тепла поставляет избыток количеств тепла, они могут временно сохраняться с помощью насосного устройства 10 в накопительном элементе 11, причем оба эти устройства расположены во втором контуре 9 циркуляции. Второй контур 9 циркуляции имеет возможность соединения с первым контуром 1 циркуляции. В зависимости от местных обстоятельств соединение может быть выполнено также неразъемным.

Третий контур 21 циркуляции равным образом имеет возможность соединения с первым контуром 1 циркуляции или может быть связан с ним неразъемным соединением. Он содержит теплоотвод 24, который принимает количества тепла из внешних источников тепла и поставляет их посредством процессов обмена обращающейся в контурах циркуляции 1, 9 и 21 среды. Получение количеств тепла производится с помощью по меньшей мере одного трубчатого змеевика 25 в резервуаре 32. Таким образом, привнесенные в систему теплоснабжения количества тепла направляются из третьего контура 21 циркуляции в первый контур 1 циркуляции и смешиваются с циркулирующей в нем средой. При соответствующем выходном расходе обращающаяся в первом контуре 1 циркуляции среда может быть поставлена только из теплоотвода 24, в то время как генератор 2 тепла либо отключен, либо его производительность существенно уменьшена.

Наличествующие в системе теплоснабжения элементы со стороны управления объединены и управляемы таким образом, что прежде всего производится обнаружение на основании теплового баланса существующей потребности в тепле. Посредством сравнения предложений тепла из генератора тепла

- 7 027263

2, теплоотвода 24 и накопительного элемента 11 с помощью алгоритма выполняется обработка входной информации для управляющих команд для отдельных элементов системы теплоснабжения.

При этом, как правило, обрабатывается с наивысшим приоритетом потребность в количествах тепла для потребителя 3 тепла, и задействуются источники тепла соответственно их мощности для поставки необходимых количеств тепла. При этом приоритет теплоотвода 24 может быть назначен таким образом, что непрерывно подводимые к нему от внешних источников тепла количества тепла принимаются в интересах обеспечения стабильного протекания процесса во внешнем источнике. Этим обусловлено выполнение с наивысшим приоритетом требований тепла, и во второстепенном порядке, сохранение количеств тепла.

Приток количеств тепла предпочтительно производится из третьего контура 21 циркуляции. С более низким приоритетом количества тепла востребуются из накопительного элемента 11. Наконец, генератор тепла 2 вводится в действие только тогда, когда потребность в тепле не может быть покрыта.

Выполняемый управлением алгоритм учитывает наряду с вышеназванными основными условиями, кроме того, режим функционирования, посредством которого также может быть минимизирован расход электроэнергии. Таким образом, вариант осуществления управления может предусматривать, что, прежде всего, наличествующие в системе теплоснабжения насосы приводятся в действие посредством присоединений, в которых реализована так называемая широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Наконец, вариант осуществления способа также предусматривает возможность управления посредством управления нагревателем 34 в теплоотводе 24. При этом нагреватель 34 может поддерживать должную температуру в теплоотводе 24. Вариант осуществления способа может предусматривать такой подогрев контура циркуляции к тепловому солнечному коллектору, который обеспечивает непрерывное оттаивание ледяного или снежного покрова солнечного коллектора и тем самым его более быструю готовность к добыче количеств тепла.

Другой вариант осуществления способа может предусматривать приведение в действие теплоотвода 24 с помощью нагревателя 34, выполненного в виде электробойлера. Это может быть целесообразно в случаях наличия предложения дешевой электроэнергии и рентабельности электрического нагрева через теплоотвод 24.

Изобретение имеет то преимущество, что предложена система теплоснабжения, которая может быть эффективно приведена в действие с незначительными издержками на конструктивные элементы, и которая оснащена, прежде всего, весьма эффективно работающим теплоотводом, который практически не имеет инерционности. Кроме того, преимуществом изобретения является возможность выполнения способа теплоснабжения, который обеспечивает быстрое и достаточное предоставление в распоряжение количеств тепла, причем с помощью приспособленного управления учтены возможности эффективного функционирования системы теплоснабжения и возможно возникающие необходимости относительно добычи количеств тепла и потребления тепла.

Список ссылочных обозначений.

- контур циркуляции,

- генератор тепла,

- потребитель тепла,

- насос,

- прерыватель обратного потока,

- трехходовой трехпозиционный вентиль,

- насос,

- обратная линия,

- контур циркуляции,

- насосное устройство,

- накопительный элемент,

12- гидравлический разделитель,

- гидравлический разделитель,

- линия,

- резервуар,

- переходная область,

- холодная область,

- горячая область,

- контур циркуляции,

- линия,

- теплоотвод,

- трубчатый змеевик,

- присоединение,

- 8 027263

- присоединение,

- трубчатый змеевик,

- присоединение,

- трубчатый змеевик,

- резервуар,

- внутренняя часть резервуара,

- нагреватель.

Claims

1. Способ теплоснабжения для системы теплоснабжения, которая, по меньшей мере, состоит из первого контура (1) циркуляции с генератором (2) тепла и потребителем (3) тепла, в котором с помощью по меньшей мере одного насоса (4) нагретая среда транспортируется от генератора (2) тепла к потребителю (3) тепла, второго контура (9) циркуляции, который является соединяемым с первым (1) и/или с третьим контуром (21) циркуляции и содержит накопительный элемент (11), а также насосное устройство (10), третьего контура (21) циркуляции, который является соединяемым с первым контуром (1) циркуляции и в котором расположен теплоотвод (24), причем в теплоотводе (24) через расположенные там трубчатые змеевики (25) или (28) в качестве разделителей подключаются другие генераторы тепла, которые имеют температуру, не совпадающую с требуемой температурой в первом контуре (1) циркуляции, и/или работают со средой, отличной от среды в первом контуре (1) циркуляции, и гидравлически отделены по меньшей мере от первого контура (1) циркуляции, в первом контуре (1) циркуляции с помощью генератора (2) тепла производится нагретый теплоноситель, который с помощью насоса (4) может быть направлен к потребителю (3) тепла, посредством расположенного в третьем контуре (21) циркуляции теплоотвода (24) доставляется нагретая среда, которую нагревают в теплоотводе (24) с трубчатыми змеевиками (25), (28) теплом из солнечных тепловых модулей и/или от производящих отходящее тепло устройств и/или из теплообменников отработанного газа, и/или от других источников тепла, и которая может быть непосредственно подведена в первый контур (1) циркуляции, с которой смешивают обращающуюся в первом контуре (1) циркуляции среду или, по меньшей мере, частично заменяют ее, отличающийся тем, что определяют тепловой баланс с помощью устройства управления на основе потребности в тепле потребителя (3) тепла, предложения тепла теплоотвода (24), накопительного элемента (11), а также производимого количества тепла генератора (2) тепла, и зарегистрированную в тепловом балансе потребность в тепле покрывают предпочтительно из расположенного в третьем контуре (21) циркуляции теплоотвода (24), в последующем из накопительного элемента (11) и, наконец, посредством генератора (2) тепла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройство управления при избыточном предложении количеств тепла из теплоотвода (24) направляет рассчитанный избыток в расположенный во втором контуре (9) циркуляции накопительный элемент (11), причем это происходит с помощью расположенного во втором контуре циркуляции (9) насосного устройства (10).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что возникшую в системе теплоснабжения потребность в количествах тепла покрывают посредством теплоотвода (24), при недостаточном снабжении дополнительно посредством накопительного элемента (11) и при остающемся недостаточном снабжении посредством генератора (2) тепла.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что возникающий избыток количеств тепла при функционировании генератора (2) тепла подводят к накопительному элементу (11).

5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что теплоотвод (24) при снижении ниже допустимой температуры дополнительно нагревают посредством нагревателя (34).

6. Система теплоснабжения, которая пригодна для осуществления способа по одному из пп.1-5 и в которой теплоотвод (24) является теплообменником, имеющим объем не более 100 л.

7. Система теплоснабжения по п.6, отличающаяся тем, что теплоотвод (24) имеет разделительную поверхность по меньшей мере 250 см²/л емкости резервуара по отношению к одному из трубчатых змеевиков (25) или (28).

8. Система теплоснабжения по п.6, отличающаяся тем, что теплоотвод (24) имеет разделитель в форме спирального трубопровода с профилированной стенкой.

9. Система теплоснабжения по п.8, отличающаяся тем, что разделитель является трубопроводным рукавом из гофрированной трубы или гофрированного шланга.

10. Система теплоснабжения по п.6, отличающаяся тем, что первый (25) и/или второй трубчатый змеевик (28) в теплоотводе (24) выполнены с возможностью подключения к солнечному тепловому мо- 9 027263 дулю, и/или к тепловому насосу, и/или к коммунальной отопительной установке, и/или к контуру охлаждения тепловыделяющего устройства, и/или к теплообменнику отработанного газа, и/или к другому источнику тепла.

11. Система теплоснабжения по п.6, отличающаяся тем, что теплоотвод (24) имеет четвертый независимый контур циркуляции, в котором в трубчатом змеевике (31) теплоотвода (24) нагревается свежая вода.