PL172318B1

PL172318B1 - Method of and apparatus for heating a building and ventilaltion air

Info

Publication number: PL172318B1
Application number: PL93301285A
Authority: PL
Inventors: Seppo Leskinen
Original assignee: Flaekt Ab
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1997-09-30
Also published as: RU94041705A; EP0629275A1; BG99030A; SK107594A3; NO302437B1; UA25830C2; DE69305503D1; GR3021415T3; AU3633993A; RU2104447C1; JPH07507132A; FI94173C; ATE144317T1; FI921034A0; CZ288102B6; CA2131443A1; WO1993018350A1; EE03008B1; ES2092815T3; NO943352L

Abstract

1. Sposób ogrzewania przestrzeni mie- szkalnej budynku od temperatury 19° do 24°C polegajacy na przenoszeniu ciepla z miejskiej cieczy grze wczej o temperaturze 90- 110°C do grzejnej cieczy bloków grzewczych dla nagrzania budynku i powietrza wenty- lacyjnego polegajacy na tym, ze miejska ciecza grzewcza ogrzewa sie grzejna ciecz grzewcza obwodów do temperatury 70°- 90°C, znamienny tym, ze ogrzana ciecz grzejna najpierw kieruje sie do grzejników w budynku, a nastepnie schlodzona ciecza ogrzewa sie wplywajace z zewnatrz powie- trze wentylacyjne, zas miejska ciecz grzewcza o temperaturze obnizonej do 20°C - 30°C zawraca sie do sieci miejskiej. FIG. 1 PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do ogrzewania budynku i powietrza wentylacyjnego.

W miejskich instalacjach grzewczych i instalacjach kotłowych temperatura wody zasilającej dostarczanej z instalacji wynosi zwykle 90.... 110°C, zależnie od instalacji. Woda potrzeb172 318 na do ogrzania, wentylacji i wody wodociągowej budynków zwykle nagrzewa się w wymienniku ciepła, temperatura wody dostarczanej stamtąd do budynku wynosi zwykle 70...90°C. W chwili najwyższego obciążenia, dla którego sieci miejskie są zwykle projektowane, temperatura wody powrotnej płynącej z budynku zwykle nie może spadać poniżej 40°C. Temperatura miejskiej grzewczej wody powrotnej wynosi zatem w przybliżeniu 50°C, przy uzyskaniu minimalnych kosztów. Biorąc pod uwagę koszty inwestycyjne prędkości pompowania, straty ciepła, itp. miejskiej sieci grzewczej byłoby korzystne, aby spadek temperatury wody powrotnej był większy, lecz koszty wymienników cieplnych mogłyby szybko wzrosnąć nawet przy małym dodatkowym spadku, gdyż również temperatura nawet w obecnych urządzeniachjest raczej mała, około 10°C.

W typowych budynkach, udział wentylacji w zużyciu energii grzewczej budynku wynosi około 35 ...50%, zależnie od typu budynku i układów stosowanych w nim. Zarówno straty ciepła w budynku jest i wymóg cieplny dotyczący wentylacji są wprost proporcjonalne do różnicy pomiędzy temperaturą wejściową a wyjść iową, to znaczy stosunek pomiędzy nimi jest w przybliżeniu stały. Ponadto całkowita równowaga cieplna obejmuje wewnętrzne wydzielanie ciepła budynku (oświetlenie, elektryczne urządzenia, ludzie, itp.) oraz gorącą wodę wodociągową, które są niezależne od temperatury wyjściowej. Udział wentylacji zmienia się zatem bardzo mało przy zmianach temperatury wyjściowej.

Sposób ogrzewania przestrzeni mieszkalnej budynku do temperatury 19° do 24°C polegaj ący na przenoszeniu ciepła z miej skiej cieczy grzewczej o temperaturze 90-110°C do grzejnej cieczy grzewczych obwodów w celu nagrzania budynku i powietrza wentylacyjnego polegający na tym, że miejską cieczą grzewczą ogrzewa się grzejną ciecz grzewczą obwodów do temperatury 70°-90°C według wynalazku charakteryzuje się tym, że ogrzaną ciecz grzejnąnajpierw kieruje się do grzejników w budynku, a następnie schłodzoną cieczą ogrzewa się wpływające z zewnątrz powietrze wentylacyjne, zaś miejską ciecz grzewczą o temperaturze obniżonej do 20°C - 30°C zawraca się do sieci miejskiej.

Ciecz grzejną ogrzewającą powietrze wentylacyjne przepuszcza się przez wymiennik ciepła umieszczony w obwodzie odzyskiwania ciepła, w którym ciecz grzejna przenosi ciepło do wentylacyjnego powietrza wlotowego.

Ciecz grzejnąusuwa się z obwodu odzyskiwania ciepła przed wymiennikiem ciepła powietrza wylotowego.

Ciecz grzejną usuwa się z obwodu odzyskiwania ciepła po przejściu przez wymiennik ciepła powietrza wylotowego.

Ciecz grzejną zawraca się z wymiennika ciepła przez blok grzewczy nagrzewający budynek, a następnie przez blok grzewczy nagrzewając powietrze wentylacyjne powracające do wymiennika ciepła.

Miejską ciecz grzewczą cyrkuluje się od miejskiej sieci grzewczej poprzez wymiennik ciepła bloku grzewczego, dla ogrzania budynku, do wymiennika ciepła bloku grzewczego, dla ogrzania powietrza wentylacyjnego, a stamtąd z powrotem do miejskiej sieci grzewczej.

Układ do ogrzewania przestrzeni mieszkalnej budynku zawierającego co najmniej jeden wymiennik dla przenoszenia ciepła od miejskiej sieci grzewczej do cieczy grzejnej płynącej w obwodach grzewczych do ogrzewania budynku i powietrza wentylacyjnego połączone z blokami grzewczymi według wynalazku charakteryzuje się tym, że blok grzewczy do ogrzewania budynku i blok grzewczy powietrza wentylacyjnego są połączone szeregowo.

Cyrkulacyjny przewód rurowy grzewczej cieczy do ogrzewania powietrza wentylacyjnego jest połączony z obwodem odzykiwania ciepła.

Bloki grzewcze do ogrzania budynku i powietrza wentylacyjnego mają wspólny cyrkulacyjny przewód rurowy cieczy grzewczej.

Każdy z bloków grzewczych do ogrzewania budynku i powietrza wentylacyjnego j est wyposażony w oddzielny wymiennik ciepła do ogrzewania grzewczej cieczy w obwodzie.

Wymiennik ciepła bloku grzewczego dla gorącej wody wodociągowej jest połączony równolegle z wymiennikiem ciepła bloku grzewczego dla ogrzewania powietrza wentylacyjnego.

172 318

Podstawową cechą wynalazku jest to, aby połączyć źródła zasilania ciepła do ogrzania i wentylacji szeregowo w taki sposób, że pierwszy etap cieplnego zapotrzebowania na ogrzewanie zachodzi na wyższym stopniu energii, a drugi etap zapotrzebowania cieplnego na wentylację zachodzi na niższym poziomie energii. Można to uzyskać przez cyrkulację wody grzewczej budynku najpierw przez układ grzewczy budynku, a następnie przez wymiennik ciepła układu wentylacyjnego lub przez cyrkulację miejskiej wody grzewczej najpierw przez blok grzewczy, a następnie przez wymiennik ciepła układu wentylacyjnego.

Zalety wynalazku stają się zwłaszcza oczywiste, gdy ciepło jest przenoszone z powietrza wylotowego z budynku do powietrza wlotowego za pomocą układu odzyskiwania ciepła.

W pierwszym etapie woda cyrkulująca może być schłodzona do około 40°C, jak to stwierdzono powyżej. W drugim etapie, woda grzewcza układu może być schłodzona nawet poniżej 0°C według wynalazku w wyniku czego temperatura miejskiej grzewczej wody powrotnej może spaść do 20 ...30°C. Zatem, wydajność miejskiej sieci grzewczej może wzrastać do około 50% lub też inwencje mogą być zmniejszone o około 35%. Prędkość pompowania może być zmniejszona o około 30 ....35%, a straty cieplne wody powrotnej mogą być zmniejszone o więcej niż o połowę strat w obecnych układach. Ponadto sieć będzie łatwiej kontrolowana przy mniejszych obciążeniach.

Przedmiot wynalazku w kategorii układu j est przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 pokazuje pierwszy przykład wykonania urządzenia według wynalazku, jako uproszczony schemat funkcjonalny, fig. 2 pokazuje drugi przykład wykonania urządzenia, fig. 3 pokazuje modyfikację przykładu wykonania z fig. 2, i fig. 4 przedstawia trzeci przykład wykonania urządzenia według wynalazku.

Na fig. 1 główny przewód zasilający miejskiej sieci ciepłowniczej oznaczono oznacznikiem cyfrowym 1, a główny przewód powrotny - oznacznikiem cyfrowym 2. Przewody są połączone przewodem 3 do pierwszego obwodu wymiennika ciepła 4. Przewód rurowy 5 jest podłączony do drugiego obwodu wymiennika ciepła 4 doprowadzając ciepłą wodę w celu ogrzania przestrzeni mieszkalnej budynku. Fig. 1 pokazuje dwa przewody grzewcze, pokazane linią przerywaną, to znaczy blok grzewczy 6 do ogrzania budynku i blok grzewczy 7 do nagrzania powietrza wentylacyjnego. Blok grzewczy 6 zawiera urządzenie do ogrzania budynku takie jak grzejniki, podgrzewacz wody wodociągowej i tym podobne. Blok grzewczy 7 odpowiada zasadniczo wymiennikowi ciepła ujawnionego w fińskim zgłoszeniu patentowym nr915511,za pomocąktórego ciepło jest przenoszone z wylotowego powietrza B odprowadzanego z budynku do wlotowego powietrza A, doprowadzanego do budynku. Biorąc pod uwagę wymiennik ciepła, nawiązujemy do wymienionego wyżej zgłoszenia patentowego.

Cyrkulacyjny przewód rurowy zawiera pompę 8, za pomocą której nagrzana woda jest doprowadzana do zasilającego przewodu wodnego 9 bloku grzewczego 7, przy czym ten przewód jest podłączony do źródła ciepła 10 bloku grzewczego 7, a dalej do wymiennika ciepła 11 wlotowego powietrza A w obwodzie odzyskiwania ciepła. Za wymiennikiem ciepła 11, cyrkulacyjny przewód rurowy 12 obwodu odzyskiwania ciepła w bloku grzewczym 7 posiada pompę cyrkulacyjną 13 po stronie zimnej, za którąrura powrotna 14 j est połączona z cyrkulacyjnym przewodem rurowym, przy czym powrotna rurajest połączonajednym końcem z cyrkulacyjnym przewodem rurowym 5. Na skutek tego, że różna ciecz przepływa blokami grzewczymi 6 i 7, urządzenie jest wyposażone w przewód boczny 15. Rura cyrkulacyjna 5 jest przyłączona do drugiego obwodu wymiennika ciepła 4.

Zgodnie z wynalazkiem, bloki grzewcze 6, 7 są połączone szeregowo w taki sposób, że mają wspólny cyrkulacyjny przewód rurowy 5, gdzie nagrzana woda płynie najpierw przez blok grzewczy 6 w celu ogrzania budynku, a następnie przez blok grzewczy 7 w celu nagrzania powietrza wentylacyjnego. Urządzenie według wynalazku działa w następujący sposób.

W miejskim głównym ciepłowniczym przewodzie zasilającym 1 woda o temperaturze zwykle około 90 ...110°C płynie przewodem 3 do pierwszego obwodu wymiennika ciepła, a stamtąd do miejskiego ciepłowniczego przewodu powrotnego 2. Ogrzana woda cyrkulująca w cyrkulacyjnym przewodzie rurowym 5 jest nagrzewana w drugim obwodzie wymiennika ciepła

172 318 do temperatury 70 ...90°C i płynie z wymiennika ciepła do bloku grzewczego 6 w celu ogrzania budynku i do podgrzewacza wody miejskiej, a następnie przez pompę 8 i rurę 9 do wymiennika ciepła 11 obwodu odzyskiwania ciepła, w którym blok grzewczy 6 ochłodzonej wody przenosi ciepło dalej do wlotowego powietrza A. Jeśli założymy, że temperatura powietrza wlotowego wynosi -25°C, to temperatura ogrzanej wody w cyrkulacyjnym przewodzie rurowym 12 po zimnej stronie obwodu odzyskiwania ciepła spada do około -15°C. Wymaga to oczywiście tego aby niezamarzająca ciecz grzewcza, przykładowo mieszanina wody i glikolu była stosowana w całym układzie. Jeśli woda nagrzewana wynosi poniżej 0°C w drugim obwodzie wymiennika ciepła 4, to temperatura miejskiej ciepłowniczej wody powrotnej spada do około 10... 30°C, przy czym uzyskuje się korzyści.

Biorąc pod uwagę równowagę obwodu odzyskiwania ciepła, może być korzystne w pewnych przypadkach połączenie powrotnego przewodu rurowego 14 z gorącą stroną obwodu odzyskiwania ciepła, to znaczy za wymiennikiem ciepła powietrza wylotowego w kierunku przepływu cieczy, gdzie temperatura cieczy ogrzewającej wynosi przykładowo około 20°C. Miejska ogrzewająca woda powrotna zostaje schłodzona do około 30°C. Tę alternatywę pokazano linią kropkowo-kreskową na figurach 1 i 2.

Figura 2 przedstawia drugi przykład wykonania urządzenia według wynalazku, gdzie wymiennik ciepła 4 z fig. 1 zostaje zastąpiony przez dwa wymienniki ciepła 16 i 17 dla grzewczych bloków 6 i 7, odpowiednio. Każdy z bloków grzewczych 6,7 ma oddzielne cyrkulacyjne przewody rurowe 18 i 19, odpowiednio. Wymienniki ciepła 16,17 są połączone szeregowo w taki sposób, że przewodem 3 przepływa miejska woda grzewcza z przewodu zasilającego 1 najpierw do wymiennika ciepła 16, a następnie do wymiennika ciepła 17, z którego woda płynie do przewodu powrotnego 2 miejskiej sieci ciepłowniczej.

W tym przykładzie wykonania, woda z miejskiej sieci ciepłowniczej płynie przez zawór regulacyjny 20 do wymiennika ciepła 16 bloku grzewczego 6, w którym to wymiennik ciepła schładza się do około 50°C, a następnie za pomocą pompy 21 przewodem 22 i przez zawór regulacyjny 23 do wymiennika ciepła 17 bloku grzewczego 7, w którym to wymienniku ciepła miejska woda grzewcza schładza się do około 20 ...30°C i jest prowadzona do powrotnego przewodu 2 miejskiej sieci ciepłowniczej.

Zaletą tego przykładu wykonaniajest to, że cały blok grzewczy 6 może być systemem wodnym, a jedynie ciecz płynąca w cyrkulacyjnym przewodzie rurowym 12 i w drugim obwodzie wymiennika ciepła 17 musi być cieczą niezamarzającą przykładowo cieczą wodno-glikolową. Woda nie musi spełniać tych samych specjalnych wymogów dla składników jako mieszanina wody i glikolu i dlatego urządzenie zgodnie z fig. 2 jest tańsze od tego z fig. 1. Oddzielnymi blokami grzewczymi 6,7 łatwiej jest sterować niż w przykładzie wykonania z fig. 1, gdzie obwody mają wspólny cyrkulacyjny przewód rurowy 5.

Figura 3 pokazuje przykład wykonania, gdzie każdy z wymienników ciepła 16, 17 jest wyposażony w oddzielną cyrkulacyjną pompę wodną 24, w wyniku czego może być zmniejszone zużycie miejskiej wody grzewczej i/lub może być łatwiejsza kontrola urządzenia.

Figura 4 pokazuje jak blok grzewczy 6 może być podzielony na dwa bloki 6' i 6. W ujawnionym przykładzie wykonania, bloki są połączone równolegle i mają wspólny wymiennik ciepła 16. Alternatywnie, każdy blok 6' i 6 może mieć oddzielny wymiennik ciepła, a bloki mogą być połączone szeregowo, co jest korzystne, zwłaszcza jeśli jeden z obwodów wytwarza gorącą wodę wodociągową. Może być również więcej niż dwa niniejsze bloki.

Wymiennik ciepła gorącej wody wodociągowej może być połączony szeregowo z blokiem grzewczym, a równolegle z wymiennikiem ciepła wentylacji, jeśli zachodzi jednoczesna potrzeba ogrzewania, wentylacji i wody wodociągowej.

Zużycie gorącej wody miejskiej zwykle jest okresowe, a gorąca woda miejskajest potrzebna nawet w lecie, gdy me potrzeba ogrzewać budynki i stosować ciepłego nawiewu. Zgodnie z wynalazkiem, temperatura powracającej wody w bloku grzewczym może zwykle znacznie spaść na skutek wentylacji. Zatem ogólnie korzystne jest aby utworzyć oddzielny obwód dla produkcji

172 318 gorącej wody wodociągowej, który to obwód jest bezpośrednio połączony z miejska siecią ciepłowniczą i może być przeznaczony dla niskiej temperatury powrotnej wody.

Powyższe zostały opisane przykłady wykonania, które nie ograniczają zakresu ochrony wynalazku. Schematy pracy na rysunkach zostały uproszczone w celu pominięcia części i działań, które nie są konieczne dla zrozumienia podstawowej idei wynalazku. Blok grzewczy 7 może być również podzielony w sposób odpowiadający blokowi grzewczemu 6 na fig. 4, przy czym operacje termiczne takiejak ogrzewanie powietrza, odzyskiwanie dostarczonego ciepła i odzyskiwanie ciepła z powietrza wylotowego może być umieszczone w różnych mniejszych obwodach, jeśli zachodzi taka potrzeba. Miejska woda grzewcza lub ciecz dotyczą gorącej cieczy wytwarzanej nawet w innych instalacjach takichjak instalacja kotłowa w budynku.

FIG. 3

172 318

Γ ³ΊΙ 20

-L·

Γ

Ί'' _ l..>6

18’

3-|| f “ΐζψ>^—|

124·

FIG. 4

172 318

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1 .Sposób ogrzewania przestrzeni mieszkalnej budynku od temperatury 19° do 24°C polegający na przenoszeniu ciepła z miejskiej cieczy grzwczej o temperaturze 90-110°C do grzejnej cieczy bloków grzewczych dla nagrzania budynku i powietrza wentylacyjnego polegający na tym, że miejską cieczą grzewczą ogrzewa się grzejną ciecz grzewczą obwodów do temperatury 70°- 90°C, znamienny tym, że ogrzaną ciecz grzejną najpierw kieruje się do grzejników w budynku, a następnie schłodzonąciecząogrzewa się wpływające z zewnątrz powietrze wentylacyjne, zaś miejską ciecz grzewczą o temperaturze obniżonej do 20°C - 30°C zawraca się do sieci miejskiej.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciecz grzejną ogrzewającą powietrze wentylacyjne przepuszcza się przez wymiennik ciepła (11) umieszczony w obwodzie odzyskiwania ciepła, w którym ciecz grzejna przenosi ciepło do wentylacyjnego powietrza wlotowego (A).
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że ciecz grzejnąusuwa się z obwodu (12,14) odzyskiwania ciepła przed wymiennikiem ciepła powietrza wylotowego (B).
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że ciecz grzejnąusuwa się z obwodu odzyskiwania ciepła (12,14), po przejściu przez wymiennik ciepła powietrza wylotowego (B).
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciecz grzejną zawraca się z wymiennika ciepła (4) przez blok grzewczy (6) nagrzewający budynek, a następnie przez blok grzewczy (7) nagrzewając powietrze wentylacyjne powracające do wymiennika ciepła (4).
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że miejską ciecz grzewczą cyrkuluje się od miejskiej sieci grzewczej (1,2) poprzez wymiennik ciepła (16) bloku grzewczego (6), dla ogrzania budynku, do wymiennika ciepła (17) bloku grzewczego (7), dla ogrzania powietrza wentylacyjnego, a stamtąd z powrotem do miejskiej sieci grzewczej (1,2).
7. Układ do ogrzewania przestrzeni mieszkalnej budynku zawierającego co najmniej jeden wymiennik dla przenoszenia ciepła od miejskiej sieci grzewczej do cieczy grzejnej płynącej w obwodach grzewczych do ogrzewania budynku i powietrza wentylacyjnego połączone z blokami grzewczymi, znamienny tym, że blok grzewczy (6) do ogrzewania budynku i blok grzewczy (7) powietrza wentylacyjnego są połączone szeregowo.
8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że cyrkulacyjny przewód rurowy grzewczej cieczy do ogrzewania powietrza wentylacyjnego jest połączony z obwodem (12,14) odzyskiwania ciepła.
9. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że bloki grzewcze (6,7) do ogrzania budynku i powietrza wentylacyjnego mają wspólny cyrkulacyjny przewód rurowy (5) cieczy grzewczej.
10. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że każdy z bloków grzewczych (6, 7) do ogrzewania budynku i powietrza wentylacyjnego jest wyposażony w oddzielny wymiennik ciepła (16,17) do ogrzewania grzewczej cieczy w obwodzie.
11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że wymiennik ciepła (16) bloku grzewczego (6) dla gorącej wody wodociągowej jest połączony równolegle z wymiennikiem ciepła (17) bloku grzewczego (7) dla ogrzewania powietrza wentylacyjnego.