PL210426B1 - Układ instalacji ogrzewania wody użytkowej w węźle ciepłowniczym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ instalacji ogrzewania wody użytkowej w węźle ciepłowniczym zasilanym z kotłowni kondensacyjnej.

Zapotrzebowanie na ciepło do celów grzewczych, wentylacyjnych oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej pokrywane jest przez wykorzystanie systemów ciepłowniczych, w których ciepło produkowane centralnie dystrybuowane jest do odbiorców przez sieć ciepłowniczą, lub przez produkcję ciepła w lokalnych kotłowniach.

W centralnych systemach ciepłowniczych układami transformującymi wysokie parametry przesyłanego czynnika grzejnego na niskie są węzły ciepłownicze, które równolegle do dostarczania ciepła na potrzeby grzewcze zapewniają również pokrycie zapotrzebowania na ciepłą wodę użytkową. W znanych wielofunkcyjnych wę z ł ach wymiennikowych podstawowym elementem jest wymiennik ciepła, w którym następuje przekazanie ciepła do czynnika zasilającego instalację grzewczą budynku a także instalację służącą do przygotowania ciepłej wody użytkowej. W wę z łach takich wymienniki o poszczególnych funkcjach tworzą oddzielne sekcje przygotowują ce czynnik na potrzeby centralnego ogrzewania oraz ciepłej wody użytkowej realizowane w układach jedno- lub dwustopniowych. W zależ noś ci od ukł adu połączenia wyróż nia się wę z ł y szeregowe, równoległ e, szeregowo-szeregowe i szeregowo-równoległ e.

W kotł owniach lokalnych przygotowywany jest najczęściej czynnik grzewczy o parametrach wymaganych przez instalacje grzewczą. Przygotowanie ciepłej wody użytkowej zwykle następuje w ukł adzie dwustopniowym we współ pracy z wymiennikami ciepł a, ewentualnie przy wykorzystaniu podgrzewacza ciepłej wody użytkowej czyli wymiennika ciepła zintegrowanego z zasobnikiem wody podgrzanej. Podgrzewanie wody w pierwszym stopniu realizowane jest przez wodę powrotną z instalacji centralnego ogrzewania lub przez mieszanie wody powrotnej z instalacji centralnego ogrzewania oraz wody powrotnej z wymiennika drugiego stopnia.

W ukł adach grzewczych w budynkach mieszkalnych zasilanych z kotł ów kondensacyjnych z dwoma króć cami powrotnymi nie wykorzystuje si ę moż liwoś ci róż nicowania temperatury wody powrotnej z instalacji, a tym samym równoległego stosowania dwóch powrotów z instalacji centralnego ogrzewania i podgrzewu ciepłej w ciepłej wody użytkowej w węźle ciepłowniczym wody użytkowej. Temperatura wody powrotnej zależy głównie od aktualnych parametrów pracy instalacji oraz od wielkości zapotrzebowania ciepła na cele centralnego ogrzewania i ciepłej wody użytkowej. Nie ma natomiast możliwości poprawiania sprawności pracy kotła kondensacyjnego przez istotne obniżanie parametrów wody powrotnej do kotła.

Z polskiego opisu patentowego nr 127179 znany jest układ dwustopniowego podgrzewu wody gospodarczej w węzłach cieplnych zawierający wydzielony, zlokalizowany przed wymiennikami, zasobnik wody gospodarczej, do którego dopływa zimna woda sieciowa oraz połączone szeregowo wymienniki pierwszego i drugiego stopnia. Zimna woda dopływająca do dolnej części zasobnika jest w niej magazynowana i z niego podawana do wymiennika pierwszego stopnia i dalej do wymiennika drugiego stopnia, skąd przepływa do górnej części zasobnika już jako ciepła woda gospodarcza ogrzana ciepłem odpadowym w wymienniku pierwszego stopnia. Pompa tłocząca wodę może być umieszczona pomiędzy zasobnikiem a wymiennikami pierwszego stopnia lub pomiędzy wymiennikiem pierwszego stopnia a wymiennikiem drugiego stopnia albo pomiędzy zasobnikiem a wymiennikiem pierwszego stopnia przy równoczesnym zainstalowaniu dodatkowej pompy na przewodzie cyrkulacyjnym.

Rozwiązanie nie nadaje się do stosowania w kotłowniach z kotłami kondensacyjnymi ponieważ nie zapewnia odpowiednich parametrów powracającego czynnika. Z opisu patentowego nr 142089 znany jest układ cieplny pełnoszeregowy przygotowania ciepłej wody użytkowej zawierający kompensacyjno-ładujący zasobnik włączony szeregowo pomiędzy wymiennik ciepła pierwszego stopnia a ł adują co-cyrkulacyjną pomp ę . Zasobnik ten połączony z zasobnikiem kompensacyjnym sprzężonym z regulatorem ciepł ej wody uż ytkowej pełni jedynie rolę stabilizatora przepł ywu hydraulicznego.

Układ instalacji ogrzewania wody użytkowej w węźle ciepłowniczym wyposażony w wymienniki ciepła, pompy, zawory oraz zasobnik ciepłej wody użytkowej według wynalazku zawiera co najmniej jeden, zasilany wodą użytkową podgrzewaną w wymienniku ciepła pierwszego stopnia, zasobnik wstępnie podgrzanej wody użytkowej, z którego poprzez co najmniej jeden wymiennik ciepła drugiego stopnia zasilany jest co najmniej jeden zasobnik ciepłej wody użytkowej.

Układ instalacji ogrzewania wody użytkowej w węźle ciepłowniczym według wynalazku umożliwia skuteczniejsze schłodzenie wody grzewczej powracającej z instalacji centralnego ogrzewania

PL 210 426 B1 w okresach braku rozbioru ciepł ej wody uż ytkowej, wydł u ż enie czasu schł adzania wody grzewczej powracającej z instalacji centralnego ogrzewania i uzyskanie niższej temperatury wody grzewczej powracającej do kotła zwiększając tym samym jego sprawność i zmniejszenie zużycia paliwa.

Zastosowanie zasobnika wstępnie podgrzanej wody użytkowej zmniejsza dodatkowo zapotrzebowanie czynnika w postaci wody grzewczej podgrzewającej ciepłą wodę użytkową w wymienniku drugiego stopnia i skrócenie czasu nagrzewania wody w zasobniku ciepłej wody użytkowej.

Wynalazek wyjaśniony jest w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schematycznie układ instalacji ogrzewania wody użytkowej w węźle ciepłowniczym. Układ instalacji węzła ciepłowniczego zawiera wymiennik ciepła pierwszego stopnia W1 oraz wymiennik ciepła drugiego stopnia W2 zasilane wodą grzewczą przez układ przewodów zaopatrzonych w zawory ZPO1, ZR1, ZR2, ZR3 oraz obiegową pompę PO1 z kondensacyjnego kotła KK. Kondensacyjny kocioł KK wyposażony jest w wyjściowy króciec KW wody grzewczej oraz w dwa króćce powrotne: zimniejszej wody KPZ oraz cieplejszej wody KPC.

Układ instalacji ciepłej wody użytkowej zawiera oprócz wymienników ciepła W1 i W2 zasobnik wstępnie podgrzanej wody użytkowej Z1 i zasobnik ciepłej wody użytkowej Z2 połączone przewodami poprzez zawory ZPO2, ZPO3 i pompy obiegowe PO2 i PO3. Pracą układu steruje sterownik ST otrzymujący informacje: z czujnika CT2 usytuowanego w zasobniku ciepłej wody użytkowej Z2 o temperaturze wody w tym zasobniku i z czujnika CT1 usytuowanego w zasobniku wstępnie podgrzanej wody użytkowej Z1 o temperaturze wody w tym zasobniku. Układ wody użytkowej zasilany jest w zimną wodę z instalacji wodociągowej przewodem P1 poprzez wodomierz WM i zawór ZWM. Ciepłą wodę użytkową pobiera się przewodem P2 z zasobnika ciepłej wody użytkowej Z2. Przewód P2 połączony jest zwrotnie poprzez pompę cyrkulacyjną PC i zawór ZC z zasobnikiem ciepłej wody użytkowej Z2 oraz zasobnikiem wstępnie podgrzanej wody użytkowej Z1.

W sezonie grzewczym temperatura wody grzewczej na wyjściowym króćcu KW kondensacyjnego kotła KK sterowana jest w zależności od temperatury powietrza zewnętrznego. Przy niższej temperaturze powietrza zewnętrznego temperatura wody grzewczej wychodzącej z kotła KK jest wyższa, niż jej temperatura przy wyższej temperaturze powietrza zewnętrznego. Woda grzewcza z kotła KK przepływa kolejno przez zawór ZCO, instalację centralnego ogrzewania CO, regulacyjny zawór ZR1, wymiennik ciepła pierwszego stopnia W1 i poprzez króciec powrotny zimniejszej wody KPZ wraca do kondensacyjnego kotła KK. Woda grzewcza przepływając przez wymiennik ciepła pierwszego stopnia W1 podgrzewa wstępnie wodę użytkową kierowaną z instalacji wodociągowej poprzez wodomierz WM i zawór ZWM, a nastę pnie poprzez obiegową pompę PO2 i zawór ZPO2, wymiennik ciepł a pierwszego stopnia W1 do zasobnika wstępnie podgrzanej wody użytkowej Z1. Woda grzewcza przepływając przez wymiennik ciepła pierwszego stopnia W1 schładza się. Przy rozbiorze ciepłej wody użytkowej wstępnie podgrzana woda użytkowa z zasobnika Z1 przepływa poprzez pompę obiegową PO3, zawór ZPO3, wymiennik ciepła drugiego stopnia W2 do zasobnika ciepłej wody użytkowej Z2.

W okresach występowania rozbiorów ciepłej wody użytkowej wodę grzewczą z kondensacyjnego kotła KK obiegowa pompa PO1 tłoczy poprzez zawór ZPO1 do wymiennika drugiego stopnia W2, skąd poprzez regulacyjny zawór ZR2 i króciec powrotny cieplejszej wody KPC powraca ona do kondensacyjnego kotła KK. Usytuowany pomiędzy przewodem połączonym z wyjściem wody grzejnej z wymiennika drugiego stopnia W2 i przewodem połączonym z wejś ciem wody grzejnej do wymiennika pierwszego stopnia W1 regulacyjny zawór ZR3 jest zamknięty. W tym czasie wymiennik ciepła pierwszego stopnia W1 podgrzewa wodę wykorzystując wodę powrotną z instalacji centralnego ogrzewania CO. Przy braku poboru ciepłej wody użytkowej z przewodu P2 i mniejszej od zadanej, mierzonej przez czujnik CT1, temperatury wody w zasobniku wstępnie podgrzanej wody użytkowej Z1 obiegowa pompa PO2 wymusza przepływ wstępnie podgrzanej wody użytkowej przez wymiennik ciepła pierwszego stopnia W1 i zasobnik wstępnie podgrzanej wody użytkowej. Z1. Przy braku poboru ciepłej wody użytkowej i mniejszej od zadanej, mierzonej przez czujnik CT2, temperatury wody w zasobniku ciepł ej wody uż ytkowej Z2 obiegowa pompa PO3 wymusza przepł yw ciepłej wody uż ytkowej przez wymiennik ciepła drugiego stopnia W2 i zasobnik ciepłej wody użytkowej Z2. Cyrkulacyjna pompa PC włączana jest cyklicznie, przykładowo co 1 h tłoczy wodę przez 5 min, zapobiegając tym samym zbyt dużemu obniżeniu się temperatury ciepłej wody użytkowej w przewodzie P2 na skutek braku przepływu ciepłej wody użytkowej.

W okresie letnim zawór ZCO jest zamknię ty i woda grzewcza nie jest doprowadzana do instalacji centralnego ogrzewania CO. Obiegowa pompa PO1 tłoczy wodę grzewczą do wymiennika drugiego stopnia W2, gdzie podgrzewa ona wodę użytkową tłoczoną pompą PO2 z zasobnika wstępnie

PL 210 426 B1 podgrzanej wody użytkowej Z1 do zasobnika ciepłej wody użytkowej Z2. Woda grzewcza z wymiennika drugiego stopnia W2 kierowana jest przez otwarty zawór ZR3, przy zamknię tym regulacyjnym zaworze ZR2, do wymiennika pierwszego stopnia W1, gdzie następuje dalsze jej schłodzenie. Cykl napełniania zasobnika wstępnie podgrzanej wody użytkowej Z1 i zasobnika ciepłej wody użytkowej Z2, praca obiegowych pomp PO2, PO3 oraz cyrkulacyjnej pompy PC są analogiczne do opisanych działań w sezonie grzewczym.

Przełączanie układu z sezonu grzewczego na okres letni i odwrotnie oraz sterowanie pracą pomp PO1, PO2, PO3, PC i zaworów ZCO, ZR1, ZR2, ZR3 realizuje się za pomocą znanego w automatyce sterownika ST.

W przykładowym rozwiązaniu pokazany został układ instalacji ogrzewania wody użytkowej w węźle ciepł owniczym, w którym zastosowano po jednym wymienniku ciepł a pierwszego stopnia, wymienniku ciepła drugiego stopnia, zasobniku wstępnie podgrzanej wody użytkowej i zasobniku ciepłej wody użytkowej. W zależności od wielkości budynku, liczby mieszkańców i standardu wyposażenia mieszkań układ może zawierać kilka równolegle połączonych, pełniących tę samą funkcję zarówno zasobników jak i wymienników ciepła.

Claims (1)

1. Układ instalacji ogrzewania wody użytkowej w węźle ciepłowniczym wyposażony w wymienniki ciepła, pompy, zawory oraz zasobnik ciepłej wody użytkowej, znamienny tym, że zawiera co najmniej jeden, zasilany wodą użytkową podgrzewaną w wymienniku ciepła pierwszego stopnia (W1), zasobnik wstępnie podgrzanej wody użytkowej (Z1), z którego poprzez co najmniej jeden wymiennik ciepła drugiego stopnia (W2) zasilany jest co najmniej jeden zasobnik ciepłej wody użytkowej (Z2).