Opublikowano: 15.IX.1967 Twórca wynalazku: mgr inz. Stanislaw Olpinski Wlasciciel patentu: Zwiazek Zawodowy Budownictwa i Przemyslu Mate¬ rialów Budowlanych (Miedzyzakladowy Klub Tech¬ niki i Racjonalizacji przy Zarzadzie Okregu —¦ Wroc¬ law), Wroclaw (Polska) Uklad wezla cieplej wody uzytkowej z wymiennikiem przeciwpradowym i ladowanym grawitacyjnie zasobnikiem cieplej wody Przedmiotem wynalazku jest uklad wezla cie¬ plej wody uzytkowej z przeciwpradowym wy¬ miennikiem ciepla do podgrzewania wody uzyt¬ kowej w budynkach wielokondygnacyjnych, lado¬ wanym bez uzycia pomp zasobnikiem wody, za¬ pewniajacy zblizony do równomiernego, a nie¬ zalezny od nierównomiernosci rozbioru cieplej wody, pobór ciepla z sieci cieplnej. Ukladl stoso¬ wany byc moze w obiektach o stalej w skali do¬ by, dostawie ciepla.Jednym z problemów zwiazanych z szybkim rozwojem cieplownictwa jest problem przygoto¬ wania cieplej wody uzytkowej. Charakterystyczna cecha rozbioru cieplej wody uzytkowej w bu¬ dynkach mieszkalnych i uzytecznosci publicznej jest jego nierównomiernosc.W budynkach mieszkalnych rozbiory szczytowe wystepuja w ciagu 7—10 godzin doby, przy czym maksymalny rozbiór godzinowy siega nie rzadko 15% rozbioru dobowego.W przeciwienstwie do rozbioru cieplej wody, dostawa ciepla z cieplowni czy elektrocieplowni jest w ciagu 24 godzin doby praktycznie równo¬ mierna.Urzadzeniami sluzacymi do podgrzewania wody uzytkowej w wezlach cieplnych zasilanych woda grzewcza o wysokich parametrach (130°/70°, 150°/70° czy 180°/70°) sa z reguly wymienniki przeciwpradowe. Wymienniki te, jako urzadzenia praktycznie bezpojemnosciowe nie moga maga- 10 25 30 zynowac cieplej wody, stad ich wydajnosc musi byc projektowana na maksymalne zuzycie wody w godzinach jej szczytowego zuzycia.Wymienników pojemnosciowych typu „boiler" w systemach cieplowniczych nie stosuje sie, z uwagi na ograniczona zdolnosc odbioru ciepla z wody grzewczej przez umieszczona wewnatrz zbiornika wezownice.Przy braku rozbioru cieplej wody w budynku, w wymienniku przeciwpradowym wystepuje sze¬ reg negatywnych zjawisk wywolanych brakiem odbioru ciepla od! nieprzerwanie przeplywajacej przez wymiennik wody grzewczej. Wsród zjawisk tych wymienic mozna miedzy innymi wzmozeL nie procesu wytracania z wody wodociagowej zwiazków weglanowych (kamien kotlowy), inten¬ syfikacje korozji spowodowana odgazowywaniem przegrzewanej wody, powstawanie grozby popa¬ rzenia uzytkownika nadmiernie podgrzana woda.Przegrzewanie wody w wymienniku zwieksza straty ciepla, gdyz w instalacjach wewnetrznych krazy woda o wysokiej temperaturze.Niezaleznie od opisanych wyzej nieprawidlowos¬ ci ruchowych wymienników obliczonych na mak¬ symalne zuzycie ciepla, nierównomierny jego od¬ biór z sieci cieplnej odbija sie niekorzystnie nie tylko na pracy sieci cieplnej i czlonu cieplowniczego w elektrocieplowni czy cieplowni, lecz takze na statecznosci cieplnej wewnetrznej instalacji cen¬ tralnego ogrzewania. 53866IV":.- '¦'' 3 Poniewaz wymienniki cieplej wody w wiek¬ szosci wezlów cieplnych polaczone sa z instalacja centralnego ogrzewania szeregowo, (uklad 1 lub 2 stopniowy) wahania odbioru ciepla w wymien¬ nikach powoduja zmiennosc temperatury wody w -Jadzie centralnego ogrzewania.Opisane wyzej nieprawidlowosci mozna ograni- . czyc stosujac sprawne termoregulatory przeplywu czyli termostaty. Zainstalowanie termostatów nie pozwala jednak zlikwidowac nierównomiernosci odbioru ciepla z sieci, a tylko eliminuje mozliwosc przegrzania wody w wymiennikach. Podkreslic nalezy, ze Obecnie prawidlowo dzialajacych ter¬ mostatów nie produkuje sie.W dazeniu do zmniejszenia nierównomiernosci odbioru ciepla, a tym samym ograniczenia opisa¬ nych wyzej nieprawidlowosci eksploatacyjnych, stosowane bywaja w niektórych obiektach wezly cieplej wody z zasobnikami wody uzytkowej. Zna¬ ne sa zasobnikowe uklady Chludowa, Feera i in¬ nych autorów, atosowane z powodzeniem od lat.Wspólna cecha tych ukladów jest wyposazenie we¬ zla w pompy obiegowe umozliwiajace ladowanie zasobników. Niezaleznie od kosztów inwestycyj¬ nych i eksploatacyjnych, stosowanie pomp pociaga za soba koniecznosc zapewnienia ich konserwacji i remontów, fachowego nadzoru ruchowego i eli¬ minacji zwiazanych z ruchem pomp ófektów aku¬ stycznych. Awaria potnp jest równoznaczna z ogra¬ niczeniem dostawy wody do odbiorców.Uzyskanie pozytywnych efektów eksploatacyj¬ nych zwiazanych z zastosowaniem zasobnika cie¬ tej wody przy równoczesnym wyeliminowaniu |xmp ladujacych, okazalo sie mozliwe dzieki skon¬ struowaniu , schematu wezla z grawitacyjnym la¬ dowaniem zasobnika. Przyklad wykonania wyna¬ lazku przedstawiony zostal na rysunkach, przy czym fig. nr 1 przedstawia uklad wezla cieplej wody uzytkowej' z wymiennikiem przeciw- pradowym i ladowanym grawitacyjnie zasobnikiem cieplej wody w polaczeniu z instalacja cieplej wo¬ dy w wielokondygnacyjnym budynku mieszkalnym z dolnym rozdzialem instalacji, a fig. nr 2 ten sam uklad, lecz przy zastosowaniu rozdzialu górnego.Jak przedstawione na rysunkach uklad wezla posiada: przeciwpradowy wymiennik 1, zasobnik 2, obejScie rozruchowe 3, przewód 4 doprowadza¬ jacy zimna wode do wymiennika, rozprowadzaja¬ cy ciepla wode przewód 5, przewody cyrkulacyjne, 6f punkty czerpalne 7, zbiornik odpowietrzajacy 8, doprowadzajacy czynnik grzejny przewód 9, odprowadzajacy ochlodzony czynnik przewód 10, zamykajacy rozruchowe obejscie 3 zawór 11, od¬ cinajacy zasobnik 2 zawór 12, oraz odcinajacy zasobnik 2 od instalacji zawór 13.Dzialanie urzadzenia wedlug wynalazku jest na¬ stepujace. Po, napelnieniu instalacji zimna woda wodociagowa i odbiorze próby przez dostawe wo¬ dy, do wymiennika X wprowadzony zostaje z hy- drowezla przewodem 9 czynnik grzejny. Zawór 11 na obejsciu 3 jest otwarty, zawór 12 pod zasobni¬ kiem zamkniety.Pod wplywem wyporu naturalnego woda ciepla podgrzewana w wymienniku 1 naplywa do insta¬ lacji wewnetrznej wypelniajac ja z równoczesnym 53866 4 wypieraniem wody zimnej, która przewodami cyr- kulacyjnymi 6 naplywa do wymiennika 1.Po pewnym czasie w calej instalacji krazy gra¬ witacyjnie woda. Po uzyskaniu krazenia zawór 11 5 na obejsciu 3 zostaje zamkniety, przy równoczes¬ nym otwarciu zaworu 12. Otwarty jest równiez zawór 13. Zasobnik 2 wypelniony jest woda zimna, z chwila jednak zamkniecia zaworu 11 i otwarcie zaworów 12 i 13 do zasobnika 2 skierowana zostaje 10 woda ciepla z wymiennika 1. Woda w zasobniku zaczyna sie wymieniac i krazac w instalacji osiaga po kilku godzinach temperature zblizona do tem¬ peratury czynnika grzejnego.Okres l&dowania zasobnika od temperatury wo- 15 dy zimnej do temperatury cieplej wody uzytko¬ wej nazwana „cyklem ladowania rozruchowego".Cykl ten ulegnie znacznemu skróceniu w przy¬ padku jesli budynek podczas rozruchu bedzie za¬ mieszkaly, gdyz otwieranie zaworów czerpalnych 20 w mieszkaniach przyspieszy naplyw cieplej wody do zasobnika.Po zakonczeniu cyklu ladowania instalacja jest przygotowana do eksploatacji.Podczas poboru wody przez uzytkowników do 25 instalacji naplywac bedzie woda 60-stopniowa z za¬ sobnika (przy temperaturze czynnika grzejnego 70°C zalozone podgrzewanie wody uzytkowej do 60°C) a na jej miejsce naplynie do zasobnika woda z wymiennika przeciwpradowego. . 30 Wydajnosc wymiennika obliczona jest przy za¬ lozeniu, ze przy maksymalnym zuzyciu wody w budynku temperatura wody po przejsciu przez wymiennik wyniesie €0 najmniej 40°C. Przy roz¬ biorach nizszych od maksymalnego temperatura ta bedzie wyzsza.Przyjmujac ze w czasie trwania rozbioru szczytowego cala zmagazynowana uprzednio w za¬ sobniku woda 60 stopniowa zostanie wyczerpana, po zakonczeniu rozbioru szczytowego zasobnik wypelniony bedzie woda 40 stopniowa. Czas po¬ miedzy zakonczeniem jednego szczytu, a poczat¬ kiem nastepnego wykorzystany bedzie do „zalado¬ wania" zasobnika, czyli podniesienia temperatury zawartej w nim wody od 40 do 60°C.Okres ladowania nazwano „cyklem ladowania".Przewód cyrkulacyjny wlaczony jest w górny element wieloczlonowego zestawu wymiennika, stad element ten bedzie „ladujacym" a jego wy¬ dajnosc zapewnic musi: a) pokrycie strat ciepla w instalacji podczas kra¬ zenia wody, b) wydatek ciepla potrzebny do podniesienia temperatury wody w zasobniku od 40 do 60°C. 55 W praktyce wydatek ciepla opisany w punkcie „b" zredukuje sie, gdyz po zakonczeniu rozbioru szczytowego, np. wieczorem, trwac bedzie jeszcze przez jakis czas pobór wody z instalacji, a przy mniejszym od maksymalnego rozbiorze wody, wo- 60 da naplywajaca do zasobnika osiagnie temperature wyzsza od 40°C i w cyklu ladowania konieczne bedzie jej podgrzanie nie o 20° ale o 15 wzglednie 10°C. W obliczeniach przyjmuje sie jednak zaloze¬ nie najniekorzystniejsze, czyli jak wyzej i pod- 65 grzanie pojemnosci zasobnika o 20°C.53866 Oczywiste jest, ze dla pokonania oporów hy¬ draulicznych wymiennika i instalacji wewnetrznej niezbedne jest dysponowanie odpowiednim cisnie¬ niem czynnym.Grawitacyjne ladowanie zasobnika mozliwe jest dzieki umieszczeniu zbiornika ponad wymien¬ nikiem ciepla. Polaczenie wymiennika poprzez za¬ sobnik z wewnetrzna instalacja cieplej wody wy¬ posazona w przewody rozdzielcze i cyrkulacyjne, pozwala wykorzystac panujace w instalacji cisnie¬ nie czynne do zaladowania zasobnika.Uklad moze byc stosowany w budynkach, któ¬ rych wysokosc umozliwia wytwarzanie cisnienia czynnego zdolnego pokryc opory obiegu wody.Uklad wezla cieplej wody uzytkowej z wymien¬ nikiem przeciwpradowym i ladowanym grawita¬ cyjnie zasobnikiem cieplej wody wedlug wynalaz¬ ku, stosowac mozna w budynkach mieszkalnych, hotelowych, bursach, internatach i innych obiek¬ tach o nierównomiernym rozbiorze wody cieplej, przy ciaglej w skali doby dostawie czynnika grzewnego. PL