UA31378U - Система теплопостачання будівель - Google Patents

Abstract

Система теплопостачання будівель містить бак-акумулятор гарячої води, до входу якого приєднано сонячні колектори, сезонний акумулятор теплової енергії, циркуляційні контури теплопостачання, тепловий насос, вітроустановку з електрогенератором, систему автоматичного контролю температурних параметрів теплоносія в елементах системи теплопостачання та контролю температури в приміщенні, споживач тепла. Вхід електромережі енергосистеми приєднаний до привода теплового насоса, електронагрівач вітроустановки розміщений в баці-акумуляторі гарячої води, а циркуляційні контури теплопостачання з'єднують споживача теплової енергії з баком-акумулятором гарячої води, сезонним акумулятором теплової енергії та тепловим насосом, підключеними паралельно один до одного.

Description

Опис винаходу

Корисна модель відноситься до галузі комплексного використання поновлюваних джерел енергії - сонця, 2 вітру, тепла Землі, та енергії електромережі.

Відома система теплопостачання будівель (патент України 3072, МПК5 Е2402/142), яка складається з сонячних колекторів, сезонного акумулятора теплової енергії споживача тепла, теплового насоса, вітроустановки, циркуляційного контуру та циркуляційних насосів. В відомій системі теплопостачання будівель всі елементи системи послідовно з'єднані між собою. 70 Ця система дозволяє об'єднати в єдиний замкнений цикл подачу теплової енергії із контурів акумулювання сонячної енергії, контуру перетворення енергії вітру та тепла Землі за рахунок підземного акумулювання теплової енергії.

Недоліками такої системи є послідовне з'єднання циркуляційним контуром складових елементів системи, що негативно впливає на надійність системи, а також відсутність контролю температурних параметрів теплоносія в 72 елементах системи теплопостачання будівель.

Найближчим аналогом корисної моделі є система теплопостачання будівель (патент України 64153 МПК7

Е2422/02, Е24017/00, АО159/24). Відомий винахід містить споживач тепла, сонячні колектори, вітроустановку з електрогенератором, сезонний акумулятор теплової енергії, які з'єднані циркуляційними контурами з тепловим насосом і баком-акумулятором гарячої води, систему автоматичного контролю температурних параметрів 20 теплоносія в елементах системи теплопостачання та контролю температури в приміщенні. В прийнятому варіанті вітроустановка з електрогенератором та сезонний акумулятор теплової енергії з'єднані із баком-акумулятором гарячої води, до якого приєднані сонячні колектори та споживач теплової енергії, через тепловий насос системи теплопостачання.

Недоліком такого рішення є послідовне включення теплового насоса в циркуляційний контур між сезонним 25 акумулятором теплової енергії, вітроустановкою і баком-акумулятором гарячої води, що призведе до зростання 2 втрат в баці-акумуляторі гарячої води через підвищення температури води, яка туди подається з теплового насоса. Крім того, в прототипі не вирішене питання роботи системи теплопостачання будівель при критичних температурах теплоносія в елементах сезонного акумулятора теплової енергії - коли температура теплоносія знижується і прямує до 090. со 30 Задачею корисної моделі є вдосконалення системи розподілу теплового потоку від обладнання, че призначеного для отримання, зберігання та передачі теплової енергії з їх взаємним резервуванням та підвищення ефективності і надійності роботи сезонного акумулятора теплової енергії - система комплексного ше, використання традиційних (енергія електромережі) та поновлюваних (сонце, вітер, тепло Землі) джерел енергії 3 по сезонним її акумулюванням для використання в холодний період року при опаленні та гарячому водопостачанні

Зо побутових і виробничих споруд. с

Поставлена задача вирішується завдяки тому, що система теплопостачання будівель містить бак-акумулятор гарячої води, до входу якого приєднані сонячні колектори, сезонний акумулятор теплової енергії, циркуляційні контури теплопостачання, тепловий насос, вітроустановку з електрогенератором, систему автоматичного « контролю температурних параметрів теплоносія в елементах системи теплопостачання та контролю температури в приміщенні, споживач тепла, яка відрізняється тим, що містить вхід електромережі о) с енергосистеми, приєднаний до привода теплового насоса, електронагрівач вітроустановки, розміщений в з» баці-акумуляторі гарячої води, а циркуляційні контури теплопостачання з'єднують споживача теплової енергії з баком-акумулятором гарячої води, сезонним акумулятором теплової енергії та тепловим насосом, підключеними паралельно один до одного, крім того, сезонний акумулятор теплової енергії конструктивно складається із 75 декількох окремих секцій, заповнених водою, причому в секціях встановлені термодатчики для контролю о температури води, а теплоізоляція кожної секції сезонного акумулятора теплової енергії виконана із прошарком - між його внутрішньою та зовнішньою стінками, в якому знаходиться вакуум, крім того система теплопостачання будівель відрізняється тим, що для підтримання стабільних показників напруги живлення теплового насоса при о незалежному від електромережі енергосистеми електропостачанні, до генератора вітроустановки підключені -І 50 електрохімічна акумуляторна батарея та інвертор.

Через невідповідність надходження енергії поновлюваних джерел до потреб споживача та нестабільність її оо характеристик, використання енергії поновлюваних джерел найбільш ефективно в низькотемпературних процесах опалення приміщень. Необхідність у використанні енергії електромережі енергосистеми виникає для привода силового обладнання, як то компресор теплового насоса, де потрібні стабільні показники напруги, 59 потужності, частоти, інше. Це дозволяє спростити схему та знизити вартість систем перетворення напруги для с приводу силового обладнання, зменшити одиничні потужності установок для перетворення енергії поновлюваних джерел в інші види енергії та знизити вартість обладнання для її перетворення. Отже, використання електромережі енергосистеми дозволяє більш повно і ефективно використати енергію поновлюваних джерел при зменшенні одиничних потужностей установок для перетворення енергії 60 поновлюваних джерел та зниженні вартості обладнання для її перетворення.

Паралельне з'єднання бака-акумулятора гарячої води, сезонного акумулятора теплової енергії та теплового насоса дозволяє використати для потреб споживача теплової енергії теплоти, як безпосередньо з бака-акумулятора гарячої води або сезонного акумулятора теплової енергії, так і з кожного із цих джерел через тепловий насос, що дозволить використовувати тепловий насос лише в разі зменшення температури води в бо баці-акумуляторі гарячої води та в сезонному акумуляторі теплової енергії до рівня, який не забезпечує потреб споживача теплової енергії.

Виконання сезонного акумулятора теплової енергії, у вигляді декількох секцій із вакуумним прошарком між внутрішніми та зовнішніми стінками секцій дозволяє зменшити непродуктивні втрати тепла в грунт, регулювати відбір та надходження тепла до кожної секції в залежності від температури води в окремій секції, виробітку енергії теплогенеруючим обладнанням (сонячними колекторами та вітроустановкою) та потребами споживача теплової енергії. Термодатчики, встановлені в секціях сезонного акумулятора теплової енергії дозволяють слідкувати за критичним зниженням температури води, контролювати процес перерозподілу теплової енергії в секціях та, за допомогою системи автоматичного контролю температурних параметрів теплоносія в елементах 7/0 системи теплопостачання та контролю температури в приміщенні і кранів на циркуляційних контурах теплопостачання направити потоки тепла до споживача теплової енергії.

При перервах в електропостачанні, в разі, якщо не передбачено резервного контуру енергопостачання, для підтримання стабільних показників напруги живлення теплового насоса при незалежному від електромережі енергосистеми електропостачанні, до генератора вітроустановки підключаються електрохімічна акумуляторна батарея для стабілізації і зберігання струму від генератора вітроустановки та інвертор, який дозволяє підвищити напругу після акумуляторної батареї та перетворити постійний струм на змінний для забезпечення живлення привода теплового насоса.

На кресленні зображена функціональна схема системи теплопостачання будівель. Система складається із сонячних колекторів (СК) 1, з'єднаних циркуляційним контуром 2, в якому встановлено циркуляційний насос 3, із змійовиком 4, розташованим у баці-акумуляторі гарячої води (БА) 5. БА 5 циркуляційними контурами 6 (точки

А1-Аб, Б1-Бб), 7 (точки Ат, А2, Г1-Гб6, Б2, БІ) і 8 (точки А1-АЗ, ВІ, В2, Б1-БЗ) зв'язаний, відповідно, із нагрівальним елементом (НЕ) 9 споживача тепла 10, сезонним акумулятором теплової енергії (САТ) 11 та випаровувачем 12 теплового насоса (ТН) 13. Конденсатор 14 ТН 13 циркуляційним контуром 15 (точки ВЗ, В4, А4 - Аб, Б4-Бб) та САТ 11 циркуляційним контуром 16 (точки Г2-Г5, АБ, Аб, Б5, Бб) пов'язані із НЕ 9 споживача об Тепла 10. Випаровувач 12 ТН 13 та САТ 11 пов'язані між собою циркуляційним контуром 17 (точки В1, В2, Г1-Г6).

На входах у споживач тепла 10, ТН 13, САТ 11 розміщені циркуляційні насоси 18, 19, 20, а на трубопроводах - циркуляційних контурів 6-8, 15-17 влаштовані крани 21-42 для регулювання потоків теплоносія. Система автоматичного контролю температурних параметрів теплоносія в елементах системи теплопостачання та контролю температури в приміщенні (АСК) 43 включає термодатчики 44-47 контролю температури теплоносія та со зо датчик 48 контролю температури в приміщенні. Теплова ізоляція секцій САТ 11 виконана таким чином, що між внутрішніми і зовнішніми її стінками існує прошарок 49, а внутрішня ємність, яка обмежена внутрішніми - стінками теплової ізоляції відділена від зовнішньої теплоїзоляційними лапами 50. На корпусі САТ 11 с встановлені патрубки 51 для створення в прошарку 49 вакууму. Крім того, в БА 5 розміщено індукційний нагрівач 52 вітроустановки 53, до генератора 54 якої передбачено під'єднання електрохімічної акумуляторної батареї 55 ч- зв Та інвертора 56, що дозволить використати вітроустановку в якості автономного джерела електроенергії для с привода ТН 13, який в звичайному режимі працює від мережі 57.

Функціонує система теплопостачання будівель таким чином.

В теплий період року енергія сонця із сонячних колекторів 1 циркуляційним насосом 3, та енергія вітру, перетворена генератором 53 вітроустановки 52 в електричну енергію через індукційний нагрівач 51 передаються « 40. В БА 5, після чого, по циркуляційному контуру 7 (точки А1-А2 Г1-Г2-Г3) нагрітий теплоносій циркуляційним з с насосом 20 подається на зарядження САТ 11, а зворотна вода повертається в БА 5 на дозарядження (точки

Г4-Г5-Г6-Б2-Б1) при відкритих кранах 27, 28, 39-42, а інших закритих. Вхідними кранами 41, 42 та вихідними з 39, 40 можна регулювати процес зарядження окремих секцій САТ 11. В період опалювального сезону існують декілька варіантів теплопостачання споживача при такій схемі теплопостачання (див. рисунок). В разі, якщо температура теплоносія в БА 5 буде на рівні технологічних потреб підлогового опалення (не нижче «35 2С), з теплоносій по циркуляційному контуру 6 циркуляційним насосом 18 подається до НЕ 9 споживача тепла 10 і повертається в БА 5 на дозарядження (точки А1-А2-АЗ-А4-А5-Аб-БбБ-Б5-Б41-Б3-Б2-Б1) при відкритих кранах 21-26, - а інших закритих. У випадку, якщо температура теплоносія в БА 5 буде нижчою, а в САТ 11 вищою за «35 2С, з теплопостачання споживача тепла 10 відбувається по циркуляційному контуру 16 (точки

Г5-Г4-А5-Аб-Бб-Б5-Г3-Г2) при відкритих кранах 37-42, а інших закритих. Регулювання відбору тепла з окремих -. секцій САТ 11 відбувається шляхом перемикання кранів 39, 42, або 40, 41, в залежності від сигналу с термодатчиків 47. Якщо температура води в БА 5 буде нижче технологічних потреб опалення, але вище ніж в

САТ 11, теплопостачання відбуватиметься таким чином: по циркуляційному контуру 8 (точки

А1-А2-АЗ-В1-82-Б3-Б2-Б1) завантажується випаровувач 12 ТН 13 і відпрацьована вода повертається назад до

БА 5 при відкритих кранах 21, 26, 29-32 за допомогою циркуляційного насоса 19, а нагріта в конденсаторі 14 ТН 13 вода по циркуляційним контуру 15 (точки В3-А4-А5-АбЄ-Бб-Б5-Б4-В4) при відкритих кранах 23, 24, 35, 36 с циркуляційним насосом 18 подається до НЕ 9 і повертається назад до конденсатора 14. Інші крани в такому режимі мають бути закриті. У випадку, коли температура води в БА 5 буде нижчою за температуру води в САТ 11, причому температура води в обох ємностях буде нижчою за технологічні потреби опалення, бо теплопостачання споживача тепла 10 відбудеться по циркуляційному контуру 17 від САТ 11 до випаровувача 12

ТН 13 ї точкам Г4-Г5-Г6-В1-82-Г1-Г2-Г3 насосами 19 або 20 при відкритих кранах 31-34 і 39-42, а із конденсатора 14 ТН 13, як і в попередньому варіанті, вода по циркуляційному контуру 15 при відкритих кранах 23, 24, 35, 36 циркуляційним насосом 17 подається до НЕ 9 і повертається назад до конденсатора 14. Знову ж таки, регулювання відбору тепла з окремих секцій САТ 11 відбувається шляхом перемикання кранів 39, 42, або 65 40, 41, в залежності від температури води в секції.

НЕ 9 споживача тепла 10 бажано виконати з локальним підлоговим опаленням робочих зон, оскільки це дозволить вирівняти температуру місця обігріву по висоті, запобігти витратам тепла в зонах, де найменше перебувають люди, або виконуються важкі роботи а виходячи з того, що поновлювані джерела енергії мають низьку щільність (оптимальна температура проміжного теплоносія становить 50-70) їх використання для

Підтримання нормованого температурного середовища найбільш доцільне в системах локального та підлогового опалення де температура на поверхні площини дотику з повітрям не повинна перевищувати 359С.

При зарядці та роботі сезонного акумулятора теплової енергії 11, для зменшення втрат енергії у грунт, з прошарку 49 між внутрішньою та зовнішньою стінками САТ 11 через патрубки 51 відкачується повітря і створюється вакуум. АСК 43 за допомогою датчиків температури 47 та кранів 39-42 регулює відбір теплоносія в 70 окремих елементах САТ 11, причому при зниженні температури до значення близького 409С в одному блоці, відбір автоматично переключається на інший блок з вищою температурою - щоб запобігти обмерзанню тепловіддаючих поверхонь і трубопроводів.

При підключенні до генератора 54 вітроустановки 53 електрохімічної акумуляторної батареї 55, виводи Її можна під'єднати через інвертор 56 до привода ТН 13, в результаті чого замість живлення з електромережі 75 енергосистеми 57 отримаємо автономну систему опалення і гарячого водопостачання на основі поновлюваних джерел енергії. Однак в такому разі, з огляду на додаткові витрати енергії на привід теплового насосу, необхідно підвищувати одиничні потужності вітроустановки та сонячних колекторів.

Claims (3)

Формула винаходу

1. Система теплопостачання будівель, що містить бак-акумулятор гарячої води, до входу якого приєднано сонячні колектори, сезонний акумулятор теплової енергії, циркуляційні контури теплопостачання, тепловий насос, вітроустановку з електрогенератором, систему автоматичного контролю температурних параметрів теплоносія в елементах системи теплопостачання та контролю температури в приміщенні, споживач тепла, яка відрізняється тим, що містить вхід електромережі енергосистеми, приєднаний до привода теплового насоса, З електронагрівач вітроустановки, розміщений в баці-акумуляторі гарячої води, а циркуляційні контури теплопостачання з'єднують споживача теплової енергії з баком-акумулятором гарячої води, сезонним акумулятором теплової енергії та тепловим насосом, підключеними паралельно один до одного. со

2. Система теплопостачання будівель за п. 1, яка відрізняється тим, що сезонний акумулятор теплової енергії конструктивно складається із декількох окремих секцій, заповнених водою, причому в секціях - встановлені термодатчики для контролю температури води, а теплоізоляція кожної секції сезонного акумулятора се теплової енергії виконана із вакуумним прошарком між внутрішніми та зовнішніми стінками секцій.

3. Система теплопостачання будівель за пп. 1, 2, яка відрізняється тим, що для підтримання стабільних ч- показників напруги живлення теплового насоса при незалежному від електромережі енергосистеми со електропостачанні, до генератора вітроустановки підключені електрохімічна акумуляторна батарея та інвертор.

з . и? о - о - ії») 60 б5