UA81937C2 - Спосіб опалення приміщень та система для його реалізації - Google Patents

Description

Опис винаходу

Пропонована група винаходів відноситься до області теплотехніки і може бути використана в системах 2 централізованого опалення об'єктів житлово-комунальної сфери.

З опису роботи по |міжнародній заявці УМО 97/02455 А1, М.кл. Е24011/00, опубл. 23.01.97р. відомий спосіб опалення, відповідно до якого групу приміщень різних споживачів опалюють від централізованої системи опалення, підтримуючи задану температуру окремо для приміщень кожного споживача шляхом зміни кількості енергії, що поступає в приміщення споживача так, щоб при потребі температура в приміщеннях знижувалась, 70 але не була нижчою аварійної, при цьому енергію в необхідній кількості накопичують в акумуляторі тепла, враховуючи кредит на оплату опалення. Цей спосіб реалізується системою опалення, що являється найбільш близьким, прийнятим у якості прототипу, технічним рішенням, яка складається з котельні з мережею теплопостачання, нагрівачів, підключених до цієї мережі через тепловий акумулятор та встановленого у споживача блоку передоплати для управління нагрівачами, при цьому управляючий вихід блоку передоплати 72 з'єднаний з входом блоку управління акумулятором тепла, який, крім того, з'єднаний каналом зв'язку з диспетчерським центром.

Такий спосіб опалення та така система для його реалізації створюють можливість обмеження подачі тепла споживачам, які не оплачують послуги по опаленню, а також оптимізації теплового навантаження на енергомережу за рахунок перерозподілу цього навантаження в чавсі. 20 Недоліком цього способу є необхідність акумулювання енергії гарячої води для кожного споживача в ємностях, які мусять мати значні розміри. Це призводить до необхідності розміщення теплоакумулюючого обладнання в окремих приміщеннях, а також до втрат тепла в процесі зберігання. Недоліком системи опалення, призначеної для реалізації цього способу є наявність в ній акумуляторів гарячої води у кожного споживача, що робить систему опалення громіздкою та складною у виконанні та обслуговуванні. Недоліками є і необхідність с 22 вводу в блок передоплати інформації про передоплату безпосередньо у споживача шляхом його програмування Ге) мобільним засобом доступу а також значні втрати первинної енергії палива в процесі генерації енергії та її транспортуванні до споживача.

Найбільш близьким по технічній суті та кількості співпадаючих ознак є обраний у якості прототипу спосіб опалення приміщень, відомий з опису роботи пристрою по (патенту України Мо72640, М.кл. Е2403/00, ї- 30 опул.15.03.05.1. Відповідно до цього способу групу приміщень різних споживачів опалюють двома системами се опалення, до нагрівачів яких підводять енергію з теплофікаційної та електричної мереж, підтримуючи задану температуру окремо для приміщень кожного споживача так, щоб при потребі температура в приміщенні Ме знижувалась, але не була нижче аварійної, при цьому теплову енергію виробляють в когенераційному режимі - пр разом з електроенергією, регулювання кількості енергії проводять шляхом відключення від енергомережі хоча б 39 частини нагрівачів командою з диспетчерського центру, а кількість відключених нагрівачів та протяжність часу со перебування нагрівачів у відключеному стані встановлюють з урахуванням заданої температури в приміщеннях.

Цей спосіб реалізується системою опалення, що являється найбільш близьким, прийнятим у якості прототипу, технічним рішенням, яка складається З котельні з мережею теплопостачання, встановлених в « приміщеннях нагрівачів, підключених до цієї мережі, а також командоапаратів з датчиками температури для 70 керування опаленням приміщень, встановлених в приміщеннях споживачів, та з'єднаних через канал керування з о, с диспетчерським центром системи опалення, через силовий вхід - з електромережею, а через силовий вихід - з з» електронагрівачами, при цьому котельня оснащена обладнанням для перетворення теплової енергії в електричну, і її генератор підключений до електронагрівачів через електромережу.

Такий спосіб дає змогу забезпечити зниження температури в приміщеннях споживача в разі невчасної оплати 45 послуг по теплопостачанню. Проте він є складним в реалізації. Річ у тому, що у випадку несплати послуги по со опаленню, електричні нагрівачі можна відключити легко, і без проблем. Але періодичне відключення - включення - водяних нагрівачів призведе до динамічного розбалансування мережі централізованого опалення та до непередбачуваних змін температури поверхні водяних нагрівачів, розташованих в приміщеннях сусідніх ре) споживачів. Якщо при цьому обмежитись відключенням тільки електричних нагрівачів, то ефективність такого с 20 відключення буде сумнівною тому, що для забезпечення в приміщенні при відключених нагрівачах температури, не нижчої від аварійної, електронагрівачі повинні догрівати приміщення не більше, ніж на 10...159С, оскільки при "м температурі мінус 18...222С (розрахункова температура опалення) в ньому температура не повинна бути нижчою плюс 5...1090. Тобто при опаленні по цьому способу водяна система опалення повинна забезпечувати догрівання приміщення на 25...342С, і відключення тільки електричної системи опалення буде відчутним хіба-що при зниженні температури зовнішнього повітря до рівня нижчого мінус 5...1520. А таких днів в опалювальному

ГФ) сезоні всього від 15 до 295 відповідно. т Ще одним недоліком цього способу є необхідність когенераційного виробництва електроенергії та тепла, що обмежує його використання в малих тепломережах, наприклад, в райцентрах. При підключенні електронагрівачів бо до загальної електромережі це не обов'язково, оскільки в період нічного проваду акумулювання тепла можливо здійснювати за рахунок споживання неліквідної електроенергії інших теплових електростанцій |див. статтю

О.Л.Светеліка, А.Г.Баталова, А.І.Замулко, А.В.Праховника та В.Ф.Находова "Шляхи забезпечення балансу виробництва та споживання електричної енергії та потужності ОЕС України", С.-285-2 94 в збірнику "Стан і майбутнє енергетики України", Київ, "ГРІФФЕ", 20051. 65 Система опалення, прийнята в якості прототипу, має перераховані вище недоліки, і, крім того, Її використання потребує періодичного доступу в приміщення споживача працівників теплопостачальної організації для обслуговування гідравлічних вимикачів, а також для перевірки справності їх захисту від несанкціонованого проникнення. Отримати такий доступ буває дуже важко, особливо, якщо несанкціоноване проникнення відбулось.

Метою створення запропонованої групи винаходів є розробка способу опалення приміщень, а також відносно дешевої і простої в обслуговуванні та контролі системи для його реалізації, придатних для модернізації опалення наявного житлового фонду, яка б забезпечила стимулювання розрахунків за опалення шляхом управління температурними режимами приміщень окремо у кожного споживача з диспетчерського центру централізованої системи опалення у всьому діапазоні температур опалювального сезону. Додатковою метою є 7/0 простий контроль за використанням системи, який би не зазнавав обмежень з боку діючої законодавчої заборони про доступ в приміщення споживача, стабілізація роботи системи централізованого опалення будинку в цілому і, крім того, стабільність температури в опалюваних приміщеннях.

Поставлена задача розв'язується тим, що у відомому способі опалення приміщень, який полягає в тому, що групу приміщень різних споживачів опалюють двома системами опалення, до нагрівачів яких підводять енергію з теплофікаційної та електричної мереж, підтримуючи задану температуру окремо для приміщень кожного споживача так, щоб при потребі температура в приміщенні знижувалась, але не була нижче аварійної, в процесі опалення вимірюють температуру зовнішнього повітря, та, з урахуванням Її, а також теплового опору опалюваної групи приміщень, на теплофікаційному вході встановлюють таку температуру теплоносія, яка забезпечує, при непрацюючій системі електричного опалення, температуру в приміщеннях на рівні, вищому аварійного значення, 2ор але нижчому, ніж значення нормативної температури опалення.

Можливий варіант цього способу, коли електроенергію споживають періодично з акумулюванням тепла та наступним використанням його для підтримки температури в приміщеннях, при цьому температуру теплоносія встановлюють найнижчою по завершенню процесу акумулювання та піднімають до найвищого значення перед початком цього процесу. сч

Відносно системи для реалізації способу поставлена задача розв'язується тим, що у відому систему для реалізації способу опалення, яка складається з котельні з мережею теплопостачання, встановлених в о приміщеннях нагрівачів, підключених до цієї мережі, а також командоапаратів з встановленими в приміщеннях споживачів датчиками температури для керування опаленням приміщень, з'єднаних через канал керування з диспетчерським центром системи опалення, через силовий вхід - з електромережею, а через силовий вихід - з ча зо електронагрівачами, на тепловому вводі, спільному для групи споживачів, встановлено додатковий командоапарат з датчиком температури зовнішнього повітря, розміщеним поза приміщеннями споживачів. со

У варіанті виконання цієї системи датчики температури електричних командоапаратів, що встановлені в б приміщеннях, включені в електромережу між силовим виходом командоапарату та електронагрівачем і виконані, як терморегулятори. ч-

Терморегулятори можуть бути виконані з можливістю керування установкою спрацьовування через со командоапарат.

Як варіант виконання, можлива система опалення, в якій командоапарат, встановлений на тепловому вводі, виконаний, як змішувач теплоносіїв з різною температурою.

Командоапарат, встановлений на тепловому вводі, може бути виконаний з можливістю з'єднання через канал «

Керування з диспетчерським центром системи опалення. - с Між сукупністю істотних ознак способу і технічним результатом, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок, зумовлений реалізацією регулювання за різними параметрами, коли базовий потік енергії на опалення з з тепломережі залежить від зовнішньої температури та ступеню розрядки теплового акумулятора, а допоміжний потік енергії з електромережі залежить від уподобань споживача та його платоспроможності.

Регулювання температури теплоносія на загальному тепловому вводі з урахуванням зовнішньої температури оо та теплового опору приміщень, забезпечує у приміщеннях всіх споживачів незалежну від температури зовнішнього повітря однакову базову температуру, яка при відключених електронагрівачах являється вищою -й аварійної та нижчою комфортної. Від цієї температури розпочинається догрівання приміщення електричними «с нагрівачами до рівня, що визначається потребами та платоспроможністю споживача.

Зниження температури теплоносія в кінці зарядки електричних тепло-акумуляційних нагрівачів та поступове со її підвищення до початку наступної зарядки вирівняє температуру в приміщеннях, яка при постійній температурі «м теплоносія буде знижуватись по мірі розрядки теплових акумуляторів.

Між сукупністю істотних ознак системи опалення і технічним результатом, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок, зумовлений розміщенням гідравлічного командоапарату з датчиком зовнішнього ов повітря на спільному тепловому вводі. Це дає можливість забезпечити однакові умови нагрівання системою централізованого теплопостачання приміщень всіх споживачів. Ці умови не залежать від температури

ГФ) зовнішнього повітря і підтримуються протягом всього опалювального сезону. Крім того, режими циркуляції

Ф теплоносія в системі залишаються незмінними, що стабілізує її роботу.

Розміщення гідравлічних, а при потребі, і електричних командоапаратів, поза межами приміщень споживачів, бор забезпечує можливість контролю та обслуговування з боку теплопостачальних організацій без обмежень з боку споживачів.

Якщо при цьому датчики температури приміщень виконані як терморегулятори та включені в силову мережу між командоапаратом та нагрівачем, електрична частина системи спрощується, і тому здешевлюється.

Можливість керування установкою спрацьовування через командоапарат розширює функціональні можливості 65 такої системи опалення за рахунок можливості підтримання різної температури приміщення в різні години доби.

Якщо командоапарат виконаний у вигляді змішувача гарячої води, що поступає з теплової мережі, та охолодженої води, що циркулює в системі опалення, то це стабілізує роботу водяної системи опалення, оскільки циркуляція теплоносія в ній підтримується в постійному режимі.

Можливість командоапарату, встановленого на спільному тепловому вводі, змінювати температуру Теплоносія за командами диспетчерського центру не тільки в залежності від температури зовнішнього повітря, а й від часу розрядки теплового акумулятора електронагрівача, забезпечує компенсацію вистигання теплових акумуляторів і дає можливість підтримувати стабільну температуру в приміщенні при їх меншій тепловій ємності, і відповідно, менших капіталовкладеннях.

Аналіз вітчизняної та закордонної науково-технічної та патентної літератури не виявив технічних рішень, 7/0 що володіють подібними ознаками. Це дозволяє вважати винаходи, які входять в заявлену групу, такими, що задовольняють критерію "новизна".

Запропоновані технічні рішення також не випливають для фахівців явно з відомого рівня техніки. Це дозволяє вважати винаходи, які входять в заявлену групу, такими, що відповідають критерію "винахідницький рівень".

Сукупність істотних ознак, що характеризують сутність заявлених винаходів, може бути багаторазово використана в системах опалення житлово-комунального господарства з досягненням технічного результату - підвищенням енергоефективності централізованого опалення та здешевленням процесу її модернізації. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявлених винаходів критерію "промислова придатність".

Спосіб, що заявляється, а також системи для його реалізації пояснюються кресленнями.

На Фіг.1 схематично показана система опалення приміщень групи споживачів, що розташовані в одному будинку, на Фіг.2 - графіки внутрішніх температур приміщення при опаленні такою системою, на Фіг.3 - графіки температур при опаленні системою з енергоакумулюючими електронагрівачами та періодичною зміною температури носія в залежності від розрядки теплових акумуляторів. с

Система опалення приміщень групи споживачів (Фіг.1) містить котельню 1, до якої через тепломережу 2 підключені водяні нагрівачі 3, розміщені в приміщеннях 4а, 46, 4в різних споживачів, що знаходяться в одному (о) будинку. Крім того, в цих приміщеннях встановлено електричні нагрівачі 5, які через командоапарати 6 з'єднані з електричною мережею 7. Датчики температури 8 встановлені в приміщеннях споживачів та з'єднані з командоапаратами 6. При цьому, в залежності від конструкції командоапарату та датчика, датчик б може бути чн зо підключеним до входу управління 9 командоапаратом, або бути встановленим між силовим виходом 10 командоапарата б та електричним нагрівачем 5. В останньому випадку датчик температури 8 повинен бути «9 виконаним у вигляді терморегулятора. Якщо в датчика температури (терморегулятора) 8 є вхід 11 керування б установкою спрацьовування, то він з'єднаний з управляючим виходом 12 командоапарату 6. Входи 13 управління командоапаратами 6 через канал управління 14 з'єднані з диспетчерським центром 15. ч-

Між тепломережею 2 та водяними нагрівачами З всіх споживачів будинку на тепловому вводі 16 встановлено со командоапарат 17, вхід управління 18 якого з'єднаний з датчиком 19 зовнішнього повітря, а вхід управління 20 - з диспетчерським центром 15 через канал управління 21.

Температура в приміщеннях всіх споживачів будинку (Фіг.2), незалежно від значення температури зовнішнього повітря, при непрацюючих електричних нагрівачах за рахунок енергії з теплової мережі «

Підтримується на одному рівні (лінія 22). При цьому приміщення догрівається електричними нагрівачами ще на з с декілька градусів (лінія 23). Оскільки температура є скалярною величиною, сумарна температура приміщення є сумою температур, забезпечених споживанням як енергії з теплової мережі, так і енергії з електромережі (лінія з 24).

Якщо споживання електроенергії періодичне, а електронагрівачі - енергоакумулюючі, то температура Ддогрівання не є сталою величиною (лінія 25, Фіг.3). При цьому для забезпечення сталості температури в со приміщенні (лінія 24) , температура, що підтримується за рахунок споживання енергії з теплової мережу, теж не повинна бути сталою величиною (лінія 26). -й Спосіб опалення приміщень полягає в тому, що групу розміщених в одному будинку приміщень 4 різних «с споживачів, опалюють від централізованої системи опалення, в складі котельні 1, тепломережі 2 та диспетчерського центру 15, підтримуючи задану температуру окремо для приміщень 4 кожного споживача так, з щоб при потребі температура в приміщеннях знижувалась, але не була нижчою аварійної, при якій проходить «м або розморожування труб в промислових приміщеннях, або ж значне переохолодження людей в житлових приміщеннях.

При цьому енергію з теплотраси 2 до водяних нагрівачів З підводять через командоапарат 17, встановлений в на спільному тепловому вводі 16. Регулювання кількості енергії, що подається в приміщення 4 з теплової мережі 2, проводять командоапаратом 17 за сигналами датчика 19 температури зовнішнього повітря, які поступають на

ГФ) вхід 18 командоапарату 17, та з урахуванням теплового опору приміщень 4. При потребі(різка зміна погоди, т сильний вітер при температурах близьких до 02С) коригування режиму роботи командоапарату може проводитись за сигналами з диспетчерського центру 15, який подають на вхід 20 командоапарату 17 по каналу бо управління 21.

При відсутності у будь-якого з споживачів оплати послуг по опаленню приміщення, з диспетчерського центру 15 каналом управління 14 на вхід 13 командоапарату б подають сигнал на відключення і електричні нагрівачі 5 відключають від електромережі 7. Температура в приміщенні 4 знижується до заданої мінімальної, (лінія 22,

Фіг.2) яка для попередження відчутних перетоків тепла з приміщень інших споживачів не повинна бути меншою 65 8..109С, а для попередження розмерзання системи опалення - не нижче 5 2С. На цьому рівні температура приміщень підтримується протягом сезону опалення при будь-якій температурі зовнішнього повітря за рахунок споживання енергії з теплової мережі з регулюванням споживання тепла в порядку, описаному вище.

Після оплати споживачем послуги по опаленню, на вхід 13 командоапарату 6 каналом управління 14 з диспетчерського центру 15 подають сигнал на підключення до електромережі 7 електричних нагрівачів 5, розміщених в приміщеннях споживача. При цьому, за рахунок споживання електроенергії нагрівачами 5, за бажанням споживача приміщення догрівають на декілька градусів (лінія 23, Фіг.2). В результаті приміщення прогрівається до заданої температури (лінія 24, Фіг.2), рівень якої встановлює споживач органами регулювання командоапарату 6, якщо датчик температури приміщень підключено до його входу 9 (приміщення 4в), або ж органами регулювання датчика температури 8, якщо він виконаний, як терморегулятор (приміщення 4а та 46). 7/0 При цьому в приміщеннях 4в командоапарат 6 виконує функцію підключення нагрівачів 5 до електромережі за часом, фактом оплати та відхиленням температури в приміщенні від заданого значення. В приміщеннях 4а та 46 функцію підключення нагрівачів 5 до електромережі за відхиленням температури в приміщенні від заданого значення виконує терморегулятор 8, замикаючи електричне коло з виходу 10 командоапарату б до нагрівача 5, а функцію підключення нагрівачів до електромережі за часом та фактом оплати - командоапарат 6. В приміщенні /5 За командоапарат б виконує також функцію управління терморегулятором 8, що досягається подачею сигналу управління з виходу 12 командоапарату 6 на вхід 11 датчика - терморегулятора 8. Це дає можливість, за рахунок зниження температури спрацьовування, обмежити споживання електроенергії для підтримання температури в приміщенні в години відсутності в ньому людей.

Командоапарат 17 може підключати нагрівачі З всіх споживачів до тепломережі 2 періодично, при цьому 2о співвідношення часу споживання тепла до загальної протяжності часу буде функцією різниці мінімальної температури в приміщеннях та температури зовнішнього повітря. Проте більш стабільна робота водяної системи опалення досягається при виконанні командоапарату 17, як регульованого змішувача води, що подається з теплової мережі, та води, що циркулює в системі опалення. В цьому випадку система водяного опалення весь час працює в розрахунковому режимі циркуляції енергоносія, що попереджує зриви режиму циркуляції на с окремих дільницях системи.

Якщо електричні нагрівачі 5 виконані теплоакумулюючими, то командоапарати б підключають їх до (8) електромережі тільки вночі, в час провалу навантаження в електромережі 7. При цьому спожите тепло в основному витрачається на розігрівання теплоакумулюючого матеріалу нагрівача б. Але частина тепла, попадаючи в приміщення 4, призводить до підвищення в ньому температури в кінці зарядки теплоакумулюючих ча зо елекронагрівачів 5 (лінія 25, Фіг.6). При цьому для підтримання в приміщенні незмінної температури необхідно зменшувати нагрівання приміщення за рахунок споживання тепла з тепломережі (лінія 24, Фіг.3). По мірі со розрядки теплових акумуляторів температура догрівання (лінія 25) буде знижуватись, і тому для стабілізації б температури в приміщенні необхідно збільшувати нагрівання приміщення за рахунок споживання тепла з тепломережі (лінія 24). Таке регулювання споживання тепла з тепломережі забезпечить рівномірність ч- з5 температури в приміщенні при використанні теплоакумулюючого електроопалення. со

Таким чином, заявлена група винаходів, що включає в себе спосіб опалення приміщень та систему опалення для його реалізації, дозволяє забезпечити управління температурним режимом в приміщеннях, знижуючи в них, за командою з диспетчерського центру, чи за бажанням споживача, температуру протягом всього опалювального сезону, незалежно від кліматичних умов. Це забезпечить створення механізму стимуляції « розрахунків за послуги по опаленню приміщень без дорогої реконструкції централізованих систем опалення з с більшості сучасних будинків. Крім того, це дасть можливість споживачам регулювати температуру в своїх приміщеннях, що опалюються центральним опаленням, на власний розсуд та згідно власних фінансових з можливостей, не порушуючи режимів роботи системи центрального опалення. При цьому залежність витрат споживача на електроопалення від реалізації ним енергозберігаючих заходів, стимулюватиме енергозбереження

В побутовій сфері. со

Claims (7)

- Формула винаходу

1. Спосіб опалення приміщень, при якому групу приміщень різних споживачів опалюють двома системами Го) опалення, до нагрівачів яких підводять енергію з теплофікаційної та електричної мереж, підтримуючи задану -ч температуру окремо для приміщень кожного споживача так щоб за потреби температура в приміщенні знижувалась, але не була нижчою за аварійну, який відрізняється тим, що в процесі опалення вимірюють температуру зовнішнього повітря, з урахуванням якої на теплофікаційному вводі встановлюють таку вв температуру теплоносія, яка при непрацюючій системі електричного опалення забезпечує температуру в приміщеннях, яка вища за аварійну, але нижча за нормативну температуру опалення. ГФ)

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що електроенергію споживають періодично з акумулюванням тепла та наступним використанням його для підтримки температури в приміщеннях, при цьому температуру теплоносія дк встановлюють найнижчою по завершенні процесу акумулювання та піднімають до найвищого значення перед бо початком цього процесу.

3. Система опалення, що складається з котельні з мережею теплопостачання, встановлених в приміщеннях нагрівачів, підключених до цієї мережі, а також командоапаратів з встановленими в приміщеннях споживачів датчиками температури для керування опаленням приміщень, з'єднаних Через канал керування з диспетчерським центром системи опалення, через силовий вхід - з електромережею, а через силовий вихід - з 65 електронагрівачами, який відрізняється тим, що на тепловому вводі, спільному для групи споживачів, встановлено додатковий командоапарат з датчиком температури зовнішнього повітря, розміщеним зовні приміщень споживачів.

4. Система за п. З, яка відрізняється тим, що датчики температури електричних командоапаратів, що встановлені в приміщеннях, включені в електромережу між силовим виходом командоапарата та електронагрівачем і виконані як терморегулятори.

5. Система за п. 4, яка відрізняється тим, що терморегулятори виконані з можливістю керування установкою спрацьовування через командоапарат.

6. Система за п. 3, яка відрізняється тим, що командоапарат, встановлений на тепловому вводі, виконаний як змішувач теплоносіїв з різною температурою. 70

7. Система за п. 3, яка відрізняється тим, що командоапарат, встановлений на тепловому вводі, виконаний з можливістю з'єднання через канал керування з диспетчерським центром системи опалення. с 7 о че (зе) (22) «-- Зо со

- . и? со - (Се) о що ко 60 б5