Спосіб автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання

Корисна модель відноситься до теплотехніки, а саме до способів автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання житлових і виробничих приміщень і може бути використаний при проектуванні автономних комбінованих систем гарячого водопостачання та водяного опалення з використанням поновлюваних низькопотенційних енергетичних джерел. Відомий спосіб тепло забезпечення і гарячого водопостачання де джерелами теплової енергії є сонячна колекторна установка та тепловий насос [1]. До недоліків відомого способу відноситься те, що сонячні колектори здатні ефективно працювати лише у «теплий» період року, а потужності теплового насосу може не вистачити у періоди значних похолодань (пікові періоди). Крім того забезпечення енергією компресора теплового насоса та циркуляційних насосів системи опалення здійснюється від вітрогенератора, робота якого не стабільна і дуже залежить від наявності та сили вітру. Відомий спосіб теплозабезпечення приміщень та пристрій для його реалізації [2], де постачальниками тепла є джерела електроенергії, споживання якої та акумулювання тепла здійснюють переважно у період провалу навантаження в енергосистемі, в період пільгового (нічного) тарифу. До недоліків цього способу відноситься те, що не всі споживачі мають відповідні резерви електричних потужностей для виробництва тепла і зовсім не використовується підключення відновлюваних джерел енергії, які дають значну економію ресурсів. Найбільш близьким технічним рішенням, як по суті так і по задачі, що вирішується, яке обране за найближчий аналог (прототип) до заявляємої корисної моделі є спосіб відомий з опису комбінованої сонячнотеплонасосної установки [3] при якому встановлюють геліосистему, котел, тепловий насос, теплообмінник, теплонакопичувач, підключають до зазначених пристроїв автоматичну систему керування, з'єднують між собою вказані пристрої, формують систему автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання, виробляють за допомогою зазначеної системи теплову енергію, передають теплову енергію споживачам, а надлишок теплової енергії акумулюють у теплонакопичувачі. Особливістю цього способу є те, що: - всі три джерела тепла акумулюють тепло у теплонакопичувачі; - опалення здійснюється шляхом відбору тепла від теплообмінника, а при недостатній температурі теплоносія в системі опалення відбувається його догрів за допомогою котла з одночасним накопиченням тепла в теплонакопичувачі; - забезпечення гарячою водою також здійснюється від теплообмінника. При цьому нормативна температура забезпечується як геліосистемою і тепловим насосом, так і за допомогою котла. До недоліків способу, який обраний за прототип слід віднести необхідність підключення котла на дизельному паливі, що зважаючи на вартість палива, необхідність його транспортування і зберігання, значно знижує економічну та екологічну ефективність всієї системи теплозабезпечення і гарячого водопостачання в цілому. Недоліком способу, який обраний за прототип є також те, що в літній період, за рахунок сонячної інсоляції, відновлення теплового режиму ґрунту відбувається не повністю. Таким чином протягом декількох опалювальних сезонів накопичується дефіцит температури ґрунту в зоні роботи колектора теплового насоса, що значно погіршує його коефіцієнт корисної дії і вимагає частішого введення в дію котла на дизельному паливі. Також до недоліків способу, який обраний за прототип відноситься те, що необхідність нарощування теплового навантаження (наприклад при підключенні додаткових споживачів тепла) призводить до частішого використання котла на дизельному паливі як догрівача, або навіть виникає необхідність у підвищенні його потужності, що враховуючи вид і вартість палива суттєво знижує економічні та екологічні показники всієї установки. В основу корисної моделі поставлено задачу, шляхом усунення недоліків прототипу забезпечити достатню надійність, високі економічні та екологічні показники теплозабезпечення і гарячого водопостачання, гнучку можливість нарощування теплової потужності, а також можливість роботи як в газо- так і електро - дефіцитних регіонах. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб передбачає встановлення геліосистеми, котла, що використовує електричну енергію та/або котла на газовому паливі, теплового насоса, теплообмінника, теплонакопичувача, підключення до зазначених пристроїв автоматичної системи керування, з'єднання між собою вказаних пристроїв та формування системи автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання, вироблення за допомогою зазначеної системи теплової енергії, передачу теплової енергії споживачам, з акумулюванням надлишку теплової енергії в теплонакопичувачі. Суть способу автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання, при якому встановлюють геліосистему, котел, тепловий насос, теплообмінник, теплонакопичувач, підключають до зазначених пристроїв автоматичну систему керування, з'єднують між собою вказані пристрої, формують систему автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання, виробляють за допомогою зазначеної системи теплову енергію, передають теплову енергію споживачам, а надлишок теплової енергії акумулюють у пристрої, що накопичує тепло, полягає в тому, що додатково вводять котел який використовує електричну енергію, котел, який працює на газовому паливі, а теплонакопичувач розміщують у ґрунті. Суть способу полягає і в тому, що для підігріву теплообмінника котел, що використовує електричну енергію включається автоматичною системою керування лише у період дії пільгового (нічного) тарифу на електроенергію, в разі браку потужностей електричної мережі, як взагалі, так і в пікові періоди теплопостачання, для догрівання теплообмінника, автоматичною системою керування підключається котел, який працює на газовому паливі, при чому автоматична система керування підключає котел на газовому паливі лише у період дії високого тарифу на електроенергію. Порівняльний аналіз дозволяє зробити висновок, що спосіб автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання, який заявляється, відрізняється від прототипу тим, що котел використовує електричну енергію, до системи автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання додатково вводять котел, який працює на газовому паливі, а теплонакопичувач розміщують у грунті, при цьому для підігріву теплообмінника котел, що використовує електричну енергію включається автоматичною системою керування лише у період дії пільгового (нічного) тарифу на електроенергію, в разі браку потужностей електричної мережі, як взагалі, так і в пікові періоди теплопостачання, для догрівання теплообмінника, автоматичною системою керування підключається котел, який працює на газовому паливі, а автоматична система керування підключає котел на газовому паливі лише у період дії високого тарифу на електроенергію. Суть способу автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання пояснюється за допомогою ілюстрацій, де на Фіг.1. показана блок-схема виконання технологічних операцій, а на Фіг.2, де як варіант конструктивного виконання, наведена система автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання, за допомогою якої реалізується спосіб, що заявляється. До складу системи автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання входять: 1 - котел, що використовує електричну енергію; 2 - котел, який працює на газовому паливі; 3 - геліосистема; 4 - теплообмінник; 5 - тепловий насос; 6 - автоматична система керування; 7 - об'єм , що накопичує тепло; 8, 10, 11, 13, - засувки; 9, 12, 14, 16, 19 - циркуляційні насоси; 15 - датчик температури колектора геліосистеми; 18 - датчик температури теплообмінника; 17 - колектор теплового насоса. При нагріванні теплообмінника (4) від геліосистеми (3), вимірюється різниця температур від датчика (15) на колекторі геліосистеми та датчика (18) в нижній частині теплообмінника. Якщо ця різниця перевищує, задану автоматичною системою керування (6) то відкривається засувка (8) і за допомогою циркуляційного насоса (9) теплова енергія геліосистеми передається в теплообмінник. Якщо різниця температур між датчиками (15) і (18) не перевищує, задану то засувка (8) закривається, засувка (10) відкривається і за допомогою циркуляційного насоса (9) теплова енергія від геліосистеми подається в теплонакопичувач (ґрунтовий акумулятор тепла) розташований в зоні колектора теплового насоса (5) сприяючи відновленню температурних характеристик грунта та накопиченню тепла. Особливо вагомим цей позитивний вплив стає у випадку реалізації багатоскважинного колектора теплового насоса за рахунок взаємного впливу скважин. Способом передбачено, що догрівання теплообмінника (4) в холодну пору року здійснюється переважно підключенням котла, що використовує електричну енергію (1) та теплового насоса (5). При цьому автоматична система керування, при зниженні показників температури датчика (18) нижче порогового рівня, відкриває засувку (11) і включає в роботу котел, що використовує електричну енергію та циркуляційний насос (12) лише в час дії нічного (пільгового) тарифу на електроенергію. У випадках відсутності чи недостатку електричної енергії, критично низьких температур, необхідності додаткового теплового навантаження, до теплообмінника може підключатися котел на газовому паливі (2). При цьому при закритій засувці (11) відкривається засувка (13). Тепловий насос може включатися для підігріву теплообмінника у будь яку пору року. В період достатньої сонячної активності включення циркуляційного насоса (14) і підігрів теплообмінника може відбуватися лише в період дії пільгового( нічного) тарифу на електроенергію. При цьому автоматична система керування за допомогою датчика (7) відслідковує достатню швидкість накопичення тепла за певний проміжок часу. Якщо швидкість недостатня то включається контур котла, що використовує електричну енергію (1,11,12) чи контур котла на газовому паливі (2,13,12). Реалізація запропонованого способу здійснюється під управлінням автоматичної системи керування. Конкретний алгоритм управління та підбір устаткування повинен розроблятися з урахуванням кліматичних умов місця розташування автономної системи тепло забезпечення і гарячого водопостачання, орієнтації колекторів геліосистеми та сезонності її використання, наявності вільних потужностей та тарифів на електроенергію, наявності газифікації, а також характеристиками ґрунтів в зоні розташування колектора теплового насоса. Спосіб автономного теплозабезпечення і гарячого водопостачання забезпечує надійність, високі економічні та екологічні показники, можливість нарощування теплової потужності, а також можливість роботи як в газо- так і в електро- дефіцитних регіонах. В результаті впровадження способу з використанням відновлюваних джерел енергії вдається скоротити споживання традиційних видів палива на 20-50%, а споживання електроенергії в період дії пільгового (нічного) тарифу зменшує оплату на її витрати (при середніх тарифах в Україні) у 7 разів. Джерела інформації: 1. Патент РФ №2249125 С1 МПК F03D9/00 «Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений» Опубл.27.03.2005г, Бюл. №9. 2. Патент України №76004 С2 МПК F24D11/00 «Спосіб теплозабезпечення приміщень та пристрій для його реалізації» Опубл.15.06.2006р. 3. Журнал «Системи отопления и кондиционирования», м. Київ, №12 від 19.12.2005р. Г.Н. Агеєва та ін. «Комбинированная солнечно-теплонасосная установка как вариант технического решения теплоснабжения».