Спосіб опалення приміщень

Пропонований винахід відноситься до області теплотехніки та може бути використаним в системах теплонакопичувального електроопалення. Відомий спосіб опалення приміщень з опису роботи пристрою по патенту України №32722 С2, М.кл. F24D11/04, опубл. 15.04.2002р. Відповідно до цього способу електроенергія споживається системою електроопалення під час провалу навантаження в енергосистемі з перетворенням її в тепло та акумулюванням цього тепла в конструктивних елементах споруди, в яких встановлені нагрівальні елементи системи електроопалення, при цьому вимірюють середню температуру навколишнього повітря протягом попереднього добового циклу опалення і визначають за її обліком тривалість роботи електронагрівачів в поточному циклі опалення. Недоліком цього способу є недостатня точність регулювання, що пов'язано з використанням, в якості інформації для прийняття рішення про включення електронагрівачів, даних про середню температуру зовнішнього повітря попереднього добового циклу опалення, що обумовлює високу імовірність помилки у виборі тривалості роботи теплоакумуляційних електронагрівачів. Відомий спосіб опалення споруди з опису пристрою "СЕТОП" (система електротермічного акумуляційного опалення приміщень. Керівництво по експлуатації. -Запорізький завод надпотужних трансформаторів, 1996), який полягає в тому, що, споживаючи електроенергію в період провалу навантаження в енергосистемі, приміщення опалюють електричними електронагрівачами, оснащеними акумуляторами тепла та вентиляційними каналами, через які при пониженні температури вентилятором проганяють повітря, забране з приміщення, нагріваючи його та подаючи знову в приміщення. При такому способі опалення температур у в приміщенні можливо підтримувати на постійному рівні, але надійність його низька тому, що необхідне додаткове споживання електроенергії вентилятором, а при відсутності електроенергії вдень опалення неможливе, незважаючи на наявність теплової енергії в акумуляторі. Найбільш близьким, прийнятим в якості прототипу, є спосіб опалення приміщень, відомий з опису пристрою кімнатного терморегулятора "REGO" (Керівництво по монтажу та експлуатації. - KOVOPOL a.s., Police nad Metuji, CZ, http://www.kovopol.cz). Цей спосіб полягає в тому, що приміщення опалюють електронагрівачами, підключеними до електромережі через терморегулятор, розміщений всередині приміщення, при цьому температурну установку терморегулятора періодично змінюють, задаючи температур у приміщення вночі нижчу, ніж вдень. У такий спосіб забезпечується підтримання комфортної температури приміщення в робочий час та економічної температури в неробочий час, але недоліком способу-прототипу є низька економічність опалення, зумовлена споживанням електроенергії на опалення переважно вдень, коли електромережа перевантажена, а електроенергія виробляється з значними витратами палива. Задачею винаходу є розробка способу опалення, який надійно забезпечить підтримання в приміщенні комфортної температури при споживанні електроенергії в час провалу навантаження в енергосистемі шляхом забезпечення найбільш оптимального режиму включення електронагрівачів в поточному добовому циклі опалення. Поставлена задача розв'язується тим, що у відомому способі опалення приміщень, згідно якого приміщення опалюють електронагрівачами, підключеними до електромережі через терморегулятор, температурну установку якого періодично змінюють, при цьому електронагрівачі розміщують всередині конструктивних елементів цього приміщення, а температурну установку терморегулятора системи електроопалення змінюють в сторону пониження температури при завершенні провалу, і в сторону підвищення температури - при початку провалу навантаження в електромережі. Між сукупністю істотних ознак та технічним результатом, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок, зумовлений використанням теплоакумуляційних якостей приміщення. Це забезпечується як розміщенням електронагрівачів всередині елементів цього приміщення (наприклад, стін), що забезпечує акумуляцію тепла в будівельних матеріалах, так і відповідною зміною заданих температур нагрівання приміщення, що забезпечує можливість акумуляції тепла в будівельних матеріалах, з яких складаються конструктивні елементи цього приміщення. Як відомо [1Ї, середнє значення втрат на виробництво одиниці електроенергії для енергосистеми України становить 375гуп/кВт-год (грамів умовного палива на кіловат-годину). Але щодобово, в час провалу навантаження в енергосистемі, через відсутність споживання електроенергії ТЕЦ переходять в режим теплофікаційного навантаження, тобто перестають виробляти електроенергію, та, працюючи, як котельні, все вироблене тепло віддають в теплову мережу міст. При цьому їх ККД різко зменшується. Конденсаційні ТЕС, не маючи навантаження, в час провалу працюють в холостому режимі (рус. "вращающийся резерв мощности"), споживаючи значну кількість палива без виробітку електроенергії. В таких умовах виробництво (і, відповідно, споживання) кожної додаткової кіловат-години електроенергії забезпечується додатковим спалюванням всього 140-220гуп/кВт-год, в залежності від типу електростанції [2, стор.56]. І саме для корисного споживання електроенергії в час провалу будують гідроакумулюючі електростанції, котрі в час пікового навантаження віддають її в електромережу з ККД 65-70%. Крім того, в світовій практиці, а останнім часом і в Україні, для інтенсифікації нічного споживання електроенергії використовують багатотарифний облік, при якому електроенергія в час провалу навантаження відпускається за цінами, а три-п'ять разів нижчими, ніж середні. Це створює можливість для поширення теплооакумулюючого електроопалення будівель [3]. Таке опалення реалізується як з використанням спеціальних теплових акумуляторів [2], так і з використанням елементів будівель для акумулювання теплової енергії [4]. Аналіз температурних гра фіків, приведених на Фіг.2 в матеріалах заявки, показує, що максимальне перегрівання приміщення відносно комфортної температури 18°С при середній зовнішній температурі опалювального сезону (крива 7) складає 4°С, а середньодобове перегрівання приміщення становить 2°С. Оскільки тепловтрати приміщення пропорційні різниці температур всередині та зовні приміщення, а середня зовнішня температура опалювального сезону в межах України приблизно дорівнює -1°С [5], то величина тепловтрат при перегріванні за рахунок використання заявленого винаходу зміниться, та становитиме, відносно тепловтрат без перегрівання приміщення [(18 + 2) - ( -1)] ´ 100 = 110,53% [18 - ( -1)] Відповідно при перегріванні зросте і споживання електроенергії, яке становитиме 110,53% від споживання при прямому електроопаленні. Проте, питомі витрати умовного палива на виробництво одиниці електроенергії в час провалу навантаження зменшаться, і відносно середнього значення становитимуть 220гуп / кВт × год ´ 100 = 58,67% 375гуп / кВт × год Тому витрати палива для опалення приміщення з використанням заявленого винаходу, відносно витрат палива на пряме електроопалення приміщення, становитимуть 58,67%´110,53%=64,85%. З наведеного вище також витікає, що використання при електроопаленні нічного зниження температури до рівня нижче комфортного не забезпечить економії палива, яке споживається для генерації електроенергії тому, що відсутність споживання електроенергії вночі для забезпечення теплового балансу приміщення повинна бути скомпенсована більш інтенсивним її споживанням вдень. Воно вигідне тільки для споживача при наявності однотарифного обліку спожитої електроенергії. Спосіб, що заявляється, пояснюється кресленнями. На Фіг.1 схематично показана блок - схема системи опалення, придатної для реалізації способу, що заявляється, на Фіг.2 приведено графіки температур, в залежності від часу та температури зовнішнього повітря, в приміщеннях, яке опалюються з використанням способу, що заявляється. Система опалення (Фіг.1) складається з електронагрівачів 1, розміщених в елементах приміщення 2 та підключених до електромережі 3 через терморегулятор 4, вхід управління 5 яким з'єднаний з виходом таймера 6. Температурні режими приміщення при високій зовнішній температурі зображені кривою 7 (Фіг. 2), при середній температурі - кривою 8, а при низькій температурі - кривою 9. Спосіб опалення приміщень полягає в тому, що в час провалу навантаження, електронагрівачі 1 споживають електроенергію з електромережі 3, яке використовується для нагрівання будівельних матеріалів, з яких складаються конструктивні елементи 2 приміщення. При цьому температура в приміщенні теж підвищується (криві 7-9, Фіг.2). Оскільки температурна установка терморегулятора 4 сигналом, що поступив на вхід 5 з таймера 6 змінена в сторону підвищення, він не відключає електронагрівачі 1 від електромережі 3 аж до нагріву приміщення до верхнього значення комфортної температури. При цьому в конструктивних елементах 2 за рахунок їх глибокого прогрівання, акумулюється значна кількість тепла. Протяжність роботи електронагрівачів 1 залежить від температури зовнішнього повітря. При високій температурі зовнішнього повітря, характерній для початку чи кінця опалювального сезону, протяжність роботи електронагрівачів 1 значно нижча протяжності періоду провалу навантаження (крива 7, Фіг.2), при середніх температурах опалювального сезону, характерних для більшості часу опалення (крива 8), протяжність роботи електронагрівачів близька до протяжності періоду провалу навантаження. При більш низьких температурах електронагрівачі 1 споживають електроенергію протягом всього часу провалу навантаження в електромережі 3, але верхнє значення комфортної температури не досягається (крива 9). Після закінчення періоду провалу навантаження в електромережі 3, таймер 6 подає на вхід 5 терморегулятора 4 сигнал на зміну температурної установки в сторону пониження. Терморегулятор 4 спрацьовує, відключаючи електронагрівачі 1 від електромережі 2. Температура в приміщенні за рахунок втрати тепла, знижується. При цьому теплова енергія з середини конструктивних елементів 2 переходить в приміщення, підтримуючи в ньому температуру, і його охолодження при високих та середніх температурах зовнішнього повітря проходить поступово, з забезпеченням комфортності протягом значного часу без включення електронагрівачів 1 поза періодом провалу навантаження (криві 7 та 8, Фіг.2). При низьких температурах зовнішнього повітря (крива 9) темп охолодження приміщення вищий і тепла, накопиченого в конструктивних елементах 2 приміщення не вистачає для підтримання комфортної температури. При цьому температура в приміщенні знижується нижче значення, установленого в терморегуляторі 4, він спрацьовує, підключає до електромережі електронагрівачі 1, які прогрівають конструктивні елементи 2 та приміщення до температури, вищої, ніж значення нижчої установки терморегулятора 4, задане в цей час таймером 6. Терморегулятор 4 спрацьовує, відключаючи електронагрівачі 1 при досягненні мінімального рівня комфортної температури, і тим самим, споживаючи електроенергію в позапровальний період по мінімуму. Подальше охолодження приміщення продовжується при комфортній температурі. При потребі цикл підігріву повторяється (крива 9). Після початку періоду провалу навантаження в електромережі 3, таймер 6 подає на вхід 5 терморегулятора 4 сигнал на зміну температурної установки в сторону підвищення. При цьому терморегулятор 4 спрацьовує і цикл опалення повторюється з варіаціями в залежності від температури зовнішнього повітря. Таким чином, використання заявленого способу опалення приміщень забезпечує економію енергоресурсів, що використовуються для виробництва електроенергії, і є вигідним як для суспільства в цілому, так і для споживача при багатотарифному облікові спожитої електроенергії. Список джерел інформації, на які зроблено посилання в тексті 1 Сайт Мінпаливенерго. http://mpe.energy.gov.ua 2 Аккумулирование энергии и пути повышения эффективности работы электростанций и экономии энергии. Материалы всесоюзного научно-технического совещания, Москва, октябрь, 1985г. Часть 1. Акумулирование энергии и энергетика. М. Изд.ЭНИНа, 1986, стр.55-61,61-66,73-85, 102-106, 183-189. 3 Богословський, Сканави. Отопление. Учебник для ВУЗов, Москва, Стройиздат, 1991, стр.592-597. 4. ДБН В.2.5-24-2003. Електрична кабельна система опалення. 5 CHиП 2.01.01-84. Строительная климатология и геофизика.