Система теплопостачання будівель

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 відрізняє ться тим, що містить вхід електромережі енергосистеми, приєднаний до привода теплового насоса, електронагрівач вітроустановки, U 2 (19) 1 3 31378 та споживач теплової енергії, через тепловий насос системи теплопостачання. Недоліком такого рішення є послідовне включення теплового насоса в циркуляційний контур між сезонним акумулятором теплової енергії, вітроустановкою і баком-акумулятором гарячої води, що призведе до зростання 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 0°С. Задачею корисної моделі є вдосконалення системи розподілу теплового потоку від обладнання, призначеного для отримання, зберігання та передачі теплової енергії з їх взаємним резервуванням та підвищення ефективності і надійності роботи сезонного акумулятора теплової енергії система комплексного використання традиційних (енергія електромережі) та поновлюваних (сонце, вітер, тепло Землі) джерел енергії з сезонним її акумулюванням для використання в холодний період року при опаленні та гарячому водопостачанні побутови х і виробничих споруд. 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 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, крім того, 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 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 незалежному від електромережі енергосистеми електропостачанні, до генератора вітроустановки підключені електрохімічна акумуляторна батарея та інвертор. Через невідповідність надходження енергії поновлюваних джерел до потреб споживача та нестабільність її характеристик, використання енергії поновлюваних джерел найбільш ефективно 4 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, потужності, частоти, інше. Це дозволяє спростити схему та знизити вартість систем перетворення напруги для 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 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 використовува ти тепловий насос лише в разі зменшення температури води в баціакумуляторі 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 ґр унт, 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 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. 5 31378 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-А6, Б1-Б6), 7 (точки А1, А2, Г1-Г6, Б2, Б1) і 8 (точки А1-A3, В1, В2, Б1-Б3) зв'язаний, відповідно, із нагрівальним елементом (НЕ) 9 споживача тепла 10, сезонним акумулятором теплової енергії (CAT) 11 та випаровувачем 12 теплового насоса (ТН) 13. Конденсатор 14 ТН 13 циркуляційним контуром 15 (точки В3, В4, А4 - А6, Б4-Б6) та CAT 11 циркуляційним контуром 16 (точки Г2-Г5, А5, А6, Б5, Б6) пов'язані із НЕ 9 споживача тепла 10. Випаровувач 12 ТН 13 та CAT 11 пов'язані між собою циркуляційним контуром 17 (точки В1, В2, Г1-Г6). На входа х у споживач тепла 10, ТН 13, CAT 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 датчик 48 контролю температури в приміщенні. Теплова ізоляція секцій CAT 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 теплоізоляційними лапами 50. На корпусі CAT 11 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 та інвертора 56, що дозволить використати вітроустановку в якості автономного джерела електроенергії для 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 в БА 5, після чого, по циркуляційному контур у 7 (точки А1-А2 Г1-Г2-Г3) нагрітий теплоносій циркуляційним насосом 20 подається на зарядження CAT 11, а зворотна вода повертається в БА 5 на дозарядження (точки Г4Г5-Г6-Б2-Б1) при відкритих кранах 27, 28, 39-42, а інших закритих. Вхідними кранами 41, 42 та вихідними 39, 40 можна регулювати процес зарядження окремих секцій CAT 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°С), теплоносій по циркуляційному контуру 6 циркуляційним насосом 18 подається до 6 НЕ 9 споживача тепла 10 і повертається в БА 5 на дозарядження (точки А1-А2-A3-А4-А5-А6-Б6-Б5Б4-Б3-Б2-Б1) при відкритих кранах 21-26, а інших закритих. У випадку, якщо температура теплоносія в БА 5 буде нижчою, а в CAT 11 ви щою за +35°С, теплопостачання споживача тепла 10 відбувається по циркуляційному контур у 16 (точки Г5-Г4-А5-А6-Б6-Б5-Г3-Г2) при відкритих кранах 3742, а інших закритих. Регулювання відбору тепла з окремих секцій CAT 11 відбувається шляхом перемикання кранів 39, 42, або 40, 41, в залежності від сигналу термодатчиків 47. Якщо температура води в БА 5 буде нижче технологічних потреб опалення, але вище ніж в CAT 11, теплопостачання відбуватиметься таким чином: по циркуляційному контуру 8 (точки А1-А2A3-В1-В2-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-А6-Б6-Б5-Б4-В4) при відкритих кранах 23, 24, 35, 36 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 C AT 11, причому температура води в обох ємностях буде нижчою за технологічні потреби опалення, теплопостачання споживача тепла 10 відбудеться по циркуляційному контуру 17 від CAT 11 до випаровувача 12 ТН 13 і точкам Г4-Г5-Г6-В1-В2-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 CAT 11 відбувається шляхом перемикання кранів 39, 42, або 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°С) 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 35°С. При зарядці та роботі сезонного акумулятора теплової енергії 11, для зменшення втрат енергії у грунт, з прошарку 49 між внутрішньою та зовнішньою стінками CAT 11 через патрубки 51 відкачується повітря і створюється вакуум. АСК 43 за допомогою датчиків температури 47 та кранів 39-42 регулює відбір теплоносія в окремих елементах CAT 11, причому при зниженні температури до значення близького +0°С в одному 7 31378 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 Комп’ютерна в ерстка Н. Лисенко 8 замість живлення з електромережі 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. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601