Установка гарячого водопостачання

Установка гарячого водопостачання, що містить джерело низькопотенційного тепла, контур гарячого водопостачання з системою споживачів гарячої води, тепловий насос з випарником та конденсатором, проміжний контур циркуляції води через випарник з блоком теплообмінників шахтної води із запірною арматурою, проміжний контур циркуляції води через конденсатор з блоком теплообмінників остаточного нагріву чистої води із запірною арматурою, контур підготовки гарячої 3 М.М., (UA). - Промислова власність, 2007. - № 14]. Недоліками даної установки є: значні витрати енергії на привод компресора теплового насоса внаслідок суміщення систем опалення та гарячого водопостачання; низька інтенсивність теплообміну в теплообмінниках, які вбудовані в бак-акумулятор гарячої води та в ємність для збору стічних вод душових кабін; труднощі очищення ємностей з вбудованими в них теплообмінниками та самих теплообмінників та від забруднень та накипу. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення установки гарячого водопостачання, в якій введенням нових елементів та їх розташуванням досягається взаємна незалежність функціонування систем підготовки та споживання гарячої води, підвищення інтенсивності теплообміну при зниженні витрат енергії та спрощенні експлуатації, і, за рахунок цього, підвищення ефективності установки в цілому. Поставлене завдання вирішується тим, що відома установка гарячого водопостачання, що містить джерело низькопотенційного тепла, контур гарячого водопостачання з системою споживачів гарячої води, тепловий насос з випарником та конденсатором, проміжний контур циркуляції води через випарник з блоком теплообмінників шахтної води із запірною арматурою, проміжний контур циркуляції води через конденсатор з блоком теплообмінників остаточного нагріву чистої води із запірною арматурою, контур підготовки гарячої води з теплообмінником попереднього нагріву чистої холодної води стічною відпрацьованою гарячою водою, згідно з корисною моделлю обладнана системою теплоізольованих баків-акумуляторів гарячої води із запірною арматурою, кожний з котрих підключений до теплообмінника попереднього нагріву чистої води, теплообмінника остаточного нагріву чистої води, а також до контуру подачі гарячої води споживачам з можливістю почергового наповнення та спорожнення у заданий період робочого циклу, та має насос подачі гарячої води споживачам, встановлений в контурі гарячого водопостачання, теплоізольований бак-збірник відпрацьованої гарячої води, встановлений нижче рівня системи споживачів і сполучений через введений насос відпрацьованої води з теплообмінником попереднього нагріву чистої води відпрацьованою водою, а також має насос подачі попередньо нагрітої чистої води до теплообмінника остаточного нагріву її. Крім того, контур шахтної води може бути додатково обладнаний гідроциклоном для очистки її від механічних домішок. Оснащення установки гарячого водопостачання системою теплоізольованих баків-акумуляторів із запірною арматурою дозволяє забезпечити незалежність функціонування систем підготовки та споживання гарячої води. Разом із відмовою від поєднання з системою опалення, яка вимагає перегріву води до температури опалювального рівня, це дає можливість здійснювати підготовку гарячої води у той час, коли тариф за сплату електроенергії найнижчий, що забезпечує зниження вартості 61130 4 споживаної установкою електроенергії. На фігурі представлена принципова схема запропонованої установки гарячого водопостачання. Установка гарячого водопостачання згідно з фігурою містить водовідливний став 1 з джерелом низькопотенційного тепла - шахтною водою, контур гарячого водопостачання з системою споживачів гарячої води 49; тепловий насос 13 з випарником 14, компресором 15, дроселем 16 і конденсатором 17; проміжний контур циркуляції води через випарник з блоком теплообмінників шахтної води 8, 9 із запірною арматурою 18-25 та циркуляційним насосом 3; проміжний контур циркуляції води через конденсатор з блоком теплообмінників остаточного нагріву чистої води 10, 11 із запірною арматурою 26-33 та циркуляційним насосом 4, контур підготовки гарячої води з теплообмінником попереднього нагріву чистої холодної води стічною відпрацьованою гарячою водою 12, яка відрізняється тим, що обладнана системою теплоізольованих баків-акумуляторів гарячої води 46-48 із запірною арматурою 34-45, кожний з котрих підключений до теплообмінника попереднього нагріву чистої води, теплообмінника остаточного нагріву чистої води, а також до контуру подачі гарячої води споживачам з можливістю почергового наповнення та спорожнення у заданий період робочого циклу, та має насос подачі гарячої води споживачам 5, встановлений в контурі гарячого водопостачання, насос 7 подачі попередньо нагрітої чистої води до теплообмінника остаточного нагріву її, теплоізольований бак-збірник відпрацьованої гарячої води 50, встановлений нижче рівня споживачів і сполучений через введений насос відпрацьованої води 6 з теплообмінником попереднього нагріву чистої води відпрацьованою водою. З метою очищення шахтної води від зважених частинок установка може бути додатково обладнана гідроциклоном 51, який встановлюється на трубопроводі між насосом відкачки шахтної води 2 та водозбірником 52. Теплообмінники шахтної води 8, 9 - спіральні, або кожухотрубчасті з протіканням шахтної води в трубному просторі, що надає можливість простого механічного очищення поверхонь теплообміну теплообмінників від забруднень. Теплообмінники чистої води 10, 11 та теплообмінник відпрацьованої гарячої води 12 - розбірні пластинчасті, які забезпечують ефективний теплообмін при низьких температурних напорах та надають можливість простого очищення поверхонь теплообміну від забруднень. Установка гарячого водопостачання працює наступним чином. Шахтна вода з водовідливного ставу 1 насосом шахтної води 2 при відкритих вентилях 19, 20 та закритих 18, 21 подається в теплообмінник шахтної води 8, віддає своє низькопотенційне тепло воді проміжного контуру циркуляції води через випарник і прямує у відкриті водойми. Підігріта вода проміжного контуру циркуляції води через випарник при відкритих вентилях 22, 23 і закритих вентилях 24, 25 насосом 3 подається в випарник 14 теплового насосу 13, охолоджується і повертається в теплообмінник 8. 5 При забрудненні теплообмінника 8 потік шахтної води шляхом відкриття вентилів 18, 21 і закриття вентилів 19, 20 переключається на теплообмінник 9. Туди ж переводиться потік води проміжного контуру циркуляції води через випарник шляхом закриття вентилів 22, 23 і відкриття вентилів 24, 25. При цьому теплообмінник 8 відключається для ремонту і очистки поверхонь теплообміну від забруднень. Холодоагент, що випарувався у випарнику 14 теплового насоса 13 за рахунок тепла, отриманого від шахтної води, стискається компресором 15 і надходить до конденсатора 16, де, віддавши тепло воді проміжного контуру циркуляції води через конденсатор, через дросель 17 знову подається у випарник 14 і цикл руху холодоагенту в тепловому насосі 13 завершується. Нагріта в конденсаторі 16 теплового насосу 13 вода проміжного контуру циркуляції води через конденсатор при відкритих вентилях 30, 33 та закритих вентилях 31, 32 насосом 4 подається в теплообмінник 10, віддає тепло воді системи гарячого водопостачання і знову надходить до конденсатора 16 теплового насосу 13. Кількість баків-акумуляторів та їх ємність залежить від добової потреби шахти в гарячій воді і повинна на один бак перевищувати ту кількість, яка необхідна для вміщення води, що підготовлюється за один цикл роботи установки. До початку роботи теплового насосу цей бак остається порожнім, а в інших знаходиться попередньо підігріта чиста вода. Для зображеної на фігурі схеми припустимо, наприклад, що попередньо підігріта вода знаходиться в двох з трьох теплоізольованих баках-акумуляторах, наприклад 47, 48. При цьому бак-акумулятор 46 є порожній. В нічний період, коли вартість електроенергії найнижча, включається тепловий насос 13. При відкритих вентилях 34, 43 і закритих вентилях 41, 45, 36, 38 підігріта в денний період водопровідна вода із бакаакумулятора 47 через насос 7 при відкритих вентилях 26, 29 та закритих вентилях 27, 28 подається в теплообмінник 10, нагрівається гарячою водою проміжного контуру циркуляції води через конденсатор і надходить до порожнього бакаакумулятора 46, заповнюючи його. Після вичерпання підігрітої водопровідної води в баціакумуляторі 47 і заповнення гарячою водою бакаакумулятора 46 вентилі 34, 43 закриваються, а вентилі 36, 45 відкриваються, підключаючи до системи гарячого водопостачання баки-акумулятори 47, 48. Далі процес повторюється, поки попередньо підігріта водопровідна вода в усіх бакахакумуляторах не вичерпається, і вони не запов 61130 6 няться гарячою водою, при цьому бак-акумулятор 48 стає порожнім. При забрудненні теплообмінника 10 потік води системи гарячого водопостачання шляхом відкриття вентилів 31, 32 і закриття вентилів 30, 33 переключається на теплообмінник 11. Туди ж переводиться потік води проміжного контуру циркуляції води через конденсатор шляхом закриття вентилів 26, 29 і відкриття вентилів 27, 28. При цьому теплообмінник 10 відключається для ремонту і очистки поверхні теплообміну від забруднень та накипу. В денний період, коли вартість електроенергії найвища, тепловий насос 13 не працює. При необхідності гаряча вода при відкритому вентилі 37 і закритих 35, 39 з виходу заповненого за ніч бакаакумулятора 47 насосом 5 подається в душові кабінки або іншим споживачам 49, з виходів яких надходить до бака-накопичувача 50. В той же час водопровідна вода під напором від зовнішнього джерела проходить через теплообмінник 12, де нагрівається за рахунок тепла стічних вод душових кабінок або інших споживачів 49, які з баканакопичувача 50 насосом 6 подаються в теплообмінник 12 і, з його виходу, при відкритому вентилі 44 і закритих 40, 42 надходить до порожнього бака-акумулятора 48, заповнюючи його. Після вичерпання гарячої води в баці-акумуляторі 47 і заповненні бака-акумулятора 48 підігрітою в теплообміннику 12 водопровідною водою вентилі 37, 44 закриваються, а вентилі 35, 42 відкриваються, підключаючи до системи гарячого водопостачання наступний бак-акумулятор 46. При цьому гаряча вода із заповненого бака-акумулятора 46 при відкритому вентилі 35 і закритих 37, 39 надходить в душові кабінки або іншим споживачам 49, а підігріта водопровідна вода заповнює спорожнілий бак-акумулятор 47. Далі процес повторюється, поки гаряча вода в усіх баках-акумуляторах не вичерпається і вони не заповняться підігрітою водопровідною водою, при цьому бак-акумулятор 46 стає порожнім. Таким чином, за рахунок відмови від суміщення систем опалення та гарячого водопостачання, використання тепла відпрацьованої гарячої води, акумуляції попередньо та остаточно нагрітої води для системи гарячого водопостачання, використання теплообмінників з інтенсивним теплообміном та спрощеним очищенням від забруднень досягається підвищення енергетичної ефективності установки гарячого водопостачання, спрощення її експлуатації та зниження вартості споживаної нею електричної енергії. 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 61130 8 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601