Спосіб опалення приміщень та система для його реалізації (варіанти)

Пропонована група винаходів відноситься до області теплотехніки і може бути використана в системах централізованого опалення об'єктів житлово-комунальної сфери. Відомий спосіб опалення приміщень, який полягає в тому, що груп у приміщень різних споживачів опалюють від централізованої системи опалення, підтримуючи у всіх приміщеннях базову температуру, при цьому приміщення опалюють додатковою системою опалення, яку регулюють окремо .в кожного споживача для досягнення заданої температурної обстановки в його приміщеннях. Цей спосіб реалізується системою опалення по заявці №2753524, Фракція, М. кл. F24D3/14, опубл. 17.09.96р. Згідно заявки, система опалення складається з теплоцентралі та нагрівачів, підключених до неї через теплорозподільчу систему, при цьому частина нагрівачів підключена до теплоцентралі безпосередньо, а частина - через регулюючі елементи. 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 теплового навантаження між споживачами за рахунок розмежування в часі потоку тепла, направленого на опалення їх приміщень, але управління з диспетчерського центру температурними режимами в приміщеннях кожного споживача пов'язане з необхідністю ручного управління регулюючими елементами додаткових систем опалення, що е суттєвим недоліком відомого технічного рішення. Найбільш близьким по технічній суті та кількості співпадаючих ознак є обраний у якості прототипу спосіб опалення приміщень, відомий з опису роботи пристрою по міжнародній заявці WO97/02455 Al, М. кл. F24D11/00, опубл. 23.01.97р. Відповідно до цього способу 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, 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, те хнічним 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 з'єднаний з входом блоку управління акумулятором тепла, який, крім того, з'єднаний каналом зв'язку з диспетчерським центром. 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 вводу в блок передоплати інформації про передоплату безпосередньо у споживача шляхом його програмування мобільним засобом доступу а також значні втрати первинної енергії палива в процесі генерації енергії та її транспортуванні до споживача. Метою створення запропонованої групи винаходів є розробка способу опалення приміщень та компактної і простої системи для його реалізації, придатної для модернізації опалення наявного житлового фонду, що забезпечать оптимізацію теплопостачання в наявних мережах централізованого опалення та стимулювання розрахунків за опалення шляхом управління температурними режимами приміщень окремо у кожного споживача з диспетчерського центру централізованої системи опалення. Додатковою метою є підвищення енергоефективності централізованого опалення. Поставлена задача розв'язується тим, що у відомому способі опалення приміщень, який полягає в тому, що груп у 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, але не була нижчою аварійної, енергію до нагрівачів підводять безпосередньо з енергомережі, а регулювання кількості енергії проводять шляхом відключення від енергомережі хоча б частини нагрівачів командою з диспетчерського центру, при цьому кількість відключених нагрівачів та протяжність часу перебування нагрівачів у відключеному стані встановлюють з урахуванням заданої температури в приміщеннях. Запропоноване технічне рішення забезпечить оперативний перерозподіл теплових потоків між споживачами у відповідності до заявлених ними потреб, а також стимулювання розрахунків за опалення введенням управління з диспетчерського центру потужністю нагрівачів в залежності від оплати споживачем послуги по опаленню. Можливий варіант цього способу, коли опалення приміщення проводять двома системами опалення, енергію до нагрівачів цих систем підводять з теплофікаційної та електричної мереж, при цьому теплову енергію виробляють в когенераційному режимі разом з електроенергією, яку подають до нагрівачів електричних систем опалення приміщень споживачів. Як варіант, теплову енергію подають .переважно споживачам, розміщеним по довжині тепломережі ближче до котельні, а електричну енергію - переважно більш віддаленим споживачам. Запропоновані технічні рішення забезпечать підвищення енергоефективності централізованого, опалення, оскільки електроенергія, вироблена в когенераційному режимі, отримується з витратами палива на одиницю корисної енергії, значно нижчими, ніж витрати на отримання одиниці теплової енергії, а транспортування електроенергії на значні відстані супроводжується значно меншими витратами та втратами, ніж транспортування теплової енергії. Необхідно відмітити можливість, згідно запропонованого технічного рішення, опалення приміщень одного споживача як однією, електричною, чи тепловою, так і обома системами опалення. Можливий варіант описаного вище способу, коли енергію до нагрівачів електричної системи опалення подають циклічно, перетворюють в теплову та акумулюють з наступним використанням для підтримки заданої температури. Запропоноване технічне рішення забезпечить можливість передачі електроенергії для опалення приміщень через наявні електромережі загального користування в періоди напівпікового та провалу навантаження, при цьому тепловтрати електричних теплоакумулюючих нагрівачів, розміщених безпосередньо в приміщеннях споживача, будуть використовуватись для його опалення. Крім того, така система опалення в цілому зможе виконувати в енергомережі функції пікової, або ж енергоакумулюючої електростанції типу ГАЕС. Між сукупністю істотних ознак і технічним результатом, що досягається, існує причинно - наслідковий зв'язок, зумовлений як зменшенням в процесі опалення кількості операцій з енергоносіями та часткової заміни їх операціями з інформацією, так і можливістю більш повного використання енергії палива в більш енергоефективних режимах. 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 приміщеннях нагрівачів, підключених до цієї мережі, а також командоапаратів з датчиком температури для управління опаленням приміщень, встановлених у споживачів і з'єднаних через канал управління з диспетчерським центром системи опалення, виходи кожного з командоапаратів з'єднані з входами управління одним, або більше, вимикачем, встановленими по ходу теплоносія між тепловою мережею та хоча б частиною нагрівачів споживача. Як варіант, вимикач може бути встановлений в місці підключення до теплової мережі групи нагрівачів одного споживача. Введення в систему вимикачів, встановлених в місцях підключення до теплової мережі нагрівачів споживача, та з'єднання їх входів з виходом командоапарату, дозволяє проводити ефективне керування з диспетчерського центру температурною обстановкою в приміщеннях споживача, знижуючи температуру до мінімальної при відсутності оплати, або ж потреби в комфортній температурі, наприклад, після закінчення робочого дня в офісі, а також, гнучко змінювати навантаження на енергосистему, добиваючись її роботи в режимі максимальної енергетичної ефективності. Крім того, відпадає потреба в керованому акумуляторі гарячої води, що робить систему компактною та придатною для використання в квартирах багатоквартирних будинків. Встановлення вимикача на групу нагрівачів одного споживача значно спрощує та здешевлює систему опалення. В іншому варіанті 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 приміщеннях нагрівачів, підключених до цієї мережі, а також командоапаратів з датчиком температури для управління опаленням приміщень, встановлених у споживачів і з'єднаних через канал управління з диспетчерським центром системи опалення, котельня оснащена обладнанням для перетворення теплової енергії в електричну, генератор якої підключений до електромережі, силовий вхід кожного з командоапаратів для, управління опаленням приміщень з'єднаний з цією електромережею, а силовий вихід - з хоча б частиною електронагрівачів, встановлених в цих приміщеннях. Як варіант виконання цієї системи, когенераційна котельня, а також електронагрівачі, встановлені в приміщеннях споживача та виконані, як теплоакумулюючі, підключені до електромережі загального користування. Використання в системі централізованого опалення котельні, що працює в когенераційному режимі разом з електронагрівачами дає можливість більш повно використовувати для централізованого опалення первинну енергію палива, централізовано регулюючи при цьому споживання електроенергії для досягнення найбільш економічного режиму роботи системи в цілому. Використання теплонакопичувальних електронагрівачів, встановлених безпосередньо в приміщеннях, що опалюються, виключає нераціональні втрати тепла та дає можливість використовувати електромережу загального користування для передачі електричної частини енергії, що йде на опалення приміщень. Найбільш енергоекономічною є спільна робота системи опалення з енергомережею загального користування. За рахунок передачі з системи опалення в енергомережу загального користування енергії, яку можна вивільнити, відключивши теплонакопичувальні електронагрівачі за командами з диспетчерського центру, створюється можливість використання системи опалення в якості пікової електростанції. Якщо при цьому система опалення в період провалу навантаження з енергомережі загального користування споживає електроенергію для теплового акумулювання в приміщеннях, система опалення в енергосистемі загального користування виконуватиме функції, аналогічні функціям ГАЕС. Спосіб, що заявляється, а також системи для його реалізації пояснюються кресленнями. На Фіг.1 схематично показана система опалення приміщень групи споживачів, з управлінням з диспетчерського центру окремими нагрівачами кожного споживача, на Фіг.2 - система опалення приміщень групи споживачів з управлінням з диспетчерського центру групами нагрівачів кожного споживача, на Фіг.3 - система опалення з використанням когенераційної котельні та електроенергії, виробленої нею. Система опалення приміщень групи споживачів (Фіг.1) містить котельню 1, до якої через тепломережу 2 підключені водяні нагрівачі 3, розміщені в приміщеннях 4 окремого споживача, в яких крім того, розміщено командоапарат 5 з датчиком температури 6. Командоапарат 5 кожного споживача з'єднаний каналом управління 7 з диспетчерським центром. централізованої системи опалення 8. Вихід командоапарату 9 з'єднаний з входом 10 управління вимикачем 11. В якості вимикача 11 може бути використано електрогідроклапан, в якості каналу управління 7 може бути використана телефонна лінія з модемом, або ж магнітна картка, що періодично передається споживачем в диспетчерський центр 8 та віддається йому з введеною в неї інформацією про оплату опалення та режими енергоспоживання на наступний період. При можливості, вимикач 11 доцільно встановлювати в місці підключення до теплової мережі 2 групи водяних нагрівачів 3 одного споживача (Фіг.2). В іншому варіанті винаходу (Фіг.3) система опалення містить когенераційну котельню (ТЕЦ) 12, до якої через тепломережу 2 та вимикачі 11 підключені водяні нагрівачі 3, розміщені в приміщеннях споживачів. Крім цього, до когенераційної котельні 12 через електромережу 13 та командоапарати 5 з датчиком температури 6 підключені електронагрівачі 14, при цьому в приміщеннях 15 споживачів, розташованих по довжині тепломережі 2 близько від когенераційноі котельні 12, розміщені переважно водяні нагрівачі 3, в приміщеннях 16 споживачів, розташованих по довжині тепломережі 2 далеко від когенераційної котельні 12, розміщені переважно електричні нагрівачі 14, а приміщеннях 17 споживачів, розташованих по. довжині тепломережі 2 на середніх відстанях, розміщені в приблизно однакових пропорціях як водяні 3, так і електричні нагрівачі 14. До командоапаратів 5 в приміщеннях 15, де відсутні електронагрівачі 14, підключені вимикачі 11, встановлені хоча б на частині водяних нагрівачів 3. В приміщеннях 17, де встановлені водяні нагрівачі 3 та електронагрівачі 14, вимикачі 11 встановлені при наявності потреби в регулюванні потужності нагрівачів 3. Канал управління 7 від диспетчерського центру 8 до командоапарату . 5 призначений для передачі інформації про режими споживання енергії та про оплату послуг за опалення. Якщо електричні нагрівачі 14 виконані як теплоакумулюючі (наприклад електронагрівачі "СЕТОП" виробництва Запорізького трансформаторного заводу, чи нагрівачі "Електропік" виробництва ЗАТ ІМС), то в якості електромережі 13 використовується електромережа загального користування. Спосіб опалення приміщень полягає в тому, що гр упу приміщень 4 різних споживачів опалюють від централізованої системи опалення, в складі котельні 1, теплотраси 2 та диспетчерського центру 8, підтримуючи задану температуру окремо для приміщень 4 кожного споживача шляхом зміни кількості енергії, що поступає в приміщення споживача так, щоб при потребі температура в приміщеннях 4 знижувалась, але не була нижчою аварійної, при якій проходить або розморожування труб в промислових приміщеннях, або ж значне переохолодження людей в житлових приміщеннях. При цьому енергію з теплотраси 2 підводять безпосередньо до водяних нагрівачів 3. Регулювання кількості енергії, що подається в приміщення 4 проводять командами з диспетчерського центру 8, які каналом зв'язку 7 передають в командоапарат 5. При відсутності потреби в комфортній температурі, чи оплати, каналом управління 7 через командоапарат 5 на вхід 10 вимикача 11 подають сигнал на відключення і частину водяних нагрівачів 3 відключають від теплотраси 2. Температура в приміщенні знижується до заданої мінімальної. Інформація про температуру в приміщенні від датчика 6 поступає в командоапарат 5, який при потребі включає частину нагрівачів, підтримуючи температуру в приміщенні на заданому мінімальному рівні аж до отримання платежу за опалення. Після появи потреби в комфортній температурі, чи після отримання платежу, диспетчерський центр 8 через канал зв'язку 7 подає сигнал в командоапарат 5, який в свою чергу . через входи 10 в вимикачі 11 подає сигнал на включення нагрівачів 3. Система працює в номінальному режимі до наступного запланованого зниження температури в приміщеннях споживача чи несвоєчасного платежу за опалення, при цьому відсутні втрати тепла при його зберіганні в теплових акумуляторах, а також відсутня потреба в додаткових площах для розміщення цих акумуляторів. Вимикачем 11 можна керувати гр упою нагрівачів 3, при цьому досягається той же ефект з меншою кількістю вимикачів 11 (Фіг.2). У випадку використання в системі опалення когенераційної котельні (ТЕЦ) 12 (Фіг.3), спосіб опалення приміщень полягає в тому, що опалення проводять за рахунок енергії, яка виробляється котельнею 12 в когенераційному режимі. При цьому електроенергія виробляється за рахунок високопотенціального тепла, а теплова енергія - за рахунок низькопотенціального тепла, яке отримують при спалюванні палива в когенераційній котельні 12. В результаті додаткові витрати палива на виробництво одиниці електроенергії в когенераційній котельні 12 стають нижчими, ніж витрати палива на виробництво теплової енергії в котельні 1. Обидва потоки енергії підводяться до приміщень споживачів тепломережею 2 та електромережею 13, де енергія споживається двома системами опалення, одна. з яких складається з водяних нагрівачів 3 а інша - з електронагрівачів 14. Теплова енергія споживається переважно в приміщеннях 15 споживачів, розташованих по довжині тепломережі 2 близько від когенераційної котельні 12. Приміщення споживачів 16, розташовані по довжині тепломережі 2 далеко від когенераційної котельні 12, споживають для опалення переважно електричну енергію. Приміщення споживачів 17, розміщені в середній частині тепломережі 2 споживають для опалення як теплову, так і електричну енергію в приблизно однакових пропорціях. При такому режимі теплоспоживання різко зростає коефіцієнт корисної дії енергогенератора системи опалення, і, крім того, скорочується середня довжина шляху транспортування теплової енергії, що дає можливість понизити теплові параметри води в теплотрасі і різко зменшити тепловтрати в тепловій мережі. Втрати при транспортуванні електричної енергії на відстані, що дорівнюють відстаням подачі гарячої води в теплофікаційних мережах, незначні, і в першому наближенні, їх можна не враховувати. Якщо електронагрівачі 14 виконані, як теплоакумулюючі, та підключені до електромережі 13, що є мережею загального користування, система централізованого опалення в цілому працює, як пікова електростанція або ж як акумулятор енергії типу ГАЕС. В період провалу навантаження в енергосистемі, частиною якої є електромережа 13 загального користування, а також в напівпіковий період навантаження, когенераційна котельня 12 генерує електроенергію та тепло, які передає мережами 2 та 13 в приміщення 15-17 споживачів. Командоапарати 5 за командами з диспетчерського центру 8, переданими каналом управління 7, дозволяють споживання електроенергії нагрівачами 14 та теплової енергії нагрівачами 3. В найбільш економічному режимі роботи когенераційної котельні співвідношення електричної та теплової потужностей являється постійною величиною. Відхилення від цієї величини пов'язані з зменшенням енергетичної ефективності використання палива. При зміні температури зовнішнього повітря, зміна як теплової, так і електричної потужності когенераційної котельні 12 буде пропорційною, якщо в якості теплового і електричного навантаження буде використовуватись опалення споживачів. Тому когенераційна котельня 12 буде працювати в найбільш енергоекономічному режимі у всьому діапазоні температур . опалювального сезону. Перерозподіл теплової енергії в енергосистемі між різними споживачами в різні періоди часу, для зменшення споживання електроенергії в напівпіковий період та підтримки комфортної температури, проводиться командоапаратами 5 за командами з диспетчерського центру 8. При настанні пікового чи аварійного режиму в енергосистемі, командоапарати 5 за командами, переданими каналом управління 7 з диспетчерського центру 8, відключають від електромережі 13 нагрівачі 14. При цьому вивільняється потужність електрогенератора когенераційної котельні 12. Електрогенератор подає електроенергію через електромережу 13 в енергосистему для покриття її пікових чи аварійних навантажень. На період відключення для опалення приміщень 16 використовується тепло, що було акумульоване в матеріалі теплоакумуляційних електронагрівачів 14, а в приміщеннях 15 і 17 - тепло, що генерується нагрівачами 3 при включених вимикачах 11. Однією з умов дотримання режиму опалення з передачею електроенергії через електромережу загального користування в напівпіковий період є рівність кількості електроенергії, що споживається для опалення нагрівачами 14 та генерується когенераційною котельнею 12. Якщо під час провалу навантаження в енергосистемі потужність споживання електроенергії нагрівачами 14 дорівнює потужності генератора когенераційної котельні 12, а в піковий період електронагрівачі відключені, то система опалення працює в енергосистемі, як пікова електростанція. Якщо ж під час провалу навантаження в енергосистемі є перевищення потужності споживання електроенергії електронагрівачами 14 відносно потужності генератора когенераційної котельні 12, в напівпіковий період потужності генерації електроенергії котельнею 12 та споживання електронагрівачами 14 рівні, в піковий період електронагрівачі відключені, а генератор когенераційної котельні 12 працює на покриття навантаження в енергомережі загального користування, то система опалення працює в енергосистемі, як енергоакумулятор типу ГАЕС з 100% ККД. В обо х випадках запропонована система централізованого опалення буде стабілізатором роботи енергосистеми. У випадку відсутності оплати за опалення зменшується подача енергії в приміщення 15-17 за командою з диспетчерського центру 8, що подається в командоапарат 5 по каналу управління 7, аж до встановлення мінімально-допустимої температури, при якій спрацьовують датчики 6. При цьому в приміщеннях 15 подача енергії знижується за рахунок часткового відключення нагрівачів 3, в приміщеннях 16 - за рахунок часткового відключення нагрівачів 14, а в приміщеннях 17 - за рахунок відключення нагрівачів 14, та при потребі, і часткового відключення нагрівачів 3. Після оплати послуги за командою з диспетчерського центру 8 нагрівачі в приміщеннях 15-17 переходять в номінальний режим роботи. Таким чином, заявлена група винаходів, що включає в себе спосіб опалення приміщень та варіанти системи опалення для його реалізації, дозволяє підвищити енергетичну ефективність та компактність централізованої системи опалення житлово-комунального господарства за рахунок усунення з процесу опалення операцій зберігання гарячої води в споживача. Крім того, за рахунок управління з диспетчерського центру 8 процесами спільного виробництва та спільного споживання електроенергії і тепла, система опалення стає стабілізатором енергосистеми загального користування з властивостями пікової чи гідроакумулюючої електростанції.