Спосіб опалення приміщень та система для його здійснення

Пропоновані винаходи відносяться до області теплотехніки та можуть бути використаними в системах теплонакопичувального електроопалення будинків. Відомий спосіб опалення приміщень [патент UA 72339, МПК 7 F24D11/00], 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. Недоліком цього способу є значні перепади температур в приміщенні протягом доби, в результаті чого він малопридатний для використання в процесі опалення приміщень підвищеної комфортності з постійним перебуванням людей, наприклад, житла. Відомий спосіб опалення приміщень, описаний в підручнику [Богословський В.Н., Сканави А.Н. Отопление. Учебник для ВУЗов, Москва, Стройиздат, 1991, стр.592-597], який полягає у перетворенні електроенергії в тепло, зберіганні цього тепла в теплоємкому теплоізольованому об'ємі та подачі у приміщення з теплоносієм, при чому в процесі опалення вимірюють температуру приміщення, а подачу теплоносія проводять періодично, розпочинаючи після зниження температури в приміщенні нижче заданого рівня та завершуючи після його досягнення. Спосіб реалізується системою опалення приміщення, що складається з теплового акумулятора, виконаного у вигляді масивного теплоємкого теплоізольованого тіла з каналами для проходу газу, пристрою для подачі теплоносія до приміщення, виконаного у вигляді вентилятора, а також встановленого в приміщенні датчика температури, з виходом, з'єднаним з входом управління пристроєм для подачі теплоносія до приміщення. При такому способі опалення температуру в приміщенні можливо підтримувати на постійному рівні, але при цьому загальна теплова ємність теплоакумуляторів повинна бути достатньою для покриття тепловтрат приміщення при найнижчій можливій температурі зовнішнього повітря, вірогідність настання якої, згідно норм один раз на 12,5 років (коефіцієнт забезпеченості опалення 0,92). І тому е фективність використання капіталовкладень в таку систему опалення низька, а система опалення, що реалізує цей спосіб - громіздка та дорога в зв'язку з великим об'ємом теплових акумуляторів. Найбільш близьким, прийнятим в якості прототипу, є спосіб опалення приміщень, відомий з опису пристрою - теплоакумулюючого електричного нагрівача TECHNOTHERM серії TTLW [проспект «Обогрев помещений. Чистое тепло... в совершенстве формы», фірми ТЕХНОТЕРМ ГмбХ, 16 стр., Нюрнберг, DE, http: /www. technotherm.com]. Цей спосіб полягає у перетворенні електроенергії в тепло, зберіганні цього тепла в теплоємкому теплоізольованому об'ємі та подачі у приміщення з теплоносієм, при чому в процесі опалення вимірюють температур у приміщення, подачу теплоносія проводять періодично, розпочинаючи після зниження температури в приміщенні нижче заданого рівня та завершуючи після його досягнення, при неможливості досягнення якого через зниження температури зовнішнього повітря проводять додаткове догрівання теплоносія за рахунок безпосереднього споживання енергії. Спосіб реалізується системою опалення приміщення (описана там же), що складається з теплового акумулятора, пристрою для подачі теплоносія до приміщення, встановленого по напряму руху теплоносія додаткового нагрівача, а також встановленого в приміщенні датчика температури, з виходом, з'єднаним з входом управління пристроєм для подачі теплоносія до приміщення та датчика температури зовнішнього повітря, з'єднаного з входом управління додаткового нагрівача. При такому способі опалення догрівання теплоносія за рахунок безпосереднього споживання енергії дає можливість зменшити теплову ємність системи опалення, і, відповідно, її вартість. Але включення додаткового нагрівача відбувається при зниженні температури зовнішнього повітря, і при цьому не враховуються внутрішні періодично чи випадково діючі джерела тепла та додаткові тепловтрати. Під час дії внутрішніх джерел тепла додатковий нагрівач може споживати енергію при достатній тепловій потужності теплоакумулятора, а при випадкових додаткових тепловтратах додатковий нагрівач не включиться і приміщення буде недогрітим. Це приводить до нераціонального використання як енергії, акумульованої в тепловому акумуляторі, так і енергії, що споживається безпосередньо на догрівання теплоносія. Задачею винаходу є розробка способу опалення, який забезпечить підвищення енергетичної економічності підтримання в приміщенні комфортної температури шля хом забезпечення в поточному добовому циклі опалення найбільш оптимального режиму споживання енергії як акумульованої, так і тієї, що споживається безпосередньо. Задачею є також розробка системи опалення, придатної для реалізації цього способу. Поставлена задача розв'язується тим, що у відомому способі опалення приміщень, який полягає у перетворенні електроенергії в тепло, зберіганні цього тепла в теплоємкому теплоізольованому об'ємі та подачі у приміщення з теплоносієм, при чому в процесі опалення вимірюють температуру приміщення, а подачу теплоносія проводять періодично, розпочинаючи після зниження температури в приміщенні нижче заданого рівня та завершуючи після досягнення заданого рівня, при неможливості досягнення якого проводять додаткове догрівання теплоносія за рахунок безпосереднього споживання енергії, додатково вимірюють час подачі теплоносія від початку кожного періоду, а теплоносій додатково догрівають, розпочинаючи після заданого часу безперервної його подачі та завершуючи не пізніше її завершення. Для реалізації способу придатна система опалення приміщення, що складається з теплового акумулятора, пристрою для подачі теплоносія, встановленого по напряму руху теплоносія додаткового нагрівача, а також встановленого в приміщенні датчика температури, з виходом, з'єднаним з входом управління пристроєм для подачі теплоносія до приміщення, в якій вхід управління додаткового нагрівача з'єднаний з виходом датчика температури приміщення через пристрій затримки спрацьовування. Між сукупністю істотни х ознак та технічним результатом, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок, зумовлений використанням в складі енергії, яка споживається для опалення приміщення, мінімально можливої кількості енергії, що споживається безпосередньо, за рахунок максимального використання для опалення акумульованої енергії. Це забезпечується першочерговим використанням в кожному короткочасному циклі підтримання температури в приміщенні акумульованого тепла, і тільки при його недостачі - тепла, отриманого в результаті безпосереднього споживання енергії. Крім того, короткочасність циклів такого використання дає можливість динамічно змінювати співвідношення кількості енергії з різних джерел при короткочасних змінах теплопотреб приміщення, забезпечуючи постійну мінімізацію прямого споживання енергії при умові підтримання в приміщенні комфортної температури. Спосіб, що заявляється, пояснюється кресленнями. На Фіг.1 показана блок - схема системи опалення, придатної для реалізації способу, що заявляється, в загальному випадку, на Фіг.2 - схема системи опалення, придатної для реалізації способу, що заявляється, з твердотільним акумулятором та газовим теплоносієм, на Фіг.3 - те ж, з рідинним теплоакумулятором та теплоносієм, на Фіг.4, 5 та 6 - графіки температур в залежності від часу та температури зовнішнього повітря для приміщення, яке опалюється з використанням способу, що заявляється. Система опалення в загальному випадку (Фіг.1) складається з теплового акумулятора 1, пристрою 2 для подачі теплоносія до приміщення 3, а також встановленого в приміщенні 3 датчика 4 температури·з виходом 5, з'єднаним з входом 6 управління пристроєм 2 для подачі теплоносія до приміщення 3. По напрямку руху теплоносія до приміщення 3 встановлено пристрій 7 для догрівання теплоносія, силовий вхід 8 цього пристрою з'єднаний з джерелом енергопостачання 9, а вхід управління 10 через пристрій 11 затримки спрацьовування з'єднаний з виходом 5 датчика 4 температури приміщення 3. Джерело енергопостачання 9 може бути виконане у вигляді електромережі, мережі газопостачання чи ємності з рідким чи газоподібним паливом. Пристрій 11 затримки спрацьовування може бути виконаний у вигляді реле часу. Система опалення з твердотільним акумулятором та газовим теплоносієм (Фіг.2), має тепловий акумулятор 1, в теплоізоляційному корпусі 12 якого розміщено твердий теплоємкий матеріал 13 з каналами 14 для проходу газового теплоносія -повітря 15. Пристрій 2 для подачі цього теплоносія встановлений перед теплоакумулятором 1 і виконаний у вигляді вентилятора. Пристрій 7 для догрівання теплоносія виконаний у вигляді калорифера повітряного охолодження. Система опалення з рідинним теплоакумулятором та теплоносієм (Фіг.3), має тепловий акумулятор 1 у вигляді ємності, заповненої теплоємкою рідиною, наприклад, водою. При цьому пристрій 2 для подачі теплоносія виконаний у вигляді циркуляційного насоса та встановлений за рухом теплоносія між тепловим акумулятором та приміщенням. Система включає в себе також рідинний нагрівальний пристрій 16, з'єднаний з теплоакумулятором зворотною циркуляційною трубою 17. Пристрій 7 для догрівання теплоносія виконаний у вигляді проточного водонагрівача, який може для догрівання використовувати електроенергію, газ чи рідке паливо з джерела енергопостачання 9. Графіки температур в приміщенні (Фіг.4-6) відображають час нагрівання приміщення від температури заданої для системи управління нижньої межі комфортності 18 до температури заданої для системи управління верхньої межі комфортності 19. Задані межі комфортності знаходяться всередині діапазону комфортних температур, і вихід за них означає порушення умов комфортності в приміщенні. Експонента 20 крива нагрівання приміщення теплом з теплового акумулятора при фіксованій температурі зовнішнього повітря протягом безконечного часу. Крива 21 відображає процес нагрівання приміщення теплом акумулятора протягом часу акумуляторного нагрівання taк , крива 22 відображає процес охолодження приміщення після припинення подачі теплоносія, крива 23 відображає процес нагрівання приміщення теплом як теплоакумулятора, так і пристрою для догрівання теплоносія протягом часу догрівання tд, котрий є додатною різницею часу акумуляторного нагрівання та часу затримки tз. Спосіб опалення приміщень полягає у перетворенні електроенергії в тепло електронагрівачами (на рисунках не показані), розміщеними в тепловому акумуляторі 1 та зберіганні цього тепла в його теплоємкому теплоізольованому об'ємі. Пристроєм 2 для подачі теплоносія до приміщення 3 теплоносій (вода чи повітря 15) через пристрій 7 догрівання теплоносія може подаватись у приміщення 3 безпосередньо (повітря) чи в рідинний нагрівальний пристрій 16 (вода). У випадку газоподібного теплоносія ним є повітря 15 (Фіг.2), яке вентилятором 2 через теплоакумулятор 1 та калорифер 7 подається безпосередньо в приміщення 3. У випадку рідинного теплоносія завдяки циркуляційному насосу 2 (Фіг.3) від акумулятора 1 він поступає до нагрівального приладу 16, а потім зворотною циркуляційною трубою 17 - в тепловий акумулятор 1. Якщо температура в приміщенні 3 (Фіг.4, 5 та 6) нижче заданої нижньої межі комфортності 18, з виходу 5 датчика температури 4 на вхід б пристрою 2 для подачі теплоносія поступає сигнал на включення, і пристрій 2 подає теплоносій, а також тепло, у приміщення 3. При цьому приміщення 3 прогрівається теплом, отриманим від теплового акумулятора 1, і температура в приміщенні (Фіг.4) зростає по експоненті 20, протягом часу taк меншого часу затримки спрацьовування tз, аж до значення заданої верхньої межі комфортності 19 (крива 21). При цьому з виходу 5 датчика температури 4 на вхід 6 пристрою 2 для подачі теплоносія поступає сигнал на відключення і подача теплоносія (і тепла) припиняється. Температура в приміщенні 3 знижується по експоненті 22 до заданої нижньої межі комфортності 18, і цикл підтримки температури приміщення повторюється. При збільшенні тепловтрат приміщення 3 до рівня, при якому тепловий акумулятор ще може забезпечити його опалення, але за рахунок практично безперервної роботи пристрою 2 для подачі теплоносія, наприклад, в результаті зниження температури зовнішнього повітря, експонента нагрівання 20 зміщається вниз відносно значень заданих меж комфортності 18 та 19. При цьому час акумуляторного нагрівання tак приміщення 3 до температури верхньої межі комфортності 19 за рахунок тепла з теплового акумулятора 1 збільшується та стає більшим часу затримки спрацьовування tз, і з пристрою 11 затримки спрацьовування на вхід 10 пристрою 7 для догрівання теплоносія поступає сигнал на включення. На вхід 8 пристрою 11 з джерела енергопостачання 9 подається енергія чи енергоносій (наприклад, електроенергія або газ, в залежності від конструкції приладу), де проходить їх перетворення в тепло та догрівання теплоносія. В результаті підвищення температури теплоносія, зміна температури в приміщенні 3 після завершення часу затримки спрацьовування tз проходить по кривій 23, і протягом часу догрівання tд досягає значення верхньої межі комфортності 19. Подача теплоносія та його догрівання припиняться, чим попереджається надмірний знос опалювального обладнання та нераціональні витрати енергії на переміщення теплоносія. Після вистигання приміщення по кривій 22 цикл підтримки температури приміщення повторюється. При подальшому зниженні температури та збільшенні тепловтрат приміщення 3 до рівня, при якому тепловий акумулятор не може забезпечити комфортну температуру (Фіг.6), експонента нагрівання 20 розміщається нижче значень заданих меж комфортності 18 та 19. При цьому потужності теплового акумулятора 1 не вистачає для підтримання комфортної температури в приміщенні 3. І тому протягом часу затримки спрацьовування tз під час акумуляторного нагрівання проходить повільне зниження температури приміщення (крива 21), Після завершення часу затримки спрацьовування вмикається пристрій 7 для догрівання теплоносія і протягом часу догрівання tд температура в приміщенні досягає верхньої межі комфортності 19. Після цього пристрій 2 для подачі теплоносія та пристрій 7 для його догрівання за сигналом датчика 4 температури виключаються, подача теплоносія припиняється. Після відносно швидкого вистигання приміщення по кривій 22 цикл підтримки температури повторюється з максимальним використанням акумульованого тепла та мінімальним споживанням енергії на догрівання. Таким чином, заявлений спосіб опалення приміщень дозволяє підвищити економічність теплоакумулюючого електроопалення житлових приміщень за рахунок збільшення частки акумульованої енергії в витратах на опалення за умови утримання температури в приміщенні в зоні комфорту.