Автономна холодильно-теплонасосна система гарячого водопостачання

Реферат: Автономна холодильно-теплонасосна система гарячого водопостачання містить двоступеневий бак-акумулятор нагрітої води. Перший ступінь є баком-акумулятором попередньо нагрітої за рахунок використання теплоти скидної води водопровідної води, а другий ступінь - бакомакумулятором гарячої води, яка отримується шляхом нагріву попередньо нагрітої води в поверхневому теплообміннику типу "труба в трубі", внутрішня труба якого є конденсатором І ступеня холодильно-теплонасосного агрегату, розташованого між І та II ступенями бакаакумулятора. В І та II ступенях бака-акумулятора встановлюють електронагрівачі тонкого підтримання температури води в них, автоматичність роботи яких забезпечується командним приладом за сигналом встановлених в І та II ступенях бака-акумулятора датчиків температури. UA 68776 U (12) UA 68776 U UA 68776 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до систем приготування гарячої води і може знайти застосування у житлово-комунальному господарстві та різних галузях промисловості і агропромисловому комплексу та об'єктах індивідуального будівництва. Системи гарячого водопостачання є централізовані та децентралізовані. В першому випадку системи характеризуються наявністю нагрівачів централізованого нагріву гарячої води на певну кількість об'єктів, а в другому - кількість об'єктів, приєднаних до одного водонагрівача зменшується, а в автономній - взагалі наближається до одного. Однак, незважаючи на зменшення некорисних втрат теплоти у міру децентралізації систем та зменшення протяжності трубопроводів, коефіцієнт енергетичної ефективності таких систем не перевищує 1015 %, а ексергетичної ефективності - 0,84,13 %. Основна причина такої низької ефективності полягає у двох моментах: 1) нестабільність споживання гарячої води; 2) дуже мала частка корисного використання теплового потенціалу гарячої води відносно до витраченої на нагрів води теплоти. Для підвищення стабільності роботи таких систем і зменшення потужності трубопроводів і обладнання на них між нагрівачами і споживачами води встановлюють добові баки-акумулятори [Хлудов А.В. Горячее водоснабжение. - М.: Госстройиздат, 1957. - 464 с.]. Але тільки застосування добового бака-акумулятора не дозволяє суттєво змінити енергоспоживання при експлуатації таких систем. Подальше підвищення енергоефективності систем гарячого водопостачання може бути досягнуто застосуванням як джерела підігріву води конденсатора теплового насоса [А.С. SU 1280277, БИ № 48, 30.12.86], що містить трубопроводи подачі водопровідної води, добовий 2секційний бак-акумулятор гарячої води, трубопроводи подачі гарячої води до обладнання її споживання, обладнання споживання гарячої води, тепловий насос, конденсатор якого є нагрівачем води, та трубопроводи відведення відпрацьованої води у загальносплавну каналізацію. Найбільш близьким аналогом системи, що заявляється, вибраним як прототип, є автономна холодильно-теплонасосна система гарячого водопостачання [патент України на корисну модель № 46484, БВ № 24 від 25.12.2009], що містить трубопроводи подачі водопровідної води, трубопроводи подачі гарячої води до обладнання її споживання, двосекційний бак-акумулятор гарячої води, тепловий насос-побутовий холодильник, посекційний конденсатор якого розміщено у секціях бака-акумулятора з підключенням кожної секції холодильного комплексу через регульовані за сигналом датчиків температури повітря клапани, резервний догрівач тонкого регулювання температури гарячої води, трубопроводи відведення відпрацьованої гарячої води з встановленими на них, до об'єднання з загальносплавною каналізацією, поверхневим протитечійним теплообмінником попереднього нагріву водопровідної води за рахунок охолодження відпрацьованої води і датчиком температури для регулювання автоматичним клапаном подачі водопровідної води, двоступеневий конденсатор теплового насоса - побутового холодильника, в якому після першого двосекційного ступеня, що розташована у баку-акумуляторі, послідовно встановлюють другий односекційний ступінь з віддачею теплоти оточуючому повітрю, а резервний догрівач тонкого регулювання температури гарячої води встановлюють між баком-акумулятором та системою споживання. Загальними суттєвими ознаками відомої системи та системи, що заявляється, є бакакумулятор нагрітої води та холодильно-теплонасосний агрегат, перший (водяний) ступінь двоступеневого конденсатора якого є нагрівачем води, а другий (повітряний) забезпечує стабільність роботи системи, трубопроводи відпрацьованої води, які відокремлені від загальносплавної каналізації і на яких встановлені датчик температури відпрацьованої води і поверхневий протитечійний теплообмінник охолодження відпрацьованої та попереднього нагріву водопровідної води з регульованим клапаном її подачі. При роботі відомої системи досягається підвищення енергетичного ККД системи до 85-87 %, її автономність та нагрів води до температури 4042 °C практично без витрат додаткової електричної енергії, крім тієї, що витрачається для створення у холодильнику параметрів, необхідних для зберігання продуктів. До вад відомої системи слід віднести наступне: розташування першого ступеня конденсатора в баці-акумуляторі не забезпечує 100 % гарантії стабільної ефективності роботи системи навіть при її ускладненні шляхом використання двосекційного бака-акумулятора і, відповідно, двосекційної першого (водяного) ступеня конденсатора. Це призводить до зниження ефективності роботи системи у міру нагріву води в баці-акумуляторі. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення роботи автономної холодильно-теплонасосної системи гарячого водопостачання, шляхом підвищення ефективності і стабільності роботи холодильно-теплонасосного агрегату завдяки розділенню ємності для акумулювання нагрітої води на два ступені, перший з них є баком-акумулятором 1 UA 68776 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 попередньо нагрітої до температури 2429 °C водопровідної води за рахунок використання теплоти скидної води в швидкісному теплообміннику типу "труба в трубі", а другий ступінь є баком-акумулятором води, нагрітої до температури 4245 °C за рахунок нагріву попередньо нагрітої води в протитечійному швидкісному теплообміннику типу "труба в трубі", розташованому між баком-акумулятором попередньо нагрітої води та баком-акумулятором гарячої води, причому нагрів води здійснюється за рахунок першого ступеня конденсатора холодильно-теплонасосного агрегату, який є внутрішньою трубою теплообмінника. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображена схема системи гарячого водопостачання. Система гарячого водопостачання містить трубопроводи водопровідної води 1 з регульованим за температурою відпрацьованої води за допомогою датчика температури 2 і та командного приладу 3 клапаном 4; поверхневий протитечійний теплообмінник 5 попереднього нагріву води; трубопроводи 6 подачі попередньо нагрітої води у бак-акумулятор 7 попередньо нагрітої води з кульовим клапаном з поплавцем для введення води 8, нагрівачем тонкої підтримки температури 10, датчика температури води 14 для автоматичного за допомогою командного приладу 15 включення нагрівача 10; регулятора витрати попередньо нагрітої води 9 при перетіканні її з бака-акумулятора 7 до бака-акумулятора гарячої води 12 з кульовим клапаном з поплавцем 8 та датчиком температури 14 для автоматичного підтримання за допомогою командного приладу 15 включення нагрівача тонкого підтримання температури гарячої води 13; швидкісного протитечійного теплообмінника догріву попередньо нагрітої води до 4245 °C типу "труба в трубі" 11, внутрішня труба якого 20 є конденсатором І ступеня холодильно-теплонасосного агрегату, який складається з холодильної камери 16, випарника 17, компресора 18, дроселя 19, конденсатора І ступеня 20, конденсатора II ступеня 21, системи споживання гарячої води 22, трубопроводів подачі гарячої води в систему споживання 23, трубопроводів відведення скидної води 24; резервний електронагрівач для швидкого нагріву водопровідної води 25; триходовий кран 26. Для додаткового підвищення стабільності роботи системи кожний ступінь бака-акумулятора забезпечена автоматично керованим нагрівачем тонкого підтримання температури, співвідношення об'ємів першого та другого ступенів бака-акумулятора становить 3 : 4, а об'єм другого ступеня дорівнює об'єму максимально нормативної кількості води на 1 процедуру, наприклад, на приймання ванни. Система працює таким чином. Водопровідна вода по трубопроводах 1 через регульований клапан 4 подається у поверхневий протитечійний теплообмінник 5, де попередньо нагрівається до температури, на 3-5 °C нижчої за температуру відпрацьованої гарячої води, що надходить у теплообмінник 5 по трубопроводу 24 від обладнання системи для використання гарячої води 22, на якому встановлено датчик 2, що подає сигнал на регульований клапан 4, і тим самим забезпечується пропорційність витрат водопровідної та відпрацьованої води. З теплообмінника 5, по трубопроводах 6 вода надходить у бак-акумулятор попередньо нагрітої води 7, рівень води в якому регулюється за допомогою розташованого на вході кульового крана з поплавцем 8, а її температура - за допомогою розташованого в баці нагрівача тонкої підтримки температури води 10, автоматичність роботи якого забезпечується командним приладом 15 за сигналом встановленого в баці датчика температури 14, з бака-акумулятора 7 через регулятор витрати 9 попередньо нагріта вода надходить у теплообмінник 11 типу "труба в трубі", внутрішня труба якого є конденсатором І ступеня холодильно-теплонасосного агрегату, де нагрівається до температури 4245 °C та надходить у бак-акумулятор гарячої води 12, з розташованим у ньому електропідігрівачем тонкого підтримання температури гарячої води 13, автоматичність роботи якого забезпечується командним приладом 15 за сигналом встановленого в баці датчика температури 14; далі гаряча вода з бака 12 по трубопроводах 23 надходить в прилади системи споживання гарячої води 22, а після її використання через теплообмінник попереднього нагріву водопровідної води 54 скидається в каналізацію. В той же час холодильно-теплонасосний агрегат працює таким чином: пари холодоагенту при низькому тиску проходять крізь випарник 17 морозильної камери холодильника 16, де забирають певну кількість теплоти, та надходять у компресор 18, де відбувається їх стиснення та нагрів до температури, вищої за температуру фазового перетворення холодоагенту при даному тиску, і надходять до конденсатора І ступеня 20, розташованого у протитечійному теплообміннику типу "труба в трубі", в якому здійснюється конденсація холодоагенту з виділенням теплоти для нагріву попередньо нагрітої води до температури 4245 °C, після цього конденсат надходить у розташовану в повітрі зовні холодильно-теплонасосного агрегату II ступінь конденсатора 21, потім через дросель 19 надходить у випарник 17 і компресор 18, а далі - знову у конденсатор І ступеня і так далі. 2 UA 68776 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 25 1. Автономна холодильно-теплонасосна система гарячого водопостачання, що містить трубопроводи подачі холодної води, трубопроводи відведення відпрацьованої гарячої води з встановленими на них до об'єднання із загально сплавною каналізацією поверхневим теплообмінником типу "труба в трубі" попереднього нагріву водопровідної води за рахунок охолодження відпрацьованої води і датчиком температури для регулювання автоматичного клапана подачі водопровідної води, бак-акумулятор гарячої води, холодильно-теплонасосний агрегат з випарником у морозильній камері холодильника, компресором та двоступеневим конденсатором, перший (водяний) ступінь якого є нагрівачем попередньо нагрітої води до температури 4245 °C, а другий (повітряний) забезпечує стабільність роботи системи в умовах неспівпадання режимів нагріву води і холодильника, трубопроводів подачі гарячої води до системи її споживання з резервним нагрівачем гарячої води, яка відрізняється тим, що з метою підвищення енергетичної ефективності системи та підвищення стабільності її роботи бак-акумулятор нагрітої води виконують двоступеневим, причому перший ступінь є бакомакумулятором попередньо нагрітої за рахунок використання теплоти скидної води водопровідної води, а другий ступінь - баком-акумулятором гарячої води, яка отримується шляхом нагріву попередньо нагрітої води в поверхневому теплообміннику типу "труба в трубі", внутрішня труба якого є конденсатором І ступеня холодильно-теплонасосного агрегату, розташованого між І та II ступенями бака-акумулятора, причому в І та II ступенях бакаакумулятора встановлюють електронагрівачі тонкого підтримання температури води в них, автоматичність роботи яких забезпечується командним приладом за сигналом встановлених в І та II ступенях бака-акумулятора датчиків температури. 2. Автономна холодильно-теплонасосна система гарячого водопостачання за п. 1, в якій для подальшого підвищення стабільності та ефективності роботи системи в першому та другому ступені бака-акумулятора встановлюють автоматичні електронагрівачі тонкого підтримання температури води, а на трубопроводі з теплообмінником для передачі води з першої до другої систем встановлюють регулятор витрати води. Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3