Система енергоощадного віддаленого централізованого теплопостачання

Реферат: UA 87577 U UA 87577 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до систем примусового водяного централізованого теплопостачання житлових, громадських і промислових будинків, що мають теплові пункти, з'єднані із прямим і зворотним магістральними трубопроводами централізованої системи циркуляції теплоносія від центральної котельні або ТЕЦ. Система може бути використана в будь-якій системі централізованого теплопостачання: груповій - теплопостачання групи будинків (споруд); районній - теплопостачання району; міській - теплопостачання кількох районів; міжміській - теплопостачання кількох міст. Відома система централізованого теплопостачання (яка переважно сьогодні застосовується), яка включає прямий і зворотний магістральні трубопроводи теплової мережі та водоводяний теплообмінник в контурі циркуляції опалювальних пристроїв споживача, встановлений в тепловому пункті місцевої опалювальної системи споживача (Прядко М.О., Павелко В.І., Василенко С.М. Теплові мережі. Київ, "Алерта", 2005, - С. 64-65.). Згідно цієї схеми теплопостачання теплоносій підігрівають до 90-120 °C в пункті джерела центрального теплопостачання (ТЕЦ, міська теплова електростанція, котельня), подають у прямий трубопровід теплової мережі, по якій він надходить у тепловий пункт місцевої опалювальної системи споживача. У водоводяному теплообміннику підігрівають вторинну воду, що постійно циркулює у місцевій опалювальній системі споживача, після чого по зворотному трубопроводу теплової мережі теплоносій з температурою 70 °C повертають в пункт джерела центрального теплопостачання. Таким чином, по замкненому циклу безперервно тепло передають від джерела центрального теплопостачання до споживача. Така централізована система теплопостачання має низький коефіцієнт корисного використання теплової енергії через те, що температура теплоносія в прямому трубопроводі теплової мережі, а також температура теплоносія, що повертається з теплового пункту споживача у зворотний магістральний трубопровід теплової мережі, високі щодо температури навколишнього середовища, що зумовлює великі втрати тепла в навколишнє середовище при транспортуванні. Відома також система централізованого теплопостачання, що включає прямий і зворотний магістральні трубопроводи теплової мережі та водоводяний теплообмінник в контурі циркуляції опалювальних пристроїв споживача, встановлений в тепловому пункті місцевої опалювальної системи споживача (Кузник И.В. Централизованное теплоснабжение. Проектируем эффективность. М., 2007., стр. 9). У водоводяному теплообміннику підігрівають вторинну воду, що постійно циркулює у місцевій опалювальній системі споживача, після чого по зворотному трубопроводу теплової мережі теплоносій з температурою 40 °C повертають в пункт джерела центрального теплопостачання. Зниження температури теплоносія дещо знижує втрати тепла при транспортуванні його по зворотному трубопроводу, проте коефіцієнт корисного використання теплової енергії залишається низьким, оскільки існує значний перепад температур між оточуючим середовищем і теплоносієм в прямому та зворотному трубопроводах, що зумовлює значні втрати теплової енергії під час транспортування теплоносія як по прямому, так і по зворотному трубопроводах. Крім того, вказаний значний перепад температур зумовлює підвищені вимоги до стану та якості ізоляції трубопроводів, що суттєво збільшує капітальні та амортизаційні вкладення. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення системи енергоощадного віддаленого централізованого теплопостачання, в якому в результаті оснащення системи додатковим протитоковим водоводяним теплообмінником та тепловим насосом, забезпечується суттєве зниження температури теплоносія в прямому і зворотному трубопроводах теплової мережі і, за рахунок цього, значно зменшуються втрати теплової енергії в оточуюче середовище, знижуються вимоги до якості ізоляції, що зменшує капітальні витрати та амортизаційні відрахування. Поставлена задача вирішується тим, що система енергоощадного віддаленого централізованого теплопостачання, яка включає прямий і зворотний магістральні трубопроводи теплової мережі та протитоковий водоводяний теплообмінник, згідно з корисною моделлю, оснащена додатковим протитоковим водоводяним теплообмінником та тепловим насосом, які встановлені в тепловому пункті місцевої опалювальної системи споживача. В додатковому протитоковому водоводяному теплообміннику частково відбирають теплову енергію від теплоносія в зворотній лінії і передають теплоносію в прямій лінії, а подальший відбір тепла від теплоносія в зворотній лінії та передачу його теплоносію в прямій лінії здійснюють в тепловому насосі. За рахунок використання електроенергії в тепловому насосі здійснюють відбір теплової енергії від уже частково охолодженого в додатковому теплообміннику теплоносія в зворотній лінії та передачу її до гарячого теплоносія в прямій лінії. Таким чином, вказані додаткові пристрої забезпечують глибоку утилізацію теплової енергії в 1 UA 87577 U 5 10 15 20 25 30 35 40 зворотній лінії після споживання тепла в опалювальній системі споживача та передачу утилізованого тепла теплоносію в прямій лінії, чим досягають суттєвого зниження температури теплоносія в зворотній лінії, а, головне, відпадає необхідність підігрівати теплоносій до високих температур в центральній котельні або ТЕЦ, що, в підсумку, забезпечує значне зниження втрат тепла при транспортуванні теплоносія як в прямому, так і в зворотному трубопроводах теплової мережі. Пропозиція представлена на кресленні у вигляді загальної схеми системи енергоощадного віддаленого централізованого теплопостачання. Система енергоощадного віддаленого централізованого теплопостачання включає пункт джерела центрального теплопостачання 1, до якого приєднано прямий трубопровід теплової мережі 2. До виходу прямого трубопроводу теплової мережі 2 приєднано холодний вхід додаткового протитокового теплообмінника 3, встановленого в тепловому пункті місцевої опалювальної системи, а його вихід прямим трубопроводом з'єднано з входом теплового насосу 4, також розташованому в тепловому пункті місцевої опалювальної системи. Вихід теплового насосу 4 прямий трубопровід з'єднує з протитоковим водоводяним теплообмінником 5, який також встановлено в тепловому пункті місцевої опалювальної системи. До виходу протитокового водоводяного теплообмінника 5 приєднано зворотній трубопровід 6, який з'єднує послідовно додатковий протитоковий водоводяний теплообмінник 3, тепловий насос 4 та пункт джерела центрального теплопостачання 1. До іншого виходу протитокового водоводяного теплообмінника 5 приєднано контур циркуляції опалювальних пристроїв споживача 7. Система працює таким чином. В підігрівачі 1 пункту джерела центрального теплопостачання температуру теплоносія вих підвищують до значень, суттєво нижчих, ніж в прототипі, а саме до t 1 = 5-21 °C, в залежності від температури навколишнього середовища. Далі теплоносій по прямому трубопроводу 2 теплової мережі надходить до додаткового протитокового водоводяного теплообмінника 3, де вих його підігрівають до температури θ3 = 34÷70 °C за рахунок залишкового тепла теплоносія в зворотному трубопроводі 6 після протитокового водоводяного теплообмінника 5 в контурі циркуляції опалювальних пристроїв споживача 7. Подальший підігрів гарячого теплоносія до вх температури θ5 = 40÷97 °C здійснюють за допомогою теплового насосу 4. За рахунок використання електроенергії в тепловому насосі 4 здійснюють подальший відбір теплової енергії від уже частково охолодженого в додатковому протитоковому водоводяному теплообміннику 3 теплоносія в зворотному трубопроводі 6 та передачу її до гарячого теплоносія в прямому трубопроводі 2. В результаті температуру теплоносія в прямому трубопроводі 2 вих підвищують до θ4 = 40÷97 °C, а температуру теплоносія в зворотному трубопроводі 6 вих відповідно знижують до температури t4 = 1-5 °C. Після теплового насосу 4 теплоносій по прямому трубопроводу 2 подають на вхід теплообмінника 5, в якому підігрівають воду, яка постійно циркулює в контурі циркуляції опалювальних пристроїв споживача 7, до температури вих t5 = 38÷95 °C. Теплоносій послідовно охолоджений в теплообмінниках 5 і 3 та тепловому вих насосі 4 до температури t4 = 1-5 °C повертають по зворотному трубопроводу 6 теплової мережі до підігрівача 1 в пункті джерела центрального теплопостачання, де його знову нагрівають до температури 5-22 °C і подають в пряму лінію 2. Таким чином, по замкненому циклу безперервно тепло передають від джерела центрального теплопостачання 1 до споживача 7. Таблиця Порівняльні характеристики системи енергоощадного віддаленого теплопостачання за прототипом і за пропозицією Параметри 1. Температура підігріву теплоносія в прямій лінії 2. Температура теплоносія в зворотній лінії 3. Втрати теплової енергії Прототип 43-103 °C 33-68 °C 29-47 % Пропозиція 4,5-20,5 °C 1-2 °C 0-7 % 45 50 Із таблиці видно, що значне зниження температури теплоносія в прямій та зворотній лініях дозволяє суттєво знизити втрати теплової енергії при транспортуванні теплоносія від пункту джерела центрального теплопостачання до споживача та в зворотному напрямку. Використання теплового насосу дозволяє підтримувати стале значення температури теплоносія в зворотному трубопроводі на рівні 1-5 °C, незалежно від температури навколишнього середовища. Якщо ця температура буде нижчою від сталої температури ґрунту 2 UA 87577 U 5 10 15 на глибині залягання трубопроводів теплової мережі (tгрунт ≈ 4 °C = const), то у зворотному трубопроводі теплоносій буде підігріватись за рахунок надходження безкоштовної додаткової теплової енергії з оточуючого середовища. І чим більшою буде протяжність зворотної лінії, тим більше буде залучено додаткової енергії. Зниження вказаного перепаду температур також суттєвого знижує вимоги до якості ізоляції трубопроводів, що зменшує капітальні витрати та амортизаційні відрахування. Основні переваги пропонованого способу полягають в наступному: - суттєве зниження втрат теплової енергії під час транспортування теплоносія в тепловій мережі; - економія капітальних та амортизаційних відрахувань через низькі вимоги до теплоізоляційних характеристик ізоляційного матеріалу трубопроводів теплової мережі. Крім того, суттєве зниження температури теплоносія у зворотному трубопроводі дозволяє в певних випадках залучати в систему теплопостачання додаткову теплову енергію з оточуючого середовища. Пропонований спосіб відкриває перспективу залучення надлишкової енергії промислових об'єктів віддалених від потенціальних споживачів. Крім безпосереднього економічного ефекту це сприятиме зменшенню теплового забруднення навколишнього середовища. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Система енергоощадного віддаленого централізованого теплопостачання, яка включає прямий і зворотний магістральні трубопроводи теплової мережі та протитоковий водоводяний теплообмінник, яка відрізняється тим, що вона оснащена додатковим протитоковим водоводяним теплообмінником та тепловим насосом, які встановлені в тепловому пункті місцевої опалювальної системи споживача. Комп’ютерна верстка В. Мацело 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