Спосіб опалення приміщень та система для його реалізації

1. Спосіб опалення приміщень, при якому групу приміщень різних споживачів опалюють двома системами опалення, до нагрівачів яких підводять енергію з теплофікаційної та електричної мереж, підтримуючи задану температуру окремо для приміщень кожного споживача так, щоб за потреби температура в приміщенні знижувалась, але не була нижчою за аварійну, який відрізняється тим, що в процесі опалення вимірюють температуру зовнішнього повітря, з урахуванням якої на теплофікаційному вводі встановлюють таку температуру теплоносія, яка при непрацюючій системі електричного опалення забезпечує температуру в приміщеннях, яка вища за аварійну, але нижча за нормативну температуру опалення. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що електроенергію споживають періодично з акумулюванням тепла та наступним використанням його для підтримки температури в приміщеннях, при цьому температуру теплоносія встановлюють найнижчою по завершенні процесу C2 2 (19) 1 3 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, технічним 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. 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 цього навантаження в часі. 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. Найбільш близьким по технічній суті та кількості співпадаючих ознак є обраний у якості прототипу спосіб опалення приміщень, відомий з опису роботи пристрою по [патенту України №72640, М.кл. F24D3/00, опул.15.03.05.]. Відповідно до цього способу групу приміщень різних споживачів опалюють двома системами опалення, до нагрівачів яких підводять енергію з теплофікаційної та електричної мереж, підтримуючи задану температуру окремо для приміщень кожного споживача так, щоб при потребі температура в приміщенні знижувалась, але не була нижче аварійної, при цьому теплову енергію виробляють в когенераційному режимі разом з електроенергією, регулювання кількості енергії проводять шляхом відключення від енергомережі хоча б частини нагрівачів командою з диспетчерського центру, а кількість відключених нагрівачів та протяжність часу перебування нагрівачів у відключеному стані встановлюють з урахуванням заданої температури в приміщеннях. 81937 4 Цей спосіб реалізується системою опалення, що являється найбільш близьким, прийнятим у якості прототипу, технічним рішенням, яка складається 3 котельні з мережею теплопостачання, встановлених в приміщеннях нагрівачів, підключених до цієї мережі, а також командоапаратів з датчиками температури для керування опаленням приміщень, встановлених в приміщеннях споживачів, та з'єднаних через канал керування з диспетчерським центром системи опалення, через силовий вхід - з електромережею, а через силовий вихід - з електронагрівачами, при цьому котельня оснащена обладнанням для перетворення теплової енергії в електричну, і її генератор підключений до електронагрівачів через електромережу. Такий спосіб дає змогу забезпечити зниження температури в приміщеннях споживача в разі невчасної оплати послуг по теплопостачанню. Проте він є складним в реалізації. Річ у тому, що у випадку несплати послуги по опаленню, електричні нагрівачі можна відключити легко, і без проблем. Але періодичне відключення - включення водяних нагрівачів призведе до динамічного розбалансування мережі централізованого опалення та до непередбачуваних змін температури поверхні водяних нагрівачів, розташованих в приміщеннях сусідніх споживачів. Якщо при цьому обмежитись відключенням тільки електричних нагрівачів, то ефективність такого відключення буде сумнівною тому, що для забезпечення в приміщенні при відключених нагрівачах температури, не нижчої від аварійної, електронагрівачі повинні догрівати приміщення не більше, ніж на 10...15°С, оскільки при температурі мінус 18...22°С (розрахункова температура опалення) в ньому температура не повинна бути нижчою плюс 5...10°С. Тобто при опаленні по цьому способу водяна система опалення повинна забезпечувати догрівання приміщення на 25...34°С, і відключення тільки електричної системи опалення буде відчутним хіба-що при зниженні температури зовнішнього повітря до рівня нижчого мінус 5...15°С. А таких днів в опалювальному сезоні всього від 15 до 2% відповідно. Ще одним недоліком цього способу є необхідність когенераційного виробництва електроенергії та тепла, що обмежує його використання в малих тепломережах, наприклад, в райцентрах. При підключенні електронагрівачів до загальної електромережі це не обов'язково, оскільки в період нічного проваду акумулювання тепла можливо здійснювати за рахунок споживання неліквідної електроенергії інших теплових електростанцій [див. статтю О.Л.Светеліка, А.Г.Баталова, A.I.Замулко,, Α.Β.Праховника та В.Ф.Находова "Шляхи забезпечення балансу виробництва та споживання електричної енергії та потужності ОЕС України", С.-285-2 94 в збірнику "Стан і майбутнє енергетики України", Київ, "ГРІФФЕ", 2005]. Система опалення, прийнята в якості прототипу, має перераховані вище недоліки, і, крім того, її використання потребує періодичного 5 доступу в приміщення споживача працівників теплопостачальної організації для обслуговування гідравлічних вимикачів, а також для перевірки справності їх захисту від несанкціонованого проникнення. Отримати такий доступ буває дуже важко, особливо, якщо несанкціоноване проникнення відбулось. Метою створення запропонованої групи винаходів є розробка способу опалення приміщень, а також відносно дешевої і простої в обслуговуванні та контролі системи для його реалізації, придатних для модернізації опалення наявного житлового фонду, яка б забезпечила стимулювання розрахунків за опалення шляхом управління температурними режимами приміщень окремо у кожного споживача з диспетчерського центру централізованої системи опалення у всьому діапазоні температур опалювального сезону. Додатковою метою є простий контроль за використанням системи, який би не зазнавав обмежень з боку діючої законодавчої заборони про доступ в приміщення споживача, стабілізація роботи системи централізованого опалення будинку в цілому і, крім того, стабільність температури в опалюваних приміщеннях. Поставлена задача розв'язується тим, що у відомому способі опалення приміщень, який полягає в тому, що групу приміщень різних споживачів опалюють двома системами опалення, до нагрівачів яких підводять енергію з теплофікаційної та електричної мереж, підтримуючи задану температуру окремо для приміщень кожного споживача так, щоб при потребі температура в приміщенні знижувалась, але не була нижче аварійної, в процесі опалення вимірюють температуру зовнішнього повітря, та, з урахуванням її, а також теплового опору опалюваної групи приміщень, на теплофікаційному вході встановлюють таку температуру теплоносія, яка забезпечує, при непрацюючій системі електричного опалення, температуру в приміщеннях на рівні, вищому аварійного значення, але нижчому, ніж значення нормативної температури опалення. Можливий варіант цього способу, коли електроенергію споживають періодично з акумулюванням тепла та наступним використанням його для підтримки температури в приміщеннях, при цьому температуру теплоносія встановлюють найнижчою по завершенню процесу акумулювання та піднімають до найвищого значення перед початком цього процесу. 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 встановленими в приміщеннях споживачів датчиками температури для керування опаленням приміщень, з'єднаних через канал керування з диспетчерським центром системи опалення, через силовий вхід - з електромережею, а через силовий вихід - з електронагрівачами, на тепловому вводі, спільному для групи споживачів, 81937 6 встановлено додатковий командоапарат з датчиком температури зовнішнього повітря, розміщеним поза приміщеннями споживачів. У варіанті виконання цієї системи датчики температури електричних командоапаратів, що встановлені в приміщеннях, включені в електромережу між силовим виходом командоапарату та електронагрівачем і виконані, як терморегулятори. Терморегулятори можуть бути виконані з можливістю керування установкою спрацьовування через командоапарат. Як варіант виконання, можлива система опалення, в якій командоапарат, встановлений на тепловому вводі, виконаний, як змішувач теплоносіїв з різною температурою. Командоапарат, встановлений на тепловому вводі, може бути виконаний з можливістю з'єднання через канал керування з диспетчерським центром системи опалення. Між сукупністю істотних ознак способу і технічним результатом, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок, зумовлений реалізацією регулювання за різними параметрами, коли базовий потік енергії на опалення з тепломережі залежить від зовнішньої температури та ступеню розрядки теплового акумулятора, а допоміжний потік енергії з електромережі залежить від уподобань споживача та його платоспроможності. Регулювання температури теплоносія на загальному тепловому вводі з урахуванням зовнішньої температури та теплового опору приміщень, забезпечує у приміщеннях всіх споживачів незалежну від температури зовнішнього повітря однакову базову температуру, яка при відключених електронагрівачах являється вищою аварійної та нижчою комфортної. Від цієї температури розпочинається догрівання приміщення електричними нагрівачами до рівня, що визначається потребами та платоспроможністю споживача. Зниження температури теплоносія в кінці зарядки електричних тепло-акумуляційних нагрівачів та поступове її підвищення до початку наступної зарядки вирівняє температуру в приміщеннях, яка при постійній температурі теплоносія буде знижуватись по мірі розрядки теплових акумуляторів. Між сукупністю істотних ознак системи опалення і технічним результатом, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок, зумовлений розміщенням гідравлічного командоапарату з датчиком зовнішнього повітря на спільному тепловому вводі. Це дає можливість забезпечити однакові умови нагрівання системою централізованого теплопостачання приміщень всіх споживачів. Ці умови не залежать від температури зовнішнього повітря і підтримуються протягом всього опалювального сезону. Крім того, режими циркуляції теплоносія в системі залишаються незмінними, що стабілізує її роботу. Розміщення гідравлічних, а при потребі, і електричних командоапаратів, поза межами приміщень споживачів, забезпечує можливість 7 контролю та обслуговування з боку теплопостачальних організацій без обмежень з боку споживачів. Якщо при цьому датчики температури приміщень виконані як терморегулятори та включені в силову мережу між командоапаратом та нагрівачем, електрична частина системи спрощується, і тому здешевлюється. Можливість керування установкою спрацьовування через командоапарат розширює функціональні можливості такої системи опалення за рахунок можливості підтримання різної температури приміщення в різні години доби. Якщо командоапарат виконаний у вигляді змішувача гарячої води, що поступає з теплової мережі, та охолодженої води, що циркулює в системі опалення, то це стабілізує роботу водяної системи опалення, оскільки циркуляція теплоносія в ній підтримується в постійному режимі. Можливість командоапарату, встановленого на спільному тепловому вводі, змінювати температуру теплоносія за командами диспетчерського центру не тільки в залежності від температури зовнішнього повітря, а й від часу розрядки теплового акумулятора електронагрівача, забезпечує компенсацію вистигання теплових акумуляторів і дає можливість підтримувати стабільну температуру в приміщенні при їх меншій тепловій ємності, і відповідно, менших капіталовкладеннях. Аналіз вітчизняної та закордонної науковотехнічної та патентної літератури не виявив технічних рішень, що володіють подібними ознаками. Це дозволяє вважати винаходи, які входять в заявлену групу, такими, що задовольняють критерію "новизна". Запропоновані технічні рішення також не випливають для фахівців явно з відомого рівня техніки. Це дозволяє вважати винаходи, які входять в заявлену групу, такими, що відповідають критерію "винахідницький рівень". Сукупність істотних ознак, що характеризують сутність заявлених винаходів, може бути багаторазово використана в системах опалення житлово-комунального господарства з досягненням технічного результату - підвищенням енергоефективності централізованого опалення та здешевленням процесу її модернізації. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявлених винаходів критерію "промислова придатність". Спосіб, що заявляється, а також системи для його реалізації пояснюються кресленнями. На Фіг.1 схематично показана система опалення приміщень групи споживачів, що розташовані в одному будинку, на Фіг.2 - графіки внутрішніх температур приміщення при опаленні такою системою, на Фіг.3 - графіки температур при опаленні системою з енергоакумулюючими електронагрівачами та періодичною зміною температури носія в залежності від розрядки теплових акумуляторів. Система опалення приміщень групи споживачів (Фіг.1) містить котельню 1, до якої 81937 8 через тепломережу 2 підключені водяні нагрівачі 3, розміщені в приміщеннях 4а, 4б, 4в різних споживачів, що знаходяться в одному будинку. Крім того, в цих приміщеннях встановлено електричні нагрівачі 5, які через командоапарати 6 з'єднані з електричною мережею 7. Датчики температури 8 встановлені в приміщеннях споживачів та з'єднані з командоапаратами 6. При цьому, в залежності від конструкції командоапарату та датчика, датчик б може бути підключеним до входу управління 9 командоапаратом, або бути встановленим між силовим виходом 10 командоапарата 6 та електричним нагрівачем 5. В останньому випадку датчик температури 8 повинен бути виконаним у вигляді терморегулятора. Якщо в датчика температури (терморегулятора) 8 є вхід 11 керування установкою спрацьовування, то він з'єднаний з управляючим виходом 12 командоапарату 6. Входи 13 управління командоапаратами 6 через канал управління 14 з'єднані з диспетчерським центром 15. Між тепломережею 2 та водяними нагрівачами 3 всіх споживачів будинку на тепловому вводі 16 встановлено командоапарат 17, вхід управління 18 якого з'єднаний з датчиком 19 зовнішнього повітря, а вхід управління 20 - з диспетчерським центром 15 через канал управління 21. Температура в приміщеннях всіх споживачів будинку (Фіг.2), незалежно від значення температури зовнішнього повітря, при непрацюючих електричних нагрівачах за рахунок енергії з теплової мережі підтримується на одному рівні (лінія 22). При цьому приміщення догрівається електричними нагрівачами ще на декілька градусів (лінія 23). Оскільки температура є скалярною величиною, сумарна температура приміщення є сумою температур, забезпечених споживанням як енергії з теплової мережі, так і енергії з електромережі (лінія 24). Якщо споживання електроенергії періодичне, а електронагрівачі енергоакумулюючі, то температура догрівання не є сталою величиною (лінія 25, Фіг.3). При цьому для забезпечення сталості температури в приміщенні (лінія 24) , температура, що підтримується за рахунок споживання енергії з теплової мережу, теж не повинна бути сталою величиною (лінія 26). Спосіб опалення приміщень полягає в тому, що групу розміщених в одному будинку приміщень 4 різних споживачів, опалюють від централізованої системи опалення, в складі котельні 1, тепломережі 2 та диспетчерського центру 15, підтримуючи задану температуру окремо для приміщень 4 кожного споживача так, щоб при потребі температура в приміщеннях 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 до водяних нагрівачів 3 підводять через командоапарат 17, встановлений на спільному тепловому вводі 16. Регулювання кількості енергії, що подається в приміщення 4 з теплової мережі 2, проводять 9 командоапаратом 17 за сигналами датчика 19 температури зовнішнього повітря, які поступають на вхід 18 командоапарату 17, та з урахуванням теплового опору приміщень 4. При потребі(різка зміна погоди, сильний вітер при температурах близьких до 0°С) коригування режиму роботи командоапарату може проводитись за сигналами з диспетчерського центру 15, який подають на вхід 20 командоапарату 17 по каналу управління 21. При відсутності у будь-якого з споживачів оплати послуг по опаленню приміщення, з диспетчерського центру 15 каналом управління 14 на вхід 13 командоапарату 6 подають сигнал на відключення і електричні нагрівачі 5 відключають від електромережі 7. Температура в приміщенні 4 знижується до заданої мінімальної, (лінія 22, Фіг.2) яка для попередження відчутних перетоків тепла з приміщень інших споживачів не повинна бути меншою 8...10°С, а для попередження розмерзання системи опалення - не нижче 5°С. На цьому рівні температура приміщень підтримується протягом сезону опалення при будь-якій температурі зовнішнього повітря за рахунок споживання енергії з теплової мережі з регулюванням споживання тепла в порядку, описаному вище. Після оплати споживачем послуги по опаленню, на вхід 13 командоапарату 6 каналом управління 14 з диспетчерського центру 15 подають сигнал на підключення до електромережі 7 електричних нагрівачів 5, розміщених в приміщеннях споживача. При цьому, за рахунок споживання електроенергії нагрівачами 5, за бажанням споживача приміщення догрівають на декілька градусів (лінія 23, Фіг.2). В результаті приміщення прогрівається до заданої температури (лінія 24, Фіг.2), рівень якої встановлює споживач органами регулювання командоапарату 6, якщо датчик температури приміщень підключено до його входу 9 (приміщення 4в), або ж органами регулювання датчика температури 8, якщо він виконаний, як терморегулятор (приміщення 4а та 4б). При цьому в приміщеннях 4в командоапарат 6 виконує функцію підключення нагрівачів 5 до електромережі за часом, фактом оплати та відхиленням температури в приміщенні від заданого значення. В приміщеннях 4а та 4б функцію підключення нагрівачів 5 до електромережі за відхиленням температури в приміщенні від заданого значення виконує терморегулятор 8, замикаючи електричне коло з виходу 10 командоапарату б до нагрівача 5, а функцію підключення нагрівачів до електромережі за часом та фактом оплати - командоапарат 6. В приміщенні 4а командоапарат 6 виконує також функцію управління терморегулятором 8, що досягається подачею сигналу управління з виходу 12 командоапарату 6 на вхід 11 датчика терморегулятора 8. Це дає можливість, за рахунок зниження температури спрацьовування, обмежити споживання електроенергії для підтримання температури в приміщенні в години відсутності в ньому людей. Командоапарат 17 може підключати нагрівачі 3 всіх споживачів до тепломережі 2 періодично, 81937 10 при цьому співвідношення часу споживання тепла до загальної протяжності часу буде функцією різниці мінімальної температури в приміщеннях та температури зовнішнього повітря. Проте більш стабільна робота водяної системи опалення досягається при виконанні командоапарату 17, як регульованого змішувача води, що подається з теплової мережі, та води, що циркулює в системі опалення. В цьому випадку система водяного опалення весь час працює в розрахунковому режимі циркуляції енергоносія, що попереджує зриви режиму циркуляції на окремих дільницях системи. Якщо електричні нагрівачі 5 виконані теплоакумулюючими, то командоапарати 6 підключають їх до електромережі тільки вночі, в час провалу навантаження в електромережі 7. При цьому спожите тепло в основному витрачається на розігрівання теплоакумулюючого матеріалу нагрівача 6. Але частина тепла, попадаючи в приміщення 4, призводить до підвищення в ньому температури в кінці зарядки теплоакумулюючих елекронагрівачів 5 (лінія 25, Фіг.6). При цьому для підтримання в приміщенні незмінної температури необхідно зменшувати нагрівання приміщення за рахунок споживання тепла з тепломережі (лінія 24, Фіг.3). По мірі розрядки теплових акумуляторів температура догрівання (лінія 25) буде знижуватись, і тому для стабілізації температури в приміщенні необхідно збільшувати нагрівання приміщення за рахунок споживання тепла з тепломережі (лінія 24). Таке регулювання споживання тепла з тепломережі забезпечить рівномірність температури в приміщенні при використанні теплоакумулюючого електроопалення. Таким чином, заявлена група винаходів, що включає в себе спосіб опалення приміщень та систему опалення для його реалізації, дозволяє забезпечити управління температурним режимом в приміщеннях, знижуючи в них, за командою з диспетчерського центру, чи за бажанням споживача, температуру протягом всього опалювального сезону, незалежно від кліматичних умов. Це забезпечить створення механізму стимуляції розрахунків за послуги по опаленню приміщень без дорогої реконструкції централізованих систем опалення більшості сучасних будинків. Крім того, це дасть можливість споживачам регулювати температуру в своїх приміщеннях, що опалюються центральним опаленням, на власний розсуд та згідно власних фінансових можливостей, не порушуючи режимів роботи системи центрального опалення. При цьому залежність витрат споживача на електроопалення від реалізації ним енергозберігаючих заходів, стимулюватиме енергозбереження в побутовій сфері. 11 81937 12