Patent HU-176549-B (HU)
Inventor: KHIN ANTAL
IPC: F24D3/08
Filed: 1977-10-04
Abstract: A találmány tárgya épületek, különösen lakóépületek fűtési és használati melegvízellátására alkalmas berendezés. Mint ismeretes, újabban lakóépületek fűtésére és használati melegvízzel való ellátására túlnyomórészt melegvíztermelö berendezéseket használnak. Ezek közűi a jövőben a zárt rendszerű melegvíztermelő berendezések elterjedésére lehet számítani, ismert előnyeik alapján. Az ismert zárt rendszerű melegvíztermelö berendezések közös jellegzetessége, hogy hőtermelő egységük, egy vagy több hőleadó egységük, ezeket összekötő fűtési előremenő csővezetékük és viszatérő csővezetékük, valamint hőcserélővel társított használati melegvízvezetékük van. A hőcserélő ezeknél a fűtési előremenő csővezeték és a visszatérő csővezeték közé van építve. Ezek a berendezések általában 110/80 *C-oe melegvízzel üzemelnek. Hőtermelő egységként az ismert berendezéseknél különféle kazánokat alkalmaznak. A kazánokat többnyire a fűtési melegvízigény és a használati melegvízigény közős maximumára méretezik. Ez a maximális igény azonban csupán a téli —15 °C-os külső napi átlaghőmérsékletnél és a napi használati melegvizvételi csúcsoknál lép fel. Ennélfogva ezeknek a berendezéseknek igen nagy tartalékuk van, amely viszont az éves üzemidőnek csak igen kis százalékában szükséges.
2
A használati melegvízfogyasztás csúcshőígé- nyeinek kiegyenlítésére melegvíztárolóval ellátott berendezéseket fejlesztettek ki. Noha ezek lényegesen gazdaságosabb üzemű megoldások, a 5 kazán kiválasztásánál itt is a fűtési energiaigény legalább 10%-ának megfelelő tartalékkal számolnak.
A 170 798 sz. magyar szabadalmi leírásból is> 10 mert további olyan használati melegvízellátó és fűtő berendezés, amely távfűtőrendszereknél alkalmazható. Ennél a használati melegvízellátó egység és a fűtőegyaég egy-egy hőcserélője az előremenő és a visszatérő vezetékekre párhuza15 mosan van kötve. Ezek a vezetékek a hőtermelőre csatlakoznak, és bennük a 130—150 ’C-os 5—6 bar nyomású fűtőfolyadék cirkuláltatását szivattyú végzi. Ennél a használati melegvízellátó egység hőcserélője a fűtőtest hőcserélője előtt 20 van elrendezve, így a használati melegvíztermelést állandóan előnyben részesíti a fűtéshez képest. Az ilyen berendezés hiányossága, hogy az előremenő vezetékre kapcsolt hőcserélőkőn a fogyasztástól függetlenül mindig mintegy 130 °C-os 25 fűtőközeg áramlik át, így azok a nap nagy részében túlfűtöttek és a környezetnek leadott hő- veszteségük jelentős. Továbbá a hőtermelőegységet pl. a használati melegvíz maximális energiaigényére és a fűtési energiaigény legalább 30 20%-ának összegére kell méretezni. Kazános hő
178549
3
176549
4
termelőegységű berendezéshez ezért ez a megoldás csak rossz hatásfokkal alkalmazható. Az ismert megoldások további hiányossága, hogy a berendezés kapcsolási megoldásának minősége mindenkor a tervezőtől, tehát szubjektív tényezőktől, a berendezés telepítési helyének adottságaitól, stb. függ. Továbbá, főleg a csövezés egyedi gyártása, szerelése, valamint a kazán, majd az egész berendezés beállítása nagyon idő-, költség- és élőmunkaigényes feladat, amihez jól képzett szakembergárda szükséges. Ezeken túlmenően az ismert berendezések helyigénye meglehetősen nagy,· ami a létesítés költségráfordítását tovább növeli. A találmánnyal célunk a fentemlített hiányosságok kiküszöbölése. A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően épületek fűtési és használati meleg- vízellátására való olyan berendezés létrehozása, amelynél a hőtermelő egység fűtöteljesítménye viszonylag csökkentett, tehát energiamegtakarítást eredményez a berendezés gyártása, szerelése, beállítása lényegesen kisebb idő-, élőmunka- és költségráfordítással jár, mint az ismert megoldásoknál, továbbá amellyel a helyszíni szerelési és beszabályozási munkák minimálisra redukálhatok. A találmány alapgondolata az a felismerés, hogy a kitűzött feladat megoldódik, ha egyetlen hőcserélőt alkalmazunk, amelyet csak a használati melegvíz-fogyasztási csúcsidőszakban kapcsoljuk úgy az előremenő vezetékre, hogy a használati melegvíztermelést előnyben részesítsük a fűtéshez képest, ezeken a napi csúcsidőszakokon kívül a hőcserélőt sorosan a visszatérő vezetékre kapcsoljuk, amikoris a használati melegvízter- melő egység és fűtőegység soros kapcsolásban van, valamint a berendezést a hőtermelő és a hőleadó egység kivételével blokkosítjuk. Ezzel ugyanis igen energiatakarékos és gazdaságos üzem érhető el, a berendezés blokkosított része pedig előregyártható. A kitűzött feladatot olyan ismert melegvíztermelő berendezés továbbfejlesztésével oldottuk meg, amelynek hőtermelő egysége, legalább egy hőleadó egysége, ezeket egymással összekötő fűtési előremenő csővezetéke és visszatérő csővezetéke, valamint hőcserélővel társított használati melegvízvezetéke van, a hőcserélő első csatlakozása a fűtési előremenő csővezetékkel első csővezetéken át, második csatlakozása pedig a visz- szatérő csővezetékkel második csővezetéken át van összekötve, ahol az első csővezetékbe valamint a fűtési előremenő csővezetéknek az első csővezeték becsatlakozási helye és a hőleadó egység közötti szakaszába egy-egy szivattyú van iktatva, továbbá a fűtési előremenő csővezetéknek az első csővezeték becsatlakozási helye és a szivattyú közötti szakaszába első háromjáratú szelep van építve, amely harmadik csővezetéken át a visszatérő csővezetéknek a hőleadó egység és a második csővezeték becsatlakozási helye közötti szakaszával van kapcsolatban. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a visszatérő csővezetéknek a második
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
csővezeték becsatlakozási helye éa a hőterinelő egység közötti szakaszába második háromjáratú szelep van iktatva, amely negyedik csővezetéken át a hőcserélő első csatlakozásával van kapcsolatban, továbbá a berendezésnek a hőtermelő egység és a hőleadó egység közé kapcsolt alkotórészei — a hozzá tartozó működtető, biztonsági és csatlakozási szerelvényekkel együtt — egyetlen modul-egységgé vannak összeépítve, továbbá a visszatérő csővezetéknek a második és a harmadik csővezetékek becsatlakozási helyei közötti szakaszába melegvízáramlást kizárólag a második csővezeték becsatlakozási helyének irányában lehetővé tevő szelep, előnyösen visz- szacsapószelep van építve. A találmány további jellemzője szerint célszerű, ha a háromjáratú szelepek távműködtethető, folyamatos szabályozást lehetővé tevő szelepként, előnyösen motoros szelepként vannak kialakítva, valamint ha a berendezés automatikus szabályozóegységgel van ellátva. Ezekkel az intézkedésekkel ugyanis a berendezés üzeme automatikussá tehető. A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük, amelyen a találmány szerinti berendezés példakénti kiviteli alakját tüntettük fel. A rajzon: Az 1. ábra a találmány szerinti berendezés elvi kapcsolási vázlata; A 2. ábrán az 1. ábra szerinti berendezés felülnézetben látható; A 3. ábra nézet a 2. ábrán III—III nyílirányában tekintve. A rajzon példaként lakóépület tetőterében elrendezett zártrendszerű, központi melegvíztermelő berendezést tüntettünk fel, ahol az épületet külön nem ábrázoltuk. Amint az 1. ábrán látható, a berendezésnek önmagában ismert módon hőtermelő 10 egysége, hőleadó 12 egységei, ezeket egymással összekötő fűtési előremenő 14 csővezetéke és visszatérő 16 csővezetéke, valamint 18 hőcserélővel társított használati 20 melegvízvezetéke van. Hőtermelő 10 egységként jelen esetben egyetlen gáztüzelésű kazánt alkalmaztunk, amely maximálisan 110 °C-os melegvizet termel. A kazán fűtőteljesítményét a max. fűtési hőigényre választottuk. Rajztechnikai okokból itt a hőleadó 12 egységeket egyetlen fűtőtesttel helyettesítettük. A 18 hőcserélő a jelen esetben a kereskedelemben „CTC—Fűtőber” néven ismert melegvízhőcserélő. A 18 hőcserélő 22 csatlakozása a fűtési előremenő 14 csővezetékkel 24 csővezetéken át, a másik 26 csatlakozása pedig a visszatérő 16 csővezetékkel 28 csővezetéken át ismert módon van összekötve. Az ábrázolt esetben a 24 csővezetékbe, valamint a fűtési előremenő 14 a 24 csővezeték becsatlakozási 30 helye és a hőleadó 12 egység közötti szakaszába 32 illetve 34 szivattyú van iktatva, A fűtési előremenő 14 csővezetéknek a 24 csővezeték becsatlakozási 3ű helys ég a 34 szivattyú közötti szakaszába ismert módon háromjáratú 36 szelep van. építve. Ez 38 csővezetéken.<$'«,visszatérő 16 csővezetéknek a 12 egység és a 28 cső
2
5
176549
6
vezeték becsatlakozási 40 helye közötti szakaszával van kapcsolatban. A találmány szerint a visszatérő 16 csővezetéknek a 28 csővezeték becsatlakozási 40 helye és a 10 egység közötti szakaszába további három járatú 42 szelep van építve, amely 44 csővezetéken át a 18 hőcserélő 22 csatlakozásával van kapcsolatban. A háromjáratú 36 és 42 szelepek a találmány szerint célszerűen táwezérelhető, folyamatos szabályozásra képes szelepként vannak kialakítva. Jelen esetben a 36 és 42 szelep ismert motoros szelepként van kiképezve. A berendezésnek továbbá önmagában ismert zárt tágulási 46 tartálya, valamint a 14 és a 16 csővezetékeket összekötő 48 csővezetékbe épített további 50 szivattyúja és 52 visszacsapószelepe van. A (találmány szerint a) visszatérő 16 csővezetékbe a becsatlakozási 40 hely és a 38 csővezeték becsatlakozási 54 helye közötti szakaszon további 56 viszacsapószelep van iktatva. A találmány szerint a berendezésnek a használati 20 melegvízvezeték melegvizének és a külső hőmérséklet függvényében automatikusan vezérlő, elektronikus, önmagában ismert vezérlőelemekből öszeépített 58 szabályozóegysége van. Tekintve, hogy az 58 szabályozóegység felépítése nem tartozik közvetlenül a találmány lényegéhez, arra részletesebben nem térünk ki. Az 58 szabályozóegység 60 vezetéken át 380/220 V-os tápfeszültségre van kapcsolva, és külön fel nem tüntetett, ismert főkapcsolóval, valamint működtető- és ellenőrzőszervekkel van ellátva. A berendezésnek továbbá külső hőmérsékletet érzékelő — önmagában ismert — 62 egysége, és az 1. ábrán látható helyen a 14, 16 csővezetékkel és a használati 20 melegvízvezetékkel társított 64, illetve 68 hőérzékelője van. Ezek az 58 szabályozóegységgel vékony szaggatott vonallal jelzett vezetékeken át vannak összekötve. A háromjáratú 36 és 42 szelepek, és a 32, 34, 50 szivattyúk vezérlése, ill. feszültséggel való ellátása az 58 szabályozóegységről ugyancsak vékony, szaggatott vonallal jelölt vezetékeken át történik. A találmány szerint az 58 szabályozóegységnek a használati 20 melegvízvezeték számára a hőleadó 12 egységgel szemben előnykapcsolása van. Ezt részletesebben a berendezés működésének ismertetésekor fejtjük ki. A 10 egység és a 12 egység kivételével az egész berendezés — a külön fel nem tüntetett működtető, biztonsági és csatlakozási szerelvényekkel együtt — a találmány szerint egyetlen modulegységgé van összeépítve. Ezt a modul-egységet az 1. ábrán vékony eredményvonallal kereteztük be és az egészet 70 modul-egységnek nevezzük. A 70 modul-egység csatlakozásokkal van ellátva, ahol a villamos 72 csatlakozást a kazán számára kialakított 74 és 76 csatlakozásokat, a használati 20 melegvízvezeték beömlési és kiömlési 78 és 80 csatlakozását, a 12 egység számára kiképzett 82 és 84 csalatkozásokat jelöltük meg. A használati 20 melegvízvezeték ismert módon 85 és 85a tolózárral van ellátva. A 70 modul-egység részletei jól láthatók a 2.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
és 3. ábrákon. Amint ezeken látható, a 70 modulegységnek jelen esetben acélszerkezetű 86 háza van, amelyen belül vannak a fentemlített egységek, csővezetékek elrendezve. A 88 csatlakozás a külön nem ábrázolt használati melegvízhálózat cirkulációs vezetékéhez ismert módon csatlakozik, és 90 csővezetéken át a használati 20 melegvízvezetékre van kötve. A 90 vezetékbe ugyancsak ismert módon 92 szivattyú, 94 visszacsapószelep és 96 hőérzékelő van építve. A használati 20 melegvízvezeték 76 csatlakozása jelen esetben a nem ábrázolt ivó- vízhálózatra csatlakozik. A 92 szivattyú rendeltetése, hogy a használati melegvíz keringtetésé- vel annak állandó hőmérsékletét biztosítsa. A találmány szerinti berendezés 1—3. ábrák szerinti példakénti kiviteli alakjának működésmódja a következő: Az 58 szabályozóegység áram alá helyezésével a berendezés üzemképes. Amikor a 62 egység 12 °C alatti külső hőmérsékletet érzékel, az 58 szabályozóegység indítja a 38 szivattyút, amely a 10 egységből a fűtési előremenő 14 csővezetéken és a 36 szelepen át a 12 egységbe melegvizet szállít. A 36 szelep automatikus és folyamatos szabályzásával lehetővé válik, hogy mindig a külső hőmérsékletnek megfelelően a 12 egység a kívánt fűtőteljesítményt adja le, A 36 szelep harmadik „c” járatának megfelelő mértékű nyitásával ugyanis a 38 csővezetéken át a 12 egységből kiáramló lehűlt melegvizet keverhetünk a 14 csővezetéken át odaérkező 110 °C-os melegvízhez. Ehhez az 58 szabályozóegység a 62 egységből és a 64 hőérzékelőből származó villamos jeleket ösz- szehasonlítja, és ennek megfelelően vezérli a 36 szelepet. Abban az esetben, ha a 66 hőérzékelő a visszatérő 16 csővezetékben 60 °C-nál kisebb hőmérsékletet érzékel, az 58 szabályozóegységnek villamos jelet ad, amire az bekapcsolja az 50 szivaty- tyút. Ezzel a 48 csővezetéken és az 52 visszacsapószelepen át 110 °C-os melegvizet vezetünk a visszatérő 16 csővezetékbe, következésképpen az abban áramló melegvíz hőmérséklete 60 °C fölé emeljük. Ezáltal önmagában ismert módon a 10 egységet védjük, mivel megakadályozzuk, hogy tűzterében a gáz elégésekor keletkező vízgőz lecsapódhassák, és ezáltal a 10 egység tűzterében korróziót okozzon. A használati 20 melegvízvezetékből vett víz hőmérséklete a 68 hőérzékelő beállításával, például 45—55 °C közötti tartományban szabályozható, amit a jelen esetben 50 °C-ra választottunk. A 18 hőcserélő fűtése kis és közepes használati melegvízvétel esetén a visszatérő 16 csővezeték legfeljebb 80 °C-os melegvizével történik, amelyet a 28 csővezetéken át vezetünk a 18 hőcserélő 26 csatlakozásához. Innen a fűtővíz a használati 20 melegvízvezetékben áramló fűtött vízzel egyenáramban halad a 18 hőcserélő 22 csatlakozásáig. Ettől a háromjáratú 42 szelep „a” és „b” járatán át jut a víz a visszatérő 16 csővezetéken keresztül a kazánba. A 42 szelep „c” járata ekkor zárva van. Ha a használati melegvíz a beállított 50 °C-nál nagyobb hőmérséklettel hagyja
3
7
176549 8
el a 18 hőcserélőt, a 68 hőérzékelő jelére az 58 SZabályózóégység a 42 szelepet átvezérli, azaz an- nak -,,δ” járatát is nyitja a szükséges mértékben. Így a visszatérő 16 csővezetéken érkező fűtőviz- frek vsak egy részé jut a 28 csővezetéken át a 18 hőeserélőbfe, ennélfogva a 18 hőcserélő teljesít- rwénye csökken, amivel a 18 hőcserélőből kiáramló használati mdtegviz hőfoka is — a kisebb nrcSinyiség 'és kisfehb áramlási sebesség következtében — a tóvárit értékre csökkenthető. A 16 fővezetékén érkező fntövfz fenrmraradö része a 42‘szelep „e” és „b” járatán és á lő csővezetéken át visszajut a kazánba. Használati melegvfzvételi csúcsoknál, amely a szakirodalmi adatok Szerint naponta kétszer, reggel ék esté egy-két időtartamú, a taláfhnány sze- rtnti‘berendezés a holeadÖ 12 egység rovására az „előnykapcsolásra” szabályoz át. Ez lényegében abbéi tói, hogy az '58 szábályzóegység a 68 hőérzékélő jelére a 82 'szivattyút bekapcsolja, a 42 Szelep „a” járatát zárja ,„C” és ,,'b” 'járatát pedig teljésén nyitja. Ezzel egyidejűleg a -36 «zélep „a” jársftát Ugyancsak Zárja. Így a 'visszatérő 16 vezetékbe eddig sorosan kapcsolt 1'8 hőcserélőt a 24 'Csővezetéken át a fűtési előremenő 14 vezetékre kapcsóljuk. A 18 hőcserélőbe tehát a 22 csatlakozáson át 110 °C-os melegvizet vezetünk és áZt a hőcserélőn keresztül a használati'20 melegvízvezetékben áramló fűtött vízhez képest el- ienáratob'an áramoltatjuk. A 18 hőcserélőből kiáramló Víz a 28 csővezetéken és a 42 szelep „e” és „b” járatán, valamint a 16 csővezetéken keresztül jut a kazánba vissza. Ezzel tehát csúcs- ígénybévételnél'is biztosítható, hogy a használati melegvíz' 68 hőérzékélőn mért hőfoka állandó legyen. Eközben a berendezés — amint a fentiekből· kitűnik — két körre válik szét, nevezetesen a'18 hőcserélő előnykapcsolási körére, valamint a fűtőtest· önmagában cirkuláló körére. Mivél ekkor a 36 szelep „a” járáta zárva -van, a 34 szivattyú a fűtőtestből kiáramló vizet a 38 vezeté- keh és a 36 szelep „c” és ,,b” járatán át visszakeringteti a fűtőtestbe. 'Kísérleteinket 65 lakásos épületnél végeztük, amelynek a használati melegvíz-csúcsigénye 86 000 kcal volt. A berendezésben levő víz térfogata mintegy 2000 1-re adódott, amelyben közelítőleg 40 000 kcal tárolható. Az 1—2 órás „előnykapcsolási” periódusokban kísérleti eredményeink szerint az épület és a berendezés hőkapacitása következtében a helyiségek hőmérséklete a minimális külső napi átlaghőmérséklet esetében is alig észlelhetően, legfeljebb 0,4—0,5 °C-kal csökkent. A használati melegvíz elvételének csúcsszakasza után az 58 szabályozóegység a berendezést automatikusan az elsőként említett kapcsolásba vezérli át. Az év fűtés nélküli részében a találmány szerinti berendezés használati víztermelőként üzemeltethető. A találmány szerinti megoldás legfőbb előnye abban van, hogy a hőtermelő 10 egység kizárólag a fűtési teljesítményigény maximumára méretezhető, tehát nem külön tartalékkal, vagy me
5
to
IS
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
legvíztárolóval elégítjük ki a használati melegvízigénybeli csúcsokat, hanem a 18 hőcserélő találmány szerinti előnykapcsolásával. A szakirodalmi adatok szerint a fűtési hőszükséglet 100%-a az éves üzemidő 2%-ában (kb. 46 óra), a fűtési hőszükséglet 80%-a az éves üzemidő 8%~ában, az éves üzemidő 90%-ában viszont a számított hőszükségletnek legfeljebb csak 60%-a szükséges. így igen kicsi a valószínűsége annak, hogy ez a 2%-os fűtési hőszükségleéi csúcs és a napi 1—2 órás használati melegvízf-ogyasztási csúcs egybeessék. Amint azonban a fentiekben már kifejtettük, a találmány szerinti előnykap- csolással -ez is megn-yugtathatóan megoldható. A hőtermelő 40 egység tehát a legfejlettebb ismert megoldásokhoz képest 10%-kal kisebb tel- jesítményüre ‘választható, amivel komoly ‘költség ée+ü»élőanyag -takarítható meg. A 82, 34, 50', 92 szivattyúk -és a 18 hőcserélő teljeöítmén-yét, valamint a -aárt tágulási 46 tartályt természetesen -a mindenkort igényeknek megfelelően'kéll-megválasztani; l ----) A találmány ‘szerinti megoldás másik lényeges élőnye a '70 modul-egység kialakítása. -Ezzel a kaaánház alapterülete -mintegy 20—25%-kal csökkenthető. A 70 modul-egység ennélfogva gyárilag -sorozatban előregyártható, műszeresen beszabályozható, kipróbálható. Ezzel a helyszíni élőmunka 70—‘80%-kal csökkenthető. Továbhá, az előregyártéssal a'hidraulikus és villamos kapcsolatok minősége lényegesen jobb, mint a-z ismert megoldásoknál. A csövezés kialakítása optimálist megközelítő módon történhet, aminél a szubjektív tényezők szinte teljesen kizárhatók. Azzal, hogy a kis használati-melegvízf ogyasztási üzemszakaszokban a 18 hőcserélőt egyenáramban üzemeltetjük, annak hatásfokát szándékosan mintegy felére lerontjuk. Ezzel szemben az „előnykapcsolásban” a 18 hőcserélőt ellenáramban üzemeltetjük, amikoris igen jólhőátadási hatásfokot-érhetünk el. Ez a fentemlítetteken túlmenően azzal a járúlékos előnnyel is jár, hogy az 58 szabályozóegység automatikájának viszonylag lényegesen kevesebbszer kell ki-be -kapcsolnia, -amivel annak élettartama növelhető. A hőtermelő 1-0 egység lehet például távfűtési'forróvízvezeték is. Olyan megoldás is lehetséges továbbá, amelynél a 70 modul-egység több hőtermelő 10 egységgel van társítva.