ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ С ТЕРМОГИДРАВЛИЧЕСКИМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЕМ СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области промышленной теплоэнергетики и может применяться в тепловых пунктах жилых, общественных, административных и производственных зданий для обеспечения потребителей тепловой энергией на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.
Известен автоматизированный тепловой пункт системы отопления (Патент на изобретение №2300709 МПК F24D 3/08, F24D 19/10, 2007), содержащий подающий трубопровод тепловой сети с установленным на нем регулятором расхода, подающий и обратный трубопроводы системы отопления, насос смешения, регулятор отопления, входы которого соединены с датчиками температур в системе отопления и окружающей среде, водонагреватель системы горячего водоснабжения, включенный между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, а управляющий вход регулятора расхода соединен с выходом узла управления, вход которого соединен с датчиками параметров системы отопления. В качестве насоса смешения применен насос с частотным преобразователем.
Недостатком указанной системы является то, что она не обеспечивает постоянство расхода воды в системе отопления при изменении водоразбора.
Известна автономная система отопления на основе термогидроконструктора (Патент на полезную модель РФ №38044, МПК F24D 3/02, 2004 г.). Автономная система отопления на основе термогидроконструктора, включает первичный контур, в состав которого входит, по крайней мере, один термогидравлический распределитель и, по крайней мере, один насос, по крайней мере, один вторичный контур, в состав которого входит, по крайней мере, один котел и насос, и, по крайней мере, один вторичный контур, в состав которого входит объект потребления тепла и насос, вторичные контуры подключены параллельно первичному контуру путем соединения подающей и обратной труб вторичного контура с соответствующими патрубками термогидравлического распределителя, вторичные контуры относительно друг друга подсоединены к первичному контуру последовательно. Термогидроконструктор содержит термогидравлические распределители разных номинальных размеров и позволяет соединять их между собой различным образом для конкретных применений. Соотношение величин диаметров труб термогидравлических распределителей термогидроконструктора (2:1) таковы и расстояние между подающим и обратным патрубком вторичных контуров на термогидравлических распределителях выбрано таким образом, чтобы обеспечить минимальное влияние насосов первичного и вторичного контуров друг на друга и на распределение давления в остальной системе.
Недостатком указанной системы является то, что поддержание стабильности расхода воды возможно только при выключенном насосе смешения.
Известен тепловой пункт с одноступенчатой схемой присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения (ГВС) с зависимым присоединением систем отопления при отсутствии регуляторов расхода теплоты на отопление в центральном тепловом пункте (ЦТП) и индивидуальном тепловом пункте (ИТП) (СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов»), выбранный в качестве прототипа. Указанный тепловой пункт включает подающий и обратный трубопроводы, на которых установлены измерительные приборы и арматура, с подключенным по параллельной схеме водоподогревателем ГВС с циркуляционным трубопроводом, фильтром, обратным клапаном и трубопроводом подпитки из водопровода с подпиточным насосом и фильтром, а также регулятором температуры воды на ГВС.
Недостатком указанного теплового пункта является то, что при переменном характере нагрузки ГВС в течение суток и дней недели происходит изменение расхода сетевой воды на подогреватели ГВС в первичном контуре, это может привести к тому, что при максимальной величине горячего водоразбора прекратится отопление зданий, подключенных к тепловой сети. Кроме этого, происходит отклонение от нормативной величины расхода воды через водогрейные котлы, что недопустимо по технологическим требованиям.
Технический результат заявляемой полезной модели заключатся в обеспечении постоянства расхода сетевой воды через источник теплоснабжения и независимости расхода воды на отопление при изменении нагрузок системы горячего водоснабжения и вентиляции.
Технический результат достигается тем, что тепловой пункт с термогидравлическим распределителем централизованной системы теплоснабжения, содержащий подающий и обратный трубопроводы тепловой сети, подающий трубопровод системы отопления, соединенный с обратным трубопроводом системы отопления перемычкой, содержащей насос смешения; подающий и обратный трубопроводы системы горячего водоснабжения с водонагревателем и регулятором подачи теплоты, вход которого соединен с датчиком температуры системы горячего водоснабжения; подающий и обратный трубопроводы системы вентиляции с воздухонагревателем, дополнительно содержит термогидравлический распределитель, подключенный к подающему и обратному трубопроводам тепловой сети и образующий с ними первичный контур, а с трубопроводами системы отопления, системы горячего водоснабжения и системы вентиляции - вторичные контуры, при этом каждый вторичный контур содержит низконапорный циркуляционный насос, установленный на его подающем трубопроводе, а насос смешения подключен к частотному преобразователю.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, приведенными на фиг.1-3.
На фиг.1 приведена схема теплового пункта с термогидравлическим распределителем систем централизованного теплоснабжения.
На фиг.2 приведены графики расходов сетевой воды, воды на отопление и ГВС теплового пункта систем централизованного теплоснабжения (прототип).
На фиг.3 приведены графики расходов сетевой воды, воды на отопление и ГВС теплового пункта с термогидравлическим распределителем систем централизованного теплоснабжения.
Тепловой пункт с термогидравлическим распределителем содержит: термогидравлический распределитель (ТГР) 1 образующий первичный контур с подающим трубопроводом тепловой сети 2 и обратным трубопроводом тепловой сети 3. ТГР 1 является перемычкой (байпасом) большого диаметра, приблизительно в 3 раза превышающего максимальный диаметр присоединяемых трубопроводов.
Вторичный контур системы отопления включает подающий трубопровод системы отопления 4, обратный трубопровод системы отопления 5, соединенные перемычкой, включающей насос смешения 6 соединенный с частотным преобразователем 8, содержащим контроллер. Датчики температуры 7 подключены к контроллеру частотного преобразователя 8. На подающем трубопроводе системы отопления 4 до точки смешения установлен низконапорный циркуляционный насос 9 системы отопления.
Вторичный контур системы горячего водоснабжения включает подающий трубопровод системы горячего водоснабжения 10, обратный трубопровод системы горячего водоснабжения 11, подключенные по одноступенчатой схеме к водоподогревателю ГВС 12, циркуляционный контур ГВС включающий подающий трубопровод циркуляционного контура 13, обратный трубопровод циркуляционного контура 14 с трубопроводом подпитки 15 из хозяйственно-питьевого водопровода. На подающем трубопроводе системы горячего водоснабжения 10 установлен низконапорный насос 16 системы горячего водоснабжения и регулятор подачи теплоты на горячее водоснабжение 17, получающий сигнал от датчика температур 7, установленного на подающем трубопроводе циркуляционного контура 13 ГВС. На трубопроводе подпитки 15 установлен водомер 18. Циркуляцию горячей воды у потребителей обеспечивает циркуляционный насос 19 ГВС установленный в обратном трубопроводе циркуляционного контура 14.
Вторичный контур системы вентиляции включает подающий трубопровод системы вентиляции 20, обратный трубопровод системы вентиляции 21, подключенные к воздухоподогревателю 22. В подающем трубопроводе системы вентиляции 21 установлен низконапорный насос 23.
На входе в тепловой пункт установлен узел учета тепловой энергии и теплоносителя, состоящий из датчика расхода воды 24, датчиков температуры 7 и теплосчетчика 25. На напорных трубопроводах после насосов установлены обратные клапана 26 и запорная арматура 27.
Тепловой пункт с термогидравлическим распределителем работает следующим образом. Горячая вода от источника централизованного теплоснабжения по подающему трубопроводу тепловой сети 2 поступает в ТГР 1. ТГР 1 выполняет функцию коллектора нулевого перепада давления, чем обеспечивает как независимость контуров потребителей от источника, так и потребителей друг от друга. Горячая вода выходит из ТГР 1 по трем подающим трубопроводам: подающему трубопроводу системы отопления 4, по подающему трубопроводу системы горячего водоснабжения 10 и по подающему трубопроводу системы вентиляции. Циркуляция воды обеспечивается: во вторичном контуре системы отопления низконапорным циркуляционным насосом 9, во вторичном контуре системы горячего водоснабжения низконапорным циркуляционным насосом 16, во вторичном контуре системы вентиляции низконапорным циркуляционным насосом 23. При работе системы отопления по температурному графику отличному от графика 95/70°С включается насос смешения 6. Импульсы от датчиков температур 7, установленных на подающем трубопроводе системы отопления 4, до и после точки смешения, и на обратном трубопроводе системы отопления 5 попадают в контроллер, который выдает управляющий сигнал на частотный преобразователь 8, регулирующий частоту вращения вала насоса смешения 6, тем самым создавая нужный коэффициент смешения, и получая на выходе подающего трубопровода системы отопления 4 воду с параметрами соответствующими температурному графику.
Выходя из ТГР 1, вода по подающему трубопроводу системы горячего водоснабжения 10 поступает в водоподогреватель 12. Регулирование температуры горячей воды в подающем трубопроводе циркуляционного контура 13 осуществляют регулятором подачи теплоты 17, получающим сигнал от датчика температуры 7, установленного на подающем трубопроводе циркуляционного контура 13. Охлажденная вода после водоподогревателя 12 по обратному трубопроводу системы горячего водоснабжения 11 возвращается в ТГР 1. После водоразбора у потребителя вода системы горячего водоснабжения по обратному трубопроводу циркуляционного контура 14 возвращается в водоподогреватель 12. Циркуляция в этом контуре обеспечивается циркуляционным насосом 19 ГВС. По трубопроводу подпитки 15 холодная вода из хозяйственно-питьевого водопровода поступает в теплообменник 12.
Выходя из ТГР 1 вода по подающему трубопроводу системы вентиляции 20 поступает в воздухоподогреватель 22. Отдав тепло, вода возвращается в ТГР 1 по обратному трубопроводу системы вентиляции 21. В воздухоподогревателе 22 происходит нагрев воздуха для системы вентиляции. Низконапорный насос 23 обеспечивает циркуляцию воды во вторичном контуре системы вентиляции.
Охлажденная после всех потребителей вода из ТГР 1 по обратному трубопроводу тепловой сети 3 возвращается на источник теплоснабжения. Надежный режим работы ТГР 1 обеспечивается следующими условиями подключения потребителей тепловой энергии. Расход воды в подающем трубопроводе тепловой сети 2 должен составлять не менее 110% от суммарного расхода воды всех подключенных потребителей (системы отопления, горячего водоснабжения и вентиляции). Этим предотвращается подмешивание холодной воды из обратных трубопроводов: систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции (5, 11, 21). Подводимая к ТГР тепловая энергия передается к потребителям в необходимом количестве, невостребованное количество тепловой энергии пройдя через ТГР по обратному трубопроводу тепловой сети 3 возвращается на источник теплоснабжения.
Применение заявляемого технического решения устраняет влияние горячего водоразбора на систему отопления жилых, общественных, административных и производственных зданий, что подтверждено при помощи математического моделирования и серии экспериментов на опытном образце. Результаты эксплуатации в отопительном сезоне показали эффективность применения теплового пункта с термогидравлическим распределителем, что подтверждают графики приведенные на фиг.2 и фиг.3. На фиг.2 приведены графики зависимости расхода воды на отопление, ГВС и суммарного расхода сетевой воды при различных k - коэффициентах водоразбора системы горячего водоснабжения теплового пункта систем централизованного теплоснабжения (прототип):
o
График 1 характеризует расход воды на систему отопления G при k=2;
o
График 2 - расход воды на систему отопления G при k=1,6;
o
График 3 - расход воды на систему отопления G при k=1,2;
o
График 4 - расход воды на систему отопления G при k=0,8;
o
График 5 - расход воды на систему отопления G при k=0,4;
o
График 6 - расход воды на систему отопления G при k=2,4;
gws
График 7 - расход воды на систему горячего водоснабжения G при k=0,4;
gws
График 8 - расход воды на систему горячего водоснабжения G при k=0,8;
gws
График 9 - расход воды на систему горячего водоснабжения G при k=1,2;
gws
График 10 расход воды на систему горячего водоснабжения G - при k=1,6;
gws
График 11 - расход воды на систему горячего водоснабжения G при k=2;
gws
График 12 - расход воды на систему горячего водоснабжения G при k=2,4;
k
График 13 - суммарный расход сетевой воды G при k=2,4;
k
График 14 - суммарный расход сетевой воды G при k=2
k
График 15 - суммарный расход сетевой воды G при k=1,6;
k
График 16 - суммарный расход сетевой воды G при k=1,2;
k
График 17 - суммарный расход сетевой воды G при k=0,8;
k
График 18 - суммарный расход сетевой воды G при k=0,4.
н
3
3
3
3
3
3
Из графиков, приведенных на фиг.2 видно, что, например, при температуре наружного воздуха t=2°С при изменении расхода воды с 1,6 м/ч при коэффициенте водоразбора системы горячего водоснабжения k=0,4 (график. 7) до 9,4 м/ч при k=2,4 (график 12) расход воды на систему отопления изменяется соответственно с 7,4 м/ч (график 5) до 6,7 м/ч (график 6). Расход сетевой воды изменяется с 16,1 м/ч (график 13) до 8,9 м/ч (график 18).
На фиг.3 приведены графики зависимости расхода воды на отопление, ГВС и суммарного расхода сетевой воды при различных k - коэффициентах водоразбора системы горячего водоснабжения теплового пункта с термогидравлическим распределителем систем централизованного теплоснабжения:
График 1 характеризует расход сетевой воды Gk, практически не меняющийся, несмотря на суточные колебания коэффициента водоразбора системы горячего водоснабжения.
График 2 - расход воды на систему отопления Go, который всегда постоянен и не зависит от изменения коэффициента водоразбора.
График 3 - расход воды на горячее водоснабжение Ggws при k=2,4;
График 4 - расход воды на горячее водоснабжение Ggws при k=0,4;
График 5 - расход воды на горячее водоснабжение Ggws при k=0,8;
График 6 - расход воды на горячее водоснабжение Ggws при k=1,2;
График 7 - расход воды на горячее водоснабжение Ggws при k=1,6;
График 8 - расход воды на горячее водоснабжение Ggws при k=2.
н
3
3
3
Из графиков, приведенных на фиг.3 видно, что при аналогичных условиях расход воды на систему отопления остается неизменным и равным расходу воды при расчетной температуре наружного воздуха t=-30°C 6,7 м/ч (график 2). Расход сетевой воды также остается неизменным и равным 17,3 м/ч (график 1). По сравнению с расходом сетевой воды при расчетной температуре наружного воздуха 16,3 м/ч изменение расхода составляет 7%.
Таким образом, тепловой пункт с термогидравлическим распределителем централизованной системы теплоснабжения обеспечивает постоянство расхода сетевой воды через источник теплоснабжения и независимость расхода воды на отопление при изменении нагрузок системы горячего водоснабжения и вентиляции.