СПОСОБ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
METHOD OF HEAT SUPPLY

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к теплоснабжению, и может быть использовано в системах теплоснабжения при независимой схеме присоединения к источнику теплоты потребителя одного или нескольких видов тепловой нагрузки (отопление, вентиляция, кондиционирование, система горячего водоснабжения).
Известен способ теплоснабжения, выбранный в качестве аналога, в котором используются два теплоносителя. Первичный высокотемпературный теплоноситель, получая тепло на источнике теплоты (в котле), движется в наружных теплопроводах. Вторичный низкотемпературный теплоноситель, получающий тепло от первичного в теплообменнике на вводе здания, переносит его по прямому разводящему теплопроводу в отдельные отопительные приборы и возвращается к теплообменнику по обратной трубе. По способу создания циркуляции воды данные системы бывают гравитационные и насосные (Отопление и вентиляция, учебник для вузов. В 2-х ч. Ч.1. Отопление. Изд 3-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1975. 483 с., П.Н.Каменев, А.Н.Сканави и др., стр. 13-15, рис.16).
Недостатки известной системы теплоснабжения в том, что при гравитационной циркуляции низкотемпературного и высокотемпературного теплоносителей между ними возникают неравные гидравлические и тепловые условия, что ограничивает протяженность системы теплоснабжения. При насосной циркуляции в системе теплоснабжения присутствует обязательное потребление энергии в контурах высокотемпературного и низкотемпературного теплоносителей, например электрической, кроме того, применение насосов с электроприводом для обеспечения циркуляции теплоносителей при повышении эффективности работы снижает надежность функционирования системы теплоснабжения и увеличивает материальные затраты на эксплуатацию.
Также известна система теплоснабжения, где циркуляция низкотемпературного теплоносителя в системе теплопотребления осуществляется путем преобразования напора сетевой воды (высокотемпературного теплоносителя) в напор воды отопительного контура (напор низкотемпературного теплоносителя), при помощи напорного преобразователя типа "труба в трубе", содержащего внутренний шнек, выполненный из магнитного материала и расположенный на подшипниках внутри трубы, по которой протекает вода отопительного контура, поступающая из приборов по обратному стояку через теплообменник, внешний шнек, выполненный из магнитного материала на цилиндрическом контуре, установленном в подшипниках снаружи трубы в пространстве между трубой и наружной трубой, где протекает горячая сетевая вода, поступающая в напорный преобразователь по трубе (см. патент РФ №2151344 «Система водяного отопления», опубл. 20.06.2000 г.).
Недостатком данного способа теплоснабжения является низкий коэффициент трансформации напора сетевой воды (высокотемпературного теплоносителя) в напор воды отопительного контура (напор низкотемпературного теплоносителя) непосредственно в напорном преобразователе вследствие присутствующих механических потерь вращающегося механизма шнека и потерь в магнитопроводе, низкий коэффициент теплопередачи между греющей и нагреваемой средой в устройстве теплообмена и его относительно большая площадь поверхности, низкий коэффициент теплоотдачи теплоиспользующих приборов, склонность к образованию отложений теплоносителей в контурах теплоиспользующего оборудования, отсутствие возможности самоочищения пространств циркуляции высокотемпературного и низкотемпературного теплоносителей, относительная сложность реализации данного способа.
Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение эффективности функционирования системы теплоснабжения при улучшении качества обеспечения одним или несколькими видами тепловой нагрузки системы теплопотребления (отопление, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение), а также повышение надежности теплоиспользующего оборудования с сокращением единовременных капитальных затрат в момент проектирования и монтажа подобных систем теплоснабжения при полном исключении материальных затрат на циркуляцию низкотемпературного теплоносителя и транспорт тепловой энергии в системе теплопотребления.
Технический результат достигается тем, что в системе теплоснабжения, реализующей осуществление теплопередачи между контурами высокотемпературного и низкотемпературного теплоносителей, где высокотемпературный теплоноситель изначально нагревают и обеспечивают его циркуляцию в своем контуре, а циркуляцию низкотемпературного теплоносителя в его собственном контуре осуществляют путем использования напора циркуляции высокотемпературного теплоносителя, за счет того что циркулирующий высокотемпературный теплоноситель принудительно тормозят до момента генерации гидравлического удара, который затем преобразуют в механический импульс, обеспечивающий циркуляцию низкотемпературного теплоносителя в его собственном контуре, а циркуляцию высокотемпературного и низкотемпературного теплоносителей, теплоотдачу в них, теплопередачу между ними осуществляют импульсно, причем скорость циркуляции высокотемпературного и низкотемпературного теплоносителей в своих отдельных контурах, теплоотдачу в них, теплопередачу между ними регулируют изменением частоты и/или амплитуды генерации гидравлического удара высокотемпературного теплоносителя.
Схема системы теплоснабжения, эксплуатация которой осуществляется по данному способу, представлена на Фиг.1.
Система теплоснабжения содержит высокотемпературный контур 1 и низкотемпературный контур 2, теплопередачу между которыми осуществляют посредством теплообменного устройства 3, причем высокотемпературный контур 1 содержит источник теплоты 4, циркулирующее устройство 5, устройство торможения 6 высокотемпературного теплоносителя, перед которым по ходу движения высокотемпературного теплоносителя установлен преобразователь импульса гидравлического удара 7, низкотемпературный контур содержит импульсный нагнетатель 8, механически связанный с преобразователем импульса гидравлического удара 7, и теплопотребляющее устройство 9.
Эксплуатацию системы теплоснабжения по предложенному способу осуществляют следующим образом (см. Фиг.1). Изначально осуществляют заполнение системы теплоснабжения по контурам высокотемпературного 1 и низкотемпературного 2 теплоносителей, после чего нагревают высокотемпературный теплоноситель в источнике теплоты 4 и осуществляют его циркуляцию циркулирующим устройством 5 через теплообменное устройство 3, по истечении заданного промежутка времени циркулирующий высокотемпературный теплоноситель принудительно тормозят устройством торможения 6 до момента генерации гидравлического удара высокотемпературного теплоносителя, который затем преобразуется в механический импульс посредством преобразователя импульса гидравлического удара 7 и используется в импульсном нагнетателе 8 для циркуляции теплоносителя низкотемпературного контура 2 через теплообменное устройство 3 и теплопотребляющее устройство 9, после чего процесс вновь повторяется в описанной выше последовательности.
На протяжении всего периода эксплуатации по предложенному способу циркуляцию высокотемпературного и низкотемпературного теплоносителей, теплоотдачу в них, теплопередачу между ними осуществляют импульсно, причем скорость циркуляции высокотемпературного и низкотемпературного теплоносителей в своих отдельных контурах, теплоотдачу в них, теплопередачу между ними регулируют изменением частоты и/или амплитуды генерации гидравлического удара высокотемпературного теплоносителя.
Временная диаграмма состояния тепловых и гидродинамических процессов, отражающая и наиболее полно раскрывающая суть предлагаемого способа теплоснабжения, представлена на Фиг.2.
Поскольку характер изменения во времени данных установившихся процессов имеет периодическую зависимость, то они представлены за период времени Т, при этом сами периодические процессы отображены вдоль оси ординат в виде прямоугольников, а временная шкала - вдоль оси абсцисс, что позволяет наглядно, по длине прямоугольника, оценить длительность каждого отдельного процесса, их взаимосвязи и присутствие величин перекрытия фаз между ними при эксплуатации системы теплоснабжения за период времени Т.
1
2
Нагревание высокотемпературного теплоносителя 10 и импульсная циркуляция высокотемпературного теплоносителя 11 в начале периода Т идут вместе, а после того как начинают осуществлять принудительное торможение высокотемпературного теплоносителя 12 с момента времени t в момент времени t импульсную циркуляцию высокотемпературного теплоносителя 11 полностью прекращают.
3
4
5
Принудительное торможение высокотемпературного теплоносителя 12 с момента времени t развитой фазы сопровождается началом преобразования импульса гидравлического удара 13 и с момента времени t импульсной циркуляцией низкотемпературного теплоносителя 14 вплоть до окончания периода принудительного торможения в момент времени t, после чего преобразование импульса гидравлического удара 13 и импульсная циркуляция низкотемпературного теплоносителя 14 продолжаются до полного окончания периода Т функционирования системы теплоснабжения.
Процесс нагревания высокотемпературного теплоносителя 10, процесс теплопередачи между высокотемпературным и низкотемпературным теплоносителями 15 и процесс теплоотдачи низкотемпературного теплоносителя 16 идут постоянно на протяжении всего установившегося периода Т функционирования системы теплоснабжения.
Использование настоящего способа обеспечивает повышение коэффициента теплопередачи со стороны высокотемпературного теплоносителя низкотемпературному в 1,5-2 раза за счет пульсирующего режима течения через устройство теплообмена, увеличивает срок службы и надежность теплоиспользующего оборудования, полностью исключает материальные затраты на транспорт низкотемпературного теплоносителя в системе теплопотребления, коэффициент теплоотдачи теплоиспользующих приборов также возрастает, кроме того, пульсирующее движение высокотемпературного и низкотемпературного теплоносителей реализует эффект самоочищения соответствующих пространств циркуляции их контуров.
Надежность способа теплоснабжения подтверждается простотой его реализации.