ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ
HEAT STATION

Изобретение относится к области теплофикации, и может быть использовано в закрытой системе централизованного теплоснабжения с качественным регулированием отпуска тепловой энергии, и предназначено для автоматического регулирования расхода теплоты на отопление и горячее водоснабжение в тепловых пунктах.
Известна схема гидравлического подключения систем отопления при автономном теплоснабжении [1], содержащая подающий и обратный трубопроводы ввода, подающий и обратный трубопроводы системы отопления с установленными на последнем корректирующим насосом, регулирующим трехходовым клапаном, перемычку, имеющую обратный клапан и соединяющую указанные трубопроводы. Регулирование теплоты на отопление производится трехходовым регулирующим клапаном, при работе которого сохраняется неизменность расхода сетевого теплоносителя. Недостатком схемы является увеличение расхода сетевого теплоносителя при подключении водоподогревателя горячего водоснабжения по указанной схеме к системе регулирования расхода теплоты на отопление.
Известна также схема теплового пункта, используемая в системе централизованного теплоснабжения г.Владимира [2], содержащая подающий и обратный трубопровод ввода с установленными на них ступенями водоподогревателя, подающий и обратный трубопровод системы отопления и гидроэлеватор, через который система отопления присоединена к трубопроводам ввода, причем вторая ступень водоподогревателя соединена с системой отопления по предвключенной схеме. Недостатком указанной схемы является непроизводительный расход теплоты на отопление при температурах наружного воздуха выше точки излома температурного графика и горячее водоснабжение при температурах наружного воздуха ниже точки излома температурного графика.
Указанные недостатки частично устранены в автоматизированном тепловом пункте с автоматическим регулированием расхода теплоты на отопление с зависимой схемой присоединения системы отопления к тепловой сети и системой горячего водоснабжения [3], содержащем подающий и обратный трубопроводы тепловой сети и системы отопления, перемычку, включающую последовательно соединенные насос и регулятор смешения, между упомянутыми трубопроводами, регулирующие клапаны расхода теплоты на отопление и горячее водоснабжение и двухступенчатый водоподогреватель с возможностью последовательного подключения второй ступени к подающему трубопроводу системы отопления.
Регулирование теплоты на отопление и горячее водоснабжение осуществляется регулирующими клапанами путем изменения расхода сетевого теплоносителя на вводе теплового пункта. Недостатком данного теплового пункта является изменение гидравлического режима работы тепловых сетей, вызванное работой регулирующих клапанов, что снижает надежность работы системы теплоснабжения. Влияние двукратного изменения расхода сетевого теплоносителя на гидравлический режим тепловых сетей приведена на диаграмме изменения пьезометрического графика тепловых сетей II очереди магистральных тепловых сетей г.Владимира, фиг.1. В качестве исходных приняты параметры теплоносителя на насосной станция подкачки (НСП) точка А и на вводе жилого дома точка В, расположенного в конце тепловой сети. На диаграмме:
- Р1* - давление в подающем трубопроводе, атм, до и после применения изобретения;
- Р2* - давление в обратном трубопроводе, атм, до и после применения изобретения;
- Р1 - давление в подающем трубопроводе, атм, после применения прототипа;
- Р2 - давление в обратном трубопроводе, атм, после применения прототипа;
Регулирование расхода теплоты в прототипе приведет к изменениям давления в тепловой сети, которые показаны на диаграмме. Изменения давления на НСП вызваны смещением рабочей точки на характеристике насоса. И поскольку насос установлен на подающем трубопроводе, при уменьшении сетевого расхода происходит рост напора в подающем трубопроводе тепловой сети. Уменьшение расхода в тепловой сети снижает гидравлические потери в трубопроводах тепловой сети, что приводит к увеличению давления в подающем трубопроводе и его снижению в обратном. Изменение расхода в тепловой сети асинхронно, но имеет характерные суточные максимумы и минимумы, связанные с особенностью нагрузки горячего водоснабжения. Указанные обстоятельства вызывают гидравлическую неустойчивость, которая снижает надежность работы системы теплоснабжения.
Изобретение позволяет сохранить гидравлическую устойчивость системы теплоснабжения за счет постоянства расхода сетевого теплоносителя.
Целью изобретения является обеспечение постоянного расхода теплоносителя при регулировании расхода теплоты на отопление и горячее водоснабжение в тепловом пункте.
Цель достигается следующим путем.
Тепловой пункт содержит подающий трубопровод 1 и обратный трубопровод 2 тепловой сети с установленными на них соответственно второй ступени 3 и первой ступени 4 водоподогревателя, подающий трубопровод 5 системы отопления, перемычку 6 с обратным клапаном 7, трубопровод 8 холодной и трубопровод 9 горячей воды, трехходовой клапан 10 отопления с погодным регулятором 11, имеющим датчик 12 температуры наружного воздуха и датчик 13 температуры теплоносителя в подающем трубопроводе 5 системы отопления, а также обратный трубопровод 14 системы отопления с насосом 15. Трубопровод 14 присоединен одновременно через первый вход трехходового клапана 10 отопления к первой ступени 4 водоподогревателя и через насос 15 и перемычку 6 к подающему трубопроводу 5. Трубопровод 8 холодной воды через первую ступень 4 водоподогревателя соединен с входом его второй ступени 3. Для обеспечения постоянного расхода сетевого теплоносителя выход второй ступени 3 водоподогревателя подключен ко второму входу трехходового клапана 10 отопления, а на трубопровод 9 горячей воды установлен смесительный клапан 16 прямого действия. К первому и второму входу смесительного клапана 16 по нагреваемой воде присоединены соответственно вход и выход второй ступени 3 водоподогревателя. Схема теплового пункта приведена на фиг.2 и работает следующим образом. Теплоноситель из трубопровода 1 тепловой сети проходит через вторую ступень 3 водоподогревателя и разделяется на два потока. Один поток поступает на один вход трехходового клапана 10 отопления непосредственно, а второй через трубопроводы 5 и 14 системы отопления на его другой вход. В трубопроводе 5 сетевой теплоноситель смешивается с теплоносителем, поступающим из обратного трубопровода 14 системы отопления через насос 15 и перемычку 6 с обратным клапаном 7. Насос 6 имеет функцию постоянного напора, что обеспечивает постоянство расхода в системе отопления, при неизменной ее гидравлической характеристике. Расход теплоты для отопления регулируется трехходовым клапаном 10 отопления, управляемым погодным регулятором 11. По информации о температуре с датчика 12 наружного воздуха и датчика 13 температуры теплоносителя в подающем трубопроводе 5 системы отопления погодный регулятор 11 управляет трехходовым клапаном 10 отопления и изменяет расход теплоносителя, поступающего в подающий трубопровод 5 системы отопления. Регулирование расхода теплоты на отопление осуществляется путем изменения соотношения потоков теплоносителя на входах трехходового клапана 10 отопления и сохранения расхода теплоносителя в трубопроводах тепловой сети постоянным.
Из трубопровода холодной воды нагреваемая вода проходит через первую и вторую ступени водоподогревателя. С выхода трехходового клапана 10 отопления теплоноситель поступает на первую ступень 4 водоподогревателя для основного нагрева воды. Дополнительный подогрев воды осуществляется второй ступенью 3 водоподогревателя. Регулирование температуры горячей воды происходит за счет смешивания ее потоков различной температуры на смесительном клапане 16 прямого действия. При температуре воды ниже 60°C клапан обеспечивает поступление горячей воды из второй ступени водоподогревателя. При этом через вторую ступень 4 проходит только часть общего потока нагреваемой воды, что снижает влияние второй ступени 4 водонагревателя на температуру теплоносителя, поступающего в систему отопления, и тепловую нагрузку на нее. За счет использования более высокопотенциального теплоносителя увеличивается эффективность работы первой ступени 3. При увеличении температуры горячей воды на выходе первого 16 смесительного клапана выше 60°C поступление воды из второй ступени 4 водонагревателя данным клапаном перекрывается. Регулирование расхода теплоты на горячее водоснабжение не оказывает влияния на расход сетевого теплоносителя.
Осуществление изобретения
Для выбора оборудования и применения изобретения в системе централизованного теплоснабжения выполнен расчет параметров схемы теплового пункта (температура и расход теплоносителя, температура горячей воды). Результаты расчета приведены на фиг.3. По методике изложенной в [Пособие Применения средств автоматизации Danfoss в тепловых пунктах систем централизованного теплоснабжения зданий. М.: ООО «Данфосс», 2007. С.50-57] выбрано регулирующее оборудование. На основании полученных данных с помощью программы CAS 200 Альфа - Лаваль выполнен расчет водоподогревателя и выбран его типоразмер. По выбранному размеру водоподогревателя с помощью той же программы для условий изменения температуры наружного воздуха в отопительном периоде и максимальных нагрузок горячего водоснабжения рассчитана температура горячей воды и теплоносителя на ступенях водонагревателя и теплового пункта.
По результатам работы модели теплового пункта построена диаграмма. На фиг.4 на диаграмме показан расход сетевого теплоносителя (G1), который сохраняется постоянным во всем диапазоне изменения нагрузок отопления и горячего водоснабжения. Снижение среднесуточной температуры теплоносителя (Т' ср. сут.), на выходе второй ступени водоподогревателя не превышает 3°C. Отклонение температуры горячей воды от установленного значения (60°C) находится в пределах нормы (<75°C).
3
Удельный расход сетевого теплоносителя равен 12,4 м/ч/Гкал.
Результаты работы модели подтверждают применимость изобретения в тепловом пункте для выполнения функций регулирования расхода теплоты на отопление и горячее водоснабжение при неизменном расходе теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, что обеспечивает гидравлическую устойчивость системы теплоснабжения.
Указанная в отличительной части изобретения совокупность существенных признаков, позволяющая достичь технического результата, не известна из уровня техники, что соответствует признаку новизна.
Источники информации
1. Гидравлическое подключение систем отопления при автономном теплоснабжении. Журнал АВОК, №3, 2005. С.64-67.
2. Отопление и вентиляция. Типовой проект жилого здания. ГУП «Владимиргражданпроект», г.Владимир.
3. Авторское свидетельство от 30.07.1986, SU 1413366, F24D 19/10.