СИСТЕМА ТЕПЛО- И ХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ ЖИЛОГО ПОМЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к теплотехнике, в частности к системам холодоснабжения и теплоснабжения жилых домов.
В настоящее время наибольшее распространение получило снабжение горячей водой от ТЭЦ (см. книгу Варфоломеев Ю.М., Кокорин О.Я. Отопление и тепловые сети: - М. ИНФРА-М, 2005). Энергетический показатель использования теплотворной способности топлива, сжигаемого в паровых котлах высокого давления, обеспечивается нагревом воды для сетей теплоснабжения зданий от тепла конденсации пара в электрогенераторах, что обеспечивает высокие энергетические показатели при одновременном совпадении близком к 100% потреблению, вырабатываемых при сжигании топлива, электроэнергии и тепла, поскольку температура наружного воздуха ночью зимой понижается на 10°÷12°C, а бытовые тепловыделения незначительны, потребность жилого здания в тепле для систем отопления и вентиляции вырастает до расчетных величин, а потребление электроэнергии снижается до 5÷6% от расчетного дневного. При падении спроса на электроэнергию от ТЭЦ снижается тепловая производительность паровых котлов, и это вызывает пропорциональное снижение выработки тепла, что ведет к пропорциональному снижению энергетической эффективности работы ТЭЦ. В ночные зимние дни для обеспечения зданий горячей водой включаются тепловые водогрейные котлы, что значительно снижает энергетическую эффективность получения на ТЭЦ тепла для систем теплоснабжения жилых зданий.
w
Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является известная система тепло- и холодоснабжения, содержащая систему водяного отопления, приточно-вытяжную систему вентиляции в жилом помещении, включающую секцию адиабатного увлажнения, систему горячего водоснабжения (ГВС) с нагревом воды до t, равной 55°C для горячего водоснабжения и оборудование для охлаждения летом помещений до санитарной нормы, а также центральный пульт автоматического управления, установку утилизации низкопотенциального тепла приточно-вытяжной вентиляции и теплой канализационной воды от моек, душа и ванной, включающую тепловой насос нагрева воздуха и тепловой насос нагрева воды в ночные часы и систему трубопроводов циркуляции воды с клапанами и автоматическими вентилями (см. патент на полезную модель №108561, кл. F24F 5/00, 20.09.2011).
Однако отсутствие микропроцессорной системы управления не позволяет полной мере использовать возможности системы тепло- и холодоснабжения жилого помещения, что приводит увеличению расхода электрической и тепловой энергии на создание оптимального микроклимата в жилом помещении.
Задачей полезной модели является устранение отмеченных выше недостатков.
Технический результат заключается в снижении расхода электрической и тепловой энергии на поддержание в жилом помещении оптимальных для жизни условий.
w
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что система тепло- и холодоснабжения содержит систему водяного отопления, приточно-вытяжную систему вентиляции в жилом помещении, включающую секцию адиабатного увлажнения, систему горячего водоснабжения (ГВС) с нагревом воды до t, равной 55°C для горячего водоснабжения и оборудование для охлаждения летом помещений до санитарной нормы, а также центральный пульт автоматического управления, установку утилизации низкопотенциального тепла приточно-вытяжной вентиляции и теплой канализационной воды от моек, душа и ванной, включающую тепловой насос нагрева воздуха и тепловой насос нагрева воды в ночные часы и систему трубопроводов циркуляции воды с клапанами и автоматическими вентилями, при этом пульт автоматического управления выполнен в виде центрального программируемого контроллера, подключенного к установленным в жилом помещении датчикам контроля температуры воздуха, датчику температуры наружного воздуха, таймеру контроля времени суток, электродвигателю компрессора теплового насоса нагрева воздуха, электродвигателю теплового насоса нагрева воды в ночные часы, электродвигателям насосов циркуляции воды, приводу клапана подачи воды на орошение гигроскопического материала в секции адиабатного увлажнения, клапанам на трубопроводах циркуляции воды, а также приводам автоматических вентилей прямого (открытый зимой) и обратного (закрытый зимой) действия на трубопроводах циркуляции воды.
На чертеже представлена принципиальная схема системы тепло- и холодоснабжения жилого помещения.
w
Система тепло- и холодоснабжения содержит систему водяного отопления 1, приточно-вытяжную систему вентиляции 2 в жилом помещении, включающую секцию адиабатного увлажнения 3, систему горячего водоснабжения 4 (ГВС) с нагревом воды до t, равной 55°C для горячего водоснабжения и оборудование для охлаждения летом помещений до санитарной нормы, а также центральный пульт автоматического управления 5, установку утилизации низкопотенциального тепла 6 приточно-вытяжной вентиляции 2 и теплой канализационной воды от моек, душа и ванной 17, включающую тепловой насос нагрева воздуха 7 и тепловой насос нагрева воды 8 в ночные часы и систему трубопроводов циркуляции воды с клапанами 18 и автоматическими вентилями 16, Пульт автоматического управления 5 выполнен в виде центрального программируемого контроллера 9, подключенного к установленным в жилом помещении датчикам контроля температуры воздуха 10, датчику температуры наружного воздуха 11, таймеру контроля времени суток 12, электродвигателю 13 компрессора теплового насоса нагрева воздуха 7, электродвигателю 14 теплового насоса нагрева воды 8 в ночные часы, электродвигателям насосов 14 циркуляции воды, приводу клапана подачи воды (не показан) на орошение гигроскопического материала в секции адиабатного увлажнения 3, клапанам 18 на трубопроводах циркуляции воды, а также приводам автоматических вентилей 16 прямого (открытый зимой) и обратного (закрытый зимой) действия на трубопроводах циркуляции воды.
Функционирование системы тепло- и холодоснабжения осуществляется путем автоматического управления работой системы тепло- и холодоснабжения с помощью центрального программируемого контроллера 9, который выбирает режимы работы по показаниям датчика контроля температуры наружного воздуха 11 и по таймеру контроля времени суток 12. В 23:00 каждых суток зимой от команды таймера контроля времени суток 12 включаются электродвигатели 13 и 14, соответственно компрессора теплового насоса нагрева воздуха 7, теплового насоса нагрева воды 8 и электродвигатели насосов 15.
Теплая канализационная вода от моек, душа и ванной, собранная в баке 19, из верхней части последнего через фильтр 20 поступает в теплообменник 21 и нагревает до порядка 9°C воду, которая поступает в испаритель теплового насоса нагрева воды 8, и после охлаждения в нем до температуры порядка 4°C, снова возвращается для нагрева в теплообменник 21. За счет полученного тепловым насосом 8 нагрева воды, последний в конденсаторе нагревает до 60°C воду, которую подают в пластинчатый теплообменник 22, для нагрева в последнем холодной водопроводной воды в систему горячего водоснабжения 4 и рециркуляционной воды системы горячего водоснабжения 4, а датчики системы горячего водоснабжения 4 контролируют в последней накопление горячей воды с температурой 55°C в баках системы горячего водоснабжения 4, и при их полном заполнении датчики системы горячего водоснабжения подают сигнал на подачу горячей воды с температурой 60°C в пластинчатый теплообменник 23 для нагрева до 40°C воды, которую ночью зимой накапливают для дневного расхода в теплообменниках системы водяного отопления 1, что позволяет использовать электронагреватель 24 только для ночного отопления жилого помещения.
В 7:00 утра от таймера контроля времени суток 12 поступает команда на остановку электродвигателей 13 и 14 тепловых насосов нагрева воздуха 7 и воды 8, а охлажденную за ночь канализационную воду из бака 19 сбрасывают в канализационный коллектор. Одновременно накопленную в баках 25 системы водяного отопления 1 воду с температурой 40°C подают в теплообменники системы водяного отопления 1 и калорифер 26 для отопления жилого помещения, а если в дневные часы зимой для систем отопления и вентиляции накопленного в ночные часы тепла в баках 25 будет недостаточно, то датчик контроля температуры в баках 25 включит электронагреватель 24.
Если для горячего водоснабжения днем не хватит нагретой водопроводной воды с температурой 55°C, накопленной в ночные часы в баках системы горячего водоснабжения 4, то по сигналу датчик системы горячего водоснабжения 4 включит электронагреватель системы горячего водоснабжения.
При повышении температуры наружного воздуха зимой до -3°C отключают электродвигатель 13 компрессора теплового насоса нагрева воздуха 7 и подачу горячей воды в калорифер 26 прекращают, а в установке утилизации тепла 6 приточно-вытяжной вентиляции используют тепловую энергию отводимого из жилого помещения воздуха для нагрева подаваемого в жилое помещение воздуха. Горячая вода из баков 25 системы водяного отопления 1 будет подаваться только в теплообменники системы водяного отопления, что приводит к сокращению расход горячей воды из баков 25, что обусловит сокращение продолжительности работы в ночные часы электродвигателя 14 теплового насоса нагрева воды 8 и сокращение расхода для систем отопления и вентиляции электроэнергии на выработку тепла.
При температуре наружного воздуха >17°C потребуется расход холода через калорифер 26, наличие которого будет обеспечиваться от работы в ночные часы электродвигателя 15 компрессора теплового насоса нагрева воды 8. В этом режиме в испарителе теплового насоса нагрева воды 8 будет охлаждаться вода, которая с 10°C ночью будет накапливаться в баках 25, а днем она будет расходоваться для охлаждения приточного воздуха в калорифере 26 и охлаждения внутреннего воздуха в помещении в теплообменниках системы водяного отопления и холод для охлаждения помещений в дневные часы достигается в испарителе теплового насоса нагрева воды 8 как побочный продукт работы в ночные часы компрессора теплового насоса нагрева воды 8 для накопления в баках системы горячего водоснабжения 4 нагретой водопроводной воды до 55°C для использования днем горячей воды в жилом помещении.
Работа основного оборудования системы тепло- и холодоснабжения по описанной схеме в ночные часы увеличивает ночное потребление в жилых домах вырабатываемой на ТЭЦ электроэнергии, что одновременно повысит выработку тепла конденсации пара на нагрев воды для теплоснабжения жилых домов из централизованных теплосетей, и это увеличит энергетический показатель использования теплотворной способности топлива. Поэтому жильцы жилого помещения, например частного дома или многоквартирного дома с теплоснабжением по описанной схеме будут платить за тепло на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение в три раза меньше существующих тарифов за тепло, что позволит не менее чем в два раза сократить оплату за услуги жилищно-коммунального хозяйства и решить важнейшую социальную проблему.
Предлагаемая система тепло- и холодоснабжения не содержит местных котлов для сжигания топлива на нагрев воды, а использует для выработки тепла бытовые тепловые выбросы, что обеспечивает высокое экологическое качество данной системы. Получение холода для охлаждения бытовых помещений квартир летом для жильцов не требует дополнительных капитальных затрат и дополнительной оплаты, т.к. получаемый холод является побочным продуктом выработки в ночные часы от работы теплового насоса нагрева воды системы горячего водоснабжения.