СИСТЕМА ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована в системах отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования (коттеджи, сады, школы, бассейны, индивидуальные тепловые пункты жилых домов и микрорайонов), в тепловых сетях сельскохозяйственных и промышленных предприятий, в пищевой промышленности и др.
Теплоносителями в системах центрального отопления могут быть вода, пар и воздух, называемые, соответственно, системами водяного, парового или воздушного отопления. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки.
Наиболее распространенными для центрального отопления являются системы водяного отопления, обладающие высокими санитарно-гигиеническими качествами. Их устраивают во всех жилых зданиях высотой более двух этажей, в общественных и большинстве производственных зданий. Централизованное регулирование теплоотдачи приборов в этой системе достигается путем изменения температуры поступающей в них воды.
Системы водяного отопления различаются по способу перемещения воды и конструктивным решениям. Различают системы с естественным и принудительным (насосным) побуждением.
Одной из проблем в системах центрального отопления является поиск эффективности теплоотвода от нагретых устройств, снижение температурных нагрузок в периоды интенсивного понижения температуры окружающей среды, стоимости эксплуатации и габаритных размеров.
В качестве аналогов предлагаемой полезной модели рассмотрим отопления.
Известна водяная система теплоснабжения, включающая подающую и обратную магистрали, подающий и обратный трубопроводы системы отопления, трубопроводы холодной и горячей воды, причем вода на горячее водоснабжение берется из системы отопления (см. Ливчак И.О., «Квартирное отопление», М., 1982 г., с.130, рис.111.2-3).
Недостатком известного аналога является малая эффективность работы отопительных приборов.
Известна система теплоснабжения (патент RU 2304254 C1, F24D 3/02, опубл. 20.02.2006) содержащая ТЭЦ, прямой трубопровод, потребителей, обратный трубопровод, в цепь которого включен элемент подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки в виде теплообменника, вход которого со стороны подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки подключен к обратному трубопроводу подсистемы теплоснабжения  пиковой нагрузки через регулирующий орган, второй выход которого вместе с выходом теплообменника со стороны подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки связан с входом генератора тепловой энергии подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки, а его выход связан с потребителями подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки, при этом регулирующий орган с выходом управляющего устройства, входы которого подключены к датчикам температуры, расположенными на обратном трубопроводе когенерационной системы теплоснабжения и на обратном трубопроводе подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки.
Недостатком системы является тот факт, что изменение температуры теплоносителя от изменения внешней температуры у потребителей в системе теплоснабжения пиковой нагрузки осуществляется с запаздыванием, то есть нарушается температурный график, т.к. в теплообменнике подсистемы теплоснабжения пиковой нагрузки изменение температуры теплоносителя от ТЭЦ происходит с запаздыванием в связи с большой протяженностью трубопровода системы центрального теплоснабжения.
Известна система автономного теплоснабжения и горячего водоснабжения с естественной циркуляцией теплоносителя для зданий любой этажности с естественной циркуляцией теплоносителя (патент RU №2272221, МКИ 7 F24D 3/10, опубл. 20.03.2006). Эта система содержит теплогенератор, расширительный бак, который используется также как емкостный подогреватель и бак-аккумулятор горячей воды с поплавковым клапаном автоматического поддержания уровня воды в нем и контрольным переливным патрубком, главный стояк, соединяющий верхнюю точку водяной рубашки теплогенератора с дном расширительного бака, подающий трубопровод, соединяющий нижнюю часть боковых стенок расширительного бака со стояками теплоснабжения и стояками горячего водоснабжения, отопительные приборы, соединенные со стояками теплоснабжения, душевые сетки и краны горячей воды, соединенные со стояками горячего водоснабжения, стояки теплоснабжения и стояки горячего водоснабжения соединены в нижних точках с обратным трубопроводом, который соединен с нижней точкой водяной рубашки теплогенератора и образует единый контур циркуляции теплоносителя, стояки теплоснабжения и стояки горячего водоснабжения в верхней и нижней точках имеют краны для отключения.
Недостатком такой системы является относительно низкая надежность с учетом действия ряда факторов.
Наиболее близким по своей конструкции и технической сущности к предлагаемой полезной модели является система централизованного теплоснабжения здания, (патент RU 2200906 C1, МПК7 F24D 3/08, опубл. 20.03.2003), которая включает прямой и обратный трубопроводы тепловой сети, создающие совместно с контурами локальных систем теплоснабжения здания, использующих высокотемпературный теплоноситель и включающих контур системы горячего водоснабжения с узлом предварительного нагрева поступающей на водоразбор горячей воды, систему циркуляции сетевого теплоносителя. После контуров локальных систем, использующих высокотемпературный теплоноситель, перед узлом предварительного нагрева поступающей на водоразбор горячей воды включен контур систем отопления, использующих низкотемпературный теплоноситель, например систему отопления с нагревательными элементами, встроенными в полы.
Система централизованного теплоснабжения, принятая за прототип обладает рядом преимуществ, а именно круглосуточную повышенную эффективность работы и, следовательно, снижение себестоимости теплоснабжения.
Однако, несмотря на несомненные достоинства известной системы, следует отметить недостаток, присущий анализируемому техническому решению. Недостатком известной системы централизованного теплоснабжения является возможность использования его только для нагрева жидкости и отопления.
Известно, что при работе системы централизованного теплоснабжения здания сетевой теплоноситель, транспортируемый по прямому магистральному трубопроводу, имеет температуру до 150°C и поступает через тепловой пункт здания с температурой до 75°C для, горячего водоснабжения и систем отопления. Далее производится сброс сетевого теплоносителя из теплового пункта здания в обратный магистральный трубопровод тепловой сети.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных и эксплуатационных возможностей, за счет получения непосредственно в системе теплоснабжения альтернативного источника электрической энергии, не зависящей от внешних источников энергоснабжения.
Для достижения поставленной задачи предлагается система централизованного теплоснабжения, которая, как и наиболее близкая к ней, выбранная в качестве прототипа, содержит теплогенератор, трубопровод высокотемпературного носителя, систему водоразбора, трубопровод подвода холодной воды, и обратный трубопровод тепловой сети.
Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известной, принятой за прототип системы централизованного теплоснабжения, является то, что в зоне разницы температур трубопроводов, установлено устройство получения альтернативной электроэнергии, в виде термоэлектрических преобразователей, расположенных между пластинами-радиаторами, закрепленными на горячем и холодном трубопроводах.
Таким образом, возникают условия для использования теплообмена между горячими и холодными частями системы для установки устройства получения альтернативной электрической энергии.
Технический результат, достигаемый при создании полезной модели заключается в том, что предлагаемая система централизованного теплоснабжения, позволяет одновременно обеспечивать работу электроприборов с низким энергопотреблением, например, светодиодных ламп для освещения подъездов, различных помещений, питания радио и электроаппаратуры, а также наружного освещения, светорекламы, а это, в свою очередь, позволит значительно сократить энергопотребление от городской электросети.
Решение задачи, поставленной при создании предлагаемой полезной модели, стало возможным благодаря тому, что в зоне разницы температур трубопроводов, установлены термоэлектрические преобразователи Пельтье с электроизолирующим и защитным герметичным покрытием, при этом, термоэлектрические преобразователи выполнены в виде последовательно соединенных в электрическую сеть параллельных рядов термоэлементов, каждый из которых образован двумя ветвями, изготовленными из полупроводников n- и p-типа.
На основе эффекта Пельтье в мировой практике широко применяются термоэлектрические модули для охлаждения или нагрева различных деталей.
Однако, термоэлектрические преобразователи могут быть использованы и в «обратном порядке». Если одну сторону термоэлектрических модулей нагревать, а другую охлаждать, то в самом модуле возникает ЭДС, что принято обозначать термином «термоэлектричество».
Этот принцип образования электричества при разности температур нагревания предметов использован для решения поставленной задачи при создании предлагаемой полезной модели.
Таким образом, совокупность указанных выше условий позволяет решить поставленную задачу.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых представлен один из конкретных примеров реализации предлагаемой системы.
На Фиг.1 представлена общая схема системы централизованного теплоснабжения здания.
На Фиг.2 представлено устройство получения альтернативной электроэнергии.
Система централизованного теплоснабжения здания, включает трубопровод 1 подвода холодной воды, теплогенератор 2, трубопровод 3 высокотемпературного теплоносителя потребителей системы водоразбора 4, и обратный трубопровод 5 тепловой сети, возвращающий использованный теплоноситель в теплогенератор 2. В зоне максимальной разности температур, между трубопроводом 1 холодной воды и трубопроводом 3 высокотемпературного теплоносителя, установлено устройство 6 получения альтернативной электроэнергии, состоящее из пластин-радиаторов 7, присоединенных к трубопроводам 1 и 3 и, расположенных между ними наборов термоэлектрических преобразователей 8 с электроизолирующим и защитным герметичным покрытием, при этом термоэлектрические преобразователи выполнены в виде последовательно соединенных в электрическую сеть параллельных рядов термоэлементов, каждый из которых образован двумя ветвями, изготовленными из полупроводников n- и p-типа, а также устройство коммутации и распределения электроэнергии 9.
В качестве материалов термоэлементов могут быть использованы составы на основе теллурида висмута n-типа и p-типа проводимости. Наружные поверхности термоэлементов охвачены сплошным защитным покрытием из силиконового герметика, например, марки ВГО-1, который обеспечивает наиболее эффективную защиту термоэлектрического преобразователя, работающего в условиях цикличного изменения температур в широком диапазоне.
Холодная вода по трубопроводу 1 поступает в теплогенератор 2, где нагревается до заданной температуры и высокотемпературный теплоноситель по трубопроводу 3 транспортируется к потребителям квартирного водоразбора 4. Теплоноситель, отдав часть своего тепла потребителям квартирного водоразбора 4, возвращается по обратному трубопроводу 5 в теплогенератор 2.
К трубопроводам холодной воды 1 и высокотемпературного теплоносителя 3 закреплены (приварены), или зафиксированы иным способом, пластины-радиаторы 7 для увеличения площади контакта с наборами термоэлектрических преобразователей 8.
Устройство коммутации и распределения электроэнергии позволяет перераспределять электрическую энергию к различным источникам в зависимости от заданного потребления.
В процессе нагрева воды, вследствие разницы температур в трубопроводах, в результате действия известного эффекта Пельтье возникает Термо ЭДС, которая, посредством термоэлектрических преобразователей преобразуется в электроэнергию.
2
Существующие термоэлектрические преобразователи позволяют получать с поверхности площадью 0,0016 м до 3 Вт электроэнергии при разнице температур горячей и холодной сторон 100°. Эту энергию можно использовать для освещения, например, с помощью светодиодных ламп. Светодиодный светильник со световым потоком, равным световому потоку 40 ваттной лампы накаливания, потребляет 4 Вт электроэнергии.
2
Применение предлагаемой системы при тепловой мощности 10-12 кВт, эффективная общая поверхность теплообмена будет составлять 0,65 м. С этой площади возможно подучить не 160 Вт электроэнергии при разнице температур и греющей среды даже в 45°.
Таким образом, предлагаемая система централизованного теплоснабжения, помимо своей основной функции, является самостоятельным, не связанным с городской электросетью, альтернативным источником получения электрической энергии, обеспечивающей возможность работы электроприборов с низким энергопотреблением, например, светодиодных ламп для освещения подъездов многоквартирных домов, различных помещений, а также наружного освещения, а это позволит значительно экономить электроэнергию.