СИСТЕМА ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ
WATER HEATING SYSTEM

Система водяного отопления предназначена для использования в системах централизованного теплоснабжения.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является система водяного отопления, содержащая подающую и обратную тепломагистрали, подающие и обратные трубопроводы местных подсистем отопления, подпитывающий трубопровод с ответвлениями, рекуперативный теплообменник с входами и выходами по сторонам нагревания и охлаждения, подсистемы отопления, параллельно присоединенные к подающей тепломагистрали через подпитывающий трубопровод [1].
Недостатком указанной системы является то, что она не может обеспечить поддержание требуемых температурных и гидравлических режимов работы подсистем отопления, непосредственно подключенных к выходным патрубкам рекуперативного теплообменника, в течение всего отопительного сезона, поскольку рекуперативный теплообменник в различные периоды отопительного сезона будет работать с переменными теплопроизводительностью и температурными режимами. В результате рекуперативный теплообменник с поверхностью нагревания, выбранной для работы в каких-либо расчетных условиях, при других условиях будет иметь либо избыточную поверхность нагревания, либо недостаточную. Кроме того, в наиболее близкой системе отсутствует регулирование расхода подпиточной воды, подаваемой в подсистемы отопления непосредственно из подающей тепломагистрали, необходимое для поддержания нормативных значений температур в подающих и обратных их трубопроводах.
Недостатком системы [1] также является то, что она не может быть использована для подключения двухтрубных систем отопления при работе тепломагистралей по температурным графикам выше 120-70°С и для однотрубных систем отопления при работе тепломагистралей по температурным графикам выше 140-70°С.
Целью изобретения является:
1. - повышение эффективности работы подсистем отопления, подключенных к подающей тепломагистрали через рекуперативный теплообменник и подсистем отопления, непосредственно подключенных к подающей тепломагистрали;
2. - расширение области применения системы при работе тепловых сетей с температурными графиками выше 140-70°С для однотрубных систем отопления и для двухтрубных систем отопления при работе тепловых сетей с температурными графиками выше 120°С.
1. Первая поставленная цель достигается тем, что система водяного отопления (фиг.1), содержащая подающую 1 и обратную 2 тепломагистрали, подающие 3 и обратные 4 трубопроводы местных подсистем отопления 5, 6, 7, 8, подпитывающие трубопроводы 9, рекуперативный теплообменник 10 с входами 11, 12 и выходами 13, 14 по сторонам нагревания и охлаждения, подсистемы отопления 7 и 8, параллельно присоединенные к подающей тепломагистрали 1 через подпитывающие трубопроводы 9, оборудована регулирующими клапанами 15, 16, 17, установленными на подпитывающих трубопроводах 9, управляемыми регуляторами температуры 18, 19 и 20 с датчиками температуры (Dт) на подающих 3 и обратных 4 трубопроводах местных подсистем отопления 5, 6, 7, 8, а рекуперативный теплообменник 10 для возможности управления температурными режимами работы подсистем отопления 5 и 6, непосредственно подключенных к его выходным патрубкам 13 и 14, снабжен обводным трубопроводом 21 по стороне нагревания с установленным на нем трехходовым регулирующим клапаном 22, управляемым регулятором температуры 23 с датчиками температуры (Dт) на подающих 3 и обратных 4 трубопроводах указанных подсистем отопления (5 и 6). Это дает возможность оптимизировать температурный режим работы подсистем отопления (5 и 6). Например, при работе системы (фиг.1) на различные фасады зданий и в случаях, когда теплопотребляющие установки работают с различными температурными графиками.
2. С целью возможности использования системы отопления с рекуперативным теплообменником по п.1 для подключения однотрубных и двухтрубных систем отопления к тепломагистралям, работающим с температурными графиками 140-70°C÷150-70°C и выше, обратный трубопровод подсистемы отопления 5, подключенной непосредственно к выходному патрубку рекуперативного теплообменника 10 по стороне охлаждения подключен к входному патрубку 13 рекуперативного теплообменника 10 по стороне нагревания через подающие 3 и обратные 4 трубопроводы одной (фиг.2, поз.6) или нескольких (фиг.3, поз.6, 6.1) дополнительных подсистем отопления, непосредственно подключенных к подающей тепломагистрали 1 через регулирующие клапаны (фиг.2 поз.17 и фиг.3 поз.17, 17.1), управляемые регуляторами температуры (фиг.2 поз.20 и фиг.3 поз.20, 20.1) с датчиками температуры на подающих 3 и обратных 4 трубопроводах подсистем отопления (фиг.2 поз.6 и фиг.3 поз.6, 6.1). В результате, в схемах (фиг.2 и фиг.3) можно увеличить расход воды через рекуперативный теплообменник по стороне нагревания, т.е. охлаждающей воды до требуемых значений при использовании систем (фиг.2 и фиг.3) для подключения как однотрубных, так и двухтрубных систем отопления к тепломагистралям, работающим практически с любыми температурными графиками и, в том числе, с наиболее широко используемым в современных системах централизованного теплоснабжения графиком 150-70°С. Расчеты показывают, что при подключении к тепломагистралям, работающим с температурными графиками 150-70°С, однотрубных систем отопления, достаточно дополнить схему (фиг.1) одной дополнительной подсистемой отопления (фиг.2 поз.6), а для подключения двухтрубных систем отопления - двумя дополнительными подсистемами (фиг.3 поз.6, 6.1). В некоторых случаях необходимое соотношение расходов по сторонам охлаждения и нагревания рекуперативного теплообменника может быть выдержано путем использования обводного трубопровода 21 с трехходовым регулирующим клапаном 22.
Причем регулирование расхода теплоносителя, подаваемого в подсистемы отопления через регулирующие клапаны, может осуществляться регуляторами температуры по температуре воды в подающих трубопроводах подсистем отопления с коррекцией по температуре воды в обратных трубопроводах подсистем отопления или с коррекцией по температуре воздуха в отапливаемых помещениях как в зависимости от температуры наружного воздуха, так и в зависимости от температуры теплоносителя в подающей тепломагистрали.
Система водяного отопления (фиг.2) работает следующим образом. Горячая сетевая вода из подающего трубопровода 1 теплосети поступает в подпитывающие трубопроводы 9 через установленные на них регулирующие клапаны 15, 16 и 17 с регуляторами температуры соответственно 18, 19 и 20. При этом через регулирующий клапан 15 сетевая вода сначала поступает в рекуперативный теплообменник 10, где охлаждается в расчетный период до температуры 95°С - для двухтрубных систем, и до 105°С - для однотрубных систем отопления, а затем поступает в подающий трубопровод 3 подсистемы отопления 5, из которой по обратному трубопроводу 4 подается в подающий трубопровод 3 подсистемы отопления 6 вместе с подмешанной к ней водой из подпитывающего трубопровода 9, количество которой регулируется клапаном 17, управляемым регулятором температуры 20, поддерживающим температуру воды в подающем трубопроводе 3 подсистемы отопления 6 по заданному температурному графику в зависимости от температуры наружного воздуха или температуры воды в подающей тепломагистрали, измеряемых с помощью датчиков температуры Dт, с коррекцией по температуре воды в обратном трубопроводе 4 или по температуре воздуха в отапливаемых помещениях.
Соответственно в подающий трубопровод 3 подсистемы 6 и рекуперативный теплообменник 10 по стороне нагревания поступает расход воды (при работе теплосети по графику 150-70°С и подсистем отопления по графику 105-70°С) в 1,78 раза больше, чем расход воды, прошедший через регулирующий клапан 15 и рекуперативный теплообменник 10 по стороне охлаждения. Последнее позволяет охладить сетевую воду в рекуперативном теплообменнике 10 со 150 до 105°С и соответственно нагреть обратную воду после подсистемы 6 с 70 до 105°С при частичном пропуске обратной воды из подсистемы 6 через трехходовой клапан 22 и обводной трубопровод 21 рекуперативного подогревателя 10. Причем в рассмотренном случае относительная тепловая мощность подсистем отопления 6 и 7 должна быть больше мощности подсистемы 5 в 1,78 раза, а мощность подсистемы 8 соответственно должна быть больше мощности 6 и 7 подсистем отопления также в 1,78 раза или по отношению к мощности подсистемы 5 в 3,16 раза, поскольку расход подмешиваемой воды через клапаны 16 и 17 при указанных графиках 150-70°С в первичной теплосети и 105-70°С в подсистемах отопления 5, 6, 7, 8 составляет величину, равную 0,78 от расхода воды в обратных трубопроводах подсистем отопления 5 и 7. При работе тепломагистралей по температурному графику 150-70°С, а местных подсистем по графику 95-70°С требуется циркуляционный контур подсистем отопления 5 и 6 дополнить подсистемой 6.1 до входного патрубка 12 рекуперативного теплообменника 10 (фиг.3).
В последнем случае расход воды, поступающей в рекуперативный теплообменник 10 по стороне нагревания, будет в 2,1 раза больше расхода воды, поступающей из подающей тепломагистрали в рекуперативный теплообменник 10 по стороне охлаждения через клапан 15, поскольку в этом случае в подающем трубопроводе подсистемы 6 расход воды возрастет в 1,45 раза по сравнению с расходом в подсистеме 5, а в подсистемах 6.1 и 7 расход воды возрастет в 1,45 раза по сравнению с расходом воды в подсистеме 6. Соответственно расход воды в подсистеме 8 также возрастет в 1,45 раза по сравнению с расходом воды в подсистемах отопления 6.1 и 7. При этом первичная сетевая вода охладится в рекуперативном теплообменнике со 150°С до 95°С, а обратная вода после подсистем 5, 6, 6.1 нагреется с 70°С до 96°С.
Таким образом, в тепловой схеме (фиг.3) практически достигаются требуемые температурные и гидравлические режимы работы всех подключенных к первичной теплосети подсистем отопления при соблюдении точного распределения тепловых нагрузок между ними в следующем процентном соотношении от общей тепловой нагрузки:
- Подсистема 5 -10,3%
- Подсистема 6 - 14,5%
- Подсистемы 6.1 и 7 - по 21,6%
- Подсистема 8 - 32,0%
В целом количество подключенных к теплосети подсистем и их тепловые нагрузки определяются расчетным путем в каждом конкретном случае в зависимости от температурного графика работы тепловых сетей и местных систем отопления.
В представленных выше тепловых схемах (фиг.1, 2 и 3) последние подсистемы отопления (соответственно 7 и 8 на фиг.1 и 8 на фиг.2 и 3) могут быть исключены. Тогда в первом случае (фиг.2) мощность подсистемы 5 должна составлять от общей тепловой нагрузки - 22,0%, а мощность подсистем 6 и 7 - по 39,0%. Во втором случае (фиг.3) мощность подсистемы 5 должна составлять от общей тепловой нагрузки - 15,0%, мощность подсистемы 6 - 21,0%, а мощность подсистем 7 и 8 - по 32,0%.
Минимальное количество подключенных подсистем отопления возможно при работе тепловых сетей с температурными графиками 120-70°С÷130-70°С. В последнем случае достаточно подключенную отопительную нагрузку разделить на две равные части между двумя подсистемами отопления.
Использованная литература
1. SU 1135972 A, F24D 11/00.
Л.Ф.Краснощеков и Е.Л.Трухманов.
№2977205/29-33 от 01.09.80, бюл. №3, 23.01.85.