Система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения

Авторы патента:

Третьякова Полина Александровна (RU)

F24D11/02 - с использованием тепловых насосов

Владельцы патента RU 2571361:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный архитектурно-строительный университет" (RU)

Изобретение относится к области теплоэнергетики и систем водоснабжения и может быть использовано при обеспечении потребителей теплотой, горячей и холодной водой. Система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения, включающая ТЭЦ, соединенную трубопроводами сетевой воды с рядом удаленных тепловых пунктами, каждый из которых оборудован теплонасосной установкой системы отопления и теплонасосной установкой системы горячего водоснабжения, содержащей испаритель и конденсатор. Вход испарителя подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, а указанный конденсатор своим входом подключен к трубопроводу прямой сетевой воды Выход испарителя подключен к трубопроводу обратный сетевой воды, а выход конденсатора подключен к тепловому потребителю. Таким образом обеспечивается снижение удельного расхода топлива на отпуск потребителя. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и систем водоснабжения и может быть использовано при обеспечении потребителей теплотой, горячей и холодной водой.

Из предшествующего уровня техники система централизованного теплоснабжения [SU 1800235 A1, МКИ⁵ F24D 11/02, опубл. 1993], включающая удаленные друг от друга основной и пиковый теплоисточники и потребитель, заключающаяся в подаче прямой сетевой воды по подающей магистрали от основного теплоисточника к пиковому и теплопотребителю и возврате обратной сетевой воды по обратной магистрали. Удаленный теплоисточник оборудован тепловым насосом, содержащим, по крайней мере, испаритель и конденсатор. В тепловом насосе часть тепла прямой сетевой воды используют для получения пара рабочего тела (в испарителе), а конденсацию отработавшего пара рабочего тела ведут обратной сетевой водой (в конденсаторе), при этом нагретую воду подают на смешение с прямой сетевой водой. В данной системе вход и выход испарителя теплового насоса подключены к трубопроводу прямой сетевой воды, вход конденсатора теплового насоса подключен к трубопроводу обратной сетевой воды, а выход конденсатора соединен с трубопроводом прямой сетевой воды.

Недостатком известной системы централизованного теплоснабжения является наличие на основном теплоисточнике (ТЭЦ) последовательно включенных в тракт обратной сетевой воды сетевых подогревателей нижнего и верхнего отборов для нагрева теплоносителя до температур, обусловленных графиком теплофикационной нагрузки, что приводит к высоким потерям теплоты в трубопроводах сетевой воды при передаче теплоносителя удаленным потребителям и к увеличению удельного расхода условного топлива на отпуск теплоты.

Известна система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения, включающая ТЭЦ, соединенную трубопроводом сетевой воды с удаленным тепловым пунктом, оборудованным тепловым насосом, содержащим, по крайней мере, испаритель и конденсатор, причем вход испарителя теплового насоса подключен к трубопроводу прямой сетевой воды [RU 2306489 C1, МПК F24D 11/02 (2006.01), опубл. 2007]. Конденсатор теплового насоса своим входом подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, а выходы испарителя и конденсатора теплового насоса подключены через баки-аккумуляторы к потребителям холодной и горячей воды соответственно. В систему введены пиковый водогрейный котел и второй тепловой насос, вход испарителя которого подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, а выход подключен через бак-аккумулятор к потребителю холодной воды, конденсатор второго теплового насоса подключен к тепловому потребителю, при этом выход обратной воды теплового потребителя подключен к входу конденсатора, а вход теплового потребителя подключен к выходу конденсатора через пиковый водогрейный котел.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является разработка экономичной системы централизованного теплоснабжения системы, обеспечивающей требование энергетической безопасности в части недопустимости использования монотоплива (газа) более половины топливного баланса городов и регионов [Энергетическая стратегия России на период до 2020 г., М., ГУ ИЭС, 2001], а также повышение экономических показателей электростанции за счет дополнительной выработки теплоты

При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в снижении удельного расхода топлива на отпуск потребителя, улучшении экологии как в обслуживаемых городах, так и в местах размещения ТЭС, где снижается тепловое загрязнение среды, повышении утилизации низкопотенциальных вторичных энергетических ресурсов ТЭЦ.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения, включающей ТЭЦ, соединенную трубопроводом сетевой воды с удаленным тепловым пунктом, каждый из которых оборудован тепловым насосом, содержащим, по крайней мере, испаритель и конденсатор, вход испарителя теплового насоса подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, а конденсатор теплового насоса своим входом подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, особенностью является то, что выход испарителя подключен к трубопроводу обратный сетевой воды, а выход конденсатора подключен к тепловому потребителю.

Система может включать в себя баки-аккумуляторы горячей воды системы отопления, баки-аккумуляторы воды системы ХВС и баки-аккумуляторы горячей воды системы ГВС.

Заявляемое конструктивное исполнение системы обеспечивает нагрев сетевой воды на ТЭЦ в теплообменниках за счет утилизации тепла, отводимого от конденсатора паровой турбины и от охлаждающей воды оборудования и механизмов энергоблока. Часть теплоносителя, отдавшего свое тепло теплонасосным установкам тепловых пунктов, возвращается на ТЭЦ по обратному трубопроводу сетевой воды, а часть забирается системой горячего водоснабжения потребителей. На вход испарителя теплового насоса системы горячего водоснабжения направляется в основном вода бытовых стоков потребителя, а прямая сетевая вода направляется в испаритель только при отсутствии или нехватки тепла бытовых стоков. Вода для восполнения отобранного теплоносителя и утечек перед химводоочисткой может поступать в теплообменник, в котором нагревается за счет утилизации тепла системы охлаждения узлов и механизмов электростанции и тепла, отводимого от конденсатора паровой турбины ТЭЦ.

На чертеже схематически изображена одна из возможных систем централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения.

Система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения содержит конденсатор 1 паровой турбины ТЭЦ, теплообменник 2 системы охлаждения узлов и механизмов, установку для очистки воды 3 (ХВО), бак запаса 4 воды, градирню 5, прямой 6 и обратный 7 трубопроводы сетевой воды и удаленные тепловые пункты 11 (тепловые потребители).

Каждый удаленный тепловой пункт 11 содержит теплонасосную установку системы отопления 8, теплонасосную установку системы горячего водоснабжения (ГВС) 9, бак-аккумулятор горячей воды системы горячего водоснабжения 12, бак-аккумулятор воды системы холодного водоснабжения 13, бак-аккумулятор 10 горячей воды системы отопления, бак-аккумулятор 14.

Каждый удаленный тепловой пункт оборудован тепловым насосом, содержащим испаритель и конденсатор, причем вход испарителя теплового насоса подключен к трубопроводу 6 прямой сетевой воды. Конденсатор теплового насоса своим входом подключен к трубопроводу 6 прямой сетевой воды. Выход испарителя подключен к трубопроводу 7 обратный сетевой воды, а выход конденсатора подключен к тепловому потребителю. Как вариант исполнения вход испарителя может подключен и к трубопроводу бытовых сточных вод, отводимых от потребителя, вход конденсатора подключен к трубопроводу 6 прямой сетевой воды, выход конденсатора подключен к баку-аккумулятору 10 горячей воды.

Система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения работает следующим образом.

Исходная вода подается по трубопроводу через теплообменник 2 на установку для очистки воды 3 и добавляется в бак запаса воды 4, куда также поступает вода из обратного трубопровода 7. Сетевая вода из бака запаса воды 4 нагревается в конденсаторе 1 паровой турбины и транспортируется по сетевому трубопроводу до удаленных тепловых пунктов 11, оборудованных компрессионными тепловыми насосами, а невостребованная вода охлаждается в градирне 5.

В теплонасосной установке системы отопления 8 низкопотенциальную теплоту воды трубопровода прямой 6 сетевой воды передают рабочему телу теплового насоса в испарителе, охлажденную в результате этого воду подают в обратный трубопровод 7. Конденсацию рабочего тела теплового насоса системы отопления производят обратной водой от тепловых пунктов 11 (теплового потребителя).

В теплонасосной установке системы горячего водоснабжения 9 рабочему телу теплового насоса в испарителе передают теплоту бытовых сточных вод и/или трубопровода прямой 6 сетевой воды, в результате этого охлажденную воду подают в трубопровод обратной 7 сетевой воды, а сточные воды уходят в канализацию. Конденсацию рабочего тела теплового насоса системы горячего водоснабжения осуществляют водой, подаваемой из трубопровода прямой 6 сетевой воды. Нагретую в конденсаторе сетевую воду до температуры горячего водоснабжения направляют в бак-аккумулятор горячей воды 12.

Из трубопровода 7 обратной сетевой воды при необходимости забирается холодная вода, которая заполняет бак-аккумулятор 13 и насосом направляется потребителю.

1. Система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения, включающая ТЭЦ, соединенную трубопроводами сетевой воды с рядом удаленных тепловых пунктами, каждый из которых оборудован теплонасосной установкой системы отопления и теплонасосной установкой системы горячего водоснабжения, содержащей, по крайней мере, испаритель и конденсатор, причем вход испарителя подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, при этом указанный конденсатор своим входом подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, отличающаяся тем, что выход испарителя подключен к трубопроводу обратный сетевой воды, а выход конденсатора подключен к тепловому потребителю.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что содержит бак-аккумулятор горячей воды системы отопления, бак-аккумулятор воды системы холодного водоснабжения и бак-аккумулятор горячей воды системы горячего водоснабжения.

Изобретение относится к способам аккумулирования энергии в когенерационных системах, работающих в цикле тригенерации, в системах извлечения геотермальной энергии абсорбционным тепловым насосом, в системах использования низкопотенциальной тепловой энергии с помощью абсорбционного теплового насоса.

Теплоаккумуляционная система // 2520003

Изобретение относится к теплоаккумуляционной системе. Теплоаккумуляционная система содержит, по меньшей мере, один тепловой резервуар и, по меньшей мере, одно устройство передачи тепловой энергии, выполненное с возможностью, по меньшей мере, время от времени передавать тепловую энергию, по меньшей мере, от одной первой секции теплового резервуара к по меньшей мере, одной второй секции теплового резервуара.

Способ посезонного использования низкопотенциального тепла приповерхностного грунта и скважинные теплообменники для осуществления вариантов способа // 2483255

Изобретение относится к технологиям и средствам автономного отопления объектов различного назначения с комплексным использованием, на основе скважинных циркуляционных систем закрытого типа и тепловых насосов, низкопотенциальных возобновляемых тепловых источников из окружающей среды.

Устройство с полезным использованием результатов работы теплового насоса // 2456512

Система централизованного тепло- и водоснабжения // 2416762

Изобретение относится к энергетике, а именно к централизованному теплоснабжению на основе использования низкопотенциальной теплоты отработавшей воды турбин ГЭС с помощью теплонасосных установок (ТНУ).

Способ использования теплоаккумуляционных свойств грунта // 2416761

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для энергетически и экологически эффективного теплохладоснабжения зданий и сооружений различного назначения.

Система горячего водоснабжения // 2386901

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для повышения эффективности и надежности работы системы горячего водоснабжения с тепловым насосом, утилизирующим тепло наружного воздуха.

Способ работы теплового генератора без потребления электрической энергии и устройство для его осуществления // 2374564

Изобретение относится к области работы систем отопления. .

Теплонасосная система теплохладоснабжения // 2351850

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для энергетического и экологически эффективного теплохладоснабжения зданий и сооружений различного назначения.

Способ утилизации низкопотенциального тепла // 2347145

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к установкам отопления и горячего водоснабжения небольших производственных помещений, индивидуальных жилых домов, отдельных сооружений при использовании низкопотенциальных природных источников тепла, хозбытовых стоков и других тепловых отходов.

Геотермальная теплонасосная система // 2591362

Предлагается устройство, содержащее теплонасосное оборудование и систему сбора низкопотенциальной теплоты грунта, состоящую из двух и более зон, параллельно подключенных к теплонасосному оборудованию, каждая из которых, в свою очередь, включает один и более вертикальных герметичных грунтовых теплообменников коаксиального типа с внутренней трубой, покрытой теплоизолирующим слоем пористого материала с замкнутыми порами. Каждая из зон грунтового теплообменника имеет гидравлически обособленный циркуляционный контур, соединенный с содержащим запас теплоносителя баком через питательный насос с обратным клапаном и байпасной линией, содержащей электроуправляемый сбросной вентиль. В каждой зоне питательный насос и сбросной клапан для автоматического управления подключены к контроллеру, соединенному с датчиком температуры на выходе из соответствующей зоны термоскважин. Кроме того, для повышения эффективности термоскважин эластичный материал с замкнутыми порами имеет профилированную наружную поверхность с кольцевыми или спиральными выступами. Использование изобретения позволяет повысить эффективность грунтового теплообменника. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ использования тепла приповерхностного грунта // 2615678

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах теплоснабжения зданий и сооружений различного назначения с применением тепловых насосов, обеспечивающих отопление, подогрев приточного вентиляционного воздуха и производство бытовой горячей воды. Осуществляют дополнительный подогрев грунта путем подачи стороннего источника тепла, в качестве которого используют солнечную радиацию, внутрь массива грунта, поглощения сконцентрированной солнечной радиации в приемнике солнечной радиации и передачи тепла в объем галечно-водяного теплообменника-накопителя, находящегося в тепловом контакте с грунтом. В течение всего года отбор низкопотенциального тепла и преобразование его с помощью теплонасосного цикла до более высокого уровня, удовлетворяющего требованиям систем отопления и горячего водоснабжения, проводят путем передачи тепла через теплообменник, подключенный к контуру испарителя теплового насоса. Изобретение позволяет повысить энергетическую эффективность процессов теплообмена, расширить области применения и снизить трудоемкость реализации способа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Система аккумулирования тепловой энергии, содержащая комплексную холодильно-нагревательную установку, и способ использования такой системы // 2635737

Изобретение относится к системе аккумулирования тепловой энергии, содержащей аккумулятор (2) энергии, обладающий вертикальным температурным градиентом, и внутреннюю комбинированную холодильно-нагревательную машину (15). Данная машина адаптирована для выведения энергии, соответствующей первой температуре, из аккумулятора энергии с одновременным возвратом энергии, соответствующей, после подогрева, второй, более высокой температуре, и энергии, соответствующей, после охлаждения, третьей, более низкой температуре. Изобретение относится также к способу использования системы аккумулирования тепловой энергии. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для рекуперации отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (снр) при пиковой электрической нагрузке и способ его работы // 2645652

Изобретение относится к устройству рекуперации отводимого отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке и к способу его работы. Устройство содержит внутреннюю секцию энергетической установки и теплообменную секцию, причем указанная внутренняя секция содержит теплообменник, электрический тепловой насос для рекуперации отработанного тепла, электрический тепловой насос для аккумуляции энергии, высокотемпературный /низкотемпературный баки для хранения воды, нагреватель тепловых контуров, клапаны и циркуляционные водяные насосы. Теплообменная секция содержит высокотемпературный и низкотемпературный баки для хранения воды, электрический тепловой насос, теплообменник, клапаны и циркуляционный водяной насос. Устройство может работать соответственно в периоды провала электрической нагрузки, неизменной электрической нагрузки и пиковой электрической нагрузки путем комбинации различных клапанных переключателей, причем высокотемпературный бак для хранения воды используют для балансировки разницы между количеством подводимого тепла в систему и тепловой нагрузкой, а низкотемпературный бак используют для стабилизации количества извлекаемого рекуперированного отведенного тепла, тем самым, решая проблему ограничения способности выработки электроэнергии при пиковой нагрузке из-за зависимости выработки электроэнергии и теплоснабжения в традиционном режиме работы «тепло обуславливает электричество», причем СНР устройство может участвовать в регулировании мощности энергосистемы, которое может быть улучшено таким образом, чтобы иметь дело с условием постоянно растущей разности между максимумом и минимумом электрической нагрузки, причем поглощающая способность энергосистемы для ветроэнергетики может быть улучшена, с тем чтобы снизить явление «приостановки вентилятора». 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ управления и устройство грунтового теплообменника // 2647263

Изобретение относится к области энергосбережения, в частности к использованию низкопотенциальной тепловой энергии грунтового массива с помощью тепловых насосов. Способ работы системы грунтовых теплообменников, использующей с помощью теплового насоса тепловую энергию или хладоресурс грунтового массива. При этом в грунтовом массиве размещено несколько грунтовых теплообменников вертикального типа с применением в качестве низконотенциального теплоносителя «ледяной воды». Так, в качестве теплоносителя используется вода, содержащая ледяную шугу, что позволяет обеспечить адаптацию системы к изменяющимся условиям поступления низкопотенциальной теплоты из грунтового массива. Также представлено устройство для реализации способа. Изобретение позволяет обеспечить авторегулирование системы грунтовых теплообменников без использования специальной регулирующей аппаратуры. 2 н. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.