Система теплохладоснабжения
Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к централизованному теплоснабжению и холодоснабжению. Система теплохладоснабжения, включающая абсорбционную холодильную машину (АБХМ), испаритель которой подключен к подающему и обратному трубопроводу холодоснабжения, а конденсатор и абсорбер АБХМ расположены на трубопроводе холодной воды и дополнительном контуре охлаждения с градирней. К подающему и обратному трубопроводу холодоснабжения подключен аккумулятор холода. Технический результат - бесперебойное обеспечение потребителя требуемым количеством теплоты на нужды вентиляции и отопления в холодный период года, на нужды ГВС круглогодично и требуемым количеством холода, соответствующего температурного уровня в любой период года при обеспечении регулирования уровня холодоснабжения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к централизованному теплоснабжению и холодоснабжению.
Известны следующие схемы теплоснабжения: двухступенчатая схема присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения для жилых и общественных зданий и жилых микрорайонов с зависимым присоединением систем отопления в центральном тепловом пункте (ЦТП) и индивидуальном тепловом пункте (ИТП) и двухступенчатая схема присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения для жилых и общественных зданий и жилых микрорайонов с независимым присоединением систем отопления в ЦТП и ИТП (Своды правил по проектированию и строительству 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов»), представляющие собой схемы теплового пункта, обеспечивающего круглогодичную нагрузку потребителя на горячее водоснабжение (ГВС) и сезонную нагрузку на отопление. Недостатками описанных выше схем являются отсутствие возможности централизованного снабжения потребителей холодом и отсутствие систем аккумуляции теплоты и холода. Таким образом, задача, заключающаяся в возможности снабжения потребителей как теплотой, так и холодом (в первую очередь для целей вентиляции и кондиционирования жилых, общественных и производственных помещений), известна и является актуальной.
Известно решение данной задачи (см. патент на изобретение RU 2518777, опубл. 2014), сочетающее эффективное использование энергоресурсов за счет применения систем аккумулирования с минимизацией затрат электроэнергии на выработку холода за счет использования для выработки холода абсорбционной холодильной машины (АБХМ). В энергетической установке из RU 2518777 аккумуляторы тепловой энергии и АБХМ подключаются к сетям централизованного теплоснабжения и представляют собой усовершенствованное оборудование теплового пункта. Известная из RU 2518777 установка излишне сложна и малоэффективна для использования совместно с сетями центрального теплоснабжения из-за избыточного количества теплообменного оборудования и средств аккумулирования теплоты, при недостаточном и в результате малоэффективном использовании АБХМ совместно с оборудованием теплового пункта.
В свою очередь, предлагаемое изобретение, представляющее собой систему теплохладоснабжения, позволит преодолеть существующие недостатки и обеспечит бесперебойное обеспечение потребителя требуемым количеством теплоты на нужды вентиляции и отопления в холодный период года, на нужды ГВС круглогодично и требуемым количеством холода, соответствующего температурного уровня в любой период года при обеспечении регулирования уровня холодоснабжения. Предложенная система теплохладоснабжения предусматривает использование двухступенчатой схемы присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения, включающей подающий трубопровод, обратный трубопровод, трубопровод холодной воды, трубопровод горячей воды, трубопровод циркуляции горячего водоснабжения, водоподогреватели горячего водоснабжения первой и второй ступеней. В системе теплохладоснабжения к подающему трубопроводу подключены аккумулятор теплоты и генератор АБХМ, соединенные с трубопроводом холодной воды конденсатором и абсорбером АБХМ и аккумулятор холода, присоединенный к испарителю АБХМ.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена двухступенчатая схема присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения, где генератор АБХМ - 1; конденсатор АБХМ - 2; дросселирующий вентиль - 3; регенеративный теплообменник АБХМ - 4; дросселирующий вентиль - 5 испаритель АБХМ - 6; абсорбер АБХМ - 7; циркуляционный насос АБХМ - 8; градирня - 9; циркуляционный насос водооборотного контура АБХМ - 10; трехходовой клапан - 11; запорно-регулирующие устройства - 12, 13, 14, 15, 16; водоподогреватель ГВС второй ступени - 17; запорно-регулирующие устройства - 18, 19, 20; запорно-регулирующие устройства - 21, 22, 23, 24, 25; водоподогреватель ГВС первой ступени - 26; запорно-регулирующие устройства - 27, 28, 29, 30, 31, 32; насос контура аккумулирования тепла - 33; запорно-регулирующие устройства - 34, 35; аккумулятор теплоты - 36; запорно-регулирующее устройство - 37; насос контура аккумулирования холода - 38; насос контура аккумулирования теплоты - 39; запорно-регулирующие устройства - 40, 41, 42; аккумулятор холода - 43; обратные клапаны - 44, 45, 46; запорно-регулирующие устройства - 47, 48; циркуляционный насос хладоносителя - 49; обратный клапан - 50; подающий трубопровод - 51; обратный трубопровод - 52; трубопровод холодной воды - 53; трубопровод горячей воды - 54; трубопровод циркуляции ГВС - 55. На схеме разные контуры теплоносителей и оборудование обозначены разным типом линий: основная - теплообменное, регулирующее и насосное оборудование; тонкая - внутренний контур АБХМ (абсорбент/хладагент); основная пунктирная - контур ГВС; тонкая пунктирная - водооборотный контур АБХМ; утолщенная - контур сетевой воды; тонкая пунктирная с двумя штрихами - контур хладоносителя.
Система теплохладоснабжения работает следующим образом.
Из тепловой сети по подающему трубопроводу 51 к тепловому пункту поступает под давлением нагретый теплоноситель, разделение его расхода на составляющие осуществляется следующим образом: запорно-регулирующее устройство 35 регулирует расход теплоносителя через аккумулятор теплоты 36 (теплоноситель, пройдя аккумулятор теплоты, возвращается в обратный трубопровод тепловой сети 52); запорно-регулирующее устройство 14 регулирует расход теплоносителя, идущего к системам вентиляции, отопления, ГВС и выработки холода; запорно-регулирующее устройство 15 регулирует расход теплоносителя, идущий к системе вентиляции (теплоноситель после системы вентиляции возвращается в обратный трубопровод тепловой сети перед теплообменником ГВС первой ступени 26); запорно-регулирующее устройство 16 регулирует расход теплоносителя, идущий в подогреватель второй ступени ГВС 17.
Пройдя теплообменники системы ГВС, греющий теплоноситель возвращается в обратный трубопровод тепловой сети; запорно-регулирующее устройство 22 регулирует расход теплоносителя, идущий к генератору АБХМ (пройдя генератор АБХМ греющий теплоноситель либо возвращается в обратный трубопровод тепловой сети перед подогревателем ГВС первой ступени, либо поступает в систему теплоснабжения потребителей, либо часть расхода возвращается в обратный трубопровод, а часть расхода поступает в систему отопления, расход греющего теплоносителя, возвращающегося в обратный трубопровод после генератора АБХМ, регулируется запорно-регулирующим устройством 21, а расход греющего теплоносителя, поступающего в систему отопления после генератора АБХМ, регулируется запорно-регулирующим устройством 20); запорно-регулирующее устройство 18 регулирует расход теплоносителя, идущий непосредственно к системе отопления потребителей (потребитель может быть подключен как по зависимой, так и по независимой схеме). Пройдя систему отопления здания, греющий теплоноситель возвращается в обратный трубопровод тепловой сети.
Греющий теплоноситель после системы отопления, генератора АБХМ, системы вентиляции и подогревателя ГВС второй ступени смешивается в обратном трубопроводе и поступает в подогреватель ГВС первой ступени 26, расход греющего теплоносителя через подогреватель ГВС первой ступени регулируется запорно-регулирующим устройством 24. Генератор АБХМ 1 может работать как последовательно, так и параллельно с системой отопления. Расход холодной воды, идущей на нужды ГВС, распределяется следующим образом: расход холодной воды, идущий к подогревателю первой ступени ГВС, регулируется запорно-регулирующим устройством 25; холодная вода (весь расход, либо часть его) может предварительно нагреваться в конденсаторе АБХМ 2 и абсорбере АБХМ 7. Соединение конденсатора 2 и абсорбера 7 с трубопроводом холодной воды позволяет улучшить эксплуатационные характеристики АБХМ - снизить температуры конденсации и абсорбции, а также снизить тепловую нагрузку на горячее водоснабжение за счет предварительного подогрева холодной воды в конденсаторе и абсорбере.
Расход холодной воды через конденсатор АБХМ регулируется запорно-регулирующим устройством 19; в случае если холодную воду необходимо нагревать только в конденсаторе АБХМ, то запорно-регулирующие устройства 27 и 47 закрыты, а 19 и 48 открыты, тогда, пройдя конденсатор АБХМ, холодная вода поступает в подогреватель ГВС первой ступени; в случае если холодную воду необходимо нагревать только в абсорбере АБХМ, то запорно-регулирующие устройства 19 и 48 закрыты, а 27 и 47 открыты, тогда, пройдя абсорбер АБХМ, холодная вода поступает в подогреватель ГВС первой ступени; в случае если холодную воду необходимо нагревать и в конденсаторе АБХМ и в абсорбере АБХМ (в таком случае температура абсорбции внутри АБХМ поддерживается выше температуры конденсации), то запорно-регулирующие устройства 47 и 48 закрыты, а 19 и 27 открыты, тогда, пройдя конденсатор АБХМ и абсорбер АБХМ, холодная вода поступает в подогреватель ГВС первой ступени; после подогревателя ГВС первой ступени холодная вода смешивается с водой системы циркуляции ГВС из трубопровода циркуляции ГВС 55 и поступает в подогреватель ГВС второй ступени 17 и далее через трубопровод ГВС 54 к потребителю ГВС.
Водооборотная система для отвода теплоты от АБХМ работает следующим образом: в случае если расхода холодной воды, идущей на нужды ГВС, недостаточно для отвода теплоты от конденсатора АБХМ и абсорбера АБХМ, необходимо включение водооборотного контура; охлажденная вода после градирни 9 подается к конденсатору АБХМ и абсорберу АБХМ, циркуляция охлажденной воды осуществляется циркуляционным насосом 10, трехходовой клапан 11 служит для разделения расхода оборотной воды на расход, идущий к конденсатору АБХМ, и расход, идущий к абсорберу АБХМ; запорно-регулирующее устройство 13 служит для регулирования расхода оборотной воды через конденсатор АБХМ. Запорно-регулирующее устройство 30 служит для регулирования расхода оборотной воды через абсорбер АБХМ; запорно-регулирующие устройства 12, 29 и 31 служат для переключения схемы движения оборотной воды, в случае если запорно-регулирующие устройства 12 и 31 закрыты, а запорно-регулирующее устройство 29 открыто, происходит последовательное движение оборотной воды через конденсатор АБХМ и абсорбер АБХМ. В случае если запорно-регулирующие устройства 12 и 31 открыты, а запорно-регулирующее устройство 29 закрыто, происходит независимое (параллельное) движение оборотной воды через конденсатор АБХМ и абсорбер АБХМ.
Схема АБХМ вписана в технологическую схему следующим образом. В генераторе 1 за счет теплоты греющего теплоносителя происходит выпаривание хладагента (вид хладагента зависит от типа АБХМ, также в зависимости от типа АБХМ в генератор может быть встроена ректификационная колонна и дефлегматор). Выпаренный в генераторе хладагент поступает в конденсатор АБХМ 2, где конденсируется, отдавая теплоту либо холодной воде, идущей на нужды ГВС, либо водооборотной воде, возможно также, что часть теплоты конденсации снимается водооборотным циклом, а часть холодной водой, идущей на нужды ГВС. Слабый (по хладагенту) раствор из генератора АБХМ дросселируется через вентиль 5 в абсорбер АБХМ, предварительно пройдя теплообменник растворов 4, где отдает теплоту крепкому раствору, идущему из абсорбера АБХМ в генератор АБХМ; после конденсации в конденсаторе АБХМ хладагент дросселируется вентилем 3 в испаритель 6 АБХМ. В испарителе поддерживается такое давление, при котором температура испарения соответствует требуемому уровню получаемого холода с учетом конечной разности температур между хладагентом и хладоносителем в испарителе АБХМ; пар хладагента из испарителя АБХМ поступает в абсорбер АБХМ 7, где абсорбируется слабым (по хладагенту) раствором. В результате абсорбции паров хладагента слабым раствором образуется крепкий раствор, теплота абсорбции отдается либо холодной воде, идущей на нужды ГВС, либо водооборотной воде, возможно также, что часть теплоты конденсации снимается водооборотным циклом, а часть холодной водой, идущей на нужды ГВС. Крепкий раствор из абсорбера АБХМ подается циркуляционным насосом 8 обратно в генератор АБХМ, предварительно пройдя теплообменник растворов.
Схема аккумулирования холода работает следующим образом: запорно-регулирующее устройство 28 регулирует расход хладоносителя через потребителя холода и систему аккумулирования холода. В часы, когда величина холодопотребления потребителя ниже производительности АБХМ, происходит заряд аккумулятора холода 43, запорно-регулирующие устройства 39 и 40 закрыты, а запорно-регулирующие устройства 41 и 42 открыты, таким образом хладоноситель частично направляется к потребителю холода, а частично к аккумулятору холода (либо только к аккумулятору холода). Запорно-регулирующее устройство 41 регулирует расход хладоносителя через аккумулятор холода в процессе зарядки. В часы, когда величина холодопотребления потребителя выше производительности АБХМ, происходит разряд аккумулятора холода. Запорно-регулирующие устройства 39, 40 и 42 открыты, а запорно-регулирующее устройство 41 закрыто, с помощью насоса 38 осуществляется прокачка хладоносителя из обратного трубопровода от потребителя холода через аккумулятор холода в обратном направлении (происходит процесс разряда аккумулятора). В случае необходимости отключения аккумулятора холода от системы закрываются запорно-регулирующие устройства 41 и 42. Аккумулятор холода 43 позволяет снизить расчетную холодопроизводительность АБХМ, а также «сгладить» переменный график холодопотребления и обеспечить работу АБХМ без резкопеременных режимов, что в свою очередь ведет к более стабильному теплопотреблению всей схемы во времени.
Система аккумулирования теплоты работает следующим образом. В часы, когда величина потребления тепловой энергии генератором АБХМ ниже, чем позволяет обеспечить пропускная способность подающего трубопровода, либо в часы, когда АБХМ не работает, по причине отсутствия нагрузки по холоду, происходит заряд аккумулятора теплоты 36, запорно-регулирующие устройства 32 и 37 закрыты, а запорно-регулирующие устройства 34 и 35 открыты. Таким образом, греющий теплоноситель частично направляется к генератору АБХМ, а частично к аккумулятору теплоты. Запорно-регулирующее устройство 35 регулирует расход теплоносителя через аккумулятор теплоты в процессе зарядки. В часы, когда величина потребления тепловой энергии генератором АБХМ выше, чем позволяет обеспечить пропускная способность подающего трубопровода, происходит разряд аккумулятора теплоты. Запорно-регулирующие устройства 32, 35 и 37 открыты, а запорно-регулирующее устройство 34 закрыто. С помощью насоса 33 осуществляется прокачка греющего теплоносителя из обратного трубопровода тепловой сети через аккумулятор теплоты в обратном направлении (происходит процесс разряда аккумулятора). Для предотвращения обратного течения воды после насосов предусмотрены обратные клапаны 44, 45, 46, 50. Т.к. аккумулятор теплоты 36 подсоединен параллельно к тепловой сети, а не последовательно, появляется возможность исключать его из работы системы при необходимости. Такое же подключение аккумулятора теплоты 36 позволяет при необходимости увеличить расход горячей воды на входе в систему за счет одновременного потребления горячей сетевой воды из подающего трубопровода тепловой сети и аккумулятора теплоты при включении насоса 33 (т.е. создания контура рециркуляции через заряженный аккумулятор).
1. Система теплохладоснабжения, включающая участки подающего и обратного трубопроводов тепловой сети, к которым подключено теплообменное оборудование горячего водоснабжения, аккумулятор теплоты, абсорбционную холодильную машину (АБХМ), испаритель которой подключен к подающему и обратному трубопроводу холодоснабжения, отличающаяся тем, что конденсатор и абсорбер АБХМ расположены на трубопроводе холодной воды и дополнительном контуре охлаждения с градирней.
2. Система теплохладоснабжения по п. 1, отличающаяся тем, что к подающему и обратному трубопроводу холодоснабжения подключен аккумулятор холода.
