Способ и устройство теплоснабжения

Авторы патента:

F24D10/00 - Системы отопления для жилых и других зданий

Владельцы патента RU 2625055:

Пузырёв Евгений Михайлович (RU)

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для автономного теплоснабжения - отопления и горячего водоснабжения жилых, промышленных и сельскохозяйственных помещений от внешнего источника тепла низкого потенциала с использованием тепловых насосов. Задачей изобретения является повышение экономичности теплоснабжения. Способ теплоснабжения включает отбор от воздуха и передачу в систему теплоснабжения тепла низкого потенциала с помощью теплового насоса и подогрев воздуха за счет разбрызгивания в нем воды с образованием и последующим улавливанием и удалением частиц льда и снега. Установка теплоснабжения включает тепловой насос с системой подачи воздуха, в которой имеется испаритель, вентилятор, разбрызгиватели воды и устройства улавливания и удаления льда и снега, причем выхлопной патрубок системы подачи воздуха предлагается выполнить с регулирующим шибером и подключить его байпасом к входу в систему подачи воздуха. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Известен способ и установка теплоснабжения [1. Киселев Н.А. Котельные установки. М.: Высшая школа, 1979, рис. 128, стр. 246], включающая автономный котел, подключенный контуром циркуляции к системе теплоснабжения. При реализации этого способа теплоснабжение осуществляется подогревом помещения за счет использования выделяющегося в котле тепла путем подачи тепла в отопительные приборы теплоносителем (водой) по контуру циркуляции. При этом используется тепло, выделяющееся в котле от сгорания топлива. Кроме того, для теплоснабжения могут использоваться электроотопительные приборы [2. Патент РФ №2075701].

Недостатками этих способов и устройств является низкая экономичность, так как для теплоснабжения, особенно при отрицательных температурах, требуется много тепла и соответственно топлива или электроэнергии.

Известны способы и установки теплоснабжения, использующие тепловые насосы, которые имеют испаритель и конденсатор, и позволяющие значительную часть тепла отбирать в испарителе от внешних (бесплатных) источников тепла низкого потенциала: воздуха, воды и др. [3. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. М.: Энергоиздат, 1982, глава 5]. Испаритель и конденсатор связаны между собой через компрессор и другие элементы контуром циркуляции рабочего тела и подают тепло в обогреваемые помещения от конденсатора рабочего тела через системы воздушного или водяного отопления.

В качестве прототипа принята одна из установок теплоснабжения [4. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. М.: Энергоиздат, 1982, стр. 98-100, рис. 5.1], включающая тепловой насос с системой подачи наружного воздуха, в которой установлены испаритель и вентилятор. При реализации этого способа теплоснабжение осуществляется за счет тепла, суммарно снимаемого в испарителе от наружного воздуха тепла низкого потенциала, и плюс тепла, вводимого в цикл за счет работы привода компрессора теплового насоса. Соответственно на теплоснабжение подается значительно больше тепла, чем затрачивается электроэнергии на привод компрессора, и теплоснабжение тепловым насосом более экономично в сравнении с котлом. Реверсивный тепловой насос может работать и для отопления, и для кондиционирования.

Недостатками этого способа и устройства является низкая экономичность теплонасосного теплоснабжения от наружного воздуха при отрицательных температурах. Во-первых, при снижении температуры наружного воздуха поток тепла низкого потенциала, снимаемый тепловым насосом в испарителе, уменьшается [5. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. М.: Энергоиздат, 1982, стр. 98-100, рис. 5.2. и 5.3], и подогрев сокращается. Во-вторых, при падении зимних температур требуемый для теплоснабжения помещений расход тепла, наоборот, увеличивается. Противоречие обычно решается дополнительным обогревом от котла или электрообогревателя, что приводит к повышенным затратам и снижению экономичности теплоснабжения.

Типично тепловые насосы применяют автономно при температуре наружного воздуха до -15°С [5], а при более низких температурах переходят на обогрев от котла или электроотопительных приборов. В итоге теплоснабжение связано с дополнительными расходами, капитальными и эксплуатационными затратами и снижением экономичности теплоснабжения.

Задачей изобретения является повышение экономичности теплоснабжения.

Для решения поставленной задачи в известном способе теплоснабжения, включающем отбор от воздуха и передачу в систему теплоснабжения тепла низкого потенциала с помощью теплового насоса, предлагается воздух предварительно подогревать за счет разбрызгивания в нем воды с образованием и последующим улавливанием и удалением частиц льда и снега, причем с возможностью рециркуляции отработанного воздуха.

Реализация этого способа выполняется в установке теплоснабжения, включающей тепловой насос с системой подачи воздуха, в которой имеется испаритель и вентилятор. При этом для повышения экономичности в системе подачи воздуха согласно изобретению предлагается перед испарителем и вентилятором установить разбрызгиватели воды и устройства улавливания и удаления льда и снега, причем выхлопной патрубок системы подачи воздуха предлагается выполнить с регулирующим шибером и подключить его байпасом ко входу этой системы.

При работе установки в системе подачи воздуха за счет разбрызгивания воды и отвода от нее тепла воздух перед испарителем подогревается с образованием и последующим улавливанием и удалением частиц льда и снега. Действительно, разбрызгиваемые капли глубоко охлаждаются, отдавая тепло воздуху с испарением воды, ее замерзанием до состояния льда и снега и дальнейшим охлаждением в потоке холодного воздуха. При этом, разбрызгивая в достаточном количестве даже холодную воду, можно подогреть воздух до 0°С вне зависимости от его исходной температуры. Отметим, что здесь наиболее важен эндотермический эффект замерзания, позволяющий удерживать температуру воздуха перед испарителем на уровне 0°С.

В испарителе воздух отдает тепло, охлаждается, и отработанный более холодный воздух с отрицательной температурой сбрасывается вентилятором через выхлопной патрубок системы подачи воздуха. В зимних условиях, если температура наружного воздуха становится ниже температуры отработанно го воздуха, рециркуляция, то есть возврат отработанного воздуха, повышает экономичность работы теплового насоса. В предлагаемом изобретении для обеспечения повышения экономичности за счет рециркуляции в выхлопном патрубке системы подачи воздуха имеется регулирующий шибер, а выхлопной патрубок подключен байпасом к ее входу.

Улавливание и удаление частиц льда и снега из установки теплоснабжения с применением устройств улавливания и удаления льда и снега необходимо, так как это обеспечивает чистоту системы подачи воздуха и работоспособность предлагаемой установки. В итоге благодаря улавливанию и удалению частиц льда и снега обеспечивается работоспособность предлагаемой установки, а за счет предварительного подогрева воздуха перед испарителем создаются приемлемые для экономичной работы теплового насоса температуры воздуха, на уровне 0°С, причем в отличие от прототипа [5] при любых значениях температуры поступающего воздуха.

Отметим, что это изобретение может использоваться и при положительных температурах, но из-за отсутствия теплового эффекта от замерзания, естественно, без повышения экономичности в сравнении с прототипом [5].

Улавливание частиц льда и снега из потока воздуха можно производить в различных известных устройствах, например в циклонах, в рукавных или электростатических фильтрах. Здесь дополнительно предлагается устройство улавливания льда и снега выполнить в виде осадительной камеры, которая позволяет не только улавливать путем осаждения из восходящего потока воздуха за счет гравитации более плотные частицы и выгружать их устройством удаления льда и снега, но и организовать при этом межфазный тепло- и массообмен по наиболее эффективной противоточной схеме при минимуме аэродинамического сопротивления. Соответственно уменьшается потребление воды, электроэнергии и дополнительно повышается экономичность.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где показана принципиальная схема установки теплоснабжения.

Установка теплоснабжения включает блок 1 теплового насоса в составе: испаритель 2, вентилятор 3, компрессор 4, расширитель (дроссель) 5, конденсатор 6 и связывающие эти элементы трубопроводы 7 контура циркуляции рабочего тела. Конденсатор 6 является обогревателем и устанавливается в отапливаемом помещении 8. Установка теплоснабжения также включает систему 9 подачи воздуха с выхлопным патрубком 10, регулирующим шибером 11, испарителем 2 и вентилятором 3, под которыми установлена осадительная камера 12 с разбрызгивателями 13 воды и устройством 14 удаления льда и снега. Осадительная камера 12 подключена байпасом 15 к выхлопному патрубку 10, а окнами 16 - к наружному воздуху.

Осуществление предлагаемого способа теплоснабжения, то есть работа устройства теплоснабжения, заключается в следующем. Блок 1 теплового насоса воспринимает рабочим телом в испарителе 2 тепло низкого потенциала от воздуха, который поступает в окна 16 и прокачивается через систему 9 подачи воздуха с выхлопным патрубком 10 и испарителем 2 с помощью вентилятора 3. Далее рабочее тело сжимается в компрессоре 4 с повышением температуры и по трубопроводам 7 поступает в конденсатор 6, где охлаждается, передавая тепло в отапливаемое помещение 8. Затем рабочее тело расширяется с сопутствующим охлаждением в расширителе 5, возвращается в испаритель 2, снова воспринимает тепло низкого потенциала, и цикл повторяется. При положительных температурах воздуха установка работает как обычный тепловой насос отопления и может использоваться для кондиционирования.

При отрицательных температурах в поток наружного воздуха, который всасывается вентилятором 3 в осадительную камеру 12 по системе отверстий 16 и движется вверх, через разбрызгиватели 13 сверху распыляют мелкие капли воды. Капли воды, падая вниз, замерзают и охлаждаются, подогревая воздух перед испарителем 2 до температуры около 0°С по эффективной противоточной схеме. В осадительной камере 12 поддерживается равномерно распределенное поле с низкой скоростью восходящего потока воздуха. Это обеспечивает гравитационное улавливание замерзших частиц, их выпадение в устройство 14 удаления льда и снега, где они удаляются.

В испарителе 2 подогретый до 0°С воздух отдает тепло, охлаждается и как отработанный и более холодный воздух с отрицательной температурой сбрасывается вентилятором 3 через шибер 11 и выхлопной патрубок 10. В зимних условиях, когда температура наружного воздуха становится ниже температуры отработанного воздуха, прикрытием шибера 11 включается рециркуляция, то есть возврат отработанного воздуха и соответственно некоторого сбрасываемого тепла по байпасу 15 в испаритель 2.

Таким образом, в отличие от прототипа [4] при любых отрицательных температурах поступающего воздуха тепловой насос работает экономично, с неизменной эффективностью.

1. Способ теплоснабжения, включающий отбор от воздуха и передачу в систему теплоснабжения тепла низкого потенциала с помощью теплового насоса, отличающийся тем, что воздух предварительно подогревают за счет разбрызгивания в нем воды с образованием и последующим улавливанием и удалением частиц льда и снега, причем с возможностью рециркуляции отработанного воздуха.

2. Установка теплоснабжения, включающая тепловой насос с системой подачи воздуха, в которой расположены испаритель и вентилятор, отличающаяся тем, что в системе подачи воздуха установлены разбрызгиватели воды и устройства улавливания и удаления льда и снега, причем выхлопной патрубок системы подачи воздуха имеет регулирующий шибер и подключен байпасом к ее входу.

3. Установка теплоснабжения по п. 2, отличающаяся тем, что устройство улавливания льда и снега выполнено в виде осадительной камеры.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть востребовано для теплоснабжения децентрализованных объектов малой мощности с использованием энергии Солнца.

Комплекс автономного электротеплоснабжения здания // 2569403

Изобретение относится к устройствам альтернативного энергоснабжения с использованием комбинированных средств получения тепла, холода и электричества при помощи ветровой и солнечной энергии, которые предназначены преимущественно для автономного кондиционирования и горячего водоснабжения жилых и промышленных зданий.

Газовый конвектор для отопления и вентиляции помещений // 2569372

Изобретение относится к области отопления и вентиляции помещений газовыми конвекторами. Технический результат - экономия энергии путем одновременного нагрева и вентиляции помещения без затрат дополнительной тепловой энергии.

Термоскважина для извлечения и/или сброса в грунт тепловой энергии // 2560867

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

Система автоматического регулирования отопления здания // 2527186

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к системам управления отоплением. Техническим результатом является поддержание допустимой температуры внутри помещений, в которых находятся люди в часы работы дежурного отопления.

Способ вентиляции и отопления нежилого помещения // 2473845

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах отопления нежилых помещений вблизи газовых котельных. .

Клапанное устройство для подключения к теплофикационной сети теплообменника водозаборного устройства // 2392653

Изобретение относится к клапанному устройству и предназначено для подключения к теплофикационной сети теплообменника водозаборного устройства. .

Способ передачи тепловой энергии и устройство для осуществления такого способа // 2385441

Изобретение относится к способу передачи тепловой энергии. .

Водяная система отопления // 2372560

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в автоматизации управления системами отопления. .

Способ работы отопительной системы от холодного и горячего источников тепла // 2365826

Изобретение относится к отопительным системам. .

Система теплоснабжения // 2628958

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для экономичного, экологически эффективного, автономного отопления и вентиляции зданий и сооружений, в том числе с применением тепловых насосов в резко континентальных и суровых климатических условиях, включая зону вечной мерзлоты. Система теплоснабжения здания выполняется с вентилируемым фасадом с внешним теплоизолирующим слоем, имеет внутренние приборы обогрева в здании и камеру подогрева воздуха с вентиляторами, разбрызгивателями воды и устройствами улавливания и удаления льда и снега. Камера подогрева воздуха включена с помощью раздающих и сборных коллекторов в контуры циркуляции подогретого воздуха через вентилируемый фасад здания и испарители тепловых насосов, используемых в качестве по меньшей мере части приборов обогрева. Для электроснабжения предлагается использовать солнечные батареи, совместно с аккумуляторами электроэнергии это обеспечит полностью автономное, экологически безвредное теплоснабжение. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ оценки комфортности микроклимата в помещениях жилых, общественных и административных зданий // 2636807

Изобретение относится к системам контроля эффективности работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования жилых, общественных и административных зданий и может быть использовано при проектировании, реконструкции и оптимизации режимов работы указанных систем, а также при разработке и внедрении энергосберегающих мероприятий. В способе оценки комфортности микроклимата в помещениях жилых, общественных и административных зданий, заключающемся в измерении в помещении температуры воздуха, относительной влажности, подвижности воздуха, температуры окружающих поверхностей, предварительно определяют преимущественный тип и характеристики выполняемой работы, а также сопротивление теплопроводности преимущественного типа одежды людей, дополнительно измеряют температуру поверхности одежды человека, концентрацию диоксида углерода в воздухе обследуемого помещения и в наружном воздухе, вычисляют составляющие уравнения теплового баланса человека, определяют коэффициент комфортности теплового состояния человека k1, коэффициент радиационного охлаждения k2, коэффициент асимметрии радиационных потоков k3, коэффициент качества воздушной среды k4. Вычисляют уровень комфортности микроклимата по формуле: W=k1⋅k2⋅k3⋅k4, и оценивают уровень комфортности микроклимата по следующей шкале: <-0,5 - холодно, дискомфорт, -0,3÷-0,5 - прохладно, легкий дискомфорт, 0÷-0,3 - прохладно, но комфортно, 0 - комфорт, 0÷0,3 - тепло, но комфортно, 0,30÷0,5 - тепло, легкий дискомфорт. Технический результат - повышение точности определения уровня комфортности помещений жилых, общественных и административных зданий.

Вентиляционный модуль банной печи // 2641361

Изобретение относится к системам вентиляции воздуха в помещении парной русской бани и/или помещениях дома, где источником тепла является теплонакопительная кирпичная печь периодического действия. Технический результат - повышение надежности управления режимами вентиляции, упрощение режимов эксплуатации печи, повышение ее эффективности и экономичности. Вентиляционный модуль печи состоит из канала притока уличного воздуха и вытяжного канала, выполненных изолированными друг от друга или примыкающими к, по меньшей мере, одной стенке корпуса печи и задвижки-регулятора. Задвижка-регулятор содержит шток, снабженный двумя запирающими элементами, один из которых установлен в вытяжном канале, а другой - в канале притока уличного воздуха, и установлена с возможностью одновременного открытия или закрытия обоих каналов посредством «движения одной руки». 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Способ регулирования отпуска тепла для отопления зданий и системы регулирования на его основе (варианты) // 2642038

Изобретение относится к теплоснабжению, а именно к регулированию процесса отопления здания и к схемам узлов отопления тепловых пунктов, обеспечивающих данное регулирование. Способ регулирования отопления здания, характеризующийся подачей теплоносителя в систему отопления и его регулированием автоматизированным узлом управления путем открытия и закрытия регулирующего клапана(ов), и/или изменением напорной характеристики установленного насоса(ов) путем работы его регулятора(ов), и/или изменением количества работающих насосов в узле подготовки теплоносителя, отличающийся тем, что с помощью автоматизированного узла управления отоплением регулируют температуру подаваемого и/или обратного теплоносителя и/или его расход по уравнению регулирования отопления, выраженному формулой где τсо1(2)≡τо3(2) - определяемая датчиками температура теплоносителя, знак "±" в формуле следует использовать как «+» для подаваемого теплоносителя и «-» для обратного теплоносителя; Gco - расход теплоносителя, определяемый датчиком или иным способом; tн - поддерживаемая регулированием заданная средняя температура внутреннего воздуха в здании и текущая температура наружного воздуха, соответственно; а также задаваемые или определяемые при проектировании или при энергоаудите здания и его системы отопления или иным способом величины: θ', Δt', - параметры расчетного (проектного) режима работы системы отопления: охлаждение теплоносителя, температурный напор, теплоемкость и теоретическая отопительная тепловая нагрузка, соответственно; а также n, p, kco, fco - характеристики отопительных приборов и системы отопления: показатели степени нелинейности теплопередачи от температурного напора и расхода, коэффициенты относительной теплопередачи и относительной площади системы, соответственно; qo, Vн, a - характеристики здания: удельная отопительная характеристика, зависящая от его теплозащиты, объем здания, поправочный коэффициент, соответственно; и, кроме того, определяемые или вычисляемые на основе сигналов датчиков и/или ручного и/или программного задания или иным способом величины, характеризующие режим отопления: - текущая средняя теплоемкость теплоносителя; Qтв - мощность внутренних тепловыделений; μ, Qинс - параметры внешней среды: коэффициент инфильтрации и тепловая мощность солнечной инсоляции. Техническим результатом изобретения является уменьшение затрат тепловой и гидравлической (механической) энергии на отопление и повышение качества процесса отопления, т.е. точности поддержания постоянной температуры внутреннего воздуха. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Способ разнесения топливных затрат на тэц // 2647241

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для разнесения топливных затрат между видами производимой энергии на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и в энергообъединениях для оптимизации режимов их работы в целях экономии топлива и улучшения экологической обстановки в стране в целом. Предлагаемый способ позволяет увеличить экономию топлива за счет оптимизации режимов работы ТЭЦ как комбинированного источника по производству электрической и тепловой энергии, максимизировать прибыль производителя и минимизировать себестоимость производства электрической и тепловой энергии. Это достигается тем, что в известном способе распределения топливных затрат на ТЭЦ, при котором для заданного состава работающего оборудования (котлов и турбин) распределяют расход материального энергоресурса (расход топлива, пара) между производством электрической и тепловой энергий по критерию максимизации прибыли за счет регулирования отбора пара с турбин с помощью регулирующего клапана части высокого давления турбинного отделения, определяют энергетические характеристики станции на основе принципа равенства относительных приростов расхода топлива, а также строят на их основе характеристику предельных издержек станции по каждому сезону года и предельных доходов станции на основе кривых спроса по сезонам года, определяют объем оптимальной электрической мощности станции, при этом в начале осуществляют оптимальное распределение электрической энергии тепловых электростанций с учетом ограничений по вынужденному теплофикационному режиму по критерию максимизации прибыли, затем распределяют тепловую энергию между агрегатами станции по методу для оптимизации режимов работы станции по электрической энергии, а далее осуществляют разнесение топливных затрат (топлива, пара) между видами производимой энергии (электрической и тепловой) путем регулирования значений отборов пара с турбин с помощью регулирующего клапана части высокого давления турбинного отделения по критерию максимума прибыли и в результате находят оптимальный режим работы станций для комбинированного способа производства электрической и тепловой энергии, на заключительном этапе производят корректировку распределения нагрузки на станции на основе сравнения результатов наивыгоднейшего распределения электроэнергии между агрегатами станции по сезонам года и результатов управления функционированием станции как источника комбинированного производства и распределяют расход топлива между выработкой электрической и тепловой энергий на станции по разработанной модели оптимального распределения электроэнергии между ее агрегатами по критерию максимизации прибыли. 5 ил.