Устройство рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод здания

Авторы патента:

F24F12/00 - Использование системы рекуперации энергии при кондиционировании воздуха, вентиляции или экранировании (с передачей тепла и влажности между подаваемым и уносимым воздухом F24F 3/147; теплообмен вообще F28)

F24D3/18 - с использованием тепловых насосов

F24D17/02 - с использованием тепловых насосов

Владельцы патента RU 2767130:

Харитонов Владислав Петрович (RU)

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а более конкретно, к устройству для рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод. Устройство предназначено для полезного использования тепла хозяйственно-бытовых сточных вод жилых, общественных, административно-бытовых и производственных зданий предприятий в районах Арктики, Антарктиды, крайнего Севера и Дальнего Востока, в районах с вечномерзлыми грунтами. В устройстве рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод здания, содержащем холодильную установку с компрессорно-конденсаторным блоком и испарительным блоком, компрессорно-конденсаторный блок размещен в отапливаемом помещении, снабженным системой отопления, а испарительный блок размещен в технологическом помещении и выполнен в виде льдогенераторной установки, в которую подают очищенные сточные воды, а лед за льдогенераторной установкой удаляют из технологического помещения. При этом льдогенераторная установка может быть выполнена в виде установки по производству блочного льда или в виде установки по производству гранулированного или чешуйчатого льда, который затем прессуют в блоки. Для регулирования температуры в отапливаемом помещении применяется система автоматического регулирования, обеспечивающая заданный температурный режим путем изменения теплопроизводительности системы отопления. На подводящем к льдогенераторной установке трубопроводе очищенных сточных вод установлено переключающее устройство для отвода сточных вод в летний период в канализацию с надземной или наземной прокладкой трубопроводов. Система отопления может быть снабжена воздушным или водяным контуром передачи тела в отапливаемое помещение и содержать котлы на углеводородных видах топлива, водяные или электрические воздухонагреватели. Отапливаемое помещение может иметь наружные блоки систем кондиционирования. Технический результат заключается в повышении удельного теплосъема при охлаждении сточных вод, упрощении конструкции и возможность рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод в условиях Арктической зоны России, в районах с вечномерзлыми грунтами. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Известен ряд технических решений, направленных на решение этой проблемы. Так из уровня техники известен способ отопления и кондиционирования здания, путем использования теплоисточников и тепловых насосов, содержащих внутренние и наружные блоки, согласно которому наружные блоки тепловых насосов размещают в помещениях, отапливаемых теплоисточниками, а внутренние блоки размещают в кондиционируемых помещениях, автоматически поддерживают нормируемую температуру воздуха во всех помещениях путем передачи тепла из помещений, которые отапливают теплоисточниками, в кондиционируемые помещения посредством внутренних блоков тепловых насосов, а в случае избытков тепла в кондиционируемых помещениях внутренние блоки автоматически переключают в режим охлаждения, а отводимое ими тепло передают при необходимости в другие кондиционируемые помещения или тепло передают через наружные блоки в помещения с наружными блоками, обеспечивая уменьшение нагрузки на теплоисточники и снижая расход топлива и/или электроэнергии, причем в помещениях с наружными блоками в летний период поддерживают оптимальную температуру путем применения системы вентиляции с регулируемой кратностью воздухообмена с помощью воздушных автоматических клапанов, степень открытия которых изменяют в зависимости от температуры наружного воздуха, что позволяет использовать тепловые насосы для отопления здания за счет теплоты окружающей среды (патент RU 2 725 127 С1, МПК F24D 3/18, F24F 1/00, F24F 7/00, опубл. 29.06.2020).

Недостатком этого способа отопления и кондиционирования здания является ограниченный перечень источников тепла: нагреватели воздуха, работающие на углеводородном топливе или на электроэнергии, и наружные блоки кондиционеров, работающие в режиме охлаждения в летний период времени.

Из уровня техники также известно устройство рекуперации тепла сточных вод для нагревания воды в системах теплоснабжения здания с 58°С до 88°С с применением двухступенчатых тепловых насосов (Султангузин И.А., Потапова А.А., «Высокотемпературные тепловые насосы большой мощности для теплоснабжения» // «Новости теплоснабжения» №10 (122), октябрь 2010 г.). Утилизируемым источником тепла являются сточные воды, которые охлаждают в испарителе на 6°С (с +16°С до +10°С). В статье дано описание устройства рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод здания, содержащее холодильную установку с компрессорно-конденсаторным блоком и испарительным блоком. При этом удельный теплосъем при охлаждении сточных вод составляет 25,2 кДж/кг.

Данное устройство по совокупности признаков является прототипом заявленного устройства для рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод.

Недостатками прототипа являются:

- низкий удельный теплосъем при охлаждении сточных вод,

- сложность технического исполнения прототипа: двухступенчатые холодильные машины существенно сложнее в производстве и эксплуатации, чем широко применяемые одноступенчатые холодильные машины,

- невозможность применения прототипа в условиях Арктической зоны России в районах с вечномерзлыми грунтами.

Технической задачей предлагаемого устройства является устранение указанных недостатков.

Техническим результатом заявленного устройства является:

- рекуперация тепла хозяйственно-бытовых сточных вод в условиях Арктической зоны России, в районах с вечномерзлыми грунтами,

- использование для рекуперации сточных вод серийно выпускаемого оборудования с одноступенчатыми холодильными машинами,

- существенное повышение удельного теплосъема от хозяйственно-бытовых сточных вод (до 438 кДж/кг),

- снижение потребления энергоресурсов на отопление здания с одновременным снижением вредных выбросов в окружающую среду (тепловой энергии, углекислого газа, окислов азота).

Решение поставленной технической задачи и достижение требуемого результата обеспечиваются тем, что в устройстве рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод здания, содержащем холодильную установку с компрессорно-конденсаторным блоком и испарительным блоком, компрессорно-конденсаторный блок размещен в отапливаемом помещении, снабженным системой отопления, а испарительный блок размещен в технологическом помещении и выполнен в виде льдогенераторной установки, в которую подают очищенные сточные воды, а лед за льдогенераторной установкой удаляют из технологического помещения. При этом льдогенераторная установка может быть выполнена в виде установки по производству блочного льда или в виде установки по производству гранулированного или чешуйчатого льда, который затем прессуют в блоки. Для регулирования температуры в отапливаемом помещении применяется система автоматического регулирования, обеспечивающая заданный температурный режим путем изменения теплопроизводительности системы отопления. На подводящем к льдогенераторной установке трубопроводе очищенных сточных вод установлено переключающее устройство для отвода сточных вод в летний период в канализацию с надземной или наземной прокладкой трубопроводов.

Система отопления может быть снабжена воздушным или водяным контуром передачи тела в отапливаемое помещение и содержать котлы на углеводородных видах топлива, водяные или электрические воздухонагреватели. Отапливаемое помещение может иметь наружные блоки систем кондиционирования.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурой.

На фигуре представлена схема предлагаемого устройства рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод здания.

В технологическом помещении 1, имеющем выход наружу через отгрузочный накопитель - шлюз 2, размещена станция 3 очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, испарительный блок 4 в виде льдогенератора и пресс 5 чешуйчатого льда. При использовании льдогенератора блочного льда необходимости в применении пресса 5 нет. В отапливаемом помещении 6 размещен компрессорно-конденсаторный блок 7. Помещение 6 также снабжено традиционной системой отопления содержащей генератор тепла, например отопительный котел 8, теплопровод 9, насос 10, тепловентилятор (воздухонагреватель) 11 и систему регулирования температуры воздуха в помещении за счет изменения теплопроизводительности генератора тепла. Возможно применение водяной системы отопления для передачи тепла от котла 8 в помещение. Трубопроводная линия 12 служит для байпассирования испарительного блока 4 в летний период года. В помещении 1 также размещен транспортер 13 для перемещения прессованного льда в отгрузочный накопитель - шлюз 2.

Предлагаемое устройство рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод здания функционирует следующим образом.

Во время отопительного сезона (холодный период года с отрицательной температурой наружного воздуха) в отапливаемом помещении 6 поддерживают автоматически нормируемую температуру воздуха, например, 20-22°С по СанПиН 2.1.2.1002-00. 2.1.2. (ред. от 21.08.2007) в результате использования тепла от генератора 8 и тепла, отводимого от компрессорно-конденсаторного блока 7. При этом генератор 8 является основным источником тепла, а компрессорно-конденсаторный блок 7 - дополнительным. Это дополнительное тепло получают от хозяйственно-бытовых сточных вод, очистку которых производят на станции 3. Очищенную сточную воду подают в испарительный блок 4, где она отдает тепло хладагенту и замораживается в виде чешуйчатого льда. Чешуйчатый лет сжимают прессом 5 в брикеты, которые затем по транспортеру 13 перемещают в отгрузочный накопитель - шлюз 2 для дальнейшей утилизации вне здания.

Тепло от компрессорно-конденсаторного блока 7, являющегося дополнительным тепловым источником в отапливаемом помещении 6, снижает тепловую нагрузку на систему отопления и, следовательно, приводит к снижению расхода не возобновляемого источника энергии - органического топлива. В результате этого происходит снижение экологической нагрузки на окружающую среду.

В летний период года при положительной температуре наружного воздуха, когда система отопления отключена, и надобность в дополнительных источниках тепла отсутствует, очищенные сточные воды могут быть удалены из здания в обход испарительного блока 4 по трубопроводной линии 12, выполненной по технологии надземной или наземной прокладки трубопроводов, что является большим преимуществом для районов вечномерзлых грунтов по соображениям экономии капитальных и эксплуатационных затрат и повышения экологической эффективности.

Экономический эффект применения предложенного устройства рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод иллюстрируется примером.

Пример

Хозяйственно-бытовые сточные воды с температурой 20°С с расходом 10 м/сут (0,1157 кг/с), прошедшие очистку в блочно-модульной станции очистки хозяйственно-бытовых сточных вод модели СТОВ БИО-10, направляют в двухблочный льдогенератор чешуйчатого льда модели FF10AS, где охлаждают до 0°С, затем замораживают, после чего лед переохлаждают до минус 10°С, прессуют в блоки, например, массой по 5 кг, перемещают блоки на транспортере 5 в отгрузочный накопитель-шлюз 2 и удаляют из здания для транспортировки на пункт хранения или утилизации.

Компрессорно-конденсаторный агрегат с воздушным охлаждением размещен в отапливаемом помещении хозяйственного назначения здания (объекта), например, в помещении ремонтно-механического цеха, гаража, склада и т.п., в которых поддерживается постоянная температура, например, +20°С. Наиболее экономичным и эффективным является размещение компрессорно-конденсаторного агрегата в машинном зале согласно патенту RU 2725127 С1.

В данном примере отапливаемое помещение снабжено системой отопления с регулируемой теплопроизводительностью до 200 кВт.

Количество тепла Q_лг, кДж, отведенное за сутки от 10 м воды в результате ее охлаждения, замораживания и переохлаждения льда, составит:

Q_лг=G⋅(C_вд⋅t_вд+C_лд⋅t_лд+q_лд)=4380000 кДж/сут (50,694 кВт)

где

Q_лг - количество тепла Q_лг, кДж/сут,

G=10000 кг/сут - расход замораживаемой воды,

С_вд=4200 Дж/(кгК) - удельная теплоемкость воды,

С_лд=2100 Дж/(кг К) - удельная теплоемкость льда,

q_m=333000 Дж/кг - удельная теплота плавления льда,

t_вд=20°С - температурный перепад при охлаждении воды,

t_лд=10°С - температурный перепад при переохлаждении льда.

Потребляемая компрессорно-конденсаторным агрегатом мощность равна 48 кВт (по техническому паспорту).

Следовательно, при непрерывной работе устройства система отопления получит дополнительную мощность, равную 98,7 кВт, и снизит энергопотребление на отопление помещений почти вдвое (на 49%).

Приведенные расчеты показывают промышленную применимость предлагаемого устройства рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод здания.

1. Устройство рекуперации тепла хозяйственно-бытовых сточных вод здания, содержащее холодильную установку с компрессорно-конденсаторным блоком и испарительным блоком, отличающееся тем, что компрессорно-конденсаторный блок размещен в отапливаемом помещении, снабженным системой отопления, а испарительный блок размещен в технологическом помещении и выполнен в виде льдогенераторной установки, в которую подают очищенные сточные воды, а лед за льдогенераторной установкой удаляют из технологического помещения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что льдогенераторная установка выполнена в виде установки по производству блочного льда.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что льдогенераторная установка выполнена в виде установки по производству гранулированного или чешуйчатого льда, который затем прессуют в блоки.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отапливаемое помещение снабжено системой автоматического регулирования температуры воздуха путем изменения теплопроизводительности системы отопления.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на подводящем к льдогенераторной установке трубопроводе очищенных сточных вод установлено переключающее устройство для отвода сточных вод в летний период в канализацию с надземной или наземной прокладкой трубопроводов.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система отопления имеет воздушный или водяной контур передачи тела в отапливаемое помещение и содержит котлы на углеводородных видах топлива, водяные или электрические воздухонагреватели.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что отапливаемое помещение содержит наружные блоки систем кондиционирования.

Изобретение может быть использовано в энергосберегающих устройствах распределенной приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла. Приточно-вытяжная установка с рекуперацией тепла включает в себя теплообменник (2) с расположенными в нем в шахматном порядке входящими и исходящими каналами и трансформаторы (7) потоков, прилегающие к теплообменнику (2).

Теплонасосная система использования сбросного тепла вытяжного воздуха метрополитена // 2760610

Изобретение относится к метрополитену, а именно к установкам использования сбросного тепла вытяжного воздуха метрополитена для одновременного получения горячей и холодной воды и их использования в системах отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования для собственных нужд метрополитена. Тепловой насос 1 размещен в тепловом пункте 19 внутри станции метрополитена 24 с двухпутным тоннелем 25, под сводом которой расположен вытяжной вентиляционный канал 20.

Способ противодействия накоплению наледи на регенераторе тепла, установленном в блоке очистки воздуха // 2760419

Изобретение относится к области вентиляции. Способ предотвращения накопления наледи на регенераторе (1) тепла, установленном в блоке (2) очистки воздуха, причем указанный регенератор (1) тепла выполнен с возможностью передачи энергии между первым потоком (3) воздуха и вторым потоком (4) воздуха.

Устройство для кондиционирования воздуха в изолированном помещении // 2743541

Устройство для кондиционирования воздуха в изолированном помещении относится к устройствам кондиционирования воздуха. Устройство содержит две жидкостно-воздушных теплообменных камеры, контактирующих с разными сторонами элемента Пельтье.

Устройство подготовки воздуха // 2737675

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для подготовки, очистки, подогрева и увлажнения воздуха. Предложено устройство подготовки воздуха, характеризуещееся тем, что имеет подоконник, наружная часть которого выходит на улицу и имеет регулируемые отверстия, через которые воздух, пройдя по устроенным внутри его воздуховодам, через фильтры попадает в пространство между стеной и батареей отопления, после чего выходит через увлажненный пористый материал экрана батареи, также являющийся частью устройства, и увлажненный благодаря тому, что верхняя часть пористого материала экрана погружена в имеющуюся в подоконнике емкость для хранения воды.

Приточно-вытяжное вентиляционное устройство с рекуперацией теплоты // 2732179

Изобретение относится к области вентиляции с применением энергосберегающих технологий. Приточно-вытяжное вентиляционное устройство, оснащенное вентилятором и рекуператором теплоты вытяжного воздуха, при этом устройство дополнительно снабжено расширительной камерой, устанавливаемой на выходе приточного воздуха из устройства в вентилируемое помещение и снижающей (гасящей) скорость приточного воздуха до величин, исключающих аэродинамический шум, при этом через расширительную камеру проходят дополнительные воздушные каналы с протекающим по ним вытяжным воздухом, дополнительно подогревающим приточный воздух перед его поступлением в помещение, а дополнительные каналы одновременно выполняют функции шумоглушения.

Вентиляционная установка с рекуперацией тепла и энергии // 2727286

Изобретение относится к области вентиляции, в частности к вентиляции жилых и коммерческих жилых помещений. Вентиляционная установка с рекуперацией тепла и энергии состоит из: корпуса, который содержит впускное и выпускное отверстие для свежего воздуха и впускное и выпускное отверстие для внутреннего воздуха; рекуператор воздух-воздух; первого и второго вентилятора переменной скорости, которые заставляют воздух проходить через рекуператор; не менее двух пар электронных датчиков давления воздуха, из которых первая и вторая пары электронных датчиков давления воздуха, по сути, не имеют постоянной частоты дискретизации, каждый датчик давления воздуха снабжен множеством точек для измерения как суммарного, так и статического давления, причем каждый датчик давления воздуха выполнен с возможностью замера скорости воздушного потока, датчики давления воздуха устанавливаются радиально в патрубке на входе свежего воздуха и радиально в патрубке на выходе отработанного воздуха вентиляционной установки; и контроллера для получения указанных сигналов данных, в котором указанные сигналы данных используются для управления указанными вентиляторами переменного скорости с целью обеспечения нужного притока свежего воздуха, а также обеспечения нужной утечки внутреннего воздуха через указанную вентиляционную установку с рекуперацией тепла и энергии.

Теплоаккумулирующий теплообменник для реверсивных режимов работы в системах вентиляции // 2727106

Изобретение относится к области энергосберегающих технологий, а именно к энергосберегающей вентиляционной технике, к приточно-вытяжным приборам с неподвижным регенератором и реверсивным потоком воздуха, предназначенным для вентиляции небольших помещений. Теплоаккумулирующий теплообменник для реверсивных режимов работы в системах вентиляции, выполненный в виде каркаса круглого или другого сечения, заполненного пластиковыми трубочками, частично заполненными жидкостной теплоаккумулирующей средой и расположенными поперек к направлению движения потока воздуха и таким образом, что горизонтальные и вертикальные слои трубочек чередуются.

Фильтр в сборе для систем вентиляции, децентрализованная система вентиляции жилых помещений, содержащая фильтр в сборе данного типа, и вентиляционный блок // 2722131

Настоящее изобретение относится к фильтру в сборе для системы вентиляции, в частности для децентрализованной системы вентиляции жилых помещений, к децентрализованной системе вентиляции жилых помещений, содержащей данный фильтр в сборе, и к вентиляционному блоку, в частности, для децентрализованных систем вентиляции жилых помещений.

Центральный узел для регулируемого распределения свежего воздуха // 2711269

Настоящее изобретение относится к оборудованию для устройств принудительной вентиляции, а конкретнее - устройств приточно-вытяжной вентиляции. Оборудование для устройства приточно-вытяжной вентиляции, регулируемого по удалению и, соответственно, по нагнетанию воздуха, в помещении, содержащем две группы - первую и вторую, каждая из которых включает в себя по меньшей мере одну комнату, при этом содержит по меньшей мере один датчик для определения потребности по нагнетанию первой группы и центральный узел для управления нагнетанием и, соответственно, удалением потока из второй группы, содержащий по меньшей мере одно управляемое средство для управления нагнетанием и, соответственно, удалением потока, автоматически регулируемое в соответствии с потребностью по нагнетанию первой группы, и по меньшей мере один датчик давления в центральном узле, причем центральный узел встроен в устройство приточно-вытяжной вентиляции так, чтобы принимать поток нагнетания и, соответственно, удаления воздуха.

Способ работы открытой системы теплоснабжения // 2764348

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Способ работы открытой системы теплоснабжения, по которому сетевую воду готовят на ТЭЦ и по подающему трубопроводу теплосети через тепловой пункт направляют в трубопроводы систем отопления и горячего водоснабжения потребителей.