Способ и устройство для обогрева внутреннего объема зданий

 

Использование: в области отопления. Сущность изобретения: способ и устройство для обогрева внутреннего объема помещений в здании, согласно которому от горячей воды районного водоснабжения отбирается тепло и передается к рабочей жидкости нагревательных ветвей (6, 7) для обогрева здания, производства горячей водопроводной воды и подогрева подводимого к зданию (А) вентиляционного воздуха. Нагревательные ветви (6, 7) обогрева внутреннего объема здания и подогрева вентиляции включены последовательно таким образом, что нагревательная жидкость, протекающая в циркуляционном трубопроводе (5), нагревает (после прохождения через теплообменник (4)) сначала ветвь (6) обогрева здания, а затем ветвь (7) подогрева подводимого вентиляционного воздуха. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к отоплению, в частности к способу и устройству для обогрева внутреннего объема зданий, подключенных к магистралям районного горячего водоснабжения, обеспечивающих горячей водой устройства для обогрева зданий и вентиляционного воздуха.

Известен способ обогрева внутреннего объема здания, включающий отбор тепла от горячей жидкости районной сети водоснабжения и перенос его в районную жидкость нагревательных ветвей обогрева здания и подогрева вентиляционного воздуха. Также известно устройство для обогрева внутреннего объема здания, содержащее теплообменные средства для переноса тепла от жидкости районного горячего водоснабжения к жидкости, протекающей в нагревательных секциях обогрева здания и подогрева вентиляционного воздуха посредством нагревательных ветвей (см. DE, патент, 2312879, кл. F 24 D 3/00, 1973).

В районных теплоцентралях температура воды с выхода отопительных и котельных установок достигает обычно 90-100^oC в зависимости от мощности конкретных установок. Вода для отопления зданий, нагрева воздуха и водопроводного горячего водоснабжения обычно нагревается в теплообменниках, причем температура ее у потребителя обычно достигает 70-90^oС. В условиях максимального разбора воды, на которое обычно рассчитываются нагревательные сети, температура возвратной воды обычно не должна быть ниже 40^oC при выходе из зданий. Тогда температура возвратной воды в масштабах района составляет примерно 50^oC, если при этом ставится условие обеспечения минимальной стоимости отопления. С точки зрения размеров инвестиций, производительности насосных установок, тепловых потерь и т.п. было бы выгодно еще больше снизить температуру возвратной воды в районных отопительных сетях, но это бы очень быстро вызвало повышение цен на теплообменники даже при незначительном понижении температуры воды, поскольку перепад температур даже в существующих нагревательных устройствах весьма невелик, где-то около 10^oC.

В обычных зданиях на долю вентиляции приходится около 35-50% тепловой энергии, потребляемой зданием, в зависимости от типа здания и применяемых в нем систем. Как потери тепла в здании, так и потребление тепловой энергии для вентиляции прямо пропорциональны разнице внешней и внутренней температур, т. е. отношение этих величин есть величина примерно постоянная. Общий тепловой баланс учитывает также выделение тепла в здании другими источниками (освещением, электроустановками, людьми и т.п.) и горячей водопроводной водой, которые производят независимый от внешней температуры и противоположный эффект. Доля тепла, приходящаяся на вентиляцию, весьма незначительно изменяется в зависимости от внешней температуры.

Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего снизить температуру возвратной воды в масштабах района до более низкой величины, чем это имеет место в известных устройствах без значительных дополнительных инвестиций. Такой способ характеризуется тем, что вода направляется сначала на отопление зданий и лишь затем на нагрев вентиляционного воздуха.

Поставленная задача решается тем, что способ обогрева внутреннего объема здания включает отбор тепла от горячей жидкости районной сети водоснабжения и перенос его в рабочую жидкость нагревательных ветвей обогрева здания и подогрева вентиляционного воздуха, для снижения температуры возвратной воды районного водоснабжения одна из жидкостей направляется с возможностью переноса тепла, необходимого для обогрева здания, а затем переноса тепла, необходимого для подогрева вентиляционного воздуха, включает перенос тепла от устройства выпуска воздуха из здания в устройство подвода воздуха с помощью устройства регенерации тепла, при этом поток жидкости, подогревающей вентиляционный воздух, направляют в теплообменник устройства регенерации тепла, в котором жидкость переносит тепло в устройство подвода воздуха в здание, горячую жидкость выводят из устройства регенерации тепла перед направлением ее в теплообменник устройства выпуска воздуха из здания или после того, как она пройдет через теплообменник выпускного устройства, протекающая жидкость представляет собой горячую жидкость нагревательной секции, которая циркулирует от теплообменника через нагревательную ветвь обогрева здания и далее через нагревательную ветвь подогрева вентиляционного воздуха и снова в теплообменник, протекающая жидкость представляет собой жидкость из сети районного горячего водоснабжения, которая циркулирует от магистрали районного горячего водоснабжения через теплообменник нагревательной ветви отопления здания, через теплообменник нагревательной ветви подогрева вентиляционного воздуха и снова в магистраль районного горячего водоснабжения.

Другой задачей изобретения является создание устройства для отопления внутреннего объема зданий, включающего средства теплообмена, отбирающие тепловую энергию из районной сети горячего водоснабжения в водяные системы обогрева зданий и в вентиляционные системы.

Поставленная задача решается тем, что устройство для обогрева внутреннего объема здания содержит теплообменные средства для переноса тепла от жидкости районного горячего водоснабжения в жидкости, протекающей в нагревательных секциях обогрева здания и подогрева вентиляционного воздуха посредством нагревательных ветвей, для снижения температуры возвратной жидкости районной системы горячего водоснабжения нагревательные секции обогрева здания и подогрева вентиляционного воздуха включены последовательно, а поток одной из жидкостей направляется в устройстве с возможностью переноса тепла, необходимого для обогрева здания, а затем после некоторого охлаждения, переноса тепла, необходимого для подогрева вентиляционного воздуха, содержит устройство регенерации тепла для переноса тепла от устройства выпуска воздуха из здания к устройству подвода воздуха в здание, а циркуляционный трубопровод с горячей жидкостью для подогрева вентиляционного воздуха подключен к устройству регенерации тепла с возможностью циркуляции горячей жидкости через теплообменник устройства подвода воздуха и вывода из этого устройства регенерации до или после подхода к теплообменнику устройства выпуска воздуха из здания, нагревательные ветви для обогрева здания и подогрева вентиляционного воздуха имеют общий циркуляционный трубопровод, в котором горячая жидкость циркулирует от теплообменника через нагревательную ветвь обогрева здания и далее через нагревательную ветвь подогрева вентиляционного воздуха, каждая из нагревательных ветвей снабжена отдельным теплообменником для нагрева жидкости в каждой ветви, причем горячая вода из системы районного водоснабжения направляется сначала в теплообменник ветви обогрева здания, а затем в теплообменник ветви подогрева вентиляционного воздуха, содержит нагревательную ветвь для производства горячей водопроводной воды, а теплообменник этой ветви включен параллельно с теплообменником ветви подогрева вентиляционного воздуха.

На фиг. 1 показана упрощенная схема 1-го варианта устройства согласно изобретению; на фиг. 2 - вариант устройства также в виде функциональной схемы; на фиг. 3 - модификация второго варианта устройства, показанного на фиг. 2; на фиг. 4 - третий вариант устройства согласно изобретению и на фиг. 5 - теплообменник нагревательной ветви горячей водопроводной воды, управляющий клапан и шунтирующий клапан.

На фиг. 1 магистраль водоснабжения районной сети обозначена позицией 1, а возвратная магистраль обозначена позицией 2. Эти магистрали объединены через первичный трубопровод теплообменника 4. Трубопровод 5 подключен ко вторичной ветви теплообменника 4 и через него циркулирует горячая вода для отопления внутреннего объема здания. На фиг. 1 показаны две нагревательные ветви, обозначенные пунктирной линией, а именно ветвь 6 для отопления здания и ветвь 7 для нагрева вентиляционного воздуха. В ветвь 6 включены устройства обогрева, такие, как радиаторы, нагреватель водопроводной воды и т.п.

В циркуляционный трубопровод включен насос 8, с помощью которого горячая вода подается в подводящий трубопровод 9 нагревательной ветви 7, который подключен к нагревателю 10 ветви 7 и далее к теплообменнику 11 на входе А устройства регенерации тепла. Теплообменник 11 включен в циркуляционную магистраль 12, снабженную циркуляционным насосом 13 холодной ветви, после которого возвратный трубопровод 14 подключен к циркуляционному трубопроводу 5. Поскольку водяные потоки в ветвях 6 и 7 разделены, предлагаемое устройство снабжено перепускным трубопроводом 15. Циркуляционный трубопровод 5 подключен к выходной ветви теплообменника 4.

В соответствии с изобретением нагревательные ветви 6 и 7 включены последовательно таким образом, что они имеют общий циркуляционный трубопровод 5, где горячая вода сначала протекает через ветвь 6, предназначенную для отопления внутреннего объема здания, а затем через ветвь 7, предназначенную для нагрева воздуха в системе вентиляции. Устройство по изобретению работает следующим образом.

Вода из районной подводящей магистрали, температура которой обычно составляет около 90-110^oC, протекает через трубопровод 3 в теплообменник 4 и далее в возвратный трубопровод районной магистрали 2. Вода, циркулирующая в трубопроводе 5, нагревается в теплообменнике до температуры около 70-90^oC и далее поступает в нагревательную ветвь 6 для обогрева здания и нагрева водопроводной воды, а затем через насос 8 и трубопровод 9 и теплообменник 11 системы регенерации тепла, через которую холодная вода передает тепло на воздушный ввод А. Если предположить, что на воздушном вводе температура составляет -25^oC, то температура в холодной ветви системы регенерации 12 падает примерно до -15^oC. Это естественно требует применения незамерзающей жидкости, например смеси воды и гликоля, во всей этой системе. Если в выходной ветви теплообменника 4 температура воды падает ниже 0^oC, то температура возвратной воды в районной магистрали упадет примерно до 20-30^oC, в результате чего достигается упомянутые преимущества изобретения.

Принимая во внимание баланс системы регенерации тепла, в некоторых случаях бывает целесообразно подключить возвратный трубопровод 14 к горячей ветви системы регенерации тепла, например после выхода воздуха из теплообменника по потоку жидкости, где температура нагревающей жидкости составляет, например, 20^oC. В результате возвратная районная вода охлаждается примерно до 30^oC. Этот вариант показан на фиг. 1 и 2 штрих-пунктирной линией.

На фиг. 2 показан второй вариант устройства согласно изобретению, в котором теплообменник 4, показанный на фиг. 1, заменен двумя теплообменника 16 и 17, входящими в нагревательные ветви 6 и 7 соответственно. Здесь каждая из ветвей 6 и 7 имеет отдельный циркуляционный трубопровод 18 и 19 соответственно. Теплообменники 16 и 17 соединены последовательно таким образом, что через трубопровод 3 от районной подводящей магистрали 1 вода сначала поступает в теплообменник 16, а затем в теплообменник 17, из которого она уходит в возвратную магистраль 1 районной сети водоснабжения.

В этом варианте вода от районной сети проходит через регулирующий клапан 20 в теплообменник 16 нагревательной ветви 6, в котором она охлаждается до 50^oC или около того, а затем с помощью насоса 21 прогоняется через трубопровод 22 и регулирующий клапан 23 в теплообменник 17 нагревательной ветви 7, в которой охлаждается примерно до 20-30^o, после чего уходит в возвратную районную магистраль 2.

Преимущество данного варианта состоит в том, что вся нагревательная секция 6 представляет собой чисто водяную систему и только жидкость, циркулирующая в трубопроводе 12 и во вторичной ветви теплообменника 17, должна быть не замерзающей, например смесью воды с гликолем. К воде не предъявляется тех специальных требований, как к смеси воды и гликоля, а потому вариант устройства, показанный на фиг. 2, не так дорог, как вариант, показанный на фиг. 1. Кроме того, раздельные нагревательные секции 6 и 7 могут быть более простыми в управлении, чем в варианте, показанном на фиг. 1, имеющем общий циркуляционный трубопровод 5.

На фиг. 3 представлена функциональная схема (фрагмент) варианта устройства, в котором каждый из теплообменников 16 и 17 снабжен отдельным насосом для циркулирующей воды 24, в результате чего использование воды от районной магистрали сводится к минимуму и/или устройство может быть более простым в управлении.

На фиг. 4 показано, как нагревательная ветвь 6 может быть разделена на подсекции 6' и 6''. В данном варианте подсекции включаются параллельно и имеют общий теплообменник 16. Возможен также вариант, когда каждая из подсекций имеет отдельный теплообменник, а сами подсекции могут быть включены последовательно. Такой вариант имеет свои преимущества, особенно, если одна из подсекций используется для производства горячей водопроводной воды. Количество таких подсекций может быть более двух.

Теплообменник для горячей водопроводной воды может быть включен последовательно с нагревательной системой и параллельно с теплообменником вентиляции, если одновременно требуется отопление, вентиляция и горячая водопроводная вода.

На фиг. 5 показан теплообменник 25 нагревательной ветви горячей воды, управляющий клапан 26 и шунтирующий клапан 24.

Горячая водопроводная вода потребляется периодически и она бывает нужна даже летом, когда не требуется ни обогрева здания, ни подогрева вентиляционного воздуха. В соответствии с изобретением температура возвратной воды в нагревательной системе обычно может быть значительно снижена посредством вентиляции. Поэтому весьма целесообразно предусмотреть отдельную ветвь для производства горячей водопроводной воды, которая подключалась бы непосредственно к районной сети горячего водоснабжения и была бы рассчитана на работу с возвратной водой низкой температуры.

Были описаны лишь отдельные варианты, которые никак не ограничивают объем изобретения. Функциональные схемы были сознательно упрощены путем устранения деталей и операций, не имеющих принципиального значения, для более четкого понимания основной идеи изобретения. Нагревательная ветвь 7 может быть разделена таким же образом, как и ветвь 6, показанная на фиг. 4, с тем, чтобы такие термические операции, как подогрев воздуха и регенерация тепла могли выполняться отдельными подсекциями, если это желательно. Рабочей жидкостью из районной сети может служить вода или другая горячая жидкость, производимая любой установкой, например в бойлерной обогреваемого здания.

Формула изобретения

1. Способ обогрева внутреннего объема здания, включающий отбор тепла от горячей жидкости районной сети водоснабжения и перенос его в рабочую жидкость нагревательных ветвей (6, 7) обогрева здания и подогрева вентиляционного воздуха, отличающийся тем, что для снижения температуры возвратной воды районного водоснабжения одна из жидкостей направляется с возможностью переноса тепла, необходимого для обогрева здания, а затем переноса тепла, необходимого для подогрева вентиляционного воздуха.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что включает перенос тепла от устройства выпуска воздуха из здания (В) в устройство подвода воздуха (А) с помощью устройства регенерации тепла, при этом поток жидкости, подогревающей вентиляционный воздух, направляют в теплообменник (11) устройства регенерации тепла, в котором жидкость переносит тепло в устройство подвода воздуха (А) в здание.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что горячую жидкость выводят из устройства регенерации тепла перед направлением ее в теплообменник устройства выпуска воздуха (В) из здания или после того, как она пройдет через теплообменник выпускного устройства.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что протекающая жидкость представляет собой горячую жидкость нагревательной секции, которая циркулирует от теплообменника (4) через нагревательную ветвь (6) обогрева здания и далее через нагревательную ветвь (7) подогрева вентиляционного воздуха и снова в теплообменник (4).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что протекающая жидкость представляет собой жидкость из сети районного горячего водоснабжения, которая циркулирует от магистрали районного горячего водоснабжения (1, 2) через теплообменник (16) нагревательной ветви отопления здания через теплообменник (17) нагревательной ветви подогрева вентиляционного воздуха и снова в магистраль районного горячего водоснабжения (1, 2).

6. Устройство для обогрева внутреннего объема здания, содержащее теплообменные средства (4, 16, 17) для переноса тепла от жидкости районного горячего водоснабжения к жидкости, протекающей в нагревательных секциях (6, 7) обогрева здания и подогрева вентиляционного воздуха посредством нагревательных ветвей, отличающееся тем, что для снижения температуры возвратной жидкости районной системы горячего водоснабжения нагревательные секции (6, 7) обогрева здания и подогрева вентиляционного воздуха включены последовательно, а поток одной из жидкостей направляется в устройстве с возможностью переноса тепла, необходимого для обогрева здания, а затем после некоторого охлаждения переноса тепла, необходимого для подогрева вентиляционного воздуха.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что содержит устройство регенерации тепла, для переноса тепла от устройства выпуска воздуха (В) из здания к устройству подвода воздуха (А) в здание, а циркуляционный трубопровод с горячей жидкостью для подогрева вентиляционного воздуха подключен к устройству регенерации тепла с возможностью циркуляции горячей жидкости через теплообменник (11) устройства подвода воздуха и вывода из этого устройства регенерации до или после подхода к теплообменнику устройства выпуска воздуха из здания.

8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что нагревательные ветви (6, 7) для обогрева здания и подогрева вентиляционного воздуха имеют общий циркуляционный трубопровод (5), в котором горячая жидкость циркулирует от теплообменника (4) через нагревательную ветвь (6) обогрева здания и далее через нагревательную ветвь (7) подогрева вентиляционного воздуха.

9. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что каждая из нагревательных ветвей (6, 7) снабжена отдельным теплообменником (16, 17) для нагрева жидкости в каждой ветви, причем горячая вода из системы районного водоснабжения направляется сначала в теплообменник (16) ветви обогрева здания, а затем в теплообменник (17) ветви подогрева вентиляционного воздуха.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что содержит нагревательную ветвь для производства горячей водопроводной воды, а теплообменник (25) этой ветви включен параллельно с теплообменником (17) ветви подогрева вентиляционного воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5