Гидравлическая система с отводящим трубопроводом для теплового пункта

(51) 24 3/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Задачей предлагаемого изобретения является использование в тепловых пунктах новой гидравлической системы, позволяющей производить более гибкое регулирование теплоснабжения зданий и сооружений. Такие тепловые пункты будут потреблять по сравнению с традиционными системами меньшее количество электрической энергии при поставке и распределении тепловой энергии. Технический результат изобретения заключается в создании новых тепловых пунктов, позволяющих регулировать тепловым режимом зданий в широком диапазоне. При этом достаточно небольших изменений коэффициента смешения теплоносителя из подающего и обратного трубопровода.(72) Сабденов Каныш Оракбаевич Унасбеков Берикбай Акибаевич Ерзада Майра(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ОТВОДЯЩИМ ТРУБОПРОВОДОМ ДЛЯ ТЕПЛОВОГО ПУНКТА(57) Предлагаемое изобретение относится к оборудованию для поставки и распределения тепловой энергии между потребителями. Предлагаемое изобретение относится преимущественно к области коммунального теплоснабжения и может быть использовано в тепловых сетях жилых и общественных зданий, где необходимо поддерживать заданный температурный режим и которые питаются тепловой энергией от внешнего источника. В современных тепловых пунктах широко используется гидравлическая система,где регулирование теплоснабжением здания производится смешением теплоносителя из прямого и обратного трубопровода с помощью циркуляционного насоса. Циркуляционный насос может располагаться или на трубопроводе,соединяющем прямой и обратный трубопроводе,или на одном из них Пырков В.В. Современные тепловые пункты Автоматика и регулирование. К. ДП Так справи, 2007. с.252. ил.1, с.17-27,Апарцев М.М. Наладка водяных систем централизованного теплоснабжения Справочнометодическое пособие. М. Энергоатомиздат, 1983. с.204., с.60-63, Невский В.В., Дудник Д.А.,Семянников СВ., Сидоркин Д.А., Теняев А.Н. Стандартные автоматизированные блочные тепловые пунктыПособие. - М. ООО Данфосс, 2011. с.50., с.18-19, 4, 5. В настоящее время в промышленности также выпускаются тепловые пункты и с двумя насосами, размещаемые вместе или порознь Невский В.В., Дудник Д.А.,Семянников СВ., Сидоркин Д.А., Теняев А.Н. Стандартные автоматизированные блочные тепловые пунктыПособие. - М. ООО Данфосс, 2011. с.50., с.37. Циркуляционный насос предназначен для поддержания определенного температурного режима в здании путем усиленной перекачки теплоносителя в системе отопления, когда происходят резкие перепады температуры наружного воздуха, а городская тепловая сеть не успевает среагировать на это из-за большой своей тепловой инерционности. Напор, создаваемый циркуляционным насосом, по крайней мере, должен на 1-2 м превышать расчетные потери напора в системе отопления и обычно находится в пределах 10-15 м Апарцев М.М. Наладка водяных систем централизованного теплоснабжения Справочнометодическое пособие. М. Энергоатомиздат, 1983. с.204., с.60. Описанная выше система организации принудительного смешения тедиюноситедя ид подающего и обратного трубопровода имеет существенные недостатки циркуляционный насос работает круглосуточно в течение всего отопительного сезона. Следовательно,он потребляет значительное количество электроэнергии. Это потребление энергии быстро возрастает с увеличением коэффициента смешенияотношения расхода теплоносителя через смесительную трубу 2 к расходу через подающий трубопроводЗингер Н. М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных сетей 2-е издание, переработанное и дополненное. М. Энергоатомиздат, 1986, с.20-21, т.к. необходимый 2 напор циркуляционного насоса пропорционален квадрату . При этом требуемый практикой диапазон коэффициента смешения должен быть недопустимо широким. Большие значения параметраозначают и большие давления в системе отопления, здания, что может приводить к частым разрывам трубопроводов, и, если разрыв произошел, то из щели разрыва будет бить мощная струя горячего теплоносителя. Это приведет к дополнительным негативным последствиям для помещений здания, создаст угрозу для здоровья людей. Приведенные эти аргументы обоснуем на примере следующей математической задачи из городской сети в тепловой пункт теплоноситель поступает с объемным расходомпри температуре(фиг.1). Здесь он смешивается с охлажденной частью, поступающей из обратного трубопровода в зону смешения с расходом 2 В систему отопления теплоноситель поступает с расходом 3. Требуемся найти температуры на входе ,2 и выходе Т,2 системы отопления. Пусть Т, Т - соответственно температуры теплоносителя и помещений на этаже с номером п. Расстояние между этажами . Средняя скорость течения теплоносителя в системе отопления . Систему отопления характеризуем эффективным значением диаметра трубопровода. Температура снаружи здания . Нумерация этажей начинается сверху здания, откуда начинается подача теплоносителя в его систему отопления. Тогда для всехэтажей получается система из 2 связанных друг с другом дифференциальных уравнений Унаспеков Б.А., Сабденов К.О.,Кокарев М.Ж., Колобердин М.В., Игембаев Б.А. Энергосбережение в тепловых пунктах жилых и общественных зданий. Ч. 2. Модель обогрева здания// Известия ТПУ. Серия Энергетика. 2012. Т. 321. 4. .35-39., Унаспеков Б.А., Кокарев М.Ж.,Колобердин М.В., Игембаев Б.А. Энергосбережение в тепловых пунктах жилых и общественных зданий. Ч. 1. Общая модель теплового пункта // Известия ТПУ. Серия Энергетика. 2012. Т. 321. 4. .31-35 Скорости роста температурыот возможных внутренних источников тепла в дальнейшем полагаем равными нулю, 0, 1, 2, , . Рассмотрим стационарный режим. Тогда вместо (1) имеем( 1)0,0. Из второго уравнения для температуры помещении следует Используя это в первом уравнений из (2),находим Подставив отсюда Т 1 в уравнение (3), после простых преобразований определяем и температуру в помещении этажа с номером 1 Решение полученных первых двух уравнений из.111 Вторая пара уравнений в (2) имеет такую же форму, что и первая пара уравнений. Эта вторая пара получается из первой пары формальными заменами Т,2 Т 1, Т 12, 1 Т 2. Поэтому решение второй пары уравнений уже получается проще, оно имеет вид Легко видеть, что все пары уравнений (2) для различных этажей взаимно симметричные относительно замены температур Условие (закон) сохранения энергии для зоны смешения можно записать как Унаспеков Б.А.,Кокарев М.Ж., Колобердин М.В., Игембаев Б.А. Энергосбережение в тепловых пунктах жилых и общественных зданий. Ч. 1. Общая модель теплового пункта // Известия ТПУ. Серия Энергетика. 2012. Т. 321. 4. .31-35.,Унаспеков Б.А., Сабденов К.О., Кокарев М.Ж.,Колобердин М.В., Игембаев Б.А. Технология теплоснабжения жилых и общественных зданий. Выбор автоматизированного теплового пункта // Научное обеспечение жилищно-коммунального хозяйства. Астана ТОО КазНТЦР ЖКХ 2012..80-88. 3,22,2 Рассматривая его совместно с условием сохранения массы Унаспеков Б.А., Кокарев М.Ж.,Колобердин М.В., Игембаев Б.А. Энергосбережение в тепловых пунктах жилых и общественных зданий. Ч. 1. Общая модель теплового пункта // Известия ТПУ. Серия Энергетика. 2012. Т. 321. 4. .31-35.,Унаспеков Б.А., Сабденов К.О., Кокарев М.Ж.,Колобердин М.В., Игембаев Б.А. Технология теплоснабжения жилых и общественных зданий. Выбор автоматизированного теплового пункта // Научное обеспечение жилищно-коммунального хозяйства. Астана ТОО КазНТЦР ЖКХ 2012. Отношение 2/коэффициент смешения,и теперь формулу (5) запишем через параметр Теперь выясним, какой будет тепловой режим в пределе больших значений коэффициента смешенияи зависящим отскоростью . Если здание имеетэтажей, то ,2. Тогда используя равенство (6) в первом уравнения (4) при , получим являющегося следствием закона сохранения массы и равенств 2, 3/4, после простых 2,2 Т-предельная температура при бесконечно большом коэффициенте смешения. Комплекс -это высота здания. Поэтому формулу для предельной температуры Т запишем как Все представленные ниже результаты расчета получены со следующими исходными параметрами(9-этажное здание) Унаспеков Б.А., Сабденов К.О.,Кокарев М.Ж., Колобердин М.В., Игембаев Б.А. Энергосбережение в тепловых пунктах жилых и общественных зданий. Ч. 2. Модель обогрева здания// Известия ТПУ. Серия Энергетика. 2012. Т. 321. 4. с.35-39., Унаспеков Б.А., Сабденов К.О.,Кокарев М.Ж., Колобердин М.В., Игембаев Б.А. Технология теплоснабжения жилых и общественных зданий. Моделирование системы отопления // Научное обеспечение жилищнокоммунального хозяйства. Астана ТОО КазНТЦР ЖКХ 2012. с.88-95. 0,4 м 3/мин 363 Т 2732,8 м 25 м 0,37 мин-1 0,6 мин-1 0,1 м. На фиг.2 приведен график зависимости температур на входе Т,2 и выходе ,2 системы отопления от коэффициента смешенияв случае использования традиционных тепловых пунктов с переменной скоростью . Отсюда видно, что терморегулирование в здании может быть эффективно при 45, дальнейшее увеличение коэффициента смешения уже слабо влияет на тепловой режим здания, т.к. температуры Т,2 и ,2 стремятся к предельному значению . Задачей предлагаемого изобретения является изменение конструкции гидравлической системы теплового пункта таким образом, что позволяет 4 снизить затраты энергии на регулирование теплового режима в здании. Решение поставленной задачи достигается внедрением отводящего трубопровода, один конец которого соединен с подающим трубопроводом между смесительной трубой и системой отопления,а другой конец соединен с обратным трубопроводом между смесительной трубой и городской сетью,причем вентиль на отводящем трубопроводе кинематически сопряжен с вентилем смесительной трубы. Признаки, введенные в отличительную часть формулы изобретения, являются новыми, не имеются ни у аналогов, ни у прототипа,характеризуются возможностью технической реализации и в полной мере обеспечивают достижение поставленной цели. Сущность предлагаемого изобретения новой конструкции теплового пункта в отапливаемом здании и принцип регулирования тепловым режимом поясняется по схеме, изображенной на фиг.3. Основная часть гидравлической системы теплового пункта состоит из подающего 1 и обратного 2 магистральных трубопроводов,смесительного 3 и отводящего 4 трубопровода,кинематически сопряженных вентилей 2, 3. Регулировка теплоснабжения отапливаемого здания производится одновременным открытием (или закрытием) вентилей 2, 3. Диаметры трубопроводов 3 и 4 подбираются таким образом,чтобы расходы 2, 3 все время оставались одинаковыми. В этом случае скорость движения теплоносителя в системе отопления поддерживается постоянной по величине вне зависимости от температуры окружающего воздуха и температуры теплоносителя в городской сети. Это позволяет температуре теплоносителя на входе и выходе системы отопления, и, следовательно, и внутри помещений, изменяться в достаточно широких пределах. На фиг.4 приведены зависимости температур Т,2 и ,2 от коэффициента смешения при постоянном значении и. Сравнивая результаты, представленные на фиг.2 и 4, видим, что при наличии трубопровода 4 и синхронном изменении расходов 2, 3 достигается лучшая вариация температур Т,2 и,2. Их предельное значение прибудет равно . Таким, образом, приведенные выше оценки по математической модели показывают жизнеспособность изобретения в качестве теплового пункта с возможностью гибкого регулирования температурным режимом в отапливаемом здании. Использование предлагаемого изобретения в сравнении с известными устройствами позволяет улучшить характеристики тепловых пунктов,использовать в них более простую систему автоматического регулирования теплоснабжением за счет упрощения алгоритма управления. Изобретение позволяет экономить электроэнергию на работу циркуляционного насоса за счет снижения их мощности, т.к. можно ограничиться небольшими значениями коэффициента смешения. Конструктивная простота изобретения делает его высоконадежной системой с минимальным количеством узлов и деталей. Изобретение наиболее целесообразно использовать в жилых и общественных зданиях тепловых пунктов с зависимой и независимой системой отопления. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Гидравлическая система теплового пункта в системе коммунального отопления, содержащая подающий и обратный трубопроводы, насос для создания циркуляции теплоносителя из обратного трубопровода к подающему трубопроводу, одну смесительную трубу между прямым и обратным трубопроводами с вентилем, отличающаяся тем,что содержит отводящий трубопровод, один конец которого соединен с подающим трубопроводом между смесительной трубой и системой отопления,а другой конец соединен с обратным трубопроводом между смесительной трубой и городской сетью,причем вентиль на отводящем трубопроводе кинематически сопряжен с вентилем смесительной трубы.