Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах горячего водоснабжения.

Известна установка отопления и горячего водоснабжения (см. патент № 2155302, МПК F24D17/02, F24D3/18, опуб. 27.08.2000 г.), включающая низкопотенциальный источник теплоты, циркуляционный контур, тепловой насос, систему отопления и содержащая в качестве низкопотенциального источника теплоты приемный колодец сточных вод сети канализации с размещенными в нем теплообменником и вибратором.

Недостатком известной установки являются значительные капитальные затраты при внедрении, а также сложность реализации способа для некоторых зданий городской застройки обладающих малым тепловым ресурсом сточных вод.

Известна геотермальная теплонасосная система теплоснабжения и холодоснабжения зданий и сооружений (см. патент на полезную модель № 56415, МПК E02D 3/155, E02D 27/35, опуб. 10.09.2006 г.), включающая систему сбора низкопотенциального тепла грунта, тепловые насосы и средства для теплоснабжения и холодоснабжения, при этом система сбора низкопотенциального тепла грунта содержит одну и более пар блоков грунтовых теплообменников, аккумулирующих тепло или холод.

Недостатком известной системы также являются значительные капитальные затраты при внедрении в уже существующие системы теплоснабжения.

Известна закрытая система горячего водоснабжения (см. патент № 2468301, МПК F24D3/08, опуб. 27.11.2012 г.), включающая подающий и обратный трубопроводы тепловой сети, низкопотенциальный источник теплоты, тепловой насос, поверхностный подогреватель нижней ступени и содержащая в качестве низкопотенциального источника теплоты обратный трубопровод тепловой сети.

Недостатком данной системы является использование невозобновляемой теплоты обратной сетевой воды в качестве низкопотенциального источника, отобранная теплота в данном случае должна учитываться и тарифицироваться, таким образом, использование системы становится не эффективным для потребителя.

Технически близкой является система горячего водоснабжения (см. патент № 2561846, F24D17/02, опуб. 10.09.2015 г.) включающая подающий и обратный трубопроводы тепловой сети, систему отопления здания, используемую в качестве источника тепла низкого потенциала, тепловой насос и циркуляционный насос.

Недостатком данной системы являются значительные капитальные затраты на тепловой насос, обусловленные необходимостью установки теплового насоса рассчитанного на пиковую мощность теплопотребления, а также низкая эффективность, обусловленная низкой температурой холодной воды на входе в тепловой насос с высокопотенциальной стороны и отсутствием системы регулирования температуры теплоносителя в никопотенциальном контуре, в котором возможно критическое снижения температуры.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение эффективности работы системы горячего водоснабжения с одновременным снижением установленной мощности теплового насоса.

Для достижения заявленного результата предложена система горячего водоснабжения, содержащая подающий и обратный трубопроводы тепловой сети, систему отопления здания, используемую в качестве низкопотенциального источника теплоты, тепловой насос, циркуляционный насос, отличающаяся тем, что дополнительно содержит бак аккумулятор горячей воды, рекуперативный теплообменный аппарат, трехходовой клапан и патрубки подвода и отвода теплоносителя подпитки, причем бак аккумулятор горячей воды соединен с тепловым насосом по греющей среде, рекуперативный теплообменный аппарат установлен перед баком аккумулятором горячей воды по нагреваемой среде, трехходовой клапан включен в контур системы отопления и соединен патрубком подвода теплоносителя подпитки с подающим трубопроводом тепловой сети, патрубок отвода теплоносителя подпитки включен в низкопотенциальный контур системы отопления перед трехходовым клапаном и соединен с обратным трубопроводом тепловой сети.

На фиг. 1 изображена система горячего водоснабжения здания, где: 1 – тепловой насос, 2 – рекуперативный теплообменный аппарат, 3 – бак аккумулятор горячей воды, 4 – обратный трубопровод тепловой сети, 5 – подающий трубопровод тепловой сети, 6, 7 – запорная арматура, 8 – элеватор отопления, 9 – отопительный прибор, 10 – подающий трубопровод системы отопления, 11 – обратный трубопровод системы отопления, 12 – трехходовой клапан, 13 – циркуляционный насос, 14 – патрубок отвода теплоносителя подпитки, 15 – патрубок подвода теплоносителя подпитки, 16 – трубопровод отвода сточных вод, 17 – трубопровод горячей воды, 18 – канализация, 19 – трубопровод подвода холодной воды.

Система горячего водоснабжения работает следующим образом:

В неотопительный период, когда система отопления и горячего водоснабжения (ГВС) здания переводится на режим ГВС, закрывается запорная арматура 6 и открывается арматура 7, тем самым создавая контур циркуляции внутри системы отопления здания, причем арматура 6 отсекает объекты смешения теплоносителей, если таковые предусмотрены схемой, в данном случае отсекается элеватор отопления 8. В контуре системы отопления теплоноситель приводится в движение при помощи циркуляционного насоса 13. Проходя отопительные приборы 9, теплоноситель забирает низкопотенциальное избыточное тепло помещений, после чего поступает теплонасосную установку 1. В теплонасосной установке 1 теплоноситель охлаждается и возвращается в контур системы отопления, а собранная теплота передается тепловым насосом на нагрев воды, идущей на ГВС.

Нагрев воды на нужды ГВС осуществляется в баке аккумуляторе 3, бак аккумулятор 3 соединен с тепловым насосом 1 таким образом, чтобы бак являлся конденсатором высокопотенциального контура теплового насоса. Нагретая вода по трубопроводу горячей воды 17 уходит потребителю. После использования горячей воды у потребителя формируются теплые сточные воды, которые отводятся по трубопроводу отвода сточных вод 16 в рекуперативный теплообменный аппарат 2. В рекуперативном теплообменном аппарате 2 подогревается холодная вода, поступающая в бак аккумулятор 3 из трубопровода подвода холодной воды 19 и доохлаждаются сточные воды, которые затем сбрасываются в канализацию 18.

В случае если температура в контуре системы отопления снижается ниже экономически обоснованного минимума, трех ходовой клапан 12 открывает подпитку контура системы отопления горячей водой из подающего трубопровода тепловой сети 5 через патрубок подвода теплоносителя подпитки 15. Излишек теплоносителя отводится через патрубок отвода теплоносителя подпитки 14.

Таким образом, включение в систему бака аккумулятора позволяет выровнять суточную неравномерность потребления горячей воды и производить выбор теплового насоса не на пиковую, а на среднесуточную мощность, обеспечивая тем самым снижение капитальных затрат на систему. Использование теплоты стоков в рекуперативном теплообменном аппарате позволяет вернуть до 20-30% сбросной теплоты обратно в систему, снижая нагрузку на тепловой насос и увеличивая энергетическую эффективность системы в целом.

Использование подпитки в системе является ситуативным мероприятием. Подпитка предотвращает захолаживание системы отопления ниже экономически обоснованного уровня в продолжительные периоды низких температур наружного воздуха. Оценочные расчеты показываю, что снижение температуры ниже 5 ºС в системе отопления приводят к падению коэффициента преобразования теплового насоса до 2,5 единиц и соответственно к возрастанию эксплуатационных затрат. В таких условиях подпитка и повышение температуры в контуре становится экономически оправданным мероприятием.