Система теплоснабжения (варианты )

008513 Область техники Изобретение предназначено для снижения потерь тепла и уменьшения потребляемой для этого энергии и может быть использовано в системах теплоснабжения жилых, общественных и производственных зданий и промышленного технологического оборудования. Предшествующий уровень техники Известны производственные, квартальные и районные системы теплоснабжения, содержащие котельную, размещенную в наружной среде (в грунте или на опорах в воздухе), тепловую сеть, имеющую подающую и обратную магистрали теплоносителя и паропровод. Недостатками таких систем являются большие потери тепла в окружающую среду (более 50% от получаемой при сжигании топлива тепловой энергии). Это обусловлено высокой температурой теплоносителя в подающей (до 150 С), обратной (до 70 С) магистралях и паропроводе (до 180 С) [1, сс. 227250]. Запасы органического топлива на земле и в ее недрах ограничены. Использование органического и ядерного топлива имеет огромную потенциальную и реальную угрозу для всей биосферы. Экономический эффект только от замещения 1% потребляемого сегодня в России топлива составит более 1 млрд долларов США [2, сс. 50, 51]. Меньшие потери тепла в окружающую среду (менее 50% от получаемой при сжигании топлива тепловой энергии) имеет система теплоснабжения, содержащая теплоэлектроцентраль с теплосиловой установкой, имеющей конденсатор водяного пара, и размещенную в окружающей среде тепловую сеть с подающей и обратной магистралями теплоносителя и паропроводом [3, сс. 323-325 (прототип)]. Уменьшение потерь тепла в такой системе обеспечивается благодаря преобразованию в теплосиловой установке части (до 33%) получаемой при сжигании топлива тепловой энергии в электрическую. Коэффициент полезного действия теплосиловых установок большинства действующих электростанций составляет 15-20% [4, с. 93]. Однако и в этой системе потери тепла составляют десятки процентов. При этом уменьшается значение коэффициента полезного действия теплосиловой установки в связи с необходимостью увеличения температуры конденсации водяного пара для обеспечения требуемых параметров теплоносителя в системе теплоснабжения. Раскрытие изобретения Задачей, решаемой изобретением, является снижение тепловых потерь в окружающую среду путем охлаждения теплоносителя на входе в обратную магистраль и нагревания на выходе из подающей магистрали с помощью холодильной установки, а также путем уменьшения потребляемой для этого энергии. Для этого в первом варианте система теплоснабжения, содержащая подающую и обратную магистрали теплоносителя, снабжена размещенной перед потребителем тепла холодильной установкой. Конденсатор этой установки включен гидравлически в подающую магистраль, а испаритель - в обратную. В системе теплоснабжения первого варианта остаются неизменными потери тепла в окружающую среду через паропровод. Для снижения потерь тепла при доставке пара потребителю и уменьшения потребляемой при этом энергии во втором варианте система теплоснабжения, содержащая подающую к потребителю тепла обратную и подпиточную магистрали теплоносителя, снабжена размещенной перед потребителем тепла и пара холодильной установкой. Конденсатор этой установки включен гидравлически в подающую, а испаритель - в обратную магистраль. Система снабжена дополнительно включенным гидравлически в подающую магистраль на участке между конденсатором холодильной установки и потребителем тепла теплообменником и ответвлением подающей магистрали. Ответвление связано гидравлически с теплообменником через редукционное (дросселирующее) устройство. Для снижения мощности, потребляемой холодильной установкой обоих вариантов системы теплоснабжения, холодильная установка выполнена с несколькими конденсаторами, имеющими разный уровень температуры конденсации хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя, и с несколькими испарителями, имеющими разный уровень температуры кипения хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя. Краткое описание чертежей На чертежах условно изображены гидравлические схемы системы теплоснабжения: фиг. 1 - пример исполнения первого варианта системы теплоснабжения; фиг. 2 - пример исполнения второго варианта системы теплоснабжения. Система теплоснабжения содержит, например, конденсатор 1 теплосиловой установки теплоэлектроцентрали (не показана), подающую 2 и обратную 3 магистрали теплоносителя, циркуляционный насос 4, радиаторы 5 системы отопления (не показана) и холодильную установку 6, имеющую, например,три парокомпрессионные холодильные машины 7, 8, 9. Холодильные машины имеют соответственно компрессоры 10, 11 и 12, конденсаторы 13, 14 и 15, терморегулирующие вентили 16, 17 и 18 и испарители 19, 20 и 21. Конденсаторы 13, 14 и 15 имеют разный уровень температуры конденсации хладагента и включены последовательно в магистраль 2. Испарители 19, 20 и 21 имеют разный уровень температуры кипения хладагента и включены последовательно в магистраль 3. Второй вариант системы дополнительно содержит подпиточную магистраль 22 с насосом 23, включенный в магистраль 2 на участке между конденсатором 15 и радиаторами 5 теплообменник 24 и ответвление 25 магистрали 2 с установленным перед теплообменником 24 регулирующим вентилем 26. В качестве конденсатора 1 могут быть использованы также производственные, квартальные или районные котельные, естественные или искусственные водоемы, геотермальные воды или теплообменник, установленный в наружном воздухе. В качестве радиаторов 5 могут быть также использованы теплообменники системы горячего водоснабжения, калориферы системы воздушного отопления или технологическое оборудование по тепловой обработке продукции предприятий, например пищевой промышленности. В качестве холодильных машин могут быть также использованы и любые другие, имеющие конденсатор и испаритель. Количество конденсаторов и испарителей может быть и любым другим. В качестве регулирующего вентиля 26 может быть использовано и любое другое редукционное(дросселирующее) устройство, обеспечивающее снижение давления и разбрызгивание воды в теплообменнике 24. При поступлении к конденсатору 1 из магистрали 3 воды с температурой, например, tk1=8 С температура воды на выходе из конденсатора 1 повышается до значения tk2=20 С за счет тепла, выделяемого при конденсации водяного пара в конденсаторе 1 при температуре tk=20C. При температуре грунта в зоне размещения магистралей 2 и 3 tгр=10C температура воды на входе в холодильную установку 6 может составить tвk1=15 С, а выходе - tво 1=3C. В этом случае теряемое из магистрали 2 в грунт тепло (tk2-tвk1=5C) компенсируется притоком в магистраль 3 тепла из грунта(tk1-tвo1=5C). Требуемое значение температуры воды на входе в радиаторы 5 (tв kн=95 С) (фиг. 1) или в теплообменник 24 (фиг. 2) (tв kн=130 С) обеспечивается путем ступенчатого нагревания ее в конденсаторах 13, 14 и 15 за счет тепла, перекачиваемого холодильными машинами 7, 8 и 9 из магистрали 3 через испарители 19, 20 и 21 от воды с температурой на выходе из радиаторов 5 tв оп=60C. В представленном на фиг. 2 втором варианте системы теплоснабжения при открывании вентиля 26 вода с температурой 130 С по ответвлению 25 поступает в теплообменник 24. При дросселировании в вентиле 26 вода разбрызгивается в теплообменнике 24 и превращается в пар за счет тепла, поступающего из магистрали 2 через теплопередающую поверхность теплообменника 24. Расход превратившейся в пар воды компенсируется из подпиточной магистрали 22 насосом 23. Значения температур воды могут быть и любые другие, обеспечивающие требуемый уровень температур в потребителе тепла. Лучший вариант осуществления изобретения Лучшим вариантом осуществления изобретения является использование его в составе системы теплоснабжения с теплоэлектроцентралью при температуре воды на входе в конденсатор 1 ниже температуры окружающей магистраль 3 среды и с холодильной установкой, имеющей несколько конденсаторов и испарителей. При значениях температур воды, приведенных в описании чертежей, потери тепла через магистраль 2 компенсируются теплопритоками в магистраль 3. При этом затраты энергии на привод холодильной установки 6 компенсируются увеличением коэффициента полезного действия теплосиловой установки теплоэлектроцентрали в связи со снижением температуры воды на входе в конденсатор 1. Кроме того, при использовании второго варианта отпадает необходимость прокладки в тепловой сети паропровода от теплосиловой установки. В табл. 1 и 2 представлены результаты расчетов показателей холодильной установки при значениях температур воды, приведенных в описании чертежей. Таблица 1 Расчетные показатели холодильной установки системы теплоснабжения первого варианта Таблица 2 Расчетные показатели холодильной установки системы теплоснабжения второго варианта Значения i определялись по формуле где kн=0,4650,02 - коэффициент необратимости выпускаемых промышленностью парокомпрессионных холодильных установок холодильной мощностью до 1000 кВт с винтовым компрессором;- температура кипения хладагента в испарителе i-й холодильной машины, К;- температура конденсации хладагента в конденсаторе i-й холодильной машины, К;- температура кипения хладагента в испарителе первой от конденсатора 1 холодильной машины, К;- температура конденсации хладагента в конденсаторе последней от конденсатора 1 холодильной машины, К.- отношение отопительного коэффициента холодильной установки с n холодильными машинами к отопительному коэффициенту холодильной установки с одной холодильной машиной. Согласно приведенным в табл. 1 и 2 значениям отопительного коэффициента установки yn возрастает с увеличением количества холодильных машин. В связи с этим потребляемая холодильной установкой мощность уменьшается в зависимости от количества холодильных машин в установке до уn=1,84 раза при использовании первого варианта системы теплоснабжения и до 1,64 раза - при использовании второго варианта. Промышленная применимость Использование изобретения не требует разработки принципиально новой аппаратуры и агрегатов. Для этого могут быть применены выпускаемые промышленностью приведенные на фиг. 1 и 2 элементы схемы системы теплоснабжения. Список использованной литературы 1. Грингауз Ф.И. Санитарно-технические работы. Изд. 8-е. М., Высшая школа, 1979 г. 2. Беляев Ю.П. Проблемы долгосрочного развития энергетики. "Промышленная энергетика",2003 г.,4. 3. Кириллин В.А., Сычев А.Е., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Изд. 4-е. М., Энергоатомиздат. 1983 г. 4. Дроздов В.Ф. Санитарно-технические устройства зданий. М., Стройиздат, 1980 г. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система теплоснабжения, содержащая подающую потребителю тепла и обратную магистрали теплоносителя и размещенную перед потребителем тепла холодильную установку, конденсатор которой включен гидравлически в подающую, а испаритель - в обратную магистраль, отличающаяся тем, что холодильная установка выполнена с несколькими конденсаторами, имеющими разный уровень температуры конденсации хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя, и с несколькими испарителями, имеющими разный уровень температуры кипения хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя. 2. Система теплоснабжения, содержащая подающую потребителю тепла и обратную магистрали теплоносителя и размещенную перед потребителем тепла холодильную установку, конденсатор которой включен гидравлически в подающую, а испаритель - в обратную магистраль, отличающаяся тем, что она снабжена подпиточной магистралью, включенным гидравлически в подающую магистраль на участке между конденсатором и потребителем тепла теплообменником, ответвлением подающей магистрали и редукционным устройством, через которое теплообменник связан гидравлически с ответвлением подающей магистрали, а холодильная установка выполнена с несколькими конденсаторами, имеющими разный уровень температуры конденсации хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя, и с несколькими испарителями, имеющими разный уровень температуры кипения хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя.