Универсальная система отопления складских и производственных помещений (варианты)

Полезная модель направлена на сокращение расхода энергоресурсов и повышение качества прогрева складских и производственных помещений. Указанный технический результат достигается тем, что система включает объединенные в единый производственный цикл генератор тепла, воздуховод, воздушные тепловые завесы. Воздуховоды каналами связаны с отводами, расположенными в рабочей зоне тепловых завес, во внутренней полости воздуховодов и во внутренней полости каналов связи воздуховода с отводами установлены заглушки, регулируемые для открытия-закрытия блоком управления. В системе предлагается три варианта исполнения генератора тепла: в виде теплового насоса, в виде когенерационной энергетической установки и в виде комбинации когенерационной энергетической установки с тепловым насосом. 6 з.в.п., 5 илл.

Полезная модель относится к теплотехнике, в частности, к системам теплоснабжения помещений.

Система отопления представляет собой совокупность технических элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи во все обогреваемые помещения тепла, необходимого для поддержания температуры на требуемом уровне.

Системы отопления складских и производственных помещений состоят из отопительных приборов (водяных или паровых) и воздушных или тепловых завес (с водяным или электрическим подогревом), расположенных над проемами или в боковой части ворот. Такие системы надежны и экономичны в случае стабильного теплоснабжения от теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) или центральной котельной (журнал «Склад и техника» 4/2005 год).

Известны также системы отопления складских и производственных помещений, состоящие только из тепловых завес с электрическим подогревом. Данные системы применяются в случае отсутствия или недостаточно надежного централизованного теплоснабжения. Такие системы отличаются повышенным расходом электроэнергии, идущей как, на собственно, питание встроенных в завесы электронагревателей, так и на привод высоконапорных вентиляторов завес, которые работают даже при закрытых дверных проемах. Кроме того, принудительное распределение теплого воздуха по схеме «сверху-вниз» затрудняет нормальный прогрев помещения и приводит к значительным перепадам температур в рабочих зонах склада (журнал «Склад и техника» 4/2005 год).

Из уровня техники известны различные системы (конструкции) теплоснабжения, вентиляции и автономного обогрева помещений, например, патент ИЗ 2426033 публ. 10.08.2011 год, патент ИЗ 2443944 публ. 27.02 2012 год, патент ИЗ 2429423 публ. 20.09.2011 год.

Известные конструкции являются аналогами систем обогрева и в целом решают задачу отопления помещения.

Однако, в условиях дефицита поставляемой электрической и тепловой энергии, ограниченной фиксированным объемом покупки от централизованных систем города, они не могут быть использованы для отопления некоторых складских помещений, в частности, материальных складов Росжелдорснаба-филиала ОАО «Российские железные дороги» (РЖДС) - конструкция системы отопления по патенту ИЗ 2426033 и 2443944.

Система отопления по патенту ИЗ 2429423 (автономная) не зависит от централизованных систем города, кроме того, эта система позволяет использовать источник низкопотенциального тепла.

Однако данная система недостаточно эффективна при эксплуатации в условиях работы складского помещения, т.е. благодаря данной системе осуществляется только обогрев помещения в условиях закрытых дверных проемов. При открытых дверях склада в момент загрузки-выгрузки изделий в помещение склада происходит выхолаживание помещений.

За последние годы в отдельных уголках страны, в частности, в столице и области, происходит настоящий промышленный бум - возводятся новые предприятия и склады, как небольших размеров (до 1 тыс.м ²), так и весьма значительные, площадь которых несколько десятков тыс.квадратных метров.

Во многих случаях новые здания возводятся на месте старых или уже на основе их реконструкции. При таких условиях вопросов по организации отопления не появляется - все, что требуется - уже есть, и все системы рассчитаны на значительную нагрузку.

Однако в отдельных случаях складские комплексы могут строиться на неподготовленной площадке - фактически в поле. Тогда появляется несколько задач, требующих решения, к которым можно отнести: подведение газа или тепла, размещение газовой котельной (или других отопительных агрегатов), поиск наиболее экономичного вида отопления будущего помещения.

Технической задачей полезной модели является сокращение расхода энергоресурсов при отсутствии или недостаточном централизованном теплоснабжении и повышение качества прогрева складских и производственных помещений в условиях их работы при открытых дверных проемах.

Сократить расход энергоресурсов в случае отсутствия или недостаточно надежного централизованного теплоснабжения и качественно повысить прогрев складских и производственных помещений можно, применив комбинированную схему отопления с использованием тепловых насосов и воздушных завес без внутреннего подогрева, установленных в местах дверных проемов, т.е. за счет перераспределения нагретого воздуха из помещения склада в рабочую зону тепловой завесы в период открытых дверных проемов.

Техническая задача достигается тремя вариантами выполнения системы отопления.

Каждый вариант представляет собой совокупность элементов конструкции, которая является общей для всех вариантов и влияющей на достижение поставленной технической задачи, то есть система отопления включает объединенные в единый производственный цикл соединенные между собой генератор тепла, воздуховоды с люками для сброса теплого воздуха, воздушные тепловые завесы, расположенные в дверных проемах помещений, воздуховоды каналами связаны с отводами, снабженными люками для сброса теплового воздуха, расположенными в рабочей зоне тепловых завес, во внутренней полости воздуховодов и во внутренней полости каналов связи воздуховода с отводами установлены заглушки, регулируемые для открытия - закрытия блоком управления.

Варианты различаются между собой конкретным выполнением генератора тепла, которое является дополнительным условием к общей совокупности, влияющей на решение поставленной технической задачи.

Первый вариант - генератор тепла выполнен в виде тепловых насосов.

Второй вариант - генератор тепла выполнен в виде когенерационной энергетической установки.

Третий вариант - генератор тепла выполнен в виде комбинации когенерационной энергетической установки с тепловым насосом.

Когенерационная энергетическая установка может быть выполнена с основным питанием от центральной газовой магистрали или от подвезенного жидкого газа, с основным питанием от использования ветровой или солнечной энергии, с основным питанием от автономной дизель-генераторной установки и может быть выполнена с комбинированной генерацией энергии с основным питанием от центральной газовой магистрали или от подвезенного жидкого газа, параллельно от использования ветровой или солнечной энергии и одновременным питанием от автономной дизель-генераторной установки.

Воздушная тепловая завеса выполнена, по крайней мере, в виде коллектора.

Для тепловых насосов в качестве источника низкопотенциального тепла используют энергию атмосферного воздуха, сбросных или проточных вод, вентиляционных или промышленных выбросов или грунта.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена общая схема системы отопления, на фиг.2 - сечение А-А, положение заглушки воздуховода при закрытых дверных проемах, на фиг.3 - сечение Б-Б, положение заглушки отвода воздуховода при закрытых дверных проемах, на фиг.4 - сечение А-А, положение заглушки воздуховода при открытых дверных проемах, на фиг.5 - сечение Б-Б, положение заглушки отвода воздуховода при открытых дверных проемах.

Система отопления включает объединенный в один производственный цикл соединенные между собой генератор тепла 1, воздуховод 2 и воздушные тепловые завесы 3.

Воздуховод 2 расположен внутри складского помещения и предназначен для равномерной подачи нагретого воздуха внутрь складского помещения. В различных местах вдоль всей длины воздуховода 2 на его корпусе выполнены люки 4 для сброса теплого воздуха внутрь складского помещения, поступающего по воздуховоду 2 от генератора тепла 1.

Тепловые завесы 3 предназначены для разделения зон с разными температурами. Зимой, например, при часто открываемых дверях, завеса препятствует прохождению холодного воздуха в помещение, а летом теплого, если в помещении работает кондиционер. Тепловая завеса 3 незаменима при эксплуатации складских помещений с большими дверными проемами. Тепловые завесы 3 могут устанавливаться горизонтально над дверным проемом или вертикально сбоку от него.

Используемые в предлагаемой системе отопления воздушные тепловые завесы 3 расположены в зоне дверных проемов. От воздуховода 2 системы в рабочую зону воздушных тепловых завес 3 смонтированы отводы воздуховода 5, снабженные люками 6 для сброса теплового воздуха, поступающего от воздуховода 2 в рабочую зону воздушных тепловых завес 3. Воздушные тепловые завесы 3 могут быть выполнены, например, в виде коллектора.

Во внутренней полости воздуховода 2 в различных местах расположены заглушки 7 воздуховода (см. фиг.4). Во внутренней полости отвода воздуховода 5 расположены заглушки 8 (см. фиг.3)

Система отопления содержит блок управления 9 заглушками 7 и 8, который предназначен для регулирования их работы - автоматического открытия - закрытия заглушек 7 и 8 в момент открытия - закрытия дверных проемов.

В настоящее время, в России стоимость производства тепловой энергии значительно зависит от вида топлива: дороже всего электроэнергия, затем идет дизельное топливо и газ. Цены на них все время меняются и затраты растут.

Для решения поставленной технической задачи предлагается три варианта выполнения генератора тепла 1.

Первый вариант

Генератор тепла 1 выполнен в виде теплового насоса (Информацию о тепловых насосах - см. на сайте TopClimat.Ru).

Тепловой насос - современный источник энергии, используемый для работы систем кондиционирования, отопления, горячего водоснабжения. Тепловой насос «выкачивает» накопленную за теплое время года энергию окружающей среды - грунта, скальной породы, водоема, а также энергию атмосферного воздуха, сбросных или проточных вод, вентиляционных или промышленных выбросов или грунта, являющихся низкопотенциальными источниками тепла, и преобразует ее в высокопотенцтальную тепловую энергию.

Использование теплового насоса - это экономия энергии и денег.

Второй вариант

Генератор тепла 1 выполнен в виде когенерационной энергетической установки.

Когенерационная энергетическая установка (КЭУ) представляет собой установку, способную вырабатывать как тепловую, так и электрическую энергию.

Существуют различные варианты исполнения КЭУ, с комбинированной генерацией энергии: с основным питанием от газовой магистрали или от подвезенного жидкого газа, параллельно от использования ветровой или солнечной энергии и одновременным питанием от автономной дизель-генераторной установки.

Третий вариант

Генератор тепла 1 выполнен в виде комбинации когенерационной энергетической установки с тепловым насосом.

Учитывая специфику конструкции материальных складов РЖДС и дефицит поставляемой электрической и тепловой энергии, ограниченной фиксированным объемом покупки от централизованных систем города, в комбинации с тепловым насосом и тепловыми завесами может быть использована КЭУ с питанием от солнечной энергии, при этом соответствующие панели размещают на поверхности крыш складских помещений.

В этом случае, например, с каждых 33 м² склада, ориентированных на южную сторону, даже в условиях Москвы, при дополнительном весе панелей, равном 390 кг, можно получать до 4,5 кВт электрической или 5 кВт тепловой энергии. При запланированных 10 млн. руб. можно будет получить до 60 кВт ч электрической энергии, что при стоимости 4,12 руб./кВт ч. и световом периоде 15 час/сутки позволит окупить проект менее, чем за 7 лет.

При этом срок службы КЭУ из солнечных панелей составляет 50 лет.

Система отопления функционирует следующим образом.

Рассмотрим работу системы с использованием в качестве генератора тепла 1 тепловой насос типа, например, «воздух-воздух».

В период закрытых дверных проемов отопление помещения может производиться при помощи теплового насоса. Причем в качестве источника низкопотенциального тепла для теплового насоса может быть использована энергия сбросных или проточных вод, вентиляционных или вредных выбросов, грунта и т.п.

В случае отсутствия подобных источников низкопотенциальной тепловой энергии используется энергия окружающей среды, т.е. применяются тепловые насосы системы «воздух-воздух». В качестве последних могут использоваться, как обычные тепловые насосы, работающие до температур окружающего воздуха -10÷-15°С, так и тепловые насосы типа Hi-VRV, эффективно эксплуатирующиеся и при температурах наружной среды до -25°С. При этом нагретый воздух подается и распределяется преимущественно по нижней зоне отапливаемого помещения.

Таким образом, генератор тепла 1, выполненный в виде теплового насоса, вырабатывает теплый воздух, который посредством имеющегося, например вентилятора, направляется в воздуховод 2 и далее через люки для сброса теплого воздуха 4 сбрасывается в помещение склада, повышая тем самым температуру воздуха внутри помещения.

При этом блок управления 9 фиксирует положение заглушек 7 и 8 в сечениях А-А воздуховода 2 и сечениях Б-Б отвода воздуховода 5 соответственно в положениях, изображенных на фиг.2 и фиг.3, а именно: канал воздуховода 2 полностью открыт (заглушка 7 отсутствует), а канал отвода воздуховода 5 перекрыт заглушкой 8.

В момент открытия дверных проемов, над которыми расположены одновременно начинающие работать воздушные завесы 3, во избежание выхолаживания помещения, при помощи блока управления 9 изменяется положение заглушек 7 в воздуховоде 2 (сечение А-А) и заглушек 8 в отводе воздуховода 5 (сечение Б-Б) на положение, изображенное на фиг.4 и фиг.5, а именно: канал воздуховода 2 частично открыт для прохода теплого воздуха, а канал отвода воздуховода 5 открыт полностью с целью подачи основного объема теплого воздуха в рабочую зону воздушных завес 3.

В этом случае образуемый при работе воздушных завес поток, состоящий из смеси наружного холодного воздуха и воздуха складского помещения, дополнительно подогревается за счет подачи в рабочую зону воздушных завес перераспределенного потока теплого воздуха из воздуховода 2, тем самым, выравнивая температуру воздуха в помещении и сохраняя теплый воздух внутри склада.

По-существу, в период открытия дверных проемов, необходимого для приема или выдачи хранящихся в помещении грузов, включаются воздушные завесы без предварительного подогрева.

Одновременно внутри складского или производственного помещения происходит перераспределение потока нагретого от тепловых насосов воздуха, который, преимущественно, направляется в зону забора или приемный коллектор завес. Тем самым происходит работа воздушной завесы с дополнительно обеспеченным режимом подогрева.

При прочих равных условиях расход электроэнергии уменьшается на 20-30% по сравнению с использованием тепловых завес, например, с электрическим подогревом.

Допустим имеем средний материальный склад площадью 350-400 м² с одними воротами высотой 3 и шириной 5 метров. Рабочая температура внутри склада составляет 10°С, а наружная температура воздуха -5°С (средняя за отопительный период). Даже если дверной проем склада открывается в час на 10 минут, то для нагрева поступающего холодного воздуха за рабочую смену (8 часов) будет дополнительно затрачено 100-130 кВт ч.

Установленная электрическая мощность размещенной над дверным проемом теплововой завесы без подогрева, или с частичным подогревом от теплового насоса или другого источника составит 18 кВт. Т.е. за аналогичный промежуток времени (рабочую смену) будет израсходовано 24 кВт ч или примерно в 5 раз меньше энергии.

В зависимости от вида энергии, расходуемой на обогрев помещения (тепловая или электрическая) и трехсменной работе склада, годовой экономический эффект для средней полосы (продолжительность отопительного периода 210 дней) составит в среднем 85 тыс.руб. или 172 тыс.руб.

Таким образом, включение воздушных завес и системы перераспределения нагретого воздуха в складском помещении, использование для генератора тепла источников низкопотенциального тепла в конструкции предлагаемой полезной модели полностью обеспечивает решение поставленной технической задачи, а именно, сокращение расхода энергоресурсов при отсутствии или недостаточном централизованном теплоснабжении и повышение качества прогрева складских и производственных помещений в условиях их работы при открытых дверных проемах.

1. Универсальная система отопления складских и производственных помещений, включающая объединенные в единый производственный цикл соединенные между собой генератор тепла, выполненный в виде тепловых насосов, воздуховоды с люками для сброса теплого воздуха, воздушные тепловые завесы, расположенные в дверных проемах помещений, воздуховоды каналами связаны с отводами, снабженными люками для сброса теплового воздуха, расположенными в рабочей зоне тепловых завес, при этом во внутренней полости воздуховодов и во внутренней полости каналов связи воздуховода с отводами установлены заглушки, регулируемые для открытия-закрытия блоком управления.

2. Универсальная система отопления по п.1, в которой для тепловых насосов в качестве источника низкопотенциального тепла используют энергию атмосферного воздуха, сбросных или проточных вод, вентиляционных или промышленных выбросов или грунта.

3. Универсальная система отопления складских и производственных помещений, включающая объединенные в единый производственный цикл соединенные между собой генератор тепла, выполненный в виде когенерационной энергетической установки, воздуховоды с люками для сброса теплого воздуха, воздушные тепловые завесы, расположенные в дверных проемах помещений, воздуховоды каналами связаны с отводами, снабженными люками для сброса теплового воздуха, расположенными в рабочей зоне тепловых завес, при этом во внутренней полости воздуховодов и во внутренней полости каналов связи воздуховода с отводами установлены заглушки, регулируемые для открытия-закрытия блоком управления.

4. Универсальная система отопления по п.3, в которой когенерационная энергетическая установка выполнена с основным питанием от центральной газовой магистрали или от подвезенного жидкого газа.

5. Универсальная система отопления по п.3, в которой когенерационная энергетическая установка выполнена с основным питанием от использования ветровой или солнечной энергии.

6. Универсальная система отопления по п.3, в которой когенерационная энергетическая установка выполнена с основным питанием от автономной дизель-генераторной установки.

7. Универсальная система отопления по п.3, в которой когенерационная энергетическая установка выполнена с комбинированной генерацией энергии с основным питанием от центральной газовой магистрали или от подвезенного жидкого газа параллельно от использования ветровой или солнечной энергии и одновременным питанием от автономной дизель-генераторной установки.

8. Универсальная система отопления складских и производственных помещений, включающая объединенные в единый производственный цикл соединенные между собой генератор тепла, выполненный в виде комбинации когенерационной энергетической установки с тепловым насосом, воздуховоды с люками для сброса теплового воздуха, воздушные тепловые завесы, расположенные в дверных проемах помещений, воздуховоды каналами связаны с отводами, снабженными люками для сброса теплового воздуха, расположенными в рабочей зоне тепловых завес, при этом во внутренней полости воздуховодов и во внутренней полости каналов связи воздуховода с отводами установлены заглушки, регулируемые для открытия-закрытия блоком управления.

9. Универсальная система отопления по п.8, в которой когенерационная энергетическая установка выполнена с основным питанием от центральной газовой магистрали или от подвезенного жидкого газа.

10. Универсальная система отопления по п.8, в которой когенерационная энергетическая установка выполнена с основным питанием от использования ветровой или солнечной энергии.

11. Универсальная система отопления по п.8, в которой когенерационная энергетическая установка выполнена с основным питанием от автономной дизель-генераторной установки.

12. Универсальная система отопления по п.8, в которой когенерационная энергетическая установка выполнена с комбинированной генерацией энергии с основным питанием от центральной газовой магистрали или от подвезенного жидкого газа параллельно от использования ветровой или солнечной энергии и одновременным питанием от автономной дизель-генераторной установки.

13. Универсальная система отопления по п.8, в которой для тепловых насосов в качестве источника низкопотенциального тепла используют энергию атмосферного воздуха, сбросных или проточных вод, вентиляционных или промышленных выбросов или грунта.