RU2292000C1 - Device for power supply to rooms with the use of low-potential power carriers - Google Patents
Device for power supply to rooms with the use of low-potential power carriers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2292000C1 RU2292000C1 RU2005111800/03A RU2005111800A RU2292000C1 RU 2292000 C1 RU2292000 C1 RU 2292000C1 RU 2005111800/03 A RU2005111800/03 A RU 2005111800/03A RU 2005111800 A RU2005111800 A RU 2005111800A RU 2292000 C1 RU2292000 C1 RU 2292000C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- water
- air
- additional
- low
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Abstract
Description
Область техники. Изобретение относится к системам автономного энергообеспечения помещений (отопление, горячее водоснабжение, получение холода) в зданиях жилого, культурно-образовательного, торгово-административного, промышленного и другого назначения, как в новом строительстве, так и в реконструируемом фонде, с использованием возобновляемых низкопотенциальных энергетических источников, в основном, природного происхождения (тепло верхних, до глубины 100-200 м, слоев грунта) или техногенного происхождения, например, тепловых сбросов вентиляции. При этом низкий тепловой потенциал источников доводят до более высокого температурного уровня, необходимого потребителю, путем утилизации извлекаемой низкопотенциальной тепловой энергии с термотрансформацией в тепловых насосах.The field of technology. The invention relates to systems for autonomous energy supply of premises (heating, hot water supply, getting cold) in residential, cultural, educational, commercial and administrative, industrial and other buildings, both in new construction and in a renovated fund, using renewable low-potential energy sources , mainly of natural origin (heat of the upper, to a depth of 100-200 m, soil layers) or technogenic origin, for example, thermal vents of ventilation. At the same time, the low thermal potential of the sources is brought to a higher temperature level, which is necessary for the consumer by utilizing the extracted low-potential thermal energy with thermal transformation in heat pumps.
Уровень техники. Известно устройство для энергообеспечения помещений с использованием в качестве возобновляемого природного источника энергии низкопотенциального тепла верхних слоев Земли, с помощью грунтовых теплообменников в скважинах и тепловых насосов. Устройство применено в геолого-климатических условиях одного из центральных регионов России для теплоснабжения здания сельской школы /Васильев Г.П., Крундышев Н.С. Энергоэффективная сельская школа в Ярославской области. - АВОК, 2002, №5, с.22-24/. Устройство содержит подключенную к сети теплоснабжения помещений (отопительной сети), через водоаккумуляторы с пиковыми догревателями и конденсаторы тепловых насосов, систему сбора и утилизации тепла грунта, включающую контур циркуляции незамерзающего низкопотенциального теплоносителя (вода с антифризными добавками этиленгликоля - тосол), проходящий через испарители тепловых насосов и установленные в скважинах теплообменники коаксиального типа (8 теплообменников типа "труба в трубе"). В межтрубном пространстве теплообменника происходит передача тепла от окружающего грунта теплоносителю, после чего подогретый теплоноситель подают через центральную трубу к испарителю теплового насоса.The level of technology. A device for energy supply of premises is known using low potential heat of the upper layers of the Earth as a renewable natural source of energy, using soil heat exchangers in wells and heat pumps. The device is used in the geological and climatic conditions of one of the central regions of Russia to heat the building of a rural school / Vasiliev G.P., Krundyshev N.S. Energy-efficient rural school in the Yaroslavl region. - ABOK, 2002, No. 5, p.22-24 /. The device contains connected to the heating network of rooms (heating network), through water accumulators with peak heaters and condensers of heat pumps, a system for collecting and utilizing soil heat, including a non-freezing low-potential coolant circulation circuit (water with antifreeze additives of ethylene glycol - antifreeze) passing through heat pump evaporators and coaxial heat exchangers installed in the wells (8 pipe-in-pipe heat exchangers). In the annular space of the heat exchanger, heat is transferred from the surrounding soil to the coolant, after which the heated coolant is fed through the central pipe to the evaporator of the heat pump.
При сборе (извлечении) тепла грунта с помощью скважинных теплообменников (СТО) происходит охлаждение скважин, накапливаемое за отопительный сезон, а следовательно, снижение температуры циркулирующего через СТО теплоносителя, что ведет в течение сезона и от сезона к сезону к уменьшению коэффициента преобразования теплового насоса (КПТН). КПТН определяется как отношение вырабатываемой тепловой мощности (сумма электрической мощности привода теплового насоса и тепловой мощности, извлекаемой из СТО) к электрической мощности теплового насоса.When soil heat is collected (extracted) using borehole heat exchangers (STO), the wells are cooled, accumulated during the heating season, and therefore, the temperature of the coolant circulating through the STO decreases, which leads to a decrease in the heat pump conversion coefficient during the season and from season to season ( CPTN). KPTN is defined as the ratio of the generated heat power (the sum of the electric power of the heat pump drive and the heat power extracted from the service station) to the electric power of the heat pump.
Как следствие, это приводит к увеличению количества электроэнергии, потребляемой приводом, в результате чего происходит снижение текущего и среднесезонного коэффициентов использования первичной энергии (КИПЭ), т.е. использования топлива, расходуемого на производство электроэнергии на электростанции, что повышает расходы на эксплуатацию и стоимость тепловой энергии от грунтовых теплонасосных установок (ТНУ).As a result, this leads to an increase in the amount of electric energy consumed by the drive, resulting in a decrease in the current and average seasonal primary energy utilization factors (KIPE), i.e. the use of fuel spent on the production of electricity at power plants, which increases the operating costs and the cost of thermal energy from ground heat pump units (HPU).
Недостатком известного устройства является то обстоятельство, что его конструкция не обеспечивает возможность подогрева остывающего теплоносителя перед подачей в тепловой насос в периоды работы отопительной сети, а также корректировку температурного режима охлажденных за отопительный сезон СТО. Последнее обстоятельство приводит к неполному естественному восстановлению температуры грунта в межотопительные периоды, уровень которого определяется интенсивностью и продолжительностью солнечного излучения, причем эти характеристики могут меняться из года в год, а дефицит температуры грунта относительно начальной его величины - накапливаться с каждым отопительным сезоном. Тем более это проявляется в многоскважинной системе сбора тепла грунта, примененной в устройстве, поскольку уровень охлаждения скважин при извлечении тепла грунтовыми теплообменниками усиливается за счет теплового взаимовлияния скважин.A disadvantage of the known device is the fact that its design does not provide the possibility of heating the cooling coolant before being supplied to the heat pump during periods of operation of the heating network, as well as adjusting the temperature regime of service stations cooled during the heating season. The latter circumstance leads to an incomplete natural restoration of soil temperature in the inter-heating periods, the level of which is determined by the intensity and duration of solar radiation, and these characteristics can vary from year to year, and the deficit of soil temperature relative to its initial value can accumulate with each heating season. This is even more evident in the multi-well soil heat collection system used in the device, since the level of well cooling during heat extraction by soil heat exchangers is enhanced by the thermal interaction of the wells.
Из-за невозможности корректировок и стабилизации температуры остывающего теплоносителя величина КПТН для известного устройства в течение нескольких отопительных сезонов составила средневзвешенную величину около 2,5 единиц (исходя из 3,23 в первый месяц отопительного сезона и далее 2,16 - до окончания сезона /Васильев Г.П., Крундышев Н.С. Энергоэффективная сельская школа в Ярославской области. - АВОК, 2002, №5, с.22-24/). Как следует из известных рекомендаций, например /Калнинь И.М., Савицкий И.К. Тепловые насосы: вчера, сегодня, завтра. Холодильная техника, 2000, №10, с.2-6/, эта величина соответствует нижнему пределу экономически приемлемых показателей для геотермальной установки с электрическим тепловым насосом, определяющих ее конкурентоспособность по отношению к традиционным котельным. К тому же остается не востребованным потенциал охлажденных скважин, который можно было бы экономически выгодно применить на охлаждение помещений в летний период, сочетая возможность охлаждения с дополнительным восстановлением теплового режима скважин и увеличивая таким образом КИПЭ за счет полезных температурных корректировок и дополнительных энергопотоков к потребителю.Due to the impossibility of adjustments and stabilization of the temperature of the cooling coolant, the KPTN value for the known device for several heating seasons amounted to an average weighted value of about 2.5 units (based on 3.23 in the first month of the heating season and then 2.16 until the end of the season / Vasiliev G.P., Krundyshev N.S. Energy-efficient rural school in the Yaroslavl region. - AVOK, 2002, No. 5, p.22-24 /). As follows from well-known recommendations, for example / Kalnin I.M., Savitsky I.K. Heat pumps: yesterday, today, tomorrow. Refrigeration equipment, 2000, No. 10, pp. 2-6 /, this value corresponds to the lower limit of economically acceptable indicators for a geothermal installation with an electric heat pump, which determine its competitiveness in relation to traditional boiler rooms. In addition, the potential of chilled wells remains unclaimed, which could be economically profitable for cooling premises in the summer, combining the possibility of cooling with additional restoration of the thermal regime of the wells and thus increasing the KIPE due to useful temperature adjustments and additional energy flows to the consumer.
Известно другое устройство для энергообеспечения помещений с использованием низкопотенциальных энергоносителей в виде утилизируемого, с помощью тепловых насосов, тепла приточной и вытяжной вентиляции /Гершкович В.Ф. Опыт применения в Киеве теплового насоса "воздух-вода" для отопления офисного здания. - Новости теплоснабжения. 2001, №11, с.38-41/. Устройство, предназначенное для отопления помещений и оказания дополнительных услуг в виде холодоснабжения в летний период, содержит подключенные к сети теплоснабжения (к отопительной сети), через водоаккумуляторы и конденсатор теплового насоса типа "воздух-вода" (кондиционер с контуром циркуляции тосола), систему сбора и утилизации тепла вентиляционного воздуха, подаваемого в помещения и удаляемого из помещений. Система включает основной (приточная линия) и дополнительный (вытяжная линия) контура циркуляции низкопотенциального теплоносителя, проходящие через испаритель теплового насоса и водовоздушный теплообменник (типа "жидкость-воздух"), подсоединенный воздушной стороной к вентилятору подачи воздуха, снабженному калорифером в составе кондиционера, и водяной стороной - к входу и выходу испарителя теплового насоса. В данном случае калорифер в составе кондиционера служит для пикового догрева при температурах наружного воздуха ниже -15°С.There is another device for energy supply of premises using low-potential energy in the form of recyclable, using heat pumps, heat supply and exhaust ventilation / Gershkovich V.F. Experience in using an air-water heat pump in Kiev for heating an office building. - News of heat supply. 2001, No. 11, p. 38-41 /. The device, designed for heating rooms and providing additional services in the form of cold supply in the summer, contains connected to the heat supply network (to the heating network), through water accumulators and a heat pump of the air-to-water type (air conditioner with antifreeze circuit), a collection system and utilizing the heat of the ventilation air supplied to and removed from the premises. The system includes a main (supply line) and additional (exhaust line) low-potential coolant circulation circuit passing through the heat pump evaporator and a water-air heat exchanger (liquid-air type) connected by the air side to the air supply fan equipped with a heater in the air conditioner, and water side - to the inlet and outlet of the heat pump evaporator. In this case, the air heater in the air conditioner is used for peak heating at outdoor temperatures below -15 ° C.
Недостатки этого устройства заключаются в том, что эффективное применение наружного (атмосферного) воздуха в качестве источника низкопотенциального тепла ограничено, во-первых, указанным пределом наружных температур, который, применительно к другим климатическим условиям, например, в центральных регионах России, существенно далек от расчетной температуры для отопительных сетей. Это обстоятельство приведет к возрастанию доли пикового догрева до экономически неприемлемых значений. К тому же воздух приточной и вытяжной вентиляции из-за более низкого удельного теплосодержания, в сравнении с жидкими теплоносителями, требует значительных объемов его подачи, что связано с установкой вентиляционного оборудования большой мощности. Хотя устройство и обеспечивает дополнительные услуги за счет возможности использования теплового насоса в режиме холодильной машины, однако для использования устройства, кроме отопления, на горячее водоснабжение (ГВС) потребуются увеличение объемов воздуха и значительные дополнительные затраты, связанные со стоимостью вентиляторов и потребляемых ими энергоносителей. К тому же, как отмечено в приведенном источнике информации, достигаемый уровень КПТН в данном устройстве при максимально возможной отопительной мощности составляет около 2,4 единицы, т.е. находится даже чуть ниже порога экономически конкурентной величины для электроприводных тепловых насосов.The disadvantages of this device are that the effective use of outside (atmospheric) air as a source of low-grade heat is limited, firstly, by the indicated limit of outside temperatures, which, in relation to other climatic conditions, for example, in the central regions of Russia, is far from the calculated temperatures for heating networks. This circumstance will lead to an increase in the share of peak heating to economically unacceptable values. In addition, the air of supply and exhaust ventilation due to the lower specific heat content, in comparison with liquid heat carriers, requires significant volumes of its supply, which is associated with the installation of ventilation equipment of high power. Although the device provides additional services due to the possibility of using a heat pump in the chiller mode, to use the device, in addition to heating, hot water supply (DHW) will require an increase in air volumes and significant additional costs associated with the cost of fans and energy carriers consumed by them. In addition, as noted in the cited information source, the achieved KPTN level in this device at the maximum possible heating power is about 2.4 units, i.e. It is even slightly below the threshold of economically competitive quantities for electric heat pumps.
Известно наиболее близкое к предлагаемому изобретению устройство для энергообеспечения помещений с использованием низкопотенциальных энергоносителей, в котором совмещено использование двух источников низкопотенциальной тепловой энергии: тепла верхних слоев грунта и тепла удаляемого вентиляционного воздуха. Устройство применено в геолого-климатических условиях одного из центральных регионов России, для ГВС многоэтажного жилого дома на окраине Москвы /Васильев Г.П. Энергоэффективный экспериментальный жилой дом в микрорайоне Никулино-2. - АВОК, 2002, №4, с.10-18/.Known closest to the proposed invention is a device for energy supply of premises using low-potential energy carriers, in which the use of two sources of low-potential thermal energy is combined: heat of the upper layers of the soil and heat of ventilating air removed. The device is used in the geological and climatic conditions of one of the central regions of Russia, for the hot water supply of a multi-storey residential building on the outskirts of Moscow / Vasiliev G.P. Energy-efficient experimental residential building in the Nikulino-2 microdistrict. - ABOK, 2002, No. 4, pp. 10-18 /.
Устройство содержит подключенные к сети теплоснабжения помещений (сеть ГВС с трубопроводами подачи холодной и горячей воды), через водоаккумуляторы с пиковыми догревателями и конденсаторы основного и дополнительного тепловых насосов, систему сбора и утилизации тепла грунта, включающую основной контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя, проходящий через установленные в скважинах теплообменники и испаритель основного теплового насоса, а также систему сбора и утилизации тепла удаляемого из помещений вентиляционного воздуха, включающую дополнительный контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя, проходящий через водовоздушный теплообменник, подсоединенный воздушной стороной к калориферу и вентилятору подачи удаляемого из помещений воздуха, а водяной стороной - к входу и выходу испарителя дополнительного теплового насоса. Обеспечивая попеременную или совместную загрузки основного и дополнительного тепловых насосов за счет возможности подачи в них двух потоков тосола, один из которых подогревается теплом грунта, другой - теплом удаляемого вентиляционного воздуха, устройство позволяет осуществлять круглый год подогрев воды в сети ГВС. При этом за счет переключения одного потока на другой имеется возможность отключения грунтового циркуляционного контура в летний период для обеспечения естественного восстановления теплового режима скважин путем солнечной инсоляции.The device contains rooms connected to the heating network (hot water network with pipelines for supplying cold and hot water), through water accumulators with peak heaters and condensers of the main and additional heat pumps, a system for collecting and utilizing soil heat, which includes the main low-temperature coolant circulation circuit passing through the installed wells heat exchangers and the evaporator of the main heat pump, as well as a system for collecting and utilizing heat from ventilation air removed from the premises Comprising an additional low-grade heat medium circulation circuit passing through the water-air heat exchanger connected to the air side of the heater and blower feed air removed from the premises, and the water side - to the input and output of an additional heat pump evaporator. Providing alternate or joint loading of the main and additional heat pumps due to the possibility of supplying two antifreeze streams into them, one of which is heated by the heat of the ground, the other by the heat of the ventilating air removed, the device allows water heating in the hot water supply network year-round. At the same time, by switching one stream to another, it is possible to turn off the soil circulation circuit in the summer to ensure the natural restoration of the thermal regime of the wells by solar insolation.
Поскольку это восстановление по причинам, указанным выше, происходит не полностью и дефицит температуры грунта относительно исходной температуры накапливается от одного отопительного сезона к другому, известное устройство, эффективное для такого вида теплообеспечения, как ГВС, когда имеются технологические перерывы в отборе горячей воды из водоаккумуляторов в течение суток, нельзя применить в комплексе с непрерывным технологическим процессом, например, для одновременного отопления помещений с использованием тепла грунта. Достигнутые с помощью устройства показатели КПТН (среднегодовая величина - около 3,5 единиц; с учетом потребления электроэнергии циркуляционными насосами - 2,1) либо из-за необходимости повышения объемов перекачки вентиляционного воздуха и связанных с этим затрат, либо значительной доли пикового догрева, окажутся при отоплении ниже экономически приемлемых значений, что является основным недостатком устройства. Как и в рассмотренном первом аналоге, в устройстве не предусмотрена возможность воздействия с помощью технических средств на температуру подаваемого от СТО в тепловые насосы теплоносителя и на восстановление температурного режима скважин. Перечисленные недостатки, а также то обстоятельство, что конструкция устройства (выбранного за прототип) не позволяет применить разные источники низкопотенциального тепла для комплексного энергообеспечения помещений (отопление, ГВС, охлаждение), в т.ч. с использованием потенциала охлажденных скважин в летнее время, отрицательным образом влияют на среднегодовые величины КПТН и КИПЭ.Since this recovery, for the reasons mentioned above, does not occur completely and the soil temperature deficit relative to the initial temperature accumulates from one heating season to another, a known device is effective for such a type of heat supply as hot water supply, when there are technological interruptions in the selection of hot water from water accumulators in during the day, it is impossible to apply in combination with a continuous technological process, for example, for the simultaneous heating of rooms using soil heat. The KPTN indicators achieved with the device (annual average of about 3.5 units; taking into account the energy consumption by circulation pumps - 2.1), either due to the need to increase the volume of ventilation air pumping and the associated costs, or a significant share of peak heating, will when heated below economically acceptable values, which is the main disadvantage of the device. As in the first analogue considered, the device does not provide for the possibility of using the technical means to influence the temperature of the coolant supplied from the heat pump to the heat pump and to restore the temperature regime of the wells. These shortcomings, as well as the fact that the design of the device (selected for the prototype) does not allow the use of different sources of low potential heat for integrated energy supply of premises (heating, hot water, cooling), including using the potential of chilled wells in the summer, negatively affect the average annual values of KPTN and KIPE.
Таким образом, одной из задач, которая решается в предлагаемом изобретении, является расширение технологических функций устройства за счет обеспечения возможностей корректировки температуры теплоносителя на выходе из СТО перед подачей его в тепловой насос во время отопительного сезона и воздействия на температурный режим скважин теплосбора в межотопительные периоды, с целью стабилизации КПТН и повышения его среднесезонной величины, с учетом разных геологических предпосылок для работы устройства (включая диапазон начальных температур верхних слоев грунта: 5-8°С).Thus, one of the problems that is solved in the present invention is the expansion of the technological functions of the device by providing the ability to adjust the temperature of the coolant at the outlet of the service station before feeding it to the heat pump during the heating season and affecting the temperature regime of the heat-collecting wells in the inter-heating periods, in order to stabilize the KPTN and increase its average seasonal value, taking into account different geological prerequisites for the operation of the device (including the range of initial temperatures ur topsoil: 5-8 ° С).
Вторая задача: в комплексе с "искусственным" восстановлением температурного режима скважин обеспечить возможность использования потенциала охлажденных скважин на охлаждение помещений и получить таким образом, кроме расширенных технологических возможностей, дополнительный вклад в энергопотоки, поступающие потребителю, увеличивающий КИПЭ.The second task: in combination with the "artificial" restoration of the temperature regime of the wells, to ensure the possibility of using the potential of the chilled wells to cool the premises and thus, in addition to the expanded technological capabilities, make an additional contribution to the energy flows coming to the consumer, which increases the KIPE.
Решение первой задачи позволит при температурах грунта, характерных для центральных регионов России (5-8°С), и невысоких значениях к.п.д. производства электроэнергии (принято 0,3 единицы), получить среднесезонную величину КПТН не менее 3,0-3,5 единиц и уровни КИПЭ, близкие или превышающие 1,0 единицу (КИПЭ определяется произведением к.п.д. электростанции на достигнутую величину КПТН).The solution to the first problem will allow for soil temperatures characteristic of the central regions of Russia (5-8 ° C), and low efficiency values electricity production (0.3 units accepted), to obtain an average seasonal KPTN value of not less than 3.0-3.5 units and KIPE levels close to or exceeding 1.0 unit (KIPE is determined by the product of the power plant efficiency by the achieved KPTN value )
Решение второй задачи позволит, кроме расширения услуг потребителю за счет комплексного энергообеспечения помещений (отопление, ГВС, охлаждение), получить при использовании потенциала охлажденных скважин в межотопительные периоды возможность дополнительного увеличения КПТН и КИПЭ, не менее 10-20%.The solution to the second problem will allow, in addition to expanding services to the consumer due to the integrated energy supply of the premises (heating, hot water supply, cooling), by using the potential of chilled wells during inter-heating periods, the possibility of an additional increase in KPTN and KIPE not less than 10-20%.
Раскрытие изобретения. С целью решения поставленных задач и ликвидации недостатков известных устройств в устройстве для энергообеспечения помещений с использованием низкопотенциальных энергоносителей, содержащем подключенные к сети теплоснабжения помещений с трубопроводами подачи холодной и горячей воды, через водоаккумуляторы с пиковыми догревателями и конденсаторы основного и дополнительного тепловых насосов, систему сбора и утилизации тепла грунта, включающую основной контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя, проходящий через установленные в скважинах теплообменники и испаритель основного теплового насоса, а также систему сбора и утилизации тепла удаляемого из помещений вентиляционного воздуха, включающую дополнительный контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя, проходящий через водовоздушный теплообменник, подсоединенный воздушной стороной к калориферу и вентилятору подачи удаляемого воздуха, а водяной стороной к входу и выходу испарителя дополнительного теплового насоса, согласно изобретению водяная сторона водовоздушного теплообменника подключена к входу и выходу испарителя дополнительного теплового насоса через перемычки и связана через другие перемычки с выходами теплообменников в скважинах, с возможностью передачи тепла, собираемого на воздушной стороне теплообменника, или на догрев низкопотенциального теплоносителя в основном циркуляционном контуре перед подачей теплоносителя в испаритель основного теплового насоса при отключенном через перемычки от водовоздушного теплообменника дополнительном тепловом насосе или на восстановление теплового режима охлажденных при сборе тепла грунта скважин при отключенных через перемычки от контуров циркуляции низкопотенциального теплоносителя основном и дополнительном тепловых насосах, при этом выходы и входы теплообменников в скважинах связаны с входом и выходом испарителя основного теплового насоса через перемычки, а водяная сторона водовоздушного теплообменника снабжена на выходе вилкой для разделения потока низкопотенциального теплоносителя на прямую и обратную, в теплообменник, ветви, связанной с регулятором расходов теплоносителя в прямой и обратной ветви и установленным на выходе теплообменника, перед вилкой, датчиком температуры теплоносителя.Disclosure of the invention. In order to solve the problems and eliminate the shortcomings of the known devices in the device for energy supply of premises using low-potential energy carriers, containing connected to the heat supply network of rooms with pipelines for supplying cold and hot water, through water accumulators with peak heaters and condensers of the main and additional heat pumps, the collection system and heat recovery of the soil, including the main circuit of the circulation of low-grade coolant passing through the installation the heat exchangers and the evaporator of the main heat pump, as well as the system for collecting and recovering heat from the ventilation air removed from the premises, including an additional low-potential coolant circulation circuit passing through a water-air heat exchanger connected by the air side to the air heater and the exhaust air supply fan, and the water side to the inlet and outlet of the evaporator of an additional heat pump, according to the invention, the water side of the water-air heat exchanger is connected to the inlet and outlet of the additional heat pump evaporator through jumpers and connected through other jumpers to the exits of the heat exchangers in the wells, with the possibility of transferring heat collected on the air side of the heat exchanger, or to heat up the low-grade heat carrier in the main circulation circuit before the heat carrier enters the main heat pump evaporator when an additional heat pump is disconnected through jumpers from a water-air heat exchanger or to restore the thermal regime of cooled heat collection of the soil of the wells when the main and additional heat pumps are disconnected through the jumpers from the low potential coolant circulation circuits, while the exits and inputs of the heat exchangers in the wells are connected to the inlet and outlet of the main heat pump evaporator through the jumpers, and the water side of the air-to-air heat exchanger is equipped with a plug for separation flow of low-grade heat carrier to the direct and return flow, to the heat exchanger, of the branch connected with the flow rate regulator of the coolant to the direct and return flow th branch and mounted at the outlet of the heat exchanger, before fork coolant temperature sensor.
Дополнительным отличием устройства является то, что оно снабжено системой водяного, воздушного или смешанного охлаждения помещений, включающей установленные один или несколько контуров циркуляции охлаждающего энергоносителя, каждый из которых снабжен охлаждающим коллектором в виде смонтированных в ограждающих элементах помещения труб, включая один из контуров, выполненных с возможностью подключения через перемычку к трубопроводу подачи холодной воды, или в виде смонтированного дополнительного водовоздушного теплообменника, подсоединенного воздушной стороной к установленному вентилятору подачи воздуха в дополнительный теплообменник, при этом, по крайней мере, один из контуров циркуляции охлаждающего энергоносителя подключен трубами или другой стороной дополнительного теплообменника к выходам и входам теплообменников в скважинах через перемычки, с возможностью подачи низкопотенциального теплоносителя к одному или нескольким охлаждающим коллекторам при отключенном через перемычки от основного контура циркуляции низкопотенциального теплоносителя основном тепловом насосе и подключенном через перемычки к дополнительному контуру циркуляции низкопотенциального теплоносителя дополнительном тепловом насосе.An additional feature of the device is that it is equipped with a water, air or mixed cooling system for rooms, including one or more circuits of cooling energy carrier circuits, each of which is equipped with a cooling manifold in the form of pipes mounted in the enclosing elements of the room, including one of the circuits made with the ability to connect through a jumper to the cold water supply pipe, or in the form of a mounted additional water-air heat exchanger, a single air side to the installed fan to supply air to the additional heat exchanger, while at least one of the circuits of the cooling energy carrier is connected by pipes or the other side of the additional heat exchanger to the exits and inlets of the heat exchangers in the wells through jumpers, with the possibility of supplying a low-grade heat carrier to one or to several cooling collectors, when low potential coolant is disconnected through jumpers from the main circulation circuit heat pump and is connected via webs to the additional coolant circulation circuit a further low-grade heat pump.
Еще одним дополнительным отличием устройства является то, что оно снабжено дополнительным контуром циркуляции охлаждающего энергоносителя, подключенным через перемычки к входу и выходу конденсатора основного теплового насоса и связанным, через установленную на выходе из конденсатора холодильную емкость, с одной из сторон смонтированного водо-водяного теплообменника, другая сторона которого подключена через перемычки к выходам и входам теплообменников в скважинах, с возможностью получения холодильной мощности в реверсивном режиме включения основного теплового насоса, испаритель которого подключен при этом через дополнительные перемычки к установленному совместно с системой воздушного охлаждения помещений еще одному дополнительному контуру циркуляции охлаждающего энергоносителя, связанному через перемычку с трубопроводом подачи холодной воды, или к контуру циркуляции охлаждающего энергоносителя с трубопроводом подачи холодной воды в составе системы водяного или смешанного охлаждения помещений.Another additional difference of the device is that it is equipped with an additional circulation circuit of the cooling energy carrier, connected through jumpers to the inlet and outlet of the condenser of the main heat pump and connected through a cooling tank installed at the outlet of the condenser, on one side of the mounted water-to-water heat exchanger, the other side of which is connected through jumpers to the exits and inputs of heat exchangers in the wells, with the possibility of obtaining refrigeration power in reverse mode switching on the main heat pump, the evaporator of which is connected through additional jumpers to another additional cooling energy circuit connected together with the air cooling system of the premises, connected through the jumper to the cold water supply pipeline, or to the cooling energy circulation circuit with the cold water supply as part of a water or mixed room cooling system.
Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства, в режиме подключения его элементов для осуществления функций теплообеспечения помещений, т.е. отопления и ГВС.Figure 1 presents a diagram of the proposed device, in the mode of connecting its elements to implement the functions of heat supply to the premises, i.e. heating and hot water.
На фиг.2 представлен фрагмент предлагаемого устройства, в режиме подключения его элементов для осуществления в межотопительные периоды ГВС, а также охлаждения помещений летом за счет прямого использования потенциала охлажденных в отопительный период скважин.Figure 2 presents a fragment of the proposed device, in the mode of connecting its elements for the implementation in the inter-heating periods of hot water supply, as well as cooling the rooms in the summer due to the direct use of the potential of the wells cooled during the heating season.
На фиг.3 представлен другой фрагмент предлагаемого устройства, в режиме подключения его элементов для осуществления в межотопительные периоды ГВС, а также создания более высокой ступени охлаждения за счет использования холода из скважин с применением теплового насоса в режиме холодильной машины.Figure 3 presents another fragment of the proposed device, in the mode of connecting its elements for inter-heating periods of hot water supply, as well as creating a higher cooling level due to the use of cold from wells using a heat pump in the refrigeration machine mode.
На фиг.4 для иллюстрации преимуществ предлагаемого изобретения по величинам достигаемых КПТН и КИПЭ приведены диаграммы энергопотоков в предлагаемом устройстве в сравнении с диаграммой для одного из аналогов устройства.Figure 4 to illustrate the advantages of the present invention in terms of the achieved KPTN and KIPE shows diagrams of energy flows in the proposed device in comparison with the diagram for one of the analogues of the device.
Осуществление изобретения. Устройство для энергообеспечения помещений с использованием низкопотенциальных энергоносителей содержит подключенную к сети теплоснабжения (на фиг.1 сеть теплоснабжения изображена условно в виде трубопровода 1 подачи холодной воды, прямого и обратного трубопроводов 2, 3 горячей воды в подсистеме отопления, трубопровода 4 горячей воды в подсистеме ГВС) через водоаккумуляторы 5, 6 с пиковыми электродогревателями 7, 8 (возможны варианты пиковых догревателей на твердом, жидком или газообразном топливе) и конденсаторы 9, 10 основного 11 и дополнительного 12 тепловых насосов, систему сбора и утилизации тепла грунта. Система включает в себя основной замкнутый контур 13 циркуляции незамерзающего низкопотенциального теплоносителя (например, тосол), проходящий через установленные в скважинах теплообменники 14 в виде, например, U-образных полиэтиленовых трубок (на фиг.1 скважины условно не показаны, возможно также применение теплообменников коаксиального типа) и через испаритель 15 основного теплового насоса 11. Параметры многоскважинной системы из теплообменников 14 выбирают в соответствии с заданной теплопотребностью объекта теплоснабжения. При этом, в сравнении с известными устройствами, за счет обеспечиваемых корректировок температуры теплоносителя перед подачей в тепловой насос 11 и дополнительного восстановления теплового режима скважин в межотопительные периоды, имеется возможность уменьшения длины или количества СТО при проектировании устройства на одинаковую теплопотребность (примерно на 20-40%, исходя из рационального соотношения затрат на строительство и величины КПТН в заданном диапазоне: от 3,0 до 3,5 единиц). Учитывают также возможность уменьшения, по тем же причинам, расстояний между СТО и общей площади под застройку подземного контура, что тоже снижает затраты на строительство.The implementation of the invention. A device for energy supply of premises using low-potential energy carriers contains a heat supply network (in Fig. 1, the heat supply network is conventionally depicted in the form of a cold water supply pipe 1, direct and return hot water pipelines 2, 3 in the heating subsystem, hot water pipeline 4 in the hot water subsystem ) through water accumulators 5, 6 with peak electric heaters 7, 8 (options for peak heaters using solid, liquid or gaseous fuels are possible) and
Устройство также содержит подключенную к сети теплоснабжения помещений через водоаккумуляторы 5, 6 с пиковыми электродогревателями 7, 8 и конденсаторы 9, 10 тепловых насосов 11, 12 систему сбора и утилизации тепла, содержащегося в удаляемом из помещений вентиляционном воздухе. Система включает в себя дополнительный контур 16 циркуляции низкопотенциального теплоносителя, проходящий через водовоздушный теплообменник 17, подсоединенный воздушной стороной к калориферу 18 и вентилятору 19 подачи удаляемого воздуха, а водяной стороной - к входу и выходу испарителя 20 теплового насоса 12 через перемычки 21 и 22, а также к выходам теплообменников 14 через перемычки 23 и 24. При этом выходы и входы теплообменников 14 связаны с входом и выходом испарителя 15 теплового насоса 11 через перемычки 25, 38, 39 и 26. Водяная сторона теплообменника 17 снабжена на выходе вилкой 27 (на фиг.1 условно показана точкой) для разделения поступающего из теплообменника потока теплоносителя на прямую 28 и обратную 29 ветви. Вилка 27 связана с регулятором 30 расхода потоков в прямой и обратной ветви и с установленным на выходе теплообменника 17, перед вилкой, датчиком 31 температуры теплоносителя.The device also includes a system for collecting and utilizing heat contained in the ventilation air removed from the premises, connected to the premises heating network via water accumulators 5, 6 with peak electric heaters 7, 8 and
Оба тепловых насоса парокомпрессионного типа с электроприводом компрессора (направление компрессии паров хладагента показано на условных изображениях тепловых насосов, на фиг.1, вершиной треугольника). По крайней мере, один из тепловых насосов (основной тепловой насос 11) имеет реверсное исполнение, то есть возможность переключения в режим холодильной машины (смена направления компрессии при этом условно показана на фиг.3 противоположным направлением вершины треугольника).Both heat pumps are of a vapor compression type with an electric compressor drive (the direction of refrigerant vapor compression is shown in the conditional images of the heat pumps, in Fig. 1, by the apex of the triangle). At least one of the heat pumps (the main heat pump 11) has a reverse design, that is, the ability to switch to the chiller mode (a change in the compression direction is conventionally shown in Fig. 3 with the opposite direction of the top of the triangle).
Устройство снабжено также перемычками 32, 33, 34 (фиг.1) для разделение потока холодной воды; перемычками 35, 36, 37 на трубопроводах подачи горячей воды, перемычками 40, 41, 42 для подключения через контур 13 к выходам и входам теплообменников 14 системы воздушного охлаждения помещений (фиг.2). Имеются также перемычки 43 и 44 для подключения дополнительного контура 45 циркуляции тосола к входу и выходу конденсатора 9 теплового насоса 11 (фиг.3), перемычки 46 и 47 для подключения к входу и выходу испарителя 15 теплового насоса 11 еще одного дополнительного контура 48 циркуляции охлаждающего энергоносителя (тосола от СТО или холодной воды). Контур 48 может быть выполнен автономно (для реконструируемого фонда) или в виде запроектированного (при новом строительстве) одного из дополнительных контуров в составе системы водяного или смешанного охлаждения помещений, с охлаждающим коллектором в виде труб, смонтированных в ограждающих элементах помещения, например, в потолочном перекрытии или стеновых панелях. На фиг.3 показано на примере подключения контура 48 со змеевиком 49 из трубок, проложенных в потолочном перекрытии, с возможностью подпитки холодной водой через трубопровод 50 (фиг.1) и перемычку 51 (фиг.3).The device is also equipped with jumpers 32, 33, 34 (figure 1) for separating the flow of cold water;
Система воздушного охлаждения помещений (фиг.2) включает в себя контур циркуляции охлаждающего энергоносителя (тосола от СТО), состоящий из трубопроводов 52 и 53, снабженный охлаждающим коллектором в виде смонтированного дополнительного водо-воздушного теплообменника 54, подсоединенного воздушной стороной к вентилятору 55 подачи в теплообменник 54 воздуха на охлаждение. При этом другой стороной теплообменник 54 с помощью перемычек 41 и 42 и трубопроводов 52 и 53 подключен к выходам и входам теплообменников 14 (фиг.2, на фиг.1 и 3 система воздушного охлаждения условно не показана).The air cooling system of the premises (Fig. 2) includes a circulation circuit of the cooling energy carrier (antifreeze from the service station), consisting of
Вместо системы воздушного типа возможны другие исполнения системы охлаждения, например, водяная или смешанная система охлаждения. Для создания водяной системы охлаждения контур 48 (фиг.3) своим входом 56 и выходом 57 связывают через контур 13, минуя испаритель 15, с выходами и входами теплообменников 14 для подачи охлажденного тосола в змеевик 49 (на фиг. это подключение условно не показано).Instead of an air-type system, other versions of the cooling system are possible, for example, a water or mixed cooling system. To create a water cooling system, circuit 48 (Fig. 3) is connected with its
Смешанная система охлаждения предпочтительнее, поскольку параллельно с воздушным охлаждением (фиг.2) контур 48 путем подсоединения через перемычку 34, трубопровод 50 (фиг.1) и перемычку 51 (фиг.3) к трубопроводу 1 подачи холодной воды и подключения через перемычки 38 и 39 к входу и выходу испарителя 15 теплового насоса 11, используют для создания более высокой ступени охлаждения, с циркуляцией через испаритель 15 холодной воды. Для обеспечения такой ступени к тепловому насосу 11 также подключают через перемычки 43 и 44 к входу и выходу конденсатора 9 дополнительный контур 45 циркуляции хладоносителя (тосола). Контур 45 снабжен водо-водяным теплообменником 58 со смонтированной на одной стороне теплообменника холодильной емкостью 59, предназначенной, например, для хранения продуктов. При этом другая сторона теплообменника 58 подключена через перемычки 40, 47 и 46 к выходам и входам скважинных теплообменников 14 с возможностью создания дополнительного контура 60 циркуляции тосола от теплообменников 14 через теплообменник 56 (фиг.3).A mixed cooling system is preferable because, in parallel with air cooling (FIG. 2),
Для осуществления циркуляции энергоносителей в устройстве используются циркуляционные насосы 61, 62, 63, 64 (циркуляционные насосы в сетях отопления и ГВС условно не показаны).To carry out the circulation of energy in the device, circulation pumps 61, 62, 63, 64 are used (circulation pumps in heating and domestic hot water are not conventionally shown).
Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.
В начале отопительного сезона с помощью циркуляционных насосов 61 и 62 (фиг.1) запускают в работу контуры 13 и 16 циркуляции низкопотенциального теплоносителя (тосола). Для этого, перекрывая перемычки 23, 24, 40, 41, 42, 46, 47 и подключая перемычки 25, 38, 39, 26, теплоноситель насосом 61 подают на вход испарителя 15 теплового насоса 11, далее через испаритель на входы скважинных теплообменников 14 и снова возвращают через выходы СТО на вход испарителя 15, обеспечивая циркуляцию в замкнутом контуре 13. Циркуляционным насосом 62, при открытых перемычках 21 и 22, осуществляют подачу тосола через теплообменник 17 на вход испарителя 20 теплового насоса 12, через испаритель и далее, обеспечивая циркуляцию тосола в замкнутом контуре 16. Одновременно включают вентилятор 19 и удаляемый с помощью его из помещений воздух подают через калорифер 18 (включаемый при необходимости догрева воздуха) к воздушной стороне теплообменника 17, на выходе которого воздух направляют в охлаждаемые зоны (на фиг.2 показано стрелками слева).At the beginning of the heating season, with the help of circulation pumps 61 and 62 (Fig. 1),
При циркуляции низкопотенциального теплоносителя в контуре 13 теплоноситель проходит через теплообменники 14 в скважинах, что сопровождается отбором тепла из окружающего грунта через стенки трубок теплообменников. Нагретый таким образом теплоноситель подают в испаритель 15 теплового насоса 11, где происходит утилизация тепла (теплосъем) за счет взаимодействия теплоносителя с циркулирующим в контуре теплового насоса низкокипящим хладагентом, с испарением и образованием паров. Термотрансформация переданного тепла до более высокого температурного уровня происходит путем сжатия паров компрессором, в результате чего они нагреваются и передают тепло через конденсатор 9 подогреваемой воде (на работу компрессора затрачивают электроэнергию). Воду, подаваемую в конденсатор 9 через обратный трубопровод 3 от отопительных приборов (радиаторов), установленных в помещениях, нагревают с помощью теплового насоса 11 до некоторой температуры, определяемой условиями экономичной работы теплового насоса (рекомендуемый максимум для грунтовых ТНУ составляет 55°С, что соответствует, например, расчетной температуре для ГВС).During the circulation of the low-grade coolant in the
Для пикового догрева отопительной воды в самые холодные сутки (до расчетной температуры в прямом трубопроводе 70°С, фиг.1) используют догреватель 7, например, в виде ТЭНа, размещенного в водоаккумуляторе 5.For the peak heating of heating water on the coldest day (up to the calculated temperature in the direct pipeline of 70 ° C, Fig. 1), a heater 7 is used, for example, in the form of a heating element placed in a water accumulator 5.
Аналогичным образом осуществляют подогрев воды для ГВС, подаваемой по трубопроводу 4, проложенному через конденсатор 10 теплового насоса 12 и водоаккумулятор 6. При этом низкопотенциальный теплоноситель, циркулирующий в контуре 16, перед подачей циркуляционным насосом 62 в испаритель 20 подогревают за счет прохождения через одну из сторон теплообменника 17 путем передачи тепла, собираемого на воздушной стороне этого теплообменника. Поскольку температура удаляемого из помещений вентиляционного воздуха, перед подачей его вентилятором 19 в теплообменник 17, всегда положительна, стабильный температурный режим работы теплового насоса 12 в сети ГВС поддерживают круглый год, используя при необходимости в качестве пикового догревателя в системе сбора и утилизации тепла воздуха калорифер 18, а для воды, поступающей из водоаккумулятора 6, установленный в нем электродогреватель 8 (для приготовления воды с температурой 50-55°С обходятся, как правило, тепловым насосом без пикового догревателя, служащего в качестве резервной мощности). При этом, в отличие от теплового насоса 11, работающего на отопление, тепловой насос 12 сети ГВС периодически выключают в соответствии с циклограммой загрузки водоаккумулятора 6, которую задают согласно периодам разбора горячей воды потребителями. Предпочтение отдают работе теплового насоса и загрузке водоаккумуляторов в ночное время, при сниженном, как правило, тарифе на электроэнергию в это время суток, руководствуясь фактором снижения затрат на энергоносители.In the same way, the water for domestic hot water is supplied through the pipe 4 laid through the condenser 10 of the heat pump 12 and the water accumulator 6. In this case, the low-grade heat carrier circulating in the circuit 16 is heated before passing through the circulation pump 62 to the evaporator 20 by passing through one of the sides heat exchanger 17 by transferring heat collected on the air side of this heat exchanger. Since the temperature of the ventilation air removed from the premises, before it is fed by the fan 19 to the heat exchanger 17, is always positive, the temperature of the heat pump 12 in the domestic hot water supply system is stable throughout the year, using, if necessary, a heater 18 as a peak heater in the system for collecting and utilizing heat from the air , and for the water coming from the water accumulator 6, the electric heater 8 installed in it (for the preparation of water with a temperature of 50-55 ° С, as a rule, is dispensed with a heat pump without a peak a heater serving as reserve power). At the same time, unlike the
Указанные технологические перерывы используют в предлагаемом устройстве для переключения системы сбора и утилизации тепла удаляемого воздуха на функцию подогрева и стабилизации температуры низкопотенциального теплоносителя в контуре 13 системы сбора и утилизации тепла грунта, перед подачей теплоносителя в тепловой насос 11. Это необходимо, чтобы компенсировать, хотя бы частично, не прерывая процесс отопления, снижение температуры теплоносителя вследствие охлаждения скважин при сборе тепла грунта в отопительный сезон. При этом принимают во внимание рекомендуемую температуру теплоносителя для подачи в испаритель, которая в течение отопительного сезона и проектного срока службы грунтовой ТНУ (не менее 15-20 лет) не должна опускаться ниже -5°С. Эту систему при перерывах в ГВС также подключают, чтобы внести полезную корректировку в температурный режим скважин в межотопительные периоды, когда тепловой насос 11 не задействован на отопление.The indicated technological interruptions are used in the proposed device for switching the system for collecting and utilizing heat of the removed air to the heating function and stabilizing the temperature of the low-grade heat carrier in the
С этой целью при выключенных циркуляционном насосе 62 и тепловом насосе 12, перекрывая перемычки 21, 22, 25 и подключая перемычки 23, 24, тосол циркуляционным насосом 61 подают после испарителя 15 через скважинные теплообменники 14 к теплообменнику 17. Одновременно подключают температурный датчик 31 на выходе из теплообменника 17, настраиваемый перед работой в этот период на некоторую положительную температуру теплоносителя, например, 2-3°С. Контролируют датчиком температуру теплоносителя и, если она соответствует или выше заданной величины, подают полный поток теплоносителя через вилку 27 и перемычку 24 к испарителю 15 теплового насоса 11. Если контролируемая температура снижается за допускаемую величину, от датчика 31 включают вентилятор 19 и калорифер 18. Чтобы избежать обмерзания калорифера вследствие контакта воздушной стороны теплообменника 17 с другой его стороной, где циркулирующий тосол может иметь температуру около 0°С и ниже, запускают в работу регулятор 30, с помощью которого поток из теплообменника 17 после прохождения через вилку 27 разделяют на прямую ветвь 28 (далее через перемычку 24) и обратную ветвь 29 (далее к теплообменнику 17). При периодической (неоднократной) циркуляции теплоносителя через теплообменник 17 регулятор 30 используют для изменения соотношения расходов прямого и обратного потоков таким образом, чтобы теплоноситель, подаваемый от теплообменников 14, постепенно, от цикла к циклу подачи через обратную ветвь 29, подогреть до нормативной величины, контролируемой датчиком 31. После этого снова весь поток теплоносителя подают через прямую ветвь 28. Число циклов регулирования ограничивают в соответствии с заданными технологическими включениями в работу теплового насоса 12 сети ГВС, когда систему сбора и утилизации тепла удаляемого воздуха необходимо снова переключить на испаритель 20.To this end, when the circulation pump 62 and the heat pump 12 are turned off, overlapping the jumpers 21, 22, 25 and connecting the jumpers 23, 24, the antifreeze with the
После окончания отопительного сезона рассмотренный метод повышения и стабилизации температуры низкопотенциального теплоносителя используют для корректировки температурного режима скважин в межотопительные периоды. Для этого в промежутки времени, определяемые технологическими перерывами в приготовлении воды для ГВС летом, низкопотенциальный теплоноситель (тосол), перекрывая перемычки 38, 39 и подключая перемычку 40, подают циркуляционным насосом 61, минуя тепловой насос 11, и далее через скважинные теплообменники 14 к теплообменнику 17 для подогрева теплоносителя теплом удаляемого из помещений, с помощью вентилятора 19, воздуха. При этом узел регулирования (позиции 29-31) подключают только при необходимости использования калорифера 18, определяемой сигналом температурного датчика 31.After the end of the heating season, the considered method of increasing and stabilizing the temperature of a low-grade coolant is used to adjust the temperature regime of wells during inter-heating periods. For this, at time intervals determined by technological interruptions in the preparation of water for domestic hot water in summer, a low-grade heat carrier (antifreeze), blocking
Для поддержания микроклимата в помещениях в летнее время устройство может быть применено путем использования потенциала охлажденных в течение отопительного периода скважин, либо на прямое охлаждение помещений от скважин с подключением системы воздушного охлаждения (фиг.2), либо на создание более высокой ступени охлаждения с использованием холода от скважин через тепловой насос 11, который переключают в режим холодильной машины (фиг.3).To maintain the microclimate in the premises in the summer, the device can be used by using the potential of the wells chilled during the heating period, either to directly cool the rooms from the wells with the air cooling system connected (Fig. 2), or to create a higher cooling stage using cold from the wells through the
В первом случае, перекрывая перемычки 23, 24, 46, 47 и подключая перемычки 41 и 42 (фиг.1), хладоноситель (охлажденный тосол) после прохождения через скважинные теплообменники 14 и открытую перемычку 25 подают циркуляционным насосом 61, минуя тепловой насос 11, через перемычку 41, к охлаждающему коллектору, т.е. к водо-воздушному теплообменнику 54 (фиг.2), воздушную сторону которого подключают к работающему вентилятору 55, входящему, например, в качестве одного из узлов в состав кондиционера. Вариант с кондиционером предпочтительнее, поскольку в кондиционере уже предусмотрено устранение возможных отрицательных эффектов, связанных с контактом воздушной стороны теплообменника с жидким хладоносителем, проходящим через другую сторону теплообменника и имеющим температуру около 0°С и ниже. При обдуве вентилятором 55 одной стороны теплообменника 54 за счет контакта с другой стороной, через которую подают охлажденный за отопительный сезон тосол из теплообменников 14, происходит охлаждение воздуха, после чего воздух из теплообменника 54 направляют в охлаждаемые зоны помещений (на фиг.2 условно показано стрелками). Из теплообменника 54 тосол возвращают снова на входы теплообменников 14 через перемычку 42, при перекрытых перемычках 26 и 46. При этом обеспечивают невысокую ступень охлаждения, с температурой воздуха, подаваемого в помещения, 14-18°С.In the first case, overlapping the
В случае использования водяной системы охлаждения, которая может применяться автономно или параллельно с воздушной системой охлаждения, циркуляционный контур 48 подключают входом 56 и выходом 57 (фиг.3) к выходам и входам скважинных теплообменников 14 (на фиг. условно не показано). Охлаждение помещений производят через потолочное перекрытие, в котором расположен змеевик 49, путем подачи на вход 56 и далее в змеевик циркуляционным насосом 61 тосола из теплообменников 14 (при этом перемычка 51 на холодную воду перекрыта, фиг.3). Возможно также исполнение водяной системы охлаждения с подачей тосола из теплообменников 14 непосредственно в отопительные приборы (радиаторы), которые ранее использовались для отопления помещений.In the case of using a water cooling system, which can be used autonomously or in parallel with an air cooling system, the
Чтобы обеспечить более высокую ступень воздушного или водяного охлаждения и создать условия, например, для хранения продуктов в летний период, используют возможность переключения теплового насоса 11 в реверсивный режим работы в качестве холодильной машины. Для этого циркуляционный контур 48 запитывают через трубопровод 50, перемычки 34 (фиг.1) и 51 (фиг.3) холодной водой и подключают контур 48 входом 56 и выходом 57 к испарителю 15 теплового насоса 11 между перемычками 38 и 39, обеспечивая таким образом с помощью циркуляционного насоса 63 циркуляцию воды через испаритель 15 и змеевик 49. Вместе с этим конденсатор 9 теплового насоса 11 подключают к дополнительному циркуляционному контуру 45 с помощью перемычек 43 и 44, отключая с помощью перемычек 36 и 37 линию подачи отопительной воды в конденсатор 9. После переключения теплового насоса в реверсивный режим (условно показано противоположным направлением вершины треугольника на изображении теплового насоса 11, фиг.3) охлаждающий энергоноситель (тосол в контуре 45) подают через конденсатор 9 циркуляционным насосом 64 к одной из сторон водо-водяного теплообменника 58, через теплообменник 58, через подключенную к нему холодильную емкость 59 и далее снова возвращают в конденсатор 9, который в реверсивном режиме включения теплового насоса 11 выполняет роль испарителя /Хайнрих Г., Найорк X., Нестлер В. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения // Пер. с нем. - М.: Стройиздат. 1985, с.202-206/. Через другую сторону теплообменника 58 и открытые перемычки 46 и 47 (41 и 42 перекрыты) подают охлажденный тосол от скважинных теплообменников 14 циркуляционным насосом 61, минуя через перемычку 40 тепловой насос 11. При этом, используя потенциал охлажденных скважин не напрямую, а с помощью теплового насоса в режиме холодильной машины, обеспечивают уровень охлаждения существенно выше, чем при прямом охлаждении от скважин (температура в холодильной емкости 59 составит 2-4°С).In order to provide a higher level of air or water cooling and create conditions, for example, for storing products in the summer, use is made of the possibility of switching the
Таким образом в контур 48 для прямого охлаждения от скважин подают тосол, а при необходимости создания более высокой ступени охлаждения переключают контур 48 на подачу холодной воды, подключая при этом контур 13 на подачу тосола в теплообменник 58 (фиг.3). Вместо холодильной емкости 59, служащей аккумулятором холода, теплообменник 58 может комплектоваться узлом воздушного охлаждения с присоединением, аналогично схеме на фиг.2, вентилятора 55. Таким образом обеспечивают более высокую ступень воздушного охлаждения, необходимую, например, для охлаждения помещений при максимальных летних температурах наружного воздуха. Однако в первую очередь используют прямое охлаждение от скважин, как это показано на фиг.2, поскольку в этом случае эксплуатационные расходы на охлаждение минимальны (ограничиваются расходами на циркуляцию).Thus, antifreeze is supplied to the
Предлагаемое устройство, снабженное техническими средствами для обеспечения корректировки температур выходящего из СТО низкопотенциального теплоносителя, с подогревом и температурной стабилизацией теплоносителя перед подачей в испаритель теплового насоса отопительной сети, а также для корректировки температурного режима скважин в межотопительные периоды, позволит существенным образом увеличить среднесезонную величину КПТН.The proposed device, equipped with technical means to ensure the temperature adjustment of the low-grade coolant leaving the HUNDRED, with heating and temperature stabilization of the coolant before the heat pump is supplied to the evaporator of the heating network, as well as to adjust the temperature regime of the wells during inter-heating periods, will significantly increase the average seasonal value of KPTN.
Проведенные расчеты технико-экономических показателей /Калинин М.И., Хахаев Б.Н., Баранов А.В. Геотермальное теплоснабжение центральных регионов России с использованием мелких и глубоких скважин. Электрика, 2004, №4, с.8-13/ показали, что усовершенствование грунтовых ТНУ, согласно п.1 нижеприведенной формулы изобретения, даже при невысокой начальной температуре верхних, до глубины 100 м, слоев грунта (например, по Ярославской области среднее значение не более 6-8°С), позволит получить, применительно к водяной сети отопления с температурным режимом 70/50°С (фиг.1), при одинаковой длине и количестве СТО, среднесезонную величину КПТН на уровне 3,3 единицы (соответствующая диаграмма энергопотоков на фиг.4, справа). Эта величина в 1,3 раза больше достигнутого ранее среднесезонного показателя при отоплении от грунтовой ТНУ помещений школы, в одинаковых геолого-климатических условиях - 2,5 единицы /Васильев Г.П., Крундышев Н.С. Энергоэффективная сельская школа в Ярославской области. - АВОК, 2002, №5, с.22-24/, которому соответствует другая диаграмма энергопотоков (фиг.4, вверху). При этом КИПЭ для усовершенствованного проекта составит около 1,0 единицы, что превышает к.п.д. традиционных котельных и сравниваемый показатель для действующей грунтовой ТНУ (КИПЭ = 0,75, фиг.4, вверху).Calculation of technical and economic indicators / Kalinin M.I., Khakhaev B.N., Baranov A.V. Geothermal heat supply in the central regions of Russia using shallow and deep wells. Electrics, 2004, No. 4, pp. 8-13 / showed that the improvement of soil TNU, according to claim 1 of the following claims, even at a low initial temperature of the upper, to a depth of 100 m, soil layers (for example, in the Yaroslavl region the average value not more than 6-8 ° C), will allow, in relation to a water heating network with a temperature regime of 70/50 ° C (Fig. 1), with the same length and number of service stations, the average seasonal value of KPTN at the level of 3.3 units (corresponding diagram energy flows in figure 4, right). This value is 1.3 times higher than the previously achieved average seasonal rate when heating from the ground HPP of the school premises, in the same geological and climatic conditions - 2.5 units / Vasiliev G.P., Krundyshev N.S. Energy-efficient rural school in the Yaroslavl region. - ABOK, 2002, No. 5, p.22-24 /, which corresponds to another diagram of the energy flows (figure 4, above). At the same time, KIPE for an improved project will be about 1.0 units, which exceeds the efficiency factor. traditional boiler rooms and a comparable indicator for the current unpaved TNU (KIPE = 0.75, Fig. 4, above).
Для оценки КПТН и КИПЭ были применены следующие формулы:The following formulas were used to evaluate the KPTN and KIPE:
где ПЭ - вклад электрической мощности привода теплового насоса в энергопотоки, в % (принят в соответствии с потерями при транспортировке топлива на электростанцию, производстве и передаче электрической энергии);where P E is the contribution of the electric power of the heat pump drive to energy flows, in% (taken in accordance with the losses during transportation of fuel to the power plant, production and transmission of electric energy);
ПГ - вклад извлекаемой из грунта тепловой мощности, в %;P G - the contribution of thermal power extracted from the soil, in%;
ПХ - вклад прямого охлаждения от СТО летом, в %.P X - the contribution of direct cooling from the service station in the summer, in%.
При этом первичную энергию от расходуемого топлива на производство электроэнергии для теплового насоса принимают за 100%.In this case, the primary energy from the spent fuel for the production of electricity for the heat pump is taken as 100%.
Из диаграммы 4 видно, что исполнение устройства согласно п.2 формулы изобретения, кроме значительного расширения технологических возможностей (отопление, ГВС круглый год, две ступени охлаждения в летний период), позволит к тому же внести дополнительный вклад в энергопотоки, поступающие потребителю. При этом за счет прямого охлаждения от скважин с одновременным сбросом в них тепла из помещений через теплообменник 54 по схеме на фиг.2 КПТН возрастет до 3,7 единиц (диаграмма энергопотоков, фиг.4, внизу), поскольку в этом случае низкопотенциальный теплоноситель дополнительно подогревается в теплообменнике воздухом, подаваемым вентилятором 55 через теплообменник.From diagram 4 it can be seen that the implementation of the device according to claim 2 of the claims, in addition to a significant expansion of technological capabilities (heating, hot water supply all year round, two cooling stages in the summer period), will also make an additional contribution to the energy flows entering the consumer. In this case, due to direct cooling from the wells with the simultaneous discharge of heat from the premises through the heat exchanger 54 according to the scheme in FIG. 2, the KPTN will increase to 3.7 units (energy flow diagram, FIG. 4, below), since in this case the low-grade heat carrier is additionally is heated in the heat exchanger by air supplied by the
Сравнение диаграмм на фиг.4 показывает, что доля ПГ, приходящаяся на единицу приводной электроэнергии для теплового насоса, возрастает в соответствии с увеличением КПТН. Изменение соотношения между ПЭ и ПГ означает, что реализуемое за счет применения изобретения повышение на 5-10°С и стабилизация среднесезонной температуры теплоносителя перед подачей в тепловой насос приведут к тому, что на каждые 10 кВт теплопроизводительности теплового насоса 7,3 кВт будут обеспечены за счет извлекаемой тепловой мощности грунта и лишь 2,7 кВт - за счет электрической мощности привода теплового насоса (фиг.4, внизу), тогда как для выбранного аналога: от тепловой мощности грунта - 6 кВт, от электропривода - 4 кВт (фиг.4, вверху). На практике это приведет к снижению расходов на энергоносители в 1,5 раза.A comparison of the diagrams in figure 4 shows that the proportion of P G per unit of drive electric energy for the heat pump increases in accordance with the increase of the KPTN. Changing the ratio between P E and P F means that realized by applying the invention to increase 5-10 ° C and stabilization of mean temperature of the coolant before entering the heat pump will lead to the fact that for every 10 kW heat output of the heat pump will be 7.3 kW provided by the extracted thermal power of the soil and only 2.7 kW - due to the electric power of the heat pump drive (Fig. 4, below), whereas for the selected analogue: from the thermal power of the soil - 6 kW, from the electric drive - 4 kW (Fig. .4, above). In practice, this will reduce energy costs by 1.5 times.
Следовательно, общее увеличение КИПЭ, согласно диаграмме на фиг.4, внизу, составит при использовании прямого охлаждения от скважин не менее 85% (положительный эффект от использования охлаждения с помощью теплового насоса в режиме холодильной машины здесь не учитывали). Соответственно снизится стоимость вырабатываемой тепловой энергии и улучшатся ресурсосберегающие и экологические (снижение выбросов CO2 и других вредных выбросов) показатели по сравнению с известными аналогами ТНУ, применяемыми для энергообеспечения помещений с использованием тепла грунта и сбросного тепла воздуха.Therefore, the total increase in KIPE, according to the diagram in figure 4, below, will be at least 85% when using direct cooling from wells (the positive effect of using cooling with a heat pump in the chiller mode was not taken into account here). Accordingly, the cost of the generated heat will decrease and the resource-saving and environmental (reduction of CO 2 and other harmful emissions) indicators will improve compared to the well-known analogues of HPU used to power the premises using ground heat and waste air heat.
Преимущества изобретения здесь рассмотрены на примере сравнительно низкого к.п.д. производства электроэнергии (0,3), потребляемой тепловыми насосами, и при отопительном режиме с температурой воды в прямом и обратном трубопроводах 70 и 50°С соответственно. Очевидно, в случае использования топлива на электростанции с повышенным к.п.д., а также теплоснабжения помещений на базе отопительных сетей с низкотемпературными режимами (45/35°С и ниже, реализуемыми в напольных вариантах отопления или капиллярных сетях, проложенных в стеновых панелях, и др.) КПТН с применением предлагаемого изобретения имеет перспективу увеличения до 4,0-4,5 единиц, а КИПЭ - до 1,5 единиц и более. Это примерно в 2 раза выше показателей, достигнутых к настоящему времени на грунтовых ТНУ при одинаковых геолого-климатических предпосылках.The advantages of the invention are described here with comparatively low efficiency. the production of electricity (0.3) consumed by heat pumps, and during heating with water temperatures in the forward and return pipelines of 70 and 50 ° C, respectively. Obviously, in the case of the use of fuel at power plants with increased efficiency, as well as the heating of premises based on heating networks with low temperature regimes (45/35 ° C and below, implemented in floor heating options or capillary networks laid in wall panels , etc.) KPTN with the application of the invention has the prospect of increasing to 4.0-4.5 units, and KIPE - up to 1.5 units or more. This is approximately 2 times higher than the indicators achieved to date on unpaved HPP with the same geological and climatic conditions.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005111800/03A RU2292000C1 (en) | 2005-04-20 | 2005-04-20 | Device for power supply to rooms with the use of low-potential power carriers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005111800/03A RU2292000C1 (en) | 2005-04-20 | 2005-04-20 | Device for power supply to rooms with the use of low-potential power carriers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005111800A RU2005111800A (en) | 2006-10-27 |
| RU2292000C1 true RU2292000C1 (en) | 2007-01-20 |
Family
ID=37438372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005111800/03A RU2292000C1 (en) | 2005-04-20 | 2005-04-20 | Device for power supply to rooms with the use of low-potential power carriers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2292000C1 (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011105982A1 (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | Nagornyj Vladyslav Leonidovych | Method for the thermal protection of buildings |
| RU2455574C1 (en) * | 2010-12-16 | 2012-07-10 | Валерий Никитич Гринавцев | Self-sustained heat and cold supply plant of buildings and facilities |
| RU2456512C2 (en) * | 2011-04-06 | 2012-07-20 | Владимир Андреевич Васютин | Device with useful application of heat pump operation results |
| RU2476686C2 (en) * | 2008-07-16 | 2013-02-27 | Абб Рисерч Лтд | System to accumulate thermoelectric energy and method to accumulate thermoelectric energy |
| RU2483255C1 (en) * | 2011-10-20 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр по сверхглубокому бурению и комплексному изучению недр Земли" (ОАО "НПЦ "Недра") | Method of seasonal use of low-potential heat of surface soil, and downhole heat exchangers for implementation of method's versions |
| RU2508453C2 (en) * | 2009-06-18 | 2014-02-27 | Абб Рисерч Лтд | Accumulation system of thermoelectric energy with intermediate storage tank, and accumulation method of thermoelectric energy |
| RU2527186C1 (en) * | 2013-02-20 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ЗабГУ") | Automatic control system of building heating |
| RU2597749C1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-09-20 | Рустам Рифович Галиуллин | Method for automatic monitoring and control of water supply to residential areas |
| RU2683452C1 (en) * | 2018-02-27 | 2019-03-28 | Николай Александрович Горбатенко | Method for extraction of thermal energy in oil deposit |
| RU2785027C1 (en) * | 2022-06-15 | 2022-12-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мерзлотоведения им. П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук | All-year round cooling unit based on the use of cold outdoor air |
-
2005
- 2005-04-20 RU RU2005111800/03A patent/RU2292000C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВАСИЛЬЕВ Г.П. Энергоэффективный экспериментальный жилой дом в микрорайоне Никулино-2. Ж. "АВОК". 2002, N4, с.10-18. ВАСИЛЬЕВ Г.П., КРУНДЫШЕВ Н.С. Энергоэффективная сельская школа в Ярославской области. Ж. "АВОК". 2002, N5, с.22-24. * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2476686C2 (en) * | 2008-07-16 | 2013-02-27 | Абб Рисерч Лтд | System to accumulate thermoelectric energy and method to accumulate thermoelectric energy |
| RU2508453C2 (en) * | 2009-06-18 | 2014-02-27 | Абб Рисерч Лтд | Accumulation system of thermoelectric energy with intermediate storage tank, and accumulation method of thermoelectric energy |
| WO2011105982A1 (en) * | 2010-02-26 | 2011-09-01 | Nagornyj Vladyslav Leonidovych | Method for the thermal protection of buildings |
| RU2455574C1 (en) * | 2010-12-16 | 2012-07-10 | Валерий Никитич Гринавцев | Self-sustained heat and cold supply plant of buildings and facilities |
| RU2456512C2 (en) * | 2011-04-06 | 2012-07-20 | Владимир Андреевич Васютин | Device with useful application of heat pump operation results |
| RU2483255C1 (en) * | 2011-10-20 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр по сверхглубокому бурению и комплексному изучению недр Земли" (ОАО "НПЦ "Недра") | Method of seasonal use of low-potential heat of surface soil, and downhole heat exchangers for implementation of method's versions |
| RU2527186C1 (en) * | 2013-02-20 | 2014-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Забайкальский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ЗабГУ") | Automatic control system of building heating |
| RU2597749C1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-09-20 | Рустам Рифович Галиуллин | Method for automatic monitoring and control of water supply to residential areas |
| RU2683452C1 (en) * | 2018-02-27 | 2019-03-28 | Николай Александрович Горбатенко | Method for extraction of thermal energy in oil deposit |
| RU2785027C1 (en) * | 2022-06-15 | 2022-12-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мерзлотоведения им. П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук | All-year round cooling unit based on the use of cold outdoor air |
| RU2818610C1 (en) * | 2023-07-19 | 2024-05-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Уральский Завод Тепловых Насосов" | Geothermal heat pump |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005111800A (en) | 2006-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2292000C1 (en) | Device for power supply to rooms with the use of low-potential power carriers | |
| US11371720B2 (en) | Thermal energy network and methods of providing thermal energy | |
| RU2350847C1 (en) | System for independent supply of heat to consumers relying on usage of low-potential heat source and powered from renewable electric energy sources | |
| AU2010262686B2 (en) | District energy sharing system | |
| KR20130128661A (en) | Connecting apparatus for return water heat system of district heating and solar system and heatpump system | |
| EP3482137B1 (en) | Combined heating and cooling system | |
| CN103900287A (en) | Heat exchange system in combined operation of solar energy and geothermal energy | |
| CN204574340U (en) | Subterranean heat exchanger of earth source heat pump water collecting and diversifying device system | |
| Lazzarin et al. | Lessons learned from long term monitoring of a multisource heat pump system | |
| EP3708915A1 (en) | District-heating system and method for increasing consumer power | |
| Sadi et al. | Techno-economic optimization and improvement of combined solar-powered cooling system for storage of agricultural products | |
| US11815271B2 (en) | Distributed heating and cooling network | |
| FI125078B (en) | Method and arrangement for using a low energy source to control the air temperature in the operating space | |
| Farzan | The study of thermostat impact on energy consumption in a residential building by using TRNSYS | |
| Liu et al. | Development of distributed multiple‐source and multiple‐use heat pump system using renewable energy: Outline of test building and experimental evaluation of cooling and heating performance | |
| CN107014020B (en) | Comprehensive energy system in building field | |
| CN109373551A (en) | System is utilized with the recuperation of heat of central heating network transmission cooling in summer waste heat | |
| KR20120086416A (en) | Electric thermal storage air-conditioning heat pump apparatus | |
| CN102506517A (en) | Clean energy and ground source heat pump integrated heating air conditioner control device | |
| CN111637509B (en) | Novel combined heat dissipation terminal system | |
| RU128702U1 (en) | CONSUMER ENERGY SUPPLY SYSTEM BASED ON THE COMPLEX USE OF CLASSICAL AND RENEWABLE ENERGY SOURCES | |
| JP6164537B2 (en) | Cold / heat generator | |
| CN110057008A (en) | The system for realizing hot and cold, electric trilogy supply collection PV/T Yu earth source heat pump one | |
| CN204478349U (en) | Total heat recovery independent temperature-humidity control earth source heat pump unit | |
| CN219063627U (en) | Low-energy-consumption air conditioning system for museum building in cold area |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090421 |