Теплонасосная установка для отопления и горячего водоснабжения

(51) 25 29/00 (2006.01) 25 30/06 (2006.01) 24 17/02 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ испаритель и конденсатор,соединенные трубопроводными контурами циркуляции хладагента, теплоносителя, сетевой воды, систему сбора и утилизации теплоты низкопотенциального источника,водоаккумулятор с пиковым догревателем, встроенный в контур циркуляции сетевой воды. При этом система сбора и утилизации теплоты низкопотенциального источника, в качестве которого использованы грунтовые воды, выполнена в виде по меньшей мере двух, подающей и сбросной, грунтовых скважин, соединенных трубопроводным контуром теплоносителя(грунтовых вод). Подающая скважина снабжена глубинным насосом и фильтрами грубой и тонкой очистки, а в трубопроводный контур теплоносителя встроен промежуточный бак-накопитель с электроподогревом. Установка позволяет повысить эффективность утилизации низкопотенциальной теплоты за счет повышения стабильности и надежности работы.(76) Алимгазин Алтай ШурумбаевичТян Руслан НиколаевичАлимгазинов Дулат ШурамбаевичБахтиярова Сауле Гафезовна(56) Инновационный патент РК 20835, кл. 25 29/00, 25 30/06, 24 17/02, 2009(54) ТЕПЛОНАСОСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к установкам автономного отопления и горячего водоснабжения жилых зданий и отдельных сооружений различного типа, а также для получения холода при использовании низкопотенциальных источников теплоты. Теплонасосная установка для отопления и горячего водоснабжения, содержит компрессор, 22603 Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к установкам автономного отопления и горячего водоснабжения жилых зданий и отдельных сооружений различного типа, а также для получения холода при использовании низкопотенциальных источников теплоты. Известна теплонасосная установка холодоснабжения, обеспечивающая как получение холода, так и теплоснабжение помещений,использующая в качестве низкопотенциального источника теплоты воду (см. а.с. СССР 395677,кл. 25 13/02, опубл. 1973 г.). Установка содержит компрессор, испарительный и конденсаторный блоки, нагнетательные и всасывающие магистрали,причем испарительный и конденсаторный блоки выполнены из ряда воздухоохладителей и конденсаторов, первые из которых смонтированы на ответвлениях всасывающей магистрали, а другие присоединены к ответвлениям нагнетательной магистрали,подающей рабочую среду к потребителям. Недостатком установки является низкий КПД, а использование сетевой воды в качестве низкопотенциального источника теплоты экономически нецелесообразно. Известен также гидроимпульсный тепловой насос для снабжения потребителя теплом и холодом(см. ПП РК 14571, кл. 25 29/00, опубл. 2004 г.),содержащий компрессор и связанные с ним конденсатор и испаритель, при этом насос снабжен трубой с входным и выходным торцами. Труба установлена с возможностью перемещения в водоеме и снабжена воздушным колпаком, с которым связан поршень компрессора. При этом на выходном торце трубы установлен ударный клапан. Между трубой и воздушным колпаком размещен нагнетательный клапан. На входном торце трубы закреплено улавливающее устройство в виде усеченного конуса. Обеспечение потребителя теплом и холодом данное устройство осуществляет путем использования энергии водной волны, что ограничивает область его применения в системах автономного снабжения теплом и холодом объектов в регионах, удаленных от рек, озер и т.п. Наиболее близким техническим решением,принятым за прототип, является теплонасосная установка для автономного отопления и горячего водоснабжения,в которой в качестве низкопотенциального источника теплоты используют теплоту грунта (см. инновационный патент РК 20835, кл. 25 29/00, опубл. 2009 г.). Установка содержит компрессор, испаритель,конденсатор,соединенные трубопроводными контурами циркуляции хладагента, теплоносителя,сетевой воды, систему сбора и утилизации теплоты низкопотенциального источника, водоаккумулятор с пиковым догревателем, встроенный в контур циркуляции сетевой воды. При этом система сбора и утилизации теплоты низкопотенциального источника представляет собой ряд установленных в грунтовых скважинах теплообменников,выполненных в виде -образных полиэтиленовых 2 трубок, причем в качестве теплоносителя использована вода с антифризными добавками. К недостаткам этой установки следует отнести сложность прогнозирования теплового поведения системы сбора и утилизации теплоты грунта из-за наличия зон с отрицательной температурой вблизи грунтовых теплообменников, пространственного распространения теплоты грунта по трем координатным осям, замораживания воды в порах грунта и т.п. Кроме того, отбор или сброс тепловой энергии из грунтового массива в процессе эксплуатации системы сбора и утилизации теплоты грунта может вызвать значительные изменения температуры грунта в годовом цикле относительно его естественной температуры, что отрицательно повлияет как на стабильность и бесперебойность работы теплонасосной установки, так и на экологию. Задачей настоящего изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков,расширение области используемых низкопотенциальных источников теплоты и повышение надежности работы теплонасосных установок. Технический результат заключается в повышении эффективности утилизации низкопотенциальной теплоты. Для этого в теплонасосной установке для отопления и горячего водоснабжения, содержащей компрессор,испаритель и конденсатор,соединенные трубопроводными контурами циркуляции хладагента, теплоносителя, сетевой воды, систему сбора и утилизации теплоты низкопотенциального источника, водоаккумулятор с пиковым догревателем, встроенный в контур циркуляции сетевой воды, система сбора и утилизации низкопотенциального источника, в качестве которого использованы грунтовые воды,выполнена в виде по меньшей мере двух, подающей и сбросной, грунтовых скважин, соединенных трубопроводными контурами теплоносителя с испарителем, причем подающая скважина снабжена глубинным насосом с фильтрами грубой и тонкой очистки. При этом в трубопроводный контур теплоносителя(грунтовой воды) встроен промежуточный бак-накопитель с электроподогревом. Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема теплонасосной установки в режиме подключения ее элементов для обеспечения функций отопления и горячего водоснабжения. Теплонасосная установка содержит компрессор 1 и связанные с ним испаритель 2 и конденсатор 3,последовательно включенные в контур циркуляции хладагента 4. Испаритель 2 соединен с системой сбора и утилизации теплоты низкопотенциального источника контуром циркуляции теплоносителя(грунтовой воды) 5, циркуляцию в этом контуре обеспечивает насос 6. Система сбора и утилизации теплоты низкопотенциального источника, в качестве которого используют грунтовые воды, представляет собой две грунтовые скважины. Подающая 22603 скважина 7 снабжена глубинным насосом 8 с фильтрами грубой 9 и тонкой очистки 10, а сбросная скважина охлажденной воды 11 - встроенным в трубопроводный контур 5 насосом для сброса грунтовой воды 12. В контур 5 встроен бакнакопитель 13 с электроподогревом. Конденсатор 3 включен в контур циркуляции сетевой воды(отопления и горячего водоснабжения) 14, в последний встроен водоаккумулятор 15 с пиковым догревателем 16 (возможны варианты пиковых догревателей на твердом, жидком или газообразном топливе). Контуры циркуляции теплоносителя 5 и сетевой воды 14 выполнены в виде трубопроводов и снабжены соответствующими запорными вентилями. Компрессор 1 имеет электропривод реверсного исполнения, таким образом установка может работать в режиме холодильной машины. Теплонасосная установка отопления и горячего водоснабжения работает следующим образом. В начале отопительного сезона с помощью глубинного насоса 8 грунтовые воды из подающей скважины 7 с температурой 6-12 С, проходя через фильтры грубой 9 и тонкой очистки 10, подают насосом 6 в контур циркуляции теплоносителя 5 на вход испарителя 2. Далее охлажденный на 2-50 С в испарителе 2 теплоноситель с помощью насоса 12 подают в сбросную скважину 11, которая находится ниже по направлению течения подземных вод на расстоянии не менее 15 м от заборной скважины 7. Затем цикл повторяется с подачей очищенных грунтовых вод на вход испарителя 2, обеспечивая циркуляцию в замкнутом контуре 5. Для повышения надежности и эффективности работы предлагаемой теплонасосной установки в случае недостаточного объема грунтовых вод в подающей скважине (согласно паспорту скважины) предусмотрен дополнительный контур циркуляции воды, подаваемой в испаритель 2. При этом в качестве дополнительного количества теплоносителя использована охлажденная грунтовая вода из промежуточного бака-накопителя с электроподогревом 13. В зависимости от мощности электроподогревателя, как показывает практический опыт эксплуатации теплонасосных систем,возможен общий подогрев подаваемой в испаритель грунтовой воды до 20-25 С, что повышает эффективность работы теплонасосной установки. При подаче в испаритель 2 теплых грунтовых вод с вышеуказанным уровнем температур происходит теплосъем за счет взаимодействия теплоносителя с циркулирующим в контуре 4 хладагентом. Нагретый хладагент кипит с испарением и образованием паров. Пары хладагента поступают в компрессор 1, где сжимаются до повышенного давления,определяемого температурой конденсации, и направляются в конденсатор 3, через который циркулирует сетевая вода, под воздействием последней происходит конденсация хладагента. Тепло, выделенное при конденсации, передается циркулирующей через конденсатор сетевой воде,температура которой повышается. Нагретая сетевая вода по контуру 14 поступает в систему отопления и горячего водоснабжения. При использовании в теплонасосных установках современных фреонов(марки 134, -1) применение данной схемы дает возможность повышения температуры подаваемой потребителю воды в контуре 14 до более высоких температур (до 75 С) без применения даже пикового догревателя 16, например в виде ТЭНа, размещенного в водоаккумуляторе 15. Это, в конечном итоге, приводит к существенному уменьшению затрат электроэнергии в теплонасосной установке при увеличении коэффициента преобразования до 5-6. Определяемый условиями экономичной работы теплонасосной установки с использованием,грунтовых вод в качестве низкопотенциального источника теплоты максимум температуры может составить 75 С, что вполне приемлемо для отопительного периода многих регионов нашей страны. При этом в летнее время установку можно использовать для получения холода ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Теплонасосная установка для отопления и горячего водоснабжения, содержащая компрессор,испаритель и конденсатор,соединенные трубопроводными контурами циркуляции хладагента, теплоносителя, сетевой воды, систему сбора и утилизации теплоты низкопотенциального источника,водоаккумулятор с пиковым догревателем, встроенный в контур циркуляции сетевой воды, отличающаяся тем, что система сбора и утилизации теплоты низкопотенциального источника, в качестве которого использованы грунтовые воды, выполнена в виде по меньшей мере двух, подающей и сбросной, грунтовых скважин,соединенных трубопроводным контуром теплоносителя с испарителем, причем подающая скважина снабжена глубинным насосом и фильтрами грубой и тонкой очистки. 2. Теплонасосная установка по п.1,отличающаяся тем, что в трубопроводный контур теплоносителя встроен промежуточный бакнакопитель с электроподогревом.