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 использован грунт, представляет собой ряд установленных в грунтовых скважинах теплообменников, выполненных в виде -образных полиэтиленовых трубок. Причем в качестве теплоносителя использована вода с антифризными добавками, например, тосолом. Установка позволяет повысить эффективность утилизации низкопотенциальной теплоты, так коэффициент преобразования теплового насоса(КПТН) в данной установке равен 3,3.(76) Алимгазин Алтай Шурумбаевич , Тян Руслан Николаевич(56) Предварительный патент РК 14571, кл. 25 29/00, 25 30/00, опубл. 2004(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, 20835 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. 2513/02, 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. 2529/00, 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 теплоснабжения зданий с использованием скважинных теплообменников, в которой в качестве низкопотенциального источника теплоты используют теплоту грунтовых вод (см. статью Алимгазин А.Ш., Грунина Д.А. Техникоэкономическое обоснование применения альтернативных источников в Республике Казахстан, Вестник ПГУ им. С Торайгырова, серия Энергетика 4, г. Павлодар, 2005 г., с. 17-27). Установка содержит испаритель, конденсатор,компрессор, соединенные контурами циркуляции хладагента,теплоносителя,сетевой воды. Испаритель и конденсатор выполнены в виде кожухотрубных теплообменников. Контуры циркуляции снабжены вентилями. Установка снабжена также системой сбора и утилизации 2(грунтовых вод), а в контур циркуляции сетевой воды встроен водоаккумулятор с пиковым догревателем. К недостаткам этой установки следует отнести то, что для надежной и бесперебойной работы теплообменников необходимым условием является наличие постоянного (заданного паспортом) объема грунтовых вод, что для многих климатических регионов весьма проблематично. Кроме того, для работы установки необходимо соблюдение качества грунтовых вод и, соответственно, установка фильтров грубой и тонкой очистки, периодическая очистка и замена последних, что снижает надежность работы установки. Задачей настоящего изобретения является 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 теплоты выполнена в виде ряда теплообменников, установленных в грунтовых скважинах,при этом в качестве низкопотенциального источника теплоты использован грунт, а теплообменники изготовлены в виде -образных полиэтиленовых трубок. Причем в контуре циркуляции теплоносителя в качестве последнего использована вода с антифризными добавками, например тосолом. Сущность изобретения поясняется чертежами,где изображены на фиг. 1 принципиальная схема теплонасосной установки в режиме подключения ее элементов для обеспечения функций отопления и горячего водоснабжения на фиг. 2 - диаграмма энергопотоков в заявляемой установке. 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 5,циркуляцию в этом контуре обеспечивает насос 6. Система сбора и утилизации теплоты низкопотенциального источника,в качестве которого используют грунт, представляет собой установленные в грунтовых скважинах теплообменники 7, выполненные в виде -образных полиэтиленовых трубок (возможно применение теплообменников коаксиального типа). Конденсатор 20835 3 включен в контур циркуляции сетевой воды(отопления и горячего водоснабжения) 8, в последний встроен водоаккумулятор 9 с пиковым догревателем 10 (возможны варианты пиковых догревателей на твердом, жидком или газообразном топливе). Контуры циркуляции теплоносителя 5 и сетевой воды 8 выполнены в виде трубопроводов и снабжены запорными вентилями 11,12,13,14. В качестве теплоносителя в установке используется вода с антифризными добавками, например,тосолом. 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 циркуляционного насоса 6 (фиг. 1) запускают в работу контур циркуляции теплоносителя 5, для чего, включая вентили 11 и 12 , последний подают посредством насоса на вход испарителя 2, далее через испаритель на входы скважинных теплообменников 7 и снова возвращают через выходы теплообменников 7 на вход испарителя 2,обеспечивая циркуляцию в замкнутом контуре 5. При циркуляции теплоносителя через теплообменники происходит теплоперенос от грунта (низкопотенциального источника теплоты) к теплоносителю через стенки трубок теплообменников. Нагретый таким образом теплоноситель подают в испаритель 2, где 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 8 поступает в систему отопления и горячего водоснабжения. На работу компрессора затрачивают электроэнергию. Определяемый условиями экономичной работы теплонасосной установки с использованием грунта в качестве низкопотенциального источника теплоты максимум температуры составляет 55 С, что соответствует,например,расчетной температуре горячего водоснабжения. Для повышения температуры отопительной воды в холодное время суток до 70 С используют пиковый догреватель 10, например в виде ТЭНа, размещенного в водоаккумуляторе 9. Антифризные добавки в контуре циркуляции теплоносителя обеспечивают его бесперебойную циркуляцию в холодное время года. В летнее время установку можно использовать для получения холода. Эффективность работы предлагаемой установки в которой извлечение теплоты грунта осуществляют с помощью теплообменников, размещенных в грунтовых скважинах,характеризуется коэффициентом преобразования теплового насоса(КПТН),определяемым как отношение вырабатываемой тепловой мощности (сумма электрической мощности привода компрессора и тепловой мощности, извлекаемой из скважинных теплообменников) к электрической мощности привода компрессора. Характеристикой эффективности использования количества электроэнергии, потребляемой приводом компрессора,т.е. использования топлива,расходуемого на производство электроэнергии на электростанции,является коэффициент использования первичной энергии (КИПЭ). Для определения КПТН и КИПЭ установки были использованы следующие формулы где ПЭ - вклад электрической мощности привода теплового насоса в энергопотоки, в(принят в соответствии с потерями при транспортировке топлива на электростанцию, прозводстве и передаче электроэнергии) ПГ - вклад извлекаемой из грунта тепловой мощности, вПри этом первичную энергию от расходуемого топлива на производство электроэнергии для теплонасосной установки принимают за 100 Преимущества заявляемого изобретения рассмотрены на примере сравнительно низкого КПД производства электроэнергии (0,3), потребляемой теплонасосными установками, и при отопительном режиме с температурой воды в прямом и обратном трубопроводах 70 и 50 С соответственно (см. фиг. 2). Очевидно, в случае использования топлива на электростанции с повышенным КПД, а также теплоснабжении помещений на базе отопительных сетей с низкотемпературными режимами (45/35 С и ниже), реализуемых в напольных вариантах отопления или капиллярных сетях в стеновых панелях) КПТН заявляемой установки имеет перспективу увеличения до 4-5 единиц, а КИПЭ - до 1,5 единиц и более. Это примерно в 2 раза выше показателей, достигнутых к настоящему времени на известных видах теплонасосных установок в одинаковых геолого-климатических условиях. 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 иизкопатенциального источника,водоаккумулятор с пиковым догревателем, встроенный в контур циркуляции сетевой воды, отличающаяся тем, что система сбора и утилизации теплоты низкопатенциального источника, в качестве которого использован грунт,3 20835 представляет собой ряд установленных в грунтовых скважинах теплообменников, выполненных в виде 2. Теплонасосная установка по п.1,отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя использована вода с антифризными добавками.