RU128288U1 - HEAT PUMP HEAT COOLING SYSTEM - Google Patents

HEAT PUMP HEAT COOLING SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
RU128288U1
RU128288U1 RU2012139760/12U RU2012139760U RU128288U1 RU 128288 U1 RU128288 U1 RU 128288U1 RU 2012139760/12 U RU2012139760/12 U RU 2012139760/12U RU 2012139760 U RU2012139760 U RU 2012139760U RU 128288 U1 RU128288 U1 RU 128288U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
cold water
hot water
accumulator
line
Prior art date
Application number
RU2012139760/12U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Александрович Чеканов
Владимир Евгеньевич Добрынин
Сергей Анатольевич Кунгурцев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ")
Priority to RU2012139760/12U priority Critical patent/RU128288U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU128288U1 publication Critical patent/RU128288U1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/12Hot water central heating systems using heat pumps

Landscapes

  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

Теплонасосная система теплохладоснабжения (ТСТ) относится к областям энергетики и строительства и предназначена для экономичной и экологичной системы отопления (СО), горячего водоснабжения (ГВС) и кондиционирования (охлаждения и увлажнения) воздуха различных зданий и сооружений в условиях наличия в качестве источника низкопотенциального тепла только грунта под зданием и электрической энергии только для привода теплового насоса (ТН), вентилятора и в случае необходимости циркуляционного насоса СО, но не для нагревательных приборов. Задача, на решение которой направлена полезная модель - создание устройства, обеспечивающего повышение эффективности и надежности, простоту обслуживания, в т.ч. непрофессиональным потребителем, а также снижение стоимости ТСТ. Для решения этой задачи предложена теплонасосная система теплохладоснабжения здания, включающая тепловой насос, тепловые аккумуляторы, систему отопления и горячего водоснабжения, систему кондиционирования и вентиляции и систему утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде сбросного тепла вентиляционных выбросов и канализационных стоков. Причем система отопления (СО) и горячего водоснабжения (ГВС) содержит тепловой насос с испарителем, установленным в аккумуляторе холодной воды, представляющем собой металлическую нержавеющую емкость уплощенной формы без крышки, днищем контактирующую с грунтом в подвальном помещении здания, и с конденсатором, размещенным в аккумуляторе горячей воды. К аккумулятору горячей воды подключена напорная линия водопровода и линия подачи горячей воды на ГВС, а также прямая и обратная трубы СО с отсечными кранами, клапанами-регуляторами температуры перед каждым радиатором в помещениях здания, а также с воздухоотводчиком в верхней точке СО. Аккумулятор холодной воды оснащен автоматическим клапаном-регулятором уровня прямого действия, который соединен с напорной линией водопровода, и автоматическим клапаном-регулятором температуры прямого действия, который соединен с линией сброса воды из аккумулятора холодной воды. Система кондиционирования воздуха и вентиляции содержит воздуховоды, объединенные в первый коллектор, сообщающийся нижним концом с помещением, где находится аккумулятор холодной воды и второй коллектор, также сообщающийся нижним концом с помещением с аккумулятором холодной воды, а верхним подключенный к реверсивному вентилятору, связанному с наружным воздухом. К системе кондиционирования воздуха также относится линия дополнительного охлаждения помещений, ведущая воду из аккумулятора холодной воды в обратную линию СО, а из прямой линии СО снова в аккумулятор холодной воды, также данная линия содержит циркуляционный насос и не менее двух кранов. Система утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде тепла вентиляционных выбросов включает систему вентиляции и аккумулятор холодной воды, а для утилизации тепла канализационных стоков содержит сборный стояк сточных вод здания, соединенный с герметичным коробом, приваренным к стенкам аккумулятора холодной воды. В свою очередь к выходу короба примыкает труба, ведущая в ближайший колодец системы канализации, причем, поперечные сечения короба и трубы исполнены в несколько раз большими, чем необходимо для вывода жидких стоков для возможности свободной циркуляции в коробе влажного и теплого воздуха из системы канализации. 1 н.п.ф., 1 фиг. The heat pump heat and cold supply system (TST) belongs to the fields of energy and construction and is designed for an economical and environmentally friendly heating (CO), hot water supply (DHW) and air conditioning (cooling and humidification) air of various buildings and structures in the presence of low potential heat as a source only soil under the building and electric energy only for driving a heat pump (VT), a fan and, if necessary, a СО circulation pump, but not for heating appliances. The task the utility model is aimed at is creating a device that provides increased efficiency and reliability, ease of maintenance, including non-professional consumer, as well as reducing the cost of TST. To solve this problem, a heat pump system for building heat and cold has been proposed, including a heat pump, heat accumulators, a heating and hot water supply system, an air conditioning and ventilation system, and a system for recycling secondary heat resources in the form of waste heat from ventilation emissions and sewage. Moreover, the heating system (CO) and hot water supply (DHW) contains a heat pump with an evaporator installed in the cold water accumulator, which is a flat-shaped stainless steel metal container without a lid that contacts the ground in the basement of the building and with a condenser located in the battery hot water. A hot water pressure line and a hot water supply line to the hot water supply are connected to the hot water accumulator, as well as direct and return pipes of CO with shut-off valves, temperature control valves in front of each radiator in the building's premises, as well as with an air vent at the top of the CO. The cold water accumulator is equipped with an automatic direct-acting level control valve, which is connected to the pressure line of the water supply system, and a direct-acting automatic temperature control valve, which is connected to the line for discharging water from the cold water accumulator. The air conditioning and ventilation system contains air ducts combined in a first collector communicating with a lower end to a room where a cold water accumulator is located and a second collector also communicating with a lower end to a room with a cold water accumulator and the upper one connected to a reversing fan connected to the outside air . The air conditioning system also includes a line for additional cooling of the premises, leading water from the cold water accumulator to the return line CO, and again from the direct line CO to the cold water accumulator, this line also contains a circulation pump and at least two taps. The system for recycling secondary heat resources in the form of heat from ventilation emissions includes a ventilation system and a cold water accumulator, and for heat recovery from sewage effluents, it contains a prefabricated sewage riser connected to a sealed duct welded to the walls of the cold water accumulator. In turn, a pipe leading to the nearest well of the sewage system adjoins the duct outlet, and the cross sections of the duct and pipe are several times larger than necessary for the discharge of liquid effluents to allow free circulation of moist and warm air from the sewage system in the duct. 1 n.p.f., 1 Fig.

Description

Теплонасосная система теплохладоснабжения (ТСТ) относится к областям энергетики и строительства и предназначена для экономичной и экологичной системы отопления (СО), горячего водоснабжения (ГВС) и кондиционирования (охлаждения и увлажнения) воздуха различных зданий и сооружений в условиях наличия в качестве источника низкопотенциального тепла только грунта под зданием и электрической энергии только для привода теплового насоса (ТН), вентилятора и в случае необходимости циркуляционного насоса CО, но не для нагревательных приборов.The heat pump heat and cold supply system (TST) belongs to the fields of energy and construction and is designed for an economical and environmentally friendly heating (CO), hot water supply (DHW) and air conditioning (cooling and humidification) air of various buildings and structures in the presence of low potential heat as a source only soil under the building and electric energy only for driving a heat pump (VT), a fan and, if necessary, a CO circulation pump, but not for heating appliances.

Известно изобретение по патенту РФ №2412401 - система отопления жилого дома, содержащая тепловой насос типа «воздух-воздух» и расположенный в подвале дома бассейн с водой и льдом в равновесном состоянии. Технический результат изобретения - обеспечение тепловой энергией здания за счет выделения тепла при фазовом переходе вода-лед. Недостатками этого решения являются малоэффективный теплообмен в воздушных теплообменниках и стабильно нулевая температура холодного аккумулятора, в то время как чем меньше разность верхней и нижней температур цикла ТН, тем выше его эффективность, для чего и делаются устройства накопления низкопотенциального тепла с целью повышения температуры холодного аккумулятора.The invention is known according to the patent of the Russian Federation No. 2412401 - a heating system for a residential building containing an air-to-air heat pump and an equilibrium pool of water and ice located in the basement of the house. The technical result of the invention is the provision of thermal energy to the building due to heat generation during the water-ice phase transition. The disadvantages of this solution are ineffective heat transfer in air heat exchangers and a stable zero temperature of the cold battery, while the lower the difference between the upper and lower temperatures of the VT cycle, the higher its efficiency, which is why low-potential heat storage devices are made to increase the temperature of the cold battery.

Известна также система автономного теплоснабжения и холодоснабжения зданий и сооружений по патенту РФ №2382281, содержащая ТН типа «вода-вода» и реверсируемый ТН типа «воздух-вода», систему утилизации тепла вентилируемого воздуха с рекуператорами «воздух-воздух» и «вода-воздух», с использованием радиаторов системы отопления и для охлаждения, а также систему восстановления теплового режима низкопотенциального источника - скважин с теплообменниками, включающую солнечные коллекторы. Недостатками системы являются: отсутствие аккумулирующих емкостей, а значит, нестабильность режимов, отсутствие утилизации тепла канализационных стоков и чрезвычайная сложность установки (50 позиций на принципиальной схеме, причем, только циркуляционных насосов 7 штук), что означает ее высокую стоимость как сооружения, так и эксплуатации, необходимость квалифицированного обслуживания.The autonomous heat supply and cold supply system of buildings and structures according to RF patent No. 2382281 is also known, which contains water-to-water heat pumps and reversible air-water heat pumps, a heat recovery system for ventilated air with air-to-air and water-heat recuperators. air ”, using radiators of the heating system and for cooling, as well as a system for restoring the thermal regime of a low-potential source — wells with heat exchangers, including solar collectors. The disadvantages of the system are: the lack of storage tanks, which means instability of modes, the lack of heat recovery of sewage and the extreme complexity of the installation (50 positions on the circuit diagram, moreover, only 7 circulation pumps), which means its high cost of both construction and operation , the need for qualified service.

Наиболее близким по набору признаков и технической сущности к предлагаемой полезной модели является изобретение по патенту РФ №2364795 - теплонасосная система теплоснабжения многоэтажных зданий, включает расположенные в каждой зоне по этажам теплонасосное оборудование, систему сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли, системы утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде сбросного тепла вентиляционных выбросов из верхней зоны и канализационных стоков, системы теплоснабжения и горячего водоснабжения, охлаждающие приборы системы кондиционирования и тепловые аккумуляторы. Недостатками этого технического решения являются усложнение эксплуатации и перерасход электроэнергии из-за реверсирования нескольких ТН для кондиционирования воздуха летом.The closest set of features and technical essence to the proposed utility model is the invention according to RF patent No. 2364795 - a heat pump heating system for multi-storey buildings, includes heat pump equipment located in each zone, a system for collecting low-potential thermal energy of the soil of the surface layers of the Earth, a system for recycling secondary thermal resources in the form of waste heat from ventilation emissions from the upper zone and sewage, heating and hot water systems , cooling appliances, air conditioning systems and heat accumulators. The disadvantages of this technical solution are the complication of operation and excessive consumption of electricity due to the reversal of several VTs for air conditioning in the summer.

Задача, на решение которой направлена полезная модель - создание устройства, обеспечивающего повышение эффективности и надежности, простоту обслуживания, в т.ч. непрофессиональным потребителем, а также снижение стоимости ТСТ.The task the utility model is aimed at is creating a device that provides increased efficiency and reliability, ease of maintenance, including non-professional consumer, as well as reducing the cost of TST.

Для решения этой задачи предложена теплонасосная система теплохладоснабжения здания, включающая тепловой насос, тепловые аккумуляторы, систему отопления и горячего водоснабжения, систему кондиционирования и вентиляции и систему утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде сбросного тепла вентиляционных выбросов и канализационных стоков. Причем система отопления (СО) и горячего водоснабжения (ГВС) содержит тепловой насос с испарителем, установленным в аккумуляторе холодной воды, представляющем собой металлическую нержавеющую емкость уплощенной формы без крышки, днищем контактирующую с грунтом в подвальном помещении здания, и с конденсатором, размещенным в аккумуляторе горячей воды. К аккумулятору горячей воды подключена напорная линия водопровода и линия подачи горячей воды на ГВС, а также прямая и обратная трубы СО с отсечными кранами, клапанами-регуляторами температуры перед каждым радиатором в помещениях здания, а также с воздухоотводчиком в верхней точке СО. Аккумулятор холодной воды оснащен автоматическим клапаном-регулятором уровня прямого действия, который соединен с напорной линией водопровода, и автоматическим клапаном-регулятором температуры прямого действия, который соединен с линией сброса воды из аккумулятора холодной воды. Система кондиционирования воздуха и вентиляции содержит воздуховоды, объединенные в первый коллектор, сообщающийся нижним концом с помещением, где находится аккумулятор холодной воды и второй коллектор, также сообщающийся нижним концом с помещением с аккумулятором холодной воды, а верхним подключенный к реверсивному вентилятору, связанному с наружным воздухом. К системе кондиционирования воздуха также относится линия дополнительного охлаждения помещений, ведущая воду из аккумулятора холодной воды в обратную линию СО, а из прямой линии СО снова в аккумулятор холодной воды, также данная линия содержит циркуляционный насос и не менее двух кранов. Система утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде тепла вентиляционных выбросов включает систему вентиляции и аккумулятор холодной воды, а для утилизации тепла канализационных стоков содержит сборный стояк сточных вод здания, соединенный с герметичным коробом, приваренным к стенкам аккумулятора холодной воды. В свою очередь к выходу короба примыкает труба, ведущая в ближайший колодец системы канализации, причем, поперечные сечения короба и трубы исполнены в несколько раз большими, чем необходимо для вывода жидких стоков для возможности свободной циркуляции в коробе влажного и теплого воздуха из системы канализации.To solve this problem, a heat pump system for building heat and cold has been proposed, including a heat pump, heat accumulators, a heating and hot water supply system, an air conditioning and ventilation system, and a system for recycling secondary heat resources in the form of waste heat from ventilation emissions and sewage. Moreover, the heating system (CO) and hot water supply (DHW) contains a heat pump with an evaporator installed in the cold water accumulator, which is a flat-shaped stainless steel metal container without a lid that contacts the ground in the basement of the building and with a condenser located in the battery hot water. A hot water pressure line and a hot water supply line to the hot water supply are connected to the hot water accumulator, as well as direct and return pipes of CO with shut-off valves, temperature control valves in front of each radiator in the building's premises, as well as with an air vent at the top of the CO. The cold water accumulator is equipped with an automatic direct-acting level control valve, which is connected to the pressure line of the water supply system, and a direct-acting automatic temperature control valve, which is connected to the line for discharging water from the cold water accumulator. The air conditioning and ventilation system contains air ducts combined in a first collector communicating with a lower end to a room where a cold water accumulator is located and a second collector also communicating with a lower end to a room with a cold water accumulator and the upper one connected to a reversing fan connected to the outside air . The air conditioning system also includes a line for additional cooling of the premises, leading water from the cold water accumulator to the return CO line, and again from the direct CO line to the cold water accumulator, this line also contains a circulation pump and at least two taps. The system for recycling secondary heat resources in the form of heat from ventilation emissions includes a ventilation system and a cold water accumulator, and for heat recovery from sewage effluents, it contains a prefabricated sewage riser connected to a sealed duct welded to the walls of the cold water accumulator. In turn, a pipe leading to the nearest well of the sewage system adjoins the duct outlet, and the cross sections of the duct and pipe are several times larger than necessary for the discharge of liquid effluents to allow free circulation of moist and warm air from the sewage system in the duct.

Технический результат полезной модели заключается в том, что уменьшается число элементов схемы, не требуется установки нескольких ТН и их реверсирования, нет громоздких трубчатых теплообменников, контуров теплообмена с подпочвенной водой и грунтом, нескольких циркуляционных насосов, сложной электронной автоматики и пр.The technical result of the utility model is that the number of circuit elements is reduced, the installation of several VTs and their reversal is not required, there are no bulky tubular heat exchangers, heat exchange circuits with subsoil water and soil, several circulation pumps, complex electronic automation, etc.

Тепловая эффективность ТСТ повышается благодаря комплексу известных по отдельности признаков, сочетаемых в устройстве:The thermal efficiency of the TST is enhanced by a set of individually known features combined in the device:

- испаритель и конденсатор ТН расположены в емкостных теплообменниках- the evaporator and the condenser TH are located in the capacitive heat exchangers

- аккумуляторах холодной и горячей воды достаточно большого объема, чтобы максимально скомпенсировать переменность режимов и обеспечить наиболее экономичный режим работы ТН;- accumulators of cold and hot water of a large enough volume to maximally compensate for the variability of modes and provide the most economical operating mode of VT;

- системы отопления и ГВС для повышения надежности подключены к одному теплоизолированному аккумулятору горячей воды, круглогодично обогревающему ванную комнату (и, возможно, бассейн);- heating and domestic hot water systems to increase reliability are connected to one heat-insulated hot water accumulator that heats the bathroom year-round (and, possibly, the pool);

- аккумулятор холодной воды, поступающей от собственной скважины или от водопроводной сети, расположен в подвальном помещении ниже уровня промерзания грунта и имеет уплощенную форму для большей площади теплоотдачи от грунта - к воде и от прокачиваемого системой вытяжной вентиляции через подвал воздуха - к воде для утилизации его тепла зимой перед сбросом наружу;- the accumulator of cold water coming from its own well or from the water supply network is located in the basement below the level of freezing of the soil and has a flattened shape for a larger area of heat transfer from the soil - to water and from the exhaust ventilation system pumped through the cellar to the water for disposal heat in winter before discharge to the outside;

- кондиционирование (охлаждение и увлажнение в летнее время) подаваемого снаружи вентилятором воздуха происходит тоже от контакта с аккумулятором холодной воды, но с обратным движением воздуха по тому же пути благодаря реверсированию вращения осевого вентилятора и обращению системы вентиляции из вытяжной в приточную;- air conditioning (cooling and humidification in summer) of the air supplied from the outside by the fan also comes from contact with the cold water accumulator, but with reverse air movement along the same path due to the reversal of the rotation of the axial fan and the circulation of the ventilation system from the exhaust to the supply;

- дополнительное охлаждение здания и подогрев аккумулятора холодной воды летом в случае необходимости может идти за счет прокачки холодной воды из него через СО и обратно вспомогательным циркуляционным насосом;- additional cooling of the building and heating of the cold water accumulator in the summer, if necessary, can be achieved by pumping cold water out of it through CO and back with an auxiliary circulation pump;

- система утилизации тепла канализационных стоков содержит приварной герметичный короб из нержавеющей стали, опоясывающий стенки аккумулятора холодной воды, при этом теплый воздух, свободно поступающий из ближайшего колодца системы канализации, наравне с собственными стоками здания отдает через стенку аккумулятора холодной воды свое тепло воде, причем, значительное количество тепла передается за счет конденсации насыщенного водяного пара, содержащегося в этом воздухе, поэтому его объем уменьшается, и возникает непрерывное поступление теплого и влажного воздуха из нижерасположенной системы канализации к стенкам аккумулятора холодной воды;- the sewage heat recovery system contains a welded sealed stainless steel box encircling the walls of the cold water accumulator, while the warm air freely flowing from the nearest well of the sewage system, along with its own drains in the building, transfers its heat to the water through the wall of the cold water accumulator, a significant amount of heat is transferred due to the condensation of saturated water vapor contained in this air, therefore, its volume decreases, and continuous e warm and humid air from the downstream sewer system to the walls of the accumulator of cold water;

- если зимой при пиковых нагрузках аккумулятор холодной воды переохладится несмотря на перечисленные притоки тепла, простейший автоматический механический клапан-регулятор температуры прямого действия, как термостат в автомобиле, открывает линию слива охлажденной воды самотеком во вторую (сбросную) скважину, либо в ливневую канализацию, а автоматический механический клапан-регулятор уровня в аккумуляторе холодной воды, подобный тому, какой действует в бачке унитаза, открывает напорную линию для поступления более теплой воды из первой (напорной) скважины или из водопровода.- if in winter at peak loads the cold water accumulator cools down in spite of the heat inflows listed, the simplest automatic mechanical temperature control valve with direct action, like a thermostat in a car, opens a drain line for chilled water by gravity into the second (discharge) well, or into storm sewers, and an automatic mechanical valve-regulator of the level in the cold water accumulator, similar to that which acts in the toilet tank, opens the pressure line for the entry of warmer water from the first (pressure) wells or from a water supply system.

Объем аккумулятора холодной воды, как и его температура, чем больше, тем лучше, т.к. тогда стабильность температурного режима ТН устойчивее, а энергетическая эффективность выше.The volume of the cold water accumulator, as well as its temperature, the more, the better, because then the temperature stability of the VT is more stable, and the energy efficiency is higher.

Оценка минимального объема аккумулятора холодной воды.Estimation of the minimum cold water accumulator.

Примем габариты двухэтажного жилого дома: длина 10 м, ширина 7 м, высота 6 м, тогда его объем 420 куб. м, расчетная тепловая мощность СО при морозе (-30)°C - 8400 ккал/час или ~10 кВт. Если с такой максимальной тепловой мощностью отбирать тепло у аккумулятора холодной воды с начальной температурой воды 12°C до температуры 0°C в течение суток без подвода тепла извне, необходим объем воды около 16 м3, что помещается с запасом в уплощенном баке с габаритами 6*6*0,5 м, т.е. в пределах подвального этажа этого дома. При средней тепловой нагрузке отопительного сезона, которая как минимум вдвое меньше расчетной - т.е. максимальной, и с учетом поступления тепла от электроприводов ТН и вентилятора, от непрерывной утилизации тепла воздуха при вентиляции, от жидких стоков, от теплого влажного воздуха из системы канализации и поступления тепла грунта, к тому же запасаемого в зоне контакта с аккумулятором холодной воды в летнее время, переохлаждение его ниже 0°C маловероятно, т.е. сливать переохлажденную воду, заменяя ее более теплой, практически не придется.We take the dimensions of a two-story residential building: length 10 m, width 7 m, height 6 m, then its volume is 420 cubic meters. m, the calculated thermal power of СО during frost (-30) ° C is 8400 kcal / h or ~ 10 kW. If with such maximum thermal power, heat is taken from a cold water accumulator with an initial water temperature of 12 ° C to a temperature of 0 ° C during the day without supplying heat from outside, a water volume of about 16 m 3 is required, which is placed with a reserve in a flattened tank with dimensions 6 * 6 * 0.5 m, i.e. within the basement of this house. With an average heat load of the heating season, which is at least half the estimated - i.e. maximum, and taking into account the heat input from the electric drives of the VT and the fan, from the continuous utilization of air heat during ventilation, from liquid effluents, from warm moist air from the sewage system and the intake of soil heat, which is also stored in the summer cold water contact zone time, its subcooling below 0 ° C is unlikely, i.e. draining supercooled water, replacing it with warmer, almost no need.

Сущность полезной модели поясняется иллюстрацией, где на фиг.1 показан разрез здания и основные элементы ТСТ.The essence of the utility model is illustrated by an illustration, where Fig. 1 shows a section of a building and the main elements of the TST.

Теплонасосная система теплохладоснабжения зданий содержит три блока: систему отопления и горячего водоснабжения; систему вентиляции и кондиционирования воздуха; систему утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде сбросного тепла вентиляционных выбросов и канализационных стоков.The heat pump system for heat and cold supply of buildings contains three blocks: a heating system and hot water supply; ventilation and air conditioning system; recycling system of secondary heat resources in the form of waste heat from ventilation emissions and sewage.

Как показано на фиг.1, система отопления (СО) и горячего водоснабжения (ГВС) содержит тепловой насос 1 (ТН) с испарителем 2 в аккумуляторе холодной воды 3, представляющем собой металлическую нержавеющую емкость уплощенной формы без крышки, расположенную в подвальном помещении здания ниже уровня промерзания грунта зимой и днищем плотно контактирующую с увлажненным грунтом. Конденсатор 4, размещен в аккумуляторе горячей воды 5, к которому подключена напорная линия водопровода 6 и линия 7 подачи горячей воды на ГВС, а также прямая 8 и обратная 9 трубы СО с отсечными кранами 10 и клапанами-регуляторами прямого действия 11, установленными перед каждым радиатором в помещениях здания, регулирующими температуру в помещениях, а также с воздухоотводчиком 12. Аккумулятор холодной воды 3 оснащен двумя нормально закрытыми автоматическими клапанами прямого действия: автоматическим клапаном 13 - регулятором уровня, который соединен с напорной линией водопровода, а также автоматическим клапаном 14 - регулятором температуры. Автоматический клапан 13 соединен с напорной линией водопровода 6, а автоматический клапан 14, аналогичный автомобильному термостату, соединен с трубой сброса, ведущей либо в безнапорную скважину собственной системы водоснабжения, либо в ливневую канализацию.As shown in figure 1, the heating system (CO) and hot water supply (DHW) contains a heat pump 1 (VT) with an evaporator 2 in the cold water accumulator 3, which is a flat-shaped stainless metal container without a cover, located in the basement of the building below level of freezing of soil in winter and the bottom is in close contact with moistened soil. The condenser 4 is located in the hot water accumulator 5, to which the pressure line of the water supply pipe 6 and the hot water supply line 7 to the hot water supply are connected, as well as direct 8 and return 9 of the CO pipe with shut-off valves 10 and direct-acting control valves 11 installed in front of each a radiator in the premises of the building, which regulate the temperature in the rooms, as well as with an air vent 12. The cold water accumulator 3 is equipped with two normally closed automatic valves of direct action: an automatic valve 13 - a level regulator that connects inen with a pressure line of the water supply system, as well as an automatic valve 14 - temperature regulator. An automatic valve 13 is connected to the pressure line of the water supply 6, and an automatic valve 14, similar to a car thermostat, is connected to a discharge pipe leading either to a pressureless well of its own water supply system or to a storm sewer.

Система кондиционирования воздуха и вентиляции содержит воздуховоды 15 из помещений, объединенные в первый коллектор 16, сообщающийся нижним концом с помещением, где находится аккумулятор холодной воды 3, и второй коллектор 17, также сообщающийся нижним концом с тем же помещением, а верхним подключенный к реверсивному вентилятору 18, связанному с наружным воздухом.The air conditioning and ventilation system contains air ducts 15 from the rooms, combined into a first collector 16 communicating with the lower end to the room where the cold water accumulator 3 is located, and a second collector 17 also communicating with the lower end to the same room and the upper connected to the reversing fan 18 associated with outdoor air.

Система утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде сбросного тепла вентиляционных выбросов включает всю вышеописанную систему вентиляции и сам аккумулятор холодной воды 3; а для утилизации тепла канализационных стоков содержит сборный стояк здания 19, соединенный с герметичным коробом 20, приваренным к стенкам аккумулятора холодной воды 3, причем, к выходу короба 20 примыкает труба 21, ведущая в ближайший колодец системы канализации (условно не показан на рисунке). Поперечные сечения короба 20 и трубы 21 выбраны в несколько раз большими, чем необходимо для вывода жидких стоков для возможности свободной циркуляции в коробе 20 влажного и теплого воздуха из системы канализации.The system for recycling secondary heat resources in the form of waste heat from ventilation emissions includes the entire ventilation system described above and the cold water accumulator 3 itself; and for heat recovery of sewage drains, it contains a prefabricated riser of building 19 connected to an airtight duct 20 welded to the walls of the cold water accumulator 3, and pipe 21 adjoins the outlet of duct 20 leading to the nearest sewer well (not shown conventionally in the figure). The cross sections of the duct 20 and the pipe 21 are selected several times larger than necessary for the withdrawal of liquid effluents to allow free circulation of moist and warm air from the sewage system in the duct 20.

К системе кондиционирования воздуха относится также линия дополнительного охлаждения помещений 22, ведущая из аккумулятора холодной воды 3 в обратную линию 9 СО, а из прямой линии 8 снова в аккумулятор холодной воды 3. Данная линия содержит циркуляционный насос 23 и краны 24.The air conditioning system also includes an additional room cooling line 22 leading from the cold water accumulator 3 to the CO return line 9, and from the straight line 8 again to the cold water accumulator 3. This line contains a circulation pump 23 and taps 24.

Работа ТСТ осуществляется следующим образом.The work of the TST is as follows.

Источники низкопотенциального тепла для ТН 1 - тепло грунта, воздуха из системы вентиляции, собственной сточной воды и воздуха из канализационной системы.Sources of low-grade heat for VT 1 are the heat of the soil, air from the ventilation system, own wastewater, and air from the sewer system.

Через открытую поверхность воды круглогодично подводится тепло воздуха из системы вентиляции, которая в основное время работает как вытяжная, а летом за счет реверсирования вентилятора 18 становится приточной и выполняет еще и кондиционирование - охлаждение и увлажнение - воздуха перед подачей в помещения.Through the open surface of the water, air heat is supplied all year round from the ventilation system, which mainly works as an exhaust system, and in the summer, due to the reversal of the fan 18, it becomes supply air and also performs conditioning - cooling and humidification - of the air before being supplied to the premises.

Через стенку аккумулятора холодной воды 3 подводится тепло и от собственных канализационных стоков здания, и от воздуха и водяного пара из системы канализации.Heat is supplied through the wall of the cold water accumulator 3 both from the building’s own sewage and from air and water vapor from the sewage system.

Тепло циркуляционной воды из СО при открывании кранов 24 на линии 22 и включении насоса 23 в жаркую погоду поступает непосредственно в водяной объем аккумулятора холодной воды 3. Зимой в случае аварии и отключения ТН линия 22 служит для циркуляции воды в СО и предотвращения ее замерзания до исправления неполадок.The heat of the circulating water from CO when opening the taps 24 on line 22 and turning on the pump 23 in hot weather enters directly into the water volume of the cold water accumulator 3. In winter, in the event of an accident and shutdown of the VT, line 22 serves to circulate the water in CO and prevent its freezing until correction malfunctions.

При работе ТН 1 испаритель 2 отбирает тепло у воды в аккумуляторе холодной воды 3, понижая ее температуру. В случае охлаждения всего объема воды ниже заданной температуры +2°C открывается автоматический клапан 14, сливающий охлажденную воду во вторую, безнапорную скважину собственного водопровода или в ливневую канализацию. Падение уровня воды в емкости вызывает срабатывание автоматического клапана 13, который связан с линией 6 подачи воды от первой (напорной) скважины или от водопровода. Такое устройство аккумулятора холодной воды 3 повышает надежность ТСТ, снижает расход энергии на циркуляцию «холодного» теплоносителя и капитальные затраты строительства (отсутствуют контуры циркуляции и теплообменники в скважинах подачи и отвода подземных вод).During operation of VT 1, evaporator 2 draws heat from the water in the cold water accumulator 3, lowering its temperature. In the case of cooling the entire volume of water below a predetermined temperature of + 2 ° C, an automatic valve 14 opens, draining the chilled water into a second, pressureless well of its own water supply or into storm sewers. A drop in the water level in the tank triggers an automatic valve 13, which is connected to the water supply line 6 from the first (pressure) well or from the water supply. Such a device of a cold water accumulator 3 increases the reliability of the TST, reduces the energy consumption for the circulation of the “cold” coolant and the construction capital costs (there are no circulation circuits and heat exchangers in the groundwater supply and drain wells).

Аккумулирование тепла высокого потенциала происходит в водоподогревателе емкостного типа - аккумуляторе горячей воды 5, в данном примере находящемся под избыточным давлением водопроводной сети, в который тепло передается от конденсатора 4 работающего ТН 1.High potential heat is accumulated in a cylinder-type water heater - hot water accumulator 5, in this example under pressure from the water supply network, into which heat is transferred from the condenser 4 of the operating VT 1.

Возможен вариант исполнения аккумулятора горячей воды 5 под меньшим давлением, зависящем лишь от высоты конвективной системы отопления, заполняемой и пополняемой периодически, - но с размещенным в аккумуляторе горячей воды 5 змеевиком для проточного подогрева воды, находящейся под давлением водопровода и не смешивающейся с водой системы отопления.It is possible to design a hot water accumulator 5 under a lower pressure, depending only on the height of the convective heating system, filled and replenished periodically, but with a coil placed in the hot water accumulator 5 for instantaneous heating of water that is under the pressure of the water supply and does not mix with the heating system water .

Во время отопительного сезона основной потребитель тепла - СО с естественной (конвективной), как в рассматриваемом примере, циркуляцией (циркуляция может быть принудительной). Заполнение системы водой и сброс выделяющегося при нагреве воды воздуха происходит благодаря действию воздухоотводчика 12, установленного в верхней точке СО и выполняющего выпуск воздуха из СО, но не выпускающего воды. Потребление воды ГВС из линии 7 (в данном примере эта вода общая с сетевой водой системы отопления) вызывает приток холодной воды из водопровода по линии 6 и снижение температуры в аккумуляторе горячей воды 5, регулирование которой происходит за счет автоматического включения/выключения электропривода (на рис. не показан) в ТН 1. Регулирование температуры в помещениях обеспечивают автоматические клапаны 11 перед радиаторами, задатчики которых устанавливают на нужную температуру в помещениях.During the heating season, the main heat consumer is СО with natural (convective), as in the considered example, circulation (circulation can be forced). The filling of the system with water and the discharge of the air released during heating of the water occurs due to the action of the air vent 12, which is installed at the upper point of the CO and performs the release of air from the CO, but does not release water. The consumption of DHW water from line 7 (in this example, this water is common with the heating system mains water) causes an influx of cold water from the water supply along line 6 and a decrease in temperature in the hot water accumulator 5, which is regulated by automatically turning on / off the electric drive (in Fig. (not shown) in VT 1. Room temperature control is provided by automatic valves 11 in front of radiators, the setpoints of which are set to the desired room temperature.

Такое исполнение аккумулятора горячей воды 5 для СО и ГВС повышает экономичность теплоснабжения и снижает стоимость оборудования.This design of the hot water battery 5 for CO and DHW increases the efficiency of heat supply and reduces the cost of equipment.

Система утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде сбросного тепла вентиляционных выбросов работает при включенной вытяжной вентиляции: воздух от верхней части каждого помещения по каналам 15 идет в первый коллектор 16, который подводит удаляемый воздух к открытому сверху аккумулятору холодной воды 3, где воздух отдает тепло непосредственно воде, растекаясь по всей ее поверхности. Второй коллектор 17 забирает охлажденный воздух из помещения, где установлен аккумулятор холодной воды 3, подводит его к вентилятору 18, и он сбрасывается в атмосферу. Такое исполнение системы обеспечивает достаточно интенсивный теплообмен и не требует установки дорогостоящих теплообменников.The system of recycling secondary heat resources in the form of exhaust heat from ventilation emissions works when exhaust ventilation is turned on: air from the upper part of each room through channels 15 goes to the first collector 16, which leads the exhaust air to the cold water accumulator 3 open above, where the air transfers heat directly to the water spreading over its entire surface. The second collector 17 takes the cooled air from the room where the cold water accumulator 3 is installed, brings it to the fan 18, and it is discharged into the atmosphere. This design of the system provides a fairly intense heat transfer and does not require the installation of expensive heat exchangers.

Эта же система в летнее время может служить кондиционером-охладителем воздуха, при этом вентилятор 18 должен быть осевой и реверсивный. Обращение тока воздуха вспять означает, что вентиляция становится приточной, она охлаждает и увлажняет воздух при прохождении над холодной водой аккумулятора холодной воды 3, а затем подает в жилые помещения. Одновременно охлаждение наружного воздуха подогревает воду в аккумуляторе холодной воды 3, т.е. увеличивает эффективность ТСТ.The same system in the summer can serve as an air conditioner-air cooler, while the fan 18 must be axial and reversible. The reversal of the air flow means that the ventilation becomes supply, it cools and moisturizes the air when the cold water accumulator 3 passes over cold water, and then it is supplied to the living quarters. At the same time, the cooling of the outside air heats the water in the cold water accumulator 3, i.e. increases the effectiveness of TST.

Дополнительным устройством кондиционирования служит в жаркую погоду линия прокачки 22 вспомогательным насосом 23 через трубы 9 и 8 и всю СО холодной воды из аккумулятора холодной воды 3 с возвратом в него же. В таком режиме закрыты отсечные краны 10 и открыты краны 24, а клапаны-регуляторы прямого действия 11 перед радиаторами настроены на максимальную температуру, т.е. открыты полностью. Одновременно с охлаждением помещений происходит накопление тепла в аккумуляторе холодной воды 3, следовательно, это устройство дает рост эффективности ТСТ. Линия 22 используется только в режиме охлаждения воздуха в здании, либо в аварийной ситуации для предотвращения замерзания СО.An additional conditioning device in hot weather is a pumping line 22 with an auxiliary pump 23 through pipes 9 and 8 and all the CO of cold water from the cold water accumulator 3 with a return to it. In this mode, shut-off valves 10 are closed and valves 24 are open, and direct-acting control valves 11 in front of the radiators are set to the maximum temperature, i.e. fully open. Simultaneously with the cooling of the rooms, heat accumulates in the cold water accumulator 3, therefore, this device gives an increase in the efficiency of the TST. Line 22 is used only in the air cooling mode in the building, or in an emergency to prevent freezing of CO.

Утилизация тепла канализационных стоков, собранных в стояк 19, происходит по мере их продвижения в приварном герметичном коробе 20 из нержавеющей стали, опоясывающем все стенки аккумулятора холодной воды 3. К выходу короба 20 крепится труба 21, ведущая в колодец системы канализации. Проходные сечения короба 20 и трубы 21 взяты с большим запасом, поэтому теплый воздух из системы канализации свободно поднимается в короб и наряду с жидкими фракциями отдает свое тепло через стенки аккумулятора 3 холодной воде. Значительное количество тепла передается за счет конденсации на стенках аккумулятора холодной воды 3 насыщенного водяного пара, содержащегося в воздухе системы канализации. Охлажденный и осушенный воздух имеет меньший объем и большую плотность, поэтому стекает обратно в систему канализации, а на его место приходит подогретый и влажный - возникает эффект «тепловой трубы».The heat recovery of sewage collected in the riser 19 occurs as they move in a welded sealed stainless steel duct 20 encircling all the walls of the cold water accumulator 3. A pipe 21 is attached to the outlet of the duct 20 leading to the well of the sewer system. The bore sections 20 and pipes 21 are taken with a large margin, so warm air from the sewage system freely rises into the box and, along with liquid fractions, transfers its heat through the walls of the battery 3 to cold water. A significant amount of heat is transferred due to condensation on the walls of the cold water accumulator 3 of saturated water vapor contained in the air of the sewage system. Cooled and dried air has a smaller volume and a higher density, therefore it flows back into the sewage system, and in its place comes heated and moist - the effect of a “heat pipe” arises.

Такое исполнение системы утилизации тепла жидких стоков утилизирует больше сбросного тепла, чем в известных стандартных аналогах благодаря вовлечению в циркуляцию влажного воздуха из нижерасположенной системы канализации, т.е. практически неограниченного источника тепла. При этом не требуется установки и обслуживания дорогостоящих теплообменников, а значит, снижается стоимость строительства и упрощается эксплуатация ТСТ.This embodiment of the liquid waste heat recovery system utilizes more waste heat than in the known standard analogues due to the involvement of moist air from the downstream sewage system, i.e. virtually unlimited source of heat. At the same time, installation and maintenance of expensive heat exchangers is not required, which means that the construction cost is reduced and the operation of the TST is simplified.

Claims (1)

Теплонасосная система теплохладоснабжения здания, включающая тепловой насос, тепловые аккумуляторы, систему отопления и горячего водоснабжения, систему кондиционирования и вентиляции и систему утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде сбросного тепла вентиляционных выбросов и канализационных стоков, отличающаяся тем, что:A heat pump system for heat and cold supply of a building, including a heat pump, heat accumulators, a heating and hot water supply system, an air conditioning and ventilation system, and a system for recycling secondary heat resources in the form of waste heat from ventilation emissions and sewage, characterized in that: - система отопления (СО) и горячего водоснабжения (ГВС) содержит тепловой насос с испарителем, установленным в аккумуляторе холодной воды, представляющем собой металлическую нержавеющую емкость уплощенной формы без крышки, днищем контактирующую с грунтом в подвальном помещении здания, и с конденсатором, размещенным в аккумуляторе горячей воды, в свою очередь к аккумулятору горячей воды подключена напорная линия водопровода и линия подачи горячей воды на ГВС, а также прямая и обратная трубы СО с отсечными кранами, клапанами-регуляторами температуры перед каждым радиатором в помещениях здания, а также с воздухоотводчиком в верхней точке СО, причем аккумулятор холодной воды оснащен автоматическим клапаном-регулятором уровня прямого действия, который соединен с напорной линией водопровода, и автоматическим клапаном-регулятором температуры прямого действия, который соединен с линией сброса воды из аккумулятора холодной воды;- the heating system (CO) and hot water supply (DHW) contains a heat pump with an evaporator installed in the cold water accumulator, which is a flat-shaped stainless steel metal container without a lid that bottom contacts the ground in the basement of the building, and with a condenser located in the battery hot water, in turn, the hot water pressure line and the hot water supply line to the hot water supply are connected to the hot water accumulator, as well as the direct and return pipes of CO with shut-off taps, control valves t temperature in front of each radiator in the premises of the building, as well as with an air vent at the top of the CO, moreover, the cold water accumulator is equipped with an automatic direct-level control valve that is connected to the pressure line of the water supply system and an automatic direct temperature control valve that is connected to the line discharge of water from the cold water accumulator; - система кондиционирования воздуха и вентиляции содержит воздуховоды, объединенные в первый коллектор, сообщающийся нижним концом с помещением, где находится аккумулятор холодной воды и второй коллектор, также сообщающийся нижним концом с помещением с аккумулятором холодной воды, а верхним подключенный к реверсивному вентилятору, связанному с наружным воздухом; к системе кондиционирования воздуха также относится линия дополнительного охлаждения помещений, ведущая воду из аккумулятора холодной воды в обратную линию СО, а из прямой линии СО снова в аккумулятор холодной воды, также данная линия содержит циркуляционный насос и не менее двух кранов;- the air conditioning and ventilation system comprises air ducts combined in a first collector communicating with a lower end to a room where a cold water accumulator is located and a second collector also communicating with a lower end to a room with a cold water accumulator and the upper one connected to a reversing fan connected to an external by air; the air conditioning system also includes a line for additional cooling of the premises, leading water from the cold water accumulator to the return line CO, and again from the direct line CO to the cold water accumulator, this line also contains a circulation pump and at least two taps; - система утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде тепла вентиляционных выбросов включает систему вентиляции и аккумулятор холодной воды, а для утилизации тепла канализационных стоков содержит сборный стояк сточных вод здания, соединенный с герметичным коробом, приваренным к стенкам аккумулятора холодной воды, в свою очередь к выходу короба примыкает труба, ведущая в ближайший колодец системы канализации, причем поперечные сечения короба и трубы исполнены в несколько раз большими, чем необходимо для вывода жидких стоков для возможности свободной циркуляции в коробе влажного и теплого воздуха из системы канализации.
Figure 00000001
- the system for recycling secondary heat resources in the form of heat from ventilation emissions includes a ventilation system and a cold water accumulator, and for utilizing the heat of sewage drains, it contains a prefabricated sewage riser connected to a sealed duct welded to the walls of the cold water accumulator, in turn to the outlet of the duct adjacent to the pipe leading to the nearest well of the sewage system, and the cross-sections of the duct and pipe are several times larger than necessary for the withdrawal of liquid effluents for possible free circulation in the duct of moist and warm air from the sewage system.
Figure 00000001
RU2012139760/12U 2012-09-17 2012-09-17 HEAT PUMP HEAT COOLING SYSTEM RU128288U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012139760/12U RU128288U1 (en) 2012-09-17 2012-09-17 HEAT PUMP HEAT COOLING SYSTEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012139760/12U RU128288U1 (en) 2012-09-17 2012-09-17 HEAT PUMP HEAT COOLING SYSTEM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU128288U1 true RU128288U1 (en) 2013-05-20

Family

ID=48804333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012139760/12U RU128288U1 (en) 2012-09-17 2012-09-17 HEAT PUMP HEAT COOLING SYSTEM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU128288U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2598870C2 (en) * 2015-02-25 2016-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Heating device for buildings with ventilated facade
EA025898B1 (en) * 2014-02-12 2017-02-28 Международная Экоенергетическая Академия Solar plant for hot water supply

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA025898B1 (en) * 2014-02-12 2017-02-28 Международная Экоенергетическая Академия Solar plant for hot water supply
RU2598870C2 (en) * 2015-02-25 2016-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Heating device for buildings with ventilated facade

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4936110A (en) Method and arrangement for withdrawing heat from a space which is exposed to a natural heat influence
JP2015511700A (en) Heat pump system using latent heat
JP5067730B2 (en) Earth / Solar system
US20190360703A1 (en) Temperature management system
WO2013026274A1 (en) Superconducting heat transfer cooling and heating apparatus
JP2010038507A (en) Heat pump utilizing underground heat reserve
AU2014298101B2 (en) Temperature management system
RU128288U1 (en) HEAT PUMP HEAT COOLING SYSTEM
JP2011133122A (en) Ground heat utilization heat pump system and water heat utilization heat pump system
JP5751599B2 (en) Hot water heating / cooling system
JP6060463B2 (en) Heat pump system
RU2412401C1 (en) Heating system of domestic building
JP2012251677A (en) Heat storage air-conditioning system
WO2015094102A1 (en) Construction comprising a building structure and a ground-based heat storage
KR101337353B1 (en) Heat pump system using water for irrigation of golf course reservoir
JP6164537B2 (en) Cold / heat generator
KR101547875B1 (en) Cooling-heating system by double pond
JPH10274444A (en) Underground heat-exchange system with heat-reservoir and manufacture thereof
GB2490125A (en) Hydronic radiant heating and cooling system comprising a phase change material
RU2713988C1 (en) Device of heat and cooling supply
JP2007271178A (en) Multiple dwelling house
KR102251895B1 (en) Green Energy system with suppling water and geothermal heat
CN111854244B (en) Anti-icing device of ground source heat pump unit
RU2809315C1 (en) Heat pump heating system
KR20110041394A (en) Hybrid geothermal heat pump system for using heat of water heat source

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20140918