RU156857U1

RU156857U1 - INSTALL HEAT SUPPLY

Info

Publication number: RU156857U1
Application number: RU2015113238/05U
Authority: RU
Inventors: Роберт Александрович Амерханов; Алексей Александрович Кириленко; Анна Сергеевна Кириченко; Юлия Ленуровна Муртазаева
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2015-11-20

Abstract

Установка теплоснабжения, включающая в себя солнечный коллектор, скважину-теплообменник для отбора низкопотенциального тепла горных пород, тепловой насос и бак-аккумулятор, соединённые между собой трубопроводами, отличающаяся тем, что трубопроводы оборудованы циркуляционным насосом и образуют пять контуров циркуляции, разделённых между собой при помощи трёхходовых кранов, переключаемых электронным блоком управления, имеющим два датчика температуры.The heat supply installation, which includes a solar collector, a heat exchanger for collecting low-grade rock heat, a heat pump and a storage tank, interconnected by pipelines, characterized in that the pipelines are equipped with a circulation pump and form five circulation circuits, separated by three-way valves switched by an electronic control unit having two temperature sensors.

Description

Полезная модель относится к области теплотехники и может быть использована для теплоснабжения и горячего водоснабжения децентрализованных объектов малой мощности с использованием гео- и гелиотермальной энергии.The utility model relates to the field of heat engineering and can be used for heat supply and hot water supply of decentralized low-power facilities using geo- and heliothermal energy.

Из существующего уровня техники известна установка теплоснабжения, состоящая из скважины-теплообменника для отбора низкопотенциального тепла горных пород, теплового насоса и солнечного коллектора, соединенных между собой подводящим и отводящим трубопроводами для циркуляции теплоносителя, солнечного коллектора, установленного на подводящем трубопроводе между скважиной-теплообменником и тепловым насосом (патент RU 147281, 10.04.2014).A heat supply installation is known from the prior art, consisting of a borehole heat exchanger for collecting low-grade rock heat, a heat pump and a solar collector interconnected by supply and exhaust pipelines for circulating a heat carrier, a solar collector installed on a supply pipe between the heat exchanger bore and the heat pump (patent RU 147281, 04/10/2014).

Недостатками данной установки являются низкая интенсивность циркуляции воды в контуре, что снижает эффективность работы установки, резкое снижение эффективности работы, вызванное перепадами температуры теплоносителя и величины потребления энергии тепловым насосом в темное время суток и пасмурную погоду, а так же отсутствие возможности производить охлаждение теплоносителя при отсутствии потребления теплоты.The disadvantages of this installation are the low intensity of water circulation in the circuit, which reduces the efficiency of the installation, a sharp decrease in operating efficiency caused by changes in the temperature of the coolant and the amount of energy consumed by the heat pump in the dark and cloudy weather, as well as the inability to cool the coolant in the absence of heat consumption.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является система теплоснабжения и горячего водоснабжения на основе возобновляемых источников энергии, которая состоит из скважины-теплообменника для отбора низкопотенциального тепла горных пород, теплового насоса, пикового электродоводчика, контуров горячего водоснабжения и низкотемпературного напольного отопления, соединенных между собой трубами с двумя насосами для циркуляции теплоносителей. Система также снабжена контуром с солнечным коллектором и баком-аккумулятором для обеспечения горячего водоснабжения и восстановления теплового поля вокруг скважины-теплообменника во время ее простоя в межотопительный период, а для предотвращения обратного оттока тепла центральная колонна труб в скважине-теплообменнике снаружи должна быть теплоизолирована (патент RU 2445554, 20.08.2010 - прототип).Closest to the claimed technical solution is a heat supply and hot water supply system based on renewable energy sources, which consists of a borehole heat exchanger for the selection of low-grade rock heat, a heat pump, a peak electric lead, hot water supply circuits and low-temperature floor heating, interconnected by pipes with two pumps for circulation of heat carriers. The system is also equipped with a circuit with a solar collector and an accumulator tank to ensure hot water supply and restore the heat field around the heat exchanger well during its idle time during the interheating period, and to prevent heat backflow, the central pipe string in the heat exchanger well must be insulated from the outside (patent RU 2445554, 08.20.2010 - prototype).

Данная система имеет ряд недостатков: во-первых, большую разность температур между теплоносителем, поступающим из скважины, и теплоносителем, направляемым потребителю, что приводит к снижению КПД теплового насоса; во-вторых, раздельное использование солнечного коллектора и скважины-теплообменника не позволяет в полной мере использовать весь потенциал источников энергии; в-третьих, данная система при установке и эксплуатации требует значительных ресурсозатрат.This system has several disadvantages: firstly, a large temperature difference between the coolant coming from the well and the coolant sent to the consumer, which leads to a decrease in the efficiency of the heat pump; secondly, the separate use of the solar collector and the heat exchanger well does not allow the full use of the full potential of energy sources; thirdly, this system during installation and operation requires significant resource costs.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы установки теплоснабжения за счет снижение потребления энергии тепловым насосом, сглаживания перепадов температуры теплоносителя при изменении погодных условий, а также использование нескольких режимов работы установки.The technical result of the utility model is to increase the efficiency of the heat supply installation by reducing the energy consumption of the heat pump, smoothing out the temperature drops of the coolant with changing weather conditions, and also using several operating modes of the installation.

Технический результат достигается тем, что в установке теплоснабжения, включающей солнечный коллектор, скважину-теплообменник для отбора низкопотенциального тепла горных пород, тепловой насос и бак-аккумулятор, соединенные между собой трубопроводами, согласно полезной модели, трубопроводы оборудованы циркуляционным насосом и образуют пять контуров циркуляции, разделенных между собой при помощи трехходовых кранов, переключаемых электронным блоком управления, имеющим два датчика температуры.The technical result is achieved by the fact that in a heat supply installation including a solar collector, a heat exchanger for collecting low-grade rock heat, a heat pump and an accumulator tank, interconnected by pipelines, according to a utility model, the pipelines are equipped with a circulation pump and form five circulation circuits, separated by three-way valves, switched by an electronic control unit with two temperature sensors.

Новизна заявленной полезной модели обусловлена тем, что трубопроводы оборудованы циркуляционным насосом и образуют пять контуров циркуляции, разделенных между собой при помощи трехходовых кранов, переключаемых электронным блоком управления, имеющим два датчика температуры.The novelty of the claimed utility model is due to the fact that the pipelines are equipped with a circulation pump and form five circulation circuits, separated by three-way valves, switched by an electronic control unit with two temperature sensors.

Такое конструктивное решение позволяет повысить эффективности работы установки теплоснабжения за счет снижение потребления энергии тепловым насосом, обеспечиваемое за счет переключения режимов циркуляции в отводящих контурах, сглаживания перепадов температуры теплоносителя при изменении погодных условий, обеспечиваемое за счет регулирования температуры внутри бака-аккумулятора при помощи переключения режимов циркуляции в подающих контурах, а также использование нескольких режимов работы установки, за счет применения электронного блока управления.Such a constructive solution allows to increase the efficiency of the heat supply installation by reducing the energy consumption of the heat pump, ensured by switching the circulation modes in the outlet circuits, smoothing out the temperature drops of the coolant when the weather changes, provided by controlling the temperature inside the storage tank by switching the circulation modes in the supply circuits, as well as the use of several operating modes of the installation, due to the use of electronically th control unit.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена установка теплоснабжения; на фиг. 2 - первый циркуляционный контур; на фиг. 3 - второй циркуляционный контур; на фиг. 4 - третий циркуляционный контур; на фиг. 5 - четвертый циркуляционный контур; на фиг. 6 - пятый циркуляционный контур.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a heat supply installation; in FIG. 2 - the first circulation circuit; in FIG. 3 - second circulation circuit; in FIG. 4 - the third circulation circuit; in FIG. 5 - the fourth circulation circuit; in FIG. 6 - fifth circulation circuit.

Установка теплоснабжения включает в себя скважину-теплообменник 1 (фиг. 1-4) для отбора низкопотенциального тепла горных пород, солнечный коллектор 2, тепловой насоса 3, бак-аккумулятор 4, состоящий из корпуса с изоляцией 13, образующего внутреннее пространство, заполненное теплоаккумулирующей жидкостью 14 и соединенные между собой трубопроводы, образующие пять контуров циркуляции (фиг. 2-6). Трубопровод, подающий тепло от скважины 1 и солнечного коллектора 2, выполняет в тепловом аккумуляторе 4 роль теплообменника 11 источника, а трубопровод от потребителя выполняет роль теплообменника 12 потребителя. Разделение на контуры происходит переключением трехходовых кранов 5-9. Переключение трехходовых кранов осуществляется при помощи электронного блока управления 15, датчики температуры 16-17 которого установлены в баке-аккумуляторе 4 и в верхней части солнечного коллектора 2. Для улучшения циркуляции на трубопроводе перед скважиной установлен циркуляционный насос 10.The heat supply installation includes a borehole heat exchanger 1 (Fig. 1-4) for the selection of low-grade rock heat, a solar collector 2, a heat pump 3, a storage tank 4, consisting of a housing with insulation 13, which forms an internal space filled with heat-accumulating liquid 14 and interconnected pipelines forming five circuits of circulation (Fig. 2-6). The pipeline supplying heat from the well 1 and the solar collector 2 performs the role of the source heat exchanger 11 in the heat accumulator 4, and the pipeline from the consumer acts as the consumer heat exchanger 12. Separation into circuits occurs by switching three-way valves 5-9. Three-way valves are switched using an electronic control unit 15, temperature sensors 16-17 of which are installed in the storage tank 4 and in the upper part of the solar collector 2. To improve circulation in the pipeline, a circulation pump 10 is installed in front of the well.

Установка теплоснабжения работает следующим образом.The heat supply installation operates as follows.

Электронный блок управления 15 (фиг. 1) при помощи датчиков температуры 16 и 17 непрерывно измеряет температуру в баке-аккумуляторе 4 и солнечном коллекторе 2 и выполняет переключение кранов в зависимости от режима работы для циркуляции необходимых контуров.The electronic control unit 15 (Fig. 1) using temperature sensors 16 and 17 continuously measures the temperature in the storage tank 4 and the solar collector 2 and performs the switching of the valves depending on the operating mode for the circulation of the necessary circuits.

При основном режиме работы, когда солнечного излучения достаточно для догрева воды, поступающей из скважины-теплообменника 1 (фиг. 1), а отбор тепла потребителем снижает температуру бака-аккумулятора 4, электронный блок управления 15 переключает трехходовые краны для образования первого контура циркуляции, включающего скважину-теплообменник 1 (фиг. 2), соленчный коллектор 2, теплообменник источника 11 и циркуляционный насос 10. Теплоноситель, нагретый низкотпотенциальным теплом грунта в скважине, по трубопроводу поступает в солнечный коллектор 2, в котором догревается энергией солнца, после чего подается в бак-аккумулятор 4. Отработанный теплоноситель по трубопроводу поступает обратно в скважину 1.In the main mode of operation, when there is enough solar radiation to heat the water coming from the heat exchanger well 1 (Fig. 1), and heat removal by the consumer reduces the temperature of the storage tank 4, the electronic control unit 15 switches the three-way valves to form the first circulation circuit, including a heat exchanger well 1 (Fig. 2), a salt collector 2, a source heat exchanger 11 and a circulation pump 10. A heat carrier heated by low potential soil heat in the well enters a solar collector through a pipeline p 2, wherein the energy of the sun reheated and then fed into the storage tank 4. The spent coolant is fed back through line 1 into the well.

В зимний период при низком поступлении солнечной радиации и температуре теплоносителя на выходе из солнечного коллектора 2 (фиг. 1) ниже заданной температуры грунта, электронный блок управления 15 переключает систему на второй циркуляционный контур, включающий скважину-теплообменник 1 (фиг. 3), теплообменник источника 11 и циркуляционный насос 10. Теплоноситель, нагретый низкотпотенциальным теплом грунта в скважине, по трубопроводу поступает в бак-аккумулятор 4. Отработанный теплоноситель по трубопроводу поступает обратно в скважину.In winter, with low solar radiation and a coolant temperature at the exit of the solar collector 2 (Fig. 1) below a predetermined soil temperature, the electronic control unit 15 switches the system to a second circulation circuit, including a borehole heat exchanger 1 (Fig. 3), a heat exchanger source 11 and the circulation pump 10. The coolant heated by low potential soil heat in the well, through the pipeline enters the storage tank 4. The spent coolant through the pipeline enters the well.

В летний период при низком потреблении тепла, когда температурные датчики показывают температуру теплоносителя в солнечном коллекторе 2 (фиг. 1) и баке-аккумуляторе 4 выше требуемой потребителем, электронный блок управления 15 переключает систему на третий циркуляционный контур, включающий скважину-теплообменник 1 (фиг. 4), солнечный коллектор 2 и циркуляционный насос 10. Теплоноситель, нагретый низкотпотенциальным теплом грунта в скважине-теплообменнике 1, по трубопроводу поступает в солнечный коллектор 2, в котором догревается энергией солнца, после чего теплоноситель по трубопроводу поступает обратно в скважину 1, где восстанавливает температурное поле вокруг скважины.In summer, with low heat consumption, when the temperature sensors show the temperature of the coolant in the solar collector 2 (Fig. 1) and the storage tank 4 higher than that required by the consumer, the electronic control unit 15 switches the system to a third circulation circuit, including a heat exchanger 1 (Fig. .4), a solar collector 2 and a circulation pump 10. A heat carrier heated by low-potential soil heat in a borehole heat exchanger 1 is piped to a solar collector 2, in which salt is heated by energy ca then the coolant flows back through conduit into the well 1, wherein restoring the temperature field around the wellbore.

При нормальных условиях работы, когда температура в баке-аккумуляторе 4 (фиг. 1) соответствует требуемым параметрам, электронный блок управления 15 переключает трубопровод на четвертый циркуляционный контур, включающий теплообменник потребителя 12 (фиг. 5) и трубопроводы. Теплоноситель нагретый теплообменником потребителя 12 в тепловом аккумуляторе 4 (фиг. 1) поступает к потребителю, а отработанный теплоноситель от потребителя поступает обратно в теплообменник.Under normal operating conditions, when the temperature in the storage tank 4 (Fig. 1) meets the required parameters, the electronic control unit 15 switches the pipeline to the fourth circulation circuit, including a consumer heat exchanger 12 (Fig. 5) and pipelines. The heat carrier heated by the heat exchanger of the consumer 12 in the heat accumulator 4 (Fig. 1) is supplied to the consumer, and the spent heat carrier from the consumer is fed back to the heat exchanger.

При условиях, когда температура в баке-аккумуляторе 4 (фиг. 1) ниже требуемых параметрам, электронный блок управления 15 переключает трубопровод на пятый циркуляционный контур, включающий теплообменник потребителя 12 (фиг. 6), тепловой насос 3 и трубопроводы. Теплоноситель, нагретый теплообменником потребителя 12 в тепловом аккумуляторе 4 (фиг. 1) поступает в тепловой насос 3, где догревается до требуемых параметров, а отработанный теплоноситель от потребителя поступает обратно в теплообменник 12.Under conditions when the temperature in the storage tank 4 (Fig. 1) is lower than the required parameters, the electronic control unit 15 switches the pipeline to the fifth circulation circuit, including a consumer heat exchanger 12 (Fig. 6), heat pump 3, and pipelines. The heat carrier heated by the heat exchanger of the consumer 12 in the heat accumulator 4 (Fig. 1) enters the heat pump 3, where it is heated to the required parameters, and the waste heat carrier from the consumer enters the heat exchanger 12.

Использование предложенной полезной модели по сравнению с аналогичными устройствами позволит повысить эффективность работы установки теплоснабжения, снизить потребление тепловым насосом энергии, сгладить параметры температуры теплоносителя при изменении погодных условий, а так же использовать несколько режимов работы установки.Using the proposed utility model in comparison with similar devices will improve the efficiency of the heat supply installation, reduce the energy consumption of the heat pump, smooth the temperature parameters of the coolant when weather conditions change, and also use several modes of operation of the installation.

Claims

A heat supply installation, including a solar collector, a heat exchanger for collecting low-grade rock heat, a heat pump and an accumulator tank, interconnected by pipelines, characterized in that the pipelines are equipped with a circulation pump and form five circulation circuits, separated by three-way valves switched by an electronic control unit having two temperature sensors.