RU2455574C1 - Self-sustained heat and cold supply plant of buildings and facilities - Google Patents
Self-sustained heat and cold supply plant of buildings and facilities Download PDFInfo
- Publication number
- RU2455574C1 RU2455574C1 RU2010151807/12A RU2010151807A RU2455574C1 RU 2455574 C1 RU2455574 C1 RU 2455574C1 RU 2010151807/12 A RU2010151807/12 A RU 2010151807/12A RU 2010151807 A RU2010151807 A RU 2010151807A RU 2455574 C1 RU2455574 C1 RU 2455574C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- heat carrier
- heat exchanger
- buildings
- cold
- Prior art date
Links
Landscapes
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетики и предназначено для автономного теплоснабжения и холодоснабжения объектов индивидуального жилья.The invention relates to the field of energy and is intended for autonomous heat supply and cold supply of individual housing.
Известна установка для комбинированного солнечно-теплонасосного теплоснабжения (Агеев Г.Н., Лантух Н.Н., Щербатый B.C., «Комбинированная солнечно-теплонасосная установка, как вариант технического решения теплоснабжения». - СОК, 2005 №12). Установка содержит систему сборки и утилизации тепла грунта, включающую контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя, проходящий через проложенную в грунте систему пластиковых труб большой площади, контур холодоснабжения и испаритель теплового насоса, систему отопления и горячего водоснабжения (ГВС), включающую конденсатор теплового насоса, буферную емкость горячего теплоносителя, емкостной водонагреватель с двумя теплообменниками, контуры отопления и горячего теплоснабжения, котел на жидком топливе, систему сбора тепла солнечной энергии, включающую контур циркуляции теплоносителя между тепловым насосом и буферной емкостью и к теплообменнику емкостного водонагревателя. Тепловая энергия в емкостной водонагреватель ГВС поступает от солнечного коллектора, преобразующего солнечную энергию в тепловую.Known installation for combined solar-heat pump heating (Ageev GN, Lantukh NN, Scherbaty B.C., “Combined solar-heat pump installation, as an option for technical solutions for heat supply.” - SOK, 2005 No. 12). The installation contains a system for the assembly and utilization of soil heat, including a low-potential coolant circulation circuit passing through a large-area plastic pipe system laid in the soil, a cooling circuit and a heat pump evaporator, a heating and hot water supply system, including a heat pump condenser, and a hot buffer tank heat carrier, storage tank with two heat exchangers, heating and hot water supply circuits, liquid fuel boiler, salt heat collection system energy, including a coolant circulation circuit between the heat pump and the buffer tank, and to the heat exchanger of the DHW cylinder. Thermal energy is supplied to the DHW cylinder by a solar collector that converts solar energy into heat.
В летние месяцы охлаждение здания производится путем режима охлаждения помещений, отбирая низко-потенциальное тепло земли от грунтового аккумулятора (8-12°С). При отборе тепла грунта в летние месяцы происходит еще большее охлаждение скважин, а следовательно, препятствует естественному восстановлению температуры грунта в межотопительные периоды, и дефицит температуры грунта относительно начальной его величины накапливается еще больше с каждым отопительным сезоном.In the summer months, the building is cooled by the cooling mode of the premises, taking the low-potential heat of the earth from the soil accumulator (8-12 ° C). When soil heat is removed in the summer months, even more cooling of the wells occurs, and therefore, prevents the natural restoration of soil temperature in the inter-heating periods, and soil temperature deficit relative to its initial value accumulates even more with each heating season.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности повышения температуры подаваемого в тепловой насос низкопотенциального теплоносителя в отопительный период и восстановление температурного режима скважин в межотопительный период. Кроме того, при недостаточной интенсивности солнечной радиации солнечный коллектор не используется, т.к. не может обеспечить необходимую температуру воды для ГВС, что снижает общую эффективность системы.A disadvantage of the known device is the inability to increase the temperature of the low-grade coolant supplied to the heat pump during the heating period and the restoration of the temperature regime of the wells during the inter-heating period. In addition, with insufficient intensity of solar radiation, the solar collector is not used, because cannot provide the required water temperature for hot water, which reduces the overall efficiency of the system.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототип) является устройство для энергообеспечения помещений с использованием низкопотенциальных энергоносителей (см. патент РФ №2292000, авт. Калинин М.И., Кудрявцев Е.П., опубл. 20.04.2005 г.).The closest in technical essence to the proposed invention (prototype) is a device for energy supply of premises using low-potential energy carriers (see RF patent No. 2292000, author Kalinin MI, Kudryavtsev EP, publ. 04/20/2005) .
Устройство содержит подключенные к сети теплоснабжения помещения с трубопроводами подачи холодной и горячей воды, через водоаккумуляторы с пиковыми догревателями и конденсаторы основного и дополнительного тепловых насосов, систему сбора и утилизации тепла грунта, включающую основной контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя, проходящий через водовоздушный теплообменник, присоединенный воздушной стороной к калориферу и вентилятору подачи удаляемого воздуха и водяной стороной к испарителю дополнительного теплового насоса через перемычки, и связанную через другие перемычки с выходами теплообменников в скважинах, с возможностью передачи тепла, собираемого на воздушной стороне теплообменника, или на догрев низкопотенциального теплоносителя в основном циркуляционном контуре перед подачей теплоносителя в испаритель основного теплового насоса, или на восстановление теплового режима охлажденных при сборе тепла грунта скважин, при этом водяная сторона водовоздушного теплообменника снабжена на выходе вилкой для разделения потока низкопотенциального теплоносителя на прямую и обратную в теплообменнике ветви, связанной с регулятором расходов теплоносителя в прямой и обратной ветви и установленной на выходе теплообменника, перед вилкой, датчиком температуры теплоносителя.The device comprises rooms connected to the heat supply network with pipelines for supplying cold and hot water, through water accumulators with peak heaters and condensers of the main and additional heat pumps, a system for collecting and utilizing soil heat, which includes the main circuit of the low-grade heat carrier passing through the air-water heat exchanger connected by the air side to the air heater and ventilator and the water side to the evaporator of the additional heat pump CA through the jumpers, and connected through other jumpers with the exits of the heat exchangers in the wells, with the possibility of transferring heat collected on the air side of the heat exchanger, or for heating a low-grade coolant in the main circulation circuit before supplying the coolant to the evaporator of the main heat pump, or to restore the thermal regime of the cooled when collecting soil heat from the wells, the water side of the water-air heat exchanger is equipped with a plug at the outlet to separate the flow of low-grade heat the carrier to the direct and return branches in the heat exchanger associated with the flow rate regulator in the forward and reverse branches and installed at the outlet of the heat exchanger, in front of the plug, the temperature sensor.
Существенным недостатком данного устройства является наличие механических насосов, обеспечивающих прокачку теплоносителя через теплообменники, а это требует большого расхода электроэнергии, расходуемой на преодоление сопротивления движению потока теплоносителя по трубам, потери на внутреннее трение жидкости, потери скорости потока возле стенок труб, а наличие в насосах деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, предполагает неизбежный выход их из строя через определенное время, и как следствие - нарушение работы системы, а также возможная разгерметизация теплообменников и загрязнение окружающей среды.A significant drawback of this device is the presence of mechanical pumps that allow the coolant to be pumped through heat exchangers, and this requires a large expenditure of electricity spent to overcome the resistance to movement of the coolant flow through the pipes, losses due to internal friction of the fluid, loss of flow velocity near the pipe walls, and the presence of parts , making a reciprocating movement, involves their inevitable failure after a certain time, and as a result - disruption of the system s, as well as possible depressurization of the heat exchangers and pollution.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка системы автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений, обеспечивающей движение теплоносителя по трубам теплообменника без помощи механических насосов и обеспечение полной герметичности работы системы.The objective of the invention is to develop a system of autonomous cold and heat supply of buildings and structures, providing movement of the coolant through the pipes of the heat exchanger without the help of mechanical pumps and ensuring complete tightness of the system.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что в теплоноситель, например керосин, трансформаторное масло, отработка, введены наночастицы карбонильного железа размерами от 3,0 до 15,0 нанометров, покрытые поверхностно-активным веществом в виде олеиновой кислоты, при этом концентрация наночастиц карбонильного железа составляет от 10 до 15% теплоносителя в виде керосина, трансформаторного масла, отработки масла, а скважинный теплообменник по всей длине снабжен трехфазными линейными электромагнитами, которые закреплены по всей длине теплообменника, обеспечивающими поступательное движение теплоносителя (трансформаторного масла, керосина или отработки масла) с наполнением наночастицами карбонильного железа размером от 3,0 до 15,0 нанометров и магнитные клапаны регулировки движения потоков теплоносителя, а перемещение теплоносителя по трубам теплообменника магнитным полем позволяет выполнить систему полностью герметичной.The technical result of the invention is achieved due to the fact that carbonyl iron nanoparticles with sizes from 3.0 to 15.0 nanometers coated with a surfactant in the form of oleic acid are introduced into a coolant, for example kerosene, transformer oil, and working out, while the concentration of carbonyl nanoparticles iron makes up from 10 to 15% of the coolant in the form of kerosene, transformer oil, oil processing, and the downhole heat exchanger along the entire length is equipped with three-phase linear electromagnets, which are fixed to all the length of the heat exchanger, providing translational movement of the heat carrier (transformer oil, kerosene or oil working out) filled with carbonyl iron nanoparticles ranging in size from 3.0 to 15.0 nanometers and magnetic valves for regulating the movement of heat carrier flows, and moving the heat carrier through the heat exchanger tubes with a magnetic field allows the system is completely airtight.
Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой:The invention is illustrated by a figure in which:
Фиг.1 - схематическое изображение установки автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений.Figure 1 - schematic representation of the installation of autonomous cold and heat supply of buildings and structures.
Система автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений содержит наружную трубу 1, скважинный теплообменник 2, снабженный трехфазными линейными электромагнитами 3, закрепленные по всей длине скважинного теплообменника, обеспечивающие поступательно движущееся магнитное поле 4. В теплоноситель 5 введены наночастицы 6 карбонильного железа размером от 3,0 до 15,0 нанометров, при концентрации наночастиц 6 карбонильного железа составляет от 10 до 15% теплоносителя 5 в виде керосина, трансформаторного масла, отработке масла, причем наночастицы 6 карбонильного железа покрыты поверхностно-активным веществом 7 в виде олеиновой кислоты, имеется радиатор 8, для нагрева или охлаждения воздуха 9, вентилятор 10 для продувки воздуха 9 через радиатор 8, трубопроводы 11, для подвода и отвода теплоносителя 5 к радиатору 8, а также кабели 12 для подвода электрического тока к трехфазным линейным электромагнитам 3, магнитные клапаны 13, блок 14 управления магнитными клапанами 13 и 15, через провода 16, которые управляют потоком 17 холодного теплоносителя 5. Имеются холодная зона 18 и горячая зона 20.The autonomous cold and heat supply system of buildings and structures contains an outer pipe 1, a downhole heat exchanger 2, equipped with three-phase linear electromagnets 3, fixed along the entire length of the downhole heat exchanger, providing a progressively moving magnetic field 4. Carbonyl iron nanoparticles 6 of size 3 from 3 are introduced into the heat carrier 5. 0 to 15.0 nanometers, when the concentration of carbonyl iron nanoparticles 6 is from 10 to 15% of heat carrier 5 in the form of kerosene, transformer oil, oil processing, and nanoparticles The carbonyl iron 6 is coated with a surfactant 7 in the form of oleic acid, there is a radiator 8, for heating or cooling air 9, a fan 10 for blowing air 9 through radiator 8, pipelines 11, for supplying and removing heat carrier 5 to radiator 8, and also cables 12 for supplying electric current to three-phase linear electromagnets 3, solenoid valves 13, solenoid valve control unit 14 and 15, through wires 16 that control the flow of cold coolant 5. There is a cold zone 18 and a hot zone 20.
Работает система автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений следующим образом.The autonomous cold and heat supply system of buildings and structures works as follows.
По кабелям 12 к трехфазным линейным электромагнитам 3 подается электрический ток и возникает бегущее электро-магнитное поле 4 вдоль скважинного теплообменника 2.An electric current is supplied through cables 12 to three-phase linear electromagnets 3 and a traveling electromagnetic field 4 arises along the downhole heat exchanger 2.
Наночастицы 6, карбонального железа размером от 3,0 до 15,0 нанометров, покрытые поверхностно-активным веществом 7 в виде олеиновой кислоты, равномерно распределяются по всему объему теплоносителя 5 в виде керосина, трансформаторного масла, отработке масла, за счет броуновского движения молекул, а олеиновая кислота предотвращает слипание наночастиц 5. В результате теплоноситель 5 становится магнетиком и увлекается движущимся магнитным полем трехфазных линейных электромагнитов 3 в холодную зону 16 скважины на глубине 15-30 метров, который по трубам 11 циркулирует в радиаторе 8, а вентилятор 10 создает поток холодного воздуха 9, охлаждающего помещение в жаркое время года. В это время магнитные клапаны 13 закрыты и запирают движение теплоносителя 5 в горячую зону 19 скважины. Магнитный клапан 20 запирает и открывает движение холодного потока 16, что позволяет в холодное время года создать поток теплого воздуха 21.Nanoparticles 6, carbon iron from 3.0 to 15.0 nanometers in size, coated with surfactant 7 in the form of oleic acid, are evenly distributed throughout the entire volume of the heat carrier 5 in the form of kerosene, transformer oil, oil processing, due to Brownian motion of the molecules, and oleic acid prevents the adhesion of nanoparticles 5. As a result, the coolant 5 becomes a magnet and is carried away by the moving magnetic field of three-phase linear electromagnets 3 into the cold zone 16 of the well at a depth of 15-30 meters, which Bam 11 circulates in the radiator 8, and the fan 10 creates a stream of cold air 9, cooling the room in the hot season. At this time, the magnetic valves 13 are closed and block the movement of the coolant 5 into the hot zone 19 of the well. The magnetic valve 20 locks and opens the movement of the cold stream 16, which allows you to create a stream of warm air 21 in the cold season.
В теплое время года и частично в осенний период горячая зона накапливает тепло и с началом отопительного периода (холодного времени года) открываются магнитные клапаны 13 и закрывается магнитный клапан 20, после чего начинает циркулировать горячий поток 16 теплоносителя 5. Бегущее магнитное поле 4, практически без потерь, переносит теплоноситель 5 в горячую зону 20, где он нагревается до температуры 50-60°С, после чего движущимся магнитным полем 4, которое создается трехфазными линейными магнитами 3, практически без потерь транспортируется но трубам 11 в радиатор 8, а вентилятор 10 создает поток теплого воздуха 21.In the warm season and partly in the autumn season, the hot zone accumulates heat and with the onset of the heating period (cold season) the magnetic valves 13 open and the magnetic valve 20 closes, after which the hot flow of heat carrier 16 begins to circulate 5. Running magnetic field 4, practically without loss, transfers the coolant 5 to the hot zone 20, where it is heated to a temperature of 50-60 ° C, after which the moving magnetic field 4, which is created by three-phase linear magnets 3, is transported almost without loss but bam 11 in the radiator 8, and the fan 10 creates a stream of warm air 21.
Перенос теплоносителя 5 бегущим электромагнитным полем 4, создаваемым трехфазными линейными магнитами 3, значительно эффективней, чем прокачка теплоносителя механическим насосом, так как при такой прокачке затрачивается большое количество электроэнергии на преодоление трения жидкости о стенки трубы (см. Чугаев P.P., Гидравлика: Учебник для вузов. - 4-е изд. доп. и перераб. - Л. Энергоиздат, Ленинградское отд., 1982-672 с., стр.91-104).The transfer of the coolant 5 by a traveling electromagnetic field 4 created by three-phase linear magnets 3 is much more efficient than pumping the coolant with a mechanical pump, since such pumping consumes a large amount of electricity to overcome fluid friction against the pipe walls (see Chugaev PP, Hydraulics: Textbook for high schools . - 4th ed. Ext. And revised. - L. Energoizdat, Leningradsky department., 1982-672 p., Pp. 91-104).
При прокачке теплоносителя через трубу теплообменника, при глубине скважины до 2000 м, требуется создавать на входе в теплообменник 2 высокое давление, а это, в свою очередь, требует увеличение толщины стенок теплообменника 2 и увеличение металлоемкости конструкции.When pumping the heat carrier through the heat exchanger pipe, at a well depth of up to 2000 m, it is required to create high pressure at the inlet to the heat exchanger 2, and this, in turn, requires an increase in the wall thickness of the heat exchanger 2 and an increase in the metal consumption of the structure.
Кроме того, транспортировка теплоносителя с наполнением наночастиц карбонального железа бегущим электромагнитным полем позволяет выполнить систему герметичной, а отсутствие движущихся частей и использование в качестве теплоносителя керосина, трансформаторного масла, отработки масла не образующих накипи и осадков позволяет эксплуатировать предложенную установку автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений в течение десятков лет.In addition, the transportation of the coolant with the filling of carbonyl iron nanoparticles with a traveling electromagnetic field allows the system to be sealed, and the absence of moving parts and the use of kerosene, transformer oil, and oil processing that do not form scale and precipitation make it possible to operate the proposed installation of autonomous cold and heat supply for buildings and structures for decades.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010151807/12A RU2455574C1 (en) | 2010-12-16 | 2010-12-16 | Self-sustained heat and cold supply plant of buildings and facilities |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010151807/12A RU2455574C1 (en) | 2010-12-16 | 2010-12-16 | Self-sustained heat and cold supply plant of buildings and facilities |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2455574C1 true RU2455574C1 (en) | 2012-07-10 |
Family
ID=46848656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010151807/12A RU2455574C1 (en) | 2010-12-16 | 2010-12-16 | Self-sustained heat and cold supply plant of buildings and facilities |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2455574C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2624113C2 (en) * | 2015-07-07 | 2017-06-30 | Михаил Леонидович Галкин | Magnetorheologic coolant and method of its application |
| RU2644900C2 (en) * | 2016-03-24 | 2018-02-14 | Михаил Леонидович Галкин | Method for processing magnetoreological liquid-heat exchanger |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2292000C1 (en) * | 2005-04-20 | 2007-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр по сверхглубокому бурению и комплексному изучению недр Земли" (ФГУП НПЦ "Недра") | Device for power supply to rooms with the use of low-potential power carriers |
| RU2336466C2 (en) * | 2006-07-04 | 2008-10-20 | Дагестанский государственный университет | Method of water warming up for heating and associated plant |
| RU2008114525A (en) * | 2008-04-16 | 2009-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "А-1" (RU) | INSTALLATION FOR HEAT SUPPLY, COOLING AND VENTILATION OF PREMISES |
| JP2010214392A (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | Electromagnetic stirring device |
-
2010
- 2010-12-16 RU RU2010151807/12A patent/RU2455574C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2292000C1 (en) * | 2005-04-20 | 2007-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр по сверхглубокому бурению и комплексному изучению недр Земли" (ФГУП НПЦ "Недра") | Device for power supply to rooms with the use of low-potential power carriers |
| RU2336466C2 (en) * | 2006-07-04 | 2008-10-20 | Дагестанский государственный университет | Method of water warming up for heating and associated plant |
| RU2008114525A (en) * | 2008-04-16 | 2009-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "А-1" (RU) | INSTALLATION FOR HEAT SUPPLY, COOLING AND VENTILATION OF PREMISES |
| JP2010214392A (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | Electromagnetic stirring device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2624113C2 (en) * | 2015-07-07 | 2017-06-30 | Михаил Леонидович Галкин | Magnetorheologic coolant and method of its application |
| RU2644900C2 (en) * | 2016-03-24 | 2018-02-14 | Михаил Леонидович Галкин | Method for processing magnetoreological liquid-heat exchanger |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20130037236A1 (en) | Geothermal facility with thermal recharging of the subsoil | |
| CN201093653Y (en) | Solar energy and heat pump cold and hot supplying apparatus for summer hot winter use | |
| JP2009257737A (en) | Underground heat utilization heat pump system | |
| CN104567022A (en) | Double-thermoelectric power generation device for solar water heater | |
| CN102155818A (en) | Low-temperature floor radiation heating and refrigerating system device | |
| CN103884037A (en) | Circulating water heat exchange system of heating network | |
| Bogdanovičs et al. | Review of heat pumps application potential in cold climate | |
| RU2455574C1 (en) | Self-sustained heat and cold supply plant of buildings and facilities | |
| CN204100645U (en) | A kind of geothermal heat pump air-conditioner and hot-water heating system | |
| CN203949271U (en) | A kind of domestic heating and Living Water one water system | |
| CN106979568A (en) | Air conditioning system utilizing cold energy and heat energy of seawater | |
| CN202304081U (en) | Vertical buried pipe type ground source heat pump hot water and air conditioning system | |
| CN107327311B (en) | A kind of long tunnel gas source cooling system | |
| CN202328898U (en) | Hot water and air-conditioning system of underground water type ground source heat pump | |
| CN102042668A (en) | Space water new energy hot water system | |
| CN2730129Y (en) | Environmental protection type aquiculture water-temp. regulating means by directly pumping-in geothermal water | |
| CN212538364U (en) | Special ground source heat pump balance system for multi-span greenhouse | |
| CN206695223U (en) | The significant residential quarters heating heat exchange station system of energy-saving effect | |
| CN203704106U (en) | Heating heat supply network circulating water heat exchange system | |
| CN202119160U (en) | Low-temperature floor radiation heating and refrigerating system device | |
| CN105546696A (en) | Terrestrial heat air conditioning system | |
| Zhao et al. | Optimization of serial combined system of ground-coupled heat pump and solar collector | |
| CN100491850C (en) | Underwater heat-exchanging system for large scale extraction of subsurface sea water cool capacity | |
| CN2541797Y (en) | Energy saving heating and cooling appts. | |
| CN217058011U (en) | Ground source heat pump refrigerating system that multiplex condition was adjusted |