Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для энергетически и экологически эффективного теплохладоснабжения зданий и сооружений различного назначения.The invention relates to the field of construction and can be used for energy and environmentally efficient heat and cold supply of buildings and structures for various purposes.
Известен способ использования теплоаккумуляционных свойств грунта, заключающийся в охлаждении грунтового массива и использовании извлеченной тепловой энергии с помощью тепловых насосов для целей теплоснабжения. Способ использования теплоаккумуляционных свойств грунта включает устройство в грунте системы сбора низкопотенциального тепла грунта из термоскважин, по которым циркулирует предварительно охлажденный в тепловых насосах теплоноситель, обеспечивающий отбор тепловой энергии от грунта. (Статья «Энергоэффективный жилой дом в Москве», журнал "Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика" (АВОК), №4 за 1999 год).There is a method of using the heat storage properties of soil, which consists in cooling the soil mass and using the extracted heat energy using heat pumps for heat supply. A method of using the heat storage properties of the soil includes a device in the soil for collecting low potential soil heat from thermal wells, through which a coolant previously cooled in heat pumps circulates, providing heat energy from the soil. (Article “Energy Efficient Residential Building in Moscow”, magazine “Ventilation, Heating, Air Conditioning, Heat Supply and Building Thermophysics” (ABOK), No 4 for 1999).
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ использования теплоаккумуляционных свойств грунта (патент РФ №2351850, F24D 11/02, F28D 1/00, 2007 г.), включающий устройство в грунтовом массиве системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли, состоящей из термоскважин, сброс в грунт утилизируемой тепловой энергии вентвыбросов здания, ее аккумулирование в грунте - суточное и сезонное - и отбор тепловой энергии или холода из грунта для целей теплохладоснабжения (прототип). Данный способ использования теплоаккумуляционных свойств грунта обладает низкой энергетической эффективностью из-за низкого удельного теплосъема и теплосброса с единицы длины термоскважины, особенно в летнее время года при сбросе тепловой энергии в грунт. Кроме того, данный способ не позволяет активно влиять на интенсивность теплообмена между грунтом и термоскважиной.Closest to the proposed method is a method of using the heat storage properties of soil (RF patent No. 2351850, F24D 11/02, F28D 1/00, 2007), comprising a device in the soil array of a low-potential thermal energy collection system for the surface layers of the Earth, consisting of thermal wells , dumping into the soil of the utilized thermal energy of the ventilation exhaust emissions of the building, its accumulation in the soil - daily and seasonal - and the selection of thermal energy or cold from the soil for the purpose of heat and cold supply (prototype). This method of using the heat storage properties of the soil has low energy efficiency due to the low specific heat removal and heat loss per unit length of the thermal well, especially in the summer when the thermal energy is dumped into the soil. In addition, this method does not allow to actively influence the intensity of heat transfer between the soil and thermal well.
Предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения энергетической эффективности использования теплоаккумуляционных свойств грунта.The present invention solves the technical problem of increasing the energy efficiency of using heat storage properties of the soil.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что способ использования теплоаккумуляционных свойств грунта включает устройство в грунте герметичных теплообменников, организацию циркуляции по ним теплоносителя и извлечение из грунта, или/и сброс в грунт низкопотенциальной тепловой энергии, а также предусматривающий увлажнение окружающего теплообменники или термоскважины капиллярно-пористого грунтового массива и вовлечение в процесс теплообмена скрытой теплоты фазовых переходов поровой влаги, содержащейся в грунтовом массиве. В предлагаемом способе увлажнение грунта производят циклично, при этом в режиме теплоснабжения температура теплоносителя на «входе» в теплообменник или термоскважину автоматически поддерживается на уровне, не превышающем температуру замерзания воды в капиллярно-пористой структуре грунтового массива, а в режиме кондиционирования и сброса тепловой энергии в грунт для увлажнения грунтового массива используют конденсат и/или дождевую воду. При этом предлагаемый способ предусматривает возможность совпадения циклов увлажнения прилегающего к теплообменникам или термоскважинам грунта с циклами включения/выключения теплонасосного оборудования, в этом случае увлажнение производят только во время работы теплонасосного оборудования и извлечения низкопотенциальной тепловой энергии из грунта, причем увлажнение грунта осуществляют при включении теплонасосного оборудования, а после выключения - прекращают.The stated technical problem is solved due to the fact that the method of using the heat storage properties of the soil includes the installation of sealed heat exchangers in the soil, organizing the circulation of heat carrier through them and extracting from the soil, and / or discharge of low potential heat energy into the soil, as well as providing for the humidification of the surrounding heat exchangers or thermal boreholes by capillary -porous soil mass and the involvement in the process of heat transfer of the latent heat of phase transitions of pore moisture contained in the soil mass willow. In the proposed method, the soil is moistened cyclically, while in the heat supply mode, the temperature of the coolant at the “entrance” to the heat exchanger or thermal well is automatically maintained at a level not exceeding the freezing temperature of water in the capillary-porous structure of the soil mass, and in the conditioning and discharge of heat energy in soil to moisten the soil mass using condensate and / or rain water. Moreover, the proposed method provides for the possibility of coincidence of the moistening cycles of the soil adjacent to heat exchangers or thermal wells with the cycles of turning on / off the heat pump equipment, in this case, humidification is carried out only during the operation of the heat pump equipment and the extraction of low potential thermal energy from the soil, and the soil is moistened when the heat pump equipment is turned on , and after turning off - stop.
Предлагаемое устройство позволяет активно влиять на интенсивность теплообмена между грунтом и термоскважиной и обеспечивает более эффективное вовлечение в процесс теплообмена скрытой теплоты фазовых переходов поровой влаги, содержащейся в грунтовом массиве.The proposed device allows you to actively influence the intensity of heat transfer between the soil and the thermal well and provides a more effective involvement in the heat transfer process of the latent heat of the phase transitions of pore moisture contained in the soil mass.
Сущность предлагаемого способа поясняется схемой, показанной на Фиг.1. В грунтовом массиве 1 расположен грунтовый теплообменник (термоскважина) 2, оснащенный трубопроводом-спутником 3. По грунтовому теплообменнику 2 обеспечена циркуляция теплоносителя 4, температурный режим которого обеспечивает вовлечение в процесс теплообмена скрытой теплоты фазовых переходов влаги, содержащейся в поровом пространстве грунтового массива 1 в жидком и парообразном состоянии.The essence of the proposed method is illustrated by the circuit shown in figure 1. A soil heat exchanger (thermal well) 2, equipped with a satellite pipe 3, is located in the soil massif 1. A heat carrier 4 is circulated through the soil heat exchanger 2, the temperature regime of which ensures the latent heat of the phase transitions of moisture contained in the pore space of the soil mass 1 in the liquid is involved in the heat exchange and vaporous state.
Принцип действия предлагаемого способа состоит в следующем.The principle of operation of the proposed method is as follows.
Увлажнение грунтового массива 1 через трубопровод-спутник 3 производят циклично, при этом в режиме теплоснабжения температура теплоносителя 4 на «входе» в теплообменник (термоскважину) 2 автоматически поддерживается на уровне, не превышающем температуру замерзания воды в капиллярно-пористой структуре грунтового массива 1, а в режиме кондиционирования и сброса тепловой энергии в грунт для увлажнения грунтового массива используют конденсат и/или дождевую воду. При этом предлагаемый способ предусматривает возможность совпадения циклов увлажнения прилегающего к теплообменникам или термоскважинам грунта с циклами включения/выключения теплонасосного оборудования, в этом случае увлажнение производят только во время работы теплонасосного оборудования и извлечения низкопотенциальной тепловой энергии из грунта, причем увлажнение грунта осуществляют при включении теплонасосного оборудования, а после выключения - прекращают.Humidification of the soil massif 1 through the satellite pipeline 3 is carried out cyclically, while in the heat supply mode the temperature of the heat carrier 4 at the “entrance” to the heat exchanger (thermal well) 2 is automatically maintained at a level not exceeding the freezing temperature of water in the capillary-porous structure of the soil massif 1, and In the conditioning and discharge of thermal energy into the ground, condensate and / or rain water are used to moisten the soil mass. Moreover, the proposed method provides for the possibility of coincidence of the moistening cycles of the soil adjacent to heat exchangers or thermal wells with the cycles of turning on / off the heat pump equipment, in this case, humidification is carried out only during the operation of the heat pump equipment and the extraction of low potential thermal energy from the soil, and the soil is moistened when the heat pump equipment is turned on , and after turning off - stop.
Предлагаемое техническое решение позволяет решить задачу использования теплоаккумуляционных свойств грунта эффективнее прототипа, так как предлагаемый способ позволяет активно влиять на интенсивность теплообмена между грунтом и термоскважиной.The proposed technical solution allows us to solve the problem of using the heat storage properties of the soil more effectively than the prototype, since the proposed method allows you to actively influence the heat transfer between the soil and the thermal well.
