RU2683059C1 - Method of extraction and use of geothermal heat for cooling soils around subway tunnels - Google Patents
Method of extraction and use of geothermal heat for cooling soils around subway tunnels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683059C1 RU2683059C1 RU2018118981A RU2018118981A RU2683059C1 RU 2683059 C1 RU2683059 C1 RU 2683059C1 RU 2018118981 A RU2018118981 A RU 2018118981A RU 2018118981 A RU2018118981 A RU 2018118981A RU 2683059 C1 RU2683059 C1 RU 2683059C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- refrigerant
- temperature
- coolant
- tunnels
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 18
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims abstract description 6
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000004326 stimulated echo acquisition mode for imaging Methods 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
- F24T10/00—Geothermal collectors
- F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
- F24T10/13—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes
- F24T10/15—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground using tube assemblies suitable for insertion into boreholes in the ground, e.g. geothermal probes using bent tubes; using tubes assembled with connectors or with return headers
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/10—Geothermal energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Description
1. Область техники1. The technical field
Изобретение относится к способам использования извлеченного геотермального тепла для охлаждения грунтов вокруг тоннелей метрополитена и трансформирование его для нагрева воды в системе горячего водоснабжения бытовых помещений метрополитена с помощью теплового насоса.The invention relates to methods for using the extracted geothermal heat to cool the soils around the subway tunnels and transforming it to heat water in the hot water supply system of the underground metro premises using a heat pump.
2. Предшествующий уровень техники2. The prior art
Известен СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛА [1] при помощи циркулирующего в замкнутом контуре теплоносителя, нагреваемого в скважине с температурным градиентом, и охлаждаемым при помощи теплового насоса.Known METHOD FOR REMOVING GEOTHERMAL HEAT [1] using a heat carrier circulating in a closed circuit, heated in a well with a temperature gradient, and cooled using a heat pump.
Библиографические данные [1]: СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛА [Текст]: пат. 2288413 Рос. Федерация: F24J 3/08(2006.01) / Стоянов Николай Иванович (RU), Гейвандов Иоган Арестагесович (RU), Воронин Александр Ильич (RU); заявитель и патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" (RU); - №2005113114; заявл. 29.04.2005; 27.11.2006 Бюл. №33.Bibliographic data [1]: METHOD FOR REMOVING GEOTHERMAL HEAT [Text]: pat. 2288413 ROS. Federation: F24J 3/08 (2006.01) / Nikolay Ivanovich Stoyanov (RU), Johann Arestagesovich Geyvandov (RU), Alexander Ilyich Voronin (RU); applicant and patent holder: State educational institution of higher professional education "North Caucasian State Technical University" (RU); - No. 2005113114; declared 04/29/2005; 11/27/2006 Bull. No. 33.
Использование специальных скважин глубиной до 300 м и диаметром 150 мм для расположения зондов тепловых насосов не представляется возможным при строительстве и эксплуатации метрополитена.The use of special wells with a depth of 300 m and a diameter of 150 mm for the location of the heat pump probes is not possible during the construction and operation of the subway.
Наиболее близким решением по технической сущности и совокупности технических признаков является СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛА С ПОМОЩЬЮ ПАРОЭЖЕКТОРНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА [2], включающего подачу охлажденного теплоносителя в скважину, после чего нагретый теплоноситель передает тепло потребителю при помощи теплового насоса, работающего на паре хладагента - низкокипящего теплоносителя.The closest solution to the technical nature and the totality of technical features is the METHOD FOR COMPLETE USE OF THE GEOTHERMAL HEAT USING THE STEAM EJECTIVE HEAT PUMP [2], which includes supplying the cooled heat carrier to the well, after which the heated heat carrier transfers heat to the consumer using a heat pump using a heat pump coolant.
Библиографические данные [2]: СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛА С ПОМОЩЬЮ ПАРОЭЖЕКТОРНОГО ТЕПЛОВОГО НАСОСА [Текст]: пат. 2528213 Рос. Федерация: F24J 3/08(2006.01) / Стоянов Николай Иванович (RU), Воронин Александр Ильич (RU), Гейвандов Иоганн Арестагесович (RU), Смирнов Станислав Сергеевич (RU); заявитель и патентообладатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" (RU); - №2011140370; заявл. 04.10.2011; 10.09.2014, Бюл. №25.Bibliographic data [2]: METHOD FOR COMPREHENSIVE USE OF GEOTHERMAL HEAT USING A VEHICLE HEAT PUMP [Text]: US Pat. 2528213 Ros. Federation: F24J 3/08 (2006.01) / Stoyanov Nikolay Ivanovich (RU), Voronin Alexander Ilyich (RU), Geyvandov Johann Arestagesovich (RU), Smirnov Stanislav Sergeevich (RU); applicant and patent holder: North-Caucasian Federal University (RU) Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Professional Education; - No. 20111140370; declared 10/04/2011; 09/10/2014, Bull. Number 25.
Техническое решение не предназначено для исключения перегрева тоннелей метрополитена в процессе эксплуатации, нагретая вода из скважины используется в генераторе абсорбционного теплового насоса для работы непосредственно теплового насоса, а затем - для догрева водопроводной воды в системе ГВС, предварительно нагретой в абсорбере. Кроме того, использование абсорбционного (диффузионного) теплового насоса по сравнению с компрессионным менее эффективно, так как коэффициент преобразования у него ниже из-за больших потерь в элементах абсорбционного контура. Сложность конструкции самого агрегата и высокая коррозионная нагрузка требуют применения дорогих и труднообрабатываемых коррозионно-стойких материалов.The technical solution is not intended to prevent overheating of the subway tunnels during operation, heated water from the well is used in the generator of the absorption heat pump to operate the heat pump directly, and then to reheat the tap water in the DHW system preheated in the absorber. In addition, the use of an absorption (diffusion) heat pump is less effective than a compression one, since its conversion coefficient is lower due to large losses in the elements of the absorption circuit. The complexity of the design of the unit itself and the high corrosion load require the use of expensive and difficult to handle corrosion-resistant materials.
3. Раскрытие сущности изобретения3. Disclosure of the invention
3.1. Результат решения технической задачи3.1. The result of solving a technical problem
Давно известно, что грунт является наиболее универсальным источником рассеянного тепла. Он аккумулирует солнечную энергию и часть избыточного тепла, выделяющегося в тоннелях. При этом, он способен отдавать тепло вне зависимости от погоды. Ведь на глубине уже 5-7 м температура практически постоянна в течение всего года. Для средней полосы России она составляет 5-8°С. Средняя расчетная температура грунтов вокруг тоннелей метро составляет 9-12°С. Это очень подходящие условия для работы теплового насоса.It has long been known that soil is the most versatile source of dissipated heat. It accumulates solar energy and part of the excess heat generated in the tunnels. At the same time, it is able to give off heat, regardless of the weather. Indeed, at a depth of already 5-7 m, the temperature is almost constant throughout the year. For central Russia, it is 5-8 ° C. The average estimated temperature of the soil around the subway tunnels is 9-12 ° C. These are very suitable conditions for the operation of a heat pump.
В теплый период года температура приточного воздуха часто превышает расчетные значения и в подземные сооружения поступает с воздухом дополнительное тепло, усиливающее тепловую нагрузку на грунт, что не позволяет прямоточным вентиляционным системам осуществлять ассимиляцию тепла в необходимом количестве и обеспечивать нормативный тепловлажностный режим (ТВР) (температура от 18 до 28°С относительная влажность 15-75% согласно СП 120.13330.2012 «Метрополитены» и СП 2.5.1337-03 «Санитарные правила эксплуатации метрополитенов»).In the warm season, the supply air temperature often exceeds the calculated values and additional heat enters the underground structures with the air, which increases the heat load on the soil, which does not allow direct-flow ventilation systems to assimilate the heat in the required amount and provide the normative heat and humidity mode (TVR) (temperature from 18 to 28 ° C, relative humidity 15-75% according to SP 120.13330.2012 “Metro” and SP 2.5.1337-03 “Sanitary rules for the operation of subways”).
Влияние тепла наружного воздуха и солнечной радиации отмечается в поверхностном слое грунта на глубине до 15 м. Кроме этого, грунты нагреваются за счет тепла от абсолютных источников в тоннелях метрополитена.The influence of heat from outside air and solar radiation is observed in the surface soil layer to a depth of 15 m. In addition, soils are heated by heat from absolute sources in subway tunnels.
За период эксплуатации 10-15 лет температура грунтов вокруг тоннелей метрополитена повышается по статистическим данным на 2-3°С, что приводит в повышению температуры воздуха, поступающего из тоннелей в платформенный зал станции.Over a period of 10-15 years, the temperature of soils around the subway tunnels rises according to statistics by 2-3 ° C, which leads to an increase in the temperature of the air coming from the tunnels to the station platform platform.
Техническая задача - увеличение теплоаккумулирующей способности грунтов с целью исключения перегрева тоннелей в процессе эксплуатации для поддержания нормируемых метеорологических условий на станциях за счет использования естественных дешевых низкотемпературных источников.The technical task is to increase the heat storage capacity of soils in order to avoid overheating of the tunnels during operation in order to maintain normalized meteorological conditions at the stations through the use of naturally cheap low-temperature sources.
Технический результат - понижение температуры грунтов вокруг тоннелей метрополитена у станции, увеличение теплопередачи через стенки тоннеля, использование извлеченного тепла для нужд систем ГВС.EFFECT: lowering the temperature of soils around the subway tunnels at the station, increasing heat transfer through the walls of the tunnel, using extracted heat for the needs of domestic hot water systems.
Решение технической задачи и технический результат достигаются за счет того, что извлекают геотермальное тепло из грунтов, окружающих тоннели метрополитена, грунтовым низкотемпературным теплообменником заглубленным в землю, представляющим собой комплект подключаемых контуров, выполненных из полиэтиленовых труб диаметром 32-40 мм без стыковых соединений. Контуры укладывают плоскими спирально-винтовыми витками на глубине 2-4 м от поверхности земли ниже глубины промерзания огибая своды тоннелей метрополитена с шагом 0,7 -0,8 м, диаметр витков 800-1000 мм. Количество контуров определено расчетом. Длина подключаемых контуров выполнена одинаковой 100-120 м. Аккумулируют извлеченное тепло в теплоносителе, представляющим собой незамерзающий тридцатипроцентный водный раствор пропиленгликоля, закачанный в трубу под давлением 4 атм, циркулирующий со скоростью не менее 0,3 м/с по замкнутому внешнему контуру. Из контуров теплоноситель попадает в сборные коллекторы, откуда его насосом подают в испаритель теплового насоса. В испарителе теплоноситель отдает тепло хладагенту, циркулирующему во внутреннем контуре теплового насоса, где хладагент закипает и переходит в газообразное состояние, после чего хладагент подают в компрессор, который сжимает его до высокого давления, что еще более повышает его температуру. Горячий газообразный хладагент подают в конденсатор, в котором тепло хладагента передают воде, поступающей по трубе из водопровода, и нагревает ее для использования потребителями в системе горячего водоснабжения. Суточную неравномерность потребления воды на горячее водоснабжение выравнивают с помощью баков - аккумуляторов. Остывая, хладагент, циркулирующий во внутреннем контуре теплового насоса, переходит в жидкое состояние, проходит через редукционный клапан теряя давление, откуда его подают в испаритель. Затем охлажденный теплоноситель по внешнему контуру насосом возвращают обратно за новой порцией тепла, понижая температуру грунтов вокруг тоннелей метрополитена у станции.The solution of the technical problem and the technical result are achieved due to the fact that geothermal heat is extracted from the soils surrounding the subway tunnels, with a ground low-temperature heat exchanger buried in the ground, which is a set of connected circuits made of polyethylene pipes with a diameter of 32-40 mm without butt joints. The contours are laid with flat spiral-helical turns at a depth of 2-4 m from the surface of the earth below the freezing depth around the arches of the subway tunnels in increments of 0.7-0.8 m, the diameter of the turns is 800-1000 mm. The number of circuits is determined by calculation. The length of the connected circuits is the same 100-120 m.The accumulated heat is accumulated in a coolant, which is a non-freezing thirty percent aqueous propylene glycol solution, pumped into the pipe under a pressure of 4 atm, circulating at a speed of at least 0.3 m / s in a closed external circuit. From the circuits, the coolant enters the prefabricated collectors, from where it is pumped to the heat pump evaporator. In the evaporator, the coolant transfers heat to the refrigerant circulating in the internal circuit of the heat pump, where the refrigerant boils and passes into a gaseous state, after which the refrigerant is supplied to the compressor, which compresses it to high pressure, which further increases its temperature. Hot gaseous refrigerant is supplied to the condenser, in which heat of the refrigerant is transferred to the water entering the pipe from the water supply, and heats it for use by consumers in the hot water supply system. The daily unevenness of water consumption for hot water supply is leveled with the help of storage tanks. When cooling, the refrigerant circulating in the internal circuit of the heat pump goes into a liquid state, passes through a pressure reducing valve, losing pressure, from where it is supplied to the evaporator. Then, the cooled coolant along the external circuit is returned to the pump for a new portion of heat, lowering the temperature of the soil around the subway tunnels at the station.
4. Краткое описание чертежей4. Brief Description of the Drawings
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛА ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ГРУНТОВ ВОКРУГ ТОННЕЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНА поясняется следующими чертежами:THE METHOD FOR REMOVING AND USING THE GEOTHERMAL HEAT FOR COOLING SOIL AROUND THE METRO TUNNELS is illustrated by the following drawings:
На фиг. 1 представлена принципиальная схема работы системы охлаждения грунтов вокруг тоннелей метрополитена (разрез),In FIG. 1 is a schematic diagram of the operation of a soil cooling system around subway tunnels (section),
На Фиг. 2 представлен план-схема работы системы охлаждения грунтов вокруг тоннелей метрополитена, гдеIn FIG. Figure 2 shows the plan of the operation of the soil cooling system around the subway tunnels, where
1 - тоннель метрополитена; 2 - поверхность земли; 3 - грунтовый низкотемпературный теплообменник; 4 - насос; 5 - испаритель; 6 - компрессор; 7 - дроссель; 8 - конденсатор; 9 - потребитель ГВС; 10 - тепловой насос; 11 - направление движения теплоносителя; 12 - ось тоннеля; 13 - станция; 14 - контур грунтового низкотемпературного теплообменника; 15 - сборный коллектор грунтового низкотемпературного теплообменника; 16 - внутренний контур хладагента теплового насоса; 17 - труба с водой, поступающей из сети водопровода.1 - subway tunnel; 2 - the surface of the earth; 3 - soil low-temperature heat exchanger; 4 - pump; 5 - evaporator; 6 - compressor; 7 - throttle; 8 - capacitor; 9 - DHW consumer; 10 - heat pump; 11 - the direction of movement of the coolant; 12 - axis of the tunnel; 13 - station; 14 - contour of the soil low-temperature heat exchanger; 15 - prefabricated collector soil low-temperature heat exchanger; 16 - internal circuit of the heat pump refrigerant; 17 - pipe with water coming from the water supply network.
5. Осуществление изобретения5. The implementation of the invention
Извлечение необходимой энергии из низкопотенциальных (холодных) источников - грунтов, окружающих тоннели метрополитена (1), осуществляется грунтовым низкотемпературным теплообменником (3), заглубленным в землю, огибающим конструкции тоннеля на глубине ниже уровня промерзания почвы.The necessary energy is extracted from low-potential (cold) sources - soils surrounding the subway tunnels (1), by an underground low-temperature heat exchanger (3), buried in the ground, enveloping the tunnel structure at a depth below the level of soil freezing.
Грунтовый низкотемпературный теплообменник (3) представляет собой комплект подключаемых контуров (14), выполненных из полиэтиленовых труб РЕ ПНД6 диаметром 32-40 мм без стыковых соединений, уложенных плоскими спирально-винтовыми витками на глубине 2-4 м от поверхности земли (2) ниже глубины промерзания над сводом тоннелей метрополитена (1) с шагом 0,7-0,8 м, диаметр витков 800-1000 мм. Количество контуров (14) определяется расчетом для конкретных тоннелей. Длина подключаемых контуров (14) должна быть примерно одинаковой для гидравлической увязки системы и составляет 100-120 м.The low-temperature ground heat exchanger (3) is a set of plug-in circuits (14) made of PE PND6 polyethylene pipes with a diameter of 32-40 mm without butt joints laid by flat spiral-screw coils at a depth of 2-4 m from the earth's surface (2) below the depth freezing over the arch of underground tunnels (1) in increments of 0.7-0.8 m, diameter of turns is 800-1000 mm. The number of circuits (14) is determined by calculation for specific tunnels. The length of the connected circuits (14) should be approximately the same for the hydraulic connection of the system and is 100-120 m.
Аккумулируют извлеченное тепло в теплоносителе. В качестве такого переносчика энергии используют незамерзающую экологически безвредную жидкость -тридцатипроцентный водный раствор пропиленгликоля, закачанную в трубу под давлением 4 атм., циркулирующий со скоростью не менее 0,3 м/с по замкнутому внешнему контуру. Из контуров (14) теплоноситель попадает в сборные коллекторы (15), откуда его насосом (4) подают в испаритель (5) теплового насоса (10).The extracted heat is accumulated in the heat carrier. As such an energy carrier, a non-freezing environmentally friendly liquid is used - a thirty percent aqueous propylene glycol solution, pumped into the pipe under a pressure of 4 atm., Circulating at a speed of at least 0.3 m / s in a closed external circuit. From the circuits (14), the coolant enters the prefabricated collectors (15), from where it is pumped (4) to the evaporator (5) of the heat pump (10).
В испарителе (5) теплоноситель отдает тепло хладагенту (озонобезопасному фреону R410A), циркулирующему во внутреннем контуре (16) теплового насоса (10), который закипает и переходит в газообразное состояние.In the evaporator (5), the coolant transfers heat to the refrigerant (ozone-safe freon R410A) circulating in the internal circuit (16) of the heat pump (10), which boils and passes into a gaseous state.
Хладагент после закипания подают в электрический компрессор (6), который сжимает его до высокого давления, что еще более повышает его температуру.After boiling, the refrigerant is supplied to an electric compressor (6), which compresses it to high pressure, which further increases its temperature.
Горячий газообразный хладагент подают в следующий теплообменник -конденсатор (8), в котором хладагент отдает тепло теплоносителю - воде, поступающей по трубе (17) из водопровода, и нагревает ее для использования потребителями (9) в системе ГВС. Суточную неравномерность потребления воды на горячее водоснабжение выравнивают с помощью баков - аккумуляторов.Hot gaseous refrigerant is supplied to the next heat exchanger-condenser (8), in which the refrigerant gives off heat to the heat carrier - water entering the pipe (17) from the water supply system and heats it for use by consumers (9) in the domestic hot water system. The daily unevenness of water consumption for hot water supply is leveled with the help of storage tanks.
Остывая, хладагент, циркулирующий во внутреннем контуре (16) теплового насоса (10), переходит в жидкое состояние, проходит через редукционный клапан, теряя давление, откуда его подают в испаритель.When cooling, the refrigerant circulating in the internal circuit (16) of the heat pump (10) goes into a liquid state, passes through a pressure reducing valve, losing pressure, from where it is supplied to the evaporator.
Охлажденный теплоноситель по внешнему контуру насосом возвращают обратно за новой порцией тепла, понижая температуру грунтов вокруг тоннелей метрополитена у станции.The cooled coolant along the external circuit is returned to the pump for a new portion of heat, lowering the temperature of the soil around the subway tunnels at the station.
6. Наилучший вариант осуществления изобретения6. Best Mode for Carrying Out the Invention
Для реализации способа выполняют укладку полиэтиленовых труб плоскими винтовыми спиралями.To implement the method, polyethylene pipes are laid with flat helical spirals.
Рабочая жидкость (30% водный раствор пропиленгликоля) циркулирует по внешнему замкнутому контуру через тепловой насос (10) компрессорного типа. Трансформируемая теплота используется для нагрева воды для системы горячего водоснабжения в бытовых помещениях метрополитена.The working fluid (30% aqueous propylene glycol solution) circulates through an external closed circuit through a heat pump (10) of the compressor type. Transformable heat is used to heat water for the hot water supply system in the residential premises of the subway.
Использование геотермального теплового насоса для охлаждения грунтов вокруг тоннелей метрополитена позволяет существенно уменьшить температуру воздуха, поступающего из тоннелей на платформу станции.Using a geothermal heat pump to cool the soil around the subway tunnels can significantly reduce the temperature of the air coming from the tunnels to the station platform.
Съем тепла с каждого метра погонного трубы зависит от многих параметров: глубины укладки, наличия грунтовых вод, качества грунта и т.д. Ориентировочно можно считать, что для горизонтальных коллекторов он составляет 20 Вт. м.п. Более точно: сухой песок - 10, сухая глина - 20, влажная глина - 25, глина с большим содержанием воды - 35 Вт. м.п. Разницу температуры теплоносителя в прямой и обратной линии петли при расчетах, принимают равной 3°С. На участке коллектора, относящегося к технической зоне метро, не возводятся строения, и источник энергии пополняется энергией за счет солнечной радиации и тепла от абсолютных источников в тоннелях метрополитена.Heat removal from each meter of linear pipe depends on many parameters: laying depth, groundwater availability, soil quality, etc. Tentatively, we can assume that for horizontal collectors it is 20 watts. m.p. More precisely: dry sand - 10, dry clay - 20, wet clay - 25, clay with a high water content - 35 watts. m.p. The difference in temperature of the coolant in the forward and reverse lines of the loop in the calculations, is taken equal to 3 ° C. No structures are being erected on the collector’s part of the metro technical zone, and the energy source is replenished with energy due to solar radiation and heat from absolute sources in the subway tunnels.
За первых нескольких лет эксплуатации система выходит на квазистационарный режим, когда температура грунтового массива вокруг теплообменника станет ниже первоначальной на 1-2°С. Системы теплоснабжения зданий, использующие низкопотенциальное тепло земли, представляют собой надежный источник энергии, который может использоваться в течение длительного времени.In the first few years of operation, the system enters a quasistationary mode when the temperature of the soil mass around the heat exchanger becomes 1-2 ° C lower than the initial one. Building heating systems using low-grade heat from the earth are a reliable source of energy that can be used for a long time.
Стоимость эксплуатации традиционных источников тепла - нагревателей, котлов, работающих на различных видах топлива и пр. с каждым годом возрастает, горячая вода становится все дороже. Экономическая выгода от использования тепловых насосов очевидна благодаря высокому КПД и достаточно дешевой эксплуатации.The cost of operating traditional heat sources - heaters, boilers operating on various types of fuel, etc. is increasing every year, hot water is becoming more expensive. The economic benefits of using heat pumps are evident due to their high efficiency and fairly cheap operation.
Наибольшую долю капитальных вложений составляет стоимость земляных работ. Строительство станций метрополитена ведется открытым способом, универсальность и простота монтажа в котловане являются достоинствами способа.The largest share of capital investment is the cost of excavation. The construction of metro stations is an open method, the versatility and ease of installation in the pit are the advantages of the method.
Поскольку контур для извлечения тепла является закрытым, то исключаются: загрязнение теплоносителя от грунтов; утечки теплоносителя в грунт; напор насоса используется только для преодоления гидравлических сопротивлений в системе, которые сравнимы с гидравлическими сопротивлениями в обычных тепловых сетях.Since the circuit for extracting heat is closed, the following are excluded: pollution of the coolant from the soil; coolant leaks into the ground; The pump head is used only to overcome the hydraulic resistance in the system, which is comparable to the hydraulic resistance in conventional heating networks.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018118981A RU2683059C1 (en) | 2018-05-23 | 2018-05-23 | Method of extraction and use of geothermal heat for cooling soils around subway tunnels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018118981A RU2683059C1 (en) | 2018-05-23 | 2018-05-23 | Method of extraction and use of geothermal heat for cooling soils around subway tunnels |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2683059C1 true RU2683059C1 (en) | 2019-03-26 |
Family
ID=65858639
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018118981A RU2683059C1 (en) | 2018-05-23 | 2018-05-23 | Method of extraction and use of geothermal heat for cooling soils around subway tunnels |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2683059C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115875849A (en) * | 2022-11-29 | 2023-03-31 | 重庆交通大学 | High-high heat utilization system in alpine region |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014080348A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-30 | Pedrollo S.P.A. | Geothermal heat exchanger device |
| RU2528213C2 (en) * | 2011-10-04 | 2014-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Method of complex use of geothermal heat by means of steam ejector heat pump |
| WO2015044142A1 (en) * | 2013-09-24 | 2015-04-02 | Dynamic Blue Holding Gmbh | Geothermal probe with mixing elements |
| EA026850B1 (en) * | 2012-02-17 | 2017-05-31 | Флексира С.Р.О. | Heat exchanger for heat removal in a heating system or a heat supply system |
| EA027263B1 (en) * | 2011-12-22 | 2017-07-31 | Флексира С.Р.О. | Heat supply method and heat supply system |
| RU2636018C2 (en) * | 2016-02-12 | 2017-11-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет туризма и сервиса" (ФГБОУ ВО "РГУТИС") | Heating and hot water supply system |
-
2018
- 2018-05-23 RU RU2018118981A patent/RU2683059C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528213C2 (en) * | 2011-10-04 | 2014-09-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Method of complex use of geothermal heat by means of steam ejector heat pump |
| EA027263B1 (en) * | 2011-12-22 | 2017-07-31 | Флексира С.Р.О. | Heat supply method and heat supply system |
| EA026850B1 (en) * | 2012-02-17 | 2017-05-31 | Флексира С.Р.О. | Heat exchanger for heat removal in a heating system or a heat supply system |
| WO2014080348A1 (en) * | 2012-11-21 | 2014-05-30 | Pedrollo S.P.A. | Geothermal heat exchanger device |
| WO2015044142A1 (en) * | 2013-09-24 | 2015-04-02 | Dynamic Blue Holding Gmbh | Geothermal probe with mixing elements |
| RU2636018C2 (en) * | 2016-02-12 | 2017-11-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет туризма и сервиса" (ФГБОУ ВО "РГУТИС") | Heating and hot water supply system |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115875849A (en) * | 2022-11-29 | 2023-03-31 | 重庆交通大学 | High-high heat utilization system in alpine region |
| CN115875849B (en) * | 2022-11-29 | 2024-04-26 | 重庆交通大学 | High and middle ground heat utilization system in alpine region |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6615601B1 (en) | Sealed well direct expansion heating and cooling system | |
| US7234314B1 (en) | Geothermal heating and cooling system with solar heating | |
| Self et al. | Geothermal heat pump systems: Status review and comparison with other heating options | |
| US20130037236A1 (en) | Geothermal facility with thermal recharging of the subsoil | |
| US4277946A (en) | Heat pump | |
| JP5990652B2 (en) | Operation method of fluid storage equipment | |
| US20100064710A1 (en) | Self contained water-to-water heat pump | |
| US20120144829A1 (en) | Direct exchange geothermal refrigerant power advanced generating system | |
| CN202132648U (en) | Pipeline heating system | |
| US11549725B2 (en) | System for storing and retrieving thermal energy | |
| US20150163965A1 (en) | System and method of managing cooling elements to provide high volumes of cooling | |
| US8776867B2 (en) | Modular, stackable, geothermal block heat exchange system with solar assist | |
| RU2445554C1 (en) | System of heat supply and hot water supply based on renewable energy sources | |
| RU2683059C1 (en) | Method of extraction and use of geothermal heat for cooling soils around subway tunnels | |
| CN206222570U (en) | Earth-source hot-pump system based on drainage and anti-float basis | |
| US20080006046A1 (en) | Self contained water-to-water heat pump | |
| CN205119565U (en) | Supplementary ground of road heat source source heat pump system | |
| AU2013338643B2 (en) | Termal energy storage comprising an expansion space | |
| CN105040744A (en) | Thermal insulation device of foundation under plateau frozen earth condition and construction method of thermal insulation device | |
| RU155180U1 (en) | CONSTRUCTION FOR THERMOSTATING SOILS UNDER BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS | |
| CN102853471B (en) | Solar heating bath system accumulating heat in summer | |
| Hwang et al. | Transient modeling of seasonal borehole thermal energy storage system during heat energy storing process | |
| CN111648927A (en) | In-situ heat-taking cogeneration system based on natural circulation principle | |
| Ibragimov et al. | Experience Using Heat Pumps as Soil Heat Stabilization Systems in a Cryolithological Zone. | |
| CN203385222U (en) | Novel road surface heat collection device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200524 |