RU2760610C1 - Heat pump system for utilizing waste heat of subway exhaust air - Google Patents

Heat pump system for utilizing waste heat of subway exhaust air Download PDF

Info

Publication number
RU2760610C1
RU2760610C1 RU2021104932A RU2021104932A RU2760610C1 RU 2760610 C1 RU2760610 C1 RU 2760610C1 RU 2021104932 A RU2021104932 A RU 2021104932A RU 2021104932 A RU2021104932 A RU 2021104932A RU 2760610 C1 RU2760610 C1 RU 2760610C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
heat pump
circuit
hot water
exhaust
Prior art date
Application number
RU2021104932A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Маслак
Елена Константиновна Левина
Сергей Сергеевич Мощин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский, проектно-изыскательский институт "Ленметрогипротранс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский, проектно-изыскательский институт "Ленметрогипротранс" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский, проектно-изыскательский институт "Ленметрогипротранс"
Priority to RU2021104932A priority Critical patent/RU2760610C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760610C1 publication Critical patent/RU2760610C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D15/00Other domestic- or space-heating systems
    • F24D15/04Other domestic- or space-heating systems using heat pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F12/00Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Other Air-Conditioning Systems (AREA)

Abstract

FIELD: subway.
SUBSTANCE: invention relates to the subway, namely to installations for using waste heat of the exhaust air of the subway for the simultaneous production of hot and cold water and their use in heating systems, hot water supply and air conditioning for the subway's own needs. The heat pump 1 is located in the heating point 19 inside the metro station 24 with a double-track tunnel 25, under the roof of which the exhaust ventilation duct is located 20. Due to the operation of the heat pump 1, the low-potential heat of the exhaust air is converted into heat with a high temperature, which is transferred to the heat carrier circulating in pipelines 14 hot water circuit. The hot water circuit is divided through the heat accumulator 4 into the heating circuit 9 and the hot water circuit 10. When transferring heat in the evaporator of the heat pump 1, the heat carrier (propylene glycol) of the intermediate heat transfer circuit from the exhaust air is cooled and its refrigerating potential can be used for cooling systems of consumers located at the metro station 24. Objects located inside the metro station are used as heat and cold consumers.
EFFECT: increasing the efficiency of the heat pump, reducing the volume of construction work when installing a heat pump at a metro station and reducing the length of heat communications (pipelines) from the heat pump to consumers of thermal energy and cold.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к метрополитену, а именно к установкам использования сбросного тепла вытяжного воздуха метрополитена для одновременного получения горячей и холодной воды и их использования в системах отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования для собственных нужд метрополитена.The invention relates to the subway, and in particular to installations for the use of waste heat of the exhaust air of the subway for the simultaneous production of hot and cold water and their use in heating systems, hot water supply and air conditioning for the subway's own needs.

Опыт эксплуатации метрополитенов показывает, что чаще всего основной вредностью является тепло, поступающее в тоннели от трансформации энергии движущихся поездов и работы оборудования. Часть этого тепла взаимодействует с окружающим грунтом, часть удаляется системой тоннельной вентиляции. На практике - вторичное использование тепла, удаляемого тоннельной вентиляции не находит применения для городских объектов из-за конструктивных особенностей подземных сооружений, их автономности и повышенными требованиями безопасности, но не исключает их применения для устройств самого метрополитена.The experience of operating subways shows that most often the main hazard is the heat entering the tunnels from the transformation of the energy of moving trains and the operation of equipment. Some of this heat interacts with the surrounding soil, and some is removed by the tunnel ventilation system. In practice, the secondary use of heat removed by tunnel ventilation does not find application for urban facilities due to the design features of underground structures, their autonomy and increased safety requirements, but does not exclude their use for the devices of the metro itself.

Известен способ и система использования сбросного тепла метрополитенов, заключающийся в извлечении энергии тепла с помощью теплонасосной установки из рабочего вещества, аккумулирующего тепловую энергию воздуха, нагретого от движения поездов по тоннелю и от силового трансформатора, в качестве которого используют воду, скапливающую в тоннеле (Патент РФ №2194401, опубл. от 20.10.2002, бюл. №29).There is a known method and system for using waste heat from subways, which consists in extracting heat energy using a heat pump installation from a working substance that accumulates thermal energy of air heated from the movement of trains through a tunnel and from a power transformer, which is used as water accumulating in the tunnel (RF Patent No. 2194401, publ. Of 10/20/2002, bull. No. 29).

Однако для реализации данного технического решения в качестве источника низкопотенциального тепла используется грунтовая вода, попадающая в тоннель через неплотности тоннельной обделки. При использовании современной высокоточной обделки влагопоступления из грунта должны отсутствовать, что делает невозможным использование данного способа.However, to implement this technical solution, groundwater is used as a source of low-grade heat, which enters the tunnel through the leaks of the tunnel lining. When using modern high-precision lining, moisture intake from the soil should be absent, which makes it impossible to use this method.

Известно изобретение городского метрополитена с нулевым потреблением тепловой энергии от внешних источников, при котором предусматриваются отделение транспортной зоны от платформы станции перегородкой с автоматическими дверями и размещение теплового насоса в шахтах тоннельной вентиляции, работающих в реверсируемых режимах в зависимости от положения подвижного состава (Патент РФ №2672891, опубл. от 20.11.2018, бюл. №32).Known is the invention of the urban metro with zero consumption of thermal energy from external sources, which provides for the separation of the transport zone from the station platform by a partition with automatic doors and the placement of a heat pump in tunnel ventilation shafts operating in reversible modes depending on the position of the rolling stock (RF Patent No. 2672891 , publ. from 20.11.2018, bul. No. 32).

Однако для реализации данного изобретения требуется постоянное переключение шахт тоннельной вентиляции между прямым и реверсивным режимом работы в зависимости от положения подвижного состава, что ведет к высокому износу вентиляционного оборудования и значительному усложнение системы управления.However, the implementation of this invention requires constant switching of tunnel ventilation shafts between direct and reverse operation depending on the position of the rolling stock, which leads to high wear of ventilation equipment and a significant complication of the control system.

Известна система вентиляции метрополитена с устройством термодинамической обработки воздуха в приточных и вытяжных шахтах в виде водо-воздушных теплообменников, объединенных между собой трубопроводом в общий гидравлический контур (Патент РФ №2689967, опубл. от 29.05.2019, бюл. №16).A known subway ventilation system with a device for thermodynamic air treatment in the supply and exhaust shafts in the form of air-water heat exchangers connected by a pipeline to a common hydraulic circuit (RF Patent No. 2689967, publ. From 05/29/2019, bull. No. 16).

Однако, применение данной системы ограничивает необходимость прокладки многокилометровых гидравлических контуров между приточными и вытяжными шахтами. В части схем предлагается использовать тепловой ресурс грунтовой воды, попадающей в тоннель через неплотности тоннельной обделки, что невозможно при использовании современной высокоточной обделки ввиду отсутствия течей.However, the use of this system limits the need for laying many kilometers of hydraulic circuits between the supply and exhaust shafts. In part of the schemes, it is proposed to use the thermal resource of groundwater entering the tunnel through the leaks of the tunnel lining, which is impossible when using modern high-precision lining due to the absence of leaks.

Известен способ использования извлеченного геотермального тепла для охлаждения грунтов вокруг тоннелей метрополитена и трансформирования его для нагрева воды в системе горячего водоснабжения (Патент РФ №2683059, опубл. от 26.03.2019, бюл. №7).There is a known method of using the extracted geothermal heat to cool the soil around the metro tunnels and transform it to heat water in the hot water supply system (RF Patent No. 2683059, publ. From 03/26/2019, bull. No. 7).

Однако для его осуществления требуется большой объем земляных работ, а также доступ к наружному своду обделки, для укладки контуров теплообменика, что затруднено в условиях стесненной городской застройки и ведет к большим затратамHowever, for its implementation, a large amount of earthwork is required, as well as access to the outer vault of the lining, for laying the heat exchange circuits, which is difficult in the conditions of cramped urban development and leads to high costs.

Известен способ вентиляции для линий метрополитена с двухпутным тоннелем, под сводом которого предусмотрен вентиляционный канал, где тепло выбросного воздуха использовалось для повышения температуры, подаваемого на перегон приточного воздуха в холодный период времени года. Способ обеспечивает круглогодичную подачу наружного воздуха в двухпутный тоннель по приточной вентиляционной шахте, расположенной на станции, и удалении тоннельного воздуха из двухпутного тоннеля через вытяжные вентиляционные шахты. Наружный воздух или смесь (в холодный период) из приточной вентиляционной шахты направляют в вентиляционный канал, расположенный в верхней части тоннеля (под сводом), а затем через клапан, связывающий центральную часть вентиляционного канала с тоннелем, перепускают воздух в тоннель с возможностью организации его движения по нему в противоположенных направлениях. (Патент РФ №2594025, опубл. от 10.08.2016, бюл. №22).There is a known ventilation method for metro lines with a double-track tunnel, under the roof of which a ventilation duct is provided, where the heat of the exhaust air was used to increase the temperature supplied to distill the supply air during the cold season. The method provides year-round supply of external air to the double-track tunnel through the supply ventilation shaft located at the station, and removal of the tunnel air from the double-track tunnel through the exhaust ventilation shafts. Outside air or a mixture (during the cold period) from the supply ventilation shaft is directed into the ventilation duct located in the upper part of the tunnel (under the roof), and then through the valve connecting the central part of the ventilation duct with the tunnel, air is passed into the tunnel with the possibility of organizing its movement along it in opposite directions. (RF patent No. 2594025, publ. Of 08/10/2016, bul. No. 22).

Известна теплонасосная система использования сбросного тепла метрополитена, содержащая тепловой насос, включающий в себя замкнутый контур рабочего тела с испарителем, конденсатором и компрессором, тоннельные вентиляторы, удаляющие вытяжной воздух линии метрополитена через вытяжную шахту и теплообменник-испаритель теплового насоса, который установлен в вытяжной шахте, и обеспечивающие передачу низкопотенциальной тепловой энергии вытяжного воздуха рабочему телу теплового насоса, и контур горячей воды, обеспечивающий передачу тепла от конденсатора теплового насоса к потребителям тепла (Патент на полезную модель РФ №120753, опубл. от 27.09.2012, Бюл. №27).A known heat pump system for using waste heat from the subway, containing a heat pump including a closed circuit of the working fluid with an evaporator, a condenser and a compressor, tunnel fans removing the exhaust air from the subway line through an exhaust shaft and a heat exchanger-evaporator of the heat pump, which is installed in the exhaust shaft, and providing the transfer of low-grade thermal energy of the exhaust air to the working fluid of the heat pump, and a hot water circuit that transfers heat from the condenser of the heat pump to heat consumers (Patent for a useful model of the Russian Federation No. 120753, publ. dated 09/27/2012, bull. No. 27).

Однако в данном техническом решении не используется холодильный потенциал, получаемый за счет передачи тела рабочему телу теплового насоса, тепловой насос и тоннельные вентиляторы, устанавливаются на перегоне тоннеля метрополитена, что требует сооружения дополнительных строительных объемов в вытяжной шахте, а потребителями получаемого тепла от теплового насоса являются наземные объекты и объекты метрополитена, расположенные на станциях, что требует необходимости создания протяженных тепловых коммуникаций (трубопроводов) от вытяжной шахты, расположенной на перегоне тоннеля метрополитена.However, this technical solution does not use the refrigeration potential obtained by transferring the body to the working fluid of the heat pump, the heat pump and tunnel fans are installed on the section of the metro tunnel, which requires the construction of additional building volumes in the exhaust shaft, and the consumers of the heat received from the heat pump are ground facilities and metro facilities located at stations, which requires the creation of extended thermal communications (pipelines) from the exhaust shaft located on the section of the metro tunnel.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении эффективности применения теплового насоса, сокращении объема строительных работ при установке теплового насоса на станции метрополитена и сокращении протяженности тепловых коммуникаций (трубопроводов) от теплового насоса до потребителей тепловой энергии и холода.The technical result that can be obtained by implementing the invention consists in increasing the efficiency of the heat pump, reducing the volume of construction work when installing a heat pump at a metro station and reducing the length of heat communications (pipelines) from the heat pump to consumers of heat energy and cold.

Для достижения данного технического результата предлагаемая теплонасосная система использования сбросного тепла вытяжного воздуха метрополитена, содержащая тепловой насос, включающий в себя замкнутый контур рабочего тела с испарителем, конденсатором и компрессором, вытяжные вентиляторы, удаляющие вытяжной воздух линии метрополитена через теплообменники-рекуператоры, находящиеся вытяжной шахте и обеспечивающие передачу низкопотенциальной тепловой энергии вытяжного воздуха рабочему телу теплового насоса, и контур горячей воды, обеспечивающий передачу тепла от конденсатора теплового насоса к потребителям тепла, согласно изобретения, что тепловой насос размещен в тепловом пункте внутри станции метрополитена с двухпутным тоннелем, под сводом пассажирской платформы которой расположен вытяжной вентиляционный канал, и снабжена промежуточным контуром передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу с теплообменниками-рекуператорами, установленными в вытяжном вентиляционном канале станции метрополитена с двухпутным тоннелем и отбирающими тепло вытяжного тоннельного воздуха, проходящим через испаритель теплового насоса и обеспечивающим передачу низкопотенциальной тепловой энергии вытяжного воздуха рабочему телу теплового насоса, контуром горячей воды с электрокотлом, обеспечивающим передачу тепла от конденсатора теплового насоса к потребителю тепла и разделенным через теплоаккумулятор на контур отопления и контур горячего водоснабжения с накопительным бойлером, контуром охлаждения, проходящим через испаритель теплового насоса и содержащим последовательно соединенные между собой бак аккумулятор, к которому подсоединен чиллер, и промежуточный теплообменник, через который проходит замкнутая система холодоснабжения потребителя холода, градирней, связанной трубопроводами с чиллером и контуром горячей воды, при этом промежуточный контур передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу и контур охлаждения работают параллельно, а в качестве потребителей тепла и холода используются объекты, расположенные внутри станции метрополитена.To achieve this technical result, the proposed heat pump system for using the waste heat of the metro exhaust air, containing a heat pump, which includes a closed circuit of the working fluid with an evaporator, a condenser and a compressor, exhaust fans that remove the exhaust air from the metro line through heat exchangers-recuperators located in the exhaust shaft and providing the transfer of low-grade heat energy of the exhaust air to the working fluid of the heat pump, and a hot water circuit that transfers heat from the condenser of the heat pump to heat consumers, according to the invention, that the heat pump is located in a heat point inside a metro station with a double-track tunnel, under the arch of the passenger platform of which an exhaust ventilation duct is located, and is equipped with an intermediate circuit for transferring heat from the exhaust air to a heat pump with heat exchangers-recuperators installed in the exhaust ventilation duct of the station a tropolithic tunnel with a double-track tunnel and taking heat from the exhaust tunnel air passing through the evaporator of the heat pump and providing the transfer of low-potential heat energy of the exhaust air to the working fluid of the heat pump, a hot water circuit with an electric boiler that transfers heat from the condenser of the heat pump to the heat consumer and is separated through the heat accumulator to a heating circuit and a hot water supply circuit with a storage boiler, a cooling circuit passing through the evaporator of the heat pump and containing a battery tank connected in series with each other, to which the chiller is connected, and an intermediate heat exchanger through which a closed refrigeration supply system of the cold consumer passes, a cooling tower connected by pipelines with chiller and hot water circuit, while the intermediate circuit for transferring heat from the extract air to the heat pump and the cooling circuit operate in parallel, and use There are objects located inside the metro station.

Введение в состав предлагаемой теплонасосной системы использования сбросного тепла вытяжного воздуха метрополитена теплового насоса, размещенного в тепловом пункте внутри станции метрополитена с двухпутным тоннелем, под сводом которой расположен вытяжной вентиляционный канал, и снабжение теплонасосной системы промежуточным контуром передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу с теплообменниками-рекуператорами, установленными в вытяжном вентиляционном канале станции метрополитена с двухпутным тоннелем и отбирающими тепло вытяжного тоннельного воздуха, проходящим через испаритель теплового насоса и обеспечивающим передачу низкопотенциальной тепловой энергии вытяжного воздуха рабочему телу теплового насоса, контуром горячей воды с электрокотлом, обеспечивающим передачу тепла от конденсатора теплового насоса к потребителю тепла и разделенным через теплоаккумулятор на контур отопления и контур горячего водоснабжения с накопительным бойлером, контуром охлаждения, проходящим через испаритель теплового насоса и содержащим последовательно соединенные между собой бак аккумулятор, к которому подсоединен чиллер, и промежуточный теплообменник, через который проходит замкнутая система холодоснабжения потребителя холода, градирни, связанной трубопроводами с чиллером и контуром горячей воды, при этом промежуточный контур передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу и контур охлаждения работают параллельно, а использование в качестве потребителей тепла и холода объектов, расположенных внутри станции метрополитена, позволяет получить новое свойство, заключающееся в повышении эффективности применения теплового насоса за счет одновременного использования для потребителей, как теплоты от конденсатора теплового насоса, так и холодильного потенциала от испарителя теплового насоса, сокращения объема строительных работ при установке теплового насоса на станции метрополитена за счет размещения теплового насоса внутри теплового пункта станции метрополитена, что стало возможным за счет сбора вытяжного воздуха в вытяжном вентиляционном канале станции метрополитена с двухпутным тоннелем и размещения в нем теплообменников-рекуператоров промежуточного контура передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу, а также сокращения тепловых коммуникаций (трубопроводов) за счет передачи от теплового насоса тепловой энергии и холода только потребителям, размещенным на станции метрополитена, по контуру горячей воды, разделенному на контур отопления и контур горячего водоснабжения, и по контуру охлаждения, связанным с замкнутой системой холодоснабжения потребителя холода через промежуточный теплообменник.Introducing a heat pump into the proposed heat pump system for using waste heat from the exhaust air of the subway, located in a heat point inside a metro station with a double-track tunnel, under the roof of which there is an exhaust ventilation duct, and supplying the heat pump system with an intermediate circuit for transferring heat from the exhaust air to a heat pump with heat exchangers - recuperators installed in the exhaust ventilation duct of a metro station with a double-track tunnel and taking heat from the exhaust tunnel air passing through the heat pump evaporator and providing the transfer of low-potential heat energy of the exhaust air to the working body of the heat pump, a hot water circuit with an electric boiler, providing heat transfer from the heat pump condenser to the heat consumer and divided through the heat accumulator into a heating circuit and a hot water supply circuit with a storage boiler, a cooling circuit passing through the heat pump unit and a storage tank connected in series with each other, to which the chiller is connected, and an intermediate heat exchanger through which a closed cooling system for the cold consumer passes, a cooling tower connected by pipelines with a chiller and a hot water circuit, while an intermediate circuit for transferring heat from the exhaust air the heat pump and the cooling circuit operate in parallel, and the use of objects located inside the metro station as consumers of heat and cold makes it possible to obtain a new property, which consists in increasing the efficiency of using the heat pump due to the simultaneous use for consumers of both heat from the heat pump condenser and and refrigeration potential from the heat pump evaporator, reducing the volume of construction work when installing a heat pump at a metro station by placing a heat pump inside the heat point of a metro station, which became possible by collecting exhaust air in the exhaust ventilation duct of a metro station with a double-track tunnel and placing heat exchangers-recuperators of the intermediate circuit in it for transferring heat from the exhaust air to the heat pump, as well as reducing heat communications (pipelines) due to the transfer of heat energy and cold from the heat pump only to consumers located at the metro station, along the hot water circuit, divided into a heating circuit and a hot water supply circuit, and along a cooling circuit associated with a closed refrigeration system for the cold consumer through an intermediate heat exchanger.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен поперечный разрез станции метрополитена с двухпутным тоннелем, на фиг. 2 - принципиальная схема теплонасосной системы использования сбросного тепла вытяжного воздуха метрополитена, на фиг. 3 - узел установки теплообменников-рекуператоров в вытяжном вентиляционном канале станции метрополитена с двухпутным тоннелем.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a cross-section of a metro station with a double-track tunnel, FIG. 2 is a schematic diagram of a heat pump system for using the waste heat of the metro exhaust air; FIG. 3 - unit for installing heat exchangers-recuperators in the exhaust ventilation duct of a metro station with a double-track tunnel.

1 - тепловой насос тепловые насосы, включающий в себя замкнутый контур рабочего тела с испарителем, конденсатором и компрессором (на рис. не показаны);1 - heat pump heat pumps, which includes a closed circuit of the working fluid with an evaporator, a condenser and a compressor (not shown in the figure);

2 - электрокотел контура горячей воды;2 - electric boiler of the hot water circuit;

3 - градирня;3 - cooling tower;

4 - теплоаккумулятор контура горячей воды;4 - heat accumulator of the hot water circuit;

5 - чиллер (холодильная машина) контура охлаждения;5 - chiller (refrigeration machine) of the cooling circuit;

6 - бак аккумулятор контура охлаждения;6 - accumulator tank of the cooling circuit;

7 - теплообменники-рекуператоры промежуточного контура передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу;7 - heat exchangers-recuperators of the intermediate circuit for transferring heat from the exhaust air to the heat pump;

8 - накопительный бойлер контура горячего водоснабжения;8 - storage boiler for the hot water supply circuit;

9 - контур отопления с потребителем тепла;9 - heating circuit with heat consumer;

10 - контур горячего водоснабжения с потребителем горячей воды;10 - hot water supply circuit with hot water consumer;

11 - замкнутая система холодоснабжения с потребителем холода;11 - closed-loop refrigeration system with a cold consumer;

12 - промежуточный теплообменник;12 - intermediate heat exchanger;

13 - трубопроводы промежуточного контура передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу;13 - pipelines of the intermediate circuit for transferring heat from the exhaust air to the heat pump;

14 - трубопроводы контура горячей воды;14 - pipelines of the hot water circuit;

15 - трубопровод подпитки контура горячего водоснабжения;15 - make-up pipeline for the hot water supply circuit;

16 - трубопроводы контура охлаждения до бака аккумулятора;16 - pipelines of the cooling circuit to the accumulator tank;

17 - трубопроводы контура охлаждения после бака аккумулятора;17 - pipelines of the cooling circuit after the accumulator tank;

18 - трубопроводы сброса тепла в градирню;18 - pipelines for dumping heat into the cooling tower;

19 - тепловой пункт станции метрополитена с двухпутным тоннелем;19 - heating point of a metro station with a double-track tunnel;

20 - вытяжной вентиляционный канал станции метрополитена с двухпутным тоннелем;20 - exhaust ventilation duct of the metro station with a double-track tunnel;

21 - вытяжная вентиляционная камера;21 - exhaust ventilation chamber;

22 - вытяжные вентиляторы;22 - exhaust fans;

23 - вытяжная шахта станции метрополитена с двухпутным тоннелем;23 - an exhaust shaft of a metro station with a double-track tunnel;

24 - станция метрополитена;24 - metro station;

25 - двухпутный тоннель линии метрополитена.25 - double-track underground line tunnel.

Предлагаемая теплонасосная система использования сбросного тепла вытяжного воздуха метрополитена работает следующим образом.The proposed heat pump system for using the waste heat of the metro exhaust air works as follows.

Тепловой насос 1 размещен в тепловом пункте 19 внутри станции метрополитена 24 с двухпутным тоннелем 25, под сводом которой расположен вытяжной вентиляционный канал 20. В вытяжном вентиляционном канале 20 устанавливают теплообменники-рекуператоры 7 промежуточного контура передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу 1, через которые вытяжными вентиляторами 22 прокачивается из вытяжного вентиляционного канала 20 станции метрополитена 24 с двухпутным тоннелем 25. Низкопотенциальная (с низкой температурой) теплота вытяжного воздуха от теплообменников-рекуператоров 7 по трубопроводам 13 промежуточного контура передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу передается рабочему телу теплового насоса 1 через его испаритель (на рис. не показан).The heat pump 1 is located in the heat point 19 inside the metro station 24 with a double-track tunnel 25, under the roof of which there is an exhaust ventilation duct 20. In the exhaust ventilation duct 20, heat exchangers-recuperators 7 of an intermediate circuit for transferring heat from the exhaust air to the heat pump 1 are installed, through which the exhaust fans 22 are pumped from the exhaust ventilation duct 20 of the metro station 24 with a double-track tunnel 25. Low-potential (low temperature) heat of the exhaust air from heat exchangers-recuperators 7 through pipelines 13 of the intermediate circuit for transferring heat from the exhaust air to the heat pump is transferred to the working body of the heat pump 1 through it evaporator (not shown in the figure).

За счет работы теплового насоса 1 низкопотенциальная теплота вытяжного воздуха преобразуется в теплоту рабочего тела теплового насоса 1 с высокой температурой, которая через конденсатор теплового насоса передается к теплоносителю (воде), циркулирующему в трубопроводах 14 контура горячей воды.Due to the operation of the heat pump 1, the low-grade heat of the exhaust air is converted into the heat of the working medium of the heat pump 1 with a high temperature, which is transmitted through the condenser of the heat pump to the heat carrier (water) circulating in the pipelines 14 of the hot water circuit.

Контур горячей воды дополнительно оборудован электрокотлом 2, который используется при необходимости более сильного нагрева теплоносителя, циркулирующего в трубопроводах 14 контура горячей воды. Контур горячей воды, обеспечивающим передачу тепла от конденсатора теплового насоса к потребителю тепла, доставляет по трубопроводам 14 горячую воду в теплоаккумулятор 4. Далее контур горячей воды разделяется через теплоаккумулятор 4 на контур отопления 9, который поставляет горячую воду к потребителю тепла для отопления, и контур горячего водоснабжения 10 с накопительным бойлером 8, который поставляет горячую воду к потребителю для горячего водоразбора. По трубопроводу подпитки 15 в бойлер 8 контура горячего водоснабжения подается необходимое количество воды для компенсации водоразбора ГВС.The hot water circuit is additionally equipped with an electric boiler 2, which is used when it is necessary to heat up the heat carrier circulating in the pipelines 14 of the hot water circuit. The hot water circuit, which transfers heat from the condenser of the heat pump to the heat consumer, delivers hot water through pipelines 14 to the heat accumulator 4. Further, the hot water circuit is divided through the heat accumulator 4 into the heating circuit 9, which supplies hot water to the heat consumer for heating, and the circuit hot water supply 10 with a storage boiler 8, which supplies hot water to the consumer for hot water drawing. Through the make-up pipeline 15, the required amount of water is supplied to the boiler 8 of the hot water supply circuit to compensate for the DHW draw-off.

При передачи тепла в испарителе теплового насоса 1 теплоноситель (пропиленгликоль) промежуточного контура передачи тепла от вытяжного воздуха охлаждается и его холодильный потенциал может быть использован для систем холодоснабжения потребителей, расположенных на станции метрополитена 24.When transferring heat in the evaporator of the heat pump 1, the heat carrier (propylene glycol) of the intermediate circuit for transferring heat from the exhaust air is cooled and its refrigerating potential can be used for cooling systems of consumers located at the metro station 24.

Для этих целей теплонасосная система параллельно промежуточному контуру передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу снабжена контуром охлаждения с трубопроводами 16, проходящим через испаритель теплового насоса 1 и содержащим последовательно соединенные между собой бак аккумулятор 6, к которому подсоединен чиллер 5, и через трубопроводы 17 промежуточный теплообменник 12, через который проходит замкнутая система холодоснабжения потребителя холода с потребителями холода 11.For these purposes, the heat pump system, parallel to the intermediate circuit for transferring heat from the exhaust air to the heat pump, is equipped with a cooling circuit with pipelines 16 passing through the evaporator of the heat pump 1 and containing an accumulator tank 6 connected in series with each other, to which the chiller 5 is connected, and through pipelines 17 an intermediate heat exchanger 12, through which the closed cooling system of the cold consumer with the cold consumers 11 passes.

Вытяжные вентиляторы 22, установленные в вытяжной вентиляционной камере 21, удаляют вытяжной воздух из вентиляционного канала 20, размещенного под сводом станции метрополитена 24 с двухпутным тоннелем 25, через вытяжную шахту 23.Exhaust fans 22 installed in the exhaust ventilation chamber 21 remove exhaust air from the ventilation duct 20 located under the roof of the metro station 24 with a double-track tunnel 25 through the exhaust shaft 23.

При необходимости через трубопроводы сброса тепла 18 в градирню 3, также установленной в вытяжном вентиляционном канале 20, отводится тепло от теплового насоса 1 (в случае временного отсутствия потребителей горячей воды и отопления - летний режим) и чиллера (холодильной машины) 5.If necessary, heat is removed from heat pump 1 (in the case of temporary absence of hot water and heating consumers - summer mode) and chiller (refrigerating machine) 5 through the heat release pipelines 18 to the cooling tower 3, also installed in the exhaust ventilation duct 20.

В качестве потребителей тепла и холода используются объекты расположенные внутри станции метрополитена.Objects located inside the metro station are used as consumers of heat and cold.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:Sources of information taken into account when preparing the application:

1. Патент РФ №2194401, опубл. от 20.10.2002, бюл. №29.1. RF patent No. 2194401, publ. from 20.10.2002, bul. No. 29.

2. Патент РФ №2672891, опубл. от 20.11.2018, бюл. №32.2. RF patent No. 2672891, publ. from 20.11.2018, bul. No. 32.

3. Патент РФ №2689967, опубл. от 29.05.2019, бюл. №16.3. RF patent No. 2689967, publ. from 29.05.2019, bul. No. 16.

4. Патент РФ №2683059, опубл. от 26.03.2019, бюл. №7.4. RF patent No. 2683059, publ. from 26.03.2019, bul. No. 7.

5. Патент РФ №2594025, опубл. от 10.08.2016, бюл. №22.5. RF patent No. 2594025, publ. from 08/10/2016, bul. No. 22.

6. Патент на полезную модель РФ №120753, опубл. от 27.09.2012, бюл. №27 - прототип.6. Patent for a useful model of the Russian Federation No. 120753, publ. from 27.09.2012, bul. # 27 - prototype.

Claims (1)

Теплонасосная система использования сбросного тепла вытяжного воздуха метрополитена, содержащая тепловой насос, включающий в себя замкнутый контур рабочего тела с испарителем, конденсатором и компрессором, вытяжные вентиляторы, удаляющие вытяжной воздух линии метрополитена через теплообменники-рекуператоры, находящиеся вытяжной шахте и обеспечивающие передачу низкопотенциальной тепловой энергии вытяжного воздуха рабочему телу теплового насоса, и контур горячей воды, обеспечивающий передачу тепла от конденсатора теплового насоса к потребителям тепла, отличающаяся тем, что тепловой насос размещен в тепловом пункте внутри станции метрополитена с двухпутным тоннелем, под сводом пассажирской платформы которой расположен вытяжной вентиляционный канал, и снабжена промежуточным контуром передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу с теплообменниками-рекуператорами, установленными в вытяжном вентиляционном канале станции метрополитена с двухпутным тоннелем и отбирающими тепло вытяжного тоннельного воздуха, проходящим через испаритель теплового насоса и обеспечивающим передачу низкопотенциальной тепловой энергии вытяжного воздуха рабочему телу теплового насоса, контуром горячей воды с электрокотлом, обеспечивающим передачу тепла от конденсатора теплового насоса к потребителю тепла и разделенным через теплоаккумулятор на контур отопления и контур горячего водоснабжения с накопительным бойлером, контуром охлаждения, проходящим через испаритель теплового насоса и содержащим последовательно соединенные между собой бак аккумулятор, к которому подсоединен чиллер, и промежуточный теплообменник, через который проходит замкнутая система холодоснабжения потребителя холода, градирней, связанной трубопроводами с чиллером и контуром горячей воды, при этом промежуточный контур передачи тепла от вытяжного воздуха тепловому насосу и контур охлаждения работают параллельно, а в качестве потребителей тепла и холода используются объекты, расположенные внутри станции метрополитена.A heat pump system for using the waste heat of the metro exhaust air, containing a heat pump that includes a closed circuit of the working fluid with an evaporator, a condenser and a compressor, exhaust fans that remove the exhaust air from the metro line through heat exchangers-recuperators located in the air to the working fluid of the heat pump, and a hot water circuit that provides heat transfer from the condenser of the heat pump to heat consumers, characterized in that the heat pump is located in a heat point inside a metro station with a double-track tunnel, under the roof of the passenger platform of which there is an exhaust ventilation duct, and equipped with an intermediate circuit for transferring heat from the exhaust air to a heat pump with heat exchangers-recuperators installed in the exhaust ventilation duct of a metro station with a double-track tunnel and removing heat from the exhaust tunnel air passing through the evaporator of the heat pump and providing the transfer of low-potential heat energy of the exhaust air to the working fluid of the heat pump, a hot water circuit with an electric boiler, providing heat transfer from the condenser of the heat pump to the heat consumer and separated through a heat accumulator to a heating circuit and a hot water supply circuit with storage a boiler, a cooling circuit passing through the evaporator of the heat pump and containing an accumulator tank connected in series with each other, to which the chiller is connected, and an intermediate heat exchanger through which a closed cooling system of the cold consumer passes, a cooling tower connected by pipelines to the chiller and a hot water circuit, while the intermediate circuit for transferring heat from the extract air to the heat pump and the cooling circuit operate in parallel, and the objects located inside the metro station are used as consumers of heat and cold.
RU2021104932A 2021-02-25 2021-02-25 Heat pump system for utilizing waste heat of subway exhaust air RU2760610C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021104932A RU2760610C1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 Heat pump system for utilizing waste heat of subway exhaust air

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021104932A RU2760610C1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 Heat pump system for utilizing waste heat of subway exhaust air

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760610C1 true RU2760610C1 (en) 2021-11-29

Family

ID=79173961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021104932A RU2760610C1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 Heat pump system for utilizing waste heat of subway exhaust air

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760610C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117073223A (en) * 2023-10-13 2023-11-17 中国铁路设计集团有限公司 Be used for cold district subway heat recovery device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2191440C2 (en) * 1999-12-10 2002-10-20 Электромеханическая служба Московского метрополитена Method and system for reclaiming subway exhaust heat
RU120753U1 (en) * 2012-05-02 2012-09-27 Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта" RESET HEATING SYSTEM FOR METRO
CN106949532A (en) * 2017-04-27 2017-07-14 张君 System is utilized for subway underground station power-equipment used heat and the heating of heat pump economic benefits and social benefits
CN108566761A (en) * 2018-01-26 2018-09-21 青岛理工大学 Heat extraction and waste heat utilization system of data machine room adopting cabinet-level heat pipe
CN108895712A (en) * 2018-05-30 2018-11-27 东北电力大学 A kind of air source heat pump system of big temperature difference classification accumulation of heat and classification heat
CN210946882U (en) * 2018-11-16 2020-07-07 山东建筑大学 Utility tunnel ventilates and energy recuperation utilizes system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2191440C2 (en) * 1999-12-10 2002-10-20 Электромеханическая служба Московского метрополитена Method and system for reclaiming subway exhaust heat
RU120753U1 (en) * 2012-05-02 2012-09-27 Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Железнодорожного Транспорта" RESET HEATING SYSTEM FOR METRO
CN106949532A (en) * 2017-04-27 2017-07-14 张君 System is utilized for subway underground station power-equipment used heat and the heating of heat pump economic benefits and social benefits
CN108566761A (en) * 2018-01-26 2018-09-21 青岛理工大学 Heat extraction and waste heat utilization system of data machine room adopting cabinet-level heat pipe
CN108895712A (en) * 2018-05-30 2018-11-27 东北电力大学 A kind of air source heat pump system of big temperature difference classification accumulation of heat and classification heat
CN210946882U (en) * 2018-11-16 2020-07-07 山东建筑大学 Utility tunnel ventilates and energy recuperation utilizes system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117073223A (en) * 2023-10-13 2023-11-17 中国铁路设计集团有限公司 Be used for cold district subway heat recovery device
CN117073223B (en) * 2023-10-13 2023-12-12 中国铁路设计集团有限公司 Be used for cold district subway heat recovery device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Feng et al. A full air cooling and heating system based on mine water source
CN101949612B (en) Cooling mode driven by utilizing urban heat supply network
CN207214215U (en) A kind of compression type heat heat pump heating system using Air-cooled Unit subsidiary engine cooling water heat
CN101806517B (en) Geothermal heat supply and refrigeration unit taking high-temperature flue gas and hot water as driving heat source
CN110030027A (en) A kind of mine air cooling system and method based on thermostat layer cold water source
CN103344031B (en) A kind of waring and cooling air conditioning system of Waste Heat Recovery
CN102733840A (en) Mine underground cooling and waste heat recycling system
CN104314603B (en) A kind of deep layer type pit cooling system
RU2760610C1 (en) Heat pump system for utilizing waste heat of subway exhaust air
CN106120854A (en) A kind of underground pipe gallery
CN205154229U (en) Attached water film board heat exchanger heat sink of high temperature mine tunnel wall
CN104695998A (en) Cooling system for water supplied to high-temperature coal working face
CN210463657U (en) Clean energy-saving sewage source heat pump system
CN107461850A (en) A kind of common fief face centralization integrated heat supply refrigeration system of coal heat
CN210068227U (en) Mine air flow cooling system based on constant-temperature layer cold water source
CN110656969B (en) Cooling method for construction of extra-long highway tunnel
CN104235870A (en) Condenser dead steam waste heat recovery and energy saving device and energy saving method
CN203518140U (en) Air conditioner system for recycling waste heat
CN203053089U (en) Low-temperature heat energy recovering system of mine return air source
CN102538052A (en) Novel jet-type heat exchanger unit
KR101194081B1 (en) Collecting and using device of waste heat in power cable tunnel
CN105953290A (en) First-network water large-temperature-difference heat supplying system and method
CN102384515B (en) Absorption type refrigeration and heat exchange heat and power cogeneration heating system
CN104913544A (en) Gas terminal station energy utilization method based on ground source heat pump system
Slazak et al. Methods for controlling temperature hazard in Polish coal mines