RU2809315C1 - Heat pump heating system - Google Patents
Heat pump heating system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809315C1 RU2809315C1 RU2023103740A RU2023103740A RU2809315C1 RU 2809315 C1 RU2809315 C1 RU 2809315C1 RU 2023103740 A RU2023103740 A RU 2023103740A RU 2023103740 A RU2023103740 A RU 2023103740A RU 2809315 C1 RU2809315 C1 RU 2809315C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- evaporator
- heat
- output
- tank
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 29
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 12
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 7
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 2
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к системам отопления с тепловыми насосами, использующими тепло низкотемпературных источников естественного или искусственного происхождения для получения горячей воды или воздуха, пригодной для автономного отопления в жилых малоэтажных домах.The invention relates to heating systems with heat pumps that use heat from low-temperature sources of natural or artificial origin to produce hot water or air suitable for autonomous heating in low-rise residential buildings.
Известна (RU, патент № 2121114, опубл. 27.10.1998) система отопления помещений. Система отопления помещений включает магистральные трубопроводы централизованного обогрева, дополнительно содержит тепловой насос, причем он установлен с возможностью подключения как к магистральному трубопроводу с подогретой водой, так и к магистральному трубопроводу с холодной водой, в зависимости от времени года. В замкнутой цепи теплового насоса установлены два воздушных теплообменника с вентиляторами как для охлаждения воздуха в помещении в летнее время, так и для отбора тепла от наружного воздуха в демисезонный период.A space heating system is known (RU, patent No. 2121114, publ. 10/27/1998). The space heating system includes main central heating pipelines and additionally contains a heat pump, and it is installed with the ability to connect to both the main pipeline with heated water and the main pipeline with cold water, depending on the time of year. In a closed circuit of the heat pump, two air heat exchangers with fans are installed both to cool the air in the room in the summer and to remove heat from the outside air in the demi-season.
Данная система отопления не может быть использована для автономного отопления большей части домов частного сектора и дачного строительства, т.к. эффективность системы достигается путем частичного использования тепловой энергии магистрального трубопровода.This heating system cannot be used for autonomous heating of most private sector houses and country houses, because The efficiency of the system is achieved by partially using the thermal energy of the main pipeline.
Известна также (RU, патент 2412401, опубл. 20.02.2011) система отопления жилого дома. Изобретение может быть использовано для автономного отопления зданий индивидуального пользования - коттеджей, отдельно стоящих жилых домов. Система содержит расположенный в подвале дома бассейн, в котором находится система вода-лед-вода, тепловой насос, расположенный с возможностью охлаждения воздуха в воздушном слое, расположенном над верхним слоем воды, и нагревом воздуха в отапливаемом помещении. Кроме того, система содержит водяной насос, установленный с возможностью перекачивания воды из нижнего слоя в верхний слой, и вентилятор, установленный с возможностью откачивания воздуха через вытяжную трубу из указанного воздушного слоя в атмосферу вне дома, при этом указанный воздушный слой дополнительно сообщен с атмосферой. Возможная эффективность отопительной системы перечеркивается тем, что под жилым домом располагается водный бассейн, что неприемлемо с точки зрения комфорта и санитарных норм.Also known (RU, patent 2412401, published 02/20/2011) is a heating system for a residential building. The invention can be used for autonomous heating of individual buildings - cottages, detached residential buildings. The system contains a pool located in the basement of the house, in which there is a water-ice-water system, a heat pump located with the ability to cool the air in the air layer located above the upper layer of water, and heat the air in the heated room. In addition, the system contains a water pump installed with the ability to pump water from the lower layer to the upper layer, and a fan installed with the ability to pump air through the exhaust pipe from the specified air layer into the atmosphere outside the house, while the specified air layer is additionally communicated with the atmosphere. The possible efficiency of the heating system is negated by the fact that there is a water pool under the residential building, which is unacceptable from the point of view of comfort and sanitary standards.
Известна (RU, патент 2382281, опубл. 20.02.2010) также система отопления, где используют комбинацию системы теплоносителей типа вода - вода; грунт - вода; воздух - воздух и солнечная энергия для восстановления теплового баланса грунта в зоне теплообменника.A heating system is also known (RU, patent 2382281, publ. 02/20/2010), which uses a combination of a water-water coolant system; soil - water; air - air and solar energy to restore the thermal balance of the soil in the heat exchanger area.
Комбинированное использование различных теплоносителей расширяет возможности системы отопления, однако объем теплоносителя в системе грунт-вода весьма ограничен, что не позволит восстановить тепловой потенциал грунта за летний период.The combined use of various coolants expands the capabilities of the heating system, however, the volume of coolant in the ground-water system is very limited, which will not allow the thermal potential of the soil to be restored during the summer period.
Известна также (RU, патент 85989, опубл.) комбинированная система теплоснабжения, содержащая солнечную и теплонасосную водонагревательные установки с циркуляционными контурами теплоносителя, оборудованными средствами автоматического управления и замкнутыми на общий бак-аккумулятор тепла, который совмещен с подогревателем и подключен к контуру системы отопления и горячего водоснабжения, при этом контур одной из водонагревательных установок соединен с баком-аккумулятором тепла, а контур теплонасосной установки соединен с контуром источника тепловой энергии Земли. Кроме того, контур солнечной водонагревательной установки соединен через теплообменник с контуром теплонасосной установки и контуром источника тепловой энергии Земли, причем контур теплонасосной установки дополнительно оборудован гидробуферной емкостью для смешивания низкотемпературного теплоносителя, поступающего из контура солнечной водонагревательной установки и/или контура источника тепловой энергии Земли.Also known (RU, patent 85989, publ.) is a combined heat supply system containing solar and heat pump water heating units with coolant circulation circuits equipped with automatic controls and connected to a common heat storage tank, which is combined with a heater and connected to the heating system circuit and hot water supply, while the circuit of one of the water heating installations is connected to a heat storage tank, and the circuit of the heat pump installation is connected to the circuit of the Earth's thermal energy source. In addition, the circuit of the solar water heating installation is connected through a heat exchanger to the circuit of the heat pump installation and the circuit of the Earth's thermal energy source, and the circuit of the heat pump installation is additionally equipped with a hydraulic buffer tank for mixing low-temperature coolant coming from the circuit of the solar water heating installation and/or the circuit of the Earth's thermal energy source.
Недостатком системы является то, что малый объем низкотемпературного теплоносителя теплообменников в скважинах и низкая теплопроводность грунта не позволяет восстановить тепловой потенциал окружающего грунта за летний период.The disadvantage of the system is that the small volume of low-temperature coolant of the heat exchangers in the wells and the low thermal conductivity of the soil do not allow the thermal potential of the surrounding soil to be restored during the summer period.
Известна также (RU, патент 140455, опубл. 10.05.2014) система отопления, включающая два теплообменника в грунте с возможностью раздельного подключения их к тепловому насосу.Also known (RU, patent 140455, published on May 10, 2014) is a heating system that includes two heat exchangers in the ground with the possibility of connecting them separately to a heat pump.
Наличие двух теплообменников в грунте повышает отдачу тепловой энергии на вход теплового насоса, но при поочередной работе теплообменников тепловой энергии будет не хватать для нормальной работы системы отопления. Со временем надо будет восстанавливать тепловой потенциал грунта, что не предусмотрено в предложенной системе.The presence of two heat exchangers in the ground increases the transfer of thermal energy to the input of the heat pump, but when the heat exchangers operate alternately, the thermal energy will not be enough for the normal operation of the heating system. Over time, it will be necessary to restore the thermal potential of the soil, which is not provided for in the proposed system.
Известна (RU, патент 2350847, опубл. 27.03.2009) система автономного теплоснабжения потребителей на основе установок с использованием низкопотенциальных геотермальных источников. Known (RU, patent 2350847, publ. 03/27/2009) is a system of autonomous heat supply to consumers based on installations using low-potential geothermal sources.
Система включает компрессионный тепловой насос типа грунт-вода, внутренний контур теплового насоса с высокотемпературным теплоносителем, внешний контур теплового насоса с теплообменником с низкотемпературным теплоносителем, а также солнечный коллектор, емкость для горячего водоснабжения, блок управления тепловыми потоками системы, жидкостные насосы для перекачивания теплоносителей и воды горячего водоснабжения.The system includes a ground-water compression heat pump, an internal circuit of a heat pump with a high-temperature coolant, an external circuit of a heat pump with a heat exchanger with a low-temperature coolant, as well as a solar collector, a tank for hot water supply, a control unit for heat flows of the system, liquid pumps for pumping coolants and hot water supply.
Повышение эффективности системы теплоснабжения здесь достигается за счет использования солнечной энергии для догрева теплоносителя в контуре циркуляции низкопотенциального теплоносителя в отопительный период, при низкой интенсивности солнечной радиации, и восстановления температурного режима скважин в межотопительный период с одновременной выработкой тепла на горячее водоснабжение с помощью солнечных коллекторов и использованием потенциала охлажденных скважин на охлаждение помещений, а также обеспечение независимости системы отопления от централизованной системы электроснабжения.Increasing the efficiency of the heat supply system here is achieved through the use of solar energy to reheat the coolant in the low-potential coolant circulation circuit during the heating period, at low intensity of solar radiation, and restoring the temperature regime of wells during the non-heating period with the simultaneous generation of heat for hot water supply using solar collectors and the use of the potential of chilled wells for cooling premises, as well as ensuring the independence of the heating system from the centralized power supply system.
Недостатком данной системы является невозможность полного восстановления теплового потенциала окружающего грунта за летний период вследствие малого объема низкотемпературного теплоносителя теплообменников в скважинах.The disadvantage of this system is the impossibility of completely restoring the thermal potential of the surrounding soil during the summer period due to the small volume of low-temperature coolant in the heat exchangers in the wells.
Техническая проблема, решаемая с использованием разработанной конструкции, состоит в расширении возможностей использования для извлечения тепловой энергии воды с температурой +4÷-5°С.The technical problem solved using the developed design is to expand the possibilities of using water with a temperature of +4÷-5°C to extract thermal energy.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в возможности работы теплообменника фреон-вода при температуре воды +4°С и ниже без нарушения процесса теплообмена из-за обледенения.The technical result achieved by implementing the developed design is the ability to operate the freon-water heat exchanger at a water temperature of +4°C and below without disrupting the heat exchange process due to icing.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать теплонасосную отопительную систему разработанной конструкции. Она содержит компрессор для фреона, выход которого подключен к входу конденсатора, а вход - к выходу испарителя, выход конденсатора через дроссель подключен ко входу испарителя, испаритель помещен в емкость с водой, воздушный компрессор, выход которого расположен в емкости с водой под испарителем, вход емкости посредством трубопровода и насоса, снабженного таймером, соединен с источником воды, а выход емкости посредством трубопровода соединен со сливным водоемом.To achieve the specified technical result, it is proposed to use a heat pump heating system of the developed design. It contains a compressor for freon, the output of which is connected to the input of the condenser, and the input is connected to the output of the evaporator, the output of the condenser is connected through a choke to the input of the evaporator, the evaporator is placed in a container with water, an air compressor, the output of which is located in a container with water under the evaporator, the input The tank is connected to a water source through a pipeline and a pump equipped with a timer, and the outlet of the tank is connected to a drainage pond through a pipeline.
В одном из вариантов реализации разработанного технического решения теплообменник фреон-вода (конденсатор) выполняют в виде медной трубки, навитой в виде спирали и опущенной в бак, в котором выполнены патрубки для подачи и слива воды, а также организован подвод сжатого воздуха под уровень воды для интенсивного перемешивания воды.In one of the implementation options of the developed technical solution, the freon-water heat exchanger (condenser) is made in the form of a copper tube, wound in the form of a spiral and lowered into a tank in which pipes are made for supplying and draining water, and also a compressed air supply is organized under the water level for intensive mixing of water.
В другом варианте реализации разработанного технического решения перемешивание воды осуществляют импеллером.In another embodiment of the developed technical solution, water is mixed using an impeller.
В дальнейшем конструкция будет рассмотрена с использованием графического материала, при этом использованы следующие обозначения: фреоновый компрессор 1, конденсатор (горячий теплообменник) 2, дроссель 3, испаритель (горячий теплообменник) 4, бак 5, подводящий трубопровод 6, насос 7, таймер 8, водозабор 9, отводящий трубопровод 10, сливной водоем 11, воздушный компрессор 12.In the future, the design will be examined using graphic material, with the following designations used:
Работа системы происходит следующим образом. Компрессор фреоновый 1 сжимает и нагревает газообразный фреон, который подается в конденсатор (горячий теплообменник) 2, где отдает тепло потребителю и конденсируется. Далее жидкий фреон поступает в дроссель 3, где происходит падение давления фреона и его охлаждение до отрицательных температур. Далее фреон поступает в испаритель (холодный теплообменник) 4, где за счет тепла находящейся в баке 5 воды фреон испаряется и возвращается в компрессор фреоновый 1. В бак 5 вода по подводящему трубопроводу 6 насосом 7, режим работы которого задается таймером 8, подается из водозабора 9. Через сливной трубопровод 10 охлажденная вода сливается в сливной водоем 11. Воздушный компрессор 12 подает в бак 5 под испаритель 4 воздух для интенсивного перемешивания воды и интенсификации теплообмена.The system works as follows. Freon
В качестве источника воды может быть колодец, скважина, открытый водоем. В качестве сливного водоема может быть расположенный отдельно от источника колодец, скважина, открытый водоем.The source of water can be a well, borehole, or open reservoir. The drainage reservoir can be a well, a borehole, or an open reservoir located separately from the source.
Насос 7 включается на время, достаточное для заполнения бака 5 теплой водой из водозабора 9. В баке 5 вода охлаждается, отдавая тепловую энергию испарителю 4. Через промежуток времени, достаточный для охлаждения воды в баке 5 до температуры примерно +1°С таймер 8 включает насос 7, охлажденная вода вытесняется теплой и сливается через сливной трубопровод 10 в сливной водоем 11. Для предотвращения обмерзания испарителя (холодного теплообменника) 4 воздушный компрессор 12 подает в бак 5 воздух для интенсивного перемешивания воды.The
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2809315C1 true RU2809315C1 (en) | 2023-12-11 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU56502U1 (en) * | 2006-01-25 | 2006-09-10 | Виктор Николаевич Курдюков | INSTALLATION OF A SUBMERSIBLE PUMP WITH A DELTA-OZK DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL |
JP2011007343A (en) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Corona Corp | Geothermal heat utilization heat pump type water heater |
JP2019211192A (en) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 株式会社エコ・プランナー | Water-cooled heat pump air-conditioning and hot water supply device |
EP3594588A1 (en) * | 2017-03-09 | 2020-01-15 | Mitsubishi Electric Corporation | Geothermal heat pump device |
CN110793237A (en) * | 2018-08-01 | 2020-02-14 | 祁同刚 | Low-grade waste heat recycling technology |
RU2749080C1 (en) * | 2020-01-09 | 2021-06-03 | Александр Григорьевич Плехов | Heat pump (versions) |
RU212485U1 (en) * | 2022-05-31 | 2022-07-26 | Общество с ограниченной ответственностью "АГРАД" | DEVICE FOR AUTOMATIC SANITATION OF TANKS OF INSTALLATIONS FOR FILLING DRINKING WATER |
CN115095374A (en) * | 2022-06-21 | 2022-09-23 | 中国矿业大学 | Energy coupling system for mine cooling, sealed storage and heat pump heat extraction |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU56502U1 (en) * | 2006-01-25 | 2006-09-10 | Виктор Николаевич Курдюков | INSTALLATION OF A SUBMERSIBLE PUMP WITH A DELTA-OZK DEVICE FOR AUTOMATIC CONTROL |
JP2011007343A (en) * | 2009-06-23 | 2011-01-13 | Corona Corp | Geothermal heat utilization heat pump type water heater |
EP3594588A1 (en) * | 2017-03-09 | 2020-01-15 | Mitsubishi Electric Corporation | Geothermal heat pump device |
JP2019211192A (en) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | 株式会社エコ・プランナー | Water-cooled heat pump air-conditioning and hot water supply device |
CN110793237A (en) * | 2018-08-01 | 2020-02-14 | 祁同刚 | Low-grade waste heat recycling technology |
RU2749080C1 (en) * | 2020-01-09 | 2021-06-03 | Александр Григорьевич Плехов | Heat pump (versions) |
RU212485U1 (en) * | 2022-05-31 | 2022-07-26 | Общество с ограниченной ответственностью "АГРАД" | DEVICE FOR AUTOMATIC SANITATION OF TANKS OF INSTALLATIONS FOR FILLING DRINKING WATER |
CN115095374A (en) * | 2022-06-21 | 2022-09-23 | 中国矿业大学 | Energy coupling system for mine cooling, sealed storage and heat pump heat extraction |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7827814B2 (en) | Geothermal water heater | |
US9267711B1 (en) | System and method for increasing the efficiency of a solar heating system | |
US4383419A (en) | Heating system and method | |
CN101581515A (en) | Heat pump type refrigerating and heating equipment and hot water pool and cold water pool | |
JP2010038507A (en) | Heat pump utilizing underground heat reserve | |
JP5067958B2 (en) | Geothermal heat pump system and water heat pump system | |
CN102705927A (en) | Ice storage and heat storage ultralow temperature heat pump air conditioner | |
JP5751599B2 (en) | Hot water heating / cooling system | |
RU2809315C1 (en) | Heat pump heating system | |
RU2412401C1 (en) | Heating system of domestic building | |
JP6060463B2 (en) | Heat pump system | |
Kanog˘ lu et al. | Incorporating a district heating/cooling system into an existing geothermal power plant | |
KR20120032620A (en) | Cooling/heating equipment using saline underground water | |
JP6164537B2 (en) | Cold / heat generator | |
RU2239129C1 (en) | Method of heat supply | |
KR101337353B1 (en) | Heat pump system using water for irrigation of golf course reservoir | |
RU128288U1 (en) | HEAT PUMP HEAT COOLING SYSTEM | |
RU2645203C1 (en) | Microclimate automatic control system in the animals placement rooms | |
RU2738527C1 (en) | Heat pump system for heating and cooling of rooms | |
CN204460546U (en) | A kind of air-conditioning system utilizing lake and reservoir deep low-temperature water | |
KR20150029109A (en) | Cooling-heating system by double pond | |
RU2206026C1 (en) | Heat-pump plant for heating and hot-water supply | |
RU2767253C1 (en) | Air conditioning system using natural source cold | |
NYERS et al. | DOMESTIC HOT WATER PRODUCTION USING A GEOTHERMAL HEAT PUMP | |
CN107461963B (en) | Large-caliber closed ground source heat pump integrated system |