WO2021112810A1 - Система отопления и охлаждения здания - Google Patents
Система отопления и охлаждения здания Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021112810A1 WO2021112810A1 PCT/UA2020/000104 UA2020000104W WO2021112810A1 WO 2021112810 A1 WO2021112810 A1 WO 2021112810A1 UA 2020000104 W UA2020000104 W UA 2020000104W WO 2021112810 A1 WO2021112810 A1 WO 2021112810A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- heat exchanger
- freon
- heating
- external
- water
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D10/00—District heating systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
-
- 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
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/17—District heating
Definitions
- the pluses of water heating include the fact that water is an almost ideal heat carrier. It is available everywhere and is inexpensive. At the same time, it has excellent indicators of heat capacity and thermal conductivity. Capable of absorbing 4000 times more heat than air. Accordingly, it transports and releases it in large enough quantities. Therefore, a water heating system is able to create the most comfortable temperature conditions in any room, or even in a separate area of a common room, especially through the use of low potential heating / cooling systems such as a water warm / cold floor (ceiling, wall).
- the main disadvantage of water heating is the high cost of fuel, usually gas, which, in comparison with electricity, costs several times more, and the inability to work in cooling mode. That is, to cool the room during warm seasons, you need to install additional equipment, for example, an air conditioner.
- the technical result of the proposed technical solution is seen in ensuring uniform heating of the building with zoning in heating mode, in reducing capital costs for equipment installation and in reducing energy consumption costs during the operation of the system.
- the system operates in two types of heat exchange - for heating and for cooling.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Abstract
Техническое решение относится к теплоэнергетике и может быть применено в качестве системы отопления и охлаждения зданий различного назначения, использующих систему водяного отопления. Система отопления и охлаждения здания содержит сплит-систему, включающую внутренний блок с внутренним теплообменником и внешний блок, содержащий компрессор, соединенный нагнетательным и всасывающим патрубками с четырехходовым клапаном, который с помощью соединительных патрубков присоединен к внешнему теплообменнику, а к внутреннему блоку и внешнему теплообменнику присоединен патрубок с дросселирующим устройством. Внешний и внутренний теплообменники имеют конструктивное исполнение "фреон- воздух". Дополнительно содержит промежуточный теплообменник "фреон-вода", который подключен к системе в разрезе газовой трубы между внешним и внутренним блоками, а по водяной части подключен к системе водяного отопления здания. В качестве сплит-системы применен любой кондиционер, состоящий из не менее чем двух блоков, или любой холодильник, работающий с использованием фреона по принципу «цикла Карно».
Description
СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ЗДАНИЯ
Техническое решение относится к теплоэнергетике и может быть применено в качестве системы отопления и охлаждения зданий различного назначения, использующих систему водяного отопления.
Эффективное отопление и охлахедение зданий - одна из основных составляющих современного комфортного дома. При выборе системы, которая обеспечит теплом и охлаждением любое здание, необходимо учитывать множество составляющих: цену на оборудование и монтаж системы, стоимость эксплуатации, доступность топлива и др.
Существуют следующие виды отопления по типу теплоносителя - водяные (жидкостные), воздушные, паровые, комбинированные. Каждый из указанных видов имеет свои плюсы и минусы в использовании.
Классическим видом отопления здания является водяное отопление, в состав которого входит источник тепла (чаще всего отопительный котел), система трубопроводов, радиаторы, циркуляционный насос, иногда - внешние датчики температуры, термостаты, контроллеры и др. Работает система водяного отопления следующим образом: вода, которая проходит через теплообменник котла или другого источника тепла, нагревается до нужной температуры, а затем по трубопроводам подается в отапливаемое помещение. Через трубы и радиаторы отдает свое тепло в окружающее пространство, охлаждается и возвращается обратно в нагревательное устройство (источник - https://xn-- e1aamjjfht.com.ua/articles/vodjanoe-otoplenie-pljusy-i-minusy/).
К плюсам водяного отопления относится то, что вода - практически идеальный теплоноситель. Она везде доступна и стоит недорого. При этом обладает отличными показателями теплоемкости и теплопроводности. Способна поглощать в 4000 раз больше тепла, чем воздух. Соответственно, транспортирует и выделяет его в достаточно больших количествах. Поэтому, водяная система отопления способна создать наиболее комфортные температурные условия в любом помещении, или даже в отдельной зоне общего помещения, особенно за счет использования низко потенциальных систем обогрева/охлаждения типа водяной теплый/холодный пол (потолок, стена).
Основным недостатком водяного отопления является высокая стоимость топлива, обычно газа, который, по сравнению с электричеством, стоит в несколько раз больше, и невозможность работать в режиме охлаждения. То есть, для охла>кдения помещения в теплое время года необходимо устанавливать дополнительное оборудование, например, кондиционер.
Существуют альтернативные методы отопления и охлаждения, которые используют кондиционеры или тепловые насосы - устройства для переноса тепловой энергии от источника низко потенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой. Так известный воздушный реверсивный кондиционер - отопитель "воздух-воздух”, содержащий внутренний блок стандартной сплит-системы со встроенным воздушным теплообменником, циркуляционным вентилятором, дефлекторами для управления направлениям потоков воздуха, прошедшего через теплообменник, электронную систему управления работой прибора в различных режимах нагрева- охлаждения, внешний блок стандартной сплит-системы, которая содержит компрессор нагнетания фреона, систему трубчатых каналов для перекачки фреона, четырехходовой клапан для изменения направлений потоков фреона между двумя теплообменниками системы, капиллярную трубку-дроссель для дросселирования фреона [Инструкция по эксплуатации сплит-системы DSH 95 R / L, DSH 105 R / L, DSH 135 R / L, DSH 195 R / L, DSH 265 R / L, DSH 300 R / L, DSH 360 R / L ", АЕ25, 2020329А4062, Ред. 24.08. 06 с.4. "Строение кондиционера"].
Преимуществами работы этой сплит-системы является то, что кондиционер может работать как в режиме охлаждения, так и в режиме обогрева. Основным недостатком ее работы является то, что эта система воздушного отопления создает относительно комфортные условия лишь в том помещении, где расположен внутренний блок системы (или нужна дополнительная система воздуховодов и вентиляторов для распределения воздуха по нескольким помещениям). И, как для любой воздушной системы отопления, основными недостатками являются:
1) значительная неравномерность температурного поля воздуха в помещении;
2) значительная скорость движения воздуха в помещении;
3) значительная шумность работы внутреннего блока.
За ближайший аналог была избрана установка отопления и охлаждения помещений "Экогеотерм- Г [UA Nfi 114651, F24D 3/00, 11.03.2017], включающая внутренний блок сплит-системы с внутренним теплообменником и внешний блок, содержащий компрессор, соединенный нагнетательным и всасывающим патрубками с четырехходовым клапаном, который с помощью соединительных патрубков присоединен к внешнему теплообменнику, а к внутреннему блоку и внешнему теплообменнику присоединена трубка-дроссель. Внешний теплообменник выполнен водяным в виде контура из двух коаксиальных трубок - внутренней для фреона и внешней для воды, причем теплообменник снаружи изолирован утеплителем и расположен в помещении.
Основными преимуществами ближайшего аналога по сравнению с предыдущими техническими решениями является высокий уровень коэффициента полезного действия, низкие энергозатраты и функциональная независимость от температуры внешней среды.
К недостаткам относится невозможность равномерного прогрева здания при наличии зонирования на отдельные комнаты и высокий шум воздуха, прокачиваемого через внутренний теплообменник, а также значительная скорость движения воздушной массы в зоне нахождения человека, что не соответствует требованиям комфорта.
В основу заявляемого технического решения поставлена задача путем изменения источника нагрева/охлаждения теплоносителя повысить энергоэффективность системы отопления/охлаждения здания, при сохранении высоких требований к комфортному микроклимату за значительно меньшую стоимость.
Поставленная задача решается тем, что в системе отопления и охлаждения здания, которая содержит сплит систему, включающую внутренний блок с внутренним теплообменником и внешний блок, содержащий компрессор, соединенный нагнетательным и всасывающим патрубками с четырехходовым клапаном, который с помощью соединительных патрубков присоединен к внешнему теплообменнику, а к внутреннему блоку и внешнему теплообменнику присоединен патрубок с дросселирующим устройством, согласно техническому решению, внешний и внутренний теплообменники имеют конструктивное исполнение "фреон- воздух" и дополнительно оснащены промежуточным теплообменником "фреон-
вода", который подключают к системе в разрезе газовой трубы между внешним и внутренним блоками, а по водяной части подключают к системе водяного отопления.
Согласно техническому решению, как сплит-систему применяют любой кондиционер, состоящий из не менее чем двух блоков, или любой холодильник, работающий с использованием фреона по принципу «цикла Карно».
Технический результат предложенного технического решения усматривается в обеспечении равномерного прогрева здания с зонированием в режиме отопления, в снижении капитальных затрат на установку оборудования и в уменьшении затрат на энергопотребление в процессе эксплуатации системы.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом, существует следующая причинно-следственная связь.
Выполнение внешнего и внутреннего теплообменников типа "фреон-воздух" позволяет применять в работе системы любой сплит-кондиционер, или холодильник, работающий с использованием фреона по принципу «цикла Карно», которые в теплое время года работают в режиме охлаждения здания.
Дополнительное оснащение системы промежуточным теплообменником "фреон-вода", а также его подключение к системе в разрезе газовой трубы между внешним и внутренним блоками, а по водной части - к системе водяного отопления, позволяет отдавать тепловую или холодильную энергию в водяную систему, в зависимости от режима работы сплит-системы.
То есть, кондиционер (или холодильник, который работает с использованием фреона по принципу «цикла Карно»), которий в 3-5 раз дешевле теплового насоса, в сочетании с системой водяного отопления не теряет своей функциональности и использует тепловую или холодильную энергию с гораздо более выгодным коэффициентом энергоэффекгивности, чем традиционные варианты котлов (газовые, электрические, твердотопливные и т.д.).
Техническое решение объясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 - вариант подключения сплит-системы к водяной системе отопления;
Фиг. 2 - схематическое изображение моновалентной системы отопления с теплообменным блоком.
Фиг. 3 - схематическое изображение бивалентной системы отопления с теплообменным блоком.
Система отопления и охлаждения здания состоит из магистральных трубопроводов подачи и обратной линии водяной системы отопления 1, сплит- системы, включающей внутренний блок 2 и внешний блок 3, и теплообменника "фреон-вода" 4. Как сплит-систему используют любой сплит - кондиционер (или любой холодильник, работающий с использованием фреона по принципу «цикла Карно»), внутренний блок 2 которого содержит внутренний теплообменник 5, а внешний блок 3 содержит компрессор 6, который соединен нагнетающим и обратным трубопроводами с четырехходовым клапаном 7, который с помощью соединительных патрубков присоединен к внешнему теплообменнику 8. Внешний теплообменник 8 внешнего блока 3 соединен с внутренним теплообменником 5 внутреннего блока 2 с помощью патрубка с дросселирующим устройством 9. При этом внешний теплообменник 8 внешнего блока 3 и внутренний теплообменник 5 внутреннего блока 2 имеет конструктивное исполнение "фреон-воздух". Дополнительный промежуточный теплообменник "фреон-вода" 4 подключен к системе в разрезе газовой трубы между наружным блоком 3 и внутренним блоком 2, а по водяной части подключен к системе водяного отопления.
Работает система следующим образом.
Система работает в двух вариантах теплообмена - на обогрев и на охлаждение.
Вариант работы на обогрев:
Сплит-система включается в режим обогрева. Горячий фреон движется от внешнего блока 3 к внутреннему блоку 2 по газовой трубе. Сначала он попадает в дополнительный промежуточный теплообменник "фреон-вода" 4, где отдает свою тепловую энергию воде в систему отопления. При этом фреон конденсируется и превращается в жидкость. Далее фреон попадает во внутренний блок 2, где его температура уже значительно ниже. Автоматика сплит-системы при слишком низкой температуре фреона иногда вообще не включает вентилятор внутреннего блока 2. Таким образом энергоэффективность работы любого кондиционера повышается на 15 - 20% за счет большего отбора тепла от фреона. Если температура фреона становится достаточной для автоматики, тогда включается
вентилятор внутреннего блока 2 и остатки тепловой энергии отбираются от фреона через внутренний теплообменник 5 внутреннего блока 2.
В качестве примера энергоэффективности, сравним работу классической водяной системы отопления с заявленной системой отопления и охлаждения здания при работе на обогрев. Помещение площадью 100 м2 с тепловым показателем по теплозатратам Рмакс = 70 Вт / м2 в среднем за 1 месяц потребляет тепла 2520 кВт, за отопительный сезон - 15120 кВт. При использовании электрического котла вышеуказанные расходы тепла эквивалентны потраченным кВт*часам электроэнергии.
При использовании в таком помещении заявленного технического решения расходы электроэнергии составят 570-840 кВт*ч за 1 месяц, за отопительный сезон - 3420-5040 кВт*ч. Конкретные показатели зависят от характеристики сплит- системы, задействованной в системе отопления. При этом сплит-система сохраняет все свои стандартные функциональные возможности.
Вариант работы на охлаждение:
Сплит-система включается в режим охлаждения. Холодный фреон в жидком состоянии движется от внешнего блока 3 к внутреннему блоку 2 по тонкой жидкостной трубе. Во внутреннем блоке 2 фреон нагревается на 5-8 °С, превращаясь в газ. На обратном пути к внешнему блоку 3 холодный фреон с температурой 9-11 °С попадает в теплообменник "фреон-вода" 4, где отдает воде еще значительную часть холодильной энергии, охлаждая воду до температуры 15- 18 °С. Таким образом энергоэффективность работы любого кондиционера повышается на 15 - 20% за счет большего отбора холода от фреона.
Claims
1. Система отопления и охлаждения здания, содержащая сплит-систему, включающую внутренний блок с внутренним теплообменником и внешний блок, содержащий компрессор, соединенный нагнетательным и всасывающим патрубками с четырехходовым клапаном, который с помощью соединительных патрубков присоединен к внешнему теплообменнику, а к внутреннему блоку и внешнему теплообменнику присоединен патрубок с дросселирующим устройством, отличающаяся тем, что внешний и внутренний теплообменники имеют конструктивное исполнение "фреон-воздух" и дополнительно содержит промежуточный теплообменник "фреон-вода", который подключен к системе в разрезе газовой трубы между внешним и внутренним блоками, а по водной части подключен к системе водяного отопления здания.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что, в качестве сплит-системы использован любой кондиционер, состоящий из не менее чем двух блоков.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве сплит-системы использован любой холодильник, работающий с использованием фреона по принципу «цикла Карно».
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201911685 | 2019-12-05 | ||
| UAA201911685 | 2019-12-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021112810A1 true WO2021112810A1 (ru) | 2021-06-10 |
Family
ID=76221797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/UA2020/000104 WO2021112810A1 (ru) | 2019-12-05 | 2020-12-03 | Система отопления и охлаждения здания |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2021112810A1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2426956C2 (ru) * | 2006-04-11 | 2011-08-20 | Гри Электрик Эплайнсес Инк. Оф Жухай | Система кондиционирования воздуха с использованием теплового насоса и способ управления упомянутой системой |
| RU2433359C2 (ru) * | 2005-11-16 | 2011-11-10 | Кодеда Клинтек Аб, | Теплонасосная система |
| RU2564225C1 (ru) * | 2014-08-05 | 2015-09-27 | Алексей Юрьевич Кочубей | Сплит-система |
| RU2646684C1 (ru) * | 2017-03-10 | 2018-03-06 | Василий Борисович Тютин | Плавучий дом |
-
2020
- 2020-12-03 WO PCT/UA2020/000104 patent/WO2021112810A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2433359C2 (ru) * | 2005-11-16 | 2011-11-10 | Кодеда Клинтек Аб, | Теплонасосная система |
| RU2426956C2 (ru) * | 2006-04-11 | 2011-08-20 | Гри Электрик Эплайнсес Инк. Оф Жухай | Система кондиционирования воздуха с использованием теплового насоса и способ управления упомянутой системой |
| RU2564225C1 (ru) * | 2014-08-05 | 2015-09-27 | Алексей Юрьевич Кочубей | Сплит-система |
| RU2646684C1 (ru) * | 2017-03-10 | 2018-03-06 | Василий Борисович Тютин | Плавучий дом |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8122944B2 (en) | Combined potable water-surface heating and cooling system | |
| US8397799B2 (en) | Automatic switching two pipe hydronic system | |
| CN103047796B (zh) | 单元式空调地暖机及其电气控制方法 | |
| CN110360618A (zh) | 厨房空气调节系统 | |
| CN203011004U (zh) | 单元式空调地暖机 | |
| US20150267923A1 (en) | Solar heating and central air conditioning with heat recovery system | |
| CN204806546U (zh) | 空气源热泵顶板辐射直接蒸发供冷暖系统 | |
| CN113790479B (zh) | 一种具有除湿及热水功能的热泵空调 | |
| CN103776114A (zh) | 直接膨胀式热泵型综合用能系统及其控制方法 | |
| CN103453691A (zh) | 三合一冷暖空调与热水供应装置 | |
| US20230358415A1 (en) | Integrated space conditioning and water heating/cooling systems and methods thereto | |
| CN113294912A (zh) | 一种水系统耦合的热泵热水器和温控总成 | |
| KR20100005250A (ko) | 히트펌프식 냉난방 및 냉온수 공급 시스템 | |
| CN203518317U (zh) | 一种多用途家用空气源热泵 | |
| WO2021112810A1 (ru) | Система отопления и охлаждения здания | |
| CN215175460U (zh) | 一种家用地暖空调两联供系统 | |
| KR20060093329A (ko) | 공기중의 열에너지를 이용한 열펌프식 온수기 | |
| CN204165264U (zh) | 一种用于辐射空调的制冷系统 | |
| CN110986202A (zh) | 精确控制的工质直膨地板供暖供冷风管机除湿的装置 | |
| CN107702372B (zh) | 一种可实现制冷、制热、制热水功能的空气源热泵热水器 | |
| CN2926896Y (zh) | 水冷式一机拖多机空调装置 | |
| KR20080074691A (ko) | 히트펌프형 냉온수 공급시스템 | |
| ENERGY | Heat pump | |
| CN203687450U (zh) | 直接膨胀式热泵型综合用能系统 | |
| CN213577819U (zh) | 一种基于水水热泵的节能装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20896901 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20896901 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 25/10/2022) |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20896901 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |