RU2657209C1

RU2657209C1 - Rooms heating and hot water supply heat pump system

Info

Publication number: RU2657209C1
Application number: RU2017106053A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Сучилин; Алексей Сергеевич Кочетков; Николай Николаевич Губанов
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2018-06-08

Abstract

FIELD: motors and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to heating systems with heat pumps using heat from the natural or artificial origin low-temperature sources to produce water suitable for the autonomous heating and hot water supply in residential buildings. Heat pump pant comprises heat pump including evaporator assembly, condenser assembly, compressor and expansion valve, as well as external horizontal ground loop with the ground heat exchanger, internal circuit with heating devices and solar collector with heat exchanger and hot water tank, and differs in that the external horizontal ground loop ground heat exchanger is made in the form of unit from the coaxially arranged pipes, through which liquid heat transfer media circulate, wherein the ground heat exchanger inner tubes are connected to the solar collector heat exchanger assembly, and the ground heat exchanger outer tubes are connected to the heat pump evaporator assembly.

EFFECT: increase in the compression type heat pump system efficiency, operating by the ground-water scheme for the rooms heating and hot water supply.

8 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к системам отопления с тепловыми насосами, использующим тепло низкотемпературных источников естественного или искусственного происхождения для получения воды, пригодной для автономного отопления и горячего водоснабжения в жилых домах.The invention relates to heating systems with heat pumps using the heat of low-temperature sources of natural or artificial origin to produce water suitable for autonomous heating and hot water supply in residential buildings.

При длительной эксплуатации автономных систем отопления и горячего водоснабжения с использованием тепловых насосов возникает проблема снижения эффективности работы теплонасосной установки (ТНУ) вследствие постепенного переохлаждения грунта в зоне теплообменника внешнего грунтового контура и снижения температуры теплоносителя на входе в испаритель теплового насоса.During long-term operation of autonomous heating and hot water supply systems using heat pumps, the problem of reducing the efficiency of the heat pump installation (HPU) arises due to the gradual hypothermia of the soil in the heat exchanger zone of the external soil circuit and a decrease in the temperature of the coolant at the inlet to the heat pump evaporator.

Предложены различные технические решения, повышающие стабильность и эффективность работы ТНУ. В основном, такие решения связаны с усложнением схем ТНУ, что приводит к существенному удорожанию, снижению надежности и доступности таких систем теплоснабжения.Various technical solutions are proposed that increase the stability and efficiency of the TNU. Basically, such solutions are associated with the complication of HPP circuits, which leads to a significant increase in cost, a decrease in the reliability and availability of such heat supply systems.

Известна геотермальная теплонасосная система (патент РФ №2591362) [1], содержащая теплонасосное оборудование и систему сбора низкопотенциальной теплоты грунта, состоящую из двух и более зон, параллельно подключенных к теплонасосному оборудованию, каждая из которых, в свою очередь, содержит один и более вертикальных герметичных грунтовых теплообменников коаксиального типа с внутренней трубой, покрытой теплоизолирующим слоем пористого материала с замкнутыми порами, имеющего эластичные свойства. Каждая из зон системы сбора имеет гидравлически обособленный циркуляционный контур, соединенный с содержащим запас теплоносителя баком через питательный насос с обратным клапаном и байпасной линией, содержащей электроуправляемый сбросной вентиль, причем в каждой зоне питательный насос и сбросной клапан для автоматического управления подключены к контроллеру, соединенному с датчиком температуры на выходе из соответствующей зоны термоскважин.Known geothermal heat pump system (RF patent No. 2591362) [1], containing heat pump equipment and a low-potential soil heat collection system, consisting of two or more zones connected in parallel to heat pump equipment, each of which, in turn, contains one or more vertical coaxial sealed soil heat exchangers with an inner pipe coated with a heat-insulating layer of porous material with closed pores having elastic properties. Each of the zones of the collection system has a hydraulically isolated circulation circuit connected to the tank containing the coolant supply through a feed pump with a non-return valve and a bypass line containing an electrically operated relief valve, and in each zone the feed pump and the relief valve for automatic control are connected to a controller connected to temperature sensor at the exit from the corresponding zone of thermal wells.

Обеспечение постоянной работы двух и более зон должно осуществляться посредством автоматического регулирования теплосъема в зависимости от теплового состояния соответствующих участков грунтового массива. Для этого необходимо автоматически регулировать расход теплоносителя через термоскважины различных зон, причем в качестве регулирующего органа предлагается использовать слой теплоизоляционного материала с закрытыми порами, нанесенный на внутреннюю трубу вертикального коаксиального грунтового теплообменника (термоскважины) и выполненный из эластичного материала.Ensuring the continuous operation of two or more zones should be carried out by automatically controlling the heat removal depending on the thermal state of the corresponding sections of the soil mass. To do this, it is necessary to automatically adjust the flow rate of the coolant through the thermal wells of various zones, and it is proposed to use a closed-cell thermal insulation material layer deposited on the inner tube of a vertical coaxial soil heat exchanger (thermal well) and made of an elastic material as a regulatory body.

Сложность структуры данной теплонасосной системы, необходимость обустройства значительного количества скважин требуют больших материальных затрат и сложных монтажных работ, снижают надежность функционирования системы. Кроме того, регулирование зазора для прохождения теплоносителя в трубе с помощью эластичного материала со свойством автоматического изменения объема приведет к отказам системы при эксплуатации по причине неизбежного изменения свойств и загрязнения такого эластичного материала.The complexity of the structure of this heat pump system, the need to equip a significant number of wells require large material costs and complex installation work, reduce the reliability of the system. In addition, the regulation of the gap for the passage of coolant in the pipe using an elastic material with the property of automatic volume change will lead to system failures during operation due to the inevitable change in the properties and contamination of such an elastic material.

Известна также система автономного теплоснабжения потребителей с использованием низкопотенциального источника тепла и электроснабжения от возобновляемых источников энергии (патент РФ №2350847) [2]. 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.Also known is a system of autonomous heat supply to consumers using a low-potential source of heat and electricity from renewable energy sources (RF patent No. 2350847) [2]. 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 system for controlling heat fluxes of the system, liquid pumps for pumping heat carriers and hot water supply.

Повышение эффективности системы теплоснабжения 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.An increase in the efficiency of the heat supply system is achieved through the use of solar energy to heat the coolant in the low-potential coolant circulation circuit during the heating season with low solar radiation intensity and restore the temperature regime of the wells during the heating season with the simultaneous generation of heat for hot water supply using solar collectors and using the potential of chilled wells for cooling the premises, as well as ensuring the independence of the heating system tions from the centralized system of power supply.

Данная система предусматривает расположение внешнего грунтового контура в скважинах. Необходимость обустройства скважин приводит к значительному удорожанию системы с ТНУ, снижает ремонтопригодность теплообменника внешнего контура. Кроме того, малый объем низкотемпературного теплоносителя теплообменников в скважинах не позволит восстановить тепловой потенциал окружающего грунта за летний период, а это, в свою очередь, не позволит подключать дополнительные потребители тепловой энергии, например, обогрев теплиц и т.д., что снижает востребованность в таких системах.This system provides for the location of the external soil circuit in the wells. The need to equip the wells leads to a significant increase in the cost of the system with HPU, reduces the maintainability of the external circuit heat exchanger. In addition, the small volume of the low-temperature coolant heat exchangers in the wells will not allow to restore the thermal potential of the surrounding soil during the summer period, and this, in turn, will not allow connecting additional consumers of thermal energy, for example, heating greenhouses, etc., which reduces the demand for such systems.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению является система автономного обогрева помещений (патент РФ на полезную модель №140455) [3]. Цель полезной модели - повышение эффективности отопительной системы путем снижения переохлаждения грунта в месте расположения грунтового теплообменника.Closest to the claimed technical solution is an autonomous heating system (RF patent for utility model No. 140455) [3]. The purpose of the utility model is to increase the efficiency of the heating system by reducing soil hypothermia at the location of the soil heat exchanger.

Система включает контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя с грунтовым теплообменником, вход которого связан с выходом испарителя теплового насоса и систему отопления, содержащую конденсатор теплового насоса, соединенный трубопроводом с отопительными приборами, и дополнительно снабжена вторым грунтовым теплообменником и устройством переключения, включающим два полых цилиндра, установленных вертикально, с размещенными внутри них конусообразными клапанами, сужающиеся части которых соединены со штоками поршней, днища поршней размещены в герметичных сосудах с газом, расположенных в нижних частях полых цилиндров, соединенных с выходами грунтовых теплообменников, а над полыми цилиндрами расположено коромысло, ось которого находится посредине между полыми цилиндрами, при этом расширяющиеся части конусообразных клапанов посредством шарнирных связей соединены с плечами коромысла, на котором закреплена герметичная трубка с размещенным в ней шариком, причем верхние части полых цилиндров соединены трубопроводом со входом испарителя теплового насоса, а грунтовые теплообменники размещены на расстоянии 5…25 м друг от друга.The system includes a low-potential coolant circulation circuit with a soil heat exchanger, the input of which is connected to the output of the heat pump evaporator and a heating system containing a heat pump condenser connected by a pipe to heating devices, and is additionally equipped with a second soil heat exchanger and a switching device that includes two hollow cylinders mounted vertically with conical valves placed inside them, the tapered parts of which are connected to the piston rods, the bottom of the pores it is placed in sealed vessels with gas located in the lower parts of the hollow cylinders connected to the exits of the ground heat exchangers, and above the hollow cylinders there is a rocker whose axis is located in the middle between the hollow cylinders, while the expanding parts of the cone-shaped valves are connected through the joints with the arms of the rocker arm, on which a sealed tube is fixed with a ball placed in it, and the upper parts of the hollow cylinders are connected by a pipe to the inlet of the heat pump evaporator, and the ground New heat exchangers are placed at a distance of 5 ... 25 m from each other.

В данной полезной модели повышение эффективности работы ТНУ с горизонтальным внешним контуром и грунтовым теплообменником обеспечивается за счет добавления второго грунтового теплообменника. Но при этом вдвое увеличивается площадь земельного участка, требуемого для размещения грунтовых теплообменников. Соответственно, возрастают и объемы земляных работ, необходимых для обустройства двух горизонтальных грунтовых контуров. Все это приводит к росту стоимости и снижению доступности таких систем с ТНУ, особенно для индивидуальных потребителей в частных домах.In this utility model, an increase in the efficiency of TNU with a horizontal external circuit and a soil heat exchanger is provided by adding a second soil heat exchanger. But at the same time, the land area required for the placement of soil heat exchangers doubles. Accordingly, the volume of earthwork required to equip two horizontal soil loops is also increasing. All this leads to an increase in cost and lower availability of such systems with HPI, especially for individual consumers in private homes.

Кроме того, предполагается, что восстановление теплового баланса грунта в зоне теплообменника временно отключенного горизонтального грунтового внешнего контура будет происходить только за счет естественного притока тепла от окружающих слоев грунта. Однако естественное восстановление теплового баланса грунта без организованного подвода тепловой энергии извне - процесс весьма длительный, и грунт в зоне отключенного теплообменника, особенно в зимнее время, может не успеть прогреться к моменту необходимости подключения этого грунтового внешнего контура. В результате, эффективность работы ТНУ, даже при наличии двух горизонтальных грунтовых внешних контуров, будет постепенно снижаться.In addition, it is assumed that the restoration of the heat balance of the soil in the heat exchanger zone of the temporarily disconnected horizontal soil external contour will occur only due to the natural heat influx from the surrounding soil layers. However, the natural restoration of the heat balance of the soil without an organized supply of thermal energy from the outside is a very lengthy process, and the soil in the zone of the disconnected heat exchanger, especially in winter, may not have time to warm up by the time it is necessary to connect this soil external circuit. As a result, the efficiency of TNU, even in the presence of two horizontal soil external circuits, will gradually decrease.

Также использование в полезной модели достаточно сложного устройства для переключения системы с одного горизонтального грунтового внешнего контура на другой приведет к снижению надежности работы и усложнит эксплуатацию теплонасосной установки.Also, the use in a utility model of a sufficiently complex device for switching the system from one horizontal soil external circuit to another will reduce the reliability of operation and complicate the operation of the heat pump installation.

Задачей предложенного изобретения является повышение эффективности теплонасосной системы компрессионного типа, работающей по схеме грунт-вода для отопления помещений и горячего водоснабжения.The objective of the proposed invention is to increase the efficiency of a heat pump system of compression type, operating according to the soil-water scheme for space heating and hot water supply.

Это достигается за счет того, что теплонасосная установка содержит тепловой насос, включающий узел испарителя, узел конденсатора, компрессор и расширительный вентиль, а также внешний горизонтальный грунтовый контур с грунтовым теплообменником, внутренний контур с отопительными приборами и солнечный коллектор с теплообменником и баком для горячей воды, и отличается тем, что грунтовый теплообменник внешнего горизонтального грунтового контура выполнен в виде блока из коаксиально расположенных труб, по которым циркулируют жидкие теплоносители, причем внутренние трубы грунтового теплообменника подсоединены к узлу теплообменника солнечного коллектора, а наружные трубы грунтового теплообменника подсоединены к узлу испарителя теплового насоса.This is achieved due to the fact that the heat pump installation contains a heat pump including an evaporator assembly, a condenser assembly, a compressor and an expansion valve, as well as an external horizontal soil circuit with a soil heat exchanger, an internal circuit with heating devices and a solar collector with a heat exchanger and a hot water tank , and differs in that the soil heat exchanger of the external horizontal soil circuit is made in the form of a block of coaxially arranged pipes through which liquid heat is circulated CITEL, wherein the inner tubes are connected to a soil heat exchanger of the solar collector assembly of the heat exchanger, and the outdoor heat exchanger tubes are connected to ground node heat pump evaporator.

Теплоносители в наружных и внутренних трубах грунтового теплообменника внешнего горизонтального грунтового контура могут двигаться в одном направлении. Также теплоносители в наружных и внутренних трубах грунтового теплообменника внешнего горизонтального грунтового контура могут двигаться в противоположных направлениях.The coolants in the outer and inner pipes of the soil heat exchanger of the external horizontal soil circuit can move in one direction. Also, the coolants in the outer and inner pipes of the soil heat exchanger of the external horizontal soil circuit can move in opposite directions.

Площади проходных сечений внешних труб на участке подсоединения к блоку испарителя могут не превышать площадей кольцевых зазоров между наружными и внутренними трубами в грунтовом теплообменнике.The cross-sectional areas of the outer pipes at the connection to the evaporator unit may not exceed the area of the annular gaps between the outer and inner pipes in the soil heat exchanger.

Скорости движения жидкого теплоносителя в грунтовом теплообменнике, а также на входе в узел испарителя и в соединяющих их трубопроводах могут быть одинаковы.The velocities of the liquid coolant in the soil heat exchanger, as well as at the entrance to the evaporator assembly and in the pipelines connecting them, can be the same.

Скорость движения жидкого теплоносителя в узле теплообменника солнечного коллектора может регулироваться в зависимости от температуры жидкого теплоносителя.The speed of movement of the liquid coolant in the node of the heat exchanger of the solar collector can be regulated depending on the temperature of the liquid coolant.

При этом в качестве жидкого теплоносителя в узле испарителя может быть использован рассол, а в качестве жидкого теплоносителя в узле теплообменника солнечного коллектора может быть использован антифриз.In this case, brine can be used as a liquid coolant in the evaporator assembly, and antifreeze can be used as a liquid coolant in the solar collector heat exchanger assembly.

Содержание заявленной теплонасосной системы отопления и горячего водоснабжения (ГВС) иллюстрируется ниже приведенными фигурами: фиг. 1 - общая принципиальная схема системы отопления и ГВС, фиг. 2 - принципиальная схема внешнего грунтового контура с грунтовым теплообменником, фиг. 3 - поперечное сечение внешних и внутренних труб грунтового теплообменника, фиг. 4 - продольное сечение внешних и внутренних труб грунтового теплообменника.The content of the claimed heat pump heating and hot water supply (DHW) is illustrated below by the following figures: FIG. 1 is a general schematic diagram of a heating and domestic hot water system, FIG. 2 is a schematic diagram of an external soil circuit with a soil heat exchanger, FIG. 3 is a cross section of the external and internal pipes of the soil heat exchanger, FIG. 4 is a longitudinal section of the external and internal pipes of the soil heat exchanger.

Теплонасосная система отопления и ГВС состоит (фиг. 1, 2) из теплового насоса 1, внешнего грунтового контура с грунтовым теплообменником 2, внутреннего контура для отопления помещения с теплообменником в виде приборов отопления - батарей 3, солнечного коллектора с теплообменником 4, бака для горячей воды 5.The heat pump heating and hot water system (Fig. 1, 2) consists of a heat pump 1, an external soil circuit with a ground heat exchanger 2, an internal circuit for heating a room with a heat exchanger in the form of heating devices - batteries 3, a solar collector with a heat exchanger 4, a hot tank water 5.

Грунтовый теплообменник 2 состоит из внешних труб 6, расположенных параллельно друг другу (фиг. 2) и внутренних труб 7, расположенных коаксиально по отношению к внешним трубам (фиг. 3, 4). Выходы внешних труб через общий коллектор соединены с входом в узел испарителя теплового насоса, а входы внешних труб через общий коллектор соединены с выходом из узла испарителя теплового насоса. Входы внутренних труб грунтового теплообменника через общий коллектор подсоединены к выходу узла теплообменника солнечного коллектора, а выходы внутренних труб грунтового теплообменника через коллектор подсоединены к входу узла теплообменника солнечного коллектора.The soil heat exchanger 2 consists of external pipes 6 located parallel to each other (Fig. 2) and internal pipes 7 located coaxially with respect to the external pipes (Fig. 3, 4). The outputs of the external pipes through a common collector are connected to the entrance to the heat pump evaporator assembly, and the inputs of the external pipes through the common collector are connected to the outlet of the heat pump evaporator assembly. The inputs of the internal pipes of the soil heat exchanger through a common collector are connected to the output of the node of the heat exchanger of the solar collector, and the outputs of the internal pipes of the soil heat exchanger through the collector are connected to the input of the node of the heat exchanger of the solar collector.

По внешним трубам 6 и по кольцевому зазору между трубами 6 и 7 (фиг. 4) движется низкотемпературный теплоноситель - рассол, а по внутренним трубам 7 движется низкотемпературный теплоноситель - антифриз.A low-temperature coolant — brine — moves along the outer pipes 6 and along an annular gap between the pipes 6 and 7 (Fig. 4), and a low-temperature coolant — antifreeze — moves along the inner tubes 7.

Теплонасосная система работает следующим образом.The heat pump system operates as follows.

Горячее водоснабжение помещений осуществляется от бака 5, вода в котором нагревается как от теплообменника солнечного коллектора 4, так и за счет тепловой энергии теплового насоса 1.Hot water supply of the premises is carried out from the tank 5, the water in which is heated both from the heat exchanger of the solar collector 4, and due to the thermal energy of the heat pump 1.

Система отопления помещений снабжается тепловой энергией от теплового насоса 1.The room heating system is supplied with thermal energy from the heat pump 1.

Во внешних трубах 6 грунтового теплообменника 2 циркулирует низкотемпературный теплоноситель - рассол, который нагревается от грунта до температуры +5…10°C. Антифриз, нагретый в теплообменнике солнечного коллектора 4, подается во внутренние трубы 7 грунтового теплообменника и дополнительно нагревает рассол, находящийся в зазоре между внешними и внутренними трубами грунтового теплообменника 2. Нагретый рассол поступает в узел испарителя теплового насоса, где передает тепло хладагенту. Пары хладагента поступают в компрессор, где сжимаются и нагреваются, а затем поступают в узел конденсатора, где конденсируются, отдавая тепло в отопительный контур и в контур ГВС. Дополнительный подогрев рассола перед подачей его на вход узла испарителя стабильно повышает эффективность работы теплонасосной системы, позволяя получать температуру воды в отопительном контуре до +60…65°C. Охлажденный рассол с температурой 0…+5°C из узла испарителя теплового насоса возвращается по внешним трубам 6 в грунтовый теплообменник 2, где вновь нагревается от тепла грунта и от антифриза, циркулирующего во внутренних трубах 7 грунтового теплообменника.In the outer pipes 6 of the soil heat exchanger 2, a low-temperature coolant circulates - brine, which is heated from the soil to a temperature of + 5 ... 10 ° C. Antifreeze heated in the heat exchanger of the solar collector 4 is fed into the internal pipes 7 of the soil heat exchanger and additionally heats the brine located in the gap between the external and internal pipes of the soil heat exchanger 2. The heated brine enters the evaporator unit of the heat pump, where it transfers heat to the refrigerant. Refrigerant vapor enters the compressor, where it is compressed and heated, and then enters the condenser assembly, where it condenses, transferring heat to the heating circuit and to the DHW circuit. Additional heating of the brine before feeding it to the inlet of the evaporator assembly steadily increases the efficiency of the heat pump system, allowing you to get the temperature of the water in the heating circuit to + 60 ... 65 ° C. The cooled brine with a temperature of 0 ... + 5 ° C from the unit of the heat pump evaporator returns through the external pipes 6 to the soil heat exchanger 2, where it is again heated by ground heat and from antifreeze circulating in the internal pipes 7 of the soil heat exchanger.

В процессе работы теплонасосной системы грунт вокруг грунтового теплообменника постепенно остывает. Однако в грунт через стенки внешних труб 6 грунтового теплообменника передается часть тепловой энергии рассола, постоянно нагреваемого от горячего антифриза, циркулирующего по внутренним трубам 7 грунтового теплообменника, при этом происходит восстановление энергетического потенциала грунта, окружающего грунтовый теплообменник. В результате, удается поддерживать высокую эффективность ТНУ, даже при ее длительной эксплуатации.During the operation of the heat pump system, the soil around the soil heat exchanger gradually cools. However, part of the heat energy of the brine constantly heated from hot antifreeze circulating through the inner pipes 7 of the soil heat exchanger is transferred to the soil through the walls of the outer pipes 6 of the soil heat exchanger, while the energy potential of the soil surrounding the soil heat exchanger is restored. As a result, it is possible to maintain high efficiency of HPI, even during its long-term operation.

В узле теплообменника солнечного коллектора установлен реверсивный жидкостный насос с регулируемой скоростью вращения (не показано).The solar collector heat exchanger assembly has a reversible fluid pump with an adjustable rotation speed (not shown).

Изменение направления движения антифриза по внутренним трубам 7 грунтового теплообменника относительно направления движения рассола по внешним трубам 6 дает возможность более эффективно управлять температурным режимом низкотемпературного теплоносителя - рассола. Кроме того, по сигналам от датчика температуры (не показано), установленного в узле теплообменнике солнечного коллектора, производится регулировка скорости вращения реверсивного жидкостного насоса. При этом изменяется скорость движения потока антифриза в теплообменнике солнечного коллектора и по внутренним трубам 7 грунтового теплообменника и, тем самым, регулируется объем тепловой энергии, передаваемой от теплоносителя - антифриза через стенки внутренних труб 7 теплоносителю - рассолу, циркулирующему в зазоре между внешними и внутренними трубами грунтового теплообменника. Регулировка скорости движения потока антифриза позволяет также предотвратить возможность перегрева и закипания антифриза в теплообменнике солнечного коллектораChanging the direction of movement of antifreeze through the inner pipes 7 of the soil heat exchanger relative to the direction of movement of the brine through the outer pipes 6 makes it possible to more effectively control the temperature regime of the low-temperature coolant - brine. In addition, the signals from the temperature sensor (not shown) installed in the node of the heat exchanger of the solar collector are used to adjust the rotation speed of the reversible liquid pump. In this case, the flow rate of the antifreeze flow in the solar collector heat exchanger and through the inner pipes 7 of the soil heat exchanger changes and, thereby, the volume of heat energy transferred from the coolant - antifreeze through the walls of the inner tubes 7 to the coolant - brine circulating in the gap between the outer and inner tubes is regulated soil heat exchanger. Adjusting the flow rate of the antifreeze flow also prevents the possibility of overheating and boiling of antifreeze in the solar collector heat exchanger

Площади проходных сечений внешних труб 6 грунтового теплообменника на участке подсоединения к блоку испарителя площадей выбираются таким образом, чтобы они были равны или были меньше площадей кольцевых зазоров между наружными и внутренними трубами в грунтовом теплообменнике. Такие размеры проходных сечений внешних труб 6, а также поддержание одинаковых скоростей движения потока теплоносителя - рассола в грунтовом теплообменнике, на входе в узел испарителя теплового насоса и в соединяющих их трубопроводах позволят предотвратить возможность возникновения гидроударов в контуре в случае быстрой остановки теплового насоса.The cross-sectional areas of the outer pipes 6 of the soil heat exchanger at the connection area to the area evaporator block are selected so that they are equal to or less than the annular gap areas between the outer and inner pipes in the soil heat exchanger. Such dimensions of the cross sections of the outer pipes 6, as well as maintaining the same flow rates of the coolant - brine in the soil heat exchanger at the inlet to the evaporator of the heat pump and in the pipelines connecting them, will prevent the possibility of water hammer in the circuit if the heat pump stops quickly.

Управление работой теплонасосной системы осуществляется контроллером (не показано).The operation of the heat pump system is controlled by a controller (not shown).

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность работы ТНУ при ее длительной эксплуатации без необходимости периодического отключения внешнего грунтового контура для восстановления теплового потенциала грунта. В результате, повышается степень загрузки и сокращается время простоя агрегатов ТНУ.Thus, the proposed technical solution allows to increase the efficiency of TNU during its long-term operation without the need for periodic shutdown of the external soil circuit to restore the thermal potential of the soil. As a result, the degree of loading is increased and the downtime of HPU units is reduced.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ на изобретение №2591362 от 20.07.2016. «Геотермальная теплонасосная система».1. RF patent for the invention No. 2591362 from 07.20.2016. "Geothermal heat pump system."

2. Патент РФ на изобретение №2350847 от 27.03.2009. «Система автономного теплоснабжения потребителей на основе установок с использованием низкопотенциальных геотермальных источников и возобновляемых источников энергии».2. RF patent for the invention No. 2350847 of 03/27/2009. "A system of autonomous heat supply to consumers based on installations using low-potential geothermal sources and renewable energy sources."

3. Патент РФ на полезную модель №140455 от 22.10. 2013. «Система автономного обогрева помещений».3. RF patent for utility model No. 140455 of 10.22. 2013. "System of Autonomous Heating of Premises."

Claims

1. A heat pump installation comprising a heat pump including an evaporator assembly, a condenser assembly, a compressor and an expansion valve, as well as an external horizontal soil circuit with a ground heat exchanger, an internal circuit with heating devices and a solar collector with a heat exchanger and a hot water tank, characterized in that the soil heat exchanger of the external horizontal soil circuit is made in the form of a block of coaxially arranged pipes through which liquid coolants circulate, and internal a decreasing soil heat exchanger connected to a solar collector assembly of the heat exchanger, and the outdoor heat exchanger tubes are connected to ground node heat pump evaporator.

2. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that the heat carriers in the outer and inner pipes of the soil heat exchanger of the external horizontal soil circuit move in one direction.

3. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that the heat carriers in the outer and inner pipes of the soil heat exchanger of the external horizontal soil circuit move in opposite directions.

4. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that the area of the flow cross sections of the external pipes at the connection to the evaporator unit does not exceed the area of the annular gaps between the external and internal pipes in the soil heat exchanger.

5. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that the speeds of movement of the liquid coolant in the soil heat exchanger, as well as at the entrance to the evaporator assembly and in the pipelines connecting them are the same.

6. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that the speed of movement of the liquid coolant in the node of the heat exchanger of the solar collector is regulated depending on the temperature of the liquid coolant.

7. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that brine is used as the liquid heat carrier in the evaporator assembly.

8. The heat pump installation according to claim 1, characterized in that antifreeze is used as the liquid heat carrier in the heat exchanger assembly of the solar collector.