RU2738527C1 - Heat pump system for heating and cooling of rooms - Google Patents
Heat pump system for heating and cooling of rooms Download PDFInfo
- Publication number
- RU2738527C1 RU2738527C1 RU2020100097A RU2020100097A RU2738527C1 RU 2738527 C1 RU2738527 C1 RU 2738527C1 RU 2020100097 A RU2020100097 A RU 2020100097A RU 2020100097 A RU2020100097 A RU 2020100097A RU 2738527 C1 RU2738527 C1 RU 2738527C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- heat exchanger
- freon
- way valve
- heating
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 5
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010977 unit operation Methods 0.000 abstract 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 7
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 230000000779 depleting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к установкам отопления и охлаждения малоэтажных зданий, использующим источники низкопотенциального тепла – наружный воздух, грунт и грунтовые воды прилегающего земельного участка. The invention relates to heat power engineering, in particular to heating and cooling installations for low-rise buildings using low-grade heat sources - outside air, soil and groundwater of the adjacent land plot.
Известна установка отопления и горячего водоснабжения содержащая тепловой насос (Заявка: 99119648/06, 13.09.1999) и в качестве источника низкопотенциального тепла использующая сточные воды приемного колодца сточных вод. Установка состоит из теплообменника-конденсатора, передающего тепло системе отопления и горячего водоснабжения, компрессора, дроссельного вентиля и теплообменника-испарителя, соединенных трубами в единую систему, заполненную фреоном. Теплообменник-испаритель связан с устройством отбора низкопотенциального тепла – циркуляционным контуром, заполненным жидким теплоносителем. Этот циркуляционный контур состоит из труб, циркуляционного насоса и теплообменника с вибратором, находящегося в приёмном колодце сточных вод. Недостатком такой установки является обязательное наличие приемного колодца с достаточно большим расходом сточных вод высокой температуры, например банно-прачечные комбинаты. Индивидуальный жилой дом малой этажности не сможет дать должного количества сточных вод, к тому же расход сточных вод непостоянный по времени. Очевидно снижение КПЭ* из-за этих причин. Known installation of heating and hot water supply containing a heat pump (Application: 99119648/06, 13.09.1999) and as a source of low-grade heat using wastewater from a receiving well of wastewater. The installation consists of a heat exchanger-condenser that transfers heat to the heating and hot water supply system, a compressor, a throttle valve and a heat exchanger-evaporator connected by pipes into a single system filled with freon. The heat exchanger-evaporator is connected to a low-grade heat extraction device - a circulation loop filled with a liquid heat carrier. This circulation circuit consists of pipes, a circulation pump and a heat exchanger with a vibrator located in a wastewater collection well. The disadvantage of such an installation is the obligatory presence of a receiving well with a sufficiently large consumption of high temperature wastewater, for example, bath and laundry plants. A low-rise individual residential building will not be able to provide the required amount of wastewater, besides, the wastewater consumption is variable over time. The decrease in KPI * is evident due to these reasons.
*- коэффициент преобразования энергии (далее КПЭ), термин применяется в холодильной и теплонасосной технике. КПЭ – отношение тепло-(холодо)производительности установки к её электрической мощности. Тепло-(холодо)производительность в ваттах превышает как правило затраты электрической мощности, также выраженные в ваттах, а КПД не может быть выше 100%, поэтому в холодильной и теплонасосной технике используется термин “коэффициент преобразования энергии”* - energy conversion factor (hereinafter KPI), the term is used in refrigeration and heat pump technology. KPI is the ratio of heat (cold) performance of the installation to its electrical power. Heat- (cold) performance in watts usually exceeds the cost of electrical power, also expressed in watts, and the efficiency cannot be higher than 100%, therefore the term “energy conversion factor” is used in refrigeration and heat pump technology
Также известна установка на базе геотермального теплового насоса типа вода-вода, связанная с системой грунтовых зондов http://remkasam.ru/kak-ustroen-i-kak-rabotaet-teplovoj-nasos.html. Установка состоит из теплообменника-конденсатора, передающего тепло системе отопления и горячего водоснабжения, компрессора, дроссельного вентиля и теплообменника-испарителя, соединенных трубами в единую систему, заполненную фреоном. Теплообменник-испаритель связан с устройством отбора низкопотенциального тепла – системой грунтовых Also known is an installation based on a geothermal heat pump of the water-to-water type associated with a system of ground probes http://remkasam.ru/kak-ustroen-i-kak-rabotaet-teplovoj-nasos.html. The installation consists of a heat exchanger-condenser that transfers heat to the heating and hot water supply system, a compressor, a throttle valve and a heat exchanger-evaporator connected by pipes into a single system filled with freon. The heat exchanger-evaporator is connected to a low-grade heat extraction device - a system of ground
зондов. Грунтовые зонды состоят из заполненных жидким теплохладоносителем пластиковых труб, помещенных попарно в вертикальные скважины. В нижней точке скважины две трубы probes. Soil probes consist of plastic pipes filled with a liquid heat carrier, placed in pairs in vertical wells. At the bottom of the well, two pipes
соединяются U – образно. Грунтовые зонды объединяются в единый контур парой горизонтальных труб, проложенных ниже глубины промерзания грунта и подведенных к теплообменнику-конденсатору. Циркуляцию теплохладоносителя в грунтовых зондах обеспечивает циркуляционный насос. Недостатками такой системы является отбор тепла грунта в течении всего отопительного периода, который на большей части территории России составляет 8-9 мес и отсутствие возможности регенерации низкопотенциального тепла грунта в течении сезона кондиционирования составляющего на той же территории 1,5-2 мес и меньше, а также отсутствие возможности для повышения КПЭ* использовать тепло наружного воздуха в период, когда его температура выше температуры теплохладоносителя в грунтовых зондах. are connected in a U-shape. Ground probes are combined into a single circuit by a pair of horizontal pipes laid below the depth of soil freezing and supplied to a heat exchanger-condenser. The circulation of the coolant in the soil probes is provided by a circulation pump. The disadvantages of such a system are the extraction of soil heat during the entire heating period, which in most of the territory of Russia is 8-9 months and the lack of the possibility of regenerating low-potential soil heat during the conditioning season, which is 1.5-2 months or less in the same territory, and also the inability to increase the efficiency * to use the heat of the outside air during the period when its temperature is higher than the temperature of the heat carrier in the ground probes.
Известна также установка на базе воздушного теплового насоса типа воздух-воздух http://rems-info.ru/teplovoi-nasos-vozduh-vozduh.html Установка содержит внутренний теплообменник, работающий летом как испаритель, а в отопительный период как конденсатор и наружный теплообменник с вентилятором, работающий летом как конденсатор, а в отопительный период как испаритель. Еще установка содержит компрессор с электроприводом. четырехходовой клапан, дроссельный вентиль и трубы, связывающие названные агрегаты в единую установку. Контур установки заполнен рабочим телом – фреоном. Смена функций теплообменников обеспечивается четырехходовым клапаном. Недостатком такой системы является существенное снижение теплопроизводительности при понижении температуры наружного воздуха и необходимость иметь для этого периода некий дополнительный источник энергии (электрический ТЭН, либо другой источник тепла, использующий топливо). An installation based on an air-to-air heat pump is also known http://rems-info.ru/teplovoi-nasos-vozduh-vozduh.html The installation contains an internal heat exchanger that operates in the summer as an evaporator, and during the heating season as a condenser and an external heat exchanger with a fan, operating as a condenser in summer and as an evaporator during the heating season. The unit also contains an electrically driven compressor. four-way valve, throttle valve and pipes connecting the named units into a single unit. The unit circuit is filled with a working fluid - freon. Changing the functions of the heat exchangers is provided by a four-way valve. The disadvantage of such a system is a significant decrease in heat output with a decrease in the outside air temperature and the need to have some additional energy source for this period (electric heating element, or another heat source that uses fuel).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является установка, описанная в заявке 116659/06, 31.05.2005 , называемая кондиционер-отопитель. Установка содержит внутренний теплообменник, работающий летом как испаритель, а в отопительный период как конденсатор и наружный теплообменник с вентилятором, работающий летом как конденсатор, а в отопительный период как испаритель. Еще установка содержит компрессор с электроприводом, четырехходовой клапан, дроссельный вентиль и трубы, связывающие названные агрегаты в единую установку. Контур установки заполнен рабочим телом – фреоном. Смена функций теплообменников обеспечивается четырехходовым клапаном. В отличие от заявляемого изобретения наружный теплообменник с вентилятором помещен в теплоизолированный герметичный кожух с люками, пропускающими внутрь кожуха наружный воздух при температуре наружного воздуха выше некоторой, заранее установленной, например минус 80С, снабженный средством для отбора тепла грунта - термосифонами - вертикальными трубами, заполненными фреоном и заглубленными в грунт, верхняя часть которых находится внутри кожуха и снабжена теплообменником с воздухом, причем фреон термосифонов и фреон контура установки не смешивается. В качестве источников низкопотенциального тепла используются воздух и грунт, также, как и в предлагаемом изобретении, но передача тепла грунта от термосифонов к наружному теплообменнику происходит через промежуточный теплоноситель – воздух, следствием чего является относительно высокие затраты электрической энергии, что понижает КПЭ устройства. Еще недостатками такой установки по сравнению с предлагаемым изобретением являются:The closest technical solution to the proposed invention is the installation described in the application 116659/06, 31.05.2005, called the air conditioner-heater. The unit contains an internal heat exchanger that operates as an evaporator in summer and as a condenser during the heating season and an external heat exchanger with a fan that operates as a condenser in summer and as an evaporator during the heating season. The installation also contains a compressor with an electric drive, a four-way valve, a butterfly valve and pipes connecting the named units into a single installation. The unit circuit is filled with a working fluid - freon. Changing the functions of the heat exchangers is provided by a four-way valve. In contrast to the claimed invention, an external heat exchanger with a fan is placed in a heat-insulated sealed casing with hatches that let outside air inside the casing at an outside air temperature above a certain predetermined temperature, for example, minus 8 0 C, equipped with a means for extracting soil heat - thermosiphons - vertical pipes filled with freon and buried in the ground, the upper part of which is located inside the casing and is equipped with a heat exchanger with air, and the freon of thermosyphons and freon of the installation circuit does not mix. Air and soil are used as sources of low-grade heat, as well as in the proposed invention, but the transfer of soil heat from thermosyphons to an external heat exchanger occurs through an intermediate heat carrier - air, which results in relatively high consumption of electrical energy, which lowers the KPI of the device. Another disadvantage of such an installation in comparison with the proposed invention are:
1. Ограниченная мощность установки, исходящая из ограниченной площади места установки термосифонов – вертикальных труб, верх которых должен быть в кожухе с наружным блоком кондиционера. Мощность термосифонов не превысит мощности одного грунтового зонда с той же глубиной заложения. Также фактором, ограничивающим мощность, является естественная конвекция фреона внутри термосифона, тогда как в грунтовом зонде жидкий теплохладоноситель циркулирует принудительно;1. Limited capacity of the installation, proceeding from the limited area of the installation site of thermosyphons - vertical pipes, the top of which should be in a casing with an outdoor unit of the air conditioner. The power of thermosyphons will not exceed the power of one ground probe with the same depth. Also, the factor limiting the power is the natural convection of freon inside the thermosyphon, while in the ground probe the liquid heat carrier circulates forcibly;
2. Работа термосифонов на отбор тепла от грунта в течении большего времени отопительного сезона и отсутствие возможности регенерации тепла грунта вследствие того, что тепловой поток в термосифоне направлен только снизу вверх или отсутствует;2. The operation of thermosyphons to extract heat from the ground for a longer period of the heating season and the lack of the possibility of heat recovery from the ground due to the fact that the heat flow in the thermosyphon is directed only from the bottom up or is absent;
Задачей настоящего изобретения является снижение энергетических затрат, то есть повышение повышение КПЭ, на отопление и охлаждение помещений путем создания теплонасосной установки, использующей два источника низкопотенциального тепла с помощью двух разных теплообменников. The objective of the present invention is to reduce energy costs, that is, to increase the efficiency, for heating and cooling rooms by creating a heat pump installation that uses two low-grade heat sources using two different heat exchangers.
В первом аналоге используется тепло сточных вод, которых, как уже указано в описании аналога, может не быть. Второй аналог использует только тепло грунта, истощая источник и не пользуясь теплом воздуха, когда он теплее грунта. Третий аналог использует только тепло наружного воздуха, которого в морозы становится слишком мало и возникает необходимость иметь для этого периода некий дополнительный источник тепловой энергии. Прототип – кондиционер-отопитель использует два источника низкопотенциального тепла, но посредством одного теплообменника, из-за чего передача тепла грунта от термосифонов к наружному теплообменнику происходит через промежуточный теплоноситель – воздух, следствием чего является относительно высокие затраты электрической энергии, что понижает КПЭ устройства. The first analogue uses wastewater heat, which, as already indicated in the description of the analogue, may not be available. The second analogue uses only the heat of the ground, depleting the source and not using the heat of the air when it is warmer than the ground. The third analogue uses only the heat of the outside air, which becomes too little in cold weather and it becomes necessary to have some additional source of thermal energy for this period. The prototype - the air conditioner-heater uses two sources of low-grade heat, but through one heat exchanger, due to which the transfer of soil heat from thermosyphons to the external heat exchanger occurs through an intermediate heat carrier - air, which results in relatively high consumption of electrical energy, which lowers the efficiency of the device.
В данной теплонасосной установке по данному изобретению, как во всех кондиционерах типа “сплит-система” и других тепловых насосах, работающих на охлаждение и на нагрев, имеется наружный и внутренний теплообменники, компрессор с электроприводом, четырехходовой клапан, капилляр-дроссель и трубопроводы, связывающие названные элементы в единую установку, заполненную рабочим телом – фреоном. Поставленная задача решается тем, что в её фреоновый контур интегрирован дополнительный теплообменник, связывающий фреоновый контур с контуром теплохладоносителя грунтовых зондов без промежуточных теплоносителей. Этим описываемая установка отличается от прототипа и аналогов. Грунтовые зонды состоят из заполненных жидким теплохладоносителем пластиковых труб, помещенных попарно в вертикальные скважины. В нижней точке скважины две трубы соединяются U – образно. Грунтовые зонды объединяются в единый контур парой горизонтальных труб, проложенных ниже глубины промерзания грунта и подведенных к дополнительному теплообменнику. Циркуляцию теплохладоносителя в грунтовых зондах и дополнительном теплообменнике обеспечивает циркуляционный насос. Также во фреоновом контуре установка имеет четыре соленоидных клапана, работающих в режиме “открыто - закрыто” и управляемых наружным термостатом. In this heat pump installation according to this invention, as in all split-system air conditioners and other heat pumps operating for cooling and heating, there are external and internal heat exchangers, a compressor with an electric drive, a four-way valve, a capillary-throttle and pipelines connecting the named elements into a single installation filled with a working fluid - freon. The task is solved by the fact that an additional heat exchanger is integrated into its freon circuit, connecting the freon circuit with the coolant circuit of the ground probes without intermediate heat carriers. This is how the described installation differs from the prototype and analogues. Soil probes consist of plastic pipes filled with a liquid heat carrier, placed in pairs in vertical wells. At the bottom of the well, the two pipes are connected in a U-shape. Soil probes are combined into a single circuit by a pair of horizontal pipes laid below the depth of soil freezing and supplied to an additional heat exchanger. The circulation of the coolant in the ground probes and an additional heat exchanger is provided by a circulation pump. Also in the freon circuit, the unit has four solenoid valves operating in the “open - closed” mode and controlled by an external thermostat.
Благодаря использованию дополнительного теплообменника и грунтовых зондов установка может отбирать низкопотенциальное тепло у грунта, что при низких температурах наружного воздуха позволяет установке работать устойчиво с высоким КПЭ. Благодаря наличию в установке четырех соленоидных клапанов, установленных попарно на подводках фреона к наружному и дополнительному теплообменникам, можно отключать от установки либо наружный, либо дополнительный теплообменник, оставляя в работе с установкой тот теплообменник, который позволит достичь максимального КПЭ при данной температуре наружного воздуха в режиме нагрева. Функция переключения теплообменников посредством соленоидных клапанов в зависимости от температуры наружного воздуха осуществляется наружным термостатом.Thanks to the use of an additional heat exchanger and ground probes, the unit can extract low-potential heat from the ground, which at low outdoor temperatures allows the unit to operate stably with high efficiency. Due to the presence of four solenoid valves in the installation, installed in pairs on the freon connections to the external and additional heat exchangers, it is possible to disconnect either the external or additional heat exchanger from the installation, leaving the heat exchanger in operation with the installation that will allow reaching the maximum efficiency at a given outdoor temperature in the mode heating. The function of switching the heat exchangers by means of solenoid valves, depending on the outside temperature, is carried out by an external thermostat.
Итак, благодаря совокупности существенных признаков изобретения достигается технический результат в виде: So, thanks to the totality of the essential features of the invention, a technical result is achieved in the form of:
- работы установки на нагрев и на охлаждение с высоким КПЭ, превышающим КПЭ прототипа и описанных выше аналогов- operation of the unit for heating and cooling with a high KPI exceeding the KPI of the prototype and the analogs described above
- менее продолжительного периода использования низкопотенциального тепла грунта, снижения и полного устранения опасности истощения данного источника, возможности его регенерации летом при работе установки на охлаждение.- a shorter period of using the low-potential heat of the soil, reducing and completely eliminating the danger of depletion of this source, the possibility of its regeneration in the summer when the unit is operating for cooling.
Изобретение иллюстрируется чертежами (фигура 1, фигура 2) – принципиальными схемами установки, на которых схематически изображены и пронумерованы все конструктивные элементы изобретения и изображены их связи между собой. Фигура 1 – работа установки на охлаждение, фигура 2 – работа установки на отопление. The invention is illustrated by drawings (figure 1, figure 2) - schematic diagrams of the installation, in which all structural elements of the invention are schematically shown and numbered and their relationships with each other are shown. Figure 1 - operation of the cooling unit, figure 2 - operation of the heating unit.
Фигура 1, Фигура 2Figure 1, Figure 2
1 – теплообменник внутри помещения1 - indoor heat exchanger
2 – вентилятор, обдувающий теплообменник внутри помещения2 - fan blowing inside the heat exchanger
3 - наружный теплообменник3 - external heat exchanger
4 - вентилятор, обдувающий наружный теплообменник наружным воздухом4 - fan blowing outside heat exchanger with outside air
5 - четырехходовой клапан для фреона5 - four-way valve for freon
6 – компрессор для фреона6 - compressor for freon
7 – каппиляр – дроссель фреонового контура7 - capillary - freon circuit choke
8 – дополнительный теплообменник, позволяющий получать тепло из грунта8 - additional heat exchanger that allows you to get heat from the ground
9 – система грунтовых зондов9 - system of soil probes
10 – циркуляционный насос для теплохладоносителя грунтовых зондов10 - circulation pump for the heat carrier of soil probes
11, 12, 13, 14 - соленоидные клапаны для отключения от фреонового контура теплообменников 3 или 8.11, 12, 13, 14 - solenoid valves for disconnecting
15 - наружный термостат для управления соленоидными клапанами, циркуляционным насосом и вентилятором наружного теплообменника15 - external thermostat for controlling solenoid valves, circulation pump and fan of the external heat exchanger
Жирными линиями изображены трубопроводы фреона и трубы грунтовых зондов, тонкими линиями изображены контуры здания, поверхность земли и кабели управления от наружного термостата 15.The bold lines show the freon pipelines and the pipes of the ground probes, the thin lines show the outlines of the building, the ground surface and the control cables from the
На рисунках фигура 1 и фигура 2 приведена схема теплонасосной установки. Теплонасосная установка состоит из находящегося внутри помещения теплообменника 1 с обдувающим его вентилятором 2, служащего в летний период года испарителем, охлаждающим помещение, а в отопительный период конденсатором, нагревающим помещение; и наружного теплообменника 3, с обдувающим его вентилятором 4, неработающего в летний период, а в отопительный период при температурах наружного воздуха выше примерно минус 10°С являющегося испарителем, в этот период забирающим тепло у наружного воздуха. Теплообменники посредством труб объединены в общую систему друг с другом и с четырехходовым клапаном 5, компрессором 6 и капилляром – дросселем 7. Из этих комплектующих состоят все кондиционеры типа “Сплит-система”, а также прототип. Для устойчивой работы на нагрев, при температурах наружного воздуха ниже примерно минус 10°С теплонасосная установка имеет в составе теплообменник 8, позволяющий получать тепло из грунта посредством грунтовых зондов 9. Трубы грунтовых зондов соединены с пространством вокруг змеевика теплообменника 8 и заполнены незамерзающим до минус 10°С теплохладоносителем, например 30% -ным раствором этилового спирта, который циркулирует с помощью циркуляционного насоса 10. Контур теплового насоса объединяет теплообменники 1,3,8, четырехходовой клапан 5, компрессор 6, капилляр – дроссель 7 и соленоидные клапаны 11, 12, 13, 14, как показано на рисунке. Контур заполнен рабочим телом, например фреоном R410A. The figures figure 1 and figure 2 show a diagram of a heat pump installation. The heat pump unit consists of a heat exchanger 1 located inside the room with a fan 2 blowing over it, which serves as an evaporator in the summer season, cooling the room, and during the heating period as a condenser, heating the room; and an external heat exchanger 3, with a fan 4 blowing over it, which does not work in the summer, and during the heating period at outdoor air temperatures above about minus 10 ° C, it is an evaporator, which during this period takes heat from the outside air. The heat exchangers are connected by means of pipes into a common system with each other and with a four-
Переключение источников низкопотенциального тепла в отопительный сезон происходит посредством соленоидных клапанов 11, 12, 13, 14, управляемых наружным термостатом 15. The switching of low-grade heat sources during the heating season takes place by means of
Существенными признаками, отличающими описываемое изобретение, являются: присутствие в одной теплонасосной установке сразу трех теплообменников, один из которых внутренний и поддерживает комфортную температуру внутри помещения, а два из которых используют каждый по одному источнику низкопотенциального тепла – наружный воздух и грунт; четыре соленоидных клапана, управляемые наружным термостатом. Эти признаки избавляют описываемое изобретение от недостатков прототипа и аналогов. С помощью этих признаков достигается технический результат в виде обеспечения экономичного отопления в течение всего отопительного периода с высоким КПЭ, превышающем КПЭ прототипа и аналогов; возможности экономичного использования низкопотенциального тепла грунта без опасности его истощения и с возможностью его регенерации; экономичного кондиционирования летом.The essential features that distinguish the described invention are: the presence of three heat exchangers in one heat pump installation at once, one of which is internal and maintains a comfortable temperature inside the room, and two of which each use one source of low-grade heat - outside air and soil; four solenoid valves controlled by an external thermostat. These features save the described invention from the disadvantages of the prototype and analogues. With the help of these features, a technical result is achieved in the form of providing economical heating throughout the entire heating period with a high KPI that exceeds the KPI of the prototype and analogues; the possibility of economical use of low-potential soil heat without the danger of its depletion and with the possibility of its regeneration; economical air conditioning in summer.
Работает установка следующим образом: в летний период четырехходовой клапан 5 объединяет выходы таким образом, что теплообменник 1 становится испарителем, а теплообменник 8 – конденсатором (фигура 1). При этом соленоидные клапаны 11, 12 закрыты, а соленоидные клапаны 13, 14 открыты, работает циркуляционный насос 10. Установка работает как кондиционер на охлаждение помещения. Использование теплообменника 8 в качестве конденсатора позволяет установке работать в режиме охлаждения с меньшим энергопотреблением, т.к. тепло выбрасывается не в наружный воздух с температурой до +30°С, а в грунт, температура которого +5°С. Это позволяет частично регенерировать тепло грунта вокруг грунтовых зондов, потраченное в отопительный период. The installation works as follows: in the summer, the four-
В данном случае для кондиционирования помещения можно использовать фанкойл, в который можно подавать теплохладоноситель напрямую из грунтовых зондов и сэкономить электроэнергию на работе компрессора, но это в данной установке сознательно не делается для удешевления системы. In this case, a fan coil can be used to condition the room, into which you can supply a coolant directly from the ground probes and save electricity on the operation of the compressor, but this is deliberately not done in this installation to reduce the cost of the system.
В отопительный период четырехходовой клапан 5 делает теплообменник 1 конденсатором, а испарителем становится теплообменник 3 или 8. (фигура 2) Наружный термостат 15 управляет работой соленоидных клапанов 11, 12, 13, 14 и имеет уставку минус 10°С. During the heating period, the four-
При температуре наружного воздуха в отопительный период выше минус 10°С наружный термостат 15 дает сигнал на открытие соленоидных клапанов 11, 12, закрытие соленоидных клапанов 13, 14 и включение вентилятора 4, обдувающего наружный теплообменник 3. Насос 10 выключен. Испарителем в этом случае является теплообменник 3. Установка берет тепло из наружного воздуха, экономит тепло грунта. When the outside air temperature during the heating period is above minus 10 ° C, the
При температуре наружного воздуха в отопительный период ниже минус 10°С наружный термостат 15 дает сигнал на закрытие соленоидных клапанов 11,12 и открытие клапанов 13, 14, включает циркуляционный насос 10 и выключает вентилятор 4, обдувающий наружный теплообменник 3. Испарителем становится теплообменник 8, установка берет тепло из грунта, теплопроизводительность становится более стабильной, не зависящей от изменений температуры наружного воздуха. When the outside air temperature during the heating period is below minus 10 ° C, the
При таком алгоритме работы теплообменников 3 и 8 в качестве испарителей максимально экономится ресурс тепла грунта у грунтовых зондов, так как во многих регионах, например в Ленинградской области температура наружного воздуха в отопительный период выше минус 10°С наблюдается в течении в среднем 7,5 месяцев из девяти месяцев отопительного сезона. With this algorithm of operation of
Описанная установка практически используется в дачном доме площадью 18 кв. м в Ленинградской области и проработала целиком два отопительных сезона. В установке использовался кондиционер типа “Сплит – система” марки «Lessar» с настенным типом внутреннего блока, во фреоновый контур которого интегрирован дополнительный теплообменник для передачи тепла от жидкости грунтовых зондов фреону и четыре соленоидных клапана. Номинальная мощность компрессора 800 Вт, рабочая 720-820 Вт в зависимости от температур внутреннего и наружного воздуха, вентилятор внутреннего блока мощностью 10вт, вентилятор наружного блока - 30вт, циркуляционный насос мощностью 30 Вт. В виду того, что вентилятор наружного блока не работает одновременно с циркуляционным насосом, суммарная рабочая электрическая мощность установки варьируется от 760 до 860 Вт. The described installation is practically used in a country house with an area of 18 sq. m in the Leningrad region and worked entirely for two heating seasons. The unit used a Lessar “Split-system” air conditioner with a wall-mounted type of indoor unit, in the freon circuit of which an additional heat exchanger is integrated to transfer heat from the liquid ground probes to freon and four solenoid valves. The rated power of the compressor is 800 W, the operating power is 720-820 W, depending on the temperatures of the indoor and outdoor air, the fan of the indoor unit with a power of 10 W, the fan of the outdoor unit - 30 W, a circulation pump with a power of 30 W. Due to the fact that the outdoor fan does not work simultaneously with the circulation pump, the total operating electrical power of the unit varies from 760 to 860 W.
При этом теплопроизводительность установки в отопительный период варьируется от 2400 до 3400 Вт, коэффициент преобразования энергии составляет 3,2-4. Налицо экономия электроэнергии более чем в три раза по сравнению с традиционным электроотоплением прямого нагрева или с нагрева посредством электрокотла. At the same time, the heat output of the installation during the heating period varies from 2400 to 3400 W, the energy conversion coefficient is 3.2-4. There is an obvious energy saving of more than three times in comparison with traditional direct heating or heating by means of an electric boiler.
Подсчитана экономическая выгода в эксплуатационных затратах на электроэнергию для работы описываемой теплонасосной установки по сравнению с отоплением на всех видах топлива кроме магистрального природного газа (который всегда дешевле) и составляет: 40%(дрова), 120%(сжиженный газ), и до 300% (дизельное топливо) по ценам на 2016г. в районах Ленинградской области, примыкающих к Санкт-Петербургу или крупным районным центрам, крупным садоводческим массивам (с высокими ценами на дрова). The economic benefit in the operating costs of electricity for the operation of the described heat pump installation is calculated in comparison with heating on all types of fuel except for main natural gas (which is always cheaper) and amounts to: 40% (firewood), 120% (liquefied gas), and up to 300% (diesel fuel) at prices for 2016 in the districts of the Leningrad region, adjacent to St. Petersburg or large regional centers, large horticultural tracts (with high prices for firewood).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020100097A RU2738527C1 (en) | 2020-01-10 | 2020-01-10 | Heat pump system for heating and cooling of rooms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020100097A RU2738527C1 (en) | 2020-01-10 | 2020-01-10 | Heat pump system for heating and cooling of rooms |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2738527C1 true RU2738527C1 (en) | 2020-12-14 |
Family
ID=73834860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020100097A RU2738527C1 (en) | 2020-01-10 | 2020-01-10 | Heat pump system for heating and cooling of rooms |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2738527C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2804436C1 (en) * | 2023-01-10 | 2023-09-29 | Ольга Сергеевна Волкова | Heat pump |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2307290C2 (en) * | 2005-05-31 | 2007-09-27 | ООО "Теплолюкс" | Air conditioner-heater |
| CN101493268A (en) * | 2009-02-24 | 2009-07-29 | 东南大学 | Multifunctional geothermal heat pump air-conditioner/water heater |
| CN102418969A (en) * | 2011-08-05 | 2012-04-18 | 东南大学 | Integrated air source and ground source composite heat pump device |
| CN203501528U (en) * | 2013-10-11 | 2014-03-26 | 广东石油化工学院 | Direct-expansion type ground-source heat pump air conditioner cold and hot water unit |
| JP2015087024A (en) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | 株式会社長府製作所 | Air temperature controller |
| CN207196995U (en) * | 2017-07-11 | 2018-04-06 | 梁小康 | A ground source heat pump system |
| RU2658786C1 (en) * | 2017-07-07 | 2018-06-22 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Livestock premises heating and cooling system |
-
2020
- 2020-01-10 RU RU2020100097A patent/RU2738527C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2307290C2 (en) * | 2005-05-31 | 2007-09-27 | ООО "Теплолюкс" | Air conditioner-heater |
| CN101493268A (en) * | 2009-02-24 | 2009-07-29 | 东南大学 | Multifunctional geothermal heat pump air-conditioner/water heater |
| CN102418969A (en) * | 2011-08-05 | 2012-04-18 | 东南大学 | Integrated air source and ground source composite heat pump device |
| CN203501528U (en) * | 2013-10-11 | 2014-03-26 | 广东石油化工学院 | Direct-expansion type ground-source heat pump air conditioner cold and hot water unit |
| JP2015087024A (en) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | 株式会社長府製作所 | Air temperature controller |
| RU2658786C1 (en) * | 2017-07-07 | 2018-06-22 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Livestock premises heating and cooling system |
| CN207196995U (en) * | 2017-07-11 | 2018-04-06 | 梁小康 | A ground source heat pump system |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2830953C1 (en) * | 2022-09-14 | 2024-11-26 | Эдуард Владимирович Юрьев | Air conditioning device of separate type with function of liquid heating |
| RU2804436C1 (en) * | 2023-01-10 | 2023-09-29 | Ольга Сергеевна Волкова | Heat pump |
| RU2818610C1 (en) * | 2023-07-19 | 2024-05-03 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Уральский Завод Тепловых Насосов" | Geothermal heat pump |
| RU2827070C1 (en) * | 2024-03-18 | 2024-09-23 | Александр Робертович Цабель | Thermal energy distribution loop unit to maintain specified climatic parameters |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8733429B2 (en) | Hybrid heating and/or cooling system | |
| Wu | Energy efficiency technologies–air source heat pump vs. ground source heat pump | |
| CN102393049B (en) | Ground-source heat-pipe/heat-pump air conditioner | |
| CN201028893Y (en) | A ground source heat pump air conditioning system | |
| Bogdanovičs et al. | Review of heat pumps application potential in cold climate | |
| CN101761996A (en) | Ground water heat pump air-conditioning system | |
| CN108224848A (en) | Dual-purpose air can be with the heat pump air conditioning system of ground energy | |
| JP6442712B2 (en) | Heat utilization device | |
| CN103528295B (en) | The energy-saving residential central air-of compound energy heat-pump-type and control method thereof | |
| CN202419820U (en) | Ground-source heat pipe and heat pump air-conditioner | |
| RU2738527C1 (en) | Heat pump system for heating and cooling of rooms | |
| JP6060463B2 (en) | Heat pump system | |
| Kanog˘ lu et al. | Incorporating a district heating/cooling system into an existing geothermal power plant | |
| CN102506517A (en) | Clean energy and ground source heat pump integrated heating air conditioner control device | |
| JP6164537B2 (en) | Cold / heat generator | |
| CN202792331U (en) | Ground source heat pump and solar energy combined system | |
| WO2024105075A1 (en) | Improved low-temperature sensible-heat ground-storage and heating/cooling system | |
| KR101547875B1 (en) | Cooling-heating system by double pond | |
| CN102353192A (en) | Solar ground source heat pump-integrated heating air conditioning control system and control method | |
| CN102384549A (en) | Solar ground source heat pump integrated heating air-conditioning control device | |
| CN107461963B (en) | Large-caliber closed ground source heat pump integrated system | |
| RU2645203C1 (en) | Microclimate automatic control system in the animals placement rooms | |
| RU42641U1 (en) | HEAT SUPPLY SYSTEM (OPTIONS) | |
| RU2809315C1 (en) | Heat pump heating system | |
| RU2767253C1 (en) | Air conditioning system using natural source cold |