[go: up one dir, main page]

RU2738527C1 - Heat pump system for heating and cooling of rooms - Google Patents

Heat pump system for heating and cooling of rooms Download PDF

Info

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
Application number
RU2020100097A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Николаевич Чванов
Original Assignee
Михаил Николаевич Чванов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Николаевич Чванов filed Critical Михаил Николаевич Чванов
Priority to RU2020100097A priority Critical patent/RU2738527C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2738527C1 publication Critical patent/RU2738527C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/06Heat 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

FIELD: heat power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to heat engineering, in particular to heating and cooling units of low-rise buildings using low-potential heat sources. In heat pump plant there is external and internal heat exchangers with air, electrically driven compressor, four-way valve, capillary-throttle and pipelines connecting said elements into single unit filled with working medium - freon. In its freon loop is integrated additional heat exchanger, connecting freon loop with heat-carrier circuit of soil probes without intermediate heat carriers, four solenoid valves, controlled by external thermostat, allowing to cut off the installation during operation of external or additional heat exchanger.
EFFECT: technical result is achieved in the form of operation of heating and cooling unit with high KPI, exceeding KPI of prototype and described above analogues, and shorter period of low-potential soil heat use, reduction and complete elimination of danger of depletion of this source, possibility of its regeneration in summer during cooling unit operation.
1 cl, 2 dwg

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 heat exchangers 3 or 8 from the freon circuit.

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 external thermostat 15.

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-way valve 5, a compressor 6 and a capillary - a throttle 7. All air conditioners of the split-system type, as well as a prototype, are composed of these components. For stable operation for heating, at outside air temperatures below about minus 10 ° C, the heat pump unit includes a heat exchanger 8, which allows you to receive heat from the ground by means of soil probes 9. The pipes of soil probes are connected to the space around the heat exchanger coil 8 and are filled with antifreeze to minus 10 ° C with a heat carrier, for example, a 30% solution of ethyl alcohol, which circulates using a circulation pump 10. The heat pump circuit combines heat exchangers 1, 3, 8, a four-way valve 5, a compressor 6, a capillary-throttle 7 and solenoid valves 11, 12, 13, 14 as shown in the figure. The contour is filled with a working fluid, such as R410A freon.

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 solenoid valves 11, 12, 13, 14, controlled by an external thermostat 15.

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-way valve 5 combines the outputs in such a way that the heat exchanger 1 becomes the evaporator, and the heat exchanger 8 - the condenser (figure 1). In this case, the solenoid valves 11, 12 are closed, and the solenoid valves 13, 14 are open, the circulation pump 10 operates. The unit operates as an air conditioner to cool the room. The use of heat exchanger 8 as a condenser allows the unit to operate in cooling mode with lower power consumption, since heat is thrown not into the outside air with temperatures up to + 30 ° С, but into the ground, the temperature of which is + 5 ° С. This makes it possible to partially recover the heat of the soil around the ground probes spent during the heating season.

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-way valve 5 makes the heat exchanger 1 a condenser, and the heat exchanger 3 or 8 becomes the evaporator. (Figure 2) The external thermostat 15 controls the operation of solenoid valves 11, 12, 13, 14 and has a setpoint of minus 10 ° C.

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 external thermostat 15 gives a signal to open solenoid valves 11, 12, close solenoid valves 13, 14 and turn on fan 4 blowing outside heat exchanger 3. Pump 10 is off. In this case, the evaporator is heat exchanger 3. The unit takes heat from the outside air and saves ground heat.

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 external thermostat 15 gives a signal to close the solenoid valves 11,12 and open the valves 13, 14, turns on the circulation pump 10 and turns off the fan 4 blowing around the external heat exchanger 3. The heat exchanger 8 becomes the evaporator, the installation takes heat from the ground, the heating capacity becomes more stable, independent of changes in the outside air temperature.

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 heat exchangers 3 and 8 as evaporators, the resource of soil heat at the ground probes is maximally saved, since in many regions, for example, in the Leningrad region, the outside air temperature during the heating period is above minus 10 ° C for an average of 7.5 months of the nine months of the heating season.

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)

Теплонасосная установка для отопления и охлаждения помещений, включающая в себя внутренний теплообменник с вентилятором, соединенный одним трубопроводом с четырехходовым клапаном, другим с капилляром-дросселем; наружный теплообменник с вентилятором, соединенный одним трубопроводом с четырехходовым клапаном, другим с капилляром-дросселем; компрессор с электроприводом, соединенный обоими трубопроводами с четырехходовым клапаном; четырехходовой клапан; капилляр-дроссель; трубопроводы, связывающие названные агрегаты в единую установку, заполненную рабочим телом - фреоном, с возможностью реверсирования её работы благодаря четырехходовому клапану; отличающаяся тем, что она имеет в своем составе устройство для отбора тепла грунта - грунтовый зонд в виде пластиковых труб, наполненных жидким незамерзающим теплохладоносителем, помещенных попарно в вертикальные скважины с U–образным соединением пары труб в нижней точке скважины; дополнительный теплообменник, соединенный одним фреоновым трубопроводом с четырехходовым клапаном, другим с капилляром-дросселем, связывающий грунтовый зонд непосредственно с контуром фреона установки; циркуляционный насос, прогоняющий теплохладоноситель через грунтовый зонд; четыре соленоидных клапана, управляемые наружным термостатом, позволяющие отсечь от установки в процессе работы внешний либо дополнительный теплообменник.Heat pump installation for heating and cooling premises, including an internal heat exchanger with a fan, connected by one pipeline with a four-way valve, the other with a choke capillary; an external heat exchanger with a fan, connected by one pipeline with a four-way valve, the other with a choke capillary; an electrically driven compressor connected by both pipelines with a four-way valve; four-way valve; capillary choke; pipelines connecting the named units into a single unit filled with a working fluid - freon, with the possibility of reversing its operation thanks to a four-way valve; characterized in that it includes a device for extracting soil heat - a soil probe in the form of plastic pipes filled with a liquid non-freezing heat carrier, placed in pairs in vertical wells with a U-shaped connection of a pair of pipes at the lower point of the well; an additional heat exchanger connected by one freon pipeline with a four-way valve, the other with a throttle capillary, connecting the ground probe directly with the freon circuit of the installation; a circulation pump that drives the heat carrier through a ground probe; four solenoid valves, controlled by an external thermostat, allowing to cut off the external or additional heat exchanger from the unit during operation.
RU2020100097A 2020-01-10 2020-01-10 Heat pump system for heating and cooling of rooms RU2738527C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2804436C1 (en) * 2023-01-10 2023-09-29 Ольга Сергеевна Волкова Heat pump

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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