RU2847379C1 - Method of centralised heat supply using a heat pump in water-air heating systems - Google Patents
Method of centralised heat supply using a heat pump in water-air heating systemsInfo
- Publication number
- RU2847379C1 RU2847379C1 RU2024106920A RU2024106920A RU2847379C1 RU 2847379 C1 RU2847379 C1 RU 2847379C1 RU 2024106920 A RU2024106920 A RU 2024106920A RU 2024106920 A RU2024106920 A RU 2024106920A RU 2847379 C1 RU2847379 C1 RU 2847379C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heating
- heat
- water
- air
- supply
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к системам централизованного теплоснабжения, включающим в себя три неразрывно связанные между собой звенья: источники теплоты, транспортные коммуникации и системы отопления помещений. Повышение эффективности одного звена повысит эффективность всей системы теплоснабжения. Жилые и общественные здания потребляют теплоту (отопительную нагрузку) для компенсации тепловых потерь через ограждения () и нагрева инфильтрующегося (вентиляционного) воздуха () (Данилов О.Л., Гаряев А.Б., Яковлев И.В. и др.; Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях: учебник для вузов под ред. А.В. Клименко. М.: Издательский дом МЭИ, 2010. 424 с., стр.97).The invention relates to thermal power engineering, specifically to centralized heating systems comprising three inextricably linked components: heat sources, transport communications, and space heating systems. Improving the efficiency of one component will improve the efficiency of the entire heating system. Residential and public buildings consume heat (heating load). ) to compensate for heat losses through the fences ( ) and heating of infiltrating (ventilation) air ( ) (Danilov O.L., Gariaev A.B., Yakovlev I.V. et al.; Energy saving in heat power engineering and heat technologies: textbook for universities edited by A.V. Klimenko. Moscow: MPEI Publishing House, 2010. 424 pp., p. 97).
(1) (1)
В качестве основного теплоносителя в системах централизованного теплоснабжения используется вода, которая передаёт тепловую энергию от источника к нагревательным приборам системы отопления зданий, при температурах в прямом и обратном трубопроводах, регламентируемых температурным графиком 150/70. В этом случае реализуется так называемая система водяного отопления. В нагревательные приборы такой системы отопления вода поступает при температурах 90-95°С. Для снижения температуры сетевой воды до таких значений в ИТП зданий устанавливаются смесительные устройства - элеваторы или насосы. Вода, проходя через нагревательные приборы, полностью передаёт отопительную нагрузку воздуху, заполняющему внутренне пространство отапливаемых помещений, поддерживая необходимый температурный режим.Water is used as the primary heat transfer fluid in district heating systems, transferring thermal energy from the source to the heating units of buildings at flow and return pipe temperatures regulated by a 150/70 temperature schedule. In this case, a so-called hydronic heating system is implemented. Water enters the heating units of such a heating system at temperatures of 90-95°C. To reduce the network water temperature to these values, mixing devices—elevators or pumps—are installed in the central heating points of buildings. Water, passing through the heating units, completely transfers the heating load. air filling the interior space of heated rooms, maintaining the required temperature regime.
К недостаткам СЦТ с водяными системами отопления относятся:The disadvantages of central heating with water heating systems include:
1. Значительные потери теплоты при транспортировке водяного теплоносителя;1. Significant heat losses during transportation of water coolant;
2. Сложность регулирования отбора отопительной нагрузки из тепловой сети, осуществляемой по температуре наружного воздуха, в то время как регулируемым параметром отопления является температура внутреннего воздуха в помещениях.2. Difficulty in regulating the heating load selection from the heating network, carried out according to the outside air temperature, while the regulated heating parameter is the indoor air temperature in the premises.
В системах воздушного отопления воздух для отопления является вторичным теплоносителем, так как нагревается в калориферах другим, первичным теплоносителем - горячей водой. В таких системах отопления воздух, нагретый до температуры более высокой, чем температура воздуха в помещениях, отдаёт избыток теплоты и, охладившись, возвращается для повторного нагревания.In forced-air heating systems, the air used for heating is a secondary heat transfer fluid, as it is heated in heaters by another, primary heat transfer fluid—hot water. In such heating systems, the air, heated to a temperature higher than the room temperature, gives off excess heat and, having cooled, returns to be heated again.
Известна система отопления помещений с использованием теплового насоса, конденсатор которого выполняет роль воздушного теплообменника, используемого в качестве источника теплоты для нагревания воздуха, подаваемого в отапливаемые помещения (патент RU 2121114 C1, МКИ7 F24 D, БИ 39,1999). Рабочее тело теплового насоса (фреон) обеспечивает полную передачу отопительной нагрузки проходящему через него воздуху.A space heating system using a heat pump is known, the condenser of which acts as an air heat exchanger, used as a heat source to heat the air supplied to the heated spaces (patent RU 2121114 C1, MKI 7 F24 D, BI 39, 1999). The heat pump's working fluid (freon) ensures full transfer of the heating load. the air passing through it.
Недостатки систем воздушного отопления, в том числе и системы отопления с использованием теплового насоса (патент RU 2121114 C1, МКИ7 F24 D, БИ 39,1999) обусловлены тем, что теплоёмкость воздуха примерно в четыре раз ниже теплоёмкости рабочего тела ТН, поэтому для передачи требуемого количества теплоты необходимо во столько же раз увеличивать расход воздуха или его температуру, доводя её до значений 120-150°С. Такая температура в бытовых отопительных приборах из-за проблем безопасности недопустима. Увеличение количества подаваемого воздуха приводит к увеличению шума работы установки и увеличивает интенсивность циркуляции воздуха в отапливаемых помещениях, что создаёт дискомфортные условия для человека и может нарушать санитарные нормы (СН 2.2.4/2.1.8.562-96) по допустимым уровням звукового давления, уровням звука, эквивалентным и максимальным уровням звука проникающего шума в помещениях жилых и общественных зданий и шума на территории жилой застройки.The disadvantages of air heating systems, including heating systems using a heat pump (patent RU 2121114 C1, MKI 7 F24 D, BI 39, 1999) are due to the fact that the heat capacity of air is approximately four times lower than the heat capacity of the working fluid of the HP. Therefore, to transfer the required amount of heat, it is necessary to increase the air flow or its temperature by the same amount, bringing it to values of 120-150 °C. Such a temperature in domestic heating devices is unacceptable due to safety issues. Increasing the amount of supplied air leads to an increase in the noise of the unit and increases the intensity of air circulation in the heated rooms, which creates uncomfortable conditions for people and may violate sanitary standards (SN 2.2.4 / 2.1.8.562-96) for permissible sound pressure levels, sound levels, equivalent and maximum levels of penetrating noise in residential and public buildings and noise in residential areas.
Цель изобретения - повышение эффективности системы централизованного теплоснабжения со снижением расхода потребляемого топлива в источниках теплоснабжения. Для достижения указанной цели предлагается теплоту в количестве отопительной нагрузке разделить на два тепловых потока: один из которых в количестве, равном тепловым потерям ограждающих конструкций, передаёт тепловую энергию нагреваемому воздуху через отопительные приборы системы водяного отопления (, второй тепловой поток в количестве инфильтрационной отопительной нагрузки передаёт тепловую энергию наружному воздуху, проходящему через калорифер воздушного отопления, встроенный в приточный воздуховод системы вентиляции ().The purpose of the invention is to increase the efficiency of a centralized heating system by reducing fuel consumption at heat sources. To achieve this goal, heat is provided in an amount equal to the heating load. divided into two heat flows: one of which, in an amount equal to the heat losses of the enclosing structures, transfers thermal energy to the heated air through the heating devices of the water heating system ( , the second heat flow in the amount of infiltration heating load transfers thermal energy to the outside air passing through the air heating heater built into the supply air duct of the ventilation system ( ).
Предлагаемая система водовоздушного отопления представлена на чертеже.The proposed hot water heating system is shown in the drawing.
Водяная часть водовоздушного отопления включает в себя теплофикационный теплообменник источника 1, подающий 2 и обратный трубопровод 3 для транспортировки теплоносителя при температуре примерно 70°С от источника до индивидуального теплового пункта, в котором в водо-водяном теплообменнике 4 теплота передаётся воде системы водяного отопления, поступающей через подающие трубы 5 в отопительные приборы 6 при температуре ~65°С. Поверхность отопительных приборов рассчитывается из условия передачи теплоты в количестве тепловых потерь через ограждающие поверхности. Температура теплоносителя на выходе из отопительных приборов снижается до 45-55°С. Через отводящие трубы 7 отработавший водяной теплоноситель подается в испаритель теплового насоса 8. Отдав тепло, водяной теплоноситель по обратному трубопроводу 9 возвращается в водо-водяной теплообменник и цикл циркуляции замыкается.The water section of the air-to-water heating system comprises a source heat exchanger 1, a supply 2, and a return 3 pipeline for transporting the coolant at a temperature of approximately 70°C from the source to the individual heating unit. In the water-to-water heat exchanger 4, heat is transferred to the water of the water heating system, which enters through supply pipes 5 into heating devices 6 at a temperature of ~65°C. The surface area of the heating devices is calculated based on the condition of heat transfer equal to the amount of heat loss through the enclosing surfaces. The temperature of the coolant at the outlet of the heating devices decreases to 45-55°C. Through discharge pipes 7, the spent water coolant is fed to the evaporator of the heat pump 8. Having given up heat, the water coolant returns to the water-to-water heat exchanger through the return pipe 9, and the circulation cycle is closed.
Рабочее тело теплового насоса (фреон) после испарителя 8 в парообразном состоянии сжимается в компрессоре 10 и с повышенной температурой подаётся в конденсатор теплового насоса 11, встроенный в приточный воздуховод системы вентиляции 18, в котором передаёт свою теплоту наружному воздуху, прошедшему стадию предварительного нагревания в рекуператоре 13. Рабочее тело теплового насоса из конденсатора 11 поступает в дроссельное устройство 12, в котором понижает своё давление и температуру и возвращается в испаритель 8. Далее цикл работы теплового насоса повторяется.The working fluid of the heat pump (freon) after the evaporator 8 in a vapor state is compressed in the compressor 10 and with an increased temperature is supplied to the condenser of the heat pump 11, built into the supply air duct of the ventilation system 18, in which it transfers its heat to the outside air, which has undergone a pre-heating stage in the recuperator 13. The working fluid of the heat pump from the condenser 11 enters the throttle device 12, in which it lowers its pressure and temperature and returns to the evaporator 8. Then the operating cycle of the heat pump is repeated.
Воздушная часть водовоздушного отопления предназначена для нагревания наружного воздуха, количество которого ограничено нормами воздухообмена, поступающего по приточному воздуховоду с помощью приточного вентилятора 14 в объём отапливаемого помещения, предварительно пройдя два этапа подогрева: на первом этапе воздух нагревается в теплорекуператоре 13 за счёт отбора теплоты от воздуха, удаляемого из помещения с помощью воздухозаборника 17, идущему по вытяжному воздухопроводу вентилятором 16 на улицу. На втором этапе наружный воздух, пройдя фильтр 15, поступает в конденсатор теплового насоса 11, в качестве которого используется конденсатор парокомпрессионного теплового насоса, пройдя который воздух повышает свою температуру до температуры внутреннего воздуха.The air-to-air heating system is designed to heat outside air, the quantity of which is limited by air exchange standards. It enters the heated space through the supply air duct via supply fan 14, after undergoing two heating stages. In the first stage, the air is heated in heat exchanger 13 by extracting heat from air removed from the space via air intake 17, which is then exhausted by fan 16 to the outside via exhaust duct. In the second stage, the outside air, after passing through filter 15, enters heat pump condenser 11, which is a vapor-compression heat pump condenser. After passing through the condenser, the air raises its temperature to the temperature of the indoor air.
Тепловой насос выполняет роль индивидуального источника теплоты для воздушной части водовоздушного отопления. Генерируемая теплота в конденсаторе теплового насоса 11 складывается из тепловой энергии, поступающей в испаритель 8 с водой, отбираемой из обратного трубопровода системы водяного отопления 7 и электрической мощности компрессора (10) .The heat pump acts as an individual heat source for the air-to-air heating system. The generated heat in the condenser of the heat pump 11 it consists of the thermal energy supplied to the evaporator 8 with water taken from the return pipeline of the water heating system 7 and electrical power of the compressor (10) .
(2) (2)
Генерируемая теплота в тепловом насосе соответствует инфильтрационной нагрузке.The heat generated in the heat pump corresponds to the infiltration load.
(3) (3)
Применение ТН в системах воздушного отопления повышает качество регулирования подвода теплоты в системы теплопотребления, так как регулирование инфильтрационной части отопительной нагрузки осуществляется по сигналу датчика внутренней температуры, с учётом всех дополнительных теплопоступлений в отапливаемое помещение. Работа установки приточно-вытяжной вентиляции (воздушное отопление) контролируется группой датчиков температуры.The use of heat pumps in air heating systems improves the quality of heat supply regulation in heating systems, as the infiltration portion of the heating load is regulated based on a signal from the internal temperature sensor, taking into account all additional heat input into the heated space. The operation of the supply and exhaust ventilation system (air heating) is monitored by a set of temperature sensors.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2847379C1 true RU2847379C1 (en) | 2025-10-03 |
Family
ID=
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2306489C1 (en) * | 2006-03-23 | 2007-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | System for heat supply |
| RU2382281C1 (en) * | 2008-12-03 | 2010-02-20 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Independent heat and cold supply system of buildings |
| RU2483255C1 (en) * | 2011-10-20 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр по сверхглубокому бурению и комплексному изучению недр Земли" (ОАО "НПЦ "Недра") | Method of seasonal use of low-potential heat of surface soil, and downhole heat exchangers for implementation of method's versions |
| RU2647774C1 (en) * | 2017-01-31 | 2018-03-19 | Виктор Сергеевич Конфедератов | Thermal item with additional premises |
| CN110030768A (en) * | 2019-04-24 | 2019-07-19 | 北京建筑大学 | District heating and cooling system driven by industrial waste heat and heating and cooling method |
| RU2728419C2 (en) * | 2015-12-21 | 2020-07-29 | Э.Он Свериге Аб | Thermal server installation and method of its control |
| CN116221802A (en) * | 2016-07-07 | 2023-06-06 | 瑞典意昂公司 | Combined heating and cooling system |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2306489C1 (en) * | 2006-03-23 | 2007-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | System for heat supply |
| RU2382281C1 (en) * | 2008-12-03 | 2010-02-20 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Independent heat and cold supply system of buildings |
| RU2483255C1 (en) * | 2011-10-20 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр по сверхглубокому бурению и комплексному изучению недр Земли" (ОАО "НПЦ "Недра") | Method of seasonal use of low-potential heat of surface soil, and downhole heat exchangers for implementation of method's versions |
| RU2728419C2 (en) * | 2015-12-21 | 2020-07-29 | Э.Он Свериге Аб | Thermal server installation and method of its control |
| CN116221802A (en) * | 2016-07-07 | 2023-06-06 | 瑞典意昂公司 | Combined heating and cooling system |
| RU2647774C1 (en) * | 2017-01-31 | 2018-03-19 | Виктор Сергеевич Конфедератов | Thermal item with additional premises |
| CN110030768A (en) * | 2019-04-24 | 2019-07-19 | 北京建筑大学 | District heating and cooling system driven by industrial waste heat and heating and cooling method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7398778B2 (en) | Solar and heat pump powered electric forced hot air hydronic furnace | |
| Kazanci et al. | A theoretical study of the effects of different heating loads on the exergy performance of water-based and air-based space heating systems in buildings | |
| CN113803773A (en) | Double-source multi-connection heating and ventilation system and control method thereof | |
| RU2847379C1 (en) | Method of centralised heat supply using a heat pump in water-air heating systems | |
| FI95505B (en) | Method and apparatus for air conditioning and heating of room spaces | |
| CZ216296A3 (en) | Method of transferring heating and/or cooling energy and apparatus for making the same | |
| RU2266479C1 (en) | Heat supplying method | |
| EP1766196B1 (en) | Remote-heating plant for urban, civil, industrial and agricultural applications | |
| CN111412552A (en) | Circulating system of air conditioner and air conditioner | |
| CN115066583B (en) | A thermal energy assembly including a heat pump assembly and a chiller assembly and a method thereof | |
| EP2450641B1 (en) | An installation for heat recovery from exhaust air using a heat pump, and a building comprising said installation | |
| US7575001B2 (en) | Solar and heat pump powered electric forced hot air hydronic furnace | |
| SK8540Y1 (en) | Method and system of cooling in heat production by combustion | |
| Bhatt | Energy audit case studies II—air conditioning (cooling) systems | |
| JP3439004B2 (en) | Air conditioning system, air conditioner and air conditioning method | |
| RU2239129C1 (en) | Method of heat supply | |
| CN211625458U (en) | Split type full direct current frequency conversion air-cooled cold and hot water air conditioner | |
| CN112781091A (en) | Heat recovery system for multistage circulating water heat supply | |
| CN221483698U (en) | Device for heating by industrial circulating water in winter | |
| CN221944324U (en) | Automatic control device for heating system of residential building | |
| CN210951956U (en) | Integrated efficient multipurpose unit | |
| RU80920U1 (en) | INTEGRATED AIR AND HEAT MODE SUPPORT SYSTEM AND HOT WATER SUPPLY | |
| RU2002169C1 (en) | Thermal center for heat supply system | |
| CN210512248U (en) | A distributed energy system based on gas and sewage source heat pump | |
| Minea | Ground-Source Heat Pumps |