Система опалення та водопостачання з використанням ґрунтових вод

Система опалення та водопостачання з використанням ґрунтових вод, що містить компресор і дросельний вентиль, теплообмінник-випарник, який включений в контур циркуляції вхідної води зі свердловини за допомогою насоса вхідної води та накопичувального бака, теплообмінникконденсатор, який включений в контур циркуляції води-теплоносія крізь опалювальні прилади за допомогою насоса теплоносія, а також свердловину, яка відрізняється тим, що в контур циркуляції вхідної води перед теплообмінником-випарником включений модуль очищення води до рівня якості не нижче міського водопроводу, при цьому накопичувальний бак підключений до мережі міського водопроводу. Винахід відноситься до систем з тепловим насосом для використання тепла природних джерел і може бути використаний для опалення та водопостачання житлових та виробничих приміщень. Відома система з тепловим насосом для використання скидної теплоти або природних джерел тепла, яка містить теплообмінник-випарник, крізь який перепускають воду, наприклад, з озера або ріки, теплообмінник-конденсатор, крізь який перепускають воду-теплоносій для опалювальних приладів, а також компресор для стискування холодильного агента, що циркулює крізь випарник і конденсатор, дросельного вентиля, насоси для циркуляції вхідної води крізь теплообмінниквипарник і воду-теплоносій крізь теплообмінникконденсатор та опалювальні прилади [заявка ФРГ № OS 3033492 від 18.03.82 p., кл. F24 J3/04]. Недоліком відомої схеми є близькість температури вхідної води до 0°C взимку, що створює небезпеку замерзання теплообмінника-випарника і призводить до необхідності перепускання підвищених витрат такої води для попередження замерзання цієї води. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, та прийнятого як прототип, є система з тепловим насосом для використання води зі свердловин, яка містить теплообмінник-випарник, крізь який перепускають воду зі свердловини, теплообмінник-конденсатор, крізь який перепускають воду-теплоносій для опалювальних приладів, а також компресор для стискування холодильного агента, що циркулює крізь випарник і конденсатор, дросельний вентиль і свердловину з насосом для циркуляції вхідної води крізь теплообмінниквипарник, а також насос для циркуляції водитеплоносія крізь теплообмінник-конденсатор і теплові прилади [Рей Д., Майкмайкл Д. Тепловой насос. - М.: Энергоиздат, 1982. - 224с.] Недоліком відомої схеми є проблема скиду води після використання її в теплообміннику - випарнику, а також утворення відкладень в цьому теплообміннику. Основною задачею винаходу є вдосконалення системи, в якій підвищення ефективності використання води зі свердловин забезпечується встановленням модуля очищення води перед теплообмінником-випарником, що попереджає утворення (19) UA (11) 86188 (13) C2 (21) a200504610 (22) 17.05.2005 (24) 10.04.2009 (46) 10.04.2009, Бюл.№ 7, 2009 р. (72) КАМІНСЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ВІТАЛІЄВИЧ, UA, ДЕНИСОВА АЛЛА ЄВСІЇВНА, UA, МАЗУРЕНКО АНТОН СТАНІСЛАВОВИЧ, UA (73) КАМІНСЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ВІТАЛІЄВИЧ, UA (56) RU 2178542, F24D 17/02, 3/18, 2002 SU 823762, F24D 17/00, 1981 FR 2784452, C02F 9/00, E03B 3/06, 2000 FR 2567631, F24D 3/10, 3/18, 1986 SU 305327, F25B 29/00, 1971 RU 2132024, F24J 3/08, F24D 3/08, F25B 30/00, 1999 3 відкладень в цьому теплообміннику і за рахунок цього збільшується ресурс роботи системи, при цьому можливість використання очищеної води на виході цього теплообмінника в якості водопровідної додатково підвищує економічну ефективність використання запропонованої схеми. Поставлена задача вирішується тим, що в системі з тепловим насосом, яка містить компресор і дросельний вентиль, теплообмінник-випарник, який включений в контур циркуляції вхідної води зі свердловини за допомогою насоса вхідної води, фільтра та накопичувального баку, теплообмінникконденсатор, який включений в контур циркуляції води-теплоносія крізь опалювальні прилади за допомогою насоса теплоносія, а також свердловину, згідно винаходу, в контур циркуляції вхідної води перед теплообмінником-випарником включений модуль очищення води до рівня якості не нижче міського водопроводу. При цьому накопичувальний бак підключений до мережі міського водопроводу. Включення в контур циркуляції вхідної води перед теплообмінником-випарником модуля очищення води, наприклад, мембранного типу, дозволяє попередити утворення відкладень в цьому теплообміннику і, таким чином, збільшити ресурс роботи системи в декілька раз. При цьому використання очищеної води зі свердловини в якості водопровідної підвищує економічну ефективність роботи системи приблизно в 2 рази. Схема запропонованої системи опалення і водопостачання з використанням ґрунтових вод показана на Фігурі. Система містить бурову свердловину 1 зі спеціальним відкачуючим насосом 2, модуль очищення 3 вхідної води, теплообмінник-випарник 4, накопичувальний бак 5 для підготовленої води, який підключений до мережі міського водопроводу 6 за допомогою напірного насосу 7, а також компресор 8, теплообмінник-конденсатор 9, дросельний вентиль 10 і насос теплоносія 11 для циркуляції водитеплоносія крізь опалювальні прилади 12. Система працює таким чином. Спеціальний насос 2, який має захист від попадання вологи в електродвигун, відкачує ґрунтову воду зі свердловини 1 і направляє її в модуль очищення З, наприклад, мембранного типу, і далі в теплообмінник-випарник 4, де ґрунтова вода охолоджується приблизно з 14°С до 4°С, а далі в накопичувальний бак 5 в якості підготовленої води для підключення до мережі міського водопроводу 6. Одночасно крізь теплообмінник-випарник 4 циркулює холодильний агент, наприклад, фреон R142, який в результаті свого випарювання відбирає теплоту від ґрунтової води. При цьому компресор 8 відкачує утворені пари фреону з теплообмінника-випарника при тиску насичення, стискує їх до тиску конденсації і направляє в теплообмінникконденсатор 9 для конденсації в результаті передачі теплоти конденсації, яка витрачається на нагрівання води-теплоносія. Нагріта вода з теплообмінника-конденсатора 9 направляється в опалювальні прилади 12 за допомогою насоса теплоносія 11. 86188 4 В результаті використання запропонованої схеми для опалення та водопостачання, у порівнянні з відомою системою-прототипом, ресурс роботи теплообмінника-випарника, найбільш коштовного апарата системи, збільшується в декілька разів, наприклад від 1 до 10 років, що одночасно зберігає високий коефіцієнт теплопередачі в цьому теплообміннику і вартість роботи всієї системи протягом всього періоду експлуатації. При цьому, використання очищеної води як водопровідної додатково підвищує економічну ефективність системи приблизно в 2 рази. Визначимо економічну ефективність запропонованої системи, де попереджуються відкладення на поверхні теплообміну теплообмінникавипарника, що підвищує строк експлуатації цього теплообмінника від 1 до 10 років. Для системи з тепловою потужністю Qт= 1350кВт при тепловій потужності випарника Q0=960кВт і потужності компресора Νκ=390кВт вартості основних апаратів складають: 1. Випарник Ки=Си×Fи=60*640=38400$USD, де Си=60$USD/м2 - питома вартість поверхні теплообміну випарника; Fи=Q0/(Kи-Dtи)=960/(0,25*6)=640м2 - площа поверхні теплообміну випарника при коефіцієнті теплопередачі Ки=0,25кВт/(м2*К) і температурному напорі Δtи=6°С. 2. Конденсатор Кконд Сконд*Fконд=60*225= = =13500$USD, де Сконд=60$USD/м2 - питома вартість поверхні теплообміну випарника; Fконд=QT/(Kи-Dtи)=1350/(1,0*6)=225м2 - площа поверхні теплообміну конденсатора при коефіцієнті теплопередачі Ки=1,0кВт/(м2*К) і температурному напорі Dtконд =6°С. 3. Компресор з терморегулюючим вентилем: Ккомпр =Скомпр*Νκ=300*390 =117000$USD, де Скомпр=300$USD/кВт - питома вартість компресора на 1кВт встановленої потужності. 4. Свердловина глибиною Н0=110м з відсмоктуючим насосом: Кеверд=100000$USD. 5. Модуль очищення при продуктивності по воді GB=22,8кг/с: Коч=50000$USD. 6. Накопичувальний бак з напірним насосом і трубопроводами з арматурою: Кб=10000$USD. Таким чином, сумарна вартість системи дорівнює : SК=Ки+Кконд+Ккомпр+Ксверд+Коч+Кб=38400+13500 +117000+100000+50000+10000=328000$USD. Сумарні річні витрати при використанні запропонованої системи з модулем очищення води складають: SЗмг=SСг+SΚ*Ен=2*SΚ*Εн=2*328000*0,1= =65780$USD, де SСг=0,5*S3мг- сумарні річні експлуатаційні витрати (прийняті рівними 50% від сумарних річних витрат на використання системи); Ен=0,1 - нормативний коефіцієнт ефективності капітальних витрат. 5 86188 Сумарні річні витрати при використанні відомої установки без модуля очищення води складають: SЗг=SCг+(SΚм-Коч)*Εн+Ки=2*[(SΚм-Коч)+Ки]= =2*[(328000-50000)*0,1+38400]=132580$USD. Економічний ефект від використання запропонованої системи протягом строку її експлуатації (t=10 років) складають: Ем=(S3мг-S3г)*t=(132580-65780)*10= =668000$USD. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 6 Економія витрат на водопостачання при використанні запропонованої системи протягом t=10 років складають: D3в=3в*Gв*8760*t=800000$USD де 3в=0,1$/м3 - вартість водопровідної води. Тоді сумарний економічний ефект від використання запропонованої системи становить: Ε=Ем+D3в=668000+800000=1468000$USD або 1,468млн.$USD. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601