Спосіб роботи теплового насоса

1. Спосіб роботи теплового насоса, який включає стадії, де як тепловий насос використовують універсальний тепловий насос, у корпусі якого з утворенням контуру теплового насоса розміщені теплообмінник-випарник, компресор, теплообмінник-конденсатор, теплообмінник-підігрівник, дросель, циркуляційний насос та пристрій керування, контур теплового насоса функціонально пов'язаний із зовнішнім контуром, контуром опалювання та контуром охолодження, теплообмінник-підігрівник розміщений перед дроселем, контур охолоджування містить теплообмінникза допомогою пристрою керування вибирають охолоджувач; режим роботи теплового насоса; за допомогою циркуляційного насоса забезпечують циркуляцію теплоносія по зовнішньому контуру; U 2 (19) 1 3 з температурою землі (+8°С). Відібране у ґрунті тепло крізь теплообмінник передається теплоносію контуру теплового насосу, у якості якого використовується холодоагент - низько кипляча рідина (температура кипіння -3°С). Вона випарюється та у газоподібному стані подається до компресору, де у результаті стискання нагрівається до температури 80-85°С та крізь теплообмінник передає надлишок тепла теплоносію, який циркулює у контурі опалювання. За такої схеми отримана теплова енергія значно перевищує енергію витрачену на роботу компресора. Таким чином, тепловий насос здійснює трансформацію теплової енергії з низького температурного рівня на більш високий, необхідний споживачу. Відношення отриманої теплової енергії до витраченої енергії (на роботу компресора) називають коефіцієнтом перетворення теплового насосу або коефіцієнтом трансформації. Цей коефіцієнт залежить від температури первинного джерела тепла та від температури теплоносія, що виходить з контуру теплового насосу. Зазвичай коефіцієнт перетворення теплового насосу досягає у середньому значення 3 або трохи більше. Зрозуміло, що перевагу мають теплові насоси з найбільшим коефіцієнтом перетворення теплового насосу. Теплообмінник, який змінює стан теплоносія з рідкого на газоподібний, зазвичай називають випарником, а теплообмінник, який змінює стан теплоносія з газоподібного на рідкий, зазвичай називають конденсатором. Як найближчий аналог способу роботи теплового насосу обрано спосіб роботи теплового насосу за деклараційним патентом України №45107 А, опублікований 15.03.2002 p., який включає стиснення газоподібного теплоносія, його конденсування, дроселювання, нагріву низько потенційним теплом та підігріву, при цьому підігрів газоподібного теплоносія здійснюється теплом, відведеним від дросельних пристроїв. До недоліків даного способу можна віднести використання його тільки для системи опалювання та гарячого водопостачання. Підігрів газоподібного теплоносія теплом відведеним від дросельних пристроїв забезпечує підвищення коефіцієнту перетворення теплового насосу, але при цьому не вирішується задача відновлення джерела низько потенційного тепла, що знижує ефективність даного способу. Також вважаємо нераціональним використання для дроселювання більш ніж одного дроселя. Зазначених вище недоліків позбавлений спосіб роботи універсального теплового насосу за корисною моделлю, що пропонується. Метою даної корисної моделі є спосіб роботи теплового насоса з підвищенням коефіцієнту перетворення теплового насосу, підвищеною функціональністю та економічністю, у декількох режимах з використанням залишкового тепла для відновлення джерела низько потенційного тепла. Поставлена задача досягається тим, що як тепловий насос використовують 31654 4 універсальний тепловий насос, у корпусі якого з утворенням контуру теплового насосу розміщені теплообмінник-випарник, компресор, теплообмінник-конденсатор, теплообмінникпідігрівник, дросель, циркуляційний насос та пристрій управління, контур теплового насосу функціонально пов'язаний із зовнішнім контуром, контуром опалювання та контуром охолодження, теплообмінник-підігрівник розміщений перед дроселем, контур охолоджування містить теплообмінник-охолоджувач; за допомогою пристрою управління обирають режим роботи теплового насосу; за допомогою циркуляційного насосу забезпечують циркуляцію теплоносія по зовнішнього контуру; холодоагент, що міститься у циркуляційному контурі, у теплообміннику-випарнику нагрівають теплом від теплоносія, який циркулює у зовнішньому контурі; перетворений у газ холодоагент стискають за допомогою компресора; утвореним у результаті стискання холодоагенту теплом за допомогою теплообмінника-конденсаторанагрівають теплоносій, який циркулює у контурі опалювання; залишковим теплом холодоагенту у теплообміннику-підігрівнику підігрівають теплоносій, який циркулює у зовнішньому контурі; дроселюють холодоагент; повторюють цикл роботи теплового насосу; та одночасно або окремо, у теплообмінникуохолоджувачі відбирають холод у теплоносія, який циркулює у зовнішньому контурі, із додатковим нагріванням теплоносія на виході з теплообмінника-охолоджувача; Для підвищення швидкості відбору холоду та, наприклад, спрямування холодного повітря, у контурі охолоджування використовують вентилятор. Для примусової циркуляції теплоносіїв контур охолодження та контур опалювання додатково обладнують циркуляційними насосами. Зовнішній контур функціонально є контуром низько потенційного тепла. Доцільно як теплоносій у зовнішньому контурі використовувати рідини із низькою температурою замерзання, наприклад, гліколі, температура замерзання яких змінюється від -4,3°С для триетиленгліколю до -77°С для 1,3бутиленгліколю. для Доцільно примусового обдування теплообмінника-охолоджувача використовувати у контурі охолоджування додатковий вентилятор, який сприяє спрямуванню охолодженого повітря до помешкання. Усередині контуру теплового насосу циркулює холодоагент, який обрано з групи, що включає аміак або хладони, у тому числі R22, R32, R125, R134A, R407C, Р410А тощо. Спосіб роботи теплового насосу здійснюють у різних режимах - опалювання та охолоджування, які надалі у цьому опису зазначені як режими «зима» та «літо». При цьому робота в режимі «літо», наприклад, для кондиціювання повітря, не виключає можливості підігріву води або використання теплового насосу для забезпечення 5 функції «тепла підлога», тобто можливим є комбінований режим «зима-літо». Крім цього, тепловий насос має можливість окремо працювати на систему опалювання або на систему охолоджування. У режимі «літо» можливо охолодження не тільки повітря, тобто реалізація функції кондиціювання, а також можна охолоджувати воду, наприклад, для споживання або з іншою метою. Зазначені вище режими роботи теплового насосу забезпечує пристрій управління, який реалізовано у вигляді електронного блоку. Між суттєвими ознаками способу, що заявляється, та технічним результатом, якого досягають за їх допомогою, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. За рахунок додаткового підігрівання теплоносія, який циркулює у зовнішньому контурі, залишковим теплом від теплоносія, який циркулює у контурі теплового насосу, збільшують значення коефіцієнта перетворення теплового насосу збільшується до 4 або навіть вище. Підвищення функціональності досягають за рахунок того, що спосіб роботи пристрою включає режим опалювання, режим охолоджування та комбінований режим. Підвищення економічності досягають за рахунок того, що в системі, у якій працює пристрій, що заявляється, максимально використовують всі енергетичні ресурси, що є у системі, у тому числі залишкову теплову енергію, яка утворюється при роботі пристрою в режимі «зима», «літо» та «зима-літо». При цьому, при роботі пристрою у режимі «зима» задіяні зовнішній контур, контур теплового насосу та контур опалювання, при роботі пристрою у режимі «літо» задіяні зовнішній контур та контур охолоджування, а при роботі у комбінованому режимі «зима-літо» задіяні усі зазначені контури. При роботі у режимі охолоджування та у комбінованому режимі вартість кондиціювання повітря у помешканні у десятки разів дешевше за вартість кондиціювання із застосуванням кондиціонерів. Наприклад, витрати електричної енергії на роботу насосу та вентилятору у контурі охолоджування складає приблизно 100Вт, у той час, як споживана потужність кондиціонера для помешкання площею 15кв. метрів складає приблизно 1500Вт. Також, при використанні системи кондиціювання з вулиці відбирають тільки до 15 свіжого повітря (дуже дорого охолоджувати усі 100% повітря), у той час, як при охолодженні повітря із застосуванням джерела низько потенційного тепла можливим є 100%-й відбір повітря з вулиці. було знайдено, що за допомогою Несподівано додаткового нагрівання теплоносія, що повертається до джерела низько потенційного тепла, можна підтримувати стабільність джерела, сприяти його відновленню та додатково захищати його від можливого замерзання. Відновлення джерела низько потенційного тепла відбувається за допомогою залишкової теплової енергії, яка утворюється при роботі пристрою в режимі «зима», «літо» та комбінованому режимі «зималіто», та спрямовується на підігрівання теплоносія, який циркулює у зовнішньому контурі. 31654 6 Температура на вході та виході теплообмінника-підігрівника змінюється у залежності від режиму роботу, тобто від навантаження. Так, якщо навантаження на тепловий насос невелике (наприклад, у літній період), йде малий відбір тепла із джерела низько потенційного тепла та джерело низько потенційного тепла не є «виснаженим», то теплоносій з джерела низько потенційного тепла приходить на вхід теплообмінника-підігрівника із температурою приблизно 8-10°С. У такому випадку температура теплоносія на виході з теплообмінника-підігрівника складає приблизно 10-15°С. Якщо навантаження на тепловий насос велике, триває постійний відбір тепла з джерела низько потенційного тепла, то теплоносій з джерела низько потенційного тепла приходить на вхід теплообмінника-підігрівник із температурою приблизно 0-1,5°С. У такому випадку температура теплоносія на виході з теплообмінника-підігрівника складає приблизно 5-7°С. Універсальний тепловий насос містить теплообмінник-випарник, компресор, теплообмінник-конденсатор, теплообмінникпідігрівник, дросель, циркуляційний насос та пристрій управління, які розміщені у корпусі та утворюють контур теплового насосу. Контур теплового насосу функціонально пов'язаний із зовнішнім контуром, контуром опалювання та контуром охолодження. Теплообмінник-підігрівник розміщений перед дроселем підігріває залишковим теплом теплоносій, що циркулює у зовнішньому контурі. Контур охолоджування містить теплообмінник-охолоджувач та може бути додатково обладнаний вентилятором, який може сприяти спрямуванню охолодженого повітря. Пристрій управління забезпечує функціонування теплового насосу принаймні у двох режимах. Контур опалювання також обладнаний циркуляційним насосом та стандартним обладнанням системи опалювання та гарячого водопостачання. Контур охолоджування додатково обладнаний циркуляційним насосом, який забезпечує циркуляцію теплоносія зовнішнього Надалі розглянемокрізь спосіб контуру теплообмінникроботи універсального теплового насосу у різних охолоджувач. режимах, а саме: режимі «зима», «літо» та комбінованому режимі «зима-літо». 1. Режим «зима» призначений для забезпечення опалювання та гарячого водопостачання або функції «тепла підлога». Теплоносій з джерела низько потенційного тепла з температурою приблизно 8°С за допомогою циркуляційного насосу подаються на вхід теплообмінника-підігрівника, який підвищує температуру теплоносія приблизно до 13-15°С. Надалі теплоносій із зазначеною температурою подають на вхід теплообмінника-випарника, де він сприяє перетворенню холодоагенту, який циркулює у контурі теплового насосу, з рідкого стану до газоподібного стану. Холодоагент у газоподібному стані подають до компресору, де за рахунок стискання його температуру підвищують приблизно до 60°С та його подають до входу теплообмінника-конденсатора. У теплообміннику 7 31654 конденсаторі нагрітий холодоагент віддає частину свого тепла теплоносію, який циркулює за допомогою циркуляційного насосу у контурі опалювання. Нагрітий теплоносій контуру опалювання надалі спрямовують до системи опалювання та гарячого водопостачання та знову повертають до теплообмінника-конденсатора. На виході теплообмінника-конденсатора температуру холодоагенту знижують приблизно до 35°С та його з газоподібного стану перетворюють у рідину. Надалі холодоагент подають на вхід теплообмінника-підігрівника, де він віддає частину свого тепла теплоносію, що циркулює у зовнішньому контурі. Додатково нагрітий до температури приблизно 15°С теплоносій повертають до джерела низько потенційного тепла. Підвищена температура теплоносія сприяє відновленню (регенерації) джерела низько потенційного тепла та є додатковим захистом джерела від замерзання. Холодоагент надалі подають до дроселя, який знижує тиск та температуру холодоагенту, а потім знову на вхід теплообмінника-випарника. 2. Режим «літо» призначений для створення холодного повітря, наприклад, з метою кондиціювання, та охолодження, наприклад, води для споживання або господарських цілей. Теплоносій з джерела низько потенційного тепла з температурою приблизно 8°С за допомогою циркуляційного насосу подають на вхід теплообмінника-охолоджувача, який відбирає холод у теплоносія та на виході підвищує його температуру приблизно до 13-15°С. Відібраним у теплоносія холодом охолоджують об’єкти за призначенням, наприклад, повітря, яке за допомогою додаткового вентилятора спрямовують до помешкання призначеного для охолодження, Комп’ютерна верстка А. Крулевський 8 або воду, наприклад, для споживання. Надалі нагрітий теплоносій повертають до джерела низько потенційного тепла. Підвищена температура теплоносія сприяє відновленню (регенерації) джерела низько потенційного тепла та є додатковим захистом джерела від замерзання. Якщо режим «літо» використовують для кондиціювання повітря у помешканні, то витрати електроенергії будуть у десятки разів менше у порівнянні із витратами на кондиціювання із застосуванням кондиціонерів. Наприклад, витрати електричної енергії на роботу насосу та вентилятору у контурі охолоджування складає приблизно 100Вт, у той час, як споживана потужність кондиціонера для помешкання площею 15кв. метрів складає приблизно 1500Вт. Також, при використанні системи кондиціювання з вулиці відбирають тільки до 15% свіжого повітря (дуже дорого охолоджувати усі 100% повітря), у той час, як при охолодженні повітря із застосуванням джерела низько потенційного тепла можливим є 100%-й відбір повітря з вулиці. 3. Комбінований режим «зима-літо» призначений для забезпечення опалювання та гарячого водопостачання або функції «тепла підлога» та для створення холодного повітря та охолодження помешкань. У цьому режимі тепловий насос одночасно працює як у режимі «зима», так й у режимі «літо», тобто для нього характерні усі переваги, які спостерігаються для режимів «зима» та «літо». Таким чином, з огляду на усе вищевикладене, можна зробити висновок, що технічна задача, яка поставлена при створенні способу роботи універсального теплового насосу виконана з досягненням зазначеного технічного результату. Підписне Тираж 26 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