Установка для автономного опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання

Установка для автономного опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання приміщень, будівель і споруд різного призначення на основі технологій із використанням теплових насо 3 унеможливлення подальшого вилучення останньої, а отже неминучої дестабілізації роботи систем з часом. В основу корисної моделі поставлена задача створення установки для автономного опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання приміщень будівель та окремих споруд різного призначення на основі технологій з використанням теплових насосів, в результаті чого забезпечується відновлення природного теплового стану ґрунтового масиву (відновлення природної низькопотенціальної теплоти поверхневих шарів ґрунту, економічність і висока енергетична ефективність значно скорочуються витрати електричної енергії в системах життєзабезпечення приміщень будівель і споруд різного призначення, а оптимальне сполучення параметрів низькопотенціального джерела та необхідних параметрів теплоти в споживача створює умови для ефективного використання теплового насоса. Задача вирішується тим що, в установці для автономного опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання приміщень будівель та окремих споруд різного призначення на основі технологій із використанням теплових насосів, яка включає тепловий насос, ґрунтовий теплообмінник, систему повітряного опалення/кондиціонування на основі фенкойлів, пластинчатий теплообмінник, що встановлений між тепловим насосом та системою повітряного опалення/кондиціонування на основі фенкойлів, згідно з корисною моделлю, вона додатково включає систему опалення типу водяна "тепла підлога", компенсаційну ємність з розширювальним баком, систему гарячого водопостачання, ґрунтовий колектор, виконаний у вигляді горизонтального змійовика (багатопетельної U-подібної конструкції) з труб для вилучення/відновлення природної низькопотенціальної теплоти поверхневих шарів ґрунту, резервний трубопровід-теплообмінник, гідравлічний вузол, трійник, контрольно-вимірювальний комплекс. Відновлення природного теплового стану ґрунтового масиву (природної низькопотенціальної теплоти поверхневих шарів ґрунту) відбувається за рахунок охолодження теплоносія в системі кондиціонування (фенкойлів) і циркуляції холодоносія через ґрунтовий колектор в теплий період року. Таким чином досягається висока енергетична ефективність, формуючи нові можливості підвищення ступеня автономності систем життєзабезпечення будівель і споруд різного призначення. Трійник, що є одним з вузлів конструкції ґрунтового колектора, і певне сполучення (варіант) "відкриття - закриття" кранів гідравлічного вузла, дозволяють вводити в роботу як весь змійовик ґрунтового колектора або його окремі складові, так і комбінувати основну конструкцію ґрунтового колектора з резервним трубопроводомтеплообмінником. Таким чином є можливість варіювання питомої теплової потужності за рахунок збільшення/зменшення загальної площі теплообміну (зміни довжини трубної системи „ґрунтовий колектор резервний трубопровідтеплообмінник"), що в тих чи інших випадках дає 55181 4 можливість зекономити електроенергію, що витрачається на циркуляцію холодоносія. При реалізації системи опалення типу водяна „тепла підлога" теплоносій має більш низьку температуру (+25...35 °С), ніж при традиційному радіаторному опаленні (+70...90 °С). Крім того, ці дві системи відрізняються способом теплообміну. При радіаторному опаленні теплообмін між радіатором та приміщенням здійснюється, загалом, випромінюванням. І навіть при зниженні температури в радіаторі на 10 градусів, ефективність опалення знижується аж на 15...20 %. А при температурі теплоносія +70 °С, ефективність падає на 50 %, що є несприятливим для підтримки комфортних умов в приміщеннях будівель і споруд. Результати проведених досліджень розподілу температури по висоті кімнати при радіаторній системі опалення і з використанням системи опалення типу водяна "тепла підлога" підтверджують вище сказане, а також доводять, що при використанні останньої завдяки рівномірному розподілу температури в приміщенні від підлоги до стелі, досягається тепловий комфорт, який є найбільш сприятливим для людини. Для компенсації температурного розширення теплоносія, видалення повітря при заповненні системи, а також скорочення частоти включення компресора теплового насоса, акумулюючи при цьому теплоту в об'ємі, всі зворотні магістралі системи опалення підведені до компенсаційної ємності з розширювальним баком. На фіг. 1 представлена установка для автономного опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання приміщень будівель і споруд різного призначення на основі технологій із використанням теплових насосів. Установка містить: 1 - тепловий насос; 2 - пластинчастий теплообмінник; 3 - система опалення типу водяна "тепла підлога"; 4, 5 - система повітряного опалення/кондиціонування на основі фенкойлів; 6 - циркуляційний насос; 7 - компенсаційна ємність; 8 - розширювальний мембранний бак; 9 редуктор; 10 - лічильники; 11 - розширювальні бачки контуру теплообмінника (ґрунтового колектора); 12 - подача холодної води; 13 - контур теплообмінника (ґрунтового колектора); 14 - гаряче водопостачання; 15 - тепловий лічильник; 16 - лічильники об'єму води. Установки для автономного опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання приміщень будівель і споруд різного призначення на основі технологій із використанням теплових насосів працює таким чином. Основою установки для автономного опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання приміщень будівель і споруд різного призначення на основі технологій із використанням теплових насосів є тепловий насос 1. У якості джерела теплоти для нього використовується ґрунтовий колектор 13, в контурі якого циркулює холодоносій, що являє собою водний розчин пропіленгліколю. Розширювальний бачок 11 призначений для компенсації температурного розширення останнього та видалення повітря з системи циркуляції. Основна конструкція ґрунтового колектора, що є системою не лише для вилучення, але й для відновлення природної низькопотенціальної 5 теплоти поверхневих шарів ґрунту, являє собою змійовик (багатопетельну U-подібну конструкцію) з труб, що мають високу корозійну стійкість та з'єднані послідовно. Крім того, у паралель із базовою конструкцією ґрунтового колектора розташовуються петлі резервного трубопроводутеплообмінника. Трійник, що є одним з вузлів конструкції ґрунтового колектора, і певне сполучення (варіант) "відкриття - закриття" кранів гідравлічного вузла дозволяють вводити в роботу як весь змійовик ґрунтового колектора або його окремі складові, так і комбінувати основну конструкцію ґрунтового колектора з резервним трубопроводом-теплообмінником. Опалення приміщень здійснюється системою опалення типу водяна "тепла підлога" 3, по якій циркулює підготовлена вода. Тепловий насос також дозволяє організувати гаряче водопостачання 14. Опалення приміщень в холодний період року реалізовано за допомогою повітряної системи, що включає в себе фенкойли 4, 5. Кондиціонування в теплий період року можливе по тій самій схемі, використовуючи при цьому пластинчатий паяний теплообмінник 2 і циркуляційний насос 6. Компресор теплового насоса в цьому режимі не працює. За рахунок циркуляції холодоносія через ґрунтовий колектор відбувається охолодження теплоносія в системі кондиціонування (фенкойлів), а також відновлення природного теплового стану ґрунтового масиву (відновлення природної низькопотенціальної теплоти поверхневих шарів ґрунту). Всі зворотні магістралі системи опалення підведені до компенсаційної ємності 7 з розширювальним баком 8, які призначені для компенсації температурного розширення теплоносія, вилучення повітря при заповненні системи, а також скорочення частоти включення компресора теплового насоса, акумулюючи при цьому теплоту в об'ємі. Заповнення бака теплового насоса водою і наступна його підпитка реалізовані через редуктор 9 для зниження вхідного тиску до 3 атм з системи технічного водопроводу 12. В схемі передбачені вимірювання витрат рідин в усіх контурах: ґрунтового колектора тепловитратоміром 15, системи опалення типу водяна "тепла підлога" і повітряного опалення теплолічильниками 10, а також вимірювання витрат холодної і гарячої води витратомірами 16. Тиск і температура теплоносія в усіх контурах вимірюється, відповідно, пружинними манометрами і терморезисторами (на схемі не позначені). З метою оцінки технологічних характеристик ґрунтового колектора і запису експериментальних 55181 6 даних при дослідженні процесів теплообміну і гідродинаміки такого роду систем, в ґрунті на різних глибинах у реперних місцях установлені термоперетворювачі електричного опору, виходи яких через мідний кабель підключені до восьмиканальних приладів виміру і контролю температури, що в свою чергу з'єднані з адаптерами для передачі значень контрольованих датчиками величин на комп'ютер (запис та обробка даних на комп'ютері в подальшому відбувається (проводиться) за допомогою програмного забезпечення) (контрольновимірювальна комплекс). Отже, основними перевагами установки для автономного опалення, кондиціонування та гарячого водопостачання приміщень будівель і споруд різного призначення на основі технологій із використанням теплових насосів в порівнянні з традиційними аналогами, є: - можливість отримання теплоти необхідного для практичного застосування потенціалу за рахунок низькопотенціальних природних джерел теплоти; - економічність і висока енергетична ефективність (Значно скорочуються витрати електричної енергії в системах життєзабезпечення приміщень будівель і споруд різного призначення, а оптимальне сполучення параметрів низькопотенціального джерела та необхідних параметрів теплоти в споживача створює умови для ефективного використання теплового насоса); - безпека (Навіть при великих потужностях забезпечується високий ступінь безпеки. При експлуатації не використаються горючі вибухонебезпечні матеріали, відсутній зв'язок із процесами горіння та високими температурами тощо); - екологічна чистота (Відсутність викидів шкідливих речовин в атмосферу, сприяє зменшенню парникового ефекту та, як наслідок, глобального потепління. Геотермальні системи безпечні й екологічні, не завдають шкоди навколишньому середовищу та здоров'ю людини зокрема); - мінімальне обслуговування та високий ступінь автономності; - високий рівень комфорту (Протягом усього року здійснюється та підтримується бажаний якісний мікроклімат, що забезпечує екологічну й санітарно епідеміологічну безпеку приміщень); - надійність (Установки на основі технологій із використанням теплових насосів вже багато десятиріч застосовуються в розвинених країнах, довівши тим самим свою надійність і довговічність на практиці. Мають термін служби до капітального ремонту 10...20 років). 7 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 55181 8 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