Геотермальна теплонасосна система з послідовно підключеним геліоколектором

Реферат: Геотермальна теплонасосна система з послідовно підключеним геліоколектором містить функціонально пов'язані колектор сонячної енергії, тепловий насос, геотермальний теплообмінник. До системи введено ґрунтовий колектор, змонтований в свердловині глибиною від 5 до 100 метрів (нижче глибини промерзання ґрунту), який поєднаний з послідовно підключеним до нього геліоколектором. UA 98992 U (12) UA 98992 U UA 98992 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до теплонасосних систем, які як первинне джерело енергії використовують тепло верхніх шарів Землі та енергію сонячного випромінювання і можуть бути застосовані в системах генерування та акумулювання теплової енергії для потреб комунального господарства та промисловості. Відомий пристрій, сонячно-теплова система та спосіб дії даної системи [1], що містить сонячний колектор, перепускний клапан, трубу подачі теплоносія, зворотну трубу та перепускну труби, циркуляційний насос, резервуар накопичення тепла. Клапан системи перемикається таким чином, що теплоносій тече з колектора до резервуара, коли виміряна температура колектора перевищує задану температуру. Після закінчення певного часу коли температура між колектором і температурою в резервуарі становить менше заданого значення. Основним недоліком відомого пристрою [1] є те, що пристрій може тільки частково застосовуватися в системі гарячого водопостачання та зовсім не може самостійно застосовуватись в системі теплозабезпечення. Відомий пристрій, тепловий насос та спосіб керування ним [2], що містить Тепловий насос, який використовує сонячне тепло як джерело тепла випаровування холодоагенту. Тепловий насос включає в себе колектор сонячного тепла, компресор для стиснення холодоагенту. Перший теплообмінник для конденсації холодоагенту, який стискається компресором і виконує теплообмін між холодоагентом конденсованої води і другим теплообмінником. Другий теплообмінник, що здійснює теплообмін між холодоагентом, що пройшов через перший теплообмінник, і теплом, зібраним сонячним колектором. Третій теплообмінник, що здійснює теплообмін між холодоагентом, який пройшов через перший теплообмінник і зовнішнє повітря. Перемикач потоку теплоносія для керування потоком теплоносія між сонячним колектором і теплообмінниками. Недолік відомого пристрою [2] є те, що система не може працювати стабільно, так як суттєво залежить від добових, місячних та сезонних коливань сонячної інсоляцій та температури зовнішнього повітря. Найбільш близьким технічним рішенням до корисної моделі за технічною суттю (прототип) є система нагріву води [3], що містить колектор сонячної енергії, тепловий насос, геотермальний теплообмінник, який розташований на глибині від 0,5 до 5 м в землі. Теплоносій передається від теплообмінника до насоса, коли температура середовища, яку передає колектор, менша, ніж середовища, що протікає через теплообмінник. Основним недоліком відомого пристрою [3] є відсутність можливості акумулювання теплової енергії в літній період для подальшого використання в зимовий. В основу корисної моделі поставлено задачу створення конструкції геотермальної теплонасосної системи, що дозволить підвищити її ефективність та функціональність за рахунок додаткового використання теплової енергії в зимовий період, що була акумульована в літній період роботи системи, бути при цьому максимально технологічною при виготовленні та зручною при проведенні монтажних робіт. Поставлена задача вирішується тим, що до випарника теплового насоса як систему постачання низькотемпературної теплоти підключено ґрунтовий колектор, змонтований в свердловині глибиною від 5 до 100 метрів (нижче глибини промерзання ґрунту), який послідовно поєднаний з геліоколектром, рух теплоносія в яких регулюється перепускним клапаном. Додаткове підключення цих пристроїв дозволить підтримувати оптимальною температуру теплоносія на вході в випарник теплового насоса в зимовий період та забезпечити акумулювання теплової енергії в верхніх шарах Землі в літній період роботи геотермальної системи. Геотермальна теплонасосна система з послідовно підключеним геліоколектором містить тепловий насос, функціонально пов'язаний з послідовно поєднаними ґрунтовим колектором, змонтованим в свердловині глибиною від 5 до 100 метрів (нижче глибини промерзання ґрунту) та геліоколектором, перепускний клапан та датчики температури. При цьому ґрунтовий колектор виконує функцію як збирача тепла приповерхневих шарів Землі для роботи теплового насоса в зимовий період року, так і функцію акумулятора Сонячної енергії перетвореної, а теплову геліоколектором в літній період року. Завдяки поєднанню в одній системі теплового насоса з послідовно підключеними ґрунтовим колектором та геліоколектором підтримується необхідна температура на вході в тепловий насос, внаслідок чого досягається оптимальний ступінь охолодження теплоносія в випарнику, що забезпечує мінімальні сумарні витрати енергії на систему в цілому, підвищення ефективності теплонасосної системи та максимальний термодинамічний потенціал отриманої сонячної енергії та енергії приповерхневих шарів Землі. 1 UA 98992 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Крім того, завдяки тому, що відповідно до запропонованої корисної моделі геліосистема послідовно поєднана з ґрунтовим колектором, змонтованим в свердловині глибиною від 5 до 100 метрів (нижче глибини промерзання ґрунту) та обладнана функціонально пов'язаним перепускним клапаном (зима-літо) досягається можливість акумулювання теплової енергії, отриманої сонячним колектором в літній період в верхніх шарах Землі, завдяки чому забезпечується підвищення функціональності системи та її коефіцієнта корисної дії. Також завдяки тому, що відповідно до запропонованої корисної моделі геотермальна теплонасосна система з послідовно підключеним геліоколектором містить окремий перепускний клапан (Зима-Літо), який конструктивно може монтуватися на вже існуючі конструкції теплонасосних систем, що використовують як первинне джерело тепла енергію приповерхневих шарів Землі і енергію Сонця, тим самим виконується поставлена задача, щодо максимальної технологічності виготовлення таких систем та зручності при проведенні монтажних робіт. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому схематично зображена геотермальна теплонасосна система з послідовно підключеним геліоколектором. Запропонована згідно з корисною моделлю геотермальна теплонасосна система, послідовно підключеним геліоколектором, складається з геліоколетора 1; з ґрунтового колектора 2; перепускного клапана 3; датчиків температури на виході з геліоколектора Т1 та виході з ґрунтового колектора Т2; з теплового насоса 4, який складається з функціонально пов'язаних випарника 5, конденсатора 6 та компресора 7 з терморегулюючим клапаном 8; циркуляційного насоса 9. Геотермальна теплонасосна система з послідовно підключеним геліоколектором працює таким чином: 1. Режим "Зима" призначений для отримання екологічно безпечної теплової енергії на виході з конденсатора теплового насоса за рахунок використання як первинної енергії теплоти приповерхневих шарів Землі та енергії сонячного випромінювання, яка перетворюється на теплову ґрунтовим колектором та геліоколектором відповідно та подаються на випарник теплового насоса. Режим "Зима" передбачає два режими: "Зима Міn" та "Зима Мах". Режим "Зима Міn" призначений для роботи системи в опалювальний сезон та період низької сонячної інтенсивності (Т1Т2), коли на випарник теплового насоса подається тепло як від геліосистеми, так і від ґрунтового колектора. Перетворена ґрунтовим колектором 2, енергія приповерхневих шарів Землі в теплову передається теплоносієм в сонячний колектор 1, де догрівається енергією сонячного випромінювання до необхідної температури і потрапляє в випарник 5 теплового насоса 4. Робоче тіло внутрішнього контуру теплового насоса після стискання компресором 7 віддає своє тепло у конденсаторі 6 теплоносію системи теплозабезпечення та через терморегулюючий клапан 8 знову потрапляє у випарник, (режим "Зима Мах"). В разі, коли температура теплоносія Т1 на виході з геліоколектора 1, досягає критичної відмітки, близької до температури Т2 на виході з ґрунтового колектора 2, перепускний клапан 3 відключає контур геліоколектора 1 від контуру випарника 5, внаслідок чого до випарника 5 потрапляє теплоносій, який проходить тільки через контур ґрунтового колектора 2 (режим "Зима Міn"). 2. Режим "Літо" призначений для акумулювання надлишку теплової енергії, що виробляється геліоколетором в літній період в ґрунтовому акумуляторі тепла за рахунок циркуляції теплоносія, нагрітого в геліоколеторі сонячним випромінюванням в контурі ґрунтового колектора. При різниці температур (Т1>Т2) перепускний клапан 3 перемикає рух теплоносія таким чином, що перетворена геліоколектором 1 енергія сонячного випромінювання в теплову, передається теплоносієм в ґрунтовий колектор 2, де віддає своє тепло ґрунту. Коли співвідношення температур на виході з геліоколектора та виході з ґрунтового колектора досягає критичної відмітки (Т1