Установка опалення та охолодження приміщень “екогеотерм-1″

Реферат: Установка опалення та охолодження приміщень включає внутрішній блок спліт-системи з внутрішнім теплообмінником і зовнішній блок, який містить компресор, з'єднаний нагнітальним і всмоктувальним патрубками з чотириходовим клапаном, який за допомогою з'єднуючих патрубків приєднано до зовнішнього теплообмінника, а до внутрішнього блока і зовнішнього теплообмінника приєднано трубку-дросель. Зовнішній теплообмінник виконано водяним у вигляді контуру з двох коаксіальних трубок - внутрішньої для фреону і зовнішньої для води. Теплообмінник зовні ізольовано утеплювачем і розташовано в приміщенні. UA 114651 U (12) UA 114651 U UA 114651 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до теплоенергетики, зокрема до установок опалення окремих споруд та дебаркадерів при використанні низько потенціальних природних джерел тепла - води річок, морів та ґрунтових вод, а також інших водяних стоків. Відомо тепловий насос, що містить газовий циркуляційний контур і послідовно встановлені в ньому комірки низького і високого тиску електрохімічного компресора, першу порожнину двопорожнинного теплообмінника-регенератора, комірки високого і низького тиску електрохімічного детандера і другу порожнину теплообмінника-регенератора. Комірку високого тиску детандера підключено до джерела тепла низького потенціалу, і вона має з боку сонячного випромінювання прозору стінку з похилими дзеркальними відбивачами по периметру, а обидві комірки компресора оребрені і заповнені металевим і сітчастим матеріалом [SU № 038753 А1, F25B 9/00, F25B 13/00, F25B 27/00, 1983]. Відомо систему опалення та охолодження житлових і громадських будівель, що містить подавальні та зворотні магістралі, циркуляційні насоси, панелі променевого охолодженнянагріву, компресійний тепловий насос і центральний кондиціонер [UA № 8470, F24D 5/00, F24F 3/00, 2010]. Недоліками наведених пристроїв є низька ефективність унаслідок залежності роботи від часу доби і наявності сонячних днів, що не дозволяє застосовувати їх в середніх і високих широтах. Відомо систему 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, теплообмінник-конденсатор, який включений в контур циркуляції води-теплоносія крізь опалювальні прилади за допомогою насоса теплоносія, а також свердловину, причому 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 [UA № 6188, F24D 3/18, F25B 30/00, F24J 3/00, Е03В 1/00, 2009]. Недоліком наведеної системи є громіздкість та складність у виготовленні та експлуатації. Відомо теплонасосну установку повітряного опалення, охолодження та гарячого водопостачання, що містить холодильний контур теплонасосного блока опалення та охолодження з послідовно з'єднаних теплообмінника холодоагент-рідина з підключеним до нього циркуляційним контуром теплоносія. Як компресор теплонасосної установки використовується тепловий компресор, що містить корпус з порожнистим робочим поршнем, порожнину якого розділено перегородкою, закріпленою нерухомо на корпусі, на дві робочі камери з патрубками всмоктування і нагнітання парів холодоагенту. В корпусі в один бік поршня розміщено демпферну камеру, а в інший - рідинну камеру з поршневим тепловим приводом. Поршень теплового приводу виконано у вигляді U-подібної трубки, заповненої рідиною і з'єднаної нижньою частиною з рідинної камерою, яку розміщено під робочою поршнем, а демпферну камеру над ним. Високотемпературний теплообмінник теплового приводу компресора розміщено в теплоізольованому топовому каналі, що має пальниковий пристрій. По ходу руху рідини в контурі її нагрівання послідовно встановлені низькотемпературний теплообмінник-охолоджувач теплового приводу компресора, конденсатор теплового насоса, теплообмінник продукти згоряння - рідина, розміщений в теплоізольованому топковому каналі за високотемпературним теплообмінником теплового приводу компресора, і теплообмінник рідина - гаряча вода, ґрунтовий теплообмінник типу гравітаційної теплової труби, що має теплоізольовану зону конденсації з розміщеним всередині неї теплообмінником змієвидного типу, причому випарник теплового насоса розміщений вище зони конденсації гравітаційної теплової труби і за допомогою триходових вентилів підключений до системи охолодження [RU №94033853 А1, F25B 13/00, 1996]. Недоліком зазначеної установки є її велика собівартість за рахунок проведення великих об'ємів бурових і земляних робіт для розміщення громіздких теплообмінників. Відомо пристрій для опалення і гарячого водопостачання, що містить джерело тепла низького потенціалу, тепловий насос з випарником і конденсатором, систему гарячого водопостачання, а як джерело тепла низького потенціалу - гноєсховище [SU № 581357 А1, F24D 17/00, 1977]. Недоліком наведеного пристрою є недостатня ефективність унаслідок малої величини коефіцієнта тепловіддачі з боку бетонної основи гноєсховища, а також наявність великої кількості гною з періодичністю його заміни. Відомо установку опалювання і гарячого водопостачання, що містить джерело тепла низького потенціалу, тепловий насос з випарником і конденсатором, системи опалювання і гарячого водопостачання, джерело тепла низького потенціалу - водовідливні стояки з шахтними 1 UA 114651 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 водами і додатково оснащена щонайменше двома фільтрами, які розміщені перед випарником теплового насоса [UA № 45589, F24D 17/02, 2009]. Відомо також установку опалювання і гарячого водопостачання, що містить джерело тепла низького потенціалу, тепловий насос з випарником і конденсатором, системи опалювання і гарячого водопостачання і як джерело тепла низького потенціалу - водовідливні основи з артезіанською водою і додатково оснащена щонайменше двома фільтрами, які розміщені перед випарником теплового насоса [UA № 28268, F24D 17/02, 2007]. Недоліком наведених установок є їх складність, громіздкість і неможливість використання для опалення приватного будинку та невеликих будівель. Найближчим до корисної моделі, що заявляється, є повітряний реверсивний кондиціонеропалювач типу "повітря-повітря", який містить внутрішній блок стандартної спліт-системи з вбудованим повітряним теплообмінником, циркуляційним вентилятором, дефлекторами для керування напрямками потоків повітря, що пройшло крізь теплообмінник, електронною системою керування роботою приладу в різних режимах нагріву-охолодження, зовнішній блок стандартної спліт-системи, яка містить компресор нагнітання фреону, систему трубчастих каналів для перекачки фреону, чотириходовий клапан для зміни напрямків потоків фреону між двома теплообмінниками системи, капілярну трубку-дросель для дроселювання фреону [Інструкція з експлуатації спліт-системи DSH 95 R/L, DSH 105 R/L, DSH 135 R/L, DSH 195 R/L, DSH 265 R/L, DSH 300 R/L, DSH 360 R/L", АЕ25, 2020329А4062, Ред. 24.08.06, с.4. "Будова кондиціонеру"]. До недоліків цього пристрою належить його можливість працювати як обігрівач тільки при температурах зовнішнього середовища досить високих, не нижче - 7 °C. При нижчих температурах зменшується ефективність обігрівання, значно падає коефіцієнт корисної дії спліт-системи та збільшується в'язкість мастила компресора, що може призвести до його псування. Крім цього, наявність зовнішнього теплообмінника, що відбирає тепло з навколишнього повітря, призводить до неефективної роботі системи при низьких зовнішніх температурах. В основу корисної моделі поставлена задача шляхом зміни конструкції удосконалити установку опалення та охолодження приміщень на основі побутової сплін-системи для підвищення коефіцієнта корисної дії, зниження енерговитрат та незалежності від температури оточуючого середовища. Поставлену задачу вирішують тим, що в установці опалення та охолодження приміщення, яка включає внутрішній блок спліт-системи з внутрішнім теплообмінником і зовнішній блок, який містить компресор, з'єднаний нагнітальним і всмоктувальним патрубками з чотириходовим клапаном, який за допомогою з'єднуючих патрубків приєднано до зовнішнього теплообмінника, а до внутрішнього блока і зовнішнього теплообмінника приєднано трубку-дросель, згідно з корисною моделлю, зовнішній теплообмінник виконано водяним у вигляді контуру з двох коаксіальних трубок - внутрішньої для фреону і зовнішньої для води, причому теплообмінник зовні ізольовано утеплювачем і розташовано в приміщенні. Теплообмінник оснащено системою керування та стабілізації процесів теплообміну, до складу якої належать пускове реле компресора, реле протоку води, клапан протоку води, індикатор протоку води через зовнішній теплообмінник і термореле захисту двигуна компресора. Як джерело тепла низького потенціалу використано воду водоносного горизонту або природної водойми. Перевагами установки, що заявляється, в порівнянні з прототипом є зниження енерговитрат, збільшеннякоефіцієнта корисної дії установки. Теплообмінник розташовується у приміщенні, що дає змогу уникнути замерзання води у відключеному стані і робить його роботу нечутливою до зовнішніх умов. Для теплообміну використовується вода зі свердловини, що надходить до нього при температурі ~10 °C і після використання повертається до іншої свердловини (іншого горизонту) при температурі ~2 °C у режимі нагрівання приміщення або ~40 °C у режимі охолодження приміщення. Установка для опалення та охолодження приміщення "ЕКОГЕОТЕРМ-1" пояснюється схемами. На Фіг. 1 зображено принципову гідравлічну схему системи опалення та охолодження приміщення на основі побутової спліт-системи; на Фіг. 2 - принципову електричну схему системи опалення та охолодження приміщення на основі побутової спліт-системи. 2 UA 114651 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Гідравлічна частина (Фіг. 1), що організує рух потоків теплоносія-фреону в спліт-системі з рідинним теплообмінником відкритого типу, містить в своєму складі компресор 1, з'єднаний з чотириходовим клапаном 2, до яких приєднано нагнітальний 3 та всмоктувальний 4 патрубки. Чотириходовий клапан 2 за допомогою з'єднуючих патрубків 5 приєднано до теплообмінника 6, що омивається водою з водоносного горизонту або природної водойми, та внутрішнього блока 7 спліт-системи. До теплообмінника 6 і внутрішнього блока 7 спліт-системи за допомогою з'єднуючих патрубків 5 приєднано дросель 8. Електрична частина (Фіг. 2) принципової схеми зовнішнього блока керування спліт-системи з рідинним теплообмінником відкритого типу складається з систем живлення компресора 1 і чотириходового клапана 2, штатної електронної схеми керування спліт-системи, що знаходиться всередині внутрішнього блока 7 спліт-системи, пускового реле 9 компресора 1, реле 10 протоку води, клапан 11 протоку води, лампа-індикатор 12 протоку води через теплообмінник 6 і термореле 13 захисту двигуна компресора 1. Всередині внутрішнього блока 7 міститься електронна схема керування спліт-системи. Установка "ЕКОГЕОТЕРМ-1" функціонує наступним чином. За допомогою компресора 1 прокачують теплоносій-фреон у газоподібному стані в напрямку із всмоктувального 4 патрубка до нагнітального 3 парубка. В залежності від обраної функції роботи спліт-системи "Нагрів" чи "Охолодження" приміщення чотириходовий клапан 2 перебуває в певному положенні і перерозподіляє стиснений потік теплоносія або до внутрішнього блока 7 (режим "Нагрів"), або до зовнішнього теплообмінника 6 (режим "Охолодження"). В той же час у режимі "Нагрів" конденсований теплоносій з внутрішнього блока 7 через з'єднуючий патрубок 5 та трубку-дросель 8 подають у вигляді рідини до зовнішнього теплообмінника 6, який в цьому випадку працює як випарник, відбираючи тепло від циркулюючої по ньому води, і подають через патрубок 5, чотириходовий клапан 2 та всмоктувальний 4 патрубок до компресора 1 на стиснення. В режимі "Охолодження" за допомогою чотириходового клапана 2 перенаправляють потік теплоносія в зворотному напрямку для охолодження внутрішнього блока 7, а надлишкове тепло відбирається водою від теплоносія при стисненні в зовнішньому теплообміннику 6. Керування спліт-системою здійснюють за командами від внутрішнього блока 7 зі стандартними режимами налаштування - "Автоматичний режим", режим "Охолодження", режим "Нагрів" та режим "Висушування повітря". При вмиканні спліт-системи внутрішньою фазовою клемою "Ф" (Фіг. 2) внутрішнього блока 7 з'являється напруга. Це спричиняє відкривання клапану 11 протоку води через зовнішній теплообмінник 6. Потік води замикає реле 10 протоку води, яке вмикає пускове реле 9, що, в свою чергу, приводить до запуску компресора 1. Якщо за командою електроніки внутрішнього блока 7 на клему клапана "К" (Фіг. 2) цього блока подають напругу, то чотириходовий клапан 2 увімкнено і спліт-система працює в режимі "Нагрів", виробляючи тепло на внутрішньому блоці 7, який працює в режимі конденсатора теплоносія-фреону. При роботі в режимі "Охолодження" на клемі "К" внутрішнього блока 7 напруга відсутня і чотириходовий клапан 2 вимкнено. В цьому режимі рух теплоносія-фреону в спліт-системі відбувається в протилежному напрямку, тепло забирається з внутрішнього блока 7 та віддається водяному зовнішньому теплообміннику 6. Реле 10 протоку води виконує роль запобіжника, який вимикає компресор 1 за допомогою пускового реле 9 при порушенні циркуляції води в теплообміннику 6 з різних причин (замерзання води в теплообміннику, пошкодження насоса прокачування води тощо). Для сигналізації про порушення протоку води в зовнішньому теплообміннику 6 введена контрольна лампа-індикатор 12, яка світиться при відсутності протоку води через зовнішній теплообмінник 6. Також електрична схема містить типовий запобіжник у вигляді термореле 13. Він відключає компресор 1 при перегріванні. Електрична схема побудована таким чином, що циркуляція води в теплообміннику припиняється при перегріві компресора і вимиканні термореле 13. Для демонстрації і практичної реалізації установки, що заявляється, було створено дослідний зразок установки опалення та охолодження приміщення на основі побутової сплітсистеми. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Установка опалення та охолодження приміщень, що включає внутрішній блок спліт-системи з внутрішнім теплообмінником і зовнішній блок, який містить компресор, з'єднаний нагнітальним і 3 UA 114651 U 5 10 всмоктувальним патрубками з чотириходовим клапаном, який за допомогою з'єднуючих патрубків приєднано до зовнішнього теплообмінника, а до внутрішнього блока і зовнішнього теплообмінника приєднано трубку-дросель, яка відрізняється тим, що зовнішній теплообмінник виконано водяним у вигляді контуру з двох коаксіальних трубок - внутрішньої для фреону і зовнішньої для води, причому теплообмінник зовні ізольовано утеплювачем і розташовано в приміщенні. 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що теплообмінник оснащено системою керування та стабілізації процесів теплообміну, до складу якої належать пускове реле компресора, реле протоку води, клапан протоку води, індикатор протоку води через зовнішній теплообмінник і термореле захисту двигуна компресора. 3. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що як джерело тепла низького потенціалу використано воду водоносного горизонту або природної водойми. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4