СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛА Российский патент 2009 года по МПК F24J3/08 

Изобретение относится к способам использования геотермального тепла в системах тепло- и холодоснабжения.

Известен способ использования тепла земных недр в системах теплоснабжения путем использования горячего теплоносителя из подающего трубопровода скважины сразу на отопление и горячее водоснабжение или при недостаточном потенциале - с догревом термальной воды на отопление пиковыми котлами. [Внутренние санитарно-технические устройства. Справочник проектировщика. В 3 ч. Ч.I Отопление [Текст] / В.И.Богословский, Б.А.Крупной, А.Н.Сканави и др.; под ред. И.Г.Староверова и Ю.И.Шиллера. М.: Стройиздат, 1990. - 344 с.].

Недостатками известного способа являются: большие энергозатраты, загрязнение окружающей среды и т.д.

Известна также установка использования тепла земных недр в системах тепло- и водоснабжения с использованием теплового насоса, который применяется для повышения температуры теплоносителя [авт. свид. №305327, МПК F25b 29/00. Установка для тепло- и водоснабжения с использованием тепла геотермального источника / Б.К. Козлов, В.В. Завадский - 1421146/29-14; опубл. 04.06.1971, Бюл. №18].

Недостатком является низкая эффективность: холодоснабжение от теплового насоса осуществляется для того, чтобы он не простаивал в летнее время, при этом он отключается от геотермальной скважины задвижками и никакого отношения к использованию тепла от скважины не имеет; мировая практика показывает, что затраты на парокомпрессорные теплонасосные установки окупаются, если энергии на привод компрессора расходуются не более чем половина от переданного потребителю тепла, то есть если коэффициент трансформации тепла более 2.

Наиболее близким к предложенному является способ использования геотермального тепла в системах тепло- и холодоснабжения, включающий применение теплового насоса с понижением температуры обратной воды до 15°С, при этом для системы тепло- и холодоснабжения применяются абсорбционные или пароэжекторные холодильные машины, осуществляющие «прямое» (без затрат электроэнергии на привод компрессора) преобразование теплоты в холод. [Патент РФ 2288413].

Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение себестоимости тепло- и холодоснабжения.

Указанный технический результат достигается за счет способа, используемого геотермальное тепло, получаемое из скважины и используемое для нужд тепло- и холодоснабжения, при помощи теплового насоса, и включающего подвод нагретой воды из геотермальной скважины к генератору абсорбционного теплового насоса, затем использование для догрева водопроводной воды в системе горячего водоснабжения, предварительно подогретой в абсорбере.

Для нужд теплоснабжения в холодный период вода после подогревателя системы горячего водоснабжения подается в испаритель теплового насоса, а из него обратно в скважину, а нагрев воды для системы отопления осуществляется в конденсаторе.

Для нужд теплоснабжения в теплый период вода после подогревателя системы горячего водоснабжения используется у потребителя, а затем подается в конденсатор теплового насоса, а из него обратно в скважину, а охлаждение воды для системы холодоснабжения осуществляется в испарителе.

На фиг.1 и 2 представлены схемы для использования тепла земных недр по предлагаемому способу для тепло- и холодоснабжения соответственно. Схема включает в себя следующие элементы:

геотермальную скважину (1); тепловой насос (2), включающий: генератор (Г), испаритель (И), конденсатор (Кд), абсорбер (Аб); теплообменник системы горячего водоснабжения (3); потребитель тепла (4); потребитель холода (5).

Обозначения по схемам: G, G_гв, G_к G_u - расходы теплоносителей через скважину, в системе горячего водоснабжения, в системе отопления и в системе холодоснабжения соответственно; t₁, t₂, t'_2' t''₂, t_гв, t_л, t_з, t_г t₀ - температуры теплоносителей на выходе и входе скважины, на входе в испаритель, на выходе генератора, на выходе из водоподогревателя системы горячего водоснабжения, на входе в абсорбер в теплый и холодный периоды, подаваемых потребителю и возвращаемых от потребителя соответственно.

Способ осуществляется следующим образом.

Скважина предназначается для круглогодичного использования: в холодный период - на теплоснабжение: производственные нужды и коммунально-бытовые (отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение); в теплый период - на теплоснабжение: производственные нужды, коммунально-бытовые (горячее водоснабжение) и холодоснабжение.

Охлажденную воду подают в скважину. Вода нагревается в скважине и подается в генератор абсорбционного теплового насоса, а затем используется для догрева водопроводной воды в системе горячего водоснабжения, предварительно подогретой в абсорбере.

Для нужд теплоснабжения в холодный период вода после подогревателя системы горячего водоснабжения подается в испаритель теплового насоса, а из него обратно в скважину, а нагрев воды для системы отопления осуществляется в испарителе.

Для нужд теплоснабжения в теплый период вода после подогревателя системы горячего водоснабжения используется у потребителя, а затем подается в конденсатор теплового насоса, а из него обратно в скважину, а охлаждение воды для системы холодоснабжения осуществляется в испарителе. При отсутствии теплового потребления в теплый период вода после подогревателя системы горячего водоснабжения охлаждается в градирне.

Применение теплового насоса позволяет увеличить теплоотдачу скважины за счет понижения температуры обратной воды t₂, закачиваемой в скважину, а применение именно абсорбционного теплового насоса позволяет осуществлять использование теплоты за счет тепла скважины, т.е. без затрат электроэнергии, как в парокомпрессорном тепловом насосе.

ПРИМЕР осуществления способа.

Вода из скважины с температурой не ниже 80°С (по условию работы абсорбционных тепловых насосов одинарного действия с генератором с нагревом горячей водой) подается в генератор теплового насоса (Г). При этом происходит концентрирование абсорбента, который затем направляется в абсорбер (Аб), а пары хладагента - в конденсатор (Кд), где конденсируются, отдавая тепло потребителю (3). Вода из водопровода для системы горячего водоснабжения с температурой: в холодный период - t_з=5°С, в теплый период - t_л=15°С предварительно подогревается в абсорбере (Аб), а затем догревается до температуры 55-65°С в теплообменнике (3) от воды, отработанной в генераторе (Г).

Для нужд теплоснабжения в холодный период: производственные нужды и коммунально-бытовые (отопление, вентиляция и горячее гзодоснабжение) - вода после подогревателя системы горячего водоснабжения (3) подается в испаритель (И) теплового насоса, а из него обратно в скважину (1), а нагрев воды для системы теплоснабжения (4) осуществляется в конденсаторе (Кд).

Для нужд теплоснабжения в теплый период: производственные нужды, коммунально-бытовые (горячее водоснабжение) и холодоснабжение - вода после подогревателя системы горячего водоснабжения (3) используется у потребителя (4), а затем подается в конденсатор (Кд) теплового насоса, а из него обратно в скважину (1), а охлаждение воды для системы холодоснабжения (5) осуществляется в испарителе (И).

Изобретение относится к способам использования геотермальной энергии в системах тепло- и холодоснабжения. Сущность: нагретая вода из скважины используется в генераторе абсорбционного теплового насоса для работы теплового насоса, а затем - для догрева водопроводной воды в системе горячего водоснабжения, предварительно нагретой в абсорбере. При использовании теплового насоса для нужд теплоснабжения в холодный период вода подается в испаритель теплового насоса, а из него обратно в скважину, а нагрев воды для системы отопления осуществляется в конденсаторе. При использовании теплового насоса для нужд теплоснабжения в теплый период вода используется у потребителя, а затем подается в конденсатор теплового насоса, а из него обратно в скважину, а охлаждение воды для системы холодоснабжения осуществляется в испарителе. Такой способ снижает себестоимость тепло- и холодоснабжения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ использования геотермального тепла, получаемого из скважины и используемого для нужд тепло- и холодоснабжения, при помощи теплового насоса, отличающийся тем, что нагретая вода из геотермальной скважины подводится к генератору абсорбционного теплового насоса, затем используется для догрева водопроводной воды в системе горячего водоснабжения, предварительно подогретой в абсорбере.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для нужд теплоснабжения в холодный период вода после подогревателя системы горячего водоснабжения подается в испаритель теплового насоса, а из него обратно в скважину, а нагрев воды для системы отопления осуществляется в конденсаторе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для нужд теплоснабжения в теплый период вода после подогревателя системы горячего водоснабжения используется у потребителя, а затем подается в конденсатор теплового насоса, а из него обратно в скважину, а охлаждение воды для системы холодоснабжения осуществляется в испарителе.