СИСТЕМА, КОМПОНОВКА И СПОСОБ НАГРЕВА И ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК F24D11/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНиКИ

Настоящее изобретение относится к системе нагрева и охлаждения и, более конкретно, к системе нагрева и охлаждения, в частности, согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения. Настоящее изобретение также относится к компоновке для нагрева и охлаждения нескольких помещений здания или зданий и, более конкретно, к компоновке согласно ограничительной части п. 6 формулы изобретения. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу нагрева и охлаждения нескольких помещений здания или зданий и, более конкретно, к способу согласно ограничительной части п. 12 формулы изобретения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Районное тепло- и хладоснабжение или централизованное тепло- и хладоснабжение представляют собой общеизвестные системы, в которых энергия для нагрева или энергия для охлаждения вырабатывается в центрально расположенной установке или центрально расположенном источнике и распределяется посредством трубопроводной сети к нескольким зданиям. Источник энергии для нагрева в системах централизованного теплоснабжения представляет собой энергетическую установку или промышленную установку, которая может вырабатывать энергию для нагрева для распределения по всем зданиям. Обычно все здания получают энергию для нагрева одинаковым способом и могут использовать или потреблять энергию для нагрева в соответствии с потребностями здания. Источник энергии для охлаждения в системах централизованного хладоснабжения, как правило, представляет собой большой водный резервуар или озеро или море, из которых холодная вода распределяется по всем зданиям. Обычно все здания получают энергию для охлаждения одинаковым способом и могут использовать или потреблять энергию для охлаждения в соответствии с потребностями здания. Здания имеют теплообменник, в котором энергия для нагрева или энергия для охлаждения потока вторичной рабочей текучей среды системы централизованного теплоснабжения и ее трубопроводной сети переносится к первичной рабочей текучей среде здания для обогрева и охлаждения здания. Первичная рабочая текучая среда может представлять собой, например, нагревающий или охлаждающий воздух, подаваемый к зданию, или воду, протекающую в системе теплоснабжения здания.

Недостаток известных систем централизованного тепло- и хладоснабжения заключается в том, что они являются сложными и не учитывают индивидуальные потребности различных зданий. Это означает, что при осуществлении централизованного теплоснабжения все здания получают энергию для нагрева посредством трубопроводной сети, и каждое здание может только решать, сколько энергии для нагрева будет использовать. Аналогично, при осуществлении централизованного хладоснабжения все здания получают энергию для охлаждения посредством трубопроводной сети, и каждое здание может только решать, сколько энергии для охлаждения будет использовать. Соответственно, здания не могут выбирать между нагревом и охлаждением. Кроме того, часто источники нагрева и охлаждения отличаются, и также могут отличаться сети для нагрева и охлаждения. Это делает известные системы еще более сложными.

раскрытие сущности изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении системы нагрева и охлаждения, и компоновки и способа нагрева и охлаждения нескольких помещений здания или зданий, чтобы решить или по меньшей мере преодолеть недостатки уровня техники. Задачи изобретения решены с помощью системы нагрева и охлаждения, которая охарактеризована тем, что указано в независимом пункте 1 формулы изобретения. Задачи настоящего изобретения также решены с помощью компоновки для нагрева и охлаждения нескольких помещений здания или зданий, которая охарактеризована тем, что указано в независимом пункте 6 формулы изобретения. Задачи настоящего изобретения дополнительно решены с помощью способа нагрева и охлаждения нескольких помещений здания или зданий, который охарактеризован тем, что указано в независимом пункте 12 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты реализации изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение основано на идее обеспечения системы нагрева и охлаждения для кондиционирования нескольких помещений здания.

Система нагрева и охлаждения содержит:

- вторичную тепловую сеть для циркуляции вторичной рабочей текучей среды, причем вторичная тепловая сеть содержит подающую линию для циркуляции высокотемпературной вторичной рабочей текучей среды и обратную линию для циркуляции низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды;

- две или более соединительных линий, обеспеченных во вторичной тепловой сети, причем каждая соединительная линия проходит между подающей линией и обратной линией и выполнена с возможностью соединения подающей линии и обратной линии друг с другом;

- два или более первичных теплообменника, расположенных в двух или более соединительных линиях и выполненных с возможностью обеспечения первичного теплообменного соединения между вторичной тепловой сетью и помещением здания; и

- геотермальный теплообменник, расположенный в соединении со вторичной тепловой сетью.

Согласно настоящему изобретению геотермальный теплообменник содержит геотермальную сеть, имеющую восходящую трубу и сливную трубу. Восходящая труба расположена внутри сливной трубы, и восходящая труба геотермального теплообменника оснащена первой теплоизоляцией, окружающей восходящую трубу и проходящей по меньшей мере вдоль части длины восходящей трубы от поверхности земли.

Коаксиальная конструкция геотермального теплообменника вместе с теплоизоляцией в восходящей трубе обеспечивает возможность использования глубинной геотермальной энергии более высоких геотермальных температур совместно со вторичной тепловой сетью. Кроме того, это обеспечивает возможность использования геотермального теплообменника и отверстия в земле, в котором он установлен, и в качестве источника тепла, и в качестве теплоотвода в зависимости от потребности вторичной тепловой сети.

В соответствии с вышеупомянутым, в настоящем изобретении обеспечена система нагрева и охлаждения, в которой два или более помещений здания или зданий могут быть расположены параллельно друг с другом во вторичной тепловой сети. Это обеспечивает возможность введения двух или более помещений здания или зданий в теплообменное соединение друг с другом посредством вторичной тепловой сети. Кроме того, помещения здания или здания дополнительно расположены в теплообменном соединении с геотермальным теплообменником, расположенным в соединении со вторичной тепловой сетью.

Геотермальный теплообменник может содержать восходящую трубу и сливную трубу, а подающая линия вторичной тепловой сети соединена с восходящей трубой и выполнена с возможностью сообщения по текучей среде с восходящей трубой для обеспечения потока вторичной рабочей текучей среды между восходящей трубой и подающей линией. Кроме того, обратная линия вторичной тепловой сети может быть соединена со сливной трубой и выполнена с возможностью сообщения по текучей среде со сливной трубой для обеспечения потока вторичной рабочей текучей среды между сливной трубой и обратной линией.

Восходящая труба напрямую соединена с подающей линией таким образом, что вторичная рабочая текучая среда может протекать вдоль восходящей трубы и подающей линии. Кроме того, сливная труба напрямую соединена с обратной линией таким образом, что вторичная рабочая текучая среда может протекать вдоль сливной трубы и обратной линии.

В альтернативном варианте реализации геотермальный теплообменник может содержать восходящую трубу и сливную трубу, выполненные с возможностью обеспечения геотермальной сети для циркуляции геотермальной рабочей текучей среды вдоль восходящей трубы и сливной трубы, а система нагрева и охлаждения может дополнительно содержать вторичный теплообменник, расположенный между вторичной тепловой сетью и геотермальной сетью, причем вторичный теплообменник может быть выполнен с возможностью обеспечения вторичного теплообменного соединения между вторичной рабочей текучей средой и геотермальной рабочей текучей средой.

Таким образом, отсутствует прямое соединение между вторичной тепловой сетью и геотермальной сетью, или между восходящей трубой и подающей линией и между сливной трубой и обратной линией. Однако, геотермальная сеть и вторичная тепловая сеть расположены в теплообменном соединении. Таким образом, в геотермальной сети может протекать геотермальная рабочая текучая среда, а во вторичной тепловой сети - вторичная рабочая текучая среда. Геотермальная рабочая текучая среда и вторичная рабочая текучая среда могут быть расположены в теплообменном соединении посредством вторичного теплообменника.

В одном варианте реализации вторичный теплообменник представляет собой вторичный тепловой насос, расположенный между вторичной тепловой сетью и геотермальной сетью. Вторичный тепловой насос выполнен с возможностью обеспечения вторичного теплообменного соединения между вторичной рабочей текучей средой и геотермальной рабочей текучей средой.

Таким образом, помещения здания или здания дополнительно расположены в теплообменном соединении с геотермальным теплообменником, расположенным в соединении со вторичной тепловой сетью посредством вторичного теплового насоса. Таким образом, геотермальная сеть и вторичная тепловая сеть представляют собой отдельные сети, которые введены во вторичное теплообменное соединение посредством вторичного теплового насоса. Вторичный тепловой насос обеспечивает возможность использования различных температур и различных рабочих текучих сред в геотермальной сети и во вторичной тепловой сети. Таким образом, низкие температуры в земле могут эффективно использоваться во вторичной тепловой сети.

В одном варианте реализации геотермальная сеть расположена в теплообменном соединении со вторичным теплообменником, и вторичная тепловая сеть расположена в теплообменном соединении со вторичным теплообменником для обеспечения вторичного теплообменного соединения между вторичной рабочей текучей средой и геотермальной рабочей текучей средой. Таким образом, вторичный тепловой насос или вторичный теплообменник обеспечивает теплообмен между геотермальной сетью и вторичной тепловой сетью и между геотермальной рабочей текучей средой и вторичной рабочей текучей средой.

Вторичная тепловая сеть может содержать первую вторичную тепловую подсеть, вторую вторичную тепловую подсеть и теплообменник подсети, обеспеченный между первой вторичной тепловой подсетью и второй вторичной тепловой подсетью и выполненный с возможностью обеспечения теплообмена подсети между первой вторичной тепловой подсетью и второй вторичной тепловой подсетью.

Соответственно, вторичная тепловая сеть может быть разделена на две или более подсетей, соединенных друг с другом с помощью теплообменников подсетей. Каждая из вторичных тепловых подсетей содержит подающую линию и обратную линию. Подающие линии двух или более вторичных тепловых подсетей образуют подающую линию общей вторичной тепловой сети, а обратные линии двух или более вторичных тепловых подсетей образуют обратную линию общей вторичной тепловой сети. Кроме того, по меньшей мере две из вторичных тепловых подсетей содержат одну или более соединительных линий, проходящих между подающей линией и обратной линией и выполненных с возможностью соединения подающей линии и обратной линии вторичной тепловой подсети друг с другом, и один или более первичных теплообменников, расположенных в двух или более соединительных линиях.

В альтернативном варианте реализации вторичная тепловая сеть может содержать первую вторичную тепловую подсеть, вторую вторичную тепловую подсеть и тепловой насос подсети, обеспеченный между первой вторичной тепловой подсетью и второй вторичной тепловой подсетью и выполненный с возможностью обеспечения теплообмена подсети между первой вторичной тепловой подсетью и второй вторичной тепловой подсетью.

Тепловой насос между первой и второй вторичной тепловой подсетью обеспечивает возможность регулирования температуры вторичной рабочей текучей среды между первой и второй вторичными тепловыми подсетями, или между соответствующими подающими линиями или обратными линиями первой и второй вторичных тепловых подсетей.

Система может содержать первый насос, выполненный с возможностью управления геотермальным теплообменником в режиме извлечения тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в сливной трубе и вверх в восходящей трубе, и второй насос, выполненный с возможностью управления геотермальным теплообменником в режиме подачи тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в восходящей трубе и вверх в сливной трубе.

В альтернативном варианте реализации система может содержать первый насос, который может представлять собой реверсивный насос, выполненный с возможностью выборочного управления геотермальным теплообменником в режиме извлечения тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в сливной трубе и вверх в восходящей трубе, и в режиме подачи тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в восходящей трубе и вверх в сливной трубе.

Таким образом, геотермальный теплообменник может использоваться для подачи энергии для нагрева ко вторичной тепловой сети, или к его подающей линии, и для приема энергии для нагрева от вторичной тепловой сети, или от его подающей линии, к геотермальному теплообменнику. Таким образом, потребность в чистой или общей энергии для нагрева вторичной тепловой сети или здания или помещений зданий может учитываться в использовании геотермального теплообменника.

Восходящая труба геотермального теплообменника может быть оснащена первой теплоизоляцией, окружающей восходящую трубу, проходящую вдоль по меньшей мере части длины восходящей трубы от поверхности земли.

В альтернативном варианте реализации восходящая труба геотермального теплообменника может представлять собой трубу с разрежением, содержащую вакуумный слой, окружающий канал для потока восходящей трубы. Вакуумный слой может быть выполнен с возможностью образования первой теплоизоляции, проходящей вдоль по меньшей мере части длины восходящей трубы.

В дополнительном альтернативном варианте реализации восходящая труба геотермального теплообменника может содержать слой изоляционного материала на внешней поверхности или на внутренней поверхности восходящей трубы. Слой изоляционного материала выполнен с возможностью образования первой теплоизоляции, проходящей вдоль по меньшей мере части длины восходящей трубы.

Кроме того, восходящая труба геотермального теплообменника может содержать внутреннюю стенку трубы, внешнюю стенку трубы и слой изоляционного материала, обеспеченный между внутренней стенкой трубы и внешней стенкой трубы восходящей трубы. Слой изоляционного материала выполнен с возможностью образования первой теплоизоляции, окружающей восходящую трубу и проходящей по меньшей мере вдоль части длины восходящей трубы.

Первая теплоизоляция предотвращает перенос тепла от восходящей трубы к земле вдоль восходящей трубы, предпочтительно от поверхности земли вдоль восходящей трубы к нижнему концу восходящей трубы и нижнему концу отверстия в земле. Соответственно, геотермальная рабочая текучая среда или вторичная рабочая текучая среда могут переноситься от нижнего конца восходящей трубы к поверхности земли таким образом, что перенос тепла ограничен, а температура геотермальной рабочей текучей среды или вторичной рабочей текучей среды может поддерживаться высокой. Кроме того, геотермальная рабочая текучая среда или вторичная рабочая текучая среда могут переноситься от поверхности земли к нижнему концу восходящей трубы таким образом, что перенос тепла ограничен, а температура геотермальной рабочей текучей среды или вторичной рабочей текучей среды может поддерживаться высокой.

Две или более соединительных линий могут быть оснащены соединительным насосом, выполненным с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды между подающей линией и обратной линией.

Кроме того, по меньшей мере одна из двух или более соединительных линий может быть оснащена первым соединительным насосом, выполненным с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды в направлении от подающей линии к обратной линии, и вторым соединительным насосом, выполненным с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды в направлении от обратной линии к обратной линии.

В альтернативном варианте реализации по меньшей мере одна из двух или более соединительных линий может быть оснащена первым соединительным насосом, который может представлять собой реверсивный насос, выполненный с возможностью выборочной циркуляции вторичной рабочей текучей среды в направлении от подающей линии к обратной линии и в направлении от обратной линии к обратной линии.

Соответственно, каждая из параллельных соединительных линий, обеспеченная между подающей линией и обратной линией, может обеспечивать циркуляцию вторичной рабочей текучей среды от подающей линии к обратной линии, или от обратной линии к подающей линии, или от подающей линии к обратной линии и от обратной линии к подающей линии на основе рабочего режима первичного теплообменника. Это может обеспечить возможность сообщения соединительных линий по текучей среде друг с другом посредством подающей линии и обратной линии и/или теплообменного соединения друг с другом посредством подающей линии и обратной линии.

Первичный теплообменник может представлять собой тепловой насос, или тепловой насос, выполненный с возможностью циркуляции рабочей текучей среды теплового насоса в тепловом насосе и содержащий компрессор и испарительное устройство. Тепловой насос может обеспечивать возможность использования низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды для нагрева помещения здания или здания или подачи воды высокой температуры для здания.

Первичный теплообменник может представлять собой тепловой насос, и система нагрева и охлаждения может содержать устройство солнечной энергии, обеспеченное в соединении со зданием или помещением здания и соединенное с тепловым насосом для подачи солнечной энергии к тепловому насосу и для работы теплового насоса.

Это обеспечивает возможность использования солнечной энергии в нагреве и охлаждении и дополнительно возможность улучшения энергоэффективности системы в отношении энергетической автономности.

Настоящее изобретение дополнительно относится к компоновке для нагрева и охлаждения нескольких помещений здания или зданий.

Компоновка может содержать два или более помещений здания или зданий и вторичную тепловую сеть для циркуляции вторичной рабочей текучей среды. Вторичная тепловая сеть может содержать подающую линию для циркуляции высокотемпературной вторичной рабочей текучей среды и обратную линию для циркуляции низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды. Компоновка дополнительно содержит два или более соединений здания, расположенных параллельно друг другу и между подающей линией и обратной линией вторичной тепловой сети. Два или более соединений здания могут содержать первичный теплообменник, расположенный в соединении с двумя или более помещениями здания или зданиями. Компоновка может дополнительно содержать отверстие в земле, обеспеченное в земле и проходящее от поверхности земли, и геотермальный теплообменник, обеспеченный в отверстии в земле и расположенный в соединении со вторичной тепловой сетью.

Согласно настоящему изобретению глубина отверстия в земле составляет по меньшей мере 300, и компоновка содержит геотермальный теплообменник, обеспеченный в отверстии в земле, имеющем глубину по меньшей мере 300 м и расположенный в соединении со вторичной тепловой сетью.

Таким образом, компоновка обеспечивает два или более параллельных соединений здания, которые соединены друг с другом и с геотермальным теплообменником в отверстии в земле посредством вторичной тепловой сети. Таким образом, компоновка обеспечивает возможность зданиям или помещениям здания обмениваться друг с другом энергией для нагрева и с геотермальным теплообменником.

Кроме того, отверстие в земле глубиной по меньшей мере 300 метров обеспечивает возможность доступа более высоких температур в землю. Температура в земле увеличивается в зависимости от глубины. Доступ к высоким температурам обеспечивает более эффективную вторичную тепловую сеть, так как изменения температуры внутри компоновки должны быть меньше. Кроме того, глубокое отверстие в земле обеспечивает возможность эффективного хранения избыточной энергии для нагрева зданий или помещений здания без утечки энергии для нагрева из отверстия в земле.

Первичные теплообменники двух или более соединений здания могут быть расположены в соединении с различными помещениями здания.

Первичные теплообменники двух или более соединений здания могут быть соединены с тепловыми сетями помещений здания различных помещений здания. Тепловые сети помещений здания могут быть выполнены с возможностью циркуляции первичной рабочей текучей среды помещений здания.

В альтернативном варианте реализации два или более первичных теплообменника двух или более соединений здания могут быть расположены в соединении с различными зданиями.

Два или более первичных теплообменника двух или более соединений здания могут быть соединены с тепловыми сетями здания различных зданий. Тепловые сети помещений здания выполнены с возможностью циркуляции первичной рабочей текучей среды здания.

Соответственно, в компоновке соединения здания могут быть обеспечены в соединении с различными помещениями здания или различными зданиями или с различными помещениями здания и различными зданиями. Это обеспечивает возможность гибкого и наиболее эффективного способа использования энергии для нагрева между зданиями и помещениями здания.

Геотермальный теплообменник может быть соединен со вторичной тепловой сетью и с геотермальным теплообменником, а вторичная тепловая сеть может быть выполнена с возможностью сообщения по текучей среде друг с другом для циркуляции вторичной рабочей текучей среды в геотермальном теплообменнике.

Таким образом, вторичная рабочая текучая среда может протекать во вторичной тепловой сети, а также в геотермальном теплообменнике.

В альтернативном варианте реализации геотермальный теплообменник может быть расположен в теплообменном соединении со вторичной тепловой сетью, а вторичный теплообменник может быть обеспечен между геотермальным теплообменником и вторичной тепловой сетью для обеспечения теплообмена между вторичной тепловой сетью и геотермальным теплообменником.

Таким образом, геотермальная рабочая текучая среда может отдельно циркулировать в геотермальном теплообменнике, а вторичная рабочая текучая среда может отдельно циркулировать во вторичной тепловой сети. Теплообмен между геотермальной рабочей текучей средой и вторичной рабочей текучей средой осуществляется с помощью вторичного теплообменника.

В одном варианте реализации вторичный теплообменник представляет собой вторичный тепловой насос, расположенный между вторичной тепловой сетью и геотермальной сетью. Вторичный тепловой насос выполнен с возможностью обеспечения вторичного теплообменного соединения между вторичной рабочей текучей средой и геотермальной рабочей текучей средой. Вторичный тепловой насос обеспечивает возможность использования различных температур и различных рабочих текучих сред в геотермальной сети и во вторичной тепловой сети. Таким образом, низкие температуры в земле могут эффективно использоваться во вторичной тепловой сети.

В одном варианте реализации геотермальная сеть расположена в теплообменном соединении со вторичным теплообменником, а вторичная тепловая сеть расположена в теплообменном соединении со вторичным теплообменником или обеспечивает вторичное теплообменное соединение между вторичной рабочей текучей средой и геотермальной рабочей текучей средой. Таким образом, вторичный тепловой насос или вторичный теплообменник обеспечивает вторичный теплообмен между геотермальной сетью и вторичной тепловой сетью и между геотермальной рабочей текучей средой и вторичной рабочей текучей средой.

Таким образом, трубы или каналы геотермальной сети и трубы или каналы вторичной тепловой сети не расположены в соединении по текучей среде друг с другом, а отделены друг от друга. Это обеспечивает возможность работы геотермальной сети и вторичной тепловой сети при различных температурах, и геотермальная рабочая текучая среда и вторичная рабочая текучая среда могут быть отдельными рабочими текучими средами, при необходимости. Таким образом, геотермальная рабочая текучая среда может отдельно циркулировать в геотермальном теплообменнике, а вторичная рабочая текучая среда может отдельно циркулировать во вторичной тепловой сети. Теплообмен между геотермальной рабочей текучей средой и вторичной рабочей текучей средой осуществляется с помощью вторичного теплового насоса.

Вторичная тепловая сеть может содержать две или более вторичных тепловых подсетей, расположенных в теплообменном соединении друг с другом.

В альтернативном варианте реализации вторичная тепловая сеть может содержать две или более вторичных тепловых подсетей. Теплообменник подсети может быть расположен между двумя или более вторичными тепловыми подсетями для обеспечения теплообмена между двумя или более вторичными тепловыми подсетями.

В дополнительном альтернативном варианте реализации вторичная тепловая сеть может содержать две или более вторичных тепловых подсетей. Теплообменник подсети или тепловой насос подсети могут быть расположены между двумя или более вторичными тепловыми подсетями для обеспечения теплообмена между двумя или более вторичными тепловыми подсетями.

Соответственно, вторичная тепловая сеть может быть разделена на две или более вторичных тепловых подсети, которые расположены в теплообменном соединении друг с другом.

Два или более параллельных соединений здания могут быть соединены друг с другом посредством подающей линии и обратной линии двух или более вторичных тепловых подсетей и расположены в соединении друг с другом с возможностью переноса тепла посредством подающей линии и обратной линии.

В альтернативном варианте реализации вторичная тепловая сеть может содержать две или более вторичных тепловых подсетей. Один или более тепловых насосов подсетей могут быть расположены между двумя или более вторичными тепловыми подсетями для обеспечения теплообменного соединения между двумя или более вторичными тепловыми подсетями. По меньшей мере две из двух или более вторичных тепловых подсетей могут содержать одно или более соединений здания. Соединения здания могут быть соединены друг с другом посредством двух или более вторичных тепловых подсетей и одного или более тепловых насосов подсетей и могут быть расположены в соединении друг с другом с возможностью переноса тепла посредством двух или более вторичных тепловых подсетей и одного или более тепловых насосов подсетей.

Тепловой насос (тепловые насосы) подсетей могут обеспечивать регулирование, повышение и уменьшение температуры вторичной рабочей текучей среды, протекающей в соединенных вторичных тепловых подсетях.

Компоновка настоящего изобретения может содержать систему нагрева и охлаждения в соответствии с упомянутым выше.

Настоящее изобретение дополнительно относится к способу нагрева и охлаждения нескольких помещений здания или зданий.

Способ может включать:

- циркуляцию вторичной рабочей текучей среды во вторичной тепловой сети,

- выполнение двух или более первых этапов теплообмена параллельно во вторичной тепловой сети между вторичной рабочей текучей средой и первичной рабочей текучей средой помещений здания или здания, расположенного в соединении с двумя или более другими помещениями здания или зданиями;

- выполнение второго этапа теплообмена между вторичной рабочей текучей средой, циркулирующей во вторичной тепловой сети, и землей с геотермальным теплообменником, расположенным в отверстии в земле и расположенным в соединении со вторичной тепловой сетью.

Согласно настоящему изобретению способ включает выполнение второго этапа теплообмена между вторичной рабочей текучей средой, циркулирующей во вторичной тепловой сети, и землей с геотермальным теплообменником в отверстии в земле. Отверстие в земле имеет глубину по меньшей мере 300 м.

Кроме того, отверстие в земле глубиной по меньшей мере 300 метров обеспечивает возможность выполнения второго этапа теплообмена при более высоких температурах в земле. Температура в земле увеличивается в зависимости от глубины. Доступ к более высоким температурам обеспечивает более эффективный способ, поскольку изменения температуры в способе должны быть меньше. Кроме того, глубокое отверстие в земле обеспечивает возможность эффективного хранения избыточной энергии для нагрева зданий или помещений здания без утечки энергии для нагрева из отверстия в земле.

Параллельные первые этапы обмена обеспечивают возможность комбинирования теплообмена параллельных первых этапов обмена друг с другом и со вторым этапом теплообмена.

Второй этап теплообмена может включать циркуляцию вторичной рабочей текучей среды в геотермальном теплообменнике и выполнение теплообмена между вторичной рабочей текучей средой и землей в отверстии в земле.

Таким образом, вторичная рабочая текучая среда может использоваться в первых и во втором этапах теплообмена.

В альтернативном варианте реализации второй этап теплообмена может включать циркуляцию геотермальной рабочей текучей среды в геотермальном теплообменнике, выполнение теплообмена между вторичной рабочей текучей средой, циркулирующей во вторичной тепловой сети, и геотермальной рабочей текучей средой, циркулирующей в геотермальном теплообменнике, и выполнение теплообмена между геотермальной рабочей текучей средой и землей в отверстии в земле.

Соответственно, геотермальная рабочая текучая среда и вторичная рабочая текучая среда могут циркулировать отдельно и могут быть расположены в теплообменном соединении друг с другом.

В одном варианте реализации второй этап теплообмена включает циркуляцию геотермальной рабочей текучей среды в геотермальной сети, обеспеченной в геотермальном теплообменнике в земле, выполнение второго этапа теплообмена со вторичным теплообменником или вторичным тепловым насосом между вторичной рабочей текучей средой, циркулирующей во вторичной тепловой сети, и геотермальной рабочей текучей средой, циркулирующей в геотермальной сети, и выполнение этапа геотермального теплообмена между геотермальной рабочей текучей средой и землей с геотермальным теплообменником, расположенным в отверстии в земле.

Соответственно, геотермальная рабочая текучая среда и вторичная рабочая текучая среда могут циркулировать по-отдельности и могут быть расположены в теплообменном соединении друг с другом со вторичным тепловым насосом или вторичным теплообменником.

Таким образом, помещения здания или здания дополнительно расположены в теплообменном соединении с геотермальным теплообменником, расположенным в соединении со вторичной тепловой сетью посредством вторичного теплового насоса. Таким образом, геотермальная сеть и вторичная тепловая сеть представляют собой отдельные сети, которые введены во вторичное теплообменное соединение посредством вторичного теплового насоса или вторичного теплообменника. Вторичный тепловой насос обеспечивает возможность использования различных температур и различных рабочих текучих сред в геотермальной сети и во вторичной тепловой сети. Таким образом, низкие температуры в земле можно эффективно использовать во вторичной тепловой сети.

Способ может дополнительно включать управление геотермальным теплообменником в режиме извлечения тепла, в котором второй этап теплообмена включает перенос энергии для нагрева из земли ко вторичной рабочей текучей среде или к геотермальной рабочей текучей среде в геотермальном теплообменнике.

В альтернативном варианте реализации способ может включать управление геотермальным теплообменником в режиме подачи тепла, в котором второй этап теплообмена включает перенос энергии для нагрева от вторичной рабочей текучей среды или от геотермальной рабочей текучей среды к земле в геотермальном теплообменнике.

Таким образом, геотермальный теплообменник может использоваться в режиме отвода или подачи на основе потребности в чистой энергии для нагрева или избытка параллельных первых этапов теплообмена.

Способ может также включать выполнение по меньшей мере одного из двух или более параллельных первых этапов теплообмена в режиме нагрева, в котором энергия для нагрева переносится от вторичной рабочей текучей среды к первичной рабочей текучей среде помещений здания или здания.

Альтернативно или дополнительно, способ может включать выполнение по меньшей мере одного из двух или более параллельных первых этапов теплообмена в режиме охлаждения, в котором энергия для нагрева переносится от первичной рабочей текучей среды помещений здания или здания ко вторичной рабочей текучей среде.

В дополнительном альтернативном варианте реализации способ может содержать выполнение по меньшей мере одного из двух или более параллельных первых этапов теплообмена в режиме нагрева, в котором энергия для нагрева переносится от вторичной рабочей текучей среды к первичной рабочей текучей среде помещений здания или здания, и выполнение по меньшей мере одного из двух или более первых этапов первичного теплообмена в режиме охлаждения, в котором энергия для нагрева переносится от первичной рабочей текучей среды помещений здания или здания ко вторичной рабочей текучей среде.

Таким образом, каждый из первых этапов теплообмена может осуществляться в режиме нагрева или охлаждения независимо от других первых этапов теплообмена.

Способ может включать выполнение двух или более параллельных первых этапов теплообмена с двумя или более параллельными первичными теплообменниками, обеспеченными в соединении с двумя или более различными помещениями здания, управление по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников в режиме нагрева, в котором энергия для нагрева переносится от вторичной рабочей текучей среды к первичной рабочей текучей среде помещений здания или здания, и управление по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников в режиме охлаждения, в котором энергия для нагрева переносится от первичной рабочей текучей среды помещений здания или здания ко вторичной рабочей текучей среде. Способ может дополнительно включать выполнение районного теплообмена между по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников, работающих в режиме нагрева, и по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников, работающих в режиме охлаждения, посредством вторичной тепловой сети.

Способ может дополнительно включать циркуляцию высокотемпературной вторичной рабочей текучей среды в подающей линии вторичной тепловой сети и низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды в обратной линии вторичной тепловой сети, и увеличение температуры в высокотемпературной вторичной рабочей текучей среде, циркулирующей в подающей линии вторичной тепловой сети, и уменьшение температуры низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды, циркулирующей в обратной линии вторичной тепловой сети, путем использования теплового насоса, расположенного во вторичной тепловой сети между подающей линией и обратной линией.

Преимущество изобретения заключается в том, что система, компоновка и способ объединяют районный и местный нагрев, а также нагрев и охлаждение. Настоящее изобретение обеспечивает возможность нагрева и охлаждения различных зданий и помещений здания по отдельности и дополнительно возможность обмена тепловой энергией друг с другом. Таким образом, различные здания или помещения здания могут использовать тепловую энергию друг друга, и только чистая или общая тепловая энергия, необходимая или избыточная, может извлекаться из геотермального теплообменника, который соединен со зданиями или помещениями здания, или подаваться к нему, соответственно. Кроме того, геотермальный теплообменник может использоваться в режиме извлечения тепла, когда потребность в чистой тепловой энергии зданий или помещений здания отрицательна, и в режиме подачи тепла, когда потребность в чистой тепловой энергии зданий или помещений здания положительна. В режиме извлечения тепла энергия для нагрева подается от земли к геотермальному теплообменнику и далее ко вторичной тепловой сети. В режиме подачи тепла энергия для нагрева подается от вторичной тепловой сети к геотермальному теплообменнику и далее в землю.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение описано более подробно посредством конкретных вариантов реализации со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 схематически показывает геотермальный теплообменник в режиме отвода;

Фиг. 2 схематически показывает геотермальный теплообменник в режиме подачи;

Фиг. 3 схематически показывает сущность системы нагрева и охлаждения согласно настоящему изобретению;

Фиг. 4 показывает модификацию системы по фиг. 3 со вторичным теплообменником;

Фиг. 5 схематически показывает тепловой насос, используемый в системе нагрева и охлаждения;

Фиг. 6 схематически показывает вторичный тепловой насос, используемый в настоящем изобретении;

Фиг. 7 схематически показывает один вариант реализации системы нагрева и охлаждения согласно настоящему изобретению;

Фиг. 8 показывает модификацию системы по фиг. 3 со вторичным теплообменником;

Фиг. 9 схематически показывает другой вариант реализации системы нагрева и охлаждения согласно настоящему изобретению;

Фиг. 10, 11, 12 и 13 схематически показывают альтернативные варианты реализации системы нагрева и охлаждения согласно настоящему изобретению;

Фиг. 14 показывает один вариант реализации геотермального теплообменника; и

Фиг. 15 показывает другой вариант реализации геотермального теплообменника.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 показывает геотермальное нагревательное устройство. Геотермальное нагревательное устройство содержит отверстие 2 в земле или буровое отверстие, выполненное в земле и проходящее вниз в землю от поверхности 1 земли. Отверстие 2 в земле может быть выполнено бурением или другим способом выемки грунта.

В контексте настоящей заявки глубина отверстия 2 в земле от поверхности 1 земли может составлять по меньшей мере 300 м, или по меньшей мере 500 м, или от 300 м до 3000 м, или от 500 м до 2500 м. Альтернативно или дополнительно, отверстие 2 в земле проходит в землю на глубину, на которой температура составляет по меньшей мере 15°C, или приблизительно 20°C, или по меньшей мере 20°C.

Отверстие 2 в земле может проходить на глубину ниже водного зеркала в земле, то есть через водное зеркало. В альтернативном варианте реализации отверстие 2 в земле может проходить на глубину выше водного зеркала в земле.

Следует отметить, что на чертежах аналогичные конструктивные части и конструкции обозначены одинаковыми ссылочными обозначениями и их описание не повторяется в отношении каждого чертежа.

Следует отметить, что согласно настоящему изобретению геотермальный теплообменник может использоваться в режиме извлечения тепла или в режиме подачи тепла.

Кроме того, в настоящей заявке отверстие 2 в земле может быть отверстием любого типа, проходящим в землю, оно может представлять собой вертикальное отверстие, прямолинейное вертикальное или иное прямолинейное отверстие, проходящее в землю под углом к поверхности 1 земли или к вертикальному направлению. Кроме того, отверстие 2 в земле возможно может иметь один или более изгибов, и направление отверстия в земле может изменяться один или более раз по длине земли к нижнему концу или донной части отверстия 2 в земле. Дополнительно, следует отметить, что форма или геометрия восходящей трубы или сливной трубы геотермального теплообменника предпочтительно может соответствовать форме или геометрии отверстия 2 в земле, по меньшей мере по существу для обеспечения надлежащей установки восходящей трубы и сливной трубы в отверстии 2 в земле. Предпочтительно, отверстие 2 в земле проходит на глубину как указано выше, но оно может иметь один или более изгибов по длине, или оно может быть прямым.

Земляной материал на нижнем конце 4 отверстия 2 в земле обычно представляет собой каменный материал. Соответственно, земляной или каменный материал земли может образовывать поверхность отверстия 2 в земле или внутреннюю поверхность восходящей трубы или сливной трубы геотермального теплообменника вдоль по меньшей мере части длины восходящей трубы или сливной трубы геотермального теплообменника.

Представлен геотермальный теплообменник 55, расположенный в соединении с отверстием 2 в земле. Геотермальный теплообменник 55 содержит компоновку труб, в которой циркулирует рабочая текучая среда. Компоновка труб обычно содержит замкнутую совокупность труб, выполненную с возможностью обеспечения замкнутой циркуляции рабочей текучей среды. Рабочая текучая среда обычно представляет собой жидкость, такую как вода или рабочую текучую среду на основе метанола или этанола. Компоновка труб содержит восходящую трубу 11 и сливную трубу 21, расположенные в отверстии 2 в земле таким образом, что они проходят от поверхности 1 земли к донной части 4 отверстия 2 в земле. Восходящая труба 11 и сливная труба 21 сообщаются по текучей среде друг с другом на нижних концах восходящей трубы 11 и сливной трубы 21 или на нижнем конце 4 отверстия 2 в земле для циркуляции рабочей текучей среды в отверстии 2 в земле между восходящей трубой 11 и сливной трубой 21. Могут быть обеспечены одна или более восходящих труб 11 и сливных труб 21 расположенных в одном и том же или различных отверстиях 2 в земле.

В варианте реализации по фиг. 1 отдельная сливная труба 21 отсутствует, но отверстие 2 в земле выполнено с возможностью образования сливной трубы 21. Это обеспечивает возможность эффективного теплопереноса между геотермальной рабочей текучей средой и землей. В этом варианте реализации земля может состоять из камней, что позволяет использовать землю в качестве сливной трубы 21. В этом варианте реализации восходящая труба 11 расположена внутри сливной трубы 21. Восходящая труба 11 и сливная труба 21 могут быть расположены внутри друг друга или соосно и/или параллельно друг другу и внутри друг друга. Однако следует отметить, что аналогично сливная труба 21 может быть расположена внутри восходящей трубы 11. Тепловой насос 30 и восходящая труба 11 могут быть соединены друг с другом с помощью первой соединительной трубы 3, и тепловой насос 30 и сливная труба 21 могут быть соединены друг с другом с помощью второй соединительной трубы 5. Первая соединительная труба 3 может образовывать часть восходящей трубы 11, а вторая соединительная труба 5 может образовывать часть сливной трубы 5.

Геотермальный теплообменник 55 по фиг. 1 содержит первый насос 8, расположенный в компоновке труб для циркуляции рабочей текучей среды в компоновке труб в режиме подачи тепла геотермального теплообменника 55, в котором рабочая текучая среда циркулирует в направлении к нижнему концу 17 восходящей трубы 11 или вниз в восходящей трубе 11 и вверх по сливной трубе 21, как показано стрелками 22 и 12. Первый насос 8 может быть любым видом известного насоса, выполненного с возможностью циркуляции рабочей текучей среды. Геотермальный теплообменник 55 дополнительно содержит второй насос 9, выполненный с возможностью циркуляции рабочей текучей среды в направлении вниз по сливной трубе 21 и вверх по восходящей трубе 11, когда геотермальный теплообменник и геотермальная компоновка для нагрева находятся в режиме извлечения тепла. Второй насос 9 может быть любым видом известного насоса, выполненного с возможностью циркуляции рабочей текучей среды. Соответственно, первый насос 8 выполнен с возможностью работы в режиме подачи тепла, а второй насос 9 в режиме извлечения тепла.

Первый насос 8 может быть выполнен с или расположен в соединении с первой соединительной трубой 3 или со сливной трубой 11. Второй насос 9 может быть выполнен с или расположен в соединении со второй соединительной трубой 5 или со сливной трубой 21.

Фиг. 1 показывает геотермальный теплообменник 55 в режиме извлечения тепла, в котором рабочая текучая среда получает энергию для нагрева от земли в отверстии 2 в земле и обеспечивает циркуляцию нагретой рабочей текучей среды вверх в восходящей трубе 11, как показано стрелкой 22. Рабочая текучая среда отдает энергию для нагрева в тепловой насос 30, например, помещению здания. Таким образом, холодный поток 54 рабочей текучей среды получает тепловую энергию в тепловом насосе 30 и становится нагретым потоком 52 рабочей текучей среды. В то же время температура потока рабочей текучей среды, циркулирующего в геотермальном теплообменнике 55, уменьшается, и охлажденная рабочая текучая среда возвращается в отверстие 2 в земле по сливной трубе 21, и снова получает тепловую энергию от земли, как показано стрелками C. Таким образом, когда геотермальный теплообменник работает в режиме извлечения тепла, тепловой насос 30 работает в режиме нагрева, в котором рабочая текучая среда получает энергию для нагрева от геотермального теплообменника 55.

Фиг. 2 показывает геотермальный теплообменник 55 в режиме подачи тепла, в котором рабочая текучая среда отдает энергию для нагрева земле в отверстии 2 в земле и обеспечивает циркуляцию охлажденной рабочей текучей среды вверх в сливной трубе 21, как показано стрелкой 12. Рабочая текучая среда получает энергию для нагрева в тепловом насосе 30, например, от помещения здания. Таким образом, нагретый поток 51 первичной рабочей текучей среды отдает тепловую энергию в тепловой насос 30 и становится охлажденным потоком 53 первичной рабочей текучей среды. В то же время температура потока рабочей текучей среды, циркулирующего в геотермальном теплообменнике 55, увеличивается, и нагретая рабочая текучая среда возвращается в отверстие 2 в земле вдоль восходящей трубы 11, и снова отдает тепловую энергию земле, как показано стрелками C. Таким образом, когда геотермальный теплообменник работает в режиме подачи тепла, тепловой насос 30 работает в режиме охлаждения, в котором первичная рабочая текучая среда отдает энергию для нагрева геотермальному теплообменнику 55.

В варианте реализации по фиг. 2 обеспечен только первый насос 8. Первый насос 8 может представлять собой реверсивный насос, выполненный с возможностью перекачивания рабочей текучей среды в направлении вниз по восходящей трубе 10 и вверх по сливной трубе 20 или альтернативно в направлении вниз по сливной трубе 20 и вверх по восходящей трубе 10. Первое из указанного представляет собой режим подачи, в котором тепловая энергия подается в землю, а второе из указанного представляет собой обратный режим и, означая извлечение, режим, в котором отданная тепловая энергия извлекается из земли.

Как показано на фиг. 1 и 2, первая теплоизоляция 25 проходит от поверхности 1 земли к нижнему концу 17 восходящей трубы 11 вдоль восходящей трубы 11. Таким образом, первая теплоизоляция 25 может проходить вдоль всей длины восходящей трубы 11, по меньшей мере внутри отверстия 2 в земле или сливной трубы 21. Первая теплоизоляция 25 может также проходить вдоль всей длины восходящей трубы 11. В этих вариантах реализации восходящая труба 11 может представлять собой трубу с разрежением, содержащую вакуумный слой, окружающий канал для потока восходящей трубы 11. Таким образом, вакуумный слой выполнен с возможностью образования первой теплоизоляции 25. Он также может быть оснащен любым другим изоляционным материалом. Восходящая труба 11 может содержать внутреннюю стенку трубы, внешнюю стенку трубы и слой 25 изоляционного материала, обеспеченный между внутренней стенкой трубы и внешней стенкой трубы восходящей трубы 11.

Слой теплоизоляции или первая теплоизоляция 25 могут быть образованы из любого подходящего материала, предотвращающего или уменьшающего теплообмен рабочей текучей среды. Теплоизоляция означает материал, выполненный с возможностью изолирования от передачи тепла, или материал с относительно низкой теплопроводностью, используемый для защиты текучей среды от потери или проникновения тепла вследствие излучения, конвекции или теплопроводности. Могут быть использованы несколько различных теплоизоляционных материалов или вакуум.

Первая теплоизоляция 25 уменьшает или минимизирует теплоперенос к потоку 22 рабочей текучей среды и от него в восходящей трубе 11 таким образом, что рабочая текучая среда может переноситься в нагретом виде или при повышенных температурах к нижнему концу 17 первой трубы 11 и к нижнему концу 4 отверстия 2 в земле в режиме подачи тепла. Соответственно, рабочая текучая среда отдает тепловую энергию C при повышенной температуре земле, окружающей отверстие 2 в земле на нижнем конце 4 отверстия 2 в земле, и, таким образом, заряжает тепловой энергией землю для последующего использования, как показано на фиг. 2. Это применимо ко всем вариантам реализации, в которых используется первая теплоизоляция 25. Кроме того, первая теплоизоляция 25 уменьшает или минимизирует теплоперенос к потоку 22 рабочей текучей среды и от него в восходящей трубе 11 таким образом, что рабочая текучая среда может переноситься в нагретом виде или при повышенных температурах от нижнего конца 17 первой трубы 11 и к нижнему концу 4 отверстия 2 в земле в режиме извлечения тепла, к поверхности 1 земли. Соответственно, рабочая текучая среда получает тепловую энергию C при повышенной температуре от земли, окружающей отверстие 2 в земле на нижнем конце 4 отверстия 2 в земле, и, таким образом, извлекает тепловую энергию из земли для переноса к тепловому насосу 30. Это применимо ко всем вариантам реализации, в которых используется первая теплоизоляция 25.

Следует отметить, что сливная труба 21 также может быть оснащена второй теплоизоляцией, проходящей от поверхности земли к нижнему концу 4 отверстия 2 в земле аналогичным образом, что и первая теплоизоляция 25.

Фиг. 3 показывает один вариант реализации настоящего изобретения. Настоящее изобретение обеспечивает систему нагрева и охлаждения для кондиционирования нескольких помещений здания. Система содержит вторичную тепловую сеть 3, 5 для циркуляции вторичной рабочей текучей среды. Вторичная тепловая сеть содержит подающую линию 3, в которой циркулирует высокотемпературная вторичная рабочая текучая среда, и обратную линию 5, в которой циркулирует низкотемпературная вторичная рабочая текучая среда. Во вторичной тепловой сети подающая линия 3 и обратная линия 5 соединены друг с другом двумя или более соединительными линиями или трубами 60, 61, 62, 63. Две или более соединительных линий или труб 60, 61, 62, 63 расположены между подающей линией 3 и обратной линией 5 и выполнены с возможностью соединения подающей линии 3 и обратной линии 5 друг с другом таким образом, что вторичная тепловая рабочая текучая среда может протекать между подающей линией 3 и обратной линией 5 через две или более соединительных линий 60, 61, 62, 63. Соответственно, соединительные линии 60, 61, 62, 63 расположены параллельно друг другу во вторичной тепловой сети и между подающей линией 3 и обратной линией 5.

Две или более соединительных линий 60, 61, 62, 63 оснащены первичным теплообменником 30, 31, 32, 33. Первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 выполнены с возможностью обеспечения первичного теплообменного соединения между вторичной тепловой сетью и помещением здания или зданием. Таким образом, первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 расположены в соединении со зданиями или помещениями здания. Таким образом, параллельные первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 могут использовать вторичную рабочую текучую среду, циркулирующую в подающей линии 3 и обратной линии 5 для первичного теплообмена для зданий или помещений зданий.

Система дополнительно содержит по меньшей мере один геотермальный теплообменник 55, расположенный в соединении со вторичной тепловой сетью. Геотермальный теплообменник 55 оснащен геотермальной сетью 92 для циркуляции геотермальной рабочей текучей среды в геотермальном теплообменнике 55 и в отверстии 2 в земле.

Восходящая труба 10, 11 и сливная труба 20, 21 могут образовывать геотермальную сеть 92.

Геотермальный теплообменник 55 предпочтительно соединен между подающей линией 3 и обратной линией 5 напрямую или в теплообменном соединении таким образом, что геотермальный теплообменник 55 может получать тепловую энергию от вторичной тепловой сети и отводить тепловую энергию от нее.

На фиг. 3 геотермальный теплообменник 55 содержит восходящую трубу 10, 11 и сливную трубу 20, 21, и геотермальный теплообменник напрямую соединен со вторичной тепловой сетью. Таким образом, подающая линия 3 вторичной тепловой сети соединена с восходящей трубой 10, 11 и выполнена с возможностью сообщения по текучей среде с восходящей трубой 10, 11 для обеспечения потока вторичной рабочей текучей среды между восходящей трубой 10, 11 и подающей линией 3. Аналогично, обратная линия 5 вторичной тепловой сети соединена со сливной трубой 20, 21 и выполнена с возможностью сообщения по текучей среде со сливной трубой 20, 21 для обеспечения потока вторичной рабочей текучей среды между сливной трубой 20, 21 и обратной линией 5.

Соответственно, в этом варианте реализации геотермальный теплообменник 55 соединен со вторичной тепловой сетью 3, 5, 60, 61, 62, 63, и геотермальный теплообменник 55 и вторичная тепловая сеть 3, 5, 60, 61, 62, 63 выполнены с возможностью сообщения по текучей среде друг с другом для циркуляции вторичной рабочей текучей среды в геотермальном теплообменнике 55.

Соединительные линии 60, 61, 62, 63 оснащены соединительным насосом 70, 71, 72, 73, выполненным с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды между подающей линией 3 и обратной линией 5. Таким образом, по меньшей мере одна из двух или более соединительных линий 60, 61, 62, 63 оснащена первым соединительным насосом 70, 71, 72, 73, выполненным с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды в направлении от подающей линии 3 к обратной линии 5, и вторым соединительным насосом 74, выполненным с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды в направлении от обратной линии 5 к обратной линии 3. В альтернативном варианте реализации по меньшей мере одна из двух или более соединительных линий 60, 61, 62, 63 оснащена первым соединительным насосом 70, 71, 72, 73, который представляет собой реверсивный насос, выполненный с возможностью выборочной циркуляции вторичной рабочей текучей среды в направлении от подающей линии 3 к обратной линии 5 и в направлении от обратной линии 5 к обратной линии 3.

В режиме нагрева первичного теплообменника 30, 31, 33 вторичная рабочая текучая среда отдает тепловую энергию зданию или помещению здания, как показано на фиг. 3 стрелками 52. Затем вторичная рабочая текучая среда циркулирует от подающей линии 3 через соединительные линии 60, 61, 63 и первичные теплообменники 30, 31, 33 к обратной линии 5. В режиме охлаждения первичного теплообменника 32 вторичная рабочая текучая среда получает тепловую энергию от здания или помещений здания, как показано на фиг. 3 стрелкой 54. Затем вторичная рабочая текучая среда циркулирует от обратной линии 5 через соединительную линию 62 и первичный теплообменник 32 к подающей линии 3.

Следует отметить, что каждый из первичных теплообменников 30, 31, 32, 33 может работать в режиме охлаждения или в режиме нагрева. Таким образом, параллельные первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 расположены в теплообменном соединении друг с другом посредством вторичной тепловой сети и подающей линии 3 и обратной линии 5. Таким образом, первичный теплообменник(и) 32, работающий (работающие) в режиме охлаждения, могут подавать энергию для нагрева к подающей линии 3, и эта энергия для нагрева может использоваться первичными теплообменниками 30, 31, 33 в режиме нагрева.

Геотермальный теплообменник 55 может работать в режиме извлечения тепла или в режиме подачи тепла на основе спроса на чистую или общую энергию для нагрева параллельных первичных теплообменников 30, 31, 32, 33. Когда первичные теплообменники 30, 31, 33, работающие в режиме нагрева, требуют больше энергии для нагрева от вторичной тепловой сети, чем первичный теплообменник(ки) 32, работающий (работающие) в режиме охлаждения, подается ко вторичной тепловой сети, то геотермальный теплообменник 55 может работать в режиме извлечения тепла. В альтернативном варианте реализации, когда первичные теплообменники 30, 31, 33 работают в режиме нагрева, меньше энергии для нагрева от вторичной тепловой сети, чем для первичного теплообменника(ов) 32, работающего (работающих) в режиме охлаждения, подается ко вторичной тепловой сети, то геотермальный теплообменник 55 может работать в режиме подачи тепла.

Система может содержать первый насос 8, причем первый насос представляет собой реверсивный насос, выполненный с возможностью выборочного управления геотермальным теплообменником 55 в режиме извлечения тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в сливной трубе 21 и вверх в восходящей трубе 11 в режиме подачи тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в восходящей трубе 11 и вверх в сливной трубе 21. Первый насос 8 может быть подключен к подающей линии 3, или обратной линии 5, или восходящей трубе 11 или сливной трубе 21.

Альтернативно, в варианте реализации по фиг. 3, в котором вторичная рабочая текучая среда также циркулирует в геотермальном теплообменнике 55, первые соединительные насосы 70, 71, 72, 73, обеспеченные в соединительных линиях 60, 61, 62, 63 или расположенные в соединении с первичными теплообменниками 30, 31, 32, 33, могут быть выполнены с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды в геотермальном теплообменнике 55, и первый насос 8 может быть опущен. Это может быть предпочтительным, поскольку система и использование геотермального теплообменника 55 становится автоматическим на основе спроса на чистую энергию для нагрева первичных теплообменников 55.

Первичный теплообменник 30, 31, 32, 33 может представлять собой тепловой насос или любой другой известный тип теплообменника.

Фиг. 4 показывает альтернативный вариант реализации по фиг. 3. В это варианте реализации система или компоновка для нагрева и охлаждения дополнительно содержит вторичный тепловой насос 90, расположенный между вторичной тепловой сетью 3, 5, 60, 61, 62, 63 и геотермальной сетью 11, 21, 92. Вторичный тепловой насос 90 выполнен с возможностью обеспечения вторичного теплообменного соединения между вторичной рабочей текучей средой и геотермальной рабочей текучей средой, и между геотермальной сетью 92 и вторичной тепловой сетью 3, 5, 60, 61, 62, 63. Соответственно, циркуляция вторичной рабочей текучей среды и геотермальной рабочей текучей среды, а также геотермальная сеть (или геотермальный теплообменник 55) и вторичная тепловая сеть отделены друг от друга вторичным тепловым насосом 90. Таким образом, геотермальный теплообменник 55, или геотермальная сеть 92, расположен, или расположена, во вторичном теплообменном соединении со вторичной тепловой сетью 3, 5, 60, 61, 62, 63, и вторичный тепловой насос 90 обеспечен между геотермальным теплообменником 55, или геотермальной сетью 92, и вторичной тепловой сетью 3, 5, 60, 61, 62, 63 для обеспечения теплообмена между вторичной тепловой сетью 3, 5, 60, 61, 62, 63 и геотермальным теплообменником 55. Таким образом, геотермальная сеть 92 соединена со вторичным тепловым насосом 90, и вторичная тепловая сеть 3, 5, 60, 61, 62, 63 также соединена со вторичным тепловым насосом 90 для обеспечения вторичного теплообменного соединения и для осуществления теплопереноса между геотермальной сетью 92 и вторичной тепловой сетью 3, 5, 60, 61, 62, 63, и геотермальной рабочей текучей средой и вторичной рабочей текучей средой.

Таким образом, в режиме извлечения тепла геотермального теплообменника 55 энергия для нагрева переносится от геотермальной сети 92 и геотермальной рабочей текучей среды ко вторичной тепловой сети 3, 5, 60, 61, 62, 63 и вторичной рабочей текучей среды во вторичном тепловом насосе 90. Аналогично, в режиме подачи тепла геотермального теплообменника 55 энергия для нагрева переносится от вторичной тепловой сети 3, 5, 60, 61, 62, 63 и вторичной рабочей текучей среды к геотермальной сети 92 и геотермальной рабочей текучей среде во вторичном тепловом насосе 90.

Вторичный тепловой насос 90 обеспечивает возможность работы геотермальной сети 92 и вторичной тепловой сети 3, 5, 60, 61, 62, 63 при различных температурах. Кроме того, вторичный тепловой насос 90 обеспечивает возможность использования также небольшой разницы температур и небольшого количества тепловой энергии вместе с геотермальным теплообменником 55.

Вторичный тепловой насос 90 может быть замещен вторичным теплообменником.

Геотермальный теплообменник 55 по фиг. 4 содержит первый насос 8, выполненный в компоновке труб для циркуляции рабочей текучей среды в компоновке труб в режиме подачи тепла геотермального теплообменника 55, в котором рабочая текучая среда циркулирует в направлении к нижнему концу 17 восходящей трубы 11 или вниз в восходящей трубе 11 и вверх по сливной трубе 21, как показано стрелками 22 и 12. Первый насос 8 может быть любым видом известного насоса, выполненного с возможностью циркуляции рабочей текучей среды. Геотермальный теплообменник 55 дополнительно содержит второй насос 8’, выполненный с возможностью циркуляции рабочей текучей среды в направлении вниз по сливной трубе 21 и вверх по восходящей трубе 11, когда геотермальный теплообменник и геотермальная компоновка для нагрева находятся в режиме извлечения тепла. Второй насос 8’ может быть любым видом известного насоса, выполненного с возможностью циркуляции рабочей текучей среды. Соответственно, первый насос 8 выполнен с возможностью работы в режиме подачи тепла, а второй насос 8’ в режиме извлечения тепла.

Таким образом, геотермальная сеть оснащена первым насосом 8 и вторым насосом 8’. Кроме того, первый насос 8 может представлять собой реверсивный насос, а второй насос 8’ может быть опущен.

Фиг. 5 схематически показывает один вариант реализации первичного теплового насоса 30, расположенного в соединительной линии 60 и между подающей линией 3 и обратной линией 5.

В режиме нагрева теплового насоса 30 и в режиме извлечения тепла геотермального теплообменника, в тепловом насосе 30 вторичная рабочая текучая среда отдает тепловую энергию рабочей текучей среде теплового насоса. Рабочая текучая среда теплового насоса получает тепловую энергию от вторичной рабочей текучей среды во вторичном теплообменном соединении 104 теплового насоса 30. Рабочая текучая среда теплового насоса может быть любой подходящей текучей средой, такой как хладагент. Тепловой насос 30 может содержать насос 35, обеспеченный в тепловом насосе 30 для циркуляции рабочей текучей среды теплового насоса в тепловом насосе 30.

Вторичное теплообменное соединение 104 может представлять собой испаритель, а жидкая рабочая текучая среда теплового насоса получает или поглощает тепловую энергию от вторичной рабочей текучей среды в испарителе 104, и рабочая текучая среда теплового насоса превращается в газ или становится газом. Затем газообразная рабочая текучая среда теплового насоса протекает или циркулирует в компрессор 101, выполненный с возможностью подъема давления и увеличения температуры газообразной рабочей текучей среды теплового насоса.

Затем газообразная рабочая текучая среда теплового насоса отдает тепловую энергию первичной рабочей текучей среде помещения здания или здания в первичном теплообменном соединении 103 теплового насоса 30. Первичная рабочая текучая среда получает тепловую энергию от рабочей текучей среды теплового насоса в первичном соединении 103 с возможностью переноса тепла.

Первичное теплообменное соединение 103 может представлять собой конденсатор, и газообразная рабочая текучая среда теплового насоса может снова конденсироваться в жидкость, поскольку она отдает тепловую энергию первичной рабочей текучей среде. Затем жидкая рабочая текучая среда теплового насоса протекает или циркулирует к расширительному устройству 102, в котором давление жидкой рабочей текучей среды теплового насоса уменьшается, и температура уменьшается.

В режиме нагрева теплового насоса 30 тепловой насос 30 принимает холодный поток 54 первичной рабочей текучей среды от здания или помещения здания, и он получает тепловую энергию в первичном теплообменном соединении 103 таким образом, что температура первичной рабочей текучей среды увеличивается. Затем нагретый поток 52 первичной рабочей текучей среды подается к зданию или к помещению здания.

Затем рабочая текучая среда теплового насоса протекает или циркулирует обратно ко вторичному соединению 104 с возможностью переноса тепла, и цикл повторяется.

Вторичная рабочая текучая среда отдает тепловую энергию в тепловой насос 30 или во вторичное соединение 104 с возможностью переноса тепла теплового насоса 30. Тепловая энергия высвобождается и принимается рабочей текучей средой теплового насоса. Таким образом, температура вторичной рабочей текучей среды уменьшается в тепловом насосе 30 или по мере того, как она протекает через тепловой насос 30 или второе теплообменное соединение 104. Вторичная рабочая текучая среда циркулирует от подающей линии 3 к тепловому насосу 30 и далее к обратной линии 5, и она отдает тепловую энергию в тепловой насос 30, и температура вторичной рабочей текучей среды уменьшается.

Когда тепловой насос 30 работает в режиме охлаждения, тепловой насос 30 получает или поглощает тепловую энергию от первичной рабочей текучей среды здания или помещения здания. В режиме охлаждения первичное теплообменное соединение 103 выполнено с возможностью переноса тепловой энергии от рабочей текучей среды теплового насоса к первичной рабочей текучей среде таким образом, что температура первичной рабочей текучей среды уменьшается, а температура рабочей текучей среды теплового насоса увеличивается.

Жидкая рабочая текучая среда теплового насоса получает или поглощает тепловую энергию от первичной рабочей текучей среды помещения здания или здания в первичном теплообменном соединении 103 теплового насоса 30. Таким образом, теплый или горячий поток первичной рабочей текучей среды отдает тепловую энергию жидкой рабочей текучей среде теплового насоса в первичном соединении 103 с возможностью переноса тепла. Первичная рабочая текучая среда охлаждается, или температура первичной рабочей текучей среды уменьшается. Холодный поток первичной рабочей текучей среды протекает обратно от теплового насоса 30 к зданию или помещению здания.

Первичное теплообменное соединение 103 теперь может представлять собой испаритель. Жидкая рабочая текучая среда теплового насоса получает или поглощает тепловую энергию от первичной рабочей текучей среды в испарителе и испаряется в газ с образованием газообразной рабочей текучей среды теплового насоса.

Газообразная рабочая текучая среда теплового насоса протекает или циркулирует в компрессоре 101. Компрессор 101 выполнен с возможностью подъема давления и увеличения температуры газообразной рабочей текучей среды. От компрессора 101 газообразная рабочая текучая среда теплового насоса протекает или циркулирует во второе теплообменное соединение 104. Во вторичном теплообменном соединении 104 высокотемпературная рабочая текучая среда теплового насоса отдает энергию для нагрева вторичной рабочей текучей среде во вторичном теплообменном соединении 104. Таким образом, температура рабочей текучей среды теплового насоса уменьшается, и рабочая текучая среда теплового насоса возвращается в жидкое состояние.

Второе теплообменное соединение 104 теперь может представлять собой конденсатор. Газообразная рабочая текучая среда теплового насоса отдает тепловую энергию вторичной рабочей текучей среде в конденсаторе и превращается в жидкость с образованием жидкой рабочей текучей среды теплового насоса.

Следует отметить, что в контексте настоящего изобретения тепловой насос 30 может содержать только первичное и вторичное соединения 103, 104 с возможностью переноса тепла. Кроме того, первичное и вторичное соединения 103, 104 с возможностью переноса тепла могут содержать любой известный тип теплообменников. Соответственно, настоящее изобретение не ограничено каким-либо конкретным типом теплового насоса 30. Тепловой насос 30 может представлять собой тепловой насос жидкость-жидкость (liquid-to-liquid), в котором обе геотермальная рабочая текучая среда и первичная рабочая текучая среда представляют собой жидкости, или тепловой насос жидкость-газ (liquid-to-gas) (или жидкость-воздух (liquid-to-air)), в котором геотермальная рабочая текучая среда представляет собой жидкость, а первичная рабочая текучая среда представляет собой газ, такой как воздух.

Кроме того, в некоторых вариантах реализации тепловой насос 30 может быть заменен, или он может представлять собой теплообменник, в котором тепловая энергия передается напрямую между вторичной рабочей текучей средой и первичной рабочей текучей средой помещения здания или здания. Поток вторичной рабочей текучей среды в соединительных линиях 60, 61, 62, 63 осуществляется на основе режимов нагрева и охлаждения. В альтернативном варианте реализации тепловой насос 30 может быть заменен, или он может быть любым известным видом теплообменного соединения, обеспеченного между первичной рабочей текучей средой и вторичной рабочей текучей средой.

Дополнительно следует отметить, что рабочая текучая среда теплового насоса также может быть опущена, и первичная рабочая текучая среда или вторичная рабочая текучая среда может циркулировать в тепловом насосе 30 посредством компрессора 101, расширительного устройства 102 и первичного и вторичного теплообменных соединений 103, 104.

Фиг. 6 схематически показывает один вариант реализации вторичного теплового насоса 90, установленного между геотермальной сетью 92 и вторичной тепловой сетью 3, 5.

В режиме извлечения тепла геотермального теплообменника 55 геотермальная рабочая текучая среда, протекающая в геотермальной сети 92, отдает тепловую энергию во вторичный тепловой насос 90 рабочей текучей среде теплового насоса. Рабочая текучая среда теплового насоса получает тепловую энергию от геотермальной рабочей текучей среды во вторичном теплообменном соединении 204 вторичного теплового насоса 90. Рабочая текучая среда теплового насоса может быть любой подходящей текучей средой, такой как хладагент. Вторичный тепловой насос 90 может содержать насос 205, обеспеченный во вторичном тепловом насосе 90 для циркуляции рабочей текучей среды теплового насоса во вторичном тепловом насосе 90. Геотермальная рабочая текучая среда циркулирует в геотермальной сети вверх по восходящей трубе 11 со вторичным тепловым насосом 90.

Вторичное теплообменное соединение 204 может представлять собой испаритель, а жидкая рабочая текучая среда теплового насоса получает или поглощает тепловую энергию от геотермальной рабочей текучей среды в испарителе 204, и рабочая текучая среда теплового насоса превращается в газ или становится газом. Затем газообразная рабочая текучая среда теплового насоса протекает или циркулирует в компрессоре 201, выполненном с возможностью подъема давления и увеличения температуры газообразной рабочей текучей среды теплового насоса.

Затем газообразная рабочая текучая среда теплового насоса отдает тепловую энергию вторичной рабочей текучей среде, протекающей во вторичной тепловой сети 3, 5 в первичном теплообменном соединении 203 вторичного теплового насоса 90. Вторичная рабочая текучая среда получает тепловую энергию от рабочей текучей среды теплового насоса в первичном соединении 203 с возможностью переноса тепла. Вторичная рабочая текучая среда протекает ко вторичному тепловому насосу 90 от обратной линии 5 и обратно к подающей линии 3 посредством первичного теплообменного соединения 203 при повышенной температуре.

Первичное теплообменное соединение 203 может представлять собой конденсатор, и газообразная рабочая текучая среда теплового насоса может снова конденсироваться в жидкость, поскольку она отдает тепловую энергию первичной рабочей текучей среде. Затем жидкая рабочая текучая среда теплового насоса протекает или циркулирует к расширительному устройству 202, в котором давление жидкой рабочей текучей среды теплового насоса уменьшается, и температура уменьшается.

В режиме подачи тепла геотермального теплообменника 55 геотермальная рабочая текучая среда, протекающая в геотермальной сети 92, получает тепловую энергию во вторичном тепловом насосе 90 от рабочей текучей среды теплового насоса. Рабочая текучая среда теплового насоса отдает тепловую энергию геотермальной рабочей текучей среде во вторичное теплообменное соединение 204 вторичного теплового насоса 90. Нагретая геотермальная рабочая текучая среда циркулирует в геотермальной сети вниз по восходящей трубе 11 от вторичного теплового насоса 90.

Во вторичном тепловом насосе 90 вторичный тепловой насос 90 принимает нагретый поток вторичной рабочей текучей среды от вторичной тепловой сети 3, 5, или подающей линии 3, и он отдает тепловую энергию в первичное теплообменное соединение 203 таким образом, что температура вторичной рабочей текучей среды уменьшается. Затем вторичная рабочая текучая среда протекает к обратной линии 5.

Затем нагретая рабочая текучая среда протекает или циркулирует обратно ко вторичному соединению 204 с возможностью переноса тепла, и цикл повторяется.

Вторичная рабочая текучая среда отдает тепловую энергию во вторичный тепловой насос 90 или во вторичное соединение 204 с возможностью переноса тепла вторичного теплового насоса 90. Тепловая энергия высвобождается и принимается рабочей текучей среде теплового насоса. Таким образом, температура вторичной рабочей текучей среды уменьшается во вторичном тепловом насосе 90 или по мере того, как она протекает через вторичный тепловой насос 90 или второе теплообменное соединение 204. Вторичная рабочая текучая среда циркулирует от подающей линии 3 ко вторичному тепловому насосу 50 и далее к обратной линии 5, и она отдает тепловую энергию во вторичный тепловой насос 90, а температура вторичной рабочей текучей среды уменьшается.

Когда геотермальный теплообменник 55 работает в режиме подачи тепла, вторичный тепловой насос 90 получает или поглощает тепловую энергию от вторичной рабочей текучей среды во вторичной тепловой сети 3, 5. Первичное теплообменное соединение 203 выполнено с возможностью переноса тепловой энергии от вторичной рабочей текучей среды к рабочей текучей среде теплового насоса таким образом, что температура вторичной рабочей текучей среды уменьшается, а температура рабочей текучей среды теплового насоса увеличивается.

Жидкая рабочая текучая среда теплового насоса получает или поглощает тепловую энергию от вторичной рабочей текучей среды вторичной тепловой сети в первичном теплообменном соединении 203 вторичного теплового насоса 90. Таким образом, теплый или горячий поток вторичной рабочей текучей среды отдает тепловую энергию жидкой рабочей текучей среде теплового насоса в первичном соединении 203 с возможностью переноса тепла. Вторичная рабочая текучая среда охлаждается, или температура вторичной рабочей текучей среды уменьшается. Холодный поток вторичной рабочей текучей среды протекает обратно от вторичного теплового насоса 30 к обратной линии 5.

Первичное теплообменное соединение 203 теперь может представлять собой испаритель. Жидкая рабочая текучая среда теплового насоса получает или поглощает тепловую энергию от первичной рабочей текучей среды в испарителе и испаряется в газ с образованием газообразной рабочей текучей среды теплового насоса.

Газообразная рабочая текучая среда теплового насоса протекает или циркулирует в компрессоре 201. Компрессор 201 выполнен с возможностью подъема давления и увеличения температуры газообразной рабочей текучей среды. От компрессора 201 газообразная рабочая текучая среда теплового насоса протекает или циркулирует во вторичное теплообменное соединение 204. Во вторичном теплообменном соединении 204 высокотемпературная рабочая текучая среда теплового насоса отдает энергию для нагрева геотермальной рабочей текучей среде во вторичном теплообменном соединении 204. Таким образом, температура рабочей текучей среды теплового насоса уменьшается, и рабочая текучая среда теплового насоса возвращается в жидкое состояние.

Вторичное теплообменное соединение 204 теперь может представлять собой конденсатор. Газообразная рабочая текучая среда теплового насоса отдает тепловую энергию геотермальной рабочей текучей среде в конденсаторе и превращается в жидкость с образованием жидкой рабочей текучей среды теплового насоса.

Следует отметить, что в контексте настоящего изобретения вторичный тепловой насос 90 может содержать только первичное и вторичное соединения 203, 204 с возможностью переноса тепла. Кроме того, первичное и вторичное соединения 203, 204 с возможностью переноса тепла могут содержать любой известный тип теплообменников. Соответственно, настоящее изобретение не ограничено любым конкретным видом вторичного теплового насоса 90. Вторичный тепловой насос 90 может представлять собой тепловой насос жидкость-жидкость, в котором обе геотермальная рабочая текучая среда и первичная рабочая текучая среда представляют собой жидкости, или тепловой насос жидкость-газ (или жидкость-воздух), в котором геотермальная рабочая текучая среда представляет собой жидкость, а первичная рабочая текучая среда представляет собой газ, такой как воздух.

Как показано на фиг. 3 и 4, система может дополнительно содержать устройство 110 солнечного электричества, расположенное в соединении со зданием или помещением здания и соединенное с первичным тепловым насосом 33 для подачи электричества первичному тепловому насосу 33 и для управления первичным тепловым насосом 33. Альтернативно также может быть предусмотрено, что устройство 110 солнечного электричества также может быть соединено со вторичным тепловым насосом 90 в варианте реализации по фиг. 4.

Как показано на фиг. 3 и 4, настоящее изобретение обеспечивает компоновку для нагрева и охлаждения двух или более зданий или помещений зданий.

Компоновка содержит два или более помещений 80, 81, 82, 83 здания или зданий 50, как показано, например, на фиг. 7 и 9. Компоновка дополнительно содержит вторичную тепловую сеть для циркуляции вторичной рабочей текучей среды. Вторичная тепловая сеть содержит подающую линию 3 для циркуляции высокотемпературной вторичной рабочей текучей среды и обратную линию 5 для циркуляции низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды. Компоновка дополнительно содержит два или более соединений 100 здания, показанных пунктирными линиями на фиг. 3 и 4. Два или более соединений 100 здания расположены параллельно друг другу и между подающей линией 3 и обратной линией 5 вторичной тепловой сети. Два или более соединений 100 здания содержат первичные теплообменники 30, 31, 32, 33, расположенные в соединении с двумя или более помещениями 80, 81, 82, 83 здания или зданиями 50. Таким образом, два или более зданий 50 или помещений 80, 81, 82, 83 здания соединены или расположены в теплообменном соединении друг с другом посредством соединений 100 здания и подающей линии 3 и обратной линии 5.

Соединения 100 здания могут содержать соединительные линии 60, 616, 62, 63 и соединительные насосы 70, 71, 72, 73, 74, как описано выше.

Соединение 100 здания может быть дополнительно оснащено управляющими устройствами 40, 41, 42, 43, соединенными с помощью управляющих линий 44, 45, 46, 47 с первичными теплообменниками 30, 31, 32, 33 и/или с соединительными насосами 70, 71, 72, 73, соответственно. Управляющее устройство 40, 41, 42, 43 может быть выполнено с возможностью управления первичными теплообменниками 30, 31, 32, 33 выборочно в режимах нагрева и охлаждения.

Компоновка дополнительно содержит отверстие 2 в земле, обеспеченное в земле и проходящее от поверхности 1 земли, и геотермальный теплообменник 55, расположенный в отверстии 2 в земле и расположенный в соединении со вторичной тепловой сетью, как описано выше.

Соединение 100 здания или первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 двух или более соединений 100 здания могут быть расположены в соединении с различными помещениями 80, 81, 82, 83 здания одного здания 50, как показано на фиг. 7. Соответственно, подающая линия 3 и обратная линия 5 продолжаются в здании 50, и соединение 100 здания или первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 расположены параллельно между подающей линией 3 и обратной линией 5 и в соединении с различными помещениями 80, 81, 82, 83 здания. Таким образом, помещения 80, 81, 82, 83 здания могут нагреваться и/или охлаждаться независимо друг друга и в то же время с обеспечением теплообменного соединения между помещениями 80, 81, 82, 83 здания.

На фиг. 7 система и компоновка содержит геотермальный теплообменник 5, соединенный с подающей линией 3 и обратной линией 5. В этом варианте реализации система содержит первый насос 8, выполненный с возможностью управления геотермальным теплообменником 55 в режиме извлечения тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в сливной трубе 21 и вверх в восходящей трубе 11, и второй насос 9, выполненный с возможностью управления геотермальным теплообменником 55 в режиме подачи тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в восходящей трубе 11 и вверх в сливной трубе 21.

Здание 50 или помещения 80 ,81, 82, 83 здания могут содержать тепловую сеть 52, 54 зданий для нагрева помещений 80, 81, 82, 83 здания. Тепловая сеть 52, 54 зданий может представлять собой вентиляционную систему, жидкостную циркуляционную систему теплоснабжения или тому подобное, выполненную с возможностью циркуляции первичной рабочей текучей среды помещений 80, 81, 82, 83 здания. Первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 двух или более соединений 100 здания могут быть соединены с тепловыми сетями 52, 54 помещений здания различных помещений 80, 81, 82, 83 здания.

На фиг. 8, система и компоновка содержит геотермальный теплообменник 55 с геотермальной сетью 92. Вторичный тепловой насос 90 расположен между геотермальной сетью 92 и вторичной тепловой сетью 3, 5, содержащей подающую линию 3 и обратную линию 5. В этом варианте реализации система содержит первый насос 9, выполненный с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды в режиме подачи тепла геотермального теплообменника 55, в котором вторичная рабочая текучая среда протекает от подающей линии 3 ко вторичному тепловому насосу 90. Система содержит также первый насос 9’, выполненный с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды в режиме извлечения тепла геотермального теплообменника 55, в котором вторичная рабочая текучая среда протекает от обратной линии 5 ко вторичному тепловому насосу 90.

Вариант реализации по фиг. 8 представляет собой модификацию варианта реализации по фиг. 7 со вторичным тепловым насосом 90 или вторичным теплообменником 90.

Фиг. 9 показывает альтернативный вариант реализации, в котором соединение 100 здания или первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 двух или более соединений 100 здания могут быть расположены в соединении с различными зданиями 50. Соответственно, подающая линия 3 и обратная линия 5 продолжаются между различными зданиями, и соединение 100 здания или первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 расположены параллельно между подающей линией 3 и обратной линией 5 и в соединении с различными зданиями. Таким образом, здания 50 могут нагреваться и/или охлаждаться независимо друг друга и в то же время с обеспечением теплообменного соединения между зданиями 50.

На фиг. 9, система и компоновка содержит геотермальный теплообменник 55, соединенный с подающей линией 3 и обратной линией 5 с помощью вторичного теплового насоса 90. Геотермальный теплообменник 55 содержит восходящую трубу 11 и сливную трубу 21, выполненные с возможностью обеспечения геотермальной сети 92 для циркуляции геотермальной рабочей текучей среды вдоль восходящей трубы 11 и сливной трубы 21. Система или компоновка для нагрева и охлаждения дополнительно содержит вторичный тепловой насос 90, расположенный между вторичной тепловой сетью 3, 5 и геотермальной сетью 92. Вторичный тепловой насос 90 выполнен с возможностью обеспечения вторичного теплообменного соединения между вторичной рабочей текучей средой и геотермальной рабочей текучей средой, и между геотермальной сетью 92 и вторичной тепловой сетью 3, 5. Соответственно, циркуляция вторичной рабочей текучей среды и геотермальной рабочей текучей среды, а также геотермальная сеть (или геотермальный теплообменник 55) и вторичная тепловая сеть 3, 5 отделены друг от друга вторичным тепловым насосом 90. Таким образом, геотермальный теплообменник 55 расположен в теплообменном соединении со вторичной тепловой сетью 3, 5, 60, 61, 62, 63, и вторичный тепловой насос 90 обеспечен между геотермальным теплообменником 55 и вторичной тепловой сетью 3, 5, 60, 61, 62, 63 для обеспечения теплообмена между вторичной тепловой сетью 3, 5, 60, 61, 62, 63 и геотермальным теплообменником 55.

Здания 50 могут содержать тепловую сеть 52, 54 зданий для нагрева зданий 50. Тепловая сеть 52, 54 зданий может представлять собой вентиляционную систему, жидкостную циркуляционную систему теплоснабжения или тому подобное, выполненную с возможностью циркуляции первичной рабочей текучей среды зданий 50. Первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 двух или более соединений 100 здания могут быть соединены с тепловыми сетями 52, 54 зданий различных зданий 50.

Таким образом, на фиг. 9 два или более соединений 100 здания или первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 двух или более соединений 100 здания расположены в соединении с различными зданиями 50.

Фиг. 10 показывает вариант реализации, в котором вторичная тепловая сеть 3, 3’, 5, 5’ содержит две вторичные тепловые подсети 3, 5 и 3’, 5’, расположенные в теплообменном соединении друг с другом. На фиг. 10 показаны первая вторичная тепловая подсеть 3, 5 и вторая вторичная тепловая подсеть 3’, 5’. Однако могут быть две или более вторичных тепловых подсетей. В варианте реализации по фиг. 10 вторичные тепловые подсети 3,5 и 3’, 5’ выполнены с возможностью сообщения по текучей среде друг с другом таким образом, что та же вторичная рабочая текучая среда может протекать в обеих вторичных тепловых подсетях 3,5 и 3’, 5’. Соответственно, подающая линия 3 первой вторичной тепловой подсети соединена и сообщается по текучей среде с подающей линией 3’ второй вторичной тепловой подсети. Аналогично, обратная линия 5 первой вторичной тепловой подсети соединена и сообщается по текучей среде с обратной линией 5’ второй вторичной тепловой подсети.

На фиг. 10 теплообменник 95 подсети разделяет вторичную тепловую сеть на первую вторичную тепловую подсеть 3, 5 и на вторую вторичную тепловую подсеть 3’, 5’. Теплообменник 95 подсети может представлять собой тепловой насос 95 подсети, расположенный между подающей линией 3, ‘3’ и обратной линией 5, 5’, обеспечивающий возможность теплообмена между подающей линией 3, 3’ и обратной линией 5, 5’. Тепловой насос 95 подсети содержит контур 98, 99 текучей среды теплообменника подсети и первое теплообменное соединение 96 подсети и второе теплообменное соединение 97 подсети таким образом, что можно обмениваться тепловой энергией между подающей линией 3, 3’ и обратной линией 5, 5’. Таким образом, теплообменник 95 подсети разделяет вторичную тепловую сеть на вторичные тепловые подсети и обеспечивает возможность регулирования температуры вторичной рабочей текучей среды. Соответственно, теплообменник 95 подсети может повышать температуру вторичной рабочей текучей среды, протекающей от подающей линии 3 первой вторичной тепловой подсети к подающей линии 3’ второй вторичной тепловой подсети, и понижать температуру вторичной рабочей текучей среды, протекающей от обратной линии 5’ второй вторичной тепловой подсети к обратной линии 5 первой вторичной тепловой подсети.

Соответственно, это обеспечивает возможность циркуляции высокотемпературной вторичной рабочей текучей среды в подающей линии 3, 3’ вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63 и низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды в обратной линии 5, 5’ вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63. Кроме того, увеличивают температуру высокотемпературной вторичной рабочей текучей среды, циркулирующей в подающей линии 3, 3’ вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63, и уменьшают температуру низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды, циркулирующей в обратной линии 5, 5’ вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63, путем использования теплового насоса, расположенного во вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63 между подающей линией 3, 3’ и обратной линией 5, 5’.

Фиг. 11 показывает модификацию варианта реализации по фиг. 10. На фиг. 11 теплообменник 95 подсети разделяет вторичную тепловую сеть на первую вторичную тепловую подсеть 3, 5 и на вторую вторичную тепловую подсеть 3’, 5’. Теплообменник 95 подсети может представлять собой тепловой насос 95 подсети, расположенный между подающей линией 3, ‘3’ и обратной линией 5, 5’, обеспечивающий возможность теплообмена между подающей линией 3, 3’ и обратной линией 5, 5’. Тепловой насос 95 подсети содержит контур 98, 99 текучей среды теплообменника подсети и первое теплообменное соединение 96 подсети и второе теплообменное соединение 97 подсети таким образом, что можно обмениваться энергией для нагрева между подающей линией 3, 3’ и обратной линией 5, 5’. Таким образом, теплообменник 95 подсети разделяет вторичную тепловую сеть на вторичные тепловые подсети и обеспечивает возможность регулирования температуры вторичной рабочей текучей среды. Соответственно, теплообменник 95 подсети может повышать температуру вторичной рабочей текучей среды, протекающей от подающей линии 3 первой вторичной тепловой подсети к подающей линии 3’ второй вторичной тепловой подсети, и понижать температуру вторичной рабочей текучей среды, протекающей от обратной линии 5’ второй вторичной тепловой подсети к обратной линии 5 первой вторичной тепловой подсети.

Соответственно, это обеспечивает возможность циркуляции высокотемпературной вторичной рабочей текучей среды в подающей линии 3, 3’ вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63 и низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды в обратной линии 5, 5’ вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63. Кроме того, увеличивают температуру высокотемпературной вторичной рабочей текучей среды, циркулирующей в подающей линии 3, 3’ вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63, и уменьшают температуру низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды, циркулирующей в обратной линии 5, 5’ вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63, путем использования теплового насоса, установленного во вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63 между подающей линией 3, 3’ и обратной линией 5, 5’.

Вариант реализации по фиг. 11 дополнительно содержит вторичный тепловой насос или теплообменник 90, расположенный между первой вторичной тепловой подсетью 3, 5 и геотермальной сетью 92. Вторичный тепловой насос 90 выполнен с возможностью обеспечения вторичного теплообменного соединения между вторичной рабочей текучей средой и геотермальной рабочей текучей средой, и между геотермальной сетью 92 и первой вторичной тепловой сетью 3, 5. Соответственно, циркуляция вторичной рабочей текучей среды и геотермальной рабочей текучей среды, а также геотермальная сеть (или геотермальный теплообменник 55) и первая вторичная тепловая сеть 3, 5 отделены друг от друга вторичным тепловым насосом 90. Таким образом, геотермальный теплообменник 55 расположен в теплообменном соединении со вторичной тепловой сетью 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63, и вторичный тепловой насос 90 обеспечен между геотермальным теплообменником 55 и вторичной тепловой сетью 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63 или первой вторичной тепловой подсетью 3, 5 для обеспечения теплообмена между вторичной тепловой сетью 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63 или первой вторичной тепловой подсетью 3, 5 и геотермальным теплообменником 55.

Фиг. 12 показывает альтернативный вариант реализации, в котором теплообменник подсети или тепловой насос 95 обеспечен между первой вторичной тепловой подсетью 3, 5 и второй вторичной тепловой подсетью 3’, 5’ и выполнен с возможностью обеспечения теплообмена подсети между первой вторичной тепловой подсетью 3, 5 и второй вторичной тепловой подсетью 3’, 5’. Таким образом, в этом варианте реализации теплообменник подсети или тепловой насос 95 подсети расположен между двумя или более вторичными тепловыми подсетями 3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63 для обеспечения теплообмена между двумя или более вторичными тепловыми подсетями 3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63, а две или более вторичных тепловых подсетей отделены друг от друга теплообменником подсети или тепловым насосом 95 подсети. Соответственно, первая вторичная тепловая под-сеть обеспечивает циркуляцию первой вторичной рабочей текучей среды, а вторая вторичная тепловая под-сеть обеспечивает циркуляцию второй вторичной рабочей текучей среды. Первая и вторая вторичные тепловые подсети не сообщаются друг с другом по текучей среде, но отделенная вторичная рабочая текучая среда циркулирует в первой и второй вторичных тепловых подсетях. Однако система и компоновка по фиг. 12 могут работать аналогичным образом, что и система и компоновка по фиг. 10 для подъема и понижения температуры.

Фиг. 13 показывает модификацию варианта реализации по фиг. 12. Фиг. 13 показывает альтернативный вариант реализации, в котором теплообменник подсети или тепловой насос 95 обеспечен между первой вторичной тепловой подсетью 3, 5 и второй вторичной тепловой подсетью 3’, 5’ и выполнен с возможностью обеспечения теплообмена подсети между первой вторичной тепловой подсетью 3, 5 и второй вторичной тепловой подсетью 3’, 5’. Таким образом, в этом варианте реализации теплообменник подсети или тепловой насос 95 подсети расположен между двумя или более вторичными тепловыми подсетями 3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63 для обеспечения теплообмена между двумя или более вторичными тепловыми подсетями 3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63, и две или более вторичных тепловых подсетей отделены друг от друга теплообменником подсети или тепловым насосом 95 подсети. Соответственно, первая вторичная тепловая сеть обеспечивает циркуляцию первой вторичной рабочей текучей среды, а вторая вторичная тепловая подсеть обеспечивает циркуляцию второй вторичной рабочей текучей среды. Первая и вторая вторичные тепловые подсети не сообщаются друг с другом по текучей среде, но отделенная вторичная рабочая текучая среда циркулирует в первой и второй вторичных тепловых подсетях. Однако, система и компоновка по фиг. 13 могут работать аналогичным образом, что и система и компоновка по фиг. 11 для подъема и понижения температуры.

Вариант реализации по фиг. 13 дополнительно содержит вторичный тепловой насос или теплообменник 90, расположенный между первой вторичной тепловой подсетью 3, 5 и геотермальной сетью 92. Вторичный тепловой насос 90 выполнен с возможностью обеспечения вторичного теплообменного соединения между вторичной рабочей текучей средой и геотермальной рабочей текучей средой, и между геотермальной сетью 92 и первой вторичной тепловой подсетью 3, 5. Соответственно, циркуляция вторичной рабочей текучей среды и геотермальной рабочей текучей среды, а также геотермальная сеть (или геотермальный теплообменник 55) и первая вторичная тепловая сеть 3, 5 отделены друг от друга вторичным тепловым насосом 90. Таким образом, геотермальный теплообменник 55 расположен в теплообменном соединении со вторичной тепловой сетью 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63, и вторичный тепловой насос 90 обеспечен между геотермальным теплообменником 55 и вторичной тепловой сетью 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63 или первой вторичной тепловой сетью 3, 5 для обеспечения теплообмена между вторичной тепловой сетью 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63 или первой вторичной тепловой сетью 3, 5 и геотермальным теплообменником 55.

Согласно фиг. 10, 11, 12 и 13 два или более параллельных соединений 100 здания могут быть соединены друг с другом посредством подающей линии 3, 3’ и обратной линии 5, 5’ двух или более вторичных тепловых подсетей 3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63 и расположены в соединении друг с другом с возможностью переноса тепла посредством подающей линии 3, 3’ и обратной линии 5, 5’.

Кроме того, по меньшей мере две из двух или более вторичных тепловых подсетей содержат одно или более соединений 100 здания или один или более первичных теплообменников 30, 31, 32, 33. Дополнительно, соединения 100 здания соединены друг с другом посредством двух или более вторичных тепловых подсетей и одного или более тепловых насосов 95 подсетей и расположены в соединении друг с другом с возможностью переноса тепла посредством двух или более вторичных тепловых подсетей и одного или более тепловых насосов 95 подсетей.

В соответствии с вышеупомянутым, когда вторичная тепловая сеть содержит две или более вторичных тепловых подсетей, соединения 100 здания и первичные теплообменники 30, 31, 32, 33 различных вторичных тепловых подсетей расположены в теплообменном соединении друг с другом посредством подающих линий 3, 3’ и обратных линий 5, 5’ различных вторичных тепловых подсетей и посредством одного или более тепловых насосов подсети или теплообменников 95.

Фиг. 14 и 14 показывает другой вариант реализации геотермального теплообменника 55.

Фиг. 14 показывает другой вариант реализации, в котором восходящая труба 11 расположена внутри сливной трубы 21. В этом варианте реализации восходящая труба 11 и сливная труба 21 вставлены одна в другую, или они могут быть расположены соосно друг в друге таким образом, что восходящая труба 11 расположена внутри сливной трубы 21, как на фиг. 1. Восходящая труба 11 содержит первую теплоизоляцию 25. Первая теплоизоляция 25 уменьшает или минимизирует теплоперенос между восходящей трубой 11 и сливной трубой 21 и между потоком 22 рабочей текучей среды и потоком 12 рабочей текучей среды.

Как показано на фиг. 14, теплоизоляция 25 проходит на расстояние от нижнего конца 17 восходящей трубы 11 вдоль восходящей трубы 11.

В варианте реализации по фиг. 10, сливная труба 21 представляет собой трубу, имеющую закрытый нижний конец 13 и проходящее внутри отверстие 2 в земле к нижнему концу 4 отверстия в земле вблизи него. Соответственно, восходящая труба 11 полностью расположена внутри сливной трубы 21 в отверстии 2 в земле, и геотермальная рабочая текучая среда не вступает в прямой контакт с землей.

Следует отметить, что отверстие 2 в земле может образовывать сливную трубу 21, и отдельная сливная труба может быть опущена, как на фиг. 1 и 2. В альтернативном варианте реализации отдельная сливная труба 21 проходит на предварительно заданное расстояние от поверхности 1 земли с открытым нижним концом, и отверстие 2 в земле образует по меньшей мере часть сливной трубы.

В варианте реализации по фиг. 15 восходящая труба 10 и сливная труба 20 расположены на расстоянии друг от друга и соединены друг с другом с помощью соединительной части 18 трубы, или изгиба, на нижних концах восходящей трубы 10 и сливной трубы 20. Другими словами, восходящая труба 10 и сливная труба 20 образуют U-образную трубную конструкцию. Однако, следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено какой-либо конкретной трубной конструкцией восходящей трубы 10 и сливной трубы 20 или каким-либо количеством восходящих труб 10 и сливной трубы 20.

В варианте реализации по фиг. 15 первая теплоизоляция 25 проходит вдоль восходящей трубы 10 на расстояние от нижнего конца восходящей трубы 10 или соединительной части 18 трубы или изгиба.

Первая теплоизоляция может быть обеспечена на внутренней поверхности и/или внешней поверхности восходящей трубы 10, 11.

Настоящее изобретение обеспечивает способ нагрева и охлаждения нескольких помещений 80, 81, 82, 83 здания или зданий 50 путем использования системы и компоновки как описано выше совместно с фигурами 1-15.

Способ включает циркуляцию вторичной рабочей текучей среды во вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63 и выполнение двух или более первых этапов теплообмена параллельно во вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63 между вторичной рабочей текучей средой и первичной рабочей текучей средой помещений 80, 81, 82, 83 здания или зданий 50, расположенных или расположенных с соединении с двумя или более другими помещениями 80, 81, 82, 83 здания или зданиями 5. Способ дополнительно включает выполнение второго этапа теплообмена между вторичной рабочей текучей средой, циркулирующей во вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63, и землей с геотермальным теплообменником 55, расположенным в отверстии 2 в земле и расположенным в соединении со вторичной тепловой сетью 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63. Соответственно, способ может включать теплообмен между помещением 80, 81, 82, 83 здания или зданиями 50 и между геотермальным теплообменником 55 и помещением 80, 81, 82, 83 здания или зданиями 50.

В способе по меньшей мере один из двух или более параллельных первых этапов теплообмена может быть осуществлен в режиме нагрева, в котором энергия для нагрева переносится от вторичной рабочей текучей среды к первичной рабочей текучей среде помещения 80, 81, 82, 83 здания или здания 50, и по меньшей мере один из двух или более первых этапов первичного теплообмена может быть осуществлен в режиме охлаждения, в котором энергия для нагрева переносится от первичной рабочей текучей среды помещения 80, 81, 82, 83 здания или здания 50 ко вторичной рабочей текучей среде.

Таким образом, способ может включать выполнение двух или более параллельных первых этапов теплообмена с двумя или более параллельными первичными теплообменниками 30, 31, 32, 33 или соединениями 100 здания, расположенными в соединении с двумя или более различными помещениями 80, 81, 82, 83 здания или зданиями 5. Затем, управление по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников 30, 31, 32, 33 в режиме нагрева, в котором энергия для нагрева переносится от вторичной рабочей текучей среды к первичной рабочей текучей среде помещений 80, 81, 82, 83 здания или здания 50, и управление по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников 30, 31, 32, 33 в режиме охлаждения, в котором энергия для нагрева переносится от первичной рабочей текучей среды помещения 80, 81, 82, 83 здания или здания 50 ко вторичной рабочей текучей среде. Способ может таким образом дополнительно включать выполнение районного теплообмена между по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников 30, 31, 32, 33, работающих в режиме нагрева, и по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников 30, 31, 32, 33, работающих в режиме охлаждения. посредством вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63.

Соответственно, в способе геотермальный теплообменник 55 в режиме извлечения тепла, в котором второй этап теплообмена включает перенос энергии для нагрева из земли ко вторичной рабочей текучей среде или к геотермальной рабочей текучей среде в геотермальном теплообменнике 55, или в режиме подачи тепла, в котором второй этап теплообмена включает перенос энергии для нагрева от вторичной рабочей текучей среды или от геотермальной рабочей текучей среды в землю в геотермальном теплообменнике 55 на основе спроса на общую или чистую тепловую энергию параллельных соединений 100 здания или первичных теплообменников 30, 31, 32, 33.

Второй этап теплообмена может включать циркуляцию вторичной рабочей текучей среды в геотермальном теплообменнике 55 и выполнение теплообмена между вторичной рабочей текучей средой и землей в отверстии 2 в земле.

В альтернативном варианте реализации второй этап теплообмена может включать циркуляцию геотермальной рабочей текучей среды в геотермальном теплообменнике 55, выполнение теплообмена между вторичной рабочей текучей средой, циркулирующей во вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63, и геотермальной рабочей текучей средой, циркулирующей в геотермальном теплообменнике 55, и выполнение теплообмена между геотермальной рабочей текучей средой и землей в отверстии 2 в земле.

В альтернативном варианте реализации способ может дополнительно включать управление геотермальным теплообменником 55 в режиме извлечения тепла, в котором второй этап теплообмена включает перенос энергии для нагрева от геотермальной рабочей текучей среды в геотермальном теплообменнике 55 ко вторичной рабочей текучей среде во вторичном тепловом насосе 90, или в режиме подачи тепла, в котором второй этап теплообмена включает перенос энергии для нагрева от вторичной рабочей текучей среды к геотермальной рабочей текучей среде во вторичном тепловом насосе 90 на основе спроса на общую или чистую тепловую энергию параллельных соединений 100 здания или первичных теплообменников 30, 31, 32, 33.

Второй этап теплообмена выполняют между вторичной рабочей текучей средой, циркулирующей во вторичной тепловой сети 3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63 и землей с геотермальным теплообменником 55 в отверстии 2 в земле. Отверстие в земле имеет глубину по меньшей мере 300 м, или по меньшей мере 500 м, или от 300 м до 3000 м, или от 500 м до 2500 м. Альтернативно или дополнительно, отверстие 2 в земле проходит в землю на глубину, на которой температура составляет по меньшей мере 15°C, или приблизительно 20°C, или по меньшей мере 20°C.

Изобретение было описано выше со ссылкой на примеры, показанные на чертежах. Однако изобретение никак не ограничено приведенными выше примерами, но может варьироваться в пределах объема формулы изобретения.

Настоящее изобретение относится к системе, компоновке и способу нагрева и охлаждения нескольких помещений здания или зданий. Система нагрева и охлаждения для кондиционирования нескольких помещений здания, содержащая вторичную тепловую сеть для циркуляции вторичной рабочей текучей среды, причем вторичная тепловая сеть содержит подающую линию для циркуляции высокотемпературной вторичной рабочей текучей среды и обратную линию для циркуляции низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды; две или более соединительных линий, обеспеченных во вторичной тепловой сети, причем каждая соединительная линия проходит между подающей линией и обратной линией и выполнена с возможностью соединения подающей линии и обратной линии друг с другом; два или более первичных теплообменника, расположенных в двух или более соединительных линиях и выполненных с возможностью обеспечения первичного теплообменного соединения между вторичной тепловой сетью и помещением здания; и геотермальный теплообменник, расположенный в соединении со вторичной тепловой сетью. Геотермальный теплообменник содержит геотермальную сеть, имеющую восходящую трубу и сливную трубу, причем восходящая труба расположена внутри сливной трубы, и восходящая труба геотермального теплообменника оснащена первой теплоизоляцией, окружающей восходящую трубу и проходящей вдоль по меньшей мере части длины восходящей трубы от поверхности земли, а система нагрева и охлаждения содержит первый насос, выполненный с возможностью управления геотермальным теплообменником в режиме извлечения тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в сливной трубе и вверх в восходящей трубе, и второй насос, выполненный с возможностью управления геотермальным теплообменником в режиме подачи тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в восходящей трубе и вверх в сливной трубе. Технический результат заключается в обеспечении системы нагрева и охлаждения, компоновки и способа нагрева и охлаждения нескольких помещений здания или зданий с упрощением конструктивного выполнения. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Система нагрева и охлаждения для кондиционирования нескольких помещений (50, 80, 81, 82, 83) здания, содержащая:

- вторичную тепловую сеть (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) для циркуляции вторичной рабочей текучей среды, причем вторичная тепловая сеть (3, 3’, 5, 5’) содержит подающую линию (3, 3’) для циркуляции высокотемпературной вторичной рабочей текучей среды и обратную линию (5, 5’) для циркуляции низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды;

- две или более соединительных линий (60, 61, 62, 63), обеспеченных во вторичной тепловой сети (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63), причем каждая соединительная линия (60, 61, 62, 63) проходит между подающей линией (3, 3’) и обратной линией (5, 5’) и выполнена с возможностью соединения подающей линии (3, 3’) и обратной линии (5, 5’) друг с другом;

- два или более первичных теплообменника (30, 31, 32, 33), расположенных в двух или более соединительных линиях (60, 61, 62, 63) и выполненных с возможностью обеспечения первичного теплообменного соединения между вторичной тепловой сетью (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) и помещением (50, 80, 81, 82, 83) здания; и

- геотермальный теплообменник (55), расположенный в соединении со вторичной тепловой сетью (3, 3’, 5, 5’),

отличающаяся тем, что геотермальный теплообменник (55) содержит геотермальную сеть (3, 3’, 5, 5’), имеющую восходящую трубу (10, 11) и сливную трубу (20, 21), причем восходящая труба (10, 11) расположена внутри сливной трубы (20, 21), и восходящая труба (10, 11) геотермального теплообменника (55) оснащена первой теплоизоляцией (25), окружающей восходящую трубу (10, 11) и проходящей вдоль по меньшей мере части длины восходящей трубы (10, 11) от поверхности (1) земли, а система нагрева и охлаждения содержит:

- первый насос (8), выполненный с возможностью управления геотермальным теплообменником (55) в режиме извлечения тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в сливной трубе (20, 21) и вверх в восходящей трубе (10, 11), и второй насос (9), выполненный с возможностью управления геотермальным теплообменником (55) в режиме подачи тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в восходящей трубе (10, 11) и вверх в сливной трубе (20, 21); или

- первый насос (8), причем первый насос представляет собой реверсивный насос, выполненный с возможностью выборочного управления геотермальным теплообменником (55) в режиме извлечения тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в сливной трубе (20, 21) и вверх в восходящей трубе (10, 11), в режиме подачи тепла, в котором вторичная рабочая текучая среда циркулирует вниз в восходящей трубе (10, 11) и вверх в сливной трубе (20, 21).

2. Система нагрева и охлаждения по п. 1, отличающаяся тем, что

- подающая линия (3) вторичной тепловой сети (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) соединена с восходящей трубой (10, 11) и выполнена с возможностью сообщения по текучей среде с восходящей трубой (10, 11) для обеспечения потока вторичной рабочей текучей среды между восходящей трубой (10, 11) и подающей линией (3); и

- обратная линия (5) вторичной тепловой сети (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) соединена со сливной трубой (20, 21) и выполнена с возможностью сообщения по текучей среде со сливной трубой (20, 21) для обеспечения потока вторичной рабочей текучей среды между сливной трубой (20, 21) и обратной линией (5); или

- геотермальный теплообменник (55) содержит восходящую трубу (10, 11) и сливную трубу (20, 21), выполненные с возможностью обеспечения геотермальной сети (10, 11, 20, 21) для циркуляции геотермальной рабочей текучей среды вдоль восходящей трубы (10, 11) и сливной трубы (20, 21); и

- система нагрева и охлаждения дополнительно содержит вторичный теплообменник (90), расположенный между вторичной тепловой сетью (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) и геотермальной сетью (10, 11, 20, 21), причем вторичный теплообменник (90) выполнен с возможностью обеспечения вторичного теплообменного соединения между вторичной рабочей текучей средой и геотермальной рабочей текучей средой.

3. Система нагрева и охлаждения по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что

- вторичная тепловая сеть (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) содержит первую вторичную тепловую подсеть (3, 5), вторую вторичную тепловую подсеть (3’, 5’) и теплообменник (95) подсети, обеспеченный между первой вторичной тепловой подсетью (3, 5) и второй вторичной тепловой подсетью (3’, 5’) и выполненный с возможностью обеспечения теплообмена подсети между первой вторичной тепловой подсетью (3, 5) и второй вторичной тепловой подсетью (3’, 5’); или

- вторичная тепловая сеть (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) содержит первую вторичную тепловую подсеть (3, 5), вторую вторичную тепловую подсеть (3’, 5’) и тепловой насос (95) подсети, обеспеченный между первой вторичной тепловой подсетью (3, 5) и второй вторичной тепловой подсетью (3’, 5’) и выполненный с возможностью обеспечения теплообмена подсети между первой вторичной тепловой подсетью (3, 5) и второй вторичной тепловой подсетью (3’, 5’).

4. Система нагрева и охлаждения по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что

- две или более соединительных линий (60, 61, 62, 63) оснащены соединительным насосом (70, 71, 72, 73), выполненным с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды между подающей линией (3, 3’) и обратной линией (5, 5’); или

- по меньшей мере одна из двух или более соединительных линий (60, 61, 62, 63) оснащена первым соединительным насосом (70, 71, 72, 73), выполненным с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды в направлении от подающей линии (3, 3’) к обратной линии (5, 5’), и вторым соединительным насосом (74), выполненным с возможностью циркуляции вторичной рабочей текучей среды в направлении от обратной линии (5, 5’) к подающей линии (3, 3’); или

- по меньшей мере одна из двух или более соединительных линий (60, 61, 62, 63) оснащена первым соединительным насосом (70, 71, 72, 73), причем первый соединительный насос (70, 71, 72, 73, 74) представляет собой реверсивный насос, выполненный с возможностью выборочной циркуляции вторичной рабочей текучей среды в направлении от подающей линии (3, 3’) к обратной линии (5, 5’) и в направлении от обратной линии (5, 5’) к подающей линии (3, 3’).

5. Устройство для нагрева и охлаждения нескольких помещений (80, 81, 82, 83) здания или зданий (50), содержащее:

- два или более помещений (80, 81, 82, 83) здания или зданий (50);

- вторичную тепловую сеть (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) для циркуляции вторичной рабочей текучей среды, причем вторичная тепловая сеть (3, 3’, 5, 5’) содержит подающую линию (3, 3’) для циркуляции высокотемпературной вторичной рабочей текучей среды и обратную линию (5, 5’) для циркуляции низкотемпературной вторичной рабочей текучей среды;

- два или более соединений (100) здания, расположенных параллельно друг другу и между подающей линией (3) и обратной линией (5) вторичной тепловой сети (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63), причем два или более соединений (100) здания содержат первичный теплообменник (30, 31, 32, 33), расположенный в соединении с двумя или более помещениями (80, 81, 82, 83) здания или зданиями (50); и

- отверстие (2) в земле, обеспеченное в земле и проходящее от поверхности (1) земли, отличающееся тем, что глубина отверстия (2) в земле составляет по меньшей мере 300 м, а устройство содержит геотермальный теплообменник (55), расположенный в отверстии (2) в земле, имеющем глубину по меньшей мере 300 м, и расположенный в соединении со вторичной тепловой сетью (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63), причем геотермальный теплообменник (55) содержит геотермальную сеть (3, 3’, 5, 5’), имеющую восходящую трубу (10, 11) и сливную трубу (20, 21), причем восходящая труба (10, 11) расположена внутри сливной трубы (20, 21), и восходящая труба (10, 11) геотермального теплообменника (55) оснащена первой теплоизоляцией (25), окружающей восходящую трубу (10, 11) и проходящей вдоль по меньшей мере части длины восходящей трубы (10, 11) от поверхности (1) земли.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что

- первичные теплообменники (30, 31, 32, 33) двух или более соединений (100) здания расположены в соединении с различными помещениями (80, 81, 82, 83) здания (50); или

- первичные теплообменники (30, 31, 32, 33) двух или более соединений (100) здания соединены с тепловыми сетями (52, 54) помещений здания различных помещений (80, 81, 82, 83) здания, причем тепловые сети (52, 54) помещений здания выполнены с возможностью циркуляции первичной рабочей текучей среды помещения (80, 81, 82, 83) здания; или

- два или более первичных теплообменников (30, 31, 32, 33) двух или более соединений (100) здания расположены в соединении с различными зданиями (50); или

- два или более первичных теплообменников (30, 31, 32, 33) двух или более соединений (100) здания соединены с тепловыми сетями (52, 54) зданий различных зданий (50), причем тепловые сети (52, 54) помещений здания выполнены с возможностью циркуляции первичной рабочей текучей среды здания (50).

7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что

- геотермальный теплообменник (55) соединен со вторичной тепловой сетью (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63), и геотермальный теплообменник (55) и вторичная тепловая сеть (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) выполнены с возможностью сообщения по текучей среде друг с другом для циркуляции вторичной рабочей текучей среды в геотермальном теплообменнике (55); или

- геотермальный теплообменник (55) расположен в теплообменном соединении со вторичной тепловой сетью (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63), и вторичный теплообменник (90) расположен между геотермальным теплообменником (55) и вторичной тепловой сетью (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) для обеспечения теплообмена между вторичной тепловой сетью (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) и геотермальным теплообменником (55).

8. Устройство по любому из пп. 5-7, отличающееся тем, что

- вторичная тепловая сеть (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) содержит две или более вторичных тепловых подсетей (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63), расположенных в теплообменном соединении друг с другом; или

- вторичная тепловая сеть (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) содержит две или более вторичных тепловых подсетей (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63), причем теплообменник (95) подсети расположен между двумя или более вторичными тепловыми подсетями (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63) для обеспечения теплообмена между двумя или более вторичными тепловыми подсетями (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63); или

- вторичная тепловая сеть (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) содержит две или более вторичных тепловых подсетей (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63), причем теплообменник подсети или тепловой насос (95) подсети расположен между двумя или более вторичными тепловыми подсетями (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63) для обеспечения теплообмена между двумя или более вторичными тепловыми подсетями (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63).

9. Устройство по любому из пп. 5-8, отличающееся тем, что

- два или более параллельных соединений (100) здания соединены друг с другом посредством подающей линии (3, 3’) и обратной линии (5, 5’) двух или более вторичных тепловых подсетей (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63) и расположены в соединении друг с другом с возможностью переноса тепла посредством подающей линии (3, 3’) и обратной линии (5, 5’); или

- вторичная тепловая сеть (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) содержит две или более вторичных тепловых подсетей (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63), причем один или более тепловых насосов (95) подсети расположены между двумя или более вторичными тепловыми подсетями (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63) для обеспечения теплообмена между двумя или более вторичными тепловыми подсетями (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63);

- по меньшей мере две из двух или более вторичных тепловых подсетей (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63) содержат одно или более соединений (100) здания; и

- соединения (100) здания соединены друг с другом посредством двух или более вторичных тепловых подсетей (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63) и одного или более тепловых насосов (95) подсети и расположены в соединении друг с другом с возможностью переноса тепла посредством двух или более вторичных тепловых подсетей (3, 5, 60; 3’, 5’, 61, 62, 63) и одного или более тепловых насосов (95) подсети.

10. Устройство по любому из пп. 5-9, отличающееся тем, что устройство содержит систему нагрева и охлаждения по любому из пп. 1-4.

11. Способ нагрева и охлаждения нескольких помещений (80, 81, 82, 83) здания или зданий (50), включающий:

- циркуляцию вторичной рабочей текучей среды во вторичной тепловой сети (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63);

- выполнение двух или более первых этапов теплообмена параллельно во вторичной тепловой сети (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63) между вторичной рабочей текучей средой и первичной рабочей текучей средой помещения (80, 81, 82, 83) здания или здания (50), расположенного в соединении с двумя или более другими помещениями (80, 81, 82, 83) здания или зданиями (50); и

- выполнение второго этапа теплообмена между вторичной рабочей текучей средой, циркулирующей во вторичной тепловой сети (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63), и землей с геотермальным теплообменником (55), расположенным в отверстии (2) в земле и расположенным в соединении со вторичной тепловой сетью (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63), отличающийся тем, что включает:

- выполнение второго этапа теплообмена между вторичной рабочей текучей средой, циркулирующей во вторичной тепловой сети (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63), и землей с геотермальным теплообменником (55) в отверстии (2) в земле, причем отверстие (2) в земле имеет глубину по меньшей мере 300 м, причем геотермальный теплообменник (55) содержит геотермальную сеть (3, 3’, 5, 5’), имеющую восходящую трубу (10, 11) и сливную трубу (20, 21), причем восходящая труба (10, 11) геотермального теплообменника (55) оснащена первой теплоизоляцией (25), окружающей восходящую трубу (10, 11) и проходящей вдоль по меньшей мере части длины восходящей трубы (10, 11) от поверхности (1) земли,

- управление геотермальным теплообменником (55) в режиме извлечения тепла, в котором второй этап теплообмена включает перенос энергии для нагрева из земли ко вторичной рабочей текучей среде или к геотермальной рабочей текучей среде в геотермальном теплообменнике (55) и циркуляцию вторичной рабочей текучей среды или геотермальной рабочей текучей среды вниз по сливной трубе (20, 21) и вверх по восходящей трубе (10, 11), или

- управление геотермальным теплообменником (55) в режиме подачи тепла, в котором второй этап теплообмена включает перенос энергии для нагрева от вторичной рабочей текучей среды или от геотермальной рабочей текучей среды в землю в геотермальном теплообменнике (55) и вторичной рабочей текучей среды или геотермальной рабочей текучей среды вниз по восходящей трубе (10, 11) и вверх по сливной трубе (20, 21).

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что включает:

- выполнение по меньшей мере одного из двух или более параллельных первых этапов теплообмена в режиме нагрева, в котором энергия для нагрева переносится от вторичной рабочей текучей среды к первичной рабочей текучей среде помещения (80, 81, 82, 83) здания или здания (50); или

- выполнение по меньшей мере одного из двух или более параллельных первых этапов теплообмена в режиме охлаждения, в котором энергия для нагрева переносится от первичной рабочей текучей среды помещения (80, 81, 82, 83) здания или здания (50) ко вторичной рабочей текучей среде; или

- выполнение по меньшей мере одного из двух или более параллельных первых этапов теплообмена в режиме нагрева, в котором энергия для нагрева переносится от вторичной рабочей текучей среды к первичной рабочей текучей среде помещения (80, 81, 82, 83) здания или здания (50), и выполнение по меньшей мере одного из двух или более первых этапов первичного теплообмена в режиме охлаждения, в котором энергия для нагрева переносится от первичной рабочей текучей среды помещения (80, 81, 82, 83) здания или здания (50) ко вторичной рабочей текучей среде.

13. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что включает:

- выполнение двух или более параллельных первых этапов теплообмена с двумя или более параллельными первичными теплообменниками (30, 31, 32, 33), расположенными в соединении с двумя или более различными помещениями (80, 81, 82, 83) здания или зданиями (50);

- управление по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников (30, 31, 32, 33) в режиме нагрева, в котором энергия для нагрева переносится от вторичной рабочей текучей среды к первичной рабочей текучей среде помещения (80, 81, 82, 83) здания или здания (50), и управление по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников (30, 31, 32, 33) в режиме охлаждения, в котором энергия для нагрева переносится от первичной рабочей текучей среды помещения (80, 81, 82, 83) здания или здания (50) ко вторичной рабочей текучей среде; и

- выполнение районного теплообмена между указанным по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников (30, 31, 32, 33), работающих в режиме нагрева, и указанным по меньшей мере одним из двух или более первичных теплообменников (30, 31, 32, 33), работающих в режиме охлаждения посредством вторичной тепловой сети (3, 3’, 5, 5’, 60, 61, 62, 63).