Установка гелиогеотермального теплоснабжения Советский патент 1990 года по МПК F24J2/34 F24J2/42 

V« I I W

.j .7LJU

mi:v4 rV.-i.Ai Vv

Изобретение относится к гелиотех- нике, а именно к гелиосистемам теплоснабжения с применением дополнительного источника тепла.

Цель изобретения - повышение термического КПД за счет использования тепла бака-аккумулятора при низкой температуре воды в нем.

На чертеже показана установка ге- лиогеотермального теплоснабженая.

Установка содержит контур 1 солнечного коллектора 2 с промежуточным теплообменником 3, контур 4 геотермального теплообменника 5 с тепловым насосом 6 и основной и промежуточный баки-аккумуляторы 7 и 8, причем основной бак-аккумулятор 7 подключен на выходе 9 к контуру 10 потребителя, а на входе 11 - к конденсатору 12 теп лового насоса 6 и выходу 13 промежуточного бака-аккумулятора 8, связанного с промежуточным теплообменником 3 Выход 13 и вход 1 k промежуточного бака- аккумулятора 8 подключены к контуру 4 геотермального теплообменника 5 до и после испарителя 15 теплового насоса 6, а вход 14 промежуточного бака-аккумулятора 8 дополнительн подключен к выходу 16 основного бака- аккумулятора 7.

Установка содержит также приборы 17 и 18 соответственно отопления и горячего водоснабжения, системы подачи и возврата геотермального флюида, С включающие эксплуатационную и нагнетательную скважины 19 и 20, циркуляционные насосы 21-23 и управляемые задвижки 2б-34. Промежуточный бак-аккумулятор 8 соединен входом 35 и выходом 36 с теплообменником 3 а выход 37 основного бака-аккумулятора 7 подключен к обратному трубопроводу контура 10. В баке-аккумуляторе 7 установлен погружной теплообменник 38.

Для теплоснабжения пятикомнатного жилого дома может быть использована установка со следующими характеристиками. Суммарная площадь солнечных коллекторов 90 м2 . Емкость бака 8 равна 2 м3, а бака 7 - 5м3. В контуре 1 солнечного коллектора 2 теплоносителем служит 60%-ный раствор пропилен- гликоля а в остальных контурах - вода (геотермальный флюид) из подземного коллектора. Тепловой насос 6 работает на фреоне-12. Расход теплоносителя через испаритель 15 и конденсатор 12 по 0,42 л/с. Расчетный отопительный

10

15

20 25 о - зо

379784

температурный график . Температура на устье эксплуатационной скважины 19 равна 22°С - температура геотермального флюида.

Установка гелиогеотермального теплоснабжения функционирует в следующих режимах.

Режим чисто солнечного теплоснабжения. Этот режим осуществляется в тот период года, когда интенсивность солнечной энергии обеспечивает тепловую нагрузку. При тепловой нагрузки на отопление и горячее водоснабжение этот период приходится обычно на октябрь и апрель месяцы, хотя в отдельных случаях может наблюдаться и в другие месяцы отопительного сезона. В этот период нагрузка обычно сог- тавляет КВт.

Нагретый в солнечном коллекторе 2 теплоноситель солнечного контура 1 отдает теплоту в теплообменнике 3 и насосом 21 возвращается в солнечные коллекторы 2. Нагретая в теплообменнике вода подается в промежуточный бак-аккумулятор из него через выход 13 и задвижку 26 поступает в основной бак-аккумулятор 7, из которого через задвижку 33 насосом 25 подается п приборы 16 отопления. Охлажденная j них вода через задвижку 34 возвращается в основной бак-аккумулятор 7, откуда насосом 2k через задвижку 27 подается через вход 14 в промежуточный бак-аккумулягор 8, откуда через выход 3& вода насосом 22 подается на нагрев в теплообменник 3. Вода для горячего водоснабжения подается из скважины 19 через теплообменник 38 бака-аккумулятора 7 в приборы 17 горячего водоснабжения.

В этом режиме температура в баке- аккумуляторе 7 достигает 55°С. Регулирование отопительной нагрузки осуществляется с помощью задвижек 33 и 34. В этом режиме тепловой насос 6, нагнетательная скважина 20 и насос 23 не работают, и задвижки 28, 32 закрыты.

Режим теплонасосного теплоснабжения. Этот режим осуществляется в период, когда интенсивности солнечной энергии не хватает для нагрева теплоносителя в баке-аккумуляторе 8 до температуры геотермального флюида, т,е. до 22°С. Этот период обычно приходится на январь и февраль месяцы. В этот период тепловая нагрузка достигает расчетной. Вода из геотермального теп35

40

45

50

55

15

лообменника 5 через эксплуатационную скважину 19 подается через задвижку 32 е испаритель 15 теплового насоса 6, после которого с температурой 16 С через нагнетательную скважину 20 возвращается в геотермальный теплообменник 5. Нагретая в конденсаторе 12 теплового насоса 6 вода при температуре 55°С через задвижку 28 подается в бак-|0 аккумулятор 7. Из последнего вода с температурой 46°С насосом 2k через задвижку 29 подается в конденсатор 2 теплового насоса 5. В этом режиме насос 23 не работает, нэсосы 21 и 22 в зависимости от интенсивности солнечной энергии и температуры окружающей среды могут как работать, так и не работать, а задвижки 26, 27, 30 и 31 закрыты. Отопление и горячее во доснабжение осуществляется как и при чисто солнечном теплоснабжении. В«. этом режиме тепловая мощность конденсатора 12 составляет 15 КВт, приводная электрическая мощность компрессора (не показан) теплоь-аго насоса 6 составляет h ,1 КВт и соответственно, коэффициент преобразования теплового насоса 6 равен 3,2.

Режим солнечно-теплонасосного теплоснабжения. Этот режим осуществляется в период, когда интенсивности солнечной энергии достаточно для нагрева теплоносителя а баке-аккумуляторе 8

выходе и входе конденсатора 12-55 и 5°С соответственно, температура выходе из испарителя 15 - 22,5°С, т ловая мощность конденсатора 18 КВт, компрессора 4,9 КВт и коэффициент э фективности теплового насоса состав ляет 3,7.

Прм достижении температуры в бак аккумуляторе 8 больше 30 РС задвижка 32 открывается и к воде из бака-акк мулятора 8 подмешивается геотермаль ный флюид в такой пропорции, чтобы поддерживать температуру на входе в испаритель 15 30°С. При этом часть

э- 20

шение,

22,5 С через скважину

работанной смеси из испарителя 15 в количестве, равном количеству геоте мального флюида, подаваемого на сме возвращают с температурой

20 в геотерма ный теплообменник 5, а другую маст смеси чеоез задвижку 31 насосом 23 направляют в бак-аккумулятор 8. Так как мощность на конденсаторе 12 теп 25 левого насоса 6 больше расчетной, происходит зарядка бака-аккумулятора 7- Такое положение позволяет эксплуатировать тепловой насос 6 в часы пр валов суточного графика электрическо нагрузки, а в пиковые часы останавли вать его. При температуре теплоносителя 45°С на выходе из конденсатора 12 и температуре на входе в конденсатор 12 (снижение тепловой наг

30

до температуры, равной и выше темпера з5 Рузки) и неизменных указанных пара- туры геотермального флюида на устье метрах коэффициент преобрээсвания

15

С к-|0

выходе и входе конденсатора 12-55 и 5°С соответственно, температура на выходе из испарителя 15 - 22,5°С, тепловая мощность конденсатора 18 КВт, компрессора 4,9 КВт и коэффициент эффективности теплового насоса составляет 3,7.

Прм достижении температуры в баке- аккумуляторе 8 больше 30 РС задвижка 32 открывается и к воде из бака-аккумулятора 8 подмешивается геотермаль- ный флюид в такой пропорции, чтобы поддерживать температуру на входе в испаритель 15 30°С. При этом часть от20

шение,

22,5 С через скважину

работанной смеси из испарителя 15 в количестве, равном количеству геотермального флюида, подаваемого на сме- возвращают с температурой

20 в геотермальный теплообменник 5, а другую масть смеси чеоез задвижку 31 насосом 23 направляют в бак-аккумулятор 8. Так как мощность на конденсаторе 12 теп- 25 левого насоса 6 больше расчетной, происходит зарядка бака-аккумулятора 7- Такое положение позволяет эксплуатировать тепловой насос 6 в часы провалов суточного графика электрической нагрузки, а в пиковые часы останавливать его. При температуре теплоносителя 45°С на выходе из конденсатора 12 и температуре на входе в конденсатор 12 (снижение тепловой наг30

Изобретение позволяет повысить термический КПД за счет более полного использования солнечной энергии, увеличения энергетической эффективности теплового насоса, поддержания температурного режима в контуре геотермического теплообменника. Установка содержит контуры 1 и 4 солнечного коллектора 2 и геотермального теплообменника 5, основной и промежуточный баки - аккумуляторы (БА) 7 и 8, тепловой насос (ТН) 6. Когда в связи с уменьшением прихода солнечной радиации температура воды в промежуточном БА 8 снижается до уровня, при котором включается ТН 6, но превышает температуру геотермального флюида (ГФ) в контуре 4, в испаритель 15 ТН 6 подают смесь ГФ контура 4 и воды из БА 8. В нагнетательную скважину 20 контура 4 и в БА 8 после испарителя 15 ТН 6 также возвращается смесь ГФ и воды из БА 8. Это позволяет использовать тепловой потенциал теплоносителей при снижении их температуры. 1 ил.

скважины 19, но недостаточной для пок «рытия тепловой загрузки. Этот период может приходиться на любой месяц отопительного сезона и является самым продолжительным по времени.Тепловая J нагрузка в этот период колеблется от 3 до 13 КВт. Нагретая вода в баке-аккумуляторе 8 с температурой от 22 до 30 С через задвижку 30 подается в испаритель 15 теплового насоса 6, после которого через задвижку 31 насосом 23 возвращается в бак-аккумулятор 8. Согласно техническим условиям в испаритель 15 теплового насоса 6

теплоноситель с температурой

подавать

выше 30°С нельзя. Контур 1 солнечного коллектора, система отопления и, горячего водоснабжения с приборами 17 и 18 функционируют по аналогии с режимом чисто солнечного теплоснабжения. Задвижки 26, 27 и 32 закрыты. При тем перзтуре воды, подаваемой на испаритель 15, 30°С температура воды на

теплового насоса 41.

12 повышается до

В период отсутствия отопительной нагрузки установка для гелиогеотер- мального теплоснабжения в зависимости от интенсивности солнечной энергии , функционирует аналогично описан- ным режимам при неработающем насосе 25 и закрытых задвижках 33 и 34

Экспериментальные исследования режимов функционирования теплового насоса и анализ графиков тепловых nat- рузок показывают, что установка гели- огеотермального теплоснабжения позволяет за счет повышения коэффициента - эффективности теплового насоса эконо- мить электроэнергию, расходуемую на привод теплового насоса. При этом поддерживается температурный режим (увеличение срока службы) контура k геотермального теплообменника 5.

115379788

Формула изобретениялевого насоса и выходу промежуточного

бака-аккумулятора, связанного с проУстановк.а гелиогеотермального теп-межуточным теплообменником, о т л илоснабжения, содержащая контур солнеч-5чающаяся тем, что, с целью поного коллектора с промежуточным теп-вышения термического КПД, выход и

лообменником, контур геотермальноговход промежуточного бака-аккумулятора

теплообменника с тепловым насосом иподключены к контуру геотермального .

основной и промежуточный баки-аккуму-теплообменника до и после испарителя

ляторы, причем основной бак-аккумуля- ютеплового насоса, а вход промежуточтор подключен на выходе к потребите-ного бака-аккумулятора дополнительно

лю, а на входе - к конденсатору теп-подключен к выходу основного.