Теплонасосная установка воздушного отопления, охлаждения и горячего водоснабжения с рекуперацией и аккумуляцией теплоты Советский патент 1990 года по МПК F25B13/00 F25D3/00 

геномной работе установки. Для этого теплонасосная установка содержит грунтовой коллектор 1 и (или) теплообмен- Ник жидкость-воздух 5 с теплоносите- леи в виде жидкости с низкой температурой замерзания, который с помощью циркуляционных насосов 2 и 6 подается |в бак-теплоаккумулятор 12, к которому Подсоединены шесть циркуляционных KOHтуров теплоносителя, три из которых цередают теплоту, воспринятую кол- ,лектором и темплообменником жидкость- (воздух и аккумулированную в бане-теп- 1 оаккумуляторе 12, к как минимум двум Холодильным контурам 17 и 18 теплонасосных блоков воздушного отопления и охлаждения помещения и одному холодильному циклу 35, а два других контура подводят к баку-теплоаккумулято- ру 12 рекуперированную теплообменником воздух-жидкость 13 теплоту воздуха, удаляемого из помещения по гигиеническим требованиям, и теплоту топлива, сжигаемого в топке 9 для целей отопления и горячего водоснабжения при авариях холодильных контуров 17 и 18 теплоиасосных блоков, или в грунтовом коллекторе 1, или в теплообменнике жидкость-воздух 5. 1 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно к парокомпрессионным установкам комбинированного получения холода и тепла. Цель изобретения - уменьшение энергопотребления и повышение надежности при автономной работе установки. Для этого теплонасосная установка содержит грунтовой коллектор 1 и (или) теплообменник жидкость - воздух 5 с теплоносителем в виде жидкости с низкой температурой замерзания, который с помощью циркуляционных насосов 2 и 6 подается в бак-теплоаккумулятор 12, к которому подсоединены шесть циркуляционных контуров теплоносителя, три из которых передают теплоту, воспринятую коллектором и теплообменником жидкость-воздух и аккумулированную в баке-теплоаккумуляторе 12, к как минимум двум холодильным контурам 17 и 18 теплонасосных блоков воздушного отопления и охлаждения помещения и одному холодильному циклу 35, а два других контура подводят к баку-теплоаккумулятору 12 рекуперированную теплообменником воздух-жидкость 13 теплоту воздуха, удаляемого из помещения по гигиеническим требованиям, и теплоту топлива, сжигаемого в топке 9 для целей отопления и горячего водоснабжения при авариях холодильных контуров 17 и 18 теплонасосных блоков, или в грунтовом коллекторе 1, или в теплообменнике жидкость-воздух 5. 1 ил.

Изобретение относится к холодиль- Ной технике, а именно к установкам рхлаждения (кондиционирования) возду- fca помещения и к комбинированным теп- донасосным установкам комплексного Получения тепла и холода.

Целью изобретения является умень- Ьение энергопотребления и повышения надежности при автономной работе установки.

На чертеже изображена принципиаль- (ная схема теплонасосной установки.

С помощью установки осуществляют .воздушное охлаждение, отопление, го- рячее водоснабжение помещений с трансформацией для этих целей теплоты грунта, солнечного излучения, теплоты воздуха, удаляемого из помещения. по гигиеническим требованиям вытяжной .вентиляцией,и использование для целей отопления и Горячего водоснабжения теплоты топлива, сжигаемого в топке при отсутствии электроснаб- жения теплонасосной установки или. аварий в коллекторах, в тепло- насосных блоках отопления и водонатрева.

Теплонасосная установка содержит грунтовой коллектор 1 с циркуляционным насосом 2 теплоносителя и запорными вентилями 3 и 4, теплообменник жидкость - воздух 5 с циркуляционным насосом 6 и запорными вентилями 7 и топку 9 с теплообменником нагрева жи ости за счет теплоты сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива с запорными вентилями 10 и 11,

бак-теплоаккумулятор 12, теплообменник воздух - жидкость 13 с вентилятором, утилизирующий теплоту воздуха, удаляемого из помещения по гигиеническим требованиям вытяжной вентиля1- цией с дополнительным циркуляционным насосом 14 и запорными вентилями 15 и 16, холодильные контуры теплонасос ных блоков 17 и 18 воздушного отопления и охлаждения помещения, включаемые в сеть теплоносителя соответственно запорными вентилями 19,20 и 21, 22, каждый .из которых содержит теплообменник хладагент - жидкость 23, с циркуляционным насосом 24 теплоносителя, дросселирующее устройство 25 теплообменник хладагент - воздух 26 с вентилятором, четырехходовый вентиль 27 и компрессор 28, батареи 29 и 30 отопления помещения, включаемые в сеть теплоносителя соответственно запорными вентилями 31,32 и 33,34, холодильный цикл 35, включаемый в сет теплоносителя запорными вентилями 36 и 37 - в режиме отопления и (или) водонагрева с использованием топки, запорными вентилями 38 и 39 в тепло- насосном режиме, состоящий из теплообменника жидкость - хладагент 40 с циркуляционным насосом 41 теплоносителя дросселя 42, теплообменника хладагент - вода 43 и жидкость - вода 44, помещенных в теплоизолированный бак- водонагреватель 45, компрессора 46, трубопровода подвода холодной воды 47 и отвода горячей воды 48, блок 49 автоматического управления. 1

Теилонасосиая установка работает следующим образом.

В режиме воздушного отопления,когда блок 49 автоматического управления обеспечивает переключение четырехходо- вых вентилей 27 теплонасосных блоков отопления и охлаждения в положение, показанное на схеме сплошными линиями, теплоноситель грунтового коллекто-jQ ли 19-22 подается в теплообменники ра 1 из бака-теплоаккумулятора 12, хладагент - жидкость 23, где рсалияу- циркуляционными насосами 24 через от- ется его нагрев за счет конденсации крытые запорные вентили 19-22 пода- сжатых компрессорами 28 паров кладется в теплообменники хладагент - жид- агента, воспринимающих при низкотем- кость 23, где реализуется кипение $ пературном кипении в теплообменниках хладагента при низкой температуре,воспринимающего при этом теплоту теплоносителя. Далее пары хладагента сжимаются в компрессорах 28 с повышением20

температуры и подаются в теплообменник хладагент - воздух 26, где, конденсируясь, осуществляют нагрев воздуха помещения.

Теплота воздуха, удадяемого из помещения по гигиеническим требованиям, воспринимается охлажденными теплоносителем грунтового коллектора, подаваемым в рекуперативный теплообменник воздух - жидкость 13, установленный в воздухопроводе вытяжной вентиляции циркуляционными насосом 14 с донной части бака-теплоаккумулятора 12. Нагретый в теплообменнике воздух - жидкость 13 теплоносителя подается в верхнюю часть бака теплоаккумуля- тора 12. При охлаждении теплоносителя в баке-тегатоаккумуляторе 12 в процессе отопления помещения и водо- нагрева до температуры, контролируемой блоком 49 автоматического управления , включается циркуляционный насос 2 или 6, подавая в бак-тепло- аккумулятор 12 теплоноситель, воспринявший теплоту грунта или солнечного излучения, в зависимости от того, какая температура больше грунта или теплоносителя солнечного коллектора. При этом температура теплоносителя в баке-теплоаккумуляторе 12 повышается до величины, контролируемой блоком -49 автоматического управления, и по достижении которой циркуляционные насосы 2 или 6 автоматически отключаются . В процессе отопления и во- донагрева такие колебания температуры ,., потребление. теплоносителя в баке-теплоаккумуля- торе 12 периодически повторяются.

В режиме воздушного охлаждения,когда блок 49 автоматического управления

хладагент - воздух 26 теплоту воздуха помещения, охлаждая его. При нагреве теплоносителя в баке-теплоаккумуляторе 12 в процессе охлаждения помещения до температуры, контролируемой блоком 41 автоматического управления, включается циркуляционный насос 2 или 6, подавая в теплоаккумулятор теплоноситель, воспринявший теплоту грун 25 та или солнечного излучения, в зависимости от того, какая температура меньше, грунта или теплоносителя солнечного коллектора. При этом температура теплоносителя в баке-теплоаккуму- 30 ляторе 12 понижается до величины,контролируемой блоком 49 автоматического управления, и по достижении которой циркуляционные .насосы 2 или 6 автоматически отключаются. В процессе охлаждения (кондиционирования) помещения такие колебания температуры теплоносителя в тештоаккумуляторе периодически повторяются.

В режиме воздушного отопления в одном из помещений и охлаждения в другом помещении работа теплонасосных блоков происходит как описано, но более экономично и при меньших колебаниях температуры теплоносителя в тепло- 45 аккумуляторе, так как при этом тепло- насосный блок, работающий в режиме воздушного отопления, охлаждает теплоноситель в теплоаккумуляторе, а тепло- насосный блок, работающий в режиме .50 охлаждения помещения, нагревает теплоноситель в теплоаккумуляторе, повышая, его температуру, коэффициент преобразования теплонасосной установки, и следовательно, снижает его энерго-

35

40

Б рс; ямс чрдонагрева холодильный цикл 5 тр. нгформирует теплоту тепло- носнп -тн 1 читоаккумулятора 12 путем

обеечсминает переключение четырехходовых вентилей 27 теплонасосных блоков 17 и 18 отопления и кондиционирования в положение, показанное па схеме штриховыми линиями, теплоноситель

грунтового коллектора 1 из бака-тешю- аккумулятора 12 циркуляционными насосами 24 через открытые запорные вентиjQ ли 19-22 подается в теплообменники хладагент - жидкость 23, где рсалияу- ется его нагрев за счет конденсации сжатых компрессорами 28 паров кладагента, воспринимающих при низкотем- $ пературном кипении в теплообменниках 20

, потребление.

хладагент - воздух 26 теплоту воздуха помещения, охлаждая его. При нагреве теплоносителя в баке-теплоаккумуляторе 12 в процессе охлаждения помещения до температуры, контролируемой блоком 41 автоматического управления, включается циркуляционный насос 2 или 6, подавая в теплоаккумулятор теплоноситель, воспринявший теплоту грун 25 та или солнечного излучения, в зависимости от того, какая температура меньше, грунта или теплоносителя солнечного коллектора. При этом температура теплоносителя в баке-теплоаккуму- 30 ляторе 12 понижается до величины,контролируемой блоком 49 автоматического управления, и по достижении которой циркуляционные .насосы 2 или 6 автоматически отключаются. В процессе охлаждения (кондиционирования) помещения такие колебания температуры теплоносителя в тештоаккумуляторе периодически повторяются.

В режиме воздушного отопления в одном из помещений и охлаждения в другом помещении работа теплонасосных блоков происходит как описано, но более экономично и при меньших колебаниях температуры теплоносителя в тепло- 5 аккумуляторе, так как при этом тепло- насосный блок, работающий в режиме воздушного отопления, охлаждает теплоноситель в теплоаккумуляторе, а тепло- насосный блок, работающий в режиме 0 охлаждения помещения, нагревает теплоноситель в теплоаккумуляторе, повышая, его температуру, коэффициент преобразования теплонасосной установки, и следовательно, снижает его энерго-

35

0

потребление.

Б рс; ямс чрдонагрева холодильный цикл 5 тр. нгформирует теплоту тепло- носнп -тн 1 читоаккумулятора 12 путем

715/48624

ее поглощения в теплообменнике жидкость - хладагент АО, включенном последовательно с циркуляционным насосом 41, подающим в него теплоноситель из бака-теплоаккумулятора 12 через открытые запорные вентили 38 и 39. Поглощение теплоты теплоносителя в теплообменнике жидкость - хладагент 40

15

осуществляется при низкотемпературном JQ ваниям вытяжной вентиляцией, за счет .кипении хладагента, пары которого затем сжимаются компрессором 46 с повышением температуры и подаются в теплообменник хладагент - вода 43, конденсируясь в нем и отдавая теплоту нагреваемой воде в теплоизолированном баке-водонагревателе 45. Нагретая вода из бака-водонагревателя 45 по трубопроводу горячей воды 48 подается к точке водозабора. Холодная вода подается в донную часть бака-водонагревателя 45 трубопроводом холодной воды 47. Стабилизация температур нагреваемой в баке-водонагревателе 45 воды и обеспечение требуемого температурного режима в помещениях осуществляется путем периодического включения- выключения в электросеть компрессо ров 28 и 46 циркуляционных насосов 24 и 41 вентиляторов теплообменников 26 холодильных контуров 17 и 18 и холодильного цикла 35.

20

25

30

одновременного использования, если это диктуется потребителем, различных режимов теплонасосных блоков воздушного отопления и охлаждения, когда один из них охлаждает теплоноситель в теплоаккумуляторе, а другой нагревает, препятствуя понижению его

температурного потенциала, за. счет выбора блоком автоматического управления грунтового или солнечного коллектора с наибольшей температурой теп лоносителя, что в целом обеспечивает понижение разности температур помещения и теплоносителя, нагретой воды в водонагревателе и теплоносителя, пропорционально которой уменьшается величина мощности, потребляемой тепло насосной установкой из электросети.

Использование теплонасосной установки позволяет повысить надежность отопления, охлаждения и водонагрева за счет параллельной работы, как минимум двух теплонасосных блоков воз- душного отопления и охлаждениями одного блока водонагрева, установленны в разных помещениях, а также повысить надежность отопления и водонагрева при авариях в контурах грунтового, солнечного коллекторов, авариях теплонасосных блоков воздушного отопления и охлаждения, вадонагрева, а также при отсутствии электроснабжения теплонасосной установки за счет реализации режима отопления и водонагрева с использованием тепловой энергии твердого, жидкого или газообразного топлива, сжигаемого в топке.

В режимах отопления и(или) водона- грева за счет использования теплоты 35 твердого, зяидкого или газообразного топлива в топке 9, реализуемых при отсутствии электроснабжения тепло- насосной установки, авариях в контурах грунтового коллектора 1, тепло- 40 обмеНника жидкость - воздух авариях холодильных контуров 17 и 18, отопление помещения производится путем теплоотдачи в отопительных батареях 29 и 30, подключаемых к сети теплоноси- 45 теля запорными вентилями 31,32 и 33, 34% тепловой энерг ш теплоносителя нагреваемому воздуху помещения, водо- нагрев осуществляется путем теплопередачи нагреваемой воде теплообмен- ,- ником жидкость - вода 44 теплоты теплоносителя, подключаемого к сети теплоносителя запорными вентилями 36 и 37. В режимах отопления и (или) водоНагрева за счет использования тепло- лодильный контур теплонасосного блоты твердого, жидкого или газообразно-

го топлива, сжигаемого в топке 9, запорные вентили 3, 4, 7, 8, 10, 11, 15, 16, 19-22, 38 и 39 закрыты и цирка отопления и охлаждения из последовательно соединенных теплообменника хладагент - жидкость с подключенным к нему циркуляционным контуром геп8

куляциоиные насосы 2, 6, 14, 24 и 41 выключены.

Теплонасосная установка позволяет снизить потребление теплонасосной установкой электроэнергии за счет рекуперации теплоты воздуха с высоким температурным потенциалом, удаляемого и.з помещения по гигиеническим требо-5

5

ваниям вытяжной вентиляцией, за счет

0

5

0

5 0 5 -

одновременного использования, если это диктуется потребителем, различных режимов теплонасосных блоков воздушного отопления и охлаждения, когда один из них охлаждает теплоноситель в теплоаккумуляторе, а другой нагревает, препятствуя понижению его

температурного потенциала, за. счет выбора блоком автоматического управления грунтового или солнечного коллектора с наибольшей температурой теплоносителя, что в целом обеспечивает понижение разности температур помещения и теплоносителя, нагретой воды в водонагревателе и теплоносителя, пропорционально которой уменьшается величина мощности, потребляемой тепло- насосной установкой из электросети.

Использование теплонасосной установки позволяет повысить надежность отопления, охлаждения и водонагрева за счет параллельной работы, как минимум двух теплонасосных блоков воз- душного отопления и охлаждениями одного блока водонагрева, установленных в разных помещениях, а также повысить надежность отопления и водонагрева при авариях в контурах грунтового, солнечного коллекторов, авариях теплонасосных блоков воздушного отопления и охлаждения, вадонагрева, а также при отсутствии электроснабжения теплонасосной установки за счет реализации режима отопления и водонагрева с использованием тепловой энергии твердого, жидкого или газообразного топлива, сжигаемого в топке.

Формула изобретения

Теплонасосная установка воздушного отопления, охлаждения и горячего водоснабжения с рекуперацией и аккумуляцией теплоты, содержащая хо

ка отопления и охлаждения из последовательно соединенных теплообменника хладагент - жидкость с подключенным к нему циркуляционным контуром геплоносителя, содержащим грунтовый коллектор, циркуляционный насос, подводящий и отводящий теплоизолированные трубопроводы, дросселирующего устрой- , ства, теплообменника хладагент - воздух с вентилятором и четырехходового вентиля, компрессора, и блок автоматического управления, отличающаяся тем, что, с целью уменыпе- JQ ния энергопотребления и повышения надежности при автономной работе установки, она дополнительно снабжена теплоизолированными баком-теплоаккумуля- тором, баком-водонагревателем и шее- 15 тью дополнительными циркуляционными контурами, грунтовый коллектор подво- дящим и отводящим трубопроводами подключен соответственно к верхней и донной частям бака-теплоаккумулятора, 20 к которым, в свою очередь, подключены отводящие и подводящие теплоизолированные трубопроводы дополнительных циркуляционных контуров, первый из которых содержит теплообменник жидкость-25

воздух, второй и третий - циркуляционный насос с последовательно включенным теплообменником хладагент - жидкость, включенным патрубками по хладагенту соответственно в один и другой холодильные контуры теплонасосных блоков отопления, четвертый - две включенные параллельно запорными вентилями циркуляционные ветви, одна из которых содержит теплообменник жидкость - вода, размещенный в баке- водонагревателе, а вторая - циркуляционный насос с последовательно включенным теплообменником жидкость-хладагент, включенным патрубками хладагента в холодильный цикл после дросселя, пятый - последовательно включенные запорными вентилями дополнительный циркуляционный насос и теплообменник воздух - жидкость, установленный в воздуховоде вытяжной вентиляции, а шестой - размещенный в топке теплообменник нагрева жидкости.