Установка гелиогеотермального теплоснабжения

 

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.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)g F 24 J 2/34 2/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

CJl

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHQM

ПРИ AEHT СССР (21) 4409892/24-06 (22) 15.04.88 (46) 23.01.90. Бюл. N 3 (71) Институт высоких температур

АН СССР (72) И.П. Ригер, А.Г. Мозговой,.

С.И. Вайнштейн, О.С. Попель, Ю.И.Глазунов, В.Н. Холопов, Е.Б. Мирзухин и М.Р. Сатановский (63) 662.997(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1137289, кл. F 24 J 2/42, 1983. (54) УСТАНОВКА ГЕЛИОГЕОТЕРМАЛЬНОГО

ТЕПЛОСНАЬХЕНИЯ (57) Изобретение позволяет повысить термический КПД за счет более полного использования солнечной энергии, увеличения энергетической эффективности теплового насоса, поддержания температурного режима в контуре гео„„SU„„5 79 8 А1

2 метрического теплообменника. Установка содержит контуры 1 и 4 солнечного коллектора 2 и геотермального тепЛообменника 5, основной и промежуточный баки-аккумуляторы (БА) 7 и 8, тепло . вой насос (ТН) 6. Когда в связи с уменьшением прихода солнечной радиации температура воды в промежуточном

БА 8 снижается до уровня, при котором включается TH 6, но превышает температуру геотермального флюида (ГФ) в контуре 4, в испаритель 15 ТН

6 подают смесь ГФ контура 4 и воды из

ЬА 8. В нагнетательную скважину 20 контура 4 и в 6А 8 после испарителя

15 ТН 6 также возвращается смесь Гф и воды из ЬА 8. Это позволяет использовать тепловой потенциал теплоносителей при снижении их температуры.

1 ил.

1537978

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к гелиосистемам теплоснабжения с применением дополнитель.ного источника тепла.

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

На чертеже показана установка гелиогеотермального теплоснабженая.

Установка содержит контур 1 солнечного коллектора 2 с промежуточным теплообменником 3, контур 4 геотермального теплооЬменника 5 с тепловым насосом 6 и основной и промежуточный баки-аккумуляторы 7 и 8, причем ос- новной бак-аккумулятор 7 подключен на выходе 9 к контуру 10 потребителя, а на входе 11 — к конденсатору 12 теп-20 лового насоса 6 и выходу 13 промежуточного бака-аккумулятора 8, связанного с промежуточным теплообменником 3.

Выход 13 и вход 14 промежуточного бакааккумулятора 8 подключены к 25 контуру 4 геотермального теплообменника 5 до и после испарителя 15 теплового насоса 6, а вход 14 промежуточного бака-аккумулятора 8 дополнительно подключен к выходу 16 основного бака- ЗО аккумулятора 7.

Установка содержит также приборы

17 и 18 соответственно отопления и горячего водоснаЬжения, системы подачи и возврата геотермального флюида, включающие эксплуатационную и нагнетательную скважины 19 и 20, циркуляционные насосы 21 25 и управляемые задвижки 26-34, Промежуточный бак-аккумулятор 8 соединен входом 35 и выходом 36 с теплообменником 3, а выход

37 основного Ьака-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 м . Емкость бака 8 равна

2 мз, а бака 7 - 5 мз. В контуре 1 солнечного коллектора 2 теплоносителем служит 60 -ный раствор пропиленгликоля а в остальных контурах — вода (геотермальный флюид) из подземного коллектора. Тепловой насос 6 работает

55 на фреоне-12. Расход теплоносителя через испаритель 15 и конденсатор 12 по 0,42 л/с. Расчетный отопительный температурный график 55-45 С. 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 налич и тепловой нагрузки на отопление и горячее водоснабжение этот период приходится обычно на октяЬрь и апрель месяцы, хотя в отдельных случаях может наблюдаться и в другие месяцы отопительного сезона.В этот период нагрузка обычно со тавляет 3-5 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

Ьак-аккумулятор 7, из которого через задвижку 33 насосом 25 подается я приборы 16 отопления. Охлажденная них вода через задвижку 34 возвращается в основной Ьак-аккумулятор 7, откуда насосом 24 через задвижку 27 подается через вход 14 в промежуточный Ьак-аккумулятор 8, откуда через выход 36 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 бакеаккумуляторе 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 тепЭкспериментальные исследования режиMQD функционирования теплового насоса и анализ графиков тепловых нагрузок показывают, что установка гели- огеотермального теплоснабжения позволяет за счет повышения коэффициента эффективности теплового насоса экономить электроэнергию, расходуемую на привод теплового насоса. При этом поддерживается температурный режим

{увеличение срока службы) контура 4 геотермального теплообменника

5 153 79 лооЬменника 5 через эксплуатационную скважину 19 подается через задвижку

32 в испаритель 15 теплового насоса о

Ь, 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 10 аккумулятор 7. Из погпеднего вода с температурой 46 С насосом 24 через задвижку 29 подается в конденсатор

12 теплового насоса 5. В этом режиме насос 23 не раЬотает, насосы 21 и 22 15 в зависимости от интенсивности солнечной энергии и температуры окружающей среды могут как работать, так и не работать, а задвижки. 26, 27, 30 и 3 1 закрыты. Отопление и горячее во- 20 доснабжение осуцествля тся как и при чисто солнечном теплоснабжении. В. этом режиме тепловая мощность конденсатора 12 составляет 15 КВт, приводная электрическая мощность компрес- 25 сора {не показан) тепловаго насоса 6 составляет 4,7 КВт и соответственно . коэффициент преоЬраэования теплового насоса 6 равен 3,2.

Режим солнечно-теплонасосного теп- 30 лоснабжения. Этот режим осуществляется в период, когда интенсивности солнечной энергии достаточно для нагрева теплоносителя в баке-аккумуляторе 8 до температуры, равной и выше темпера-35 туры геотермального флюида на устье 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 нагрузка в этот период колеблется от

3 до 13 КВт. Нагретая вода в баке-аккумуляторе 8 с температурой от 22 о до 30 С через задвижку 30 подается 45 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 подавать теплоноситель с температурой 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 температуре воды, годаваемой на испаритель 15, 30 0 температура воды на

78

6 выходе и входе конденсатора 12 - 55 и 45 C соответственно, температура на выходе иэ испарителя 15 - 22,5 С, тепловая мощность конденсатора 18 КВт, компрессора 4,9 КВт и коэффициент эффективности теплового насоса составляет 3...

При достижении температуры в бакеаккумуляторе 8 больше 30 С задвижка

32 открывается и к воде из бака-акку" мулятора 8 и подмешивается геотермал ный флюид в такой пропорции, чтобы поддерживать температуру на входе в о испаритель 15 30 С. При этом часть отработанной смеси из испарителя 15 в количестве, равном количеству геотермального флюида, подаваемого на смешение, возвращают с температурой

-о .

22,5 С через скважину 20 в геотермальный теплооЬменник 5, а другую часть смеси через задвижку 3 1 насосом 23 направляют в бак-аккумулятор 8. Так как мощность на конденсаторе 12 теплового насоса 6 больше расчетной, происходит зарядка Ьака-аккумулятора

7. Такое положение позволяет эксплуатировать тепловой насос 6 в часы провалов суточного графика электрической нагрузки, а в пиковые часы останавливать его. При температуре теплоноси.о теля 45 С на выходе из конденсатора

12 и температуре на входе в конденсатор 12 35оС {снижение тепловой нагрузки) и неизменных указанных параметрах коэффициент преобразования теплового насоса 12 повышается до

4,1.

В период отсутствия отопительной нагрузки установка для гелиогеотермального теплоснабжения в зависимости от интенсивности солнечной энергии, функционирует аналогично описанным режимам при неработающем насосе

25 и закрытых задвижках 33 и 34, 1537978

Формула изобретения

Составитель К. Заграничная

Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

Редактор Н. Яцола

Заказ 160 Тираж 579 Подписное

ЬНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский коиби . т Патент", г.Ужгород, ул.Гагарина, 101

Установка гелиогеотермального теплоснабжения, содержащая контур солнеч- > ного коллектора с промежуточным теплообменником, контур геотермального теплообменника с тепловым насосом и основной и промежуточный баки-аккумуляторы, причем основной бак-аккумуля" 10 тор подключен на выходе к потребителю, а на входе — к конденсатору теплового насоса и выходу промежуточного бака-аккумулятора, связанного с промежуточным теплообменником, о т Jl ич а ю щ а я с я тем, uro, с целью повышения термического КПД, выход и вход промежуточного бака-аккумулятора подключены к контуру геотермального . теплообменника до и после испарителя теплового насоса, а вход промежуточного бака-аккумулятора дополнительно подключен к выходу oc: îpíîãî.