Установка автономного тепло-и холодоснабжения зданий и сооружений

Изобретение «Установка автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений» относится к области энергетики и предназначено для автономного теплоснабжения и холодоснабжения объектов индивидуального жилья. Техническим результатом изобретения является разработка системы автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений, обеспечивающей движение теплоносителя по трубам теплообменника без помощи механических насосов и обеспечение полной герметичности системы. Он достигается за счет того, что в теплоноситель керосин, трансформаторное масло, отработка масла введены наночастицы карбонильного железа размером от 3,0 до 15,0 нанометров с концентрацией от 10,0 до 15,0% от объема теплоносителя, покрытые поверхностно-активным веществом олеиновой кислотой, а скважинный теплообменник снабжен трехфазными линейными электромагнитами, которые закреплены по всей длине скважинного теплообменника, обеспечивающие поступательное движение теплоносителя в скважине.

Перенос магнитоактивного теплоносителя бегущим магнитным полем трехфазных магнитов значительно эффективней и позволяет существенно снизить энергетические затраты по сравнению с прокачкой через скважину теплоносителя насосами высокого давления. Это также позволяет снизить толщину труб для прокачки и снизить материалоемкость и энергозатратность всего процесса в целом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для автономного теплоснабжения и холодоснабжения объектов индивидуального жилья.

Известна установка для комбинированного солнечно-теплонасосного теплоснабжения (Агеев Г.Н., Лантух Н.Н., Щербатый B.C., «Комбинированная солнечно-теплонасосная установка, как вариант технического решения теплоснабжения». - СОК, 2005 №12). Установка содержит систему сборки и утилизации тепла грунта, включающую контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя, проходящий через проложенную в грунте систему пластиковых труб большой площади, контур холодоснабжения и испаритель теплового насоса, систему отопления и горячего водоснабжения (ГВС), включающую конденсатор теплового насоса, буферную емкость горячего теплоносителя, емкостной водонагреватель с двумя теплообменниками, контуры отопления и горячего теплоснабжения, котел на жидком топливе, систему сбора тепла солнечной энергии, включающую контур циркуляции теплоносителя между тепловым насосом и буферной емкостью и к теплообменнику емкостного водонагревателя. Тепловая энергия в емкостной водонагреватель ГВС поступает от солнечного коллектора, преобразующего солнечную энергию в тепловую.

В летние месяцы охлаждение здания производится путем режима охлаждения помещений, отбирая низко-потенциальное тепло земли от грунтового аккумулятора (8-12°С). При отборе тепла грунта в летние месяцы происходит еще большее охлаждение скважин, а следовательно, препятствует естественному восстановлению температуры грунта в межотопительные периоды, и дефицит температуры грунта относительно начальной его величины накапливается еще больше с каждым отопительным сезоном.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности повышения температуры подаваемого в тепловой насос низкопотенциального теплоносителя в отопительный период и восстановление температурного режима скважин в межотопительный период. Кроме того, при недостаточной интенсивности солнечной радиации солнечный коллектор не используется, т.к. не может обеспечить необходимую температуру воды для ГВС, что снижает общую эффективность системы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототип) является устройство для энергообеспечения помещений с использованием низкопотенциальных энергоносителей (см. патент РФ №2292000, авт. Калинин М.И., Кудрявцев Е.П., опубл. 20.04.2005 г.).

Устройство содержит подключенные к сети теплоснабжения помещения с трубопроводами подачи холодной и горячей воды, через водоаккумуляторы с пиковыми догревателями и конденсаторы основного и дополнительного тепловых насосов, систему сбора и утилизации тепла грунта, включающую основной контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя, проходящий через водовоздушный теплообменник, присоединенный воздушной стороной к калориферу и вентилятору подачи удаляемого воздуха и водяной стороной к испарителю дополнительного теплового насоса через перемычки, и связанную через другие перемычки с выходами теплообменников в скважинах, с возможностью передачи тепла, собираемого на воздушной стороне теплообменника, или на догрев низкопотенциального теплоносителя в основном циркуляционном контуре перед подачей теплоносителя в испаритель основного теплового насоса, или на восстановление теплового режима охлажденных при сборе тепла грунта скважин, при этом водяная сторона водовоздушного теплообменника снабжена на выходе вилкой для разделения потока низкопотенциального теплоносителя на прямую и обратную в теплообменнике ветви, связанной с регулятором расходов теплоносителя в прямой и обратной ветви и установленной на выходе теплообменника, перед вилкой, датчиком температуры теплоносителя.

Существенным недостатком данного устройства является наличие механических насосов, обеспечивающих прокачку теплоносителя через теплообменники, а это требует большого расхода электроэнергии, расходуемой на преодоление сопротивления движению потока теплоносителя по трубам, потери на внутреннее трение жидкости, потери скорости потока возле стенок труб, а наличие в насосах деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, предполагает неизбежный выход их из строя через определенное время, и как следствие - нарушение работы системы, а также возможная разгерметизация теплообменников и загрязнение окружающей среды.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка системы автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений, обеспечивающей движение теплоносителя по трубам теплообменника без помощи механических насосов и обеспечение полной герметичности работы системы.

Технический результат изобретения достигается за счет того, что в теплоноситель, например керосин, трансформаторное масло, отработка, введены наночастицы карбонильного железа размерами от 3,0 до 15,0 нанометров, покрытые поверхностно-активным веществом в виде олеиновой кислоты, при этом концентрация наночастиц карбонильного железа составляет от 10 до 15% теплоносителя в виде керосина, трансформаторного масла, отработки масла, а скважинный теплообменник по всей длине снабжен трехфазными линейными электромагнитами, которые закреплены по всей длине теплообменника, обеспечивающими поступательное движение теплоносителя (трансформаторного масла, керосина или отработки масла) с наполнением наночастицами карбонильного железа размером от 3,0 до 15,0 нанометров и магнитные клапаны регулировки движения потоков теплоносителя, а перемещение теплоносителя по трубам теплообменника магнитным полем позволяет выполнить систему полностью герметичной.

Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой:

Фиг.1 - схематическое изображение установки автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений.

Система автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений содержит наружную трубу 1, скважинный теплообменник 2, снабженный трехфазными линейными электромагнитами 3, закрепленные по всей длине скважинного теплообменника, обеспечивающие поступательно движущееся магнитное поле 4. В теплоноситель 5 введены наночастицы 6 карбонильного железа размером от 3,0 до 15,0 нанометров, при концентрации наночастиц 6 карбонильного железа составляет от 10 до 15% теплоносителя 5 в виде керосина, трансформаторного масла, отработке масла, причем наночастицы 6 карбонильного железа покрыты поверхностно-активным веществом 7 в виде олеиновой кислоты, имеется радиатор 8, для нагрева или охлаждения воздуха 9, вентилятор 10 для продувки воздуха 9 через радиатор 8, трубопроводы 11, для подвода и отвода теплоносителя 5 к радиатору 8, а также кабели 12 для подвода электрического тока к трехфазным линейным электромагнитам 3, магнитные клапаны 13, блок 14 управления магнитными клапанами 13 и 15, через провода 16, которые управляют потоком 17 холодного теплоносителя 5. Имеются холодная зона 18 и горячая зона 20.

Работает система автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений следующим образом.

По кабелям 12 к трехфазным линейным электромагнитам 3 подается электрический ток и возникает бегущее электро-магнитное поле 4 вдоль скважинного теплообменника 2.

Наночастицы 6, карбонального железа размером от 3,0 до 15,0 нанометров, покрытые поверхностно-активным веществом 7 в виде олеиновой кислоты, равномерно распределяются по всему объему теплоносителя 5 в виде керосина, трансформаторного масла, отработке масла, за счет броуновского движения молекул, а олеиновая кислота предотвращает слипание наночастиц 5. В результате теплоноситель 5 становится магнетиком и увлекается движущимся магнитным полем трехфазных линейных электромагнитов 3 в холодную зону 16 скважины на глубине 15-30 метров, который по трубам 11 циркулирует в радиаторе 8, а вентилятор 10 создает поток холодного воздуха 9, охлаждающего помещение в жаркое время года. В это время магнитные клапаны 13 закрыты и запирают движение теплоносителя 5 в горячую зону 19 скважины. Магнитный клапан 20 запирает и открывает движение холодного потока 16, что позволяет в холодное время года создать поток теплого воздуха 21.

В теплое время года и частично в осенний период горячая зона накапливает тепло и с началом отопительного периода (холодного времени года) открываются магнитные клапаны 13 и закрывается магнитный клапан 20, после чего начинает циркулировать горячий поток 16 теплоносителя 5. Бегущее магнитное поле 4, практически без потерь, переносит теплоноситель 5 в горячую зону 20, где он нагревается до температуры 50-60°С, после чего движущимся магнитным полем 4, которое создается трехфазными линейными магнитами 3, практически без потерь транспортируется но трубам 11 в радиатор 8, а вентилятор 10 создает поток теплого воздуха 21.

Перенос теплоносителя 5 бегущим электромагнитным полем 4, создаваемым трехфазными линейными магнитами 3, значительно эффективней, чем прокачка теплоносителя механическим насосом, так как при такой прокачке затрачивается большое количество электроэнергии на преодоление трения жидкости о стенки трубы (см. Чугаев P.P., Гидравлика: Учебник для вузов. - 4-е изд. доп. и перераб. - Л. Энергоиздат, Ленинградское отд., 1982-672 с., стр.91-104).

При прокачке теплоносителя через трубу теплообменника, при глубине скважины до 2000 м, требуется создавать на входе в теплообменник 2 высокое давление, а это, в свою очередь, требует увеличение толщины стенок теплообменника 2 и увеличение металлоемкости конструкции.

Кроме того, транспортировка теплоносителя с наполнением наночастиц карбонального железа бегущим электромагнитным полем позволяет выполнить систему герметичной, а отсутствие движущихся частей и использование в качестве теплоносителя керосина, трансформаторного масла, отработки масла не образующих накипи и осадков позволяет эксплуатировать предложенную установку автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений в течение десятков лет.

1. Установка автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений, включающая скважину, наружную трубу, скважинный теплообменник, теплоноситель, радиатор, отличающаяся тем, что в теплоноситель в виде керосина, трансформаторного масла, отработки масла введены наночастицы карбонильного железа, покрытые поверхностно-активным веществом, олеиновой кислотой, а скважинный теплообменник снабжен трехфазными линейными электромагнитами, закрепленными по всей длине скважинного теплообменника, и имеются магнитные клапана для регулирования потоков.

2. Установка автономного холодо- и теплоснабжения зданий и сооружений по п.1, отличающаяся тем, что наночастицы карбонильного железа имеют размер от 3,0 до 15,0 нм, а концентрация наночастиц карбонильного железа от 10 до 15% объема теплоносителя, керосина, трансформаторного масла, отработки масла.