СИСТЕМА ТЕПЛОХОЛОДОСНАБЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области энергетики и предназначена для автономного теплоснабжения зданий.
Известна система теплохладоснабжения, содержащая источник теплоты, бак-аккумулятор, внутри которого размещен теплообменник, систему соединяющих трубопроводов и запорно-регулирующую арматуру в виде клапанов (см. патент РФ №2460949, МПК F25B 29/00, F24J 2/04, дата публикации 10.09.2012).
Недостатками технического решения является низкая интенсификация теплообмена и узкая область применения из-за использования только солнечного излучения для нагрева теплоносителя.
В качестве ближайшего аналога принята система теплохолодоснабжения, содержащая источник тепла в виде системы солнечных коллекторов, тепловой насос, соединенный с вторичным рабочим контуром в виде системы водяного отопления, бак-аккумулятор, внутри которого размещен теплообменник, систему соединяющих трубопроводов и запорно-регулирующую арматуру в виде клапанов (см. патент РФ №124949, МПК F24D 3/18, дата публикации 20.02.2013).
В качестве недостатков ближайшего аналога можно указать низкую интенсификацию теплообмена, повышенную материалоемкость конструкции, трудоемкость эксплуатации, узкую область применения из-за наличия системы сбора теплоты грунта.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в разработке эффективной системы теплохолодоснабжения с широкой областью применения.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в интенсификации процесса теплообмена с обеспечением оптимального микроклимата а помещении в теплый и холодный периоды года и расширении области применения за счет возможности эксплуатации системы в различных режимах, а также снижение материалоемкости, себестоимости получаемой энергии, трудоемкости эксплуатации системы. Кроме того предлагаемая система безопасна, поскольку используются экологически чистые энергоносители.
Поставленная задача решается тем, что система теплохолодоснабжения, содержащая солнечный нагреватель, тепловой насос, систему водяного отопления помещения, включающую трубопроводы и отопительные приборы, бак-аккумулятор, комплекс воздуховодов и запорно-регулирующую арматуру, снабжена вентилятором, бак-аккумулятор выполнен с возможностью частичного заполнения водой, причем его воздушное пространство сообщено с помещением посредством первого воздуховода, содержащего цепочку из первого и второго воздушного клапана и размещенного между ними вентилятора, кроме того солнечный нагреватель выполнен как воздушный, причем входной и выходной коллекторы солнечного нагревателя сообщены с атмосферой через третий и четвертый воздушные клапаны, кроме того выходной коллектор солнечного нагревателя сообщен вторым воздуховодом через пятый воздушный клапан с третьим воздуховодом, один конец которого сообщен с первым воздуховодом между первым воздушным клапаном и вентилятором, а второй конец через шестой и седьмой воздушные клапаны сообщен с воздушным контуром теплового насоса, который также сообщен через восьмой воздушный клапан с первым воздуховодом, между вентилятором и вторым воздушным клапаном, при этом второй воздуховод сообщен с третьим воздуховодом между девятым и десятым воздушными клапанами, причем этот же участок третьего воздуховода, через одиннадцатый воздушный клапан сообщен с воздушным пространством бака-аккумулятора, кроме того третий воздуховод сообщен с помещением между его шестым и девятым воздушными клапанами, при этом отопительный контур теплового насоса сообщен трубопроводами с отопительными приборами, размещенными в помещении, причем участок первого воздуховода между первым воздушным клапаном и вентилятором сообщен с атмосферой через двенадцатый воздушный клапан, кроме того участок третьего воздуховода между седьмым воздушным клапаном и тепловым насосом дополнительно снабжен тринадцатым воздушным клапаном. Кроме того, к трубопроводам, связывающим тепловой насос с отопительными приборами системы водяного отопления помещения, подключен отопительный котел.
На фиг.1 показана схема системы теплохолодоснабжения.
На фиг.2 показана схема системы теплохолодоснабжения при охлаждении помещений.
На фиг.3 показана схема системы теплохолодоснабжения при отоплении помещений нагретым в солнечном нагревателе воздухом.
На фиг.4 показана схема системы теплохолодоснабжения при отоплении помещений с использованием аккумуляции теплоты солнечной радиации и теплового насоса.
На фиг.5 показана схема системы теплохолодоснабжения при отоплении помещений с использованием низкопотенциальной теплоты наружного воздуха и теплового насоса.
На фиг.6 показана схема системы теплохолодоснабжения при отоплении помещений с использованием низкопотенциальной теплоты наружного воздуха и теплового насоса.
На чертежах показаны солнечный нагреватель 1, тепловой насос 2, система водяного отопления 3 помещения 4, бак-аккумулятор 5, вентилятор 6, первый воздуховод 7, первый 8 и второй 9 воздушные клапаны, третий 10 и четвертый 11 воздушные клапаны, второй воздуховод 12, пятый воздушный клапан 13, третий воздуховод 14, шестой 15 и седьмой 16 воздушные клапаны, восьмой воздушный клапан 17, девятый 18 и десятый 19 воздушные клапаны, одиннадцатый воздушный клапан 20, двенадцатый воздушный клапан 21, тринадцатый воздушный клапан 22 и отопительный котел 23.
Солнечный нагреватель 1 выполнен в виде системы воздушных солнечных коллекторов, причем его входной и выходной коллекторы сообщены с атмосферой через третий 10 и четвертый 11 воздушные клапаны и выходной коллектор солнечного нагревателя 1 сообщен вторым воздуховодом 12 через пятый воздушный клапан 13 с третьим воздуховодом 14.
Воздушный контур теплового насоса 2 сообщен через восьмой воздушный клапан 17 с первым воздуховодом 7 между вентилятором 6 и вторым 9 воздушным клапаном, а отопительный контур теплового насоса 2 сообщен трубопроводами с отопительными приборами системы водяного отопления 3 помещения 4.
Система водяного отопления 3 помещения 4 состоит из трубопроводов и отопительных приборов, причем к трубопроводам, связывающим тепловой насос 2 с отопительными приборами системы водяного отопления 3, подключен отопительный котел 23.
Бак-аккумулятор 5 выполнен с возможностью частичного заполнения водой, причем его воздушное пространство сообщено с помещением 4 посредством первого воздуховода 7.
Первый воздуховод 7 содержит цепочку из первого 8 и второго 9 воздушных клапанов и размещенного между ними вентилятора 6, причем его участок между первым воздушным клапаном 8 и вентилятором 6 сообщен с атмосферой через двенадцатый воздушный клапан 21.
Второй воздуховод 12 сообщен с третьим воздуховодом 14 между девятым 18 и десятым 19 воздушными клапанами.
Один конец третьего воздуховода 14 сообщен с первым воздуховодом 7 между первым воздушным клапаном 8 и вентилятором 6, а второй конец, через шестой 15 и седьмой 16 воздушные клапаны, сообщен с воздушным контуром теплового насоса 2, причем участок третьего воздуховода 14 между девятым 18 и десятым 19 воздушными клапанами через одиннадцатый воздушный клапан 20 сообщен с воздушным пространством бака-аккумулятора 5, а участок третьего воздуховода 14 между седьмым воздушным клапаном 16 и тепловым насосом 2 дополнительно снабжен тринадцатым воздушным клапаном 22, кроме того третий воздуховод 14 сообщен с помещением 4 между его шестым 15 и девятым 18 воздушными клапанами.
Заявляемая система теплохолодоснабжения работает следующим образом.
При охлаждении помещений система теплохолодоснабжения работает в режиме полной или частичной рециркуляции.
Предварительно открывают первый 8, второй 9 девятый 18 и одиннадцатый 20 воздушные клапаны.
При включении вентилятора 6 теплый воздух из помещения 4 по третьему воздуховоду 14 поступает через девятый 18 и одиннадцатый 20 воздушные клапаны в бак-аккумулятор 5, где охлаждается за счет контакта с водой, после чего воздух нагнетается вентилятором 6 по первому воздуховоду 7 через первый 8 и второй 9 воздушные клапаны обратно в помещение 4. Далее цикл повторяется.
Для обеспечения дополнительного снабжения помещения 4 свежим воздухом можно открыть двенадцатый воздушный клапан 21.
При отоплении помещений нагретым в солнечном нагревателе воздухом система теплохолодоснабжения работает в режиме полной или частичной рециркуляции.
Предварительно открывают второй 9, пятый 13, шестой 15 и десятый 19 воздушные клапаны.
При включении вентилятора 6 воздух из помещения 4 поступает через четвертый 11 воздушный клапан в солнечный нагреватель 1, где нагревается, после чего нагретый воздух поступает по второму воздуховоду 12 через третий 10 и пятый 13 воздушные клапаны, затем по третьему воздуховоду 14 через десятый 19 воздушный клапан и нагнетается вентилятором 6 по первому воздуховоду 7 через второй 9 воздушный клапан обратно в помещение 4. Далее цикл повторяется.
При этом температура нагретого в солнечном нагревателе 1 воздуха должна быть достаточна для возмещения тепловых потерь в помещении 4.
При отоплении помещений с использованием аккумуляции теплоты солнечной радиации и теплового насоса система теплохолодоснабжения возмещает тепловые потери помещения при работе отопления.
Предварительно открывают первый 8, пятый 13, седьмой 16, восьмой 17 и одиннадцатый 20 воздушные клапаны.
В светлое время суток в солнечном нагревателе 1 нагревается воздух, после чего по второму воздуховоду 12 через третий 10, пятый 13 и одиннадцатый 20 воздушные клапаны поступает в бак-аккумулятор 5, где происходит нагрев воды и как следствие аккумуляция тепла, после чего нагретый воздух нагнетается вентилятором 6 через первый 8 и восьмой 17 воздушные клапаны в тепловой насос 2, в котором происходит нагрев теплоносителя системы водяного отопления 3, отработанный же воздух по третьему воздуховоду 14 через седьмой 16 и четвертый 11 воздушные клапаны подается обратно в солнечный нагреватель 1. Далее цикл повторяется.
Система теплохолодоснабжения работает в светлое время суток на аккумуляцию солнечной радиации в баке-аккумуляторе 5, а в темное время суток на использование аккумулированной теплоты. Тепловой насос 2 может работать при температуре поступающего в него воздуха до -20°С. Это обеспечивает использование не только потенциала нагретой воды в баке-аккумуляторе 5, но и потенциала фазового перехода вода-лед (при кристаллизации воды выделяется 333 кДж/кг). Емкости бака-аккумулятора 5 выполнены с возможностью полного обеспечения отопления помещений 4 в течение 3-х холодных суток года с температурой для проектирования системы отопления при отсутствии солнечной радиации.
При отоплении помещений с использованием низкопотенциальной теплоты наружного воздуха и теплового насоса система теплохолодоснабжения возмещает тепловые потери помещения при работе отопления.
Предварительно открывают пятый 13, седьмой 16, восьмой 17 и десятый 19 воздушные клапаны.
В светлое время суток, при наличии необходимого количества солнечной радиации и отрицательных наружных температурах, в солнечном нагревателе 1 нагревается воздух, после чего по второму воздуховоду 12 через третий 10 и пятый 13 воздушные клапаны, затем по третьему воздуховоду 14 через десятый 19 воздушный клапан и нагнетается вентилятором 6 по первому воздуховоду 7 через восьмой воздушный клапан 17 в тепловой насос 2, в котором происходит нагрев теплоносителя системы водяного отопления 3, отработанный же воздух по третьему воздуховоду 14 через седьмой 16 и четвертый 11 воздушные клапаны подается обратно в солнечный нагреватель 1. Далее цикл повторяется.
Данный режим работы можно включать, например, во второй половине холодного периода года, когда в баке-аккумуляторе 5 происходит наморозка естественного льда, и он не может быть использован для аккумуляции тепловой энергии.
При отоплении помещений с использованием низкопотенциальной теплоты наружного воздуха и теплового насоса система теплохолодоснабжения возмещает тепловые потери помещения с помощью работы системы водяного отопления.
Предварительно открывают седьмой 16, восьмой 17 и тринадцатый 22 воздушные клапаны.
Наружный воздух через двенадцатый 21 и восьмой 17 воздушные клапаны попадает в тепловой насос 2, в котором охлаждается до более низких температур, в результате чего происходит нагрев теплоносителя системы водяного отопления 3, отработанный же воздух по третьему воздуховоду 14 через тринадцатый воздушный клапан 22 выходит обратно в атмосферу. Далее цикл повторяется.
Данный режим работы можно включать в темное время суток, при отсутствии солнечной радиации и низких (до -15°С) температурах наружного воздуха.
Заявляемая полезная модель позволит обеспечить интенсификацию процесса теплообмена с обеспечением оптимального микроклимата в помещении в теплый и холодный периоды года и расширении области применения за счет возможности эксплуатации системы в различных режимах, а также снижение материалоемкости, себестоимости получаемой энергии, трудоемкости эксплуатации системы.