ТЕПЛОНАСОСНАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ
THERMAL PUMP SYSTEM OF HEAT SUPPLY TO MULTI-STORIED BUILDINGS

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для энергетически и экологически эффективного теплохладоснабжения зданий и сооружений различного назначения.
Известна система централизованного отопления зданий и сооружений, относящаяся к строительству центральных систем отопления многоэтажных и одноэтажных жилых, гражданских и общественных зданий и сооружений. Система отопления зданий и сооружений содержит конвекторы, выполненные в виде двойной трубы с продольными ребрами, внутренняя труба служит для движения теплоносителя, а конвекторы соединены между собой междуэтажными стояками (патент РФ № 92010067 от 27.08.1995, МПК F24D 1/00). Недостатком этой системы является большой расход энергии на отопление, поскольку в зимнее время года необходимый для вентиляции помещений холодный наружный воздух подогревается системой отопления, а затем нагретый воздух выбрасывается наружу. В итоге энергия, затрачиваемая на нагрев приточного вентиляционного воздуха, бесполезно рассеивается в атмосфере.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является теплонасосная система теплоснабжения многоэтажного здания, использующая низкопотенциальное тепло грунта в комбинации со сбросным теплом вентиляционных выбросов здания. Теплонасосная система включает систему сбора низкопотенциального тепла грунта и систему утилизации вторичного тепла вентиляционных выбросов, обеспечивает здание горячей водой. (Статья «Энергоэффективный жилой дом в Москве» - журнал «Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика» АВОК № 4, 1999 г., стр.4 - прототип).
Недостатком теплонасосной системы прототипа является сложность, а зачастую и невозможность ее применения при большой высоте зданий, поскольку в этом случае, как правило, земельный участок или пятно застройки значительно меньше отапливаемой площади здания и использование тепла грунта для теплоснабжения всего здания оказывается экономически неэффективным или невозможным. Кроме того, теплонасосная система прототипа энергетически менее эффективна, поскольку не использует теплоаккумуляционных свойств системы сбора низкопотенциального тепла грунта для аккумулирования тепла вентвыбросов и не использует возможностей теплонасосного оборудования для холодоснабжения и кондиционирования здания.
Предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения экономической и энергетической эффективности комбинированного использования тепла грунта и вентиляционных выбросов практически во всех вариантах использования предлагаемой системы.
Решение предлагаемой технической задачи осуществляется за счет того, что в теплонасосной системе теплоснабжения многоэтажных зданий, разделенных на зоны теплоснабжения, включающей теплонасосное оборудование, систему сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли, тепловые аккумуляторы и систему утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде сбросного тепла вентиляционных выбросов и/или канализационных стоков, теплонасосная система теплоснабжения, как минимум, первой или нижних зон выполнена с возможностью использования в качестве источника низкопотенциального тепла для тепловых насосов грунта поверхностных слоев Земли и собственных канализационных стоков, а системы теплоснабжения остальных зон, за исключением верхней зоны, выполнены с возможностью использования в качестве источника низкопотенциального тепла для тепловых насосов вентиляционных выбросов предыдущей зоны и тепла собственных канализационных стоков, при этом система теплоснабжения последней или верхней зоны выполнена с возможностью использования в качестве источника низкопотенциального тепла для тепловых насосов вентиляционных выбросов предпоследней зоны и тепла собственных вентиляционных выбросов, а также тепла собственных канализационных стоков, кроме того, в системе теплоснабжения предусмотрена возможность использования сбросного тепла вентиляционных выбросов и канализационных стоков одной или нескольких зон для регенерации теплового потенциала системы сбора низкопотенциального тепла грунта поверхностных слоев Земли, при этом в летнее время или при наличии в помещениях теплоизбытков предусмотрена возможность реверсирования теплонасосного оборудования, установленного в зонах здания для холодоснабжения и кондиционирования.
Предлагаемая теплонасосная система теплоснабжения позволяет в значительной мере повысить энергетическую эффективность теплохладоснабжения здания за счет рационального использования теплоаккумуляционных свойств системы сбора низкопотенциального тепла грунта, аккумуляции в ней сбросного тепла вентвыбросов в летнее время и «холода» в зимнее время.
Сущность предлагаемой системы теплоснабжения поясняется схемами, представленными на Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.3.
Теплонасосная система теплоснабжения многоэтажных зданий, разделенных на зоны теплоснабжения, включает расположенные в каждой зоне теплонасосное оборудование 1, систему сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли 2, системы утилизации 3 вторичных тепловых ресурсов в виде сбросного тепла вентиляционных выбросов из промежуточных зон и систем утилизации 4 вторичных тепловых ресурсов в виде сбросного тепла вентиляционных выбросов из верхней зоны и/или канализационных стоков 5, системы теплоснабжения 6, охлаждающие приборы системы кондиционирования 7 и тепловые аккумуляторы 8.
Теплонасосная система теплоснабжения нижней зоны (Фиг.1) работает следующим образом.
Низкопотенциальная тепловая энергия из системы сбора 2 тепла грунта и системы утилизации 5 сбросного тепла канализационных стоков нижней зоны подается в тепловые насосы 1 нижней зоны, где за счет затрат внешней энергии ее температурный потенциал поднимается до уровня, достаточного для целей теплоснабжения, после чего полученная уже высокопотенциальная тепловая энергия подается в систему отопления, вентиляции, горячего водоснабжения 6 нижней зоны здания. При наличии в помещениях здания теплоизбытков теплонасосное оборудование 1 реверсируется и используется с помощью охлаждающих приборов 7 для холодоснабжения и кондиционирования помещений здания, при этом вырабатываемая теплонасосным оборудованием 1 тепловая энергия высокого потенциала частично используется для отопления других помещений и приготовления горячей воды, частично аккумулируется в грунтовом массиве системы сбора 2 низкопотенциального тепла грунта и/или тепловых аккумуляторах 8.
Низкопотенциальная тепловая энергия из системы утилизации 3 тепла вентиляционных выбросов нижней или предыдущей зоны и системы утилизации 5 сбросного тепла канализационных стоков промежуточной зоны подается в тепловые насосы 1 промежуточной зоны, где за счет затрат внешней энергии ее температурный потенциал поднимается до уровня, достаточного для целей теплоснабжения, после чего полученная уже высокопотенциальная тепловая энергия подается в систему теплоснабжения 6 отопления, вентиляции, горячего водоснабжения промежуточной зоны здания. При этом в летнее время или при наличии в помещениях здания теплоизбытков теплонасосное оборудование 1 реверсируется и используется с помощью охлаждающих приборов 7 для холодоснабжения и кондиционирования помещений здания, при этом вырабатываемая теплонасосным оборудованием 1 тепловая энергия высокого потенциала частично используется для теплоснабжения (отопления других помещений и приготовления горячей воды), частично аккумулируется в тепловых аккумуляторах 8, а частично рассеивается в атмосфере с помощью системы утилизации тепла вентиляционных выбросов 3.
Низкопотенциальная тепловая энергия из системы утилизации 3 тепла вентиляционных выбросов предыдущей промежуточной зоны и системы утилизации 5 сбросного тепла канализационных стоков верхней зоны, а также из системы утилизации 4 тепла вентиляционных выбросов верхней зоны подается в тепловые насосы 1 верхней зоны, где за счет затрат внешней энергии ее температурный потенциал поднимается до уровня, достаточного для целей теплоснабжения, после чего полученная уже высокопотенциальная тепловая энергия подается в систему теплоснабжения 6 отопления, вентиляции, горячего водоснабжения верхней зоны здания. При этом в летнее время или при наличии в помещениях здания теплоизбытков теплонасосное оборудование 1 реверсируется и используется с помощью охлаждающих приборов 7 для холодоснабжения и кондиционирования помещений здания, при этом вырабатываемая теплонасосным оборудованием 1 тепловая энергия высокого потенциала частично используется для отопления других помещений и приготовления горячей воды, частично аккумулируется в тепловых аккумуляторах 8, а частично рассеивается в атмосфере с помощью системы утилизации тепла вентиляционных выбросов 3.
Предлагаемое использование низкопотенциального тепла вентиляционных выбросов и канализационных стоков различных зон здания позволяет фактически сделать зоны автономными и повысить надежность и значительно снизить стоимость системы теплохолодоснабжения здания в целом. Преимущества предлагаемого изобретения можно проиллюстрировать примером реконструкции пятиэтажных зданий без отселения жильцов с помощью надстройки до 9-11 этажей. Как правило, это районы сложившейся плотной городской застройки, с дефицитом свободной мощности тепловых сетей, увеличение пропускной способности которых зачастую по стоимости может быть соизмеримо с проектом реконструкции «пятиэтажек». Применение в этом случае предлагаемого изобретения обеспечивает возможность надстройки такого пятиэтажного здания без реконструкции существующих тепловых сетей. Учитывая существующие в России объемы нуждающихся в реконструкции и надстройке «пятиэтажек», эффективность предлагаемого изобретения трудно переоценить.