СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ГРУНТОВОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
METHOD OF CONTROL AND DEVICE OF GROUND HEAT EXCHANGER

Грунтовый теплообменник относится к области энергосберегающего теплохладоснабженя с использованием теплонасосных систем, использующих нетрадиционных возобновляемые источники энергии, в данном случае - теплоту грунтового массива.
Известна геотермальная теплонасосная система (патент РФ на полезную модель №120196), содержащая систему сбора низкопотенциального тепла грунта, состоящую из двух и более зон, параллельно подключенных к теплонасосному оборудованию, каждая из которых, в свою очередь, включает один и более герметичный вертикальный грунтовый теплообменник (термоскважину), а при эксплуатации теплонасосной системы теплоснабжения зоны включаются в работу поочередно, причем в режиме теплоснабжения приоритетом пользуются зоны с наивысшим температурным потенциалом грунта и наименьшим числом отработанных часов, а в режиме кондиционирования - зоны с наименьшим температурным потенциалом грунта.
Недостатком такой системы является то, что зоны подключаются непосредственно к теплонасосному оборудованию, что влечет за собой устройство в испарителе теплового насоса нескольких теплообменников от системы сбора низкопотенциального тепла грунта, что усложняет и удорожает теплонасосное оборудование. Кроме того, в этом случае управление подключением теплообменников должно осуществляться внешней отдельной системой автоматизации, содержащей датчики температур и регулирующие устройства.
В технике кондиционирования известны системы с использованием в качестве теплоносителя «ледяной воды», содержащей взвеси ледяной шуги (http://www.thermocool-group.ru/ftpgetfile.php?id=84&module=files). В связи с тем, что к теплоемкости теплоносителя добавляется теплота фазового перехода, тепловая эффективность увеличивается в 4-5 раз. Однако в рассматриваемом прототипе ледяная шуга играет лишь роль теплового аккумулятора, предназначенного для сглаживания пиковых нагрузок.
Недостатком такого технического решения для рассматриваемой задачи является то, что ледяная шуга не участвует в теплообменных процессах, проходящих непосредственно в теплообменнике, и не влияет на его эффективность.
Предлагаемое изобретение касается способа работы и устройства системы грунтовых теплообменников, использующей теплоту или хладоресурс грунтового массива при помощи теплового насоса, содержащей нескольких зон грунтовых теплообменников, с применением в качестве низкопотенциального теплоносителя «ледяной воды» - воды, содержащей ледяную шугу, и устройства для его реализации, содержащего тепловой насос, генератор ледяной шуги, циркуляционный насос, циркуляционные трубопроводы и несколько грунтовых теплообменников.
Устройство поясняется чертежом.
Устройство содержит несколько соединенных параллельно грунтовых теплообменников 1, генератор ледяной шуги 2, циркуляционный насос 3, объединенные в единый циркуляционный контур трубопроводами 4, заполненный водой, причем генератор ледяной шуги 2 расположен перед грунтовыми теплообменниками 1. В генераторе ледяной шуги 2 размещен испаритель И теплового насоса 5, который со стороны конденсатора К подключен к системе теплоснабжения 6. На выходе циркуляционного насоса 3 расположен трехходовой кран 7, соединенный с системой кондиционирования 8 прямым трубопроводом, а перед грунтовыми теплообменниками в циркуляционный контур через запорный кран 9 подключен обратный трубопровод системы кондиционирования 8.
Устройство работает следующим образом. При работе теплового насоса 5 в режиме теплоснабжения его испаритель, размещенный в генераторе 2, вырабатывает ледяную шугу, которая вместе с водой циркуляционным насосом подается в грунтовые теплообменники 1. Под воздействием теплоты грунтового массива ледяная шуга плавится и вода поступает в генератор 2, где процесс повторяется. При этом температура теплоносителя - воды с ледяной шугой, колеблется в пределах от 0°C до минус 0,5°C, что повышает эффективность работы теплового насоса. В случае неравномерности поступления грунтовой теплоты в различные грунтовые теплообменники происходит автоматическое выравнивание режимов теплообменников: там, где поступление теплоты выше, происходит более интенсивное таяние ледяной шуги, что приводит к уменьшению гидравлического сопротивления соответствующего теплообменника и увеличению подачи теплоносителя по сравнению с остальными теплообменниками, и система обретает способность автоматически адаптироваться к изменяющимся условиям теплового состояния различных участков грунтового массива.
Таким образом, известное в технике применение ледяной воды, содержащей шугу, в данном случае дает новый технический эффект авторегулирования, что позволяет обойтись без специальной регулирующей аппаратуры.
При работе теплонасосной системы на холодоснабжение системы кондиционирования трехходовой кран 7 переключается на подачу теплоносителя в систему кондиционирования, а запорный кран 9 открывается на подачу обратного потока из системы кондиционирования в грунтовые теплообменники 1, где предварительно охлаждается, затем поступает в генератор ледяной шуги 2 и оттуда в систему кондиционирования. Предварительное охлаждение теплоносителя системы кондиционирования за счет хладоресурса грунта позволяет снизить нагрузку на генератор ледяной шуги и, как следствие, расход энергии на привод теплового насоса 5.