СИСТЕМА ПАССИВНОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В ПОМЕЩЕНИИ

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использовано для помещений контейнеров базовых станций сотовой связи, а также других помещений, где необходимо поддержание температуры.
Известна теплонасосная система теплохладоснабжения (ТСТ) [Патент RU №2351850], включающая теплонасосное оборудование, систему теплового аккумулирования, систему сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли и систему утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде тепла вентиляционных выбросов. При этом испарители тепловых насосов последовательно по ходу движения теплоносителя включены в гидравлический контур системы сбора низкопотенциального тепла грунта непосредственно перед грунтовыми теплообменниками. Система утилизации вторичных тепловых ресурсов в виде тепла вентиляционных выбросов включена в гидравлический контур системы сбора низкопотенциального тепла грунта по ходу движения теплоносителя после грунтовых теплообменников перед испарителями тепловых насосов. В гидравлический контур системы сбора низкопотенциального тепла грунта параллельно включена система холодоснабжения или кондиционирования, а система утилизации вторичных тепловых ресурсов выполнена с возможностью использования при необходимости в качестве градирни для выравнивания теплового баланса системы. При этом ТСТ выполнена с возможностью осуществления холодоснабжения как от тепловых насосов, так и от запасенного в грунте холода. Система теплового аккумулирования содержит две температурные ступени аккумулирования: низкотемпературную, питаемую от тепловых насосов, и высокотемпературную, питаемую от традиционных источников энергии.
Недостатками данной системы являются высокая стоимость, за счет использования в ней дорогостоящего оборудования и невысокая надежность, из-за использования в системе большого количества элементов.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является система теплохладоснабжения [Тепловые насосы. Рей Д., Макмайкл Д. 1982 г.], содержащая тепловой насос первичным контуром, подключенный к испарителю, соединен с грунтовым теплообменником (геотермальным зондом) через циркуляционный насос грунтового контура, а вторичным, подключенный к конденсатору, с внутренней разводкой системы отопления (поверхности теплообмена с расширительной емкостью и группой безопасности) через циркуляционный насос внутреннего контура. В этих системах используется активное кондиционирование помещения и активное отопление тепловым насосом. Тепловые насосы в данных системах используются реверсивные - в режиме отопления они тепло перекачивают из грунта в помещение, а в режиме кондиционирования - из помещения в грунт.
Основным недостатком прототипа является высокая стоимость оборудования и значительные затраты на привод теплового насоса, работающего в режиме активного кондиционирования.
Задачей полезной модели является создание системы, способной осуществить поддержание температуры в помещениях.
Технический результат заключается в снижении капитальных затрат, расхода электроэнергии, а так же увеличении срока эксплуатации оборудования.
Технический результат достигается с помощью системы пассивного поддержания температуры в помещении, содержащей геотермальные зонды, циркуляционный насос, поверхности теплообмена с расширительной емкостью и группой безопасности и блок автоматики. Блок автоматики электрическими связями соединен с блоком циркуляционных насосов, соединенный своим всасом с подающим коллектором геотермальных зондов, а выходом с поверхностью теплообмена, подключенной к возвратному коллектору геотермальных зондов.
На фиг.1 представлена принципиальная схема системы пассивного поддержания температуры. На фиг.2 представлена принципиальная схема системы пассивного поддержания температуры в помещении, с использованием в качестве поверхностей теплообмена, например теплообменные трубки.
Системы пассивного поддержания температуры в помещении (фиг.1) содержит блок автоматики 1 электрическими связями соединен с датчиком температуры 2, датчиком расхода 3 и блоком 4 циркуляционных насосов 5. Циркуляционные насосы 5 снабжены вентилями (на фиг.1 не обозначены) и соединяются своим всасом с подающим коллектором 6 геотермальных зондов 7, снабженный регулировочными вентилями 8 и воздушным краном 9. За блоком 4 циркуляционных насосов 5 по ходу движения теплоносителя расположен датчик расхода 3, который соединен с поверхностями теплообмена 10 (например фанкойл, радиатор). За поверхностями теплообмена 10 по ходу движения теплоносителя установлен возвратный коллектор 11 геотермальных зондов 7, снабженный регулировочными вентилями 12 и воздушным краном 13. Сами геотермальные зонды 7, представляющие собой U-образный грунтовый теплообменник, соединены со своими подающим и возвратным коллекторами 6 и 11, погружены в скважины 14, пробуренные в грунте. Пустоты, между стенками скважины 14 и геотермальными зондами 7 заполнены тампонировочным раствором 15. Расширительная емкость с группой безопасности 16 соединена с возвратным коллектором 11 геотермальных зондов 7.
Система пассивного поддержания температуры в помещении, с использованием в качестве поверхности теплообмена, например, теплообменные трубки (Фиг.2) содержит блок автоматики 1 электрическими связями соединен с датчиком температуры 2, датчиком расхода 3 и блоком 4 циркуляционных насосов 5. Циркуляционные насосы 5 снабжены вентилями (на фиг.2 не обозначены) и соединяются своим всасом с подающим коллектором 6 геотермальных зондов 7, снабженный регулировочными вентилями 8 и воздушным краном 9. За блоком 4 циркуляционных насосов 5 по ходу движения теплоносителя расположен датчик расхода 3, который соединен с подающими коллекторами 17 поверхностей теплообмена 18, присоединенных другим концом к возвратным коллекторам 19. Возвратные коллектора 19 уложены на конденсатоотводчики 20. Подающие и возвратные коллектора 17 и 19 поверхности теплообмена 18 соединены между собой гидравлическими связями 20, с установленными на них регулирующими вентилями 21. За возвратными коллекторами 19 по ходу движения теплоносителя установлен возвратный коллектор 11 геотермальных зондов 7, снабженный регулировочными вентилями 12 и воздушным краном 13. Сами геотермальные зонды 7, представляющие собой U-образный грунтовый теплообменник, соединены со своими подающим и возвратным коллекторами 6 и 11, погружены в скважины 14, пробуренные в грунте. Пустоты, между стенками скважины 14 и геотермальными зондами 7 заполнены тампонировочным раствором 15. Расширительная емкость с группой безопасности 16 соединена с возвратным коллектором 16 геотермальных зондов 7.
Рассмотрим примеры работы системы пассивного поддержания температуры в помещении.
Перед запуском системы пассивного поддержания температуры в помещении (фиг.1) открываются вентили на циркуляционных насосах 5, вентили 8 и 12 на подающем и возвратном коллекторах 6 и 11 геотермальных зондов 7, система заправляется теплоносителем (смесь воды и этиленгликоля). После чего с помощью воздушных кранов 9 и 13 из системы выводится воздух. Далее подается напряжение на блок автоматики 1.
Блок автоматики 1 на основании показаний датчика температуры 2 и датчика расхода 3 управляют работой блока 4 циркуляционных насосов 5, которые создают циркуляцию в гидравлическом контуре. Вентили, установленные в блоке 4 циркуляционных насосов 5 (на фиг.1 не обозначены), необходимы для вывода отдельных насосов или группы в целом в ремонт. Теплоноситель поступает из подающего коллектора 6 геотермальных зондов 7 в поверхности теплообмена 10 с помощью которых происходит теплообмен между теплоносителем и воздухом в помещении, далее теплоноситель поступает на возвратный коллектор 11 геотермальных зондов 7. Регулировочные вентили 8 и 12, установленные на подающем и возвратном коллекторах 6 и 11 геотермальных зондов 7, регулируют потоки теплоносителя через отдельные геотермальные зонды. Теплоноситель, проходя через геотермальные зонды, участвует в теплообмене с грунтом, приобретая температуру близкую к температуре грунта. Передача теплоты от геотермального зонда 7, опущенната из системного в скважину 14 к грунту осуществляется через тампонировочный раствор 15. Расширительная емкость с группой безопасности 16 необходима для выравнивания скачков давления в контуре.
Перед запуском системы пассивного поддержания температуры в помещении (фиг.2) открываются вентили на циркуляционных насосах 5, вентили 22 на гидравлических связях 21, вентили 8 и 12 на подающем и возвратном коллекторах 6 и 11 геотермальных зондов 7, система заправляется теплоносителем (смесь воды и этиленгликоля). После чего с помощью воздушных кранов 9 и 13 из системы выводится воздух. Далее подается напряжение на блок автоматики 1.
Блок автоматики 1 на основании показаний датчика температуры 2 и датчика расхода 3 управляют работой блока 4 циркуляционных насосов 5, которые создают циркуляцию в гидравлическом контуре. Вентили, установленные в блоке 4 циркуляционных насосов 5 (на фиг.2 не обозначены), необходимы для вывода отдельных насосов или группы в целом в ремонт. Теплоноситель поступает из подающего коллектора 6 геотермальных зондов 7 в подающие коллектора 17 поверхностей теплообмена 18, между которыми он распределяется с помощью гидравлических связей 21, вентили 22 регулируют подачу теплоносителя на отдельные коллектора. Далее поток распределяется по поверхностям теплообмена 18, с помощью которых происходит теплообмен между теплоносителем и воздухом в помещении, далее теплоноситель через возвратные коллектора 19 поверхностей теплообмена 18 поступает на возвратный коллектор 11 геотермальных зондов 7. Регулировочные вентили 8 и 12, установленные на подающем и возвратном коллекторах 6 и 11 геотермальных зондов 7, регулируют потоки теплоносителя через отдельные геотермальные зонды. Теплоноситель, проходя через геотермальные зонды 7, участвует в теплообмене с грунтом, приобретая температуру близкую к температуре грунта. Передача теплоты от геотермального зонда 7, опущенного в скважину 14 к грунту осуществляется через тампонировочный раствор 15. Для отвода конденсата из системы теплообмена предусмотрены конденсатоотводчики 20 в форме желоба. Расширительная емкость с группой безопасности 16 необходима для выравнивания скачков давления в контуре.
Система пассивного поддержания температуры в помещении позволяет, за счет постоянной температуры грунта летом кондиционировать помещение, а зимой обогревать, для Южного Федерального Округа температура на глубине ниже 6 м температура грунта составляет 8-12°C, этой температуры достаточно, чтобы летом поддерживать температуру в помещении 24°C, а зимой 6-10°C, в зависимости от теплоизоляции помещения.
Летом, кондиционирование будет осуществляться с помощью прокачки охлажденной, по отношению к температуре окружающей среды, в грунте смеси воды и этиленгликоля через теплообменные поверхности, установленные в корпусе помещения. А зимой подогрев помещения будет осуществляться тем же грунтовым теплом, имеющим в данном случае температуру выше температуры окружающей среды.
Используя систему пассивного поддержания температуры в помещении повышается надежность системы, за счет вывода из нее теплового насоса, так как предлагаемая система представляет собой замкнутый контур, единственной вращающейся деталью в котором является циркуляционный насос, надежность которого и определяет надежность всей системы. Экономичность системы возрастает так же за счет отказа от использования теплового насоса, следовательно исключаются затраты на его привод, электрическая энергия расходуется только на питание циркуляционного насоса и блока автоматики.