Устройство теплохладоснабжения
DEVICE OF HEAT AND COOLING SUPPLY

Изобретение относится к климатическим системам и может быть использовано для обеспечения надежного и экономичного нагрева и охлаждения воздуха в помещениях искусственных объектов железнодорожного транспорта, например, депо по ремонту железнодорожного подвижного состава и т.д., в различных климатических условиях.
Для эксплуатируемых объектов с централизованным теплоснабжением характерной является ситуация с вынужденным снижением температуры и (или) расхода подаваемого в здания теплоносителя из-за нерасчетного роста нагрузок или общей деградации системы теплоснабжения, что приводит к недостаточной подаче тепловой энергии и несоблюдению санитарных норм по температуре воздуха внутри помещений.
Известна теплонасосная система теплоснабжения многоэтажных зданий, разделенных на зоны теплоснабжения, которая включает 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 (RU 2364795, F24D 9/00, 20.08.2009).
Известная система теплоснабжения обеспечивает повышение энергетической эффективности теплохладоснабжения здания за счет рационального использования теплоаккумуляционных свойств системы сбора низкопотенциального тепла грунта, аккумуляции в ней сбросного тепла вентиляционных выбросов в летнее время и «холода» в зимнее время.
Недостатком известной теплонасосной системы является сложность, а зачастую и невозможность ее применения в условиях эксплуатируемых объектов, поскольку в этом случае монтаж оборудования для использования тепла грунта оказывается экономически неэффективным или невозможным. Наиболее близким аналогом является система теплопотребления, содержащая подающий и обратный трубопроводы с контуром подмеса обратной воды и тепловой насос с теплообменниками, тепловой насос установлен на обратном трубопроводе холодильником (испарителем) - к обратному трубопроводу, а нагревателем (конденсатором) - к контуру подмеса (RU 69615, F24D 3/00, 27.12.2007).
Данная система позволяет только передавать тепловую энергию сетевой воды обратного трубопровода в подающий теплопровод системы отопления всего объекта без выделения отдельных помещений, требующих регулирования внутренней температуры. Кроме того, данное решение не позволяет обеспечить работоспособность в период отключения теплосети централизованной системы теплоснабжения, а также решить вопросы охлаждения воздуха в летний период.
Технический результат заключается в обеспечении температуры воздуха в выделенном помещении в здании в соответствии с установленными нормами за счет использования тепловой энергии сетевого теплоносителя обратного трубопровода отопительной системы помещения для работы теплового насоса как на нагрев воздуха, так и на его охлаждение.
Технический результат достигается тем, что устройство теплохладоснабжения содержит тепловой насос, циркуляционный насос, датчик температуры воздуха в выделенном в здании помещении, запорно-регулирующий клапан, установленный на обратном трубопроводе отопительной системы выделенного помещения, и блок управления, вход которого подключен к выходу датчика температуры воздуха в выделенном помещении, при этом параллельно запорному-регулирующему клапану к обратному трубопроводу отопительной системы выделенного помещения подключены последовательно соединенные тепловой и циркуляционный насосы, управляющий вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом блока управления, а тепловой насос выполнен реверсивным.
На чертеже представлена структурная схема устройства теплохладоснабжения.
Устройство теплохладоснабжения содержит тепловой насос 1 «вода-воздух», установленный в выделенном помещении 2 здания, циркуляционный насос 3, датчик 4 температуры воздуха в помещении 2, запорно-регулирующий клапан 5, установленный на обратном трубопроводе 6 отопительной системы помещения 2 и блок 7 управления, вход которого подключен к выходу датчика 4 температуры.
При этом параллельно запорно-регулирующему клапану 5 к обратному трубопроводу 6 отопительной системы помещения 2 подключены последовательно соединенные тепловой и циркуляционный насосы 1 и 3, управляющий вход каждого из которых соединен с соответствующим выходом блока 7 управления.
Тепловой насос 1 выполнен реверсивным.
Отопительная система помещения 2 содержит запорный клапан 9, включенный в сеть трубопроводов(подающий и обратный трубопроводы 6 и 11) с отопительными приборами 12 и подключенный через запорные клапаны 8 и 10 к источнику теплоснабжения здания котельной (на чертеже не показан).
Устройство теплохладоснабжения работает следующим образом.
Тепловой насос 1 «вода-воздух» выполняет функции дополнительного источника тепла зимой или охлаждающего устройства летом в выделенном помещении 2 здания.
В отопительный период запорные клапаны 8, 10 открыты, запорный клапан 9 и запорно-регулирующий клапан 5 закрыты. Отопление обеспечивается за счет подачи и циркуляции сетевого теплоносителя, подаваемого от источника теплоснабжения (котельной) здания по подающему трубопроводу 11 через отопительный прибор 12 и далее возвращаемой по обратному трубопроводу 6 через запорный клапан 10 к источнику теплоснабжения.
В режиме реального времени датчик 4 температуры измеряет температуру воздуха в помещении 2. В случае понижения температуры воздуха в помещении 2 ниже нормированного значения блок 7 управления формирует соответствующие сигналы для полного или частичного закрытия запорно-регулирующего клапана 5, включения теплового насоса 1 на нагрев, а также включения циркуляционного насоса 3.
При этом циркуляционный насос 3 прокачивает дополнительный расход теплоносителя через теплообменник (испаритель) теплового насоса 1. За счет повышения расхода теплоносителя тепловой насос 1 дополнительно нагревает воздух в помещении 2. При достижении значения температуры, равного нормированному значению в помещении 2, блок 7 управления формирует соответствующие сигналы для выключения циркуляционного и теплового насосов 3 и 1 и закрытия запорно-регулирующего клапана 5.
В неотопительный период источник теплоснабжения не работает, запорные клапаны 8 и 10 закрыты, клапан 9 открыт, отопительная система помещения 2 заполнена теплоносителем, циркуляции теплоносителя нет. Для дополнительного нагрева воздуха в помещении 2 по команде блока 7 управления запорно-регулирующий клапан 5 закрывается и включаются циркуляционный насос 3 и тепловой насос 1 на нагрев. Циркуляционный насос 3 прокачивает теплоноситель через теплоообменник (испаритель) теплового насоса 1 и отопительную систему помещения 2. При этом тепловой насос 1 дополнительно нагревает воздух в помещении 2.
При достижении значения температуры в помещении 2, равной нормированному значению, циркуляционный насос 3 и тепловой насос 1 по команде блока 7 управления выключаются. Охлаждение теплоносителя в отопительной системе помещения в следствии работы теплового насоса 1 компенсируется за счет теплоемкости строительных конструкций, элементов отопительной системы воздуха в помещении 2.
Тепловой насос 1 в предлагаемом устройстве теплохладоснабжения выполнен реверсивным с возможностью использования как для нагрева воздуха в помещении 2, так и для его охлаждения. При этом мощность теплового насоса выбрана с учетом обеспечения дополнительной тепловой нагрузки помещения 2.
Для дополнительного охлаждения воздуха в помещении 2 в соответствии с показаниями датчика 4 температуры по команде блока 7 управления закрывается запорно-регулирующий клапан 5, включаются тепловой насос 1 на охлаждение и циркуляционный насос 3, прокачивающий воду через теплообменник (конденсатор) теплового насоса 1 и отопительную систему помещения 2. При этом тепловой насос 1 охлаждает воздух в помещении 2.
При достижении значения температуры, равной нормированному значению воздуха в помещении 2, циркуляционный насос 3 и реверсивный тепловой насос 1 выключаются по команде блока 7 управления. Нагрев теплоносителя в отопительной системе вследствие работы теплового насоса компенсируется за счет теплоемкости строительных конструкций, элементов системы отопления, воздуха в помещениях, работы системы вентиляции.
Таким образом, предлагаемое техническое решение в режиме реального времени обеспечивает значение температуры воздуха в выделенном в здании помещении в соответствии с установленными нормами.