RU2351850C1 - Heat-and-cold feed system heat pumping plant - Google Patents
Heat-and-cold feed system heat pumping plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2351850C1 RU2351850C1 RU2007129313/03A RU2007129313A RU2351850C1 RU 2351850 C1 RU2351850 C1 RU 2351850C1 RU 2007129313/03 A RU2007129313/03 A RU 2007129313/03A RU 2007129313 A RU2007129313 A RU 2007129313A RU 2351850 C1 RU2351850 C1 RU 2351850C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- temperature
- soil
- low
- potential
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y02B30/125—
Landscapes
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для энергетически и экологически эффективного теплохладоснабжения зданий и сооружений различного назначения.The invention relates to the field of construction and can be used for energy and environmentally efficient heat and cold supply of buildings and structures for various purposes.
Известна система вентиляции и кондиционирования воздуха жилых, административных и общественных зданий. Система включает приточно-вытяжной агрегат, в котором по ходу приточного воздуха установлены воздушные клапаны, фильтр, пластинчатый рекуперативный теплоутилизатор, воздухоохладитель, приточный вентилятор, соединенный с приточным воздуховодом с отводами, а по ходу вытяжного воздуха установлены фильтр, пластинчатый теплоутилизатор, вытяжной вентилятор и воздуховод выброса вытяжного воздуха в атмосферу. Энергосберегающая система вентиляции и кондиционирования воздуха позволяет эффективно бороться с наледями на пластинчатом теплообменнике, не снижая коэффициента рекуперации, повышает качество и комфортность воздухораспределения, снижает затраты энергии на подогрев приточного воздуха, а также эффективно использует естественный холод наружного воздуха для снятия теплоизбытков в обслуживаемых помещениях в переходные периоды года (Патент РФ №2244882 от 10.06.2003 г., МПК F24F 5/00, F24F 11/00). Недостатком этой системы является низкая эффективность рекуперации при небольшой разности температур наружного и внутреннего воздуха и невозможность утилизации сбросного тепла вытяжного воздуха в переходный и летний периоды года для нужд теплоснабжения (отопления и горячего водоснабжения).Known ventilation and air conditioning systems of residential, administrative and public buildings. The system includes a supply and exhaust unit, in which air valves, a filter, a plate recuperative heat exchanger, an air cooler, a supply fan connected to a supply air duct with outlets are installed along the supply air, and a filter, a plate heat exchanger, an exhaust fan and an air duct are installed along the exhaust air exhaust air exhaust into the atmosphere. The energy-saving ventilation and air conditioning system allows you to effectively deal with frost on the plate heat exchanger, without reducing the recovery coefficient, improves the quality and comfort of air distribution, reduces the energy consumption for heating the supply air, and also effectively uses the natural cold of the outdoor air to remove heat surpluses in serviced rooms in transition periods of the year (RF Patent No. 2248882 of 06/10/2003, IPC F24F 5/00, F24F 11/00). The disadvantage of this system is the low efficiency of recovery with a small temperature difference between the external and internal air and the inability to utilize the exhaust heat of the exhaust air in the transitional and summer periods of the year for the needs of heat supply (heating and hot water supply).
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является теплонасосная система теплоснабжения (горячего водоснабжения), использующая низкопотенциальное тепло грунта в комбинации со сбросным теплом вентиляционных выбросов здания. Теплонасосная система включает систему сбора низкопотенциального тепла грунта, систему утилизации вторичного тепла вентиляционных выбросов и систему аккумулирования горячей воды. Система обеспечивает здание горячей водой (Статья «Энергоэффективный жилой дом в Москве», журнал "Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика" (АВОК), №4 за 1999 год, стр.4. - Прототип).Closest to the proposed technical solution is a heat pump heating system (hot water supply) that uses low potential soil heat in combination with the waste heat of ventilation emissions from the building. The heat pump system includes a low-potential soil heat collection system, a secondary heat recovery system for ventilation emissions, and a hot water storage system. The system provides the building with hot water (Article “Energy Efficient Residential Building in Moscow”, magazine “Ventilation, Heating, Air Conditioning, Heat Supply and Building Thermophysics” (ABOK), No 4 for 1999, p. 4. - Prototype).
Недостатком данной теплонасосной системы является низкая энергетическая эффективность и отсутствие у нее функции кондиционирования и/или охлаждения, в связи с чем для обеспечения современного уровня комфорта в помещениях здания необходимо дополнительно установить систему кондиционирования, требующую соответствующих затрат энергии на ее привод. При этом холод, вырабатываемый теплонасосной системой, рассеивается в грунте.The disadvantage of this heat pump system is its low energy efficiency and lack of air conditioning and / or cooling function, and therefore, to ensure a modern level of comfort in the building's premises, it is necessary to additionally install an air conditioning system that requires the corresponding energy consumption for its drive. In this case, the cold generated by the heat pump system is dissipated in the soil.
Этих недостатков лишено предлагаемое изобретение, решающее техническую задачу повышения энергетической и экологической эффективности теплонасосной системы теплохладоснабжения. Эта задача решается за счет того, что теплонасосная система теплохладоснабжения (ТСТ), 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, отличается тем, что испарители тепловых насосов последовательно по ходу движения теплоносителя включены в гидравлический контур системы сбора низкопотенциального тепла грунта непосредственно перед грунтовыми теплообменниками, а 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, при этом 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, при этом система теплового аккумулирования содержит две температурных ступени аккумулирования: низкотемпературную, питаемую от тепловых насосов, и высокотемпературную, питаемую от традиционных источников энергии, при этом оптимальная температура хранения тепловой энергии на первом теплонасосном уровне аккумулирования определяется по формуле, (1):The present invention, which solves the technical problem of increasing the energy and environmental efficiency of a heat pump heat and cold supply system, is deprived of these disadvantages. This problem is solved due to the fact that the heat-pumping system of heat and cold supply (TST), including heat-pumping equipment, a heat storage system, a system for collecting low-potential thermal energy of the soil of the surface layers of the Earth and a system for recycling secondary heat resources in the form of heat from ventilation emissions, is characterized in that heat evaporators pumps sequentially in the direction of the coolant are included in the hydraulic circuit of the low potential soil heat collection system directly in front of the soil heat exchangers, and the secondary heat resources recovery system in the form of ventilation exhaust heat is included in the hydraulic circuit of the low potential soil heat collection system along the direction of the heat carrier after the soil heat exchangers in front of the heat pump evaporators, while a cooling system is included in the hydraulic circuit of the low potential heat soil collection system or conditioning, and the system of utilization of secondary heat resources is made with the possibility of use when not required as a cooling tower to equalize the heat balance of the system, while the TST is configured to provide cooling both from heat pumps and from the cold stored in the soil, while the heat storage system contains two temperature storage stages: low-temperature, fed from heat pumps, and high-temperature, fed from traditional energy sources, while the optimal storage temperature of thermal energy at the first heat pump level of accumulation is determined are calculated by the formula, (1):
гдеWhere
стн - стоимость энергии, расходуемой на привод тепловых насосов, руб/кВт·ч;with tons - the cost of energy spent on the drive of heat pumps, rub / kW · h;
ст - стоимость традиционного топлива, руб/кВт·ч;with t - the cost of traditional fuel, rubles / kWh;
Ти - температура испарения хладагента, К;T and - the temperature of evaporation of the refrigerant, K;
Тхв - температура в сети холодного водоснабжения, К;T hv - temperature in the cold water supply network, K;
hk - разница температур (температурный напор) между оптимальной температурой хранения тепловой энергии на теплонасосном уровне аккумулирования и температурой конденсации паров хладагента в конденсаторе тепловых насосов, К;h k is the temperature difference (temperature head) between the optimal storage temperature of thermal energy at the heat pump level of storage and the condensation temperature of the refrigerant vapor in the condenser of the heat pumps, K;
η - степень термодинамического совершенства теплонасосного оборудования (КПД).η is the degree of thermodynamic perfection of the heat pump equipment (COP).
Энергетическая и экологическая эффективность предлагаемой системы достигается за счет того, что испарители тепловых насосов последовательно по ходу движения теплоносителя включены в гидравлический контур системы сбора низкопотенциального тепла грунта непосредственно перед грунтовыми теплообменниками, а система утилизации вторичных тепловых ресурсов, например тепла вентиляционных выбросов, включена в гидравлический контур системы сбора низкопотенциального тепла грунта по ходу движения теплоносителя после грунтовых теплообменников перед испарителями тепловых насосов, при этом в гидравлический контур системы сбора низкопотенциального тепла грунта параллельно включена система холодоснабжения или кондиционирования, а система утилизации вторичных тепловых ресурсов используется при необходимости как градирня для выравнивания теплового баланса системы.The energy and environmental efficiency of the proposed system is achieved due to the fact that the heat pump evaporators are sequentially included in the hydraulic circuit of the low-potential soil heat collection system directly in front of the ground heat exchangers in the direction of the heat carrier, and the secondary heat resources utilization system, for example, heat of ventilation emissions, is included in the hydraulic circuit systems for collecting low-grade soil heat along the direction of the heat carrier after the ground heat exchange Cove before evaporators of heat pumps, the hydraulic circuit in the low-grade heat collection system ground is included in parallel refrigeration or air conditioning system, and the system of recycling secondary thermal resources used when needed as a cooling tower to align the thermal balance of the system.
В предлагаемом изобретении холодоснабжение и/или кондиционирование здания или сооружения осуществляется как от тепловых насосов, так и от холода, аккумулированного в грунте в течение времени, не являющегося пиковым для системы кондиционирования, например ночью.In the present invention, the cooling and / or conditioning of a building or structure is carried out both from heat pumps, and from the cold accumulated in the ground during a time that is not peak for the air conditioning system, for example at night.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, показанной на фиг.1. Теплонасосная система теплоснабжения содержит испарители 1 теплонасосного оборудования, конденсатора 2 теплонасосного оборудования, грунтовые теплообменники 3, вентили 4 и 5, циркуляционные насосы 6, систему утилизации 7 вторичных тепловых ресурсов, аккумуляторы 8 низкотемпературной ступени аккумулирования тепловой энергии, аккумулятор 9 высокотемпературной ступени аккумулирования, систему холодоснабжения 10 и регулировочно-запорные вентили 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the circuit shown in figure 1. The heat-pump heat supply system contains evaporators 1 of heat-pumping equipment, condenser 2 of heat-pumping equipment, soil heat exchangers 3, valves 4 and 5, circulation pumps 6, a recycling system 7 of secondary heat resources, batteries 8 of the low-temperature stage of thermal energy storage, battery 9 of the high-temperature stage of storage, cooling system 10 and control and shut-off valves 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17.
Предлагаемая теплонасосная система теплохладоснабжения работает следующим образом.The proposed heat pump heating and cooling system operates as follows.
Теплоноситель системы сбора низкопотенциального тепла (вода или антифриз), охлаждаясь в испарителях 1 теплонасосного оборудования с помощью циркуляционных насосов 6, подается сначала в грунтовые теплообменники 3, а затем в систему утилизации вторичных тепловых ресурсов, например вентиляционных выбросов 7, откуда с максимальным температурным потенциалом поступает обратно в испарители 1. Такая очередность обеспечивает максимальное использование теплоаккумуляционных свойств грунта как источника тепла низкого потенциала, с одной стороны, и максимальный температурный потенциал теплоносителя, поступающего в испарители теплонасосного оборудования 1. При этом в гидравлический контур системы сбора низкопотенциального тепла грунта параллельно включена система холодоснабжения или кондиционирования 10, а система утилизации вторичных тепловых ресурсов 7 используется при необходимости как градирня для выравнивания теплового баланса системы. Холодоснабжение и/или кондиционирование осуществляется как от испарителей тепловых насосов 1, так и от холода, аккумулированного в грунте теплообменниками 3 в не пиковое для системы кондиционирования 10 время суток, например ночью. Переключение режимов осуществляется с помощью вентилей 11-17.The coolant of the low-potential heat collection system (water or antifreeze), cooled in the evaporators 1 of the heat pump equipment using circulation pumps 6, is fed first to the ground heat exchangers 3, and then to the recycling system of secondary heat resources, for example, ventilation emissions 7, from where it comes with maximum temperature potential back to the evaporators 1. This sequence ensures the maximum use of the heat storage properties of the soil as a low potential heat source, on the one hand , and the maximum temperature potential of the coolant entering the evaporators of the heat pump equipment 1. At the same time, the cooling system or air conditioning 10 is simultaneously included in the hydraulic circuit of the low potential soil heat collection system, and the secondary heat resources recovery system 7 is used, if necessary, as a cooling tower to equalize the heat balance of the system. Cooling and / or conditioning is carried out both from the evaporators of the heat pumps 1, and from the cold accumulated in the soil by heat exchangers 3 at a non-peak time for the air conditioning system 10, for example at night. The switching of modes is carried out using valves 11-17.
Теплоноситель контура конденсаторов теплонасосного оборудования из конденсаторов 2 с помощью циркуляционного насоса 6 подается в баки-аккумуляторы низкотемпературной ступени аккумулирования тепловой энергии 8, заряжает их от тепловых насосов и возвращается обратно в конденсаторы теплонасосного оборудования 2.The coolant circuit of the condensers of the heat pump equipment from the condensers 2 is supplied through the circulation pump 6 to the storage tanks of the low-temperature stage of thermal energy storage 8, charges them from the heat pumps and returns back to the condensers of the heat pump equipment 2.
Теплоноситель систем отопления и/или горячего водоснабжения из бака-аккумулятора низкотемпературной ступени аккумулирования тепловой энергии 8 частично поступает в системы отопления и/или горячего водоснабжения через бак-аккумулятор высокотемпературной ступени аккумулирования тепловой энергии 9, в котором за счет традиционных и других источников тепловой энергии (тепло от ТЭЦ, электроэнергия и пр.) догревается до максимально возможной температуры. При этом оптимальная температура хранения тепловой энергии на первом теплонасосном уровне аккумулирования определяется по формуле (1). Для пояснения вывода формулы (1) рассмотрим задачу оптимизации температурного режима аккумуляционной ТСТ.The coolant of the heating and / or hot water supply systems from the storage tank of the low-temperature stage of thermal energy storage 8 partially enters the heating and / or hot water supply systems through the storage tank of the high-temperature stage of thermal energy storage 9, in which due to traditional and other sources of thermal energy ( heat from the CHP, electricity, etc.) is heated to the maximum possible temperature. In this case, the optimal storage temperature of thermal energy at the first heat pump level of accumulation is determined by the formula (1). To clarify the conclusion of formula (1), we consider the problem of optimizing the temperature regime of the accumulation TST.
ТСТ включает в себя баки-аккумуляторы горячей воды, в которых вода нагревается тепловыми насосами от температуры в сети холодного водоснабжения Тхв, К, как правило это 278 К (5°С), до некоторой оптимальной температуры Топт, К, не превышающей температуру конденсации паров хладагента в конденсаторе теплового насоса - Тк, К. Дальнейший нагрев воды до температуры, необходимой, например, для горячего водоснабжения ГВ (Тгв, К), происходит за счет традиционных источников энергии - электроэнергия, ЦТП, котел и прочее.TST includes hot water storage tanks in which water is heated by heat pumps from the temperature in the cold water supply network T xv , K, usually 278 K (5 ° C), to a certain optimum temperature T opt , K, not exceeding the temperature condensing refrigerant vapor in the condenser of the heat pump - T k, K. Further heating water to a temperature required for example for hot water supply HV (T rs, K) is due to the traditional sources of energy - electricity, CTP, boiler and so on.
В этом случае стоимость энергии, расходуемой системой горячего водоснабжения, можно определить следующим образом, Ргв:In this case, the cost of energy consumed by the hot water supply system can be determined as follows, P gv :
где св - теплоемкость воды;where c in - heat capacity of water;
стн - стоимость энергии, расходуемой на привод тепловых насосов;with tn - the cost of energy spent on the drive of heat pumps;
ст - стоимость традиционного топлива;with t - the cost of traditional fuel;
Wгв - потребность (расход) в горячей воде;W GW - need (consumption) for hot water;
Кр тр - реальный коэффициент трансформации теплонасосной системы горячего водоснабжения, представляющий собой отношение вырабатываемой полезной тепловой энергии к энергии, затрачиваемой на привод системы, и определяемый по формуле:To r tr - the real transformation coefficient of the heat pump hot water system, which is the ratio of the generated useful heat energy to the energy spent on the drive system, and is determined by the formula:
где Ти - температура испарения хладагента, К;where T and - the temperature of evaporation of the refrigerant, K;
hk - разница температур (температурный напор) между оптимальной температурой воды и температурой конденсации паров хладагента, К;h k is the temperature difference (temperature head) between the optimum water temperature and the condensation temperature of the refrigerant vapor, K;
η - степень термодинамического совершенства ТСТ (КПД).η is the degree of thermodynamic perfection of TST (Efficiency).
С учетом выражения количество энергии, расходуемое системой горячего водоснабжения, будет выглядеть следующим образом, Ргв:Given the expression, the amount of energy consumed by the hot water supply system will look like this, P gv :
Вспомнив, что (Топт+hk)=Тк, где Тк - температура конденсации паров холодильного агента, выражение запишем в следующем виде:Recalling that (T opt + h k ) = T k , where T k is the condensation temperature of the refrigerant vapor, we write the expression in the following form:
После элементарных преобразований выражение можно записать в следующем виде:After elementary transformations, the expression can be written as follows:
Чтобы определить экстремумы функции Ргв, продифференцируем полученное выражение по переменной Тk, приравняем полученное выражение для первой производной «0» и разделим полученное уравнение на св·Wгв, неравное «0».To determine the extrema of the function P gv , we differentiate the obtained expression with respect to the variable T k , equate the obtained expression for the first derivative “0” and divide the resulting equation into c in · W gv , unequal to “0”.
илиor
В результате оптимальная температура конденсации паров холодильного агента ТСТ будет равна:As a result, the optimum temperature of condensation of the vapor of the refrigerant TST will be equal to:
Таким образом, вспомнив, что (Топт+hk)=Тк, получим искомое выражение для оптимальной температуры воды в баках-аккумуляторах, нагреваемых тепловыми насосами:Thus, remembering that (T opt + h k ) = T k, we obtain the desired expression for the optimum temperature of the water in the storage tanks heated by heat pumps:
Предположим, что:Let's pretend that:
Ти=268 К;T and = 268 K;
Тхв=278 К;T xb = 278 K;
hk=5 К;h k = 5 K;
η=0,75;η = 0.75;
Стн=0,74 руб за 1 кВт·ч;C tn = 0.74 rubles per 1 kWh;
Ст=0,19 руб за 1 кВт·ч.With t = 0.19 rubles per 1 kWh.
Результаты расчета представлены на фиг.2 в виде графической зависимости приготовления 1 литра горячей воды от температуры конденсации Тк.The calculation results are presented in figure 2 in the form of a graphical dependence of the preparation of 1 liter of hot water on the condensation temperature T to .
Представленная на фиг.2 зависимость соответствует тарифу на электроэнергию (от когенерационных установок) для жилых домов, оборудованных электроплитами. Стн соответствует дневному тарифу, а Ст - ночному тарифу. Догрев горячей воды в баках-аккумуляторах производится ночью по ночному тарифу. Как видно из графика, оптимальной температурой конденсации является Тк=311 К.Presented in figure 2, the dependence corresponds to the tariff for electricity (from cogeneration plants) for residential buildings equipped with electric stoves. C tn corresponds to the daily rate, and C t - to the night rate. Hot water is heated in the storage tanks at night at a nightly rate. As can be seen from the graph, the optimum condensation temperature is T to = 311 K.
На фиг.3 представлена зависимость приготовления 1 литра горячей воды от температуры конденсации Тк при Стн=1,0 руб за 1 кВт·ч и Ст=0,4 руб за 1 кВт·ч. Эти параметры примерно соответствуют догреву ГВ от тепловой сети. В этом случае, оптимальной температурой конденсации является Тк=320,5 К.Figure 3 shows the dependence of the preparation of 1 liter of hot water on the condensation temperature T to at C tn = 1.0 rubles per 1 kWh and C t = 0.4 rubles per 1 kWh. These parameters approximately correspond to the heating of the hot water from the heating network. In this case, the optimum condensation temperature is T k = 320.5 K.
Для пояснения вывода формулы (1) рассмотрим задачу оптимизации температурного режима аккумуляционной ТСТ.To clarify the conclusion of formula (1), we consider the problem of optimizing the temperature regime of the accumulation TST.
ТСТ включает в себя баки-аккумуляторы горячей воды, в которых вода нагревается тепловыми насосами от температуры в сети холодного водоснабжения Тхв, К, как правило это 278 К (5°С), до некоторой оптимальной температуры Топт, К, не превышающей температуру конденсации паров хладагента в конденсаторе теплового насоса - Тк, К. Дальнейший нагрев воды до температуры, необходимой, например, для горячего водоснабжения ГВ (Тгв, К), происходит за счет традиционных источников энергии - электроэнергия, ЦТП, котел и прочее.TST includes hot water storage tanks in which water is heated by heat pumps from the temperature in the cold water supply network T xv , K, usually 278 K (5 ° C), to a certain optimum temperature T opt , K, not exceeding the temperature condensing refrigerant vapor in the condenser of the heat pump - T k, K. Further heating water to a temperature required for example for hot water supply HV (T rs, K) is due to the traditional sources of energy - electricity, CTP, boiler and so on.
В этом случае стоимость энергии, расходуемой системой горячего водоснабжения, можно определить следующим образом, Ргв:In this case, the cost of energy consumed by the hot water supply system can be determined as follows, P gv :
где св - теплоемкость воды;where c in - heat capacity of water;
стн - стоимость энергии, расходуемой на привод тепловых насосов;with tn - the cost of energy spent on the drive of heat pumps;
ст - стоимость традиционного топлива;with t - the cost of traditional fuel;
Wгв - потребность (расход) в горячей воде;W GW - need (consumption) for hot water;
Кр тр - реальный коэффициент трансформации теплонасосной системы горячего водоснабжения, представляющий собой отношение вырабатываемой полезной тепловой энергии к энергии, затрачиваемой на привод системы, и определяемый по формуле:To r tr - the real transformation coefficient of the heat pump hot water system, which is the ratio of the generated useful heat energy to the energy spent on the drive system, and is determined by the formula:
где Ти - температура испарения хладагента, К;where T and - the temperature of evaporation of the refrigerant, K;
hk - разница температур (температурный напор) между оптимальной температурой воды и температурой конденсации паров хладагента, К;h k is the temperature difference (temperature head) between the optimum water temperature and the condensation temperature of the refrigerant vapor, K;
η - степень термодинамического совершенства ТСТ (КПД).η is the degree of thermodynamic perfection of TST (Efficiency).
С учетом выражения "Ошибка! Источник ссылки не найден" количество энергии, расходуемое системой горячего водоснабжения, будет выглядеть следующим образом, Ргв:Given the expression "Error! Source of link not found" the amount of energy consumed by the hot water supply system will look like this, P gv :
Вспомнив, что (Топт+hk)=Тк, где Тк - температура конденсации паров холодильного агента, выражение запишем в следующем виде:Recalling that (T opt + h k ) = T k , where T k is the condensation temperature of the refrigerant vapor, we write the expression in the following form:
После элементарных преобразований выражение можно записать в следующем виде:After elementary transformations, the expression can be written as follows:
Чтобы определить экстремумы функции Ргв, продифференцируем полученное выражение по переменной Tk, приравняем полученное выражение для первой производной «0» и разделим полученное уравнение на св·Wгв, неравное «0».To determine the extrema of the function P gv , we differentiate the obtained expression with respect to the variable T k , equate the obtained expression for the first derivative “0” and divide the resulting equation into c in · W gv , unequal to “0”.
илиor
В результате оптимальная температура конденсации паров холодильного агента ТСТ будет равна:As a result, the optimum temperature of condensation of the vapor of the refrigerant TST will be equal to:
Таким образом, вспомнив, что (Топт+hk)=Тк, получим искомое выражение для оптимальной температуры воды в баках-аккумуляторах, нагреваемых тепловыми насосами:Thus, remembering that (T opt + h k ) = T k , we obtain the desired expression for the optimum temperature of the water in the storage tanks heated by heat pumps:
Предположим, что:Let's pretend that:
Ти=268 К;T and = 268 K;
Тхв=278 К;T xb = 278 K;
hk=5 К;h k = 5 K;
η=0,75;η = 0.75;
Стн=0,74 руб за 1 кВт·ч;C tn = 0.74 rubles per 1 kWh;
Ст=0,19 руб за 1 кВт·ч.With t = 0.19 rubles per 1 kWh.
Результаты расчета представлены на фиг.2 в виде графической зависимости приготовления 1 литра горячей воды от температуры конденсации Тк.The calculation results are presented in figure 2 in the form of a graphical dependence of the preparation of 1 liter of hot water on the condensation temperature T to .
Представленная на фиг.2 зависимость соответствует тарифу на электроэнергию (от когенерационных установок) для жилых домов, оборудованных электроплитами. Стн соответствует дневному тарифу, а Ст - ночному тарифу. Догрев горячей воды в баках аккумуляторах производится ночью по ночному тарифу. Как видно из графика, оптимальной температурой конденсации является Тк=311 К.Presented in figure 2, the dependence corresponds to the tariff for electricity (from cogeneration plants) for residential buildings equipped with electric stoves. C tn corresponds to the daily rate, and C t - to the night rate. Hot water in the storage tanks is heated at night at a nightly rate. As can be seen from the graph, the optimum condensation temperature is T to = 311 K.
На фиг.3 представлена зависимость приготовления 1 литра горячей воды от температуры конденсации Тк при Стн=1,0 руб за 1 кВт·ч и Ст=0,4 руб за 1 кВт·ч. Эти параметры примерно соответствуют догреву ГВ от тепловой сети. В этом случае, оптимальной температурой конденсации является Тк=320,5 К.Figure 3 shows the dependence of the preparation of 1 liter of hot water on the condensation temperature T to at C tn = 1.0 rubles per 1 kWh and C t = 0.4 rubles per 1 kWh. These parameters approximately correspond to the heating of the hot water from the heating network. In this case, the optimum condensation temperature is T k = 320.5 K.
Основным достоинством и преимуществом предлагаемой теплонасосной системы теплоснабжения является ее энергетическая и экономическая эффективность. Использование теплонасосной системы одновременно для приготовления горячей воды и кондиционирования позволяет в условиях России на 1 кВт энергии, затрачиваемой на привод системы, получать 3-4 кВт полезного тепла и 2-3 кВт холода для системы кондиционирования. Кондиционирование здания за счет «холода», саккумулированного в грунте во вне пиковое для системы кондиционирования время суток, например ночью, позволяет значительно сократить установленную холодильную мощность теплонасосного оборудования и снизить стоимость всей теплонасосной системы.The main advantage and advantage of the proposed heat pump heating system is its energy and economic efficiency. The use of a heat pump system at the same time for the preparation of hot water and air conditioning makes it possible to obtain 3-4 kW of useful heat and 2-3 kW of cold for an air conditioning system in Russia under 1 kW of energy spent on the drive of the system. Air conditioning of the building due to the “cold” accumulated in the soil outside the peak time for the air conditioning system, for example at night, can significantly reduce the installed refrigeration capacity of the heat pump equipment and reduce the cost of the entire heat pump system.
Claims (1)
где Стн - стоимость энергии, расходуемой на привод тепловых насосов, руб/кВтч;
cт - стоимость традиционного топлива, руб/кВтч;
Ти - температура испарения хладагента, К;
Тхв - температура в сети холодного водоснабжения, К;
hk - разница температур (температурный напор) между оптимальной температурой хранения тепловой энергии на теплонасосном уровне аккумулирования и температурой конденсации паров хладагента в конденсаторе тепловых насосов, К;
η - степень термодинамического совершенства теплонасосного оборудования (КПД). Heat-pumping system of heat and cold supply (TST), including heat-pumping equipment, a system of heat storage, a system for collecting low-potential thermal energy of the soil of the surface layers of the Earth and a system for recycling secondary heat resources in the form of heat from ventilation emissions, characterized in that the heat pump evaporators are included in series in the direction of the heat carrier the hydraulic circuit of the low potential soil heat collection system directly in front of the soil heat exchangers, and the system heat recovery of secondary heat resources in the form of heat of ventilation emissions is included in the hydraulic circuit of the low-potential soil heat collection system in the direction of the heat carrier after the ground heat exchangers in front of the heat pump evaporators, while the cooling or air conditioning system is included in the hydraulic circuit of the low-potential soil heat collection system, and the recycling system secondary heat resources are configured to be used as a cooling tower for I equalize the heat balance of the system, while the TST is configured to provide cooling both from heat pumps and from the cold stored in the soil, while the heat storage system contains two temperature storage stages: low-temperature, powered by heat pumps, and high-temperature, powered by traditional energy sources, while the optimal storage temperature of thermal energy at the first heat pump level of storage is determined by the formula
where C tn - the cost of energy spent on the heat pump drive, rub / kWh;
c t - the cost of traditional fuel, rubles / kWh;
T and - the temperature of evaporation of the refrigerant, K;
T hv - temperature in the cold water supply network, K;
h k is the temperature difference (temperature head) between the optimal storage temperature of thermal energy at the heat pump level of storage and the condensation temperature of the refrigerant vapor in the condenser of the heat pumps, K;
η is the degree of thermodynamic perfection of the heat pump equipment (COP).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007129313/03A RU2351850C1 (en) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | Heat-and-cold feed system heat pumping plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007129313/03A RU2351850C1 (en) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | Heat-and-cold feed system heat pumping plant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2351850C1 true RU2351850C1 (en) | 2009-04-10 |
Family
ID=41015009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007129313/03A RU2351850C1 (en) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | Heat-and-cold feed system heat pumping plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2351850C1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483255C1 (en) * | 2011-10-20 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр по сверхглубокому бурению и комплексному изучению недр Земли" (ОАО "НПЦ "Недра") | Method of seasonal use of low-potential heat of surface soil, and downhole heat exchangers for implementation of method's versions |
| RU2499197C1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-11-20 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Method for using soil heat accumulation properties |
| RU2655690C2 (en) * | 2016-06-07 | 2018-05-29 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Method of heat supply and cooling of underground |
| RU2666507C1 (en) * | 2017-08-07 | 2018-09-07 | Евгений Михайлович Пузырёв | Heating and air conditioning system for building |
| RU2717837C2 (en) * | 2018-03-16 | 2020-03-26 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Cooling method of electronic equipment in data processing centres and waste heat recovery |
| RU2737661C1 (en) * | 2020-03-18 | 2020-12-01 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Device for utilization of low-grade heat of subway exhaust air and method of use thereof |
| RU2750084C1 (en) * | 2019-04-12 | 2021-06-22 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Heat pump heating and cooling system for apartment houses |
| RU2813579C1 (en) * | 2023-06-29 | 2024-02-13 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for generating alternative energy for aerodrome operation in north conditions and unit for its implementation |
-
2007
- 2007-07-31 RU RU2007129313/03A patent/RU2351850C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Васильев Г.П. Энергоэффективный жилой дом в Москве. АВОК, 1999, № 4, стр.4. * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2483255C1 (en) * | 2011-10-20 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр по сверхглубокому бурению и комплексному изучению недр Земли" (ОАО "НПЦ "Недра") | Method of seasonal use of low-potential heat of surface soil, and downhole heat exchangers for implementation of method's versions |
| RU2499197C1 (en) * | 2012-06-05 | 2013-11-20 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Method for using soil heat accumulation properties |
| RU2655690C2 (en) * | 2016-06-07 | 2018-05-29 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Method of heat supply and cooling of underground |
| RU2666507C1 (en) * | 2017-08-07 | 2018-09-07 | Евгений Михайлович Пузырёв | Heating and air conditioning system for building |
| RU2717837C2 (en) * | 2018-03-16 | 2020-03-26 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Cooling method of electronic equipment in data processing centres and waste heat recovery |
| RU2750084C1 (en) * | 2019-04-12 | 2021-06-22 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Heat pump heating and cooling system for apartment houses |
| RU2737661C1 (en) * | 2020-03-18 | 2020-12-01 | Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" | Device for utilization of low-grade heat of subway exhaust air and method of use thereof |
| RU2813579C1 (en) * | 2023-06-29 | 2024-02-13 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method for generating alternative energy for aerodrome operation in north conditions and unit for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| LU102468B1 (en) | Total heat recovery type integrated gas heat pump heat supply unit and application thereof | |
| RU2351850C1 (en) | Heat-and-cold feed system heat pumping plant | |
| CN2493893Y (en) | Solar energy lithium bromide absorption type refrigerated air conditioner set | |
| CN102087058B (en) | Three-in-one solar heat pump unit | |
| CN104061717B (en) | A kind of seasonal storage solar energy low-temperature heat power generation composite ground source heat pump system | |
| KR20130128661A (en) | Connecting apparatus for return water heat system of district heating and solar system and heatpump system | |
| RU2382281C1 (en) | Independent heat and cold supply system of buildings | |
| CN106839513A (en) | Electric power plant circulating water residual heat pump utilizes the energy conserving system combined with natural water accumulation of heat | |
| CN201363898Y (en) | New energy source air source heat pump hot water device | |
| CN205066232U (en) | Ground -source heat pump system for natural gas station | |
| CN204141897U (en) | Solar energy low-temperature heat power generation composite ground source heat pump system | |
| CN110486779A (en) | A kind of solar energy composite using the cooling photovoltaic cell of soil cooling capacity utilizes system | |
| Kilkis | Exergy-optimum coupling of heat recovery ventilation units with heat pumps in sustainable buildings | |
| CN210568833U (en) | Combined heat and power type heating system | |
| CN110878957A (en) | Urban heat energy comprehensive utilization system and method | |
| CN110594839A (en) | Combined heat and power supply type heating system and heating method | |
| CN108800651B (en) | Thermal power air cooling condenser safety degree summer device based on day and night electric power peak regulation | |
| CN210242078U (en) | Composite energy station system based on multiple clean energy | |
| EP1202010A1 (en) | Multi-function thermodynamic device | |
| CN104390389A (en) | Composite integrated domestic solar photovoltaic-air source heat pump | |
| CN209310093U (en) | A kind of steam power plant and city heat source synthesis energy saving utilize system | |
| CN201363899Y (en) | Air source heat pump hot water device with emergency standby power supply | |
| KR20130112394A (en) | High-efficiency heat pump equipment hayibeurideusik | |
| Hao et al. | Study on simulation performance of solar energy and gas heat pump for heating supply | |
| CN2470714Y (en) | Double-stage heat-pump heating, heat-supplying device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20180320 |