Техническое решение относится к теплоэнергетике и может быть применено в качестве системы отопления и охлаждения зданий различного назначения, использующих систему водяного отопления.

Эффективное отопление и охлахедение зданий - одна из основных составляющих современного комфортного дома. При выборе системы, которая обеспечит теплом и охлаждением любое здание, необходимо учитывать множество составляющих: цену на оборудование и монтаж системы, стоимость эксплуатации, доступность топлива и др.

Существуют следующие виды отопления по типу теплоносителя - водяные (жидкостные), воздушные, паровые, комбинированные. Каждый из указанных видов имеет свои плюсы и минусы в использовании.

Классическим видом отопления здания является водяное отопление, в состав которого входит источник тепла (чаще всего отопительный котел), система трубопроводов, радиаторы, циркуляционный насос, иногда - внешние датчики температуры, термостаты, контроллеры и др. Работает система водяного отопления следующим образом: вода, которая проходит через теплообменник котла или другого источника тепла, нагревается до нужной температуры, а затем по трубопроводам подается в отапливаемое помещение. Через трубы и радиаторы отдает свое тепло в окружающее пространство, охлаждается и возвращается обратно в нагревательное устройство (источник - https://xn-- e1aamjjfht.com.ua/articles/vodjanoe-otoplenie-pljusy-i-minus y/).

К плюсам водяного отопления относится то, что вода - практически идеальный теплоноситель. Она везде доступна и стоит недорого. При этом обладает отличными показателями теплоемкости и теплопроводности. Способна поглощать в 4000 раз больше тепла, чем воздух. Соответственно, транспортирует и выделяет его в достаточно больших количествах. Поэтому, водяная система отопления способна создать наиболее комфортные температурные условия в любом помещении, или даже в отдельной зоне общего помещения, особенно за счет использования низко потенциальных систем обогрева/охлаждения типа водяной теплый/холодный пол (потолок, стена). Основным недостатком водяного отопления является высокая стоимость топлива, обычно газа, который, по сравнению с электричеством, стоит в несколько раз больше, и невозможность работать в режиме охлаждения. То есть, для охла>кдения помещения в теплое время года необходимо устанавливать дополнительное оборудование, например, кондиционер.

Существуют альтернативные методы отопления и охлаждения, которые используют кондиционеры или тепловые насосы - устройства для переноса тепловой энергии от источника низко потенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой. Так известный воздушный реверсивный кондиционер - отопитель "воздух-воздух”, содержащий внутренний блок стандартной сплит-системы со встроенным воздушным теплообменником, циркуляционным вентилятором, дефлекторами для управления направлениям потоков воздуха, прошедшего через теплообменник, электронную систему управления работой прибора в различных режимах нагрева- охлаждения, внешний блок стандартной сплит-системы, которая содержит компрессор нагнетания фреона, систему трубчатых каналов для перекачки фреона, четырехходовой клапан для изменения направлений потоков фреона между двумя теплообменниками системы, капиллярную трубку-дроссель для дросселирования фреона [Инструкция по эксплуатации сплит-системы DSH 95 R / L, DSH 105 R / L, DSH 135 R / L, DSH 195 R / L, DSH 265 R / L, DSH 300 R / L, DSH 360 R / L ", АЕ25, 2020329А4062, Ред. 24.08. 06 с.4. "Строение кондиционера"].

Преимуществами работы этой сплит-системы является то, что кондиционер может работать как в режиме охлаждения, так и в режиме обогрева. Основным недостатком ее работы является то, что эта система воздушного отопления создает относительно комфортные условия лишь в том помещении, где расположен внутренний блок системы (или нужна дополнительная система воздуховодов и вентиляторов для распределения воздуха по нескольким помещениям). И, как для любой воздушной системы отопления, основными недостатками являются:

1) значительная неравномерность температурного поля воздуха в помещении;

2) значительная скорость движения воздуха в помещении;

3) значительная шумность работы внутреннего блока. За ближайший аналог была избрана установка отопления и охлаждения помещений "Экогеотерм- Г [UA Nfi 114651, F24D 3/00, 11.03.2017], включающая внутренний блок сплит-системы с внутренним теплообменником и внешний блок, содержащий компрессор, соединенный нагнетательным и всасывающим патрубками с четырехходовым клапаном, который с помощью соединительных патрубков присоединен к внешнему теплообменнику, а к внутреннему блоку и внешнему теплообменнику присоединена трубка-дроссель. Внешний теплообменник выполнен водяным в виде контура из двух коаксиальных трубок - внутренней для фреона и внешней для воды, причем теплообменник снаружи изолирован утеплителем и расположен в помещении.

Основными преимуществами ближайшего аналога по сравнению с предыдущими техническими решениями является высокий уровень коэффициента полезного действия, низкие энергозатраты и функциональная независимость от температуры внешней среды.

К недостаткам относится невозможность равномерного прогрева здания при наличии зонирования на отдельные комнаты и высокий шум воздуха, прокачиваемого через внутренний теплообменник, а также значительная скорость движения воздушной массы в зоне нахождения человека, что не соответствует требованиям комфорта.

В основу заявляемого технического решения поставлена задача путем изменения источника нагрева/охлаждения теплоносителя повысить энергоэффективность системы отопления/охлаждения здания, при сохранении высоких требований к комфортному микроклимату за значительно меньшую стоимость.

Поставленная задача решается тем, что в системе отопления и охлаждения здания, которая содержит сплит систему, включающую внутренний блок с внутренним теплообменником и внешний блок, содержащий компрессор, соединенный нагнетательным и всасывающим патрубками с четырехходовым клапаном, который с помощью соединительных патрубков присоединен к внешнему теплообменнику, а к внутреннему блоку и внешнему теплообменнику присоединен патрубок с дросселирующим устройством, согласно техническому решению, внешний и внутренний теплообменники имеют конструктивное исполнение "фреон- воздух" и дополнительно оснащены промежуточным теплообменником "фреон- вода", который подключают к системе в разрезе газовой трубы между внешним и внутренним блоками, а по водяной части подключают к системе водяного отопления.

Согласно техническому решению, как сплит-систему применяют любой кондиционер, состоящий из не менее чем двух блоков, или любой холодильник, работающий с использованием фреона по принципу «цикла Карно».

Технический результат предложенного технического решения усматривается в обеспечении равномерного прогрева здания с зонированием в режиме отопления, в снижении капитальных затрат на установку оборудования и в уменьшении затрат на энергопотребление в процессе эксплуатации системы.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом, существует следующая причинно-следственная связь.

Выполнение внешнего и внутреннего теплообменников типа "фреон-воздух" позволяет применять в работе системы любой сплит-кондиционер, или холодильник, работающий с использованием фреона по принципу «цикла Карно», которые в теплое время года работают в режиме охлаждения здания.

Дополнительное оснащение системы промежуточным теплообменником "фреон-вода", а также его подключение к системе в разрезе газовой трубы между внешним и внутренним блоками, а по водной части - к системе водяного отопления, позволяет отдавать тепловую или холодильную энергию в водяную систему, в зависимости от режима работы сплит-системы.

То есть, кондиционер (или холодильник, который работает с использованием фреона по принципу «цикла Карно»), которий в 3-5 раз дешевле теплового насоса, в сочетании с системой водяного отопления не теряет своей функциональности и использует тепловую или холодильную энергию с гораздо более выгодным коэффициентом энергоэффекгивности, чем традиционные варианты котлов (газовые, электрические, твердотопливные и т.д.).

Техническое решение объясняется следующими чертежами:

Фиг. 1 - вариант подключения сплит-системы к водяной системе отопления;

Фиг. 2 - схематическое изображение моновалентной системы отопления с теплообменным блоком. Фиг. 3 - схематическое изображение бивалентной системы отопления с теплообменным блоком.

Система отопления и охлаждения здания состоит из магистральных трубопроводов подачи и обратной линии водяной системы отопления 1, сплит- системы, включающей внутренний блок 2 и внешний блок 3, и теплообменника "фреон-вода" 4. Как сплит-систему используют любой сплит - кондиционер (или любой холодильник, работающий с использованием фреона по принципу «цикла Карно»), внутренний блок 2 которого содержит внутренний теплообменник 5, а внешний блок 3 содержит компрессор 6, который соединен нагнетающим и обратным трубопроводами с четырехходовым клапаном 7, который с помощью соединительных патрубков присоединен к внешнему теплообменнику 8. Внешний теплообменник 8 внешнего блока 3 соединен с внутренним теплообменником 5 внутреннего блока 2 с помощью патрубка с дросселирующим устройством 9. При этом внешний теплообменник 8 внешнего блока 3 и внутренний теплообменник 5 внутреннего блока 2 имеет конструктивное исполнение "фреон-воздух". Дополнительный промежуточный теплообменник "фреон-вода" 4 подключен к системе в разрезе газовой трубы между наружным блоком 3 и внутренним блоком 2, а по водяной части подключен к системе водяного отопления.

Работает система следующим образом.

Система работает в двух вариантах теплообмена - на обогрев и на охлаждение.

Вариант работы на обогрев:

Сплит-система включается в режим обогрева. Горячий фреон движется от внешнего блока 3 к внутреннему блоку 2 по газовой трубе. Сначала он попадает в дополнительный промежуточный теплообменник "фреон-вода" 4, где отдает свою тепловую энергию воде в систему отопления. При этом фреон конденсируется и превращается в жидкость. Далее фреон попадает во внутренний блок 2, где его температура уже значительно ниже. Автоматика сплит-системы при слишком низкой температуре фреона иногда вообще не включает вентилятор внутреннего блока 2. Таким образом энергоэффективность работы любого кондиционера повышается на 15 - 20% за счет большего отбора тепла от фреона. Если температура фреона становится достаточной для автоматики, тогда включается вентилятор внутреннего блока 2 и остатки тепловой энергии отбираются от фреона через внутренний теплообменник 5 внутреннего блока 2.

В качестве примера энергоэффективности, сравним работу классической водяной системы отопления с заявленной системой отопления и охлаждения здания при работе на обогрев. Помещение площадью 100 м2 с тепловым показателем по теплозатратам Рмакс = 70 Вт / м2 в среднем за 1 месяц потребляет тепла 2520 кВт, за отопительный сезон - 15120 кВт. При использовании электрического котла вышеуказанные расходы тепла эквивалентны потраченным кВт*часам электроэнергии.

При использовании в таком помещении заявленного технического решения расходы электроэнергии составят 570-840 кВт*ч за 1 месяц, за отопительный сезон - 3420-5040 кВт*ч. Конкретные показатели зависят от характеристики сплит- системы, задействованной в системе отопления. При этом сплит-система сохраняет все свои стандартные функциональные возможности.

Вариант работы на охлаждение:

Сплит-система включается в режим охлаждения. Холодный фреон в жидком состоянии движется от внешнего блока 3 к внутреннему блоку 2 по тонкой жидкостной трубе. Во внутреннем блоке 2 фреон нагревается на 5-8 °С, превращаясь в газ. На обратном пути к внешнему блоку 3 холодный фреон с температурой 9-11 °С попадает в теплообменник "фреон-вода" 4, где отдает воде еще значительную часть холодильной энергии, охлаждая воду до температуры 15- 18 °С. Таким образом энергоэффективность работы любого кондиционера повышается на 15 - 20% за счет большего отбора холода от фреона.