EA036357B1 - Солнечная централизованная отопительная система на основе тепловых аккумуляторов - Google Patents
Солнечная централизованная отопительная система на основе тепловых аккумуляторов Download PDFInfo
- Publication number
- EA036357B1 EA036357B1 EA201800422A EA201800422A EA036357B1 EA 036357 B1 EA036357 B1 EA 036357B1 EA 201800422 A EA201800422 A EA 201800422A EA 201800422 A EA201800422 A EA 201800422A EA 036357 B1 EA036357 B1 EA 036357B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- solar
- heat
- energy
- heating
- hot water
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D3/00—Hot-water central heating systems
- F24D3/005—Hot-water central heating systems combined with solar energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/002—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system
- F24D11/003—Central heating systems using heat accumulated in storage masses water heating system combined with solar energy
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Central Heating Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к тепловым системам гражданских и промышленных зданий, где может быть применено теплоснабжение (горячее водоснабжение и отопление). Задачей изобретения является разработка системы сезонного хранения солнечной тепловой энергии в больших объемах, решающее энергетически и экологически эффективное теплоснабжение (ГВС и отопление) жилых микрорайонов и многоэтажных домов. Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении заявленного изобретения, заключается в увеличении коэффициента среднесезонного использования солнечной энергии, что делает возможным поставлять 70-90% необходимой тепловой энергии для отопления и ГВС за счет энергии солнца. Кроме того, будут решены проблемы, связанные с суточными и сезонными колебаниями интенсивности солнечной тепловой энергии, что позволяет системе функционировать в качестве централизованной системы теплоснабжения круглый год независимо от погоды. Другим достигаемым техническим результатом заявленной системы является ее экологичность за счет использования солнечной энергии и масштабируемость, т.е. возможность интегрирования других близлежащих зданий и микрорайонов к централизованной отопительной сети на базе технологии сезонного аккумулирования солнечной тепловой энергии. Технический результат достигается за счет того, что технология сезонного аккумулирования солнечной тепловой энергии содержит сеть солнечных коллекторов, представляющую собой группу параллельно соединенных подгрупп. Каждая подгруппа - это последовательно соединенные солнечные коллекторы, количество которых варьируется от двух и более, в зависимости от необходимой результирующей температуры теплоносителя. В качестве кратковременных аккумуляторов используются тепловые аккумуляторы на основе материалов для хранения энергии высокой плотности МХЭ-ВП1 и МХЭ-ВП2. Для случая, когда система недостаточно покрывает тепловые нагрузки отопления и ГВС, между блоком пользователей и теплообменником устанавливается дополнительный бойлер. Система дополнительно содержит интеллектуальный блок управления, который имеет доступ к датчикам температуры, уровня воды, датчикам давления, расходомерам, запорным клапанам и насосам.
Description
Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к тепловым системам гражданских и промышленных зданий, где может быть применено теплоснабжение (горячее водоснабжение и отопление).
Известна система, которая комбинирует тепловую энергию грунта со сбросным теплом вентиляционной системы и канализационного стока здания (патент RU 2364795 С2, МПК F24D 9/00, опубликовано 20.08.2009 г.). Рециркуляция собранной энергии обеспечивается теплонасосным оборудованием для горячего водоснабжения и отопления зданий, тепловой насос позволяет использовать систему для охлаждения помещения летом. Избыточная тепловая энергия аккумулируется в грунтовом теплонакопителе и/или тепловом аккумуляторе.
Недостатком такой системы является низкое удельное теплосодержание энергии тепла вентиляционных выбросов, а также сложность конструкции и использование нескольких тепловых насосов, что приводит к удорожанию стоимости системы.
Известна теплонасосная система для подогрева воздуха в зданиях (патент KZ, A4 30153 F24J 2/04, опубликовано 15.07.2015 г.), предназначенная для автономного теплоснабжения. Такая система реализуется для одиночного здания путем пристройки дополнительного помещения для предварительного нагревания наружного воздуха и канавы для теплоаккумулирования. Работа тепловой установки обеспечивается за счет использования следующих устройств: нагревательные приборы и насосы для циркуляции теплоносителя, солнечные коллекторы, тепловой насос, радиаторы, теплый пол.
Недостатком такой системы является сложность конструкции, что приводит к ее экономической неэффективности для одиночного здания.
Наиболее близкими аналогами изобретения является теплонасосная система теплоснабжения жилых зданий, включающая в себя теплонасосную установку типа воздух-вода со встроенными обязательными элементами: компрессор, осуществляющий двухступенчатое сжатие, испаритель, дроссельный орган, конденсатор, промежуточный охладитель, и упрощенную модифицированную схему сбора низкопотенциального тепла для теплонасосной установки в виде удаляемого сбросного воздуха из помещений, причем вытяжные решетки присоединены к вертикальному сборному каналу, а в вытяжную шахту присоединен последовательно вентилятор, который передает теплый сбросный воздух в испаритель (патент KZ, A4 28844 F24D 3/02, F24D 3/14, опубликовано 15.08.2014 г.). Данное устройство собирает низкопотенциальное тепло со сбросного воздуха через системы вентиляции здания и преобразует его в тепло высокого потенциала. Полученная энергия аккумулируется в виде горячей воды и передается в систему теплоснабжения здания. То есть средой для хранения энергии является вода. Работоспособность устройства обеспечивается теплонасосной установкой.
Недостатки данного аналога заключаются в том, что система не может использоваться в качестве централизованной системы теплоснабжения и не предусматривает долгосрочного хранения избыточного тепла и предназначена для одного дома/здания. Более того, удаляемый воздух через вентиляционную систему имеет удельное теплосодержание значительно ниже, чем у солнечной энергии.
Задачей изобретения является разработка системы сезонного хранения солнечной тепловой энергии в больших объемах, решающее энергетически и экологически эффективное теплоснабжение (ГВС и отопление) жилых микрорайонов и многоэтажных домов.
Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении заявленного изобретения, заключается в увеличении коэффициента средне-сезонного использования солнечной энергии, что делает возможным поставлять 70-90% необходимой тепловой энергии для отопления и ГВС за счет энергии солнца. Кроме того, будут решены проблемы, связанные с суточными и сезонными колебаниями интенсивности солнечной тепловой энергии, что позволяет системе функционировать в качестве централизованной системы теплоснабжения круглый год независимо от погоды. Другим достигаемым техническим результатом заявленной системы является ее экологичность за счет использования солнечной энергии и масштабируемость, то есть возможность интегрирования других близлежащих зданий и микрорайонов к централизованной отопительной сети на базе технологии сезонного аккумулирования солнечной тепловой энергии.
Технический результат достигается за счет того, что технология сезонного аккумулирования солнечной тепловой энергии содержит сеть солнечных коллекторов (со встроенными расширительным клапаном, испарителем, компрессором, конденсатором), представляющую собой группу параллельно соединенных подгрупп. Каждая подгруппа - это последовательно соединенные солнечные коллекторы, количество которых варьируется от двух и более, в зависимости от необходимой результирующей температуры теплоносителя. Сеть солнечных коллекторов соединяется с системой кратковременных аккумуляторов через теплообменник. Использование теплообменника позволяет легко переключаться на другие источники низкопотенциального тепла.
В качестве кратковременных аккумуляторов используются тепловые аккумуляторы на основе материалов для хранения энергии высокой плотности МХЭ-ВП1 и МХЭ-ВП2. Система также содержит грунтовый теплонакопитель, который представляет собой сеть скважинных теплообменников. Грунтовый теплонакопитель и пользовательский блок соединяются с кратковременными аккумуляторами через теплообменник. Циркуляция теплоносителя между грунтовым теплонакопителем и теплообменником осу- 1 036357 ществляется насосом. Для случая, когда система недостаточно покрывает тепловые нагрузки отопления и
ГВС, между блоком пользователей и теплообменником устанавливается дополнительный бойлер. А также технический результат достигается за счет того, что система собирает данные с датчиков температуры, уровня воды, давления, расходомеров и направляет их в интеллектуальный блок управления, где поступившие сигналы обрабатываются и даются команды для управления клапанами и насосами.
Описание устройства в статическом состоянии.
Конструкция устройства представлена на чертеже. Солнечная централизованная отопительная система содержит сеть 1 солнечных коллекторов (со встроенными расширительным клапаном, испарителем, компрессором, конденсатором), соединенную с системой кратковременных аккумуляторов через теплообменник 4. Сеть солнечных коллекторов представляет собой группу параллельно соединенных подгрупп, где каждая подгруппа - это последовательно соединенные солнечные коллекторы, количество которых может варьироваться в зависимости от необходимой результирующей температуры теплоносителя. В качестве кратковременных аккумуляторов используются тепловые аккумуляторы на основе материалов для хранения энергии высокой плотности 2 - МХЭ-ВП1 и 3 - МХЭ-ВП2. Такие аккумуляторы позволяют хранить больше тепла по сравнению с водяными аккумуляторами. МХЭ-ВП1 и МХЭ-ВП2 отличаются теплоемкостями, теплоемкость МХЭ-ВП1 больше теплоемкости МХЭ-ВП2. Система содержит грунтовый теплонакопитель 5, который представляет собой сеть 6 скважинных теплообменников. Тепловой насос 7 подключается между кратковременными аккумуляторами и грунтовым теплонакопителем. Циркуляция теплоносителя между грунтовым теплонакопителем и тепловым насосом осуществляется циркуляционным насосом 11. Пользовательский блок 8 подсоединяется к кратковременным аккумуляторам через теплообменник 9. Дополнительный бойлер 10 устанавливается между блоком пользователей и теплообменником для случая, когда система недостаточно покрывает тепловые нагрузки отопления и ГВС.
Система дополнительно содержит интеллектуальный блок управления 12, где собираются данные с датчиков температуры, уровня воды, давления, расходомеров, после обработки которых выполняется управление запорными клапанами и насосами. В зависимости от приходящих сигналов с датчиков можно дистанционно открывать или закрывать клапаны, управлять расходом теплоносителей в теплообменниках, включать или отключать солнечные коллекторы, насосы, или менять направление потока в трубах.
Описание устройства в процессе функционирования.
Режим лето: в теплое время года тепло собирается системой 1 гелиоколлекторов и накапливается в кратковременных аккумуляторах, тем самым производится их зарядка. Горячее водоснабжение летом обеспечивается напрямую из кратковременных аккумуляторов, где жидкость нагревается до 80-100°С. В случае нехватки запасенной энергии в кратковременных аккумуляторах для удовлетворения потребительского спроса на горячую воду из-за недостаточной интенсивности солнечной радиации, вода нагревается дополнительным бойлером/нагревателем до необходимой температуры. Избыточная тепловая энергия кратковременных аккумуляторов с помощью сети скважинных теплообменников направляется на зарядку грунтового теплонакопителя. Грунтовый теплонакопитель имеет цилиндрическую форму и теплоизолирован на поверхности земли. Скважинные теплообменники соединены друг с другом так, что нагретая жидкость из кратковременных аккумуляторов прогревает грунт от центра к краям системы, после чего подается обратно в кратковременные аккумуляторы. Следовательно, температура ядра грунтового теплонакопителя является самой высокой.
Режим зима: зимой в отопительный период тепло с помощью скважинных теплообменников извлекается из геотермального аккумулятора, при этом забор тепла теплоносителем осуществляется от края к центру грунтового аккумулятора. Тепловая энергия также будет поступать от солнечных коллекторов. Таким образом, температура в кратковременных аккумуляторах будет поддерживаться на уровне 65-90°С, что достаточно для отопления и горячего водоснабжения (ГВС) современных зданий.
Claims (2)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Солнечная централизованная отопительная система на основе тепловых аккумуляторов, включающая циркуляционные насосы, теплообменники и клапаны, отличающая тем, что дополнительно содержит сеть солнечных коллекторов, кратковременные аккумуляторы, грунтовый теплонакопитель, дополнительный бойлер для подогрева воды, интеллектуальный блок управления, причем в качестве кратковременных аккумуляторов установлены тепловые аккумуляторы на основе материалов для хранения энергии высокой плотности МХЭ-ВП1 и МХЭ-ВП2, а грунтовый теплонакопитель представляет собой сеть скважинных теплообменников, соединенных между собой последовательно от центра к краям.
- 2. Солнечная централизованная отопительная система по п.1, отличающая тем, что система солнечных коллекторов представляет собой группу параллельно соединенных подгрупп, причем каждая подгруппа - это последовательно соединенные по меньшей мере два солнечных коллектора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800422A EA036357B1 (ru) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Солнечная централизованная отопительная система на основе тепловых аккумуляторов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800422A EA036357B1 (ru) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Солнечная централизованная отопительная система на основе тепловых аккумуляторов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201800422A1 EA201800422A1 (ru) | 2019-12-30 |
| EA036357B1 true EA036357B1 (ru) | 2020-10-29 |
Family
ID=69061852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201800422A EA036357B1 (ru) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Солнечная централизованная отопительная система на основе тепловых аккумуляторов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA036357B1 (ru) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA63454A (en) * | 2003-04-22 | 2004-01-15 | Prydniprovska State Acad Eng | Heating system for dwelling and municipal buildings |
| US20070205298A1 (en) * | 2006-02-13 | 2007-09-06 | The H.L. Turner Group, Inc. | Hybrid heating and/or cooling system |
| CN201122015Y (zh) * | 2007-10-25 | 2008-09-24 | 谭建武 | 多井冷热交换及蓄能装置 |
| RU2350847C1 (ru) * | 2007-09-10 | 2009-03-27 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Система автономного теплоснабжения потребителей с использованием низкопотенциального источника тепла и электроснабжения от возобновляемых источников энергии |
| RU2382281C1 (ru) * | 2008-12-03 | 2010-02-20 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Система автономного теплоснабжения и холодоснабжения зданий и сооружений |
| CN204254930U (zh) * | 2014-11-03 | 2015-04-08 | 余思敏 | 耦合多种可再生能源的城市污水冷热电联供系统 |
| RU2622142C1 (ru) * | 2016-03-21 | 2017-06-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный аграрный университет" ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ Институт агроинженерии | Гелиоэнергетическая установка |
-
2018
- 2018-06-20 EA EA201800422A patent/EA036357B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA63454A (en) * | 2003-04-22 | 2004-01-15 | Prydniprovska State Acad Eng | Heating system for dwelling and municipal buildings |
| US20070205298A1 (en) * | 2006-02-13 | 2007-09-06 | The H.L. Turner Group, Inc. | Hybrid heating and/or cooling system |
| RU2350847C1 (ru) * | 2007-09-10 | 2009-03-27 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Система автономного теплоснабжения потребителей с использованием низкопотенциального источника тепла и электроснабжения от возобновляемых источников энергии |
| CN201122015Y (zh) * | 2007-10-25 | 2008-09-24 | 谭建武 | 多井冷热交换及蓄能装置 |
| RU2382281C1 (ru) * | 2008-12-03 | 2010-02-20 | Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) | Система автономного теплоснабжения и холодоснабжения зданий и сооружений |
| CN204254930U (zh) * | 2014-11-03 | 2015-04-08 | 余思敏 | 耦合多种可再生能源的城市污水冷热电联供系统 |
| RU2622142C1 (ru) * | 2016-03-21 | 2017-06-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный аграрный университет" ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ Институт агроинженерии | Гелиоэнергетическая установка |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201800422A1 (ru) | 2019-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Soni et al. | Hybrid ground coupled heat exchanger systems for space heating/cooling applications: A review | |
| Garg | Advances in Solar Energy Technology: Volume 2: Industrial Applications of Solar Energy | |
| US8733429B2 (en) | Hybrid heating and/or cooling system | |
| US7992631B2 (en) | System and method for seasonal energy storage | |
| CN102550340B (zh) | 一种用于温室供暖的太阳能蓄热供暖装置 | |
| KR20130128661A (ko) | 태양열 및 열원 히트펌프장치와 지역난방 환수열장치의 연계장치 | |
| Kharseh et al. | Sustainable heating and cooling systems for agriculture | |
| KR102362508B1 (ko) | 복합 집열기 적용 하이브리드 히트펌프 시스템의 제어 시스템 | |
| US11329603B2 (en) | Hybrid supplemental solar energy collection and dissipation system with one or more heat pumps | |
| US10024550B2 (en) | Energy efficient thermally dynamic building design and method | |
| Pavlov et al. | Building thermal energy storage-concepts and applications | |
| Bisengimana et al. | The frosting and soil imbalance performance issues of building heat pumps: An overview | |
| Bogdanovičs et al. | Review of heat pumps application potential in cold climate | |
| FI125078B (fi) | Menetelmä ja järjestely matalaenergialähteen käyttämiseksi käyttötilan ilman lämpötilan säätelemiseen | |
| Liu et al. | Development of distributed multiple‐source and multiple‐use heat pump system using renewable energy: Outline of test building and experimental evaluation of cooling and heating performance | |
| Tanaka et al. | Feasibility study of a district energy system with seasonal water thermal storage | |
| Palz et al. | Solar Houses in Europe: How They Have Worked | |
| CN103234232A (zh) | 一种太阳能驱动的热管式建筑热水及采暖装置 | |
| CN103148636A (zh) | 空气能太阳能蓄热式热泵系统 | |
| WO2015094102A1 (en) | Construction comprising a building structure and a ground-based heat storage | |
| EA036357B1 (ru) | Солнечная централизованная отопительная система на основе тепловых аккумуляторов | |
| CN202281302U (zh) | 自控热风式太阳能地板蓄热系统 | |
| KR101179659B1 (ko) | 지열 하이브리드 냉난방 시스템 | |
| CN104567095A (zh) | 一种基于沥青路面蓄热的复合地源热泵系统 | |
| KR20190080105A (ko) | 계간 축열을 이용한 분산형 태양열 시스템 및 이를 이용한 계간 축열 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |