LV13712B - Solar energy collector with heat pump - Google Patents

Solar energy collector with heat pump Download PDF

Info

Publication number
LV13712B
LV13712B LV070156A LV070156A LV13712B LV 13712 B LV13712 B LV 13712B LV 070156 A LV070156 A LV 070156A LV 070156 A LV070156 A LV 070156A LV 13712 B LV13712 B LV 13712B
Authority
LV
Latvia
Prior art keywords
thermos
heat
basin
collector
solar energy
Prior art date
Application number
LV070156A
Other languages
Latvian (lv)
Inventor
Imants Ziemelis
Zanis Jesko
Uldis Iljins
Henriks Putans
Original Assignee
Latvijas Lauksaimniecibas Uni
Lauksaimniecibas Tehnikas Zina
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Latvijas Lauksaimniecibas Uni, Lauksaimniecibas Tehnikas Zina filed Critical Latvijas Lauksaimniecibas Uni
Priority to LV070156A priority Critical patent/LV13712B/en
Publication of LV13712B publication Critical patent/LV13712B/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

Landscapes

  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

The invention concerns to the individual solar energy collecting devices, which absorb solar energy and use it for heating water envisaged for domestic and production needs. The looked at solar energy collector device, consisting of the solar energy collector, hot water basin-thermos and pipes, connecting in the shape of a loop the canal of the heat carrier of the collector absorber with the heat exchanger located into the basin-thermos. In order to improve the efficiency parameters of the device, the heat accumulating basin-thermos is provided with a heat pump, the evaporator of which into the bottom zone of the basin-thermos is placed beside the heat exchanger, but the condenser is located at the top of the basin-thermos, i.e. it is placed into a hot water zone. In order to favor the split of the hot water in the basin-thermos into lamina after the gradient of the temperature, both zones are separated by perforated diaphragm.

Description

SAULES ENERĢIJAS KOLEKTORIERĪCE AR SILTUMSŪKNI >SOLAR ENERGY COLLECTOR WITH HEAT PUMP>

(g) Kopsavilkums: Izgudrojums attiecas uz individuālām saules enerģijas kolektorierīcēm, kuras absorbē saules siltumu, ko izmanto ūdens sildīšanai sadzīves un ražošanas vajadzībām. Apskatīta saules enerģijas kolektorierīce, kura sastāv no saules enerģijas kolektora, siltumu akumulējošās tvertnes-termosa un caurulēm, kuras cilpas veidā savieno kolektora absorbera siltumnesēja kanālu ar tvertnē-termosā esošo siltummaini. Lai uzlabotu ierīces enerģētiskos rādītājus, tās siltumu akumulējošā tvertne-termoss aprīkota ar siltumsūkni, kura iztvaicētājs novietots tvertnes-termosa apakšējā zonā blakus tur esošam siltummainim, bet kondensators novietots tvertnes-termosa augšā, t.i., siltā ūdens noņemšanas zonā. Lai veicinātu tvertnētermosā esošā ūdens noslāņošanos pēc temperatūras gradienta, abas zonas atdalītas ar perforētu diafragmu.(g) Summary: The invention relates to individual solar energy collectors that absorb solar heat used to heat water for domestic and industrial purposes. A solar collector device consisting of a solar collector, a heat storage tank-thermos and tubes that loops the collector's absorber heat carrier channel to the heat exchanger in the tank is considered. To improve the energy performance of the device, its heat accumulating tank-thermos is equipped with a heat pump located in the lower area of the tank-thermos adjacent to a heat exchanger there, and a condenser located at the top of the tank-thermos, i.e. a hot water drainage area. In order to facilitate the stratification of the water in the tank heat by a temperature gradient, the two zones are separated by a perforated diaphragm.

Saules enerģijas kolektc-rierice ar siltumsukniSolar energy collector with heat pump

Izgudrojuma aprakstsDescription of the Invention

Piedāvātais izgudrojums attiecas uz individuālām saules enerģijas kolektoru ierīcēm, kuras absorbē saules siltumu, ko izmanto ūdens sildīšanai sadzīves un ražošanas vajadzībām. Tādas ierīces plaši apskatītas [Berlit Davin, Vārme i smāhus, Solvārmesystem for smāhus. Konsumentverket, 1998, 8: e reviderade upplagen (tulkojums no zviedru vai., Apkure privātmājās); (Felix A. Peuser, Karl-Heinz Remmers, Martin Schnauss. Solar Thermal Systems. Solarpraxis. Berlin, 2002, p.364)] un to klasiskais variants parādīts Fig.1.The present invention relates to individual solar collector devices that absorb solar heat used to heat water for domestic and industrial purposes. Such devices are extensively reviewed [Berlit Davin, Vārme i smāhus, Solvārmesystem for smāhus. Konsumentverket, 1998, 8: e reviderade upplagen (translation from Swedish or., Heating in private homes); (Felix A. Peuser, Karl-Heinz Remmers, Martin Schnauss. Solar Thermal Systems. Solarpraxis. Berlin, 2002, p.364)] and their classical variant is shown in Fig.1.

Ierīce sastāv no saules kolektora 1, siltumu akumulējošās tvertnes-termosa 7; saules kolektora kontūra (cilpas) - kolektora absorbers 2, atgaisošanas vārsts 6, siltuma apmainītājs (glodene) 13, vienvirziena plūsmas vārsts 12, uzpildīšanas vārsts 4, cirkulācijas sūknis 5 un izplēšanās trauks 3; siltā ūdens noņemšanas kontūra - ūdens sajaukšanas vārsts 14; siltā ūdens patērētājs 15 un aukstā ūdens padeves vārsts 17; automātiskās vadības sistēmas - automātiskās vadības bloks (VB) un temperatūras sensori TS1 un TS2.The device consists of a solar collector 1, a heat storage tank-thermos 7; solar collector loop (loops) - collector absorber 2, venting valve 6, heat exchanger (glodene) 13, one-way flow valve 12, filling valve 4, circulation pump 5 and expansion vessel 3; hot water removal circuit - water mixing valve 14; a hot water consumer 15 and a cold water supply valve 17; automatic control systems - automatic control unit (VB) and temperature sensors TS1 and TS2.

Lai ierīci darbinātu, tās kolektora kontūrā iepilda siltumu nesošo, nesasalstošu šķidrumu (antifrīzu - videi mazāk kaitīgu, parasti propilēnglikolu). Kad saules stari sasilda kolektora absorberī un tur esošā šķidruma temperatūra, kuru reģistrē TS 1, kļūst lielāka par tvertnē-termosā ar TS2 reģistrēto temperatūru, vadības bloks ieslēdz cirkulācijas sūkni, kurš pa kolektora kontūru pārvietojot siltumu nesošo šķidrumu nogādā absorberī iegūto siltumu tvertnē-termosā. Kad tvertnes-termosa zonā, kur atrodas kolektora kontūra glodene, temperatūra kļūst lielāka par temperatūru absorbera augšdaļā, vadības bloks izslēdz cirkulācijas sūkni, bet kolektora kontūrā esošais vienvirziena plūsmas vārsts neļauj siltumu nesošam šķidrumam cirkulēt pretējā virzienā un pārvietot siltumu no tvertnes-termosa uz absorberī. Lai no tvertnes-termosa izlaistu silto ūdeni, ir jāatver aukstā ūdens padeves vārsts un protams, lai neapplaucētos, jau iepriekš, uz vajadzīgo temperatūru jāieregulē ūdens sajaukšanas vārsts.To operate the device, they fill the manifold circuit with a heat-resistant, non-freezing fluid (antifreeze, which is less harmful to the environment, usually propylene glycol). When the solar rays warm up in the collector absorber and the liquid there temperature, which is recorded by TS 1, becomes higher than the temperature recorded in the tank thermos with TS2, the control unit switches on a circulating pump to transfer heat from the collector circuit to the tank thermos. When the temperature in the tank-thermos area where the collector circuit glow is located is higher than the temperature at the top of the absorber, the control unit shuts off the circulation pump, but the one-way flow valve in the collector circuit prevents heat transfer fluid from circulating and transferring heat from To release hot water from the tank thermos, the cold water supply valve must be opened and, of course, the mixing valve must be set to the required temperature to prevent scalding.

Apskatītai saules kolektora ierīcei (skat. minēto literatūru) ir šādas raksturīgas īpašības, nepilnības un trūkumi.The solar collector device reviewed (see literature cited) has the following characteristics, imperfections, and disadvantages.

1. Ierīces lietderības koeficienta skaitliskā vērtība atkarīga no temperatūru starpības (Tav-Tg);: kur Tav - absorberā cirkulējošā siltumnesēja vidējā temperatūra, bet Tg - apkārtējā gaisa temperatūra. Jo lielāka šo temperatūru starpība, jo mazāks ir ierīces lietderības koeficients. īpaši tas izteikts kolektoriem ar atklātu absorberī (bez stikla), bet vājāk - kolektoriem (dārgiem), kuriem absorbera un stikla virsmām ir selektīvais pārklājums, kas samazina kolektora siltuma zudumus. Ja Tg > Tav, tad lietderības koeficienta skaitliskā vērtība var būt lielāka par 1, jo ierīces absorbers uzņems gan saules staru, gan apkārtējā gaisa siltumu.1. The numerical value of the device efficiency coefficient depends on the temperature difference (T av -T g ) ; : where T av is the average temperature of the heat carrier circulating in the absorber and T g is the ambient temperature. The larger the difference in temperature, the lower the efficiency of the device. this is particularly true for collectors with open absorbers (without glass), but less so for collectors (expensive), which have a selective coating on the absorber and glass surfaces to reduce collector heat loss. If T g > T av , then the numerical value of the efficiency can be greater than 1, since the absorber of the device will absorb both the sun and the heat of the ambient air.

2. Saules enerģijas kolektora ierīces lietderības koeficients atkarīgs no saules starojuma intensitātes (jaudas). Jo mazāka ir starojuma intensitāte, jo mazāks lietderības koeficients. Tāpēc laikā ar nelielu saules starojuma intensitāti (rīta stundās, mākoņainā laikā) ierīce saražo tikai daļu no vajadzīgās (iespējamās) siltuma enerģijas.2. The efficiency of a solar collector device depends on the intensity (power) of the solar radiation. The lower the radiation intensity, the lower the efficiency. Therefore, at low sunlight (morning hours, overcast), the device produces only a fraction of the required (potential) heat energy.

3. Lai patērētāju regulāri apgādātu ar silto ūdeni, saules enerģijas ierīcē jāizmanto papildus enerģijas avots, piemēram, elektriskais ūdens sildītājs 9 (Fig.1), kas novietots tvertnes-termosa augšdaļā, vai elektriskais sildītājs 9, kurš ievietots atsevišķā, mazākā tvertnē-termosā, kā tas parādīts Fig.3. Papildus enerģijas avota nepieciešamībai par iemeslu ir saules enerģijas plūsmas neregulārais raksturs, par ko liecina, piemēram (skat. Fig.2), saules starojuma enerģijas histogramma, kas reģistrēta Ulbrokā, 2006.3. To provide the consumer with hot water on a regular basis, an additional energy source, such as an electric water heater 9 (Fig.1) located at the top of the tank-thermos or an electric heater 9 placed in a separate, smaller tank-thermos must be used , as shown in Fig.3. In addition to the need for a power source, this is due to the irregular nature of the solar energy flux, as evidenced, for example, by the solar energy histogram recorded in Ulbrok, 2006 (see Figure 2).

gada augusta. Ka redzam, dienas laika saņemtais enerģijas daudzums svārstās no 0,6 kWh/nr 31. augustā, līdz 7,4 kWh/m 6. augustā. Samērā labvēlīgi saules enerģijas izmantošanas apstākļi bija līdz 13. datumam, bet ievērojami sliktāki pēc tam.August. As we can see, the amount of energy received during the day ranges from 0.6 kWh / m on August 31 to 7.4 kWh / m on 6 August. Solar power was relatively favorable until the 13th, but significantly worse thereafter.

4. Pilnīgi saulainas dienas laikā saules enerģijas kolektori (patenti LV 13371; LV 13516; LV 13549; LV 13550) sasilda ūdeni līdz maksimālai temperatūrai (60-70 °C un vairāk) parasti dienas pirmajā pusē. Kad saulei ejot uz vakara pusi tās siltuma starojuma intensitāte samazinās, kolektors tiek automātiski atslēgts no siltā ūdens tvertnes, lai nedzesētu jau sasildīto ūdeni (Felix A. Peuser, Karl-Heinz Remmers, Martin Schnauss. Solar Thermal Systems. Solarpraxis. Berlin, 2002, p.364). Līdz ar to kolektors tālāk netiek izmantots, lai gan saules starojuma enerģijas vēl ir pietiekoši daudz, lai ierīce sildītu ūdeni ar zemāku temperatūru.4. During a completely sunny day, solar collectors (Patents LV 13371; LV 13516; LV 13549; LV 13550) heat water to a maximum temperature (60-70 ° C and above) usually in the first half of the day. When the sun's radiation intensity decreases as the sun rises, the collector is automatically shut off from the hot water tank to prevent cooling of already heated water (Felix A. Peuser, Karl-Heinz Remmers, Martin Schnauss. Solar Thermal Systems. Solarpraxis. Berlin, 2002). p.364). As a result, the collector is no longer used, although solar radiation is still sufficient to heat the water at lower temperatures.

Piedāvātā izgudrojuma mērķis ir palielināt saules enerģijas kolektora ierīces lietderības koeficientu, samazinot tā atkarību no: ierīces kolektora kontūrā cirkulējošā siltumnesēja un apkārtējā gaisa temperatūru starpības (Tav-Tg), kā arī no saules starojuma intensitātes. Tādējādi izgudrojuma mērķis ir uzlabot saules enerģijas kolektora ierīces enerģētiskos rādītājus.The object of the present invention is to increase the efficiency of a solar collector device by reducing its dependence on: the difference between the temperature of the heat carrier circulating in the collector circuit and the ambient air temperature (T av -T g ) and the intensity of solar radiation. Thus, the object of the invention is to improve the energy performance of a solar collector device.

Piedāvātā izgudrojuma mērķis tiek sasniegts, intensīvi novadot siltumu no tvertnestermosa apakšējās zonas, kurā atrodas kolektora kontūra siltuma apmainītājs (glodene) uz tvertnes-termosa augšējo zonu, no kuras tiek noņemts siltais ūdens, kā arī, atdalot abas zonas ar perforētu diafragmu, lai veicinātu tvertnē-termosā esošā ūdens noslāņošanos pēc temperatūras gradienta.The object of the present invention is achieved by intensively transferring heat from the lower region of the tank thermos, which contains the collector circuit heat exchanger (glodene) to the upper area of the tank-thermos from which the hot water is removed, and by separating the two zones with a perforated diaphragm - stratification of the water in the thermo by temperature gradient.

Tehniski izvirzītais mērķis tiek sasniegts (skat. Fig.4), aprīkojot ierīces siltumu akumulējošo tvertni-termosu ar siltuma sūkni, kura iztvaikotājs 11 novietots tvertnes apakšā, blakus siltuma apmainītajam (glodenei), bet kondensators 9 novietots tvertnes augšējā, siltā ūdens noņemšanas zonā. Siltuma sūkņa iztvaikotāja un kondensatora zonas atdalītas ar perforētu diafragmu 10.The technically stated objective is achieved (see Fig. 4) by equipping the heat storage tank-thermos of the device with a heat pump having an evaporator 11 located at the bottom of the tank adjacent to the heat exchanger and a condenser 9 located at the top of the tank. The evaporator and condenser areas of the heat pump are separated by a perforated diaphragm 10.

Ierīcei darbojoties kolektora absorbers uzņem saules siltumu, kuru siltumnesējs novada uz glodeni. Glodene sasilda tai apkārt esošo ūdeni, kuru savukārt dzesē siltuma sūkņa iztvaikotājs, neļaujot palielināties ūdens, glodenes un siltumnesēja temperatūrai. Līdz ar to ierīce var darboties ar augstu lietderības koeficientu, jo pateicoties zemai siltumnesēja temperatūrai, samazinās siltuma zudumi pašā kolektorā un visā siltumnesēja kontūrā. Siltuma sūkņa darbības laikā siltumnesēja tvaikiem kondensējoties, kondensatorā izdalās siltums, kas sasilda tvertnes-termosa augšdaļā esošo ūdeni.As the unit operates, the collector absorber absorbs solar heat, which is transferred to the glow by the heat carrier. Glodene warms the surrounding water, which in turn is cooled by a heat pump evaporator, preventing the temperature of the water, the glow and the heat carrier from rising. As a result, the unit can operate at a high efficiency, as low heat carrier temperatures reduce heat loss in the collector itself and in the entire heat carrier circuit. During the operation of the heat pump, when the heat carrier vapor condenses, the condenser releases heat which heats the water at the top of the tank-thermos.

Darbojoties siltuma sūknis patērē elektrisko enerģiju. Siltuma sūkņa darbības efektivitātes raksturošanai izmanto pārveidošanas koeficientu, kura skaitliskā vērtība nosaka iegūtās un patērētās enerģijas attiecību. Līdzīgās sistēmās tā parasti ir 3 - 5.The heat pump consumes electrical energy when operating. The heat pump's operating efficiency is characterized by a conversion factor whose numerical value determines the ratio of energy received to consumption. In similar systems, it is usually 3-5.

Kā svarīgs fakts jāatzīmē tas, ka, ja siltumnesēja temperatūru uztur apkārtējā gaisa temperatūras līmenī, tad vienkāršais (lētais) kolektors ar atklātu absorberi, enerģētisko rādītāju ziņā, var būt līdzvērtīgs (dārgam) selektīvam kolektoram.An important fact to note is that if the temperature of the heat carrier is maintained at ambient temperature, a simple (inexpensive) manifold with an open absorber may be equivalent to an (expensive) selective manifold in terms of energy performance.

Claims (2)

PretenzijasClaims 1. Saules enerģijas kolektorierīce, sastāvoša no saules enerģijas kolektora, siltumu akumulējošās tvertnes-termosa un caurulēm, kuras cilpas veidā savieno kolektora absorbera siltumnesēja kanālu ar tvertnē-termosā esošo siltuma apmainītāju, atšķirīga ar to, ka, ar mērķi uzlabot ierīces enerģētiskos rādītājus, tās siltumu akumulējošā tvertne-termoss aprīkota ar siltuma sūkni, kura iztvaikotājs novietots tvertnes-termosa apakšējā zonā blakus tur esošam siltuma apmainītājam, bet kondensators novietots tvertnes-termosa augšā, t.i., siltā ūdens noņemšanas zonā.1. A solar collector device comprising a solar collector, a heat-accumulator tank and a tube that loops the collector's absorber heat carrier duct to a heat-exchanger in the tank-thermocouple, wherein, in order to improve the energy performance of the device, the heat storage tank-thermos is equipped with a heat pump whose evaporator is located in the lower area of the tank-thermos next to a heat exchanger there, while the condenser is located at the top of the tank-thermos, ie the hot water removal area. 2. Ierīce pēc 1. punkta, kas atšķirīga ar to, ka tvertnes iekšpusē abas zonas atdalītas ar perforētu diafragmu.Device according to claim 1, characterized in that the two zones are separated by a perforated diaphragm inside the container.
LV070156A 2007-12-21 2007-12-21 Solar energy collector with heat pump LV13712B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LV070156A LV13712B (en) 2007-12-21 2007-12-21 Solar energy collector with heat pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LV070156A LV13712B (en) 2007-12-21 2007-12-21 Solar energy collector with heat pump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
LV13712B true LV13712B (en) 2008-07-20

Family

ID=40775001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LV070156A LV13712B (en) 2007-12-21 2007-12-21 Solar energy collector with heat pump

Country Status (1)

Country Link
LV (1) LV13712B (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2009313036B2 (en) A solar water heater
KR100983887B1 (en) A water heating apparatus unified with solar heat collector using vaccum pipe
KR101745902B1 (en) Hybrid heat pump system by using complex use of air heat and solar thermal
KR102362508B1 (en) Control system for a solar assisted heat pump system with hybrid solar collectors
CN1847744B (en) Out-of-season solar energy utilizing technology for heat accumulation to warm and cold accumulation to cool
CN110966801B (en) Heat accumulating type direct expansion photovoltaic-solar heat pump electric heat combined supply system and method
CN103453679A (en) Household wall-mounted flat solar heat-pump water heater and control method thereof
CN208222868U (en) Dual temperature area storing energy and supplying hot type solar water heating system
US10072851B1 (en) Building-integrated solar energy system
RU2652490C2 (en) Temperature management system
CN202382434U (en) Split pressure-bearing type solar water heater
JP6155069B2 (en) Solar water heating system
CN103912999B (en) A kind of phase-change thermal storage solar water heater with new radiator structure
CN101936619A (en) Solar heat pump system and device thereof
CN203454431U (en) Household wall-hung flat plate solar thermal pump water heater
CN102003828A (en) Radiation refrigeration method and device
CN201615652U (en) Three-functional air-conditioning device with solar water-cooled heat pump
CN110332597A (en) Passive type solar energy twin-stage phase-change thermal storage heating installation
WO2009013578A2 (en) Solar panel for fluid heating
LV13712B (en) Solar energy collector with heat pump
RU201779U1 (en) Multifunctional solar air collector
KR20100054288A (en) Cooling and heating system of greenhouse using heat pump
CN211695472U (en) Solar water heating system with phase change energy storage function
CN106613537A (en) Solar-driven sunlight greenhouse automatic temperature-adjusting drip irrigation system
KR101801896B1 (en) Over-temperature protection apparatus of syphone(passive) type solar water heater