RU119861U1

RU119861U1 - HELIO INSTALLATION FOR HEATING SUPPLY

Info

Publication number: RU119861U1
Application number: RU2011136597/06U
Authority: RU
Inventors: Сергей Васильевич Ушаков
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2012-08-27

Abstract

Гелиоустановка, содержащая трубопроводы холодной и горячей воды, бак-аккумулятор, наружная поверхность которого для предотвращения теплопотерь покрыта теплоизоляцией, отличающаяся тем, что часть тепловой изоляции бака-аккумулятора выполнена из нескольких слоев прозрачного материала (стекло, полимерная пленка и т.д.), располагающихся на расстоянии друг от друга и от стенки бака-аккумулятора, которая используется для нагрева воды в баке-аккумуляторе и крепится к стенке бака-аккумулятора. A solar plant containing pipelines of cold and hot water, a storage tank, the outer surface of which is covered with thermal insulation to prevent heat loss, characterized in that part of the thermal insulation of the storage tank is made of several layers of transparent material (glass, polymer film, etc.), located at a distance from each other and from the wall of the storage tank, which is used to heat water in the storage tank and is attached to the wall of the storage tank.

Description

Предлагаемая гелиоустановка относится к области солнечной энергетики (гелиогелиотехнике) и предназначена для преобразования солнечной энергии в тепло, может быть использована в системах горячего водоснабжения и отопления объектов различного назначения.The proposed solar installation belongs to the field of solar energy (solar heating) and is designed to convert solar energy into heat, can be used in hot water supply and heating systems for various purposes.

Известны гелиоустановки для получения тепловой энергии и использования в системах горячего водоснабжения, отопления и т.д.:Solar systems are known for generating thermal energy and for use in hot water supply, heating systems, etc .:

1. Казаченко С.В., Кибовский С.А., к.т.н.,1. Kazachenko S.V., Kibovsky S.A., Ph.D.,

Мазинов А.С., к.т.н, Николаев Е.В., д. с-х.н., профессор, Слепокуров А.С. (составитель), Стоянов В.У., д.т.н., профессор Информационно-справочное издание… Солнечная энергетика в Крыму. М. PDF. Киев-Симферополь. 2008. http://www.twirpx.com/file/186689/.Mazinov A.S., Ph.D., Nikolaev E.V., Doctor of Agricultural Sciences, Professor, Slepokurov A.S. (compiled), V.U. Stoyanov, Doctor of Technical Sciences, professor Reference and reference publication ... Solar energy in Crimea. M. PDF. Kiev-Simferopol. 2008. http://www.twirpx.com/file/186689/.

В книге проанализировано состояние и тенденции развития солнечной энергетики в мире и Украине. Приведен практический опыт и экспериментальные данные по использованию солнечной энергии в жилищном и коммунальном хозяйстве, строительстве, сельском хозяйстве и других сферах деятельности человека. Даны рекомендации по использованию солнечной энергии для работников органов власти, руководителей предприятий и организаций, населения.The book analyzes the state and development trends of solar energy in the world and Ukraine. Practical experience and experimental data on the use of solar energy in housing and communal services, construction, agriculture and other areas of human activity are presented. Recommendations on the use of solar energy for employees of government bodies, heads of enterprises and organizations, and the population are given.

2. 2-я Международная конференция «Возобновляемая энергетика: Проблемы и перспективы» - Махачкала - 2010. Секция 3: «Комбинированные энергетические технологии, сочетающие геотермальную энергию и другие ВИЭ».2. 2nd International Conference “Renewable Energy: Problems and Prospects” - Makhachkala - 2010. Section 3: “Combined energy technologies combining geothermal energy and other renewable energy sources”.

3. Мак-Вейк Д. Применение солнечной энергии. Энергоиздат. 1981. 216 с.3. Mac Wake D. Application of solar energy. Power Publishing. 1981. 216 p.

Книга посвящена проблеме преобразования солнечной энергии в тепловую. Рассмотрены различные конструкции солнечных коллекторов, даны основные расчетные соотношения. Приведены схемы солнечного отопления и кондиционирования, примеры их реализации, а также эксплуатационные показатели ряда конкретных солнечных домов. Кратко рассмотрены другие аспекты использования солнечной энергии, например получение холода, пресной воды и т.д.The book is devoted to the problem of converting solar energy into heat. Various designs of solar collectors are considered, the basic design relationships are given. The schemes of solar heating and air conditioning, examples of their implementation, as well as operational indicators of a number of specific solar houses are given. Other aspects of using solar energy are briefly reviewed, such as getting cold, fresh water, etc.

4. Смонтированные установки.4. Mounted installation.

(http://solarcompany.com.ua/Smontirovannye_ustanovki.html(http://solarcompany.com.ua/Smontirovannye_ustanovki.html

5. Патент на полезную модель. Водонагревательная гелиоустановка. RU №87502, F24J 2/34.5. Patent for utility model. Solar water heating system. RU No. 87502, F24J 2/34.

6. Патент на изобретение. Водонагревательная гелиоустановка. RU №2109226, F24J 2/34.6. Patent for an invention. Solar water heating system. RU No. 2109226, F24J 2/34.

Гелиоустановки с естественной циркуляцией теплоносителя, как правило, состоят из гелиоколлектора, в котором осуществляется нагрев воды от солнечной энергии, расходного бака холодной воды с регулятором уровня, бака-аккумулятора нагретой воды и регулирующей арматуры. В гелиоустановках с принудительной циркуляцией в систему включаются насосы и вентиляторы.Solar plants with natural coolant circulation, as a rule, consist of a solar collector in which water is heated from solar energy, a cold water supply tank with a level regulator, a heated water storage tank and control valves. In solar systems with forced circulation, pumps and fans are included in the system.

Для обеспечения потребителей теплоносителем нужных параметров, в холодное время года и в условиях отсутствия (ночью) или недостатка (пасмурно) солнечной энергии, в систему включаются устройства для подогрева воды от постороннего источника энергии (электрический, газ, жидкое или твердое топливо).To provide consumers with the necessary heat carrier in the cold season and when there is no (night) or insufficient (cloudy) solar energy, the system includes devices for heating water from an external energy source (electric, gas, liquid or solid fuel).

Для снижения теплопотерь гелиоколлектор, трубопроводы и бак-аккумулятор покрываются снаружи теплоизоляционным слоем.To reduce heat loss, the solar collector, pipelines and storage tank are covered with an insulating layer from the outside.

Недостатком рассмотренных установок, сдерживающих рост рынка использования солнечной энергии, является:The disadvantage of the considered installations restraining the growth of the market for the use of solar energy is:

1. Цена на гелиосистемы высокая и весьма дорогим элементом является гелиоколлектор.1. The price of solar systems is high and a solar collector is a very expensive element.

2. Длительный период окупаемости оборудования-до 10 лет.2. The long payback period of equipment is up to 10 years.

3. При использовании гелиоустановки для горячего водоснабжения отдельных зданий, все оборудование, за исключением гелиоколлектора, который устанавливается на кровле, размещается, как правило, в помещениях здания, занимая полезную площадь здания.3. When using a solar installation for hot water supply of individual buildings, all equipment, with the exception of the solar collector, which is installed on the roof, is usually located in the premises of the building, occupying the useful area of the building.

4. В холодное время года, гелиоколлектор из-за малого объема содержащейся в нем воды, подвержен риску замерзания. Для предупреждения этой опасности применяют двухконтурные схемы гелиосистем с заполнением гелиоколлектора незамерзающей жидкостью, что ведет к усложнению и удорожанию системы.4. In the cold season, the solar collector, due to the small volume of water contained in it, is at risk of freezing. To prevent this danger, dual-circuit solar systems are used with the solar collector filling with non-freezing liquid, which leads to a complication and cost of the system.

5. В одноконтурных системах гелиоколлектор склонен к отложению солей жесткости в его каналах, имеющих малое сечение, что резко снижает эффективность его работы, выводит из строя и требует полной замены гелиоколлектора.5. In single-circuit systems, the solar collector is prone to the deposition of stiffness salts in its channels, which have a small cross section, which dramatically reduces its efficiency, incapacitates and requires a complete replacement of the solar collector.

6. Устройство кожуха (Патент на полезную модель. Водонагревательная гелиоустановка. RU №87502, F24J 2/34.) или термальной камеры (Патент на изобретение. Водонагревательная гелиоустановка. RU №2109226, F24J 2/34.) из прозрачного материала, внутри которого размещается бак-аккумулятор, усложняет конструкцию установки, увеличивает ее габариты, усложняет обслуживание бака - аккумулятора. Как кожух, так и термальная камера являются самостоятельными и дополнительными устройствами системы, и не связаны с конструкцией бака - аккумулятора.6. The casing (Patent for utility model. Solar heating. RU No. 87502, F24J 2/34.) Or thermal chamber (Patent for invention. Solar heating. RU No. 2109226, F24J 2/34.) From a transparent material, inside of which the storage tank is placed, complicates the design of the installation, increases its dimensions, complicates the maintenance of the tank - battery. Both the casing and the thermal chamber are independent and additional devices of the system, and are not related to the design of the tank - the battery.

Задачей, решаемой полезной моделью, является устранение указанных недостатков, упрощение схемы установки, повышение надежности в работе и удобства обслуживания.The problem solved by the utility model is the elimination of these shortcomings, simplification of the installation scheme, improving the reliability and ease of maintenance.

Предлагаемая гелиоустановка, содержащая трубопроводы холодной и горячей воды, бак-аккумулятор, наружная поверхность которого для предотвращения теплопотерь покрыта теплоизоляцией, при этом поставленная задача достигается тем, что часть теплоизоляции бака -аккумулятора выполнена из нескольких слоев прозрачного материала (стекло, полимерная пленка и т.д.), располагающихся на расстоянии друг от друга и от стенки бака-аккумулятора, которая используется для нагрева воды в баке-аккумуляторе, и крепится к стенке бака-аккумулятора. Эта прозрачная часть теплоизоляции пропускает коротковолновое инфракрасное излучение солнечного спектра к стенке бака-аккумулятора, нагревая стенку и от нее - воду в баке. Стенка бака - аккумулятора, обращенная к солнцу, имеет покрытие черного цвета для лучшего поглощения инфракрасного спектра излучения с целью более интенсивного разогрева стенки, а от нее - пристенного слоя воды, выполняя роль гелиопанели. Таким образом, вода нагревается непосредственно в баке-аккумуляторе. Эта же, прозрачная часть теплоизоляции, не пропускает тепловое (длинноволновое) излучение от стенки бака-аккумулятора в окружающую среду, предотвращая потерю тепла от нагретой воды в баке-аккумуляторе.The proposed solar installation containing pipelines of cold and hot water, a storage tank, the outer surface of which is prevented by heat insulation to prevent heat loss, while the task is achieved in that the thermal insulation part of the storage tank is made of several layers of transparent material (glass, polymer film, etc.). etc.) located at a distance from each other and from the wall of the storage tank, which is used to heat water in the storage tank, and is attached to the wall of the storage tank. This transparent part of the thermal insulation passes the short-wave infrared radiation of the solar spectrum to the wall of the storage tank, heating the wall and from it the water in the tank. The wall of the tank - the battery facing the sun, has a black coating for better absorption of the infrared radiation spectrum in order to more intensively heat the wall, and from it - the near-wall layer of water, acting as a solar panel. Thus, the water is heated directly in the storage tank. The same transparent part of the thermal insulation does not allow thermal (long-wave) radiation from the wall of the storage tank to the environment, preventing heat loss from heated water in the storage tank.

На прилагаемом чертеже изображена принципиальная схема гелиоустановки (Рис.1).The attached drawing shows a schematic diagram of a solar installation (Fig. 1).

Установка состоит из бака-аккумулятора, трубопровода подачи холодной воды 7 в бак - аккумулятор и трубопровода подачи горячей воды 5 к потребителю. При необходимости на трубопроводах холодной и горячей воды могут устанавливаться насосы 6, 4 и другая арматура и оборудование.The installation consists of a storage tank, a cold water supply pipe 7 to the battery tank and a hot water supply pipe 5 to the consumer. If necessary, pumps 6, 4 and other valves and equipment can be installed on pipelines of cold and hot water.

Нагрев воды производится непосредственно в баке - аккумуляторе. Стенки бака - аккумулятора, изготовленные из материала с высокой теплопроводностью (как правило из металла), покрываются снаружи теплоизоляцией для уменьшения теплопотерь в окружающую среду. В предлагаемой установке часть поверхности покрывается традиционно теплоизоляционными материалами 3 (минераловатные маты, пенопласт, пенополиуретан, и т.д.), а часть поверхности, в секторе освещенности солнцем в течение дня, покрывается несколькими слоями прозрачного материала 2(Рис.1а,б). Слои располагаются на расстоянии от стенки бака-аккумулятора и между собой. Величина этих расстояний может быть неодинаковой и подбирается экспериментально. Величина сектора освещенности также определяется в зависимости от местности установки.Water is heated directly in the storage tank. The walls of the tank - the battery, made of a material with high thermal conductivity (usually metal), are covered with thermal insulation from the outside to reduce heat loss to the environment. In the proposed installation, part of the surface is traditionally covered with heat-insulating materials 3 (mineral wool mats, polystyrene foam, polyurethane foam, etc.), and part of the surface, in the sun exposure sector during the day, is covered with several layers of transparent material 2 (Fig. 1a, b) . The layers are located at a distance from the wall of the storage tank and between each other. The magnitude of these distances can be unequal and is selected experimentally. The size of the light sector is also determined depending on the location of the installation.

Наружная поверхность бака - аккумулятора в секторе освещенности покрывается краской или напылением черного цвета для улучшения поглощения лучистой энергии солнца, проходящей через прозрачный материал 2. За счет поглощения лучистой энергии, стенка бака-аккумулятора 1 в секторе освещенности разогревается и передает тепло пристенным слоям воды внутри бака - аккумулятора. Разогретый пристенный слой воды поднимается вверх, увлекая за собой со дна холодные слои. Таким образом происходит циркуляция воды в баке, ее интенсивный прогрев и расслоение - более нагретые слои воды поднимаются кверху, а более холодные располагаются ближе к днищу.The outer surface of the battery tank in the lighting sector is coated with black paint or spraying to improve the absorption of the radiant energy of the sun passing through the transparent material 2. By absorbing the radiant energy, the wall of the battery tank 1 in the light sector is heated and transfers heat to the wall layers of water inside the tank - battery. The warmed wall layer of water rises up, dragging cold layers from the bottom. Thus, the water circulates in the tank, its intense heating and separation - the warmer layers of water rise up, and the colder ones are closer to the bottom.

Для увеличения разности температур горячего и холодного слоев, что увеличивает эффективность работы гелиоустановки, внутри бака -аккумулятора могут устанавливаться горизонтальные перегородки, а также высота бака - аккумулятора должна равняться 2-5 его диаметрам и более.To increase the temperature difference between the hot and cold layers, which increases the efficiency of the solar installation, horizontal partitions can be installed inside the battery tank, as well as the height of the battery tank must be 2-5 diameters or more.

Внутри бака - аккумулятора и на его внутренней поверхности, для интенсификации прогрева воды, могут устанавливаться различные устройства для создания определенного движения воды (направляющие ребра и каналы, турбулизаторы и т.д.). Гелиоустановка может включать в себя устройства, обеспечивающие регулировку уровня воды в баке -аккумуляторе, осуществляющие догрев воды, предварительно нагретой от солнца, за счет электронагревателей или за счет использования тепла от сжигания газа, жидкого или твердого топлива в котлах.Inside the tank - the battery and on its inner surface, to intensify the heating of water, various devices can be installed to create a certain movement of water (guiding ribs and channels, turbulators, etc.). Solar installation may include devices that provide for adjusting the water level in the storage tank, heating water preheated from the sun, by using electric heaters or by using heat from burning gas, liquid or solid fuel in boilers.

При использовании данных гелиоустановок для обеспечения нагретым теплоносителем индивидуальных жилых домов, они должны устанавливаться, как правило, на кровле здания в зоне максимального освещения солнцем. При этом отпадает необходимость в установке насосов. Холодная вода подается в бак-аккумулятор под давлением в водопроводной сети, как правило этого достаточно при относительно небольшой высоте индивидуальных жилых домов. Подача горячей воды к точкам разбора производится за счет гидростатического давления.When using these solar systems to provide individual houses with heated coolant, they should be installed, as a rule, on the roof of the building in the zone of maximum sun exposure. This eliminates the need to install pumps. Cold water is supplied to the storage tank under pressure in the water supply network, as a rule this is enough with the relatively low height of individual residential buildings. Hot water is supplied to the parsing points due to hydrostatic pressure.

Таким образом, одноконтурная гелиоустановка включает в себя только бак-аккумулятор и трубопроводы с запорнорегулирующей арматурой, размещенной на кровле здания, не занимая никакой полезной площади в доме.Thus, a single-circuit solar installation includes only a storage tank and pipelines with shut-off valves located on the roof of the building, without occupying any useful area in the house.

При использовании гелиоустановки для обеспечения теплоносителем больших зданий или групп зданий, установки могут размещаться также на кровле зданий или группа установок может размещаться на уровне земли, в освещенном солнцем месте. Горячая вода от наземных установок подается насосами к зданиям. В случае необходимости догрева воды до нужных параметров, достаточно иметь одну установку (теплопункт, бойлерная, миникотельная и т.д.), чтобы догревать воду для всего здания или группы зданий.When using a solar installation to provide coolant to large buildings or groups of buildings, installations can also be located on the roof of buildings or a group of installations can be placed at ground level, in a place lit by the sun. Hot water from ground installations is pumped to buildings. If it is necessary to heat the water to the desired parameters, it is enough to have one installation (heating unit, boiler room, mini boiler room, etc.) to warm the water for the entire building or group of buildings.

При эксплуатации предлагаемой гелиоустановки в зимнее время, за счет относительно большой массы воды в баке-аккумуляторе, утепленным слоем теплоизоляции 3 и не менее чем 2-х слойным прозрачным покрытием 2, а также за счет установки внутри бака-аккумулятора устройств для догрева воды (электронагреватели и т.д.) снижается риск замораживания воды в установке.When operating the proposed solar installation in winter, due to the relatively large mass of water in the storage tank, an insulated layer of thermal insulation 3 and at least 2-layer transparent coating 2, as well as due to the installation of devices for heating water inside the storage tank (electric heaters etc.) the risk of freezing water in the installation is reduced.

Эффективность предлагаемой установки состоит в том, что за счет замены части традиционной тепловой изоляции бака-аккумулятора на несколько слоев прозрачного материала, дает возможность:The effectiveness of the proposed installation is that by replacing part of the traditional thermal insulation of the storage tank with several layers of transparent material, it makes it possible to:

1. Использовать эту часть поверхности в качестве гелиопанели для нагрева воды непосредственно в самом баке. При этом из системы исключается гелиоколлектор, что снижает стоимость установки и делает схему проще.1. Use this part of the surface as a solar panel to heat water directly in the tank itself. At the same time, the solar collector is excluded from the system, which reduces the installation cost and makes the circuit simpler.

2. Снижение стоимости и упрощение схемы приводит к уменьшению срока окупаемости установки.2. Cost reduction and simplification of the scheme leads to a reduction in the payback period of the installation.

3. Не занимает, для размещения оборудования, полезной площади внутри здания.3. Does not occupy, for equipment placement, the usable area inside the building.

4. Уменьшается риск замерзания воды в баке-аккумуляторе в зимнее время.4. The risk of freezing water in the storage tank during the winter is reduced.

5. Габариты бака-аккумулятора увеличиваются на толщину тепловой изоляции, накладываемой непосредственно на стенку бака, что не влияет на габариты всей установки и не усложняет обслуживание бака-аккумулятора.5. The dimensions of the battery tank increase by the thickness of the thermal insulation applied directly to the tank wall, which does not affect the dimensions of the entire installation and does not complicate the maintenance of the battery tank.

Claims

A solar installation containing pipelines of cold and hot water, a storage tank, the outer surface of which is prevented by heat insulation to prevent heat loss, characterized in that part of the thermal insulation of the storage tank is made of several layers of transparent material (glass, polymer film, etc.), located at a distance from each other and from the wall of the storage tank, which is used to heat water in the storage tank and is attached to the wall of the storage tank.