RU2320891C1 - Autonomous life support system in conditions of low altitudes - Google Patents
Autonomous life support system in conditions of low altitudes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2320891C1 RU2320891C1 RU2006129216/06A RU2006129216A RU2320891C1 RU 2320891 C1 RU2320891 C1 RU 2320891C1 RU 2006129216/06 A RU2006129216/06 A RU 2006129216/06A RU 2006129216 A RU2006129216 A RU 2006129216A RU 2320891 C1 RU2320891 C1 RU 2320891C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- life support
- heat
- electric energy
- autonomous
- accumulator
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Description
Область примененияApplication area
Изобретение откосится к системам жизнеобеспечения, а более точно к системам жизнеобеспечения в условиях низких широт, и может найти применение при освоении пустынных и засушливых земель в регионах с высокой солнечной радиацией.The invention relates to life support systems, and more specifically to life support systems at low latitudes, and may find application in the development of desert and arid lands in regions with high solar radiation.
Предшествующий уровень техникиState of the art
При решении проблем освоения пустынных земель в условиях повышенной солнечной радиации основными проблемами является обеспечение электроэнергией и водой. Поскольку источники энергии, использующие традиционное углеводородное топливо, требуют постоянного снабжения дорогостоящим топливом и загрязняют окружающую среду, в настоящее время особое внимание уделяется использованию в качестве источников энергии так называемой альтернативной или возобновляемой энергии.When solving the problems of developing desert lands in conditions of increased solar radiation, the main problems are the provision of electricity and water. Since energy sources using traditional hydrocarbon fuels require constant supply of expensive fuels and pollute the environment, special attention is currently being paid to the use of so-called alternative or renewable energy as energy sources.
Известны энергосистемы, вырабатываемые установками на экологически чистых возобновляемых источниках энергии (ветра, солнца и т.д.). Однако нестабильность потока энергии в источнике (изменение силы ветра, климатические и сезонные колебания потока световой энергии) создают проблемы обеспечения качества подаваемой потребителю энергии. Для сглаживания колебаний генерируемой мощности, вызванных нестабильностью потока энергии в источнике, и согласования ее с режимом электропотребления, используются аккумуляторы энергии.Known energy systems produced by installations on environmentally friendly renewable energy sources (wind, solar, etc.). However, the instability of the energy flow in the source (changes in wind power, climatic and seasonal fluctuations in the flow of light energy) creates problems of ensuring the quality of energy supplied to the consumer. To smooth out fluctuations in the generated power caused by the instability of the energy flow in the source, and matching it with the power consumption mode, energy accumulators are used.
Известна автономная энергетическая установка на возобновляемом источнике энергии, включающая преобразователь энергии возобновляемого источника в электрическую, электроаккумуляторную батарею, тепловой аккумулятор, электротехническое устройство для перераспределения энергии между электрической аккумуляторной батарей и тепловым аккумулятором (патент РФ №2095913 "Способ работы автономной энергетической установки на возобновляемом источнике энергии"). К признакам, совпадающим с существенными признаками заявляемого изобретения, относятся: преобразователь энергии возобновляемого источника в электрическую, электроаккумуляторная батарея, тепловой аккумулятор.Known autonomous power plant on a renewable energy source, including a converter of renewable energy into an electric, electric battery, heat accumulator, electrical device for redistributing energy between an electric battery and a heat accumulator (RF patent No. 2095913 "Method of operation of an autonomous power plant on a renewable energy source "). Signs that coincide with the essential features of the claimed invention include: a converter of energy from a renewable source into an electric, electroaccumulator battery, a heat accumulator.
Недостатком данной системы является недостаточная эффективность установки, связанная с наличием потерь энергии при двойном ее преобразовании: энергии возобновляемого источника - в электрическую энергию, электрической энергии - в тепловую энергию.The disadvantage of this system is the lack of efficiency of the installation, associated with the presence of energy losses during its double conversion: the energy of a renewable source into electrical energy, electrical energy into thermal energy.
Известно устройство для автономного электро- и теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей, которое содержит работающий на газе термоэлектрогенератор; ветроэлектрический агрегат; электрический аккумулятор; установку для преобразования солнечной энергии в теплоту; аккумулятор теплоты. Ветроэлектрический агрегат соединен через автоматическое переключающее устройство с термоэлектрогенератором и с электрическим аккумулятором, соединенным с потребителем электрической энергии. Солнечная установка соединена с термоэлектрогенератором и аккумулятором теплоты, причем аккумулятор теплоты соединен с потребителем теплоты (патент РФ №2182986 "Способ автономного электроснабжения и теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей и устройство для его осуществления"). К признакам аналога, совпадающим с существенными признаками заявляемого изобретения, относится: ветроэлектрический агрегат, соединенный с потребителем электрической энергии; установка для преобразования солнечной энергии, тепловой аккумулятор; электрический аккумулятор, соединенный с ветроэлектрическим агрегатом и потребителями электроэнергии.A device for autonomous electrical and heat supply of agricultural consumers, which contains a gas-fired thermoelectric generator; wind power unit; electric battery; installation for converting solar energy into heat; heat accumulator. The wind electric unit is connected through an automatic switching device to a thermoelectric generator and to an electric battery connected to a consumer of electric energy. The solar installation is connected to a thermoelectric generator and a heat accumulator, and the heat accumulator is connected to a heat consumer (RF patent No. 2182986 "Method for autonomous power supply and heat supply to agricultural consumers and a device for its implementation"). Signs of an analogue that coincide with the essential features of the claimed invention include: a wind power unit connected to a consumer of electrical energy; installation for converting solar energy, heat accumulator; an electric battery connected to a wind power unit and consumers of electricity.
Такая установка может использоваться в условиях средних широт.Such an installation can be used in mid-latitude conditions.
Однако необходимость использования газа в качестве одного из основных источников энергии делает работу известного устройства зависимым от наличия данного вида топливного ресурса, создает проблемы с его доставкой, хранением и загрязнением окружающей среды. Недостатком устройства является также неэффективное использование анергии, поскольку отсутствует утилизация энергии так называемой "отбросной" теплоты, и неиспользование теплоты окружающей среды и Земли, что снижает его экономичность.However, the need to use gas as one of the main sources of energy makes the operation of the known device dependent on the availability of this type of fuel resource, creates problems with its delivery, storage and environmental pollution. The disadvantage of this device is the inefficient use of energy, because there is no energy recovery of the so-called "waste" heat, and the non-use of heat from the environment and the Earth, which reduces its efficiency.
Известна система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений (патент РФ №2249125). Система включает ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии, связанную с потребителями электрической энергии. С ветрогенераторной установкой и потребителями электрической энергии электрически связан аккумулятор электрической энергии. Система включает также преобразователь солнечной энергии в тепловую (солнечный коллектор) и тепловой аккумулятор, связанные с потребителями тепловой энергии, и дополнительно содержит работающий от ветрогенераторной установки тепловой насос, связанный с потребителями тепловой энергии. Аккумулятор электрической энергии подключен к потребителям электроэнергии через инвертор. Система включает утилизатор теплоты сточных вод и коллектор тепла Земли, и автоматическую систему управления системой автономного энергоснабжения, соединенную через датчики тепловой и электрической нагрузок с исполнительными механизмами. Для преобразования солнечной энергии в тепловую в систему включен блок солнечных коллекторов. Тепловой насос содержит работающий от ветрогенераторной установки компрессор, по меньшей мере, два выносных испарителя, один из которых встроен в теплообменный аппарат, связанный по теплоносителю с коллектором тепла Земли, а другой выносной испаритель встроен в утилизатор теплоты сточных вод, и, по меньшей мере, два выносных конденсатора, один из которых встроен в бак горячей воды, а второй выносной конденсатор встроен в теплообменный аппарат, связанный по теплоносителю с потребителями тепловой энергии.A known system of autonomous electrical and heat supply for residential and industrial premises (RF patent No. 229125). The system includes a wind generator for generating electricity associated with consumers of electric energy. An electric energy accumulator is electrically connected to the wind generator installation and consumers of electric energy. The system also includes a converter of solar energy into heat (solar collector) and a heat accumulator associated with consumers of heat energy, and further comprises a heat pump operating from a wind generator, connected with consumers of heat energy. An electric energy accumulator is connected to consumers of electricity through an inverter. The system includes a waste water heat utilizer and an Earth heat collector, and an automatic control system for an autonomous energy supply system connected via heat and electric load sensors to actuators. For the conversion of solar energy into thermal energy, a block of solar collectors is included in the system. The heat pump comprises a compressor operating from a wind generator, at least two remote evaporators, one of which is integrated in the heat exchanger connected via the heat carrier to the Earth heat collector, and the other remote evaporator is integrated in the waste water heat recovery unit, and at least two remote condensers, one of which is built into the hot water tank, and the second remote condenser is built into the heat exchanger connected via heat carrier to consumers of thermal energy.
Система работает следующим образом. Ветрогенераторная установка вырабатывает электрический ток, являясь основным источником электроэнергии для обеспечения работы системы отопления, горячего и холодного водоснабжения, а также питания бытовых приборов. Бесперебойность питания обеспечивается за счет использования аккумуляторной батареи. Управление системой энергоснабжения осуществляется автоматической системой управления через датчик-регулятор, обеспечивающий контроль состояния аккумуляторных батарей и регулирование электроснабжения системы. В случае разряда аккумуляторных батарей регулятор обеспечивает подачу электроэнергии на подзарядку аккумуляторной батареи. В случае недостатка вырабатываемой энергии (например, при слабом ветре) регулятор обеспечивает подачу в сеть потребителей недостающей энергии от аккумуляторной батареи через инвертор, преобразующий постоянное напряжение аккумуляторной батареи в переменное. Основным источником тепла является установка для преобразования солнечной энергии в тепловую, представляющая собой солнечные коллекторы. Теплоноситель, например, антифриз, нагреваемый в солнечных коллекторах, передает теплоту через теплообменник теплоносителю в тепловом аккумуляторе. Циркуляцию теплоносителя в контуре установки для преобразования солнечной энергии в тепловую осуществляет насос. В зависимости от показаний датчиков температуры наружного воздуха и датчика температуры теплоносителя в тепловом аккумуляторе АСУ выбирает необходимый режим работы насоса и подает соответствующие управляющие сигналы на исполнительные механизмы системы. Избыточное тепло сбрасывается в грунт. Дополнительными источниками тепловой энергии при работающем ветрогенераторе является тепловой насос, осуществляющий также, в случае необходимости, догрев теплоносителя, подаваемого в сеть потребителей тепловой энергии. Для эффективного использования тепловой энергии теплоноситель из обратного коллектора может подаваться на вход системы, что позволяет экономно расходовать тепловую энергию теплового аккумулятора. Работу системы горячего водоснабжения также обеспечивает тепловой насос. Днем при включении теплового насоса источником тепла становится солнечный коллектор, что существенно повышает эффективность процесса приготовления горячей воды. Дополнительным источником тепла при производстве горячей воды является утилизатор тепла сточных вод. До сброса в канализацию сточная вода попадает в утилизатор, где происходит отбор тепла испарителем теплового насоса и его возврат через конденсатор в бак горячей воды. Управление системой энергоснабжения полностью автоматизировано. Автоматическая система управления работает на базе ЭВМ с соответствующим программным обеспечением. На вход системы подаются сигналы от датчиков.The system operates as follows. The wind generator generates electric current, being the main source of electricity to ensure the operation of the heating system, hot and cold water supply, as well as the power of household appliances. Uninterrupted power is ensured by the use of a battery. The power supply system is controlled by an automatic control system through a sensor-regulator, which provides control of the state of the batteries and regulation of the system’s power supply. In the event of a battery discharge, the regulator provides power to recharge the battery. In the event of a lack of generated energy (for example, in light winds), the regulator provides the supply to the consumer network of the missing energy from the battery through an inverter that converts the constant voltage of the battery into alternating. The main source of heat is the installation for converting solar energy into heat, which is a solar collector. A heat carrier, for example, antifreeze, heated in solar collectors, transfers heat through a heat exchanger to a heat carrier in a heat accumulator. The circulation of the coolant in the circuit of the installation for converting solar energy into heat is carried out by the pump. Depending on the readings of the outdoor temperature sensors and the temperature sensor of the coolant in the heat accumulator, the ACS selects the necessary pump operation mode and provides the corresponding control signals to the actuators of the system. Excessive heat is discharged into the ground. Additional sources of thermal energy when the wind generator is operating is a heat pump, which also carries out, if necessary, heating of the coolant supplied to the network of thermal energy consumers. For the efficient use of thermal energy, the coolant from the return manifold can be supplied to the input of the system, which makes it possible to economically use the thermal energy of the heat accumulator. The operation of the hot water system is also provided by the heat pump. During the day when the heat pump is turned on, the solar collector becomes the heat source, which significantly increases the efficiency of the hot water preparation process. An additional source of heat in the production of hot water is a waste water heat recovery unit. Before discharge into the sewer, the waste water enters the heat exchanger, where the heat is removed by the evaporator of the heat pump and returned through the condenser to the hot water tank. Power management is fully automated. The automatic control system is based on a computer with appropriate software. Signals from the sensors are input to the system.
Эта система обеспечивает надежное и экономичное энерго- и теплоснабжение зданий и сооружений при хороших экологических характеристиках.This system provides reliable and economical energy and heat supply to buildings and structures with good environmental performance.
Однако такая установка не является автономной, она предполагает наличие источника пресной воды, или ее регулярную доставку и неэффективна на пустынных засушливых неосвоенных территориях. Кроме того, в условиях жаркого климата потребность в тепловой энергии снижается, но появляется потребность в охлаждении воздуха во внутреннем жилом или рабочем пространстве, что известная описанная выше система не обеспечивает.However, such a plant is not autonomous, it assumes a source of fresh water, or its regular delivery and is ineffective in arid arid undeveloped territories. In addition, in hot climates, the need for thermal energy is reduced, but there is a need for air cooling in the internal living or working space, which the known system described above does not provide.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание системы автономного жизнеобеспечения в пустынных районах мира с жарким климатом.The problem to which the invention is directed, is the creation of an autonomous life support system in the desert regions of the world with a hot climate.
Поставленная задача решается тем, что система автономного жизнеобеспечения (САЖ) жилых и производственных помещений в условиях низких широт содержит систему автономного питания, включающую ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии, связанную с потребителями электрической энергии; автоматическую систему управления (АСУ) САЖ, аккумулятор электрической энергии, связанный с ветрогенераторной установкой и потребителями электрической энергии, преобразователь электрической энергии, накопитель для горячей воды, связанный с потребителями, тепловой насос с выносными конденсаторами и выносными испарителями, циркуляционный насос, датчики температуры воздуха и воды, в соответствии с изобретением система автономного питания дополнительно включает фотоэлектрические панели, электрически связанные с указанным аккумулятором электрической энергии, а САЖ дополнительно содержит систему очистки бытовых стоков, а также снабжена системой климат-контроля, включающей приточный вентилятор, установленный в воздуховоде наружного воздуха, рекуператор для теплообмена между поступающим наружным и удаляемым из помещения воздухом, контур охлаждения подаваемого воздуха, тепловой насос и хладоаккумулятор, при этом выносной испаритель теплового насоса и один теплообменник контура охлаждения размещены внутри хладоаккумулятора, второй теплообменник указанного контура охлаждения размещен внутри воздуховода подаваемого в помещение воздуха; системой водоснабжения, включающей водопровод природной воды, снабженный нагнетательным насосом и нагревателем природной воды, сообщающимся с солнечной опреснительной установкой, подключенный к водопроводу параллельно с солнечной опреснительной установкой электрический дистиллятор, при этом указанная солнечная опреснительная установка и указанный дистиллятор сообщаются с накопителем пресной воды, а нагреватель природной воды выполнен в виде части конденсатора теплового насоса; системой горячего водоснабжения, включающей нагревательный контур с нагревателем, выполненным в виде части конденсатора теплового насоса, сообщающийся с накопителем горячей воды, в свою очередь сообщающимся с накопителем пресной воды через насосную станцию.The problem is solved in that the autonomous life support system (SAG) of residential and industrial premises at low latitudes contains an autonomous power supply system including a wind generator for generating electricity associated with consumers of electric energy; automatic control system (ACS) SAZH, an electric energy accumulator associated with a wind generator and electric energy consumers, an electric energy converter, a hot water storage device connected with consumers, a heat pump with external condensers and external evaporators, a circulation pump, air temperature sensors and water, in accordance with the invention, the autonomous power system further includes photovoltaic panels electrically connected to the specified battery ohm of electric energy, and the SAG additionally contains a system for cleaning domestic wastewater, and is also equipped with a climate control system, including a supply fan installed in the outdoor air duct, a heat exchanger for heat exchange between the incoming and outgoing air, the cooling circuit of the supplied air, heat pump and a cold accumulator, while the remote evaporator of the heat pump and one heat exchanger of the cooling circuit are located inside the cold accumulator, the second heat exchanger of the specified circuit cooling is placed inside the duct supplied to the room air; a water supply system including a natural water supply pipe, equipped with a pressure pump and a natural water heater in communication with the solar desalination plant, an electric distiller connected to the water supply in parallel with the solar desalination plant, while the said solar desalination plant and the specified distiller communicate with the fresh water storage device, and the heater natural water is made as part of a heat pump condenser; a hot water supply system, including a heating circuit with a heater, made in the form of a part of the heat pump condenser, in communication with the hot water storage, in turn communicating with the fresh water storage through the pump station.
Основным источником электроэнергии в предлагаемой САЖ является ветрогенератор, но, поскольку сила ветра является величиной непостоянной, в условиях низких широт при высокой активности солнечного излучения использование фотоэлектрических панелей позволяет повысить мощность энергосети и надежность всей энергосистемы. Наличие системы климат-контроля обеспечивает комфортную температуру в жилых помещениях.The main source of electricity in the proposed SAG is a wind generator, but since the wind force is variable, at low latitudes with high solar activity, the use of photovoltaic panels can increase the power of the grid and the reliability of the entire power system. The presence of a climate control system provides a comfortable temperature in residential premises.
Использование рекуператора в системе климат-контроля позволяет охлаждать входящий наружный воздух, утилизируя холодовую энергию удаляемого из помещения воздуха. Основой системы охлаждения является тепловой насос (абсорбционный холодильник) с выносными испарителем и конденсаторами.The use of a recuperator in the climate control system allows cooling incoming external air, utilizing the cold energy of the air removed from the room. The basis of the cooling system is a heat pump (absorption refrigerator) with a remote evaporator and condensers.
Поскольку испаритель холодильника размещен внутри хладоаккумулятора, а при достаточной мощности в электросети жидкость (обычно вода) в хладоаккумуляторе охлаждается вплоть до замерзания, это позволяет использовать скрытую теплоту фазового перехода (вода-лед).Since the evaporator of the refrigerator is located inside the cold accumulator, and with sufficient power in the mains, the liquid (usually water) in the cold accumulator is cooled until it freezes, this allows the latent heat of the phase transition (water-ice) to be used.
Благодаря выполнению теплового насоса с выносными конденсаторами, последние служат для подогрева пресной и природной воды, одновременно обеспечивая охлаждение конденсаторов и тем самым поддержание рабочего режима работы холодильника. Размещение одного из конденсаторов в воздуховоде удаляемого из помещения воздуха обеспечивает охлаждение выносного конденсатора и тем самым повышает также надежность работы теплового насоса. Использование контура охлаждения с двумя теплообменниками, один из которых размещен в хладоаккумуляторе, а второй в воздуховоде подаваемого в помещение воздуха, позволяет эффективно охлаждать воздух.Due to the implementation of the heat pump with remote condensers, the latter serve to heat fresh and natural water, while simultaneously providing cooling for the condensers and thereby maintaining the operating mode of the refrigerator. Placing one of the condensers in the duct of the air removed from the room provides cooling of the remote condenser and thereby also increases the reliability of the heat pump. The use of a cooling circuit with two heat exchangers, one of which is located in a cold accumulator, and the second in the air duct supplied to the room, allows you to effectively cool the air.
Таким образом, система позволяет эффективно использовать как холодовую, так и тепловую энергию холодильника, а использование в системе климат-контроля хладоаккумулятора позволяет сгладить нерегулярность поступления энергии от возобновляемых источников и обеспечить бесперебойность работы системы кондиционирования.Thus, the system allows you to effectively use both cold and thermal energy of the refrigerator, and the use of a cold accumulator in the climate control system allows you to smooth out the irregularity of energy supply from renewable sources and to ensure uninterrupted operation of the air conditioning system.
Известно, что в пустынных районах с жарким климатом большинство источников воды дают соленую воду, часто непригодную для питья. Благодаря наличию системы водоснабжения в САЖ решается задача снабжения жителей пресной водой. Природная вода, подогретая в нагревателе, представляющем собой часть конденсатора теплового насоса, поступает в солнечную опреснительную установку и/или на электрический дистиллятор, причем оба опреснительных устройства подключены к водопроводу параллельно. Использование обоих устройств обеспечивает экономичность благодаря использованию солнечной энергии и надежность благодаря использованию дополнительного (резервного) электродистиллятора. Опресненная вода поступает в накопитель, связанный с потребителями.It is known that in desert regions with a hot climate, most water sources provide salt water, often unsuitable for drinking. Thanks to the presence of a water supply system in the SAG, the task of supplying residents with fresh water is being solved. Natural water, heated in a heater, which is part of the heat pump condenser, enters the solar desalination plant and / or an electric distiller, both desalination devices being connected in parallel to the water supply. The use of both devices provides efficiency through the use of solar energy and reliability through the use of an additional (backup) electrodistiller. Desalinated water enters the reservoir associated with consumers.
В системе горячего водоснабжения используют пресную воду из накопителя, откуда она с помощью насосной станции подается в емкость для горячей воды, связанную с потребителями. Вода нагревается при прохождении через нагревательный контур, в котором в качестве нагревателя использован конденсатор теплового насоса. При этом, как уже указывалось выше, обеспечивается охлаждение конденсаторов и тем самым поддержание рабочего режима работы холодильника.In the hot water supply system, fresh water from the storage ring is used, from where it is supplied with the help of a pump station to a hot water tank connected with consumers. Water is heated as it passes through a heating circuit in which a heat pump condenser is used as a heater. In this case, as already mentioned above, the cooling of the condensers is ensured and thereby maintaining the operating mode of the refrigerator.
Авторам известны системы энергоснабжения, использующие возобновляемые источники энергии. Однако они представляют собой, как правило, очень дорогостоящие системы, требующие постоянства природных условий (ветра, солнечного излучения, источников воды). Они предназначены для использования только как дополнение к централизованному снабжению энерго-, тепло-, гидроресурсами и не являются автономными. Известные авторам системы, использующие возобновляемые источники энергии, снабжены средствами для накопления в том или ином виде выработанной энергии (аккумуляторы для накопления электроэнергии, тепловые накопители для накопления тепловой энергии и т.п.), однако при избытке вырабатываемой (получаемой) энергии излишки просто сбрасываются в окружающую среду. Следствием является не только малоэффективная работа таких установок, но и загрязнение окружающей среды. Авторам неизвестны системы с высокой степенью автономности, эффективно использующие выработанную энергию и обеспечивающие создание комфортных условий для человека при высоких экологических показателях, предназначенные для районов с жарким засушливым климатом.The authors are aware of energy supply systems using renewable energy sources. However, they are, as a rule, very expensive systems that require constant environmental conditions (wind, solar radiation, water sources). They are intended to be used only as an addition to the centralized supply of energy, heat, water resources and are not autonomous. Systems known to the authors using renewable energy sources are equipped with means for accumulating in one form or another the generated energy (accumulators for storing electric energy, heat storages for storing thermal energy, etc.), however, with an excess of the generated (received) energy, the surplus is simply dumped into the environment. The consequence is not only ineffective operation of such installations, but also environmental pollution. The authors are not aware of systems with a high degree of autonomy that efficiently use the generated energy and ensure the creation of comfortable conditions for humans with high environmental indicators, designed for areas with a hot arid climate.
Ниже изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема системы автономного жизнеобеспечения, выполненная в соответствии с изобретением.Below the invention is illustrated by the drawing, which shows a diagram of an autonomous life support system, made in accordance with the invention.
Наилучший вариант осуществление изобретенияBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Как видно из чертежа, САЖ включает источники электроэнергии: ветрогенератор 1 и фотоэлектрические панели 2. Ветрогенератор 1 и фотоэлектрические панели 2 электрически соединены с аккумуляторной батареей 3 через сетевой регулятор 4. Переменный ток ветрогенератора 1 через сетевой регулятор 4 и распределительное устройство 5 поступает потребителям электроэнергии. К источникам электроэнергии через инвертор 6 подсоединена автоматизированная система управления 7, представляющая собой мощный компьютер, снабженный соответствующим программным обеспечением. Система климат-контроля включает приточный вентилятор 8, установленный в воздуховоде наружного воздуха, рекуператор 9 для теплообмена между поступающим наружным и удаляемым из помещения воздухом и контур охлаждения подаваемого воздуха. Для охлаждения использован тепловой насос 10, электрически связанный с источником электроэнергии. Тепловой насос 10 выполнен с выносным испарителем 11 и выносными конденсаторами 12, 13 и 14. Испаритель 11 размещен внутри хладоаккумулятора 15. Хладоаккумулятор 15 выполнен в виде теплоизолированной емкости, наполненной водой. В качестве хладагента могут быть использованы и другие агенты, однако вода является наиболее доступной и эффективной. Внутри хладоаккумулятора 15 размещен также один теплообменник 16 контура охлаждения, второй теплообменник 17 контура охлаждения размещен внутри воздуховода подаваемого в помещение охлажденного воздуха. Система водоснабжения включает водопровод природной воды, снабженный нагнетательным насосом 18 и нагревателем 19, в котором в качестве нагревательного элемента установлена часть конденсатора 12 теплового насоса 10 для нагрева природной воды. Нагреватель 19 сообщается с солнечной опреснительной установкой 20. Параллельно с солнечной опреснительной установкой 20 к водопроводу подключен электрический дистиллятор 21. Солнечная опреснительная установка 20 и дистиллятор 21 сообщаются с накопителем 22 пресной воды. Система горячего водоснабжения включает накопитель горячей воды 23, сообщающийся через насосную станцию 24 с накопителем 22 пресной воды, и включает нагревательный контур с нагревателем 25, в котором в качестве нагревательного элемента установлена часть конденсатора 13 теплового насоса 10. В состав заявляемой САЖ входит система биологической очистки бытовых стоков. Система работает следующим образом. Электроэнергия от ветрогенератора 1 и фотоэлектрических панелей 2 поступает на сетевой регулятор 4; постоянный ток фотоэлектрических панелей 2 идет на подзарядку электроаккумулятора 3, а переменный ток ветрогенератора 1 через распределительное устройство 5 поступает к потребителям. Аккумуляторная батарея 3 и инвертор 6 обеспечивают бесперебойное питание в системе. Основой системы кондиционирования является приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией. Вентилятором 8 теплый наружный воздух подается в рекуператор 9, где происходит теплообмен с удаляемым из помещения воздухом, а удаляемый из помещения воздух омывает и охлаждает установленный в вохдуховоде удаляемого воздуха конденсатор 14 холодильника 10. Покинув рекуператор 9, свежий охлажденный воздух поступает в дом. Температура поступающего воздуха определяется термодатчиком 25, сравнивается с заданной температурой воздуха внутри помещения, и, в зависимости от результата, АСУ 7 принимает решение включать или нет систему охлаждения. При включении теплового насоса 10 вода в хладоаккумуляторе 15 начинает охлаждаться вплоть до замерзания, что позволяет использовать скрытую теплоту фазового перехода вода-лед. Если приточный воздух требует охлаждения, включается циркуляционный насос 26 контура охлаждения. Размещенный внутри воздуховода теплообменник 17 отбирает тепло из поступающего воздуха. Тепло через теплообменник 16 поступает в хладоаккумулятор 15. Производительность контура охлаждения регулируется управляемым клапаном 27. Использование хладоаккумулятора в системе охлаждения позволяет сгладить нерегулярность поступления энергии от возобновляемых источников и обеспечить бесперебойность работы системы кондиционирования. Основным источником пресной воды в данной САЖ является солнечная опреснительная установка 20. Как только солнечные лучи попадут на рабочую поверхность опреснителя, АСУ 7 открывает управляемый клапан 28 и включает нагнетательный насос 18. Природная вода начинает поступать на опреснительную установку 20 через нагреватель 19, который, путем предварительного нагрева природной воды, повышает эффективность процесса опреснения. Нагревательным элементом в нагревателе 19 служит часть конденсатора 12 теплового насоса 10. Получаемый дистиллят поступает в накопительную емкость 22, откуда через автоматическую насосную станцию 24 под давлением подается на внутренний водопровод и систему горячего водоснабжения. Объем накопительной емкости 22 зависит от числа потребителей. Дополнительным и резервным источником пресной воды служит электрический дистиллятор 21. Если энергосистема вырабатывает излишки электроэнергии, АСУ 7 открывает управляемый клапан 29 и подает питание на дистиллятор 21. Вырабатываемый дистиллят также попадает в накопительную емкость 22. Проведенные авторами исследования показали, что, при исходной температуре природной воды от 5 до 20°С (в зависимости от источника), использование сбросного тепла теплового насоса позволяет повысить температуру воды до 60°С, что не только существенно повышает производительность опреснительной установки, но и обеспечивает поддержание нормального режима работы теплового насоса. Пресная вода из накопителя 22 подается в емкость 23 для горячей воды под давлением насосной станции 24. АСУ 7 запускает циркуляционный насос 30, установленный в нагревательном контуре, в том случае, если температура в емкости 23 не соответствует требуемой. Для контроля температуры в емкости 23 установлен термодатчик 31. Для нагрева вода проходит через нагреватель 25, где происходит ее догрев до нужной температуры с помощью конденсатора 13 теплового насоса 10. Контур нагрева запускается только при работающем тепловом насосе 10. В состав САЖ входит система 32 биологической очистки бытовых стоков, которая автоматически регулирует режим работы в соответствии с объемом стоков. В настоящее время существует целый ряд подобных установок, обеспечивающих степень очистки порядка 95%, при этом очищенная вода может быть использована для полива, а полученный в процессе переработки бытовых стоков ил - в качестве удобрения. В состав системы биологической очистки входит компостирующий биореактор 33, в котором твердые органические отходы превращаются в гумус.As can be seen from the drawing, SAG includes electric power sources: wind generator 1 and photovoltaic panels 2. Wind generator 1 and photovoltaic panels 2 are electrically connected to the storage battery 3 through a network regulator 4. Alternating current of wind generator 1 through a network regulator 4 and switchgear 5 is supplied to consumers of electricity. An automated control system 7 is connected to the power sources through the inverter 6, which is a powerful computer equipped with appropriate software. The climate control system includes a supply fan 8 installed in the outdoor air duct, a heat recovery unit 9 for heat exchange between the incoming air and the air removed from the room, and a cooling circuit for the supplied air. For cooling, a heat pump 10 is used, electrically connected to a source of electricity. The heat pump 10 is made with a remote evaporator 11 and remote condensers 12, 13 and 14. The evaporator 11 is placed inside the cold accumulator 15. The cold accumulator 15 is made in the form of a thermally insulated container filled with water. Other agents can also be used as a refrigerant, however, water is the most accessible and effective. Inside the cold accumulator 15 there is also one heat exchanger 16 of the cooling circuit, a second heat exchanger 17 of the cooling circuit is located inside the duct of the cooled air supplied to the room. The water supply system includes a natural water supply, equipped with a discharge pump 18 and a heater 19, in which a part of the condenser 12 of the heat pump 10 for heating natural water is installed as a heating element. The heater 19 is in communication with the solar desalination plant 20. In parallel with the solar desalination plant 20, an electric distiller 21 is connected to the water supply. The solar desalination plant 20 and the distiller 21 are in communication with the fresh water storage unit 22. The hot water supply system includes a hot water storage device 23, communicating through a pumping station 24 with a fresh water storage device 22, and includes a heating circuit with a heater 25, in which a part of the condenser 13 of the heat pump 10 is installed as a heating element. The claimed SAZ includes a biological treatment system domestic drains. The system operates as follows. Electricity from the wind generator 1 and photovoltaic panels 2 is supplied to the network controller 4; the direct current of the photovoltaic panels 2 goes to recharge the electric accumulator 3, and the alternating current of the wind generator 1 through the switchgear 5 is supplied to consumers. Battery 3 and inverter 6 provide uninterrupted power to the system. The basis of the air conditioning system is the supply and exhaust ventilation with recovery. With fan 8, warm outdoor air is supplied to the recuperator 9, where heat is exchanged with the air removed from the room, and the air removed from the room is washed and cooled by the condenser 14 of the refrigerator 10 installed in the duct of the removed air. After leaving the heat exchanger 9, fresh cooled air enters the house. The temperature of the incoming air is determined by the temperature sensor 25, compared with a given temperature of the indoor air, and, depending on the result, the ACS 7 decides whether or not to turn on the cooling system. When the heat pump 10 is turned on, the water in the cold accumulator 15 begins to cool down to freezing, which allows the latent heat of the water-ice phase transition to be used. If the supply air requires cooling, the circulation pump 26 of the cooling circuit is turned on. The heat exchanger 17 located inside the duct removes heat from the incoming air. Heat is supplied through the heat exchanger 16 to the cold accumulator 15. The performance of the cooling circuit is controlled by a controlled valve 27. The use of the cold accumulator in the cooling system makes it possible to smooth out the irregularity of energy supply from renewable sources and ensure uninterrupted operation of the air conditioning system. The main source of fresh water in this coolant is a solar desalination plant 20. As soon as the sun's rays reach the desalination surface, the control system 7 opens a controlled valve 28 and turns on the pressure pump 18. Natural water begins to flow to the desalination plant 20 through a heater 19, which, by pre-heating natural water, increases the efficiency of the desalination process. The heating element in the heater 19 is the part of the condenser 12 of the heat pump 10. The resulting distillate enters the storage tank 22, from where, through an automatic pumping station 24, it is pressurized to the internal water supply and hot water supply system. The volume of storage capacity 22 depends on the number of consumers. An additional and reserve source of fresh water is an electric distiller 21. If the power system generates excess electricity, the ACS 7 opens a controlled valve 29 and supplies power to the distiller 21. The produced distillate also enters the storage tank 22. The studies carried out by the authors showed that, at the initial temperature of natural water from 5 to 20 ° C (depending on the source), the use of waste heat from the heat pump allows you to increase the water temperature to 60 ° C, which not only significantly increases level of performance desalination plant, but also maintains the normal operation of the heat pump. Fresh water from the accumulator 22 is supplied to the hot water tank 23 under the pressure of the pump station 24. The ACS 7 starts the circulation pump 30 installed in the heating circuit if the temperature in the tank 23 does not correspond to the required one. To control the temperature in the tank 23, a temperature sensor 31 is installed. For heating, water passes through the heater 25, where it is heated to the desired temperature with the help of the condenser 13 of the heat pump 10. The heating circuit is started only when the heat pump 10 is running. The system includes a biological system 32 sewage treatment, which automatically adjusts the operation mode in accordance with the volume of wastewater. Currently, there are a number of such plants that provide a degree of purification of the order of 95%, while the treated water can be used for irrigation, and the sludge obtained during the processing of domestic waste water can be used as fertilizer. The biological treatment system includes a composting bioreactor 33, in which solid organic waste is converted into humus.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Заявляемая система жизнеобеспечения позволяет создать комфортные условия для человека в районах с жарким засушливым климатом, в условиях недостатка или отсутствия пресной воды. При этом система обладает высокими экологическими характеристиками. Заявленная система жизнеобеспечения может быть изготовлена на базе существующих приборов и комплектующих.The claimed life support system allows you to create comfortable conditions for people in areas with a hot arid climate, in conditions of shortage or absence of fresh water. Moreover, the system has high environmental characteristics. The claimed life support system can be made on the basis of existing devices and accessories.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006129216/06A RU2320891C1 (en) | 2006-08-03 | 2006-08-03 | Autonomous life support system in conditions of low altitudes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006129216/06A RU2320891C1 (en) | 2006-08-03 | 2006-08-03 | Autonomous life support system in conditions of low altitudes |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2320891C1 true RU2320891C1 (en) | 2008-03-27 |
Family
ID=39366346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006129216/06A RU2320891C1 (en) | 2006-08-03 | 2006-08-03 | Autonomous life support system in conditions of low altitudes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2320891C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452637C1 (en) * | 2010-11-08 | 2012-06-10 | Николай Григорьевич Тупиков | Mobile self-contained power supply system |
| PL424564A1 (en) * | 2018-02-12 | 2019-08-26 | Wacław Dębski | Ecological room heating system |
| RU2776886C2 (en) * | 2018-03-09 | 2022-07-28 | Санамп Лимитед | Steam compression device |
-
2006
- 2006-08-03 RU RU2006129216/06A patent/RU2320891C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452637C1 (en) * | 2010-11-08 | 2012-06-10 | Николай Григорьевич Тупиков | Mobile self-contained power supply system |
| PL424564A1 (en) * | 2018-02-12 | 2019-08-26 | Wacław Dębski | Ecological room heating system |
| RU2776886C2 (en) * | 2018-03-09 | 2022-07-28 | Санамп Лимитед | Steam compression device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2249125C1 (en) | Self-contained power and heat supply system of rooms in dwelling houses and industrial areas | |
| RU2350847C1 (en) | System for independent supply of heat to consumers relying on usage of low-potential heat source and powered from renewable electric energy sources | |
| CN202532727U (en) | Solar composite utilizing device for low energy consumption housing | |
| US10260763B2 (en) | Method and apparatus for retrofitting an air conditioning system using all-weather solar heating | |
| CN105676819B (en) | A kind of polynary energy source optimization configuration system and its optimizing operation method | |
| Chauhan et al. | Application of Solar energy for sustainable Dairy Development | |
| CN102252454B (en) | Combined type renewable building energy source supplying system | |
| CN202382474U (en) | Solar-energy-and-geothermy-integrated storage, heating and refrigerating system | |
| CN101832611A (en) | Optically, electrically and geothermally integrated air conditioning system device | |
| JP2010107074A (en) | Energy supply system, self-supporting housing and self-supporting region | |
| JP2008180473A (en) | Hybrid energy-using heat pump device | |
| RU2320891C1 (en) | Autonomous life support system in conditions of low altitudes | |
| CN109737615B (en) | Small household solar thermoelectric cooling poly-generation system | |
| KR20150138787A (en) | Intelligence hybrid heating and cooling system | |
| RU185808U1 (en) | Greenhouse complex with combined heat supply system | |
| CN103712500A (en) | Modularized solar heat storage system applied under extreme conditions | |
| RU35386U1 (en) | SYSTEM OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY OF RESIDENTIAL AND INDUSTRIAL SPACES | |
| RU128702U1 (en) | CONSUMER ENERGY SUPPLY SYSTEM BASED ON THE COMPLEX USE OF CLASSICAL AND RENEWABLE ENERGY SOURCES | |
| CN105318600A (en) | Multifunctional energy supply system | |
| CN202101470U (en) | Composite type renewable building energy supplying system | |
| Li et al. | A framework to monitor the integrated multi-source space heating systems to improve the design of the control system | |
| CN112361628A (en) | Photovoltaic and photo-thermal renewable energy multi-storage recycling system | |
| CN108692468A (en) | Family's thermoelectricity energy conserving system based on photovoltaic and photothermal | |
| Parshukov et al. | Development of thermal installation on the basis of the cascade heat pump for ensuring all thermal and refrigerating needs of the consumer | |
| RU2652362C1 (en) | Houseboat |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20090406 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110804 |