RU2701027C1 - Водонагревательная установка с эффективным использованием солнечной энергии - Google Patents
Водонагревательная установка с эффективным использованием солнечной энергии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2701027C1 RU2701027C1 RU2018145560A RU2018145560A RU2701027C1 RU 2701027 C1 RU2701027 C1 RU 2701027C1 RU 2018145560 A RU2018145560 A RU 2018145560A RU 2018145560 A RU2018145560 A RU 2018145560A RU 2701027 C1 RU2701027 C1 RU 2701027C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solar
- way valve
- heat
- pump
- activity
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
-
- 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
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/20—Solar thermal
-
- 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
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области теплоэнергетики и возобновляемой энергетики и может быть использовано для теплоснабжения автономных объектов – жилых домов, санаториев, фермерских хозяйств и прочих автономных объектов. Водонагревательная установка с эффективным использованием солнечной энергии включает солнечный коллектор, соединенный с бойлером горячего водоснабжения через трехходовой клапан средней солнечной активности и трехходовой клапан высокой солнечной активности, тепловой насос, циркуляционный насос, циркуляционный насос первичного контура, трехходовой клапан, аккумулятор теплоты на фазовом переходе, соединенный с солнечным коллектором через трехходовой клапан низкой солнечной активности и буферную емкость отопления, соединенную через циркуляционный насос вторичного контура с тепловым насосом, и трехходовой клапан теплового насоса. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы установки. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области теплоэнергетики и возобновляемой энергетики и может быть использовано для теплоснабжения автономных объектов – жилых домов, санаториев, фермерских хозяйств и прочих автономных объектов.
Известен солнечный водонагреватель (http://slarkenergy.ru/solar/ solnechnyj-vodonagrevatel.html), содержащий солнечный коллектор, бойлер косвенного нагрева с теплообменником внутри, циркуляционный насос.
Недостатками данного солнечного водонагревателя являются:
- солнечный водонагреватель предназначен для обеспечения горячего водоснабжения только от высокой солнечной активности и не работает эффективно в периоды межсезонья;
- солнечный водонагреватель содержит бойлер косвенного нагрева с применением воды в качестве теплоаккумулирующего вещества;
- при наступлении низкой или средней солнечной активности для обеспечения качественного горячего водоснабжения, необходимо производить догрев теплоносителя во внешнем источнике (например, в водогрейном котле).
Прототипом изобретения принимается солнечная установка [Патент RU № 2403511, опуб. 10.11.2010, МПК F24J 2/42], содержащая основной циркуляционный контур, включающий солнечный коллектор, обеспечивающий нагрев циркулирующего через него теплоносителя, бак-аккумулятор с патрубками подвода и отвода теплоносителя, потребитель тепла и систему регулирования, дополнительно снабжена двухступенчатым теплообменником, связанным с основным циркуляционным контуром через трехходовой клапан воздуховодом, установленным между солнечным коллектором и теплообменником, дополнительным циркуляционным контуром, связывающим теплообменник с баком-аккумулятором, а солнечный коллектор выполнен с возможностью нагрева циркулирующего через него воздуха.
Недостатками данного прототипа являются:
- аккумулирующим веществом в баке-аккумуляторе служит вода, ввиду чего не используется фазовый переход, а это увеличивает габариты бака-аккумулятора прототипа до 4 раз;
- установка способна полезно использовать только высокую и среднюю солнечные активности, без возможности использования низкой солнечной активности.
Задача изобретения – разработать водонагревательную установку с эффективным использованием солнечной энергии, способную обеспечивать отопление и горячее водоснабжение в любое время года при любой степени (кроме нулевой) – высокой, средней и низкой солнечной активности.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективностью работы установки.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что водонагревательная установка с эффективным использованием солнечной энергии включает солнечный коллектор, соединенный с бойлером горячего водоснабжения через трехходовой клапан средней солнечной активности и трехходовой клапан высокой солнечной активности, тепловой насос, циркуляционный насос, циркуляционный насос первичного контура, трехходовой клапан, аккумулятор теплоты на фазовом переходе, соединенный с солнечным коллектором через трехходовой клапан низкой солнечной активности и буферную емкость отопления, соединенную через циркуляционный насос вторичного контура с тепловым насосом и трехходовой клапан теплового насоса.
На чертеже представлена водонагревательная установка с эффективным использованием солнечной энергии.
Установка состоит из солнечного коллектора 1, перед которым, на трубопроводе, установлен циркуляционный насос 2, а после которого на трубопроводе установлены трехходовой клапан низкой солнечной активности 3, трехходовой клапан средней солнечной активности 4 и трехходовой клапан высокой солнечной активности 5. Трехходовой клапан низкой солнечной активности 3 посредством трубопровода (например, медного) соединен с компактным аккумулятором 6 теплоты на фазовом переходе, имеющим четыре патрубка для входа и выхода теплоносителя в режимах отопления и горячего водоснабжения. Компактный аккумулятор 6 теплоты на фазовом переходе через трубопроводы соединен с солнечным коллектором 1 и тепловым насосом 7. Между компактным аккумулятором 6 теплоты на фазовом переходе и тепловым насосом 7 установлен циркуляционный насос первичного контура 8 теплового насоса 7. Тепловой насос 7 через трубопровод соединен с циркуляционным насосом вторичного контура 9 теплового насоса 7 и через трехходовой клапан 10 теплового насоса 7 с буферной емкостью отопления 11, которая в свою очередь через трубопровод соединена с бойлером 12 горячего водоснабжения.
Рассмотрим принцип работы установки.
Водонагревательная установка с эффективным использованием солнечной энергии может работать в трех основных режимах.
Режим низкой солнечной активности.
В данном режиме работы теплоноситель, за счет работы циркуляционного насоса 2, проходит через солнечный коллектор 1, нагревается от низкой солнечной активности до 20-30 ˚С и, через трехходовой клапан низкой солнечной активности 3 направляется в компактный аккумулятор 6 теплоты на фазовом переходе, где накапливается тепловая энергия. При необходимости, с помощью теплового насоса 7, путем прокачивания теплоносителя посредством циркуляционного насоса первичного контура 8, температурный потенциал теплоносителя поднимается до 35-45 ˚С и он, через трехходовой клапан 10 теплового насоса, прокачиваемый циркуляционным насосом вторичного контура 9, направляется в буферную емкость отопления 11, либо же потенциал теплоносителя поднимается до 55-60 ˚С и теплоноситель через трехходовой клапан 10 теплового насоса направляется в бойлер 12 горячего водоснабжения.
В межсезонье, в тот период, когда солнечная активность невысокая, а потребность в отоплении и горячем водоснабжении имеется, в стандартных схемах сложно эффективно использовать солнечную энергию из-за низкой температуры нагрева теплоносителя (15-25 ˚С). Однако в таком режиме солнечный коллектор 1 работает значительную часть отопительного периода. Таким образом, имеется смысл полезно использовать эту низкопотенциальную энергию. Для осуществления этого можно накапливать энергию при низком потенциале и использовать по мере необходимости, трансформируя ее в тепловом насосе до необходимой температуры. Бойлерное аккумулирование в виде явной теплоты в данном случае не эффективно, так как при низкой температуре теплоносителя (воды) и больших потребностях в отоплении габариты аккумулятора будут слишком велики. Поэтому в данном случае аккумулирование наиболее целесообразно в компактных аккумуляторах 6 теплоты на фазовом переходе при температуре 20-30 ˚С. В качестве теплоаккумулирующего материала может быть использованы, например: гептодекан С17Н36 (температура фазового перехода 21,7 ˚С) или нонадекан С19Н40 (температура фазового перехода 28 ˚С). Например при отоплении дома площадью 100 м2 в Ростовской области, средние тепловые потери составят 10 кВт (при расчетной температуре наружного воздух минус 22 ˚С), а в межсезонье – около 3,5 кВт. Для отопления с такой мощностью и температурой 35 ˚С, в течение 12 часов темного времени суток потребуется бойлерный накопитель 2500 л, тогда как компактный аккумулятор теплоты на фазовом переходе с правильно подобранным теплоаккумулирующим материалов будет в объеме 300-500 л.
Режим высокой солнечной активности.
В данном режиме работы теплоноситель за счет работы циркуляционного насоса 2, проходит через солнечный коллектор 1 и нагревается от высокой солнечной активности до 60-80 ˚С. Трехходовой клапан низкой солнечной активности 3, трехходовой клапан средней солнечной активности 4 и трехходовой клапан высокой солнечной активности 5 направляют теплоноситель напрямую в бойлер горячего водоснабжения 12, где он используется для подогрева воды для нужд горячего водоснабжения.
Проявление высокой солнечной активности и нагрев теплоносителя до 80 ˚С и более возможен и в ясные дни переходного периода. В данном случае, использование высокопотенциальной тепловой энергии наиболее эффективно для бойлерного хранения и использования в дальнейшем, в основном для нужд горячего водоснабжения. В данном случае плотность энергии выше и в совокупности с невысокой долей потребления тепла на горячее водоснабжение в общем балансе здания, размеры бойлера будут небольшими. Использование высокопотенциальной энергии полученной от солнечного коллектора для отопления нецелесообразно, так как для этого ее потенциал придется уменьшить. Доля высокопотенциальной энергии в общем балансе схемы не велика и наиболее эффективно будет использована для горячего водоснабжения.
Режим средней солнечной активности.
В данном режиме работы теплоноситель, за счет работы циркуляционного насоса 2, проходит через солнечный коллектор 1, нагревается от средней солнечной активности до 35-45 ˚С. Трехходовой клапан низкой солнечной активности 3 и трехходовой клапан средней солнечной активности 4 направляют теплоноситель напрямую в буферную емкость отопления 11, где он используется для нужд отопления потребителя. Среднепотенциальную солнечную энергию, достаточную по температуре для отопления, оптимально направлять непосредственно на отопление. При необходимости горячего водоснабжения, с помощью теплового насоса 7 потенциал теплоносителя поднимается до 55-60 ˚С и теплоноситель через трехходовой клапан теплового насоса 10 направляется в бойлер горячего водоснабжения 12.
Claims (1)
- Водонагревательная установка с эффективным использованием солнечной энергии, состоящая из солнечного коллектора, соединенного с бойлером горячего водоснабжения через трехходовой клапан средней солнечной активности и трехходовой клапан высокой солнечной активности, теплового насоса, циркуляционного насоса, циркуляционного насоса первичного контура и трехходового клапана, отличающаяся тем, что дополнительно содержит аккумулятор теплоты на фазовом переходе, соединенный с солнечным коллектором через трехходовой клапан низкой солнечной активности и буферную емкость отопления, соединенную через циркуляционный насос вторичного контура с тепловым насосом, а также содержит трехходовой клапан теплового насоса.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018145560A RU2701027C1 (ru) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Водонагревательная установка с эффективным использованием солнечной энергии |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018145560A RU2701027C1 (ru) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Водонагревательная установка с эффективным использованием солнечной энергии |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2701027C1 true RU2701027C1 (ru) | 2019-09-24 |
Family
ID=68063358
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018145560A RU2701027C1 (ru) | 2018-12-21 | 2018-12-21 | Водонагревательная установка с эффективным использованием солнечной энергии |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2701027C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022094387A1 (en) * | 2020-11-02 | 2022-05-05 | Rheem Manufacturing Company | Combined space and water heating systems |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4771763A (en) * | 1983-02-14 | 1988-09-20 | Wetzel Enterprises, Inc. | Solar powered fluid heating system |
RU2403511C1 (ru) * | 2009-05-20 | 2010-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Читинский государственный университет (ЧитГУ) | Солнечная установка и способ ее работы |
-
2018
- 2018-12-21 RU RU2018145560A patent/RU2701027C1/ru active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4771763A (en) * | 1983-02-14 | 1988-09-20 | Wetzel Enterprises, Inc. | Solar powered fluid heating system |
RU2403511C1 (ru) * | 2009-05-20 | 2010-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Читинский государственный университет (ЧитГУ) | Солнечная установка и способ ее работы |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022094387A1 (en) * | 2020-11-02 | 2022-05-05 | Rheem Manufacturing Company | Combined space and water heating systems |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2249125C1 (ru) | Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений | |
JP6133508B2 (ja) | 地熱源を地域熱供給網へ熱技術的に接続する方法 | |
KR102362508B1 (ko) | 복합 집열기 적용 하이브리드 히트펌프 시스템의 제어 시스템 | |
US11329603B2 (en) | Hybrid supplemental solar energy collection and dissipation system with one or more heat pumps | |
JP2006284071A (ja) | ソーラー暖房システム | |
Aste et al. | Multi-functional integrated system for energy retrofit of existing buildings: A solution towards nZEB standards | |
KR101571695B1 (ko) | 제로에너지 건물 구현을 위한 신재생 에너지 공급 시스템 및 그 제어방법 | |
CN102278285A (zh) | 一种高温蓄热型新能源利用系统 | |
RU2701027C1 (ru) | Водонагревательная установка с эффективным использованием солнечной энергии | |
RU109277U1 (ru) | Гелиоустановка горячего водоснабжения | |
JP6060463B2 (ja) | ヒートポンプシステム | |
Sarbu et al. | Solar water and space heating systems | |
EP2561282A2 (en) | Auxiliary circuit for heating heat storage tanks | |
KR20110108567A (ko) | 공동주택용으로 태양광과 태양열을 동시적용하는 태양에너지장치 | |
JP4966587B2 (ja) | 蓄熱温水併用暖房システム | |
RU2645203C1 (ru) | Система автоматического управления микроклиматом в помещениях для размещения животных | |
RU2320891C1 (ru) | Система автономного жизнеобеспечения в условиях низких широт | |
RU2535899C2 (ru) | Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений | |
RU2656539C1 (ru) | Способ использования солнечной энергии для систем кондиционирования воздуха | |
RU134240U1 (ru) | Энергетический комплекс | |
RU2788266C1 (ru) | Электрогенератор для удаленных объектов сельского хозяйства | |
BG2800U1 (bg) | Система за получаване на топлинна и електрическа енергия | |
Palfrey | Heat exchange in plumbing | |
Englmair et al. | Performance Evaluation of a Demonstration System with PCM for Seasonal Heat Storage: Charge with Evacuated Tubular Collectors | |
Arpan et al. | DEVELOPMENT OF PARABOLIC DISC SOLAR THERMAL COLLECTORS FOR HOT WATER GENERATION |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20211221 Effective date: 20211221 |