SU1576804A1

SU1576804A1 - Solar heat supply system

Info

Publication number: SU1576804A1
Application number: SU884424079A
Authority: SU
Inventors: Сергей Борисович Анисимов; Махди Магомедович Атаев; Лев Изевич Вайсман; Леонид Яковлевич Вэскер; Андрей Витальевич Разумовский; Виктор Меерович Шильдкрет; Иосиф Петрович Гохват
Priority date: 1988-05-12
Filing date: 1988-05-12
Publication date: 1990-07-07

Abstract

Изобретение относитс к гелиотехнике, в частности к системам гор чего водоснабжени . Изобретение позвол ет упростить систему за счет выполнени одними ее элементами функций р да других элементов и повысить надежность работы за счет исключени попадани теплоносител в систему гор чего водоснабжени . Система содержит контур (К) 15 с солнечным коллектором (СК) 1, нагревателем (Н) 4 емкостного теплообменника (ТО) 26, включающего напорный бак 3, и циркул ционным насосом (ЦН) 12, К 16 с испарителем 7 теплового насоса (ТН) 6, грунтовым ТО 9 и ЦН 13, К 17 с отопительными приборами 10, конденсатором 8 ТН 6 и ЦН 14, К 24 с конденсатором 8 ТН 6, Н 4 и ЦН 14 и К, включающий СК 1, грунтовый ТО 9 и ЦН 12. Приборы 10 получают тепло от ТН 6, Н 4, выборочно от СК 1 или ТН 6. Грунтовый ТО 9 аккумулирует избыток тепла на выходе СК 1. Предусмотрено автоматическое отключение К 15 при достижении в баке 3 заданной температуры (Т) или снижении Т в СК 1, а в последнем случае - также автоматическа гидравлическа изол ци СК 1 от грунтового ТО 9. При достижении в отапливаемом помещении заданной Т К 17 отключаетс . 2 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to solar technology, in particular, to hot water systems. The invention allows the system to be simplified by the performance of some of its elements as functions of a number of other elements and to increase the reliability of operation by eliminating the ingress of the coolant into the hot water supply system. The system contains a circuit (K) 15 with a solar collector (CK) 1, a heater (H) 4 of a capacitive heat exchanger (TO) 26, including a pressure tank 3, and a circulation pump (CH) 12, K 16 with a heat pump evaporator 7 (TH ) 6, ground TO 9 and TsN 13, K 17 with heating devices 10, capacitor 8 TN 6 and TsN 14, K 24 with condenser 8 TN 6, H 4 and TsN 14 and K, including SK 1, ground TO 9 and TsN 12. Devices 10 receive heat from TH 6, H 4, selectively from SC 1 or TN 6. Ground TO 9 accumulates excess heat at the output of SC 1. It is provided that K 15 automatically switches off when it reaches the tank The e 3 of a predetermined temperature (T) or a decrease in T in SC 1, and in the latter case also automatic hydraulic insulation CK 1 from the ground TO 9. When the specified temperature in the heated room is reached, T 17 switches off. 2 hp f-ly, 1 ill.

Description

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к бытовым системам солнечного теплоснабжения.The invention relates to solar technology, and in particular to household solar heating systems.

Цель изобретения — упрощение и повышение надежности.The purpose of the invention is to simplify and improve reliability.

На чертеже изображена схема системы [солнечного теплоснабжения.The drawing shows a diagram of a system [solar heat supply.

Система содержит солнечный коллектор 1 с датчиком 2 температуры, емкость горячего водоснабжения в виде напорного бака 3 с нагревателем 4 и датчиком 5 температуры, тепловой насос 6 с испарителем 7 и конденсатором 8, грунтовый теплообменник 9, отопительные приборы 10, установленные в помещении (не показано) сдатчиком 11 температуры, и три циркуляционных насоса 12— 14. Коллектор 1, нагреватель 4 и насос 12 последовательно соединены с образованием замкнутого контура 15 нагревателя 4, испаритель 7, теплообменник 9 и циркуляционный насос 13 — с образованием замкнутого контура 16 испарителя 7, а конденсатор 8, циркуляционный насос 14 и приборы 10 — с образованием замкнутого контура 17 конденсатора 8. Контуры 15 и 16 нагревателя 4 ииспарителя 7 связаны трубопроводом 18 с установленным на нем двухпозиционным клапаном 19, один конец 20 трубопровода 18 подключен к контуру 15 нагревателя за коллектором 1.The system contains a solar collector 1 with a temperature sensor 2, a hot water tank in the form of a pressure tank 3 with a heater 4 and a temperature sensor 5, a heat pump 6 with an evaporator 7 and a condenser 8, a ground heat exchanger 9, and heating devices 10 installed in the room (not shown ) a temperature transmitter 11, and three circulation pumps 12-14. The collector 1, heater 4 and pump 12 are connected in series to form a closed loop 15 of heater 4, an evaporator 7, a heat exchanger 9 and a circulation pump 13 to form closed loop 16 of the evaporator 7, and the condenser 8, the circulation pump 14 and devices 10 with the formation of a closed loop 17 of the condenser 8. The circuits 15 and 16 of the heater 4 and the evaporator 7 are connected by a pipe 18 with an on-off valve 19 installed on it, one end 20 of the pipe 18 is connected to the heater circuit 15 behind the collector 1.

В контуре 15 на входе 21 нагревателя 4 установлен двухпозиционный клапан 22, а приводы (не показаны) клапанов 19 и 22 связаны с датчиками 2 и 5. Нагреватель 4 на входе 21 и выходе 23 подключен к контуру 17 конденсатора 8 соответственно за насосом 14 и приборами 10 с образованием замкнутого контура 24. В контуре 24 перед нагревателем 4 установлен двухпозиционный клапан 25 с приводом (не показан), связанным с датчиками 2 и 5, нагреватель 4 и бак 3 конструктивно объединены в емкостной теплообменник 26. Трубопровод 18, подключенный концом 20 к контуру 15, другим концом 27 подключен к контуру 16 испарителя 7 перед грунтовым теплообменником 9, а упомянутые контуры 15 и 16 на входах 28 насосов 12 и 13 соединены дополнительным трубопроводом 29 с установленным на нем двухпозиционным клапаном 30, привод которого связан с датчиками 2 и 5.A two-position valve 22 is installed in the circuit 15 at the inlet 21 of the heater 4, and the actuators (not shown) of the valves 19 and 22 are connected to the sensors 2 and 5. The heater 4 at the inlet 21 and the outlet 23 is connected to the circuit 17 of the condenser 8, respectively, behind the pump 14 and devices 10 with the formation of a closed loop 24. In the circuit 24 in front of the heater 4 there is a two-position valve 25 with an actuator (not shown) connected to the sensors 2 and 5, the heater 4 and the tank 3 are structurally combined into a capacitive heat exchanger 26. A pipe 18 connected by an end 20 to contour 15, the other end 27 p It is connected to the circuit 16 of the evaporator 7 in front of the soil heat exchanger 9, and the aforementioned circuits 15 and 16 at the inputs 28 of the pumps 12 and 13 are connected by an additional pipe 29 with a two-position valve 30 installed on it, the actuator of which is connected to sensors 2 and 5.

В контуре 16 на выходе испарителя 7 установлен обратный клапан 31. В контуре 17 конденсатора 8 перед отопительными приборами 10 установлен двухпозиционный клапан 32 с приводом (не показан), связанным с датчиком 11 температуры помещения. Контур 15 включает бак 33 для слива теплоносителя, подключенный параллельно насосу 12 с помощью трубопровода 34 с вентилями 35 и 36 и вентиля 37. В контуре 15 имеется байпасный трубопровод 38 с клапаном 39 и клапан 40. Напорный бак 3 подключен к водопроводной сети 41 и водоразборным приборам системы 42 горячего водоснабжения. Тепловой насос 6, кроме того, содержит компрессор 43 и дроссельный вентиль 44. Для управления клапанами 19, ₅ 22, 25, 30, 32, 39 и 40, насосами 12—14 и компрессором 43 предусмотрены терморегуляторы 45—47, связанные на входах соответственно с датчиками 2, 5 и 11.In the circuit 16 at the outlet of the evaporator 7, a non-return valve 31 is installed. In the circuit 17 of the condenser 8, an on-off valve 32 is installed in front of the heating devices 10 with an actuator (not shown) connected to the room temperature sensor 11. The circuit 15 includes a tank 33 for draining the coolant connected in parallel to the pump 12 using a pipe 34 with valves 35 and 36 and a valve 37. In the circuit 15 there is a bypass pipe 38 with a valve 39 and a valve 40. The pressure tank 3 is connected to the water supply network 41 and water devices of the hot water supply system 42. The heat pump 6, in addition, contains a compressor 43 and a throttle valve 44. To control valves 19, _5, 22, 25, 30, 32, 39 and 40, pumps 12-14 and compressor 43, temperature regulators 45–47 are connected at the inputs respectively with sensors 2, 5 and 11.

Система солнечного теплоснабжения работает следующим образом.The solar heating system operates as follows.

В солнечном коллекторе 1 происходит преобразование солнечной радиации в тепловую энергию и повышение вследствие этого температуры теплоносителя. Датчик 5 температуры, размещенный в напорном ба₁₅ ке 3 емкостного теплообменника 26, с помощью терморегулятора 46 определяет необходимость нагрева воды, подаваемой к приборам системы 42 горячего водоснабжения под давлением водопроводной сети 41. Выбор источника тепла для системы горячего водо20 снабжения осуществляется по сигналу датчика 2 температуры с помощью терморегулятора 45. Таким образом, управление двухпозиционными клапанами 22, 25, 30, 39 и 40, циркуляционными насосами 12—14, компрессором 43 теплового насоса 6 осуществляется с помощью сигналов от терморегуляторов 45 и 46 датчиков 2 и 5.In the solar collector 1, the conversion of solar radiation to thermal energy occurs and the resulting increase in the temperature of the coolant. The temperature sensor 5, located in the pressure tank ₁₅ 3 of the capacitive heat exchanger 26, using the temperature controller 46 determines the need for heating the water supplied to the devices of the hot water supply system 42 under the pressure of the water supply network 41. The heat source for the hot water supply system 20 is selected by the signal from sensor 2 temperature using the temperature controller 45. Thus, the control of on-off valves 22, 25, 30, 39 and 40, circulation pumps 12-14, compressor 43 of the heat pump 6 is carried out using a signal from the thermostats 45 and 46 are sensors 2 and 5.

При снижении температуры горячей воды в напорном баке 3 емкостного теплообменника 26 ниже определенной величины не30 обходим ее нагрев, который в зависимости от интенсивности солнечной радиации осуществляется либо от солнечного коллектора 1, либо от теплового насоса 6. При повышении температуры теплоносителя на выходе из солнечного коллектора 1 выше опре35 деленной величины, что свидетельствует о наличии интенсивной солнечной радиации, в качестве источника тепла используется солнечный коллектор 1. В этом случае сигнал от датчика 5 температуры горячей воды поступает на включение циркуляционных на⁴⁰ сосов 13 и 14 в контурах компрессора 43 теплового насоса 6, на открытие клапанов 22 и 40 в контуре 15, соединяющем солнечный коллектор 1 с нагревателем 4 емкостного теплообменника 26, на открытие клапана 25 в контуре 24, соединяющем конденсатор 8 с нагревателем 4, на открытие клапана 39 в байпасном трубопроводе 38 и на закрытие клапанов 19 -и 30 в трубопроводах 18 и 29, соединяющих контур 15 с контуром 16 испарителя 7. В то же 50 время сигнал от датчика 2 температуры теплоносителя блокирует включение насосов 14 и 13, компрессора 43, открытие клапанов 25 и 39_? закрытие клапанов 22 и 40.With a decrease in the temperature of hot water in the pressure tank 3 of the capacitive heat exchanger 26 below a certain value, we need to bypass its heating, which, depending on the intensity of solar radiation, is carried out either from the solar collector 1 or from the heat pump 6. When the temperature of the coolant at the outlet of the solar collector 1 increases above a certain value, which indicates the presence of intense solar radiation, the solar collector 1 is used as a heat source. In this case, the signal from the temperature sensor 5 hot water ry enters the inclusion of circulation ⁴⁰ Sosov 13 and 14 in the compressor circuits 43 of the heat pump 6, to the opening of valves 22 and 40 in the circuit 15 connecting the solar collector 1 with a heater 4 DHW heat exchanger 26, to open the valve 25 in the circuit 24, connecting the condenser 8 to the heater 4, to open the valve 39 in the bypass pipe 38 and to close the valves 19 and 30 in the pipes 18 and 29 connecting the circuit 15 to the circuit 16 of the evaporator 7. At the same 50, the signal from the temperature sensor 2 blocks pump start 14 and 13, the compressor 43, the opening of the valves 25 and _39? closing valves 22 and 40.

Таким образом, наложение сигналов от 55 датчиков 2 и 5 приводит к тому, что насосы 14 и 13 и компрессор 43 теплового насоса 6 отключены, клапаны 19, 25, 30 и 39 закрыты, а клапаны 22 и 40 открыты, при этом теплоноситель от солнечного коллектора 1 с помощью включенного насоса 12 подается в нагреватель 4. Если интенсивность солнечной радиации недостаточна для эффективного нагрева воды в емкостном теплообменнике 26 и температура теплоносителя на выходе из солнечного коллектора 1 снижается ниже определенной величины, сигнал от датчика 2 перестает блокировать включение насосов 13 и 14, компрессора 43, открытие клапанов 25 и 39, закрытие клапанов 22 и 40. Таким образом, наложение сигналов от датчиков 2 й 5 приводит к тому, что насосы 13 и 14 и компрессор 43 включены, клапаны 25 и 39 открыты, клапаны 19, 22, 30 и 40 закрыты, при этом теплоноситель от конденсатора 8 с помощью насоса 14 подается в нагреватель 4, а насос 12 осуществляет циркуляцию теплоносителя по контуру солнечного коллектора 1, включающему байпасный трубопровод 38.Thus, the imposition of signals from 55 sensors 2 and 5 leads to the fact that the pumps 14 and 13 and the compressor 43 of the heat pump 6 are turned off, valves 19, 25, 30 and 39 are closed, and valves 22 and 40 are open, while the coolant from the solar the collector 1 is supplied to the heater 4 by means of the switched on pump 12. If the intensity of solar radiation is insufficient to efficiently heat the water in the capacitive heat exchanger 26 and the temperature of the coolant at the outlet of the solar collector 1 decreases below a certain value, the signal from the sensor 2 ceases to block switching on pumps 13 and 14, compressor 43, opening valves 25 and 39, closing valves 22 and 40. Thus, superimposing signals from sensors 2 and 5 causes pumps 13 and 14 and compressor 43 to be turned on, valves 25 and 39 are open , the valves 19, 22, 30 and 40 are closed, while the coolant from the condenser 8 is supplied to the heater 4 using the pump 14, and the pump 12 circulates the coolant along the circuit of the solar collector 1, including the bypass pipe 38.

При повышении температуры горячей воды в напорном баке 3 выше определенной величины необходимость в ее нагреве отпадает. В этом случае сигнал от датчика 5 поступает на отключение насосов 13 и 14 и компрессора 43, на закрытие клапанов 25 и открытие клапанов 19 и 30, при этом теплоноситель с помощью насоса 12 подается от солнечного коллектора 1 в грунтовый теплообменник 9 для компенсации теплопотерь грунта.When the temperature of hot water in the pressure tank 3 rises above a certain value, there is no need to heat it. In this case, the signal from the sensor 5 is sent to turn off the pumps 13 and 14 and the compressor 43, to close the valves 25 and open the valves 19 and 30, while the coolant using the pump 12 is supplied from the solar collector 1 to the soil heat exchanger 9 to compensate for soil heat loss.

Установленный в контуре 16 испарителя 7 теплового насоса 6 обратный клапан 31 препятствует протеканию теплоносителя по контуру 16 испарителя 7 и обеспечивает подачу теплоносителя от солнечного коллектора 1 в грунтовый теплообменник 9 при отключенном насосе 13 в контуре 16 испарителя 7.A non-return valve 31 installed in the circuit 16 of the evaporator 7 of the heat pump 6 prevents the flow of coolant along the circuit 16 of the evaporator 7 and ensures the flow of heat from the solar collector 1 to the soil heat exchanger 9 with the pump 13 switched off in the circuit 16 of the evaporator 7.

При отсутствии солнечной радиации возможно снижение температуры наружного воздуха, а следовательно, и температуры теплоносителя на выходе из солнечного коллектора 1 ниже температуры грунта, что приводит к недопустимости подачи теплоносителя от солнечного коллектора 1 в грунтовый теплообменник 9. В этом случае при снижении температуры теплоносителя на выходе из солнечного коллектора .1 ниже определенной величины сигнал от датчика 2 поступает на отключение насоса 12 и на закрытие клапанов 19 и 30. При наличии солнечной радиации, что приводит к повышению температуры теплоносителя выше определенной величины, сигнал от датчика 2 поступает на включение насоса 12 и на открытие клапанов 19 и 30, при этом в зависимости от температуры подача теплоносителя от солнечного коллектора 1 осуществляется либо в нагреватель 4, либо в грунтовый теплообменник 9, либо по байпасному трубопроводу 38 через клапан 39.In the absence of solar radiation, it is possible to lower the temperature of the outdoor air, and consequently, the temperature of the coolant at the exit of the solar collector 1 below the ground temperature, which leads to the inadmissibility of the supply of coolant from the solar collector 1 to the soil heat exchanger 9. In this case, when the temperature of the coolant at the outlet from the solar collector .1 below a certain value, the signal from the sensor 2 is supplied to turn off the pump 12 and to close the valves 19 and 30. In the presence of solar radiation, which leads to increasing the temperature of the coolant above a certain value, the signal from the sensor 2 is sent to turn on the pump 12 and to open the valves 19 and 30, while depending on the temperature, the coolant from the solar collector 1 is either supplied to the heater 4, or to the soil heat exchanger 9, or bypass line 38 through valve 39.

Нагрев теплоносителя для системы отопления осуществляется в конденсаторе 8 тепло вого насоса 6. При снижении температуры воздуха в помещении ниже определенной величины сигнал от датчика 11 температуры воздуха в помещении с помощью терморегулятора 47 поступает на включение насосов 13 и 14 и компрессора 43 и на открытие двухпозиционного клапана 32. При этом теплоноситель от конденсатора 8 с помощью насоса 14 через клапан 32 подается* непосредственно в отопительные приборы 10 системы отопления. При повышении температуры воздуха в помещениях выше определенной величины сигнал от датчика 11 поступает на отключение насосов 13 и 14 и компрессора 43, на закрытие клапана 32.The heat carrier for the heating system is heated in the condenser 8 of the heat pump 6. When the room air temperature drops below a certain value, the signal from the room air temperature sensor 11 with the help of the temperature controller 47 is supplied to turn on the pumps 13 and 14 and compressor 43 and to open the on / off valve 32. In this case, the coolant from the condenser 8 using the pump 14 through the valve 32 is fed * directly to the heaters 10 of the heating system. With increasing air temperature in rooms above a certain value, the signal from the sensor 11 is sent to turn off the pumps 13 and 14 and the compressor 43, to close the valve 32.

Включение и отключение компрессора 43 теплового насоса 6, а также насосов 13 и 14 осуществляется под действием сигналов либо датчиков 2 и 5, либо датчика 11.Turning on and off the compressor 43 of the heat pump 6, as well as the pumps 13 and 14, is effected by the signals of either sensors 2 and 5 or sensor 11.

Бак 33 для слива теплоносителя из солнечного коллектора 1 работает при открытии вентиля 35 и закрытии вентилей 36 и 37. Кроме того, бак 33 может быть использован для заполнения всей системы путем включения насоса 12 при закрытом вентиле 35 и открытых клапанах 19, 22, 25, 30, 32, 39 и 40 и вентилях 36 и 37.Tank 33 for draining the coolant from the solar collector 1 operates when the valve 35 is opened and the valves 36 and 37 are closed. In addition, the tank 33 can be used to fill the entire system by turning on the pump 12 with the valve 35 closed and the valves 19, 22, 25 open, 30, 32, 39 and 40 and valves 36 and 37.

В качестве теплоносителя в системе солнечного теплоснабжения используют антифриз, что способствует предотвращению замерзания теплоносителя в солнечном коллекторе 1 и в грунтовом теплообменнике 9 в зимний период, позволяет круглогодично использовать энергию солнечной радиации на нужды теплоснабжения зданий и упрощае эксплуатацию системы.Antifreeze is used as the heat carrier in the solar heat supply system, which helps to prevent freezing of the heat carrier in the solar collector 1 and in the soil heat exchanger 9 in the winter, allows year-round use of solar radiation energy for heating needs of buildings and simplifies the operation of the system.

Слив теплоносителя из солнечного коллектора 1 необходим лишь при нарушении его герметичности с целью проведения ремонта или замены солнечного коллектора 1.The drain of the coolant from the solar collector 1 is necessary only if its tightness is broken in order to repair or replace the solar collector 1.

Снижение энергетических затрат в системе и обеспечение ее технологичности достигается благодаря отказу от использования трех теплоаккумулирующих емкостей со строго определенным размещением их по высоте и шести теплообменников, снабжению системы емкостным теплообменником, непосредственной передаче тепла от конденсатора 8 теплового насоса 6 к отопительным приборам 10. от солнечного коллектора 1 к грунтовому теплообменнику 9, отсутствию необходимости работы циркуляционного насоса 13 в контуре 16 испарителя 7 теплового насоса 6 при переда че тепла от солнечного коллектора 1 в грунт, Исключению потерь тепла от грунта к солнечному коллектору 1 при отсутствии солнечной радиации и понижению температурь; наружного воздуха ниже температуры грунта, предотвращению возможности попадания хладагента из контура теплового насоса 6 при нарушении его герметичности в воду питьевого качества в системе го1576804 рячего водоснабжения за счет применения водо-водяного нагревателя 4 в емкостном теплообменнике 26.Reducing energy costs in the system and ensuring its manufacturability is achieved by eliminating the use of three heat storage tanks with a strictly defined height distribution and six heat exchangers, supplying the system with a capacitive heat exchanger, direct heat transfer from the condenser 8 of the heat pump 6 to the heating devices 10. from the solar collector 1 to the soil heat exchanger 9, the absence of the need for the circulation pump 13 in the circuit 16 of the evaporator 7 of the heat pump 6 during transmission f heat from the solar collector 1 to the ground, the exclusion of heat loss from the ground to the solar collector 1 in the absence of solar radiation and lower temperatures; outside air below the temperature of the soil, preventing the possibility of refrigerant entering the circuit of the heat pump 6 in case of leakage in drinking water in the hot water supply system through the use of a water-water heater 4 in the capacitive heat exchanger 26.

Claims

The claims - g

1. A solar heat supply system comprising a solar collector with a temperature sensor, a hot water supply tank with a heater and a temperature sensor, a heat pump with an evaporator and a condenser, a soil heat exchanger, heating devices installed in a room with a temperature sensor, and three circulation pumps, moreover, the collector, heater and one of the ₁₅ circulation pumps are connected in series with the formation of a closed heater circuit, the evaporator, heat exchanger and another circulation pump with By unlocking the closed evaporator circuit, the condenser, the third circulation pump and devices - 20 with the formation of a closed condenser circuit, the evaporator and heater circuits are connected by a pipeline with a two-position valve installed on it, one end of the pipeline is connected to the heater circuit behind the collector, while in the heater circuit a two-position valve is installed at the heater inlet, and the drive of each of the valves is connected to the temperature sensors of the tank and manifold, characterized in that, in order to simplify and increase To ensure reliability, the heater at the inlet and outlet is connected to the condenser circuit, respectively, behind the pump and devices with the formation of a closed loop, and in the latter, a two-position valve is installed in front of the heater with an actuator connected to the collector and tank temperature sensors, the latter made in the form of a pressure tank, and a heater is installed in it with the formation of a capacitive heat exchanger.

2. The system by π. 1, characterized in that the pipeline connecting the evaporator and heater circuits, the second end is connected to the evaporator circuit in front of the soil heat exchanger, and the mentioned circuits at the pump inlets are connected by an additional pipeline with a two-position valve installed on it, the actuator of which is connected to the collector and tank temperature sensors, moreover, a check valve is installed in the evaporator circuit at the outlet of the evaporator.

3. The system according to π. 1, characterized in that in the capacitor circuit in front of the devices a two-position valve is installed with an actuator associated with the room temperature sensor.