Солнечная установка и способ ее работы

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к солнечным установкам для преобразования энергии солнца в тепловую энергию, и может быть использовано, например, 'при обогреве любых помещений, а также в сельском хозяйстве. Солнечная установка содержит включенные в основной циркуляционный контур солнечный коллектор, обеспечивающий нагрев циркулирующего через него антифриза, бак-аккумулятор, накапливающий тепловую энергию, теплообменник, встроенный в бак-аккумулятор, для передачи теплоты от антифриза к воде для нужд горячего водоснабжения, а также потребитель тепла и систему автоматического регулирования. Солнечный коллектор выполнен с возможностью нагрева циркулирующего через него воздуха, кроме того, в установке предусмотрены воздуховоды для перемещения воздуха и двухступенчатый теплообменник для догрева воздуха, подключенный первой ступенью через трехходовой клапан к основному циркуляционному контуру, а второй ступенью через дополнительный контур к баку-аккумулятору. Способ работы солнечной установки включает преобразование энергии электромагнитного излучения солнца для нагрева двух видов теплоносителей (антифриза и воздуха), циркуляцию антифриза по основному циркуляционному контуру, передачу теплоты от антифриза к воде для нужд горячего водоснабжения в поверхностном теплообменнике, установленном в баке-аккумуляторе, накопление тепловой энергии в баке-аккумуляторе и передачу тепловой энергии потребителю в виде воды для нужд горячего водоснабжения и воздуха для нужд воздушного отопления, кроме того, воздух для нужд воздушного отопления может догреваться в двухступенчатом теплообменнике теплотой антифриза и/или теплом, аккумулированным в баке-аккумуляторе, посредством дополнительного циркуляционного контура. Изобретение должно повысить эффективность работы солнечной установки. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к солнечным установкам для преобразования энергии солнца в тепловую энергию, и может быть использовано, например, при обогреве любых помещений, а также в сельском хозяйстве.

Технически близкой солнечной установкой к заявляемой является солнечная установка, 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 (см. патент РФ №2347152, F24J 2/34, опубл. 20.02.2009).

Технически близким способом работы солнечной установки является способ работы, включающий нагрев теплоносителя путем преобразования солнечной энергии в тепло, циркуляцию теплоносителя по основному циркуляционному контуру, накапливание тепловой энергии в баке-аккумуляторе и передачу тепловой энергии потребителю для нужд горячего водоснабжения (там же).

Недостатками известных установки и способа ее работы является невозможность использования энергии солнца в системах воздушного отопления, а также горячего водоснабжения при низких температурах наружного воздуха.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы солнечной установки путем передачи энергии солнца посредством солнечной установки в систему воздушного отопления и горячего водоснабжения как при наличии солнечной радиации, так и при ее отсутствии.

Сущность изобретения состоит в том, что солнечная установка, 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, отличается тем, что она 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.

Солнечная установка отличается также тем, что в качестве теплоносителя основного циркулирующего контура используют антифриз.

В солнечной установке бак-аккумулятор может быть снабжен дополнительным источником тепла.

Результат достигается также тем, что способ работы солнечной установки, включающий нагрев теплоносителя путем преобразования солнечной энергии в тепло, циркуляцию теплоносителя по основному циркуляционному контуру, накапливание тепловой энергии в баке-аккумуляторе и передачу тепловой энергии потребителю для нужд горячего водоснабжения, отличается тем, что в качестве теплоносителя в солнечной установке дополнительно используют воздух, передающий тепловую энергию потребителю для нужд воздушного отопления, при этом нагрев воздуха производят путем преобразования солнечной энергии и/или путем передачи тепловой энергии от теплоносителя, циркулирующего в основном циркуляционном контуре и/или от бака-аккумулятора через дополнительный циркуляционный контур.

Способ отличается также тем, что передачу тепловой энергии потребителю производят для нужд горячего водоснабжения и/или для нужд воздушного отопления.

Способ отличается также тем, что при отсутствии солнечной радиации передачу тепловой энергии потребителю для нужд горячего водоснабжения и воздушного отопления осуществляют путем передачи теплоты от стороннего источника тепла через бак-аккумулятор и циркуляционные контуры.

При наличии солнечной радиации передачу тепловой энергии потребителю для нужд горячего водоснабжения и воздушного отопления могут осуществлять путем передачи теплоты от солнечного коллектора и стороннего источника тепла.

Наличие в солнечном коллекторе, кроме трубок для прохода нагреваемого антифриза, пространства для прохода воздуха позволяет производить нагрев двух видов теплоносителей. А наличие системы воздуховодов и трубопроводов и встроенного в бак-аккумулятор теплообменника позволяет осуществлять отпуск потребителю тепловой энергии в виде горячего воздуха для нужд воздушного отопления и горячей воды для нужд горячего водоснабжения.

Применение системы автоматического регулирования и двухступенчатого теплообменника для догрева воздуха, подключенного первой ступенью через трехходовой клапан к основному циркуляционному контуру, а второй ступенью через дополнительный контур к баку-аккумулятору, через встроенный в него теплообменник, позволяет эффективно нагревать воздух теплом основного циркуляционного контура и теплом, аккумулированным в баке-аккумуляторе.

Таким образом, передача энергии солнца посредством солнечной установки в систему воздушного отопления и горячего водоснабжения как при наличии солнечной радиации, так и при ее отсутствии, теплом, аккумулированным в баке-аккумуляторе, в совокупности повышает эффективность солнечной установки и способа ее работы.

На чертеже изображена схема солнечной установки.

Солнечная установка состоит из солнечного коллектора 1, датчиков температуры 2, насосов 3 и 4 дополнительного и основного контуров, клапанов 5 и 6 трехходового и обратного, бака-аккумулятора 7, воздуховода 8, поверхностей нагрева воздуха 9 и 10, соответственно теплом от основного и дополнительного циркуляционных контуров, дополнительного источника теплоты 11, системы автоматического регулирования 12, теплообменника 13.

Осуществление заявляемого способа заключается в том, что холодный воздух, пройдя солнечный коллектор 1, попадает в воздуховод 8, далее в двухступенчатый теплообменник 13, в который включена поверхность нагрева 9, по греющей среде подключенная к контуру с антифризом, а также подключена поверхность нагрева 10, по греющей среде подключенная к баку-аккумулятору 7, после чего воздух направляется к потребителю в систему воздушного отопления. При достаточной солнечной радиации подогретый антифриз в солнечном коллекторе 1 распределяется трехходовым клапаном 5 на два потока, один поток антифриза поступает на поверхность нагрева 9, после подогрева воздуха антифриз смешивается со вторым потоком и направляется в бак-аккумулятор, в котором, отдавая тепло воде, антифриз охлаждается. После охлаждения антифриз циркуляционным насосом подается в солнечный коллектор, и цикл повторяется. При недостаточной солнечной радиации антифриз не направляется на поверхность нагрева 9, а направляется в бак-аккумулятор 7. При отсутствии солнечной радиации или очень слабой солнечной радиации циркуляционный насос 4 останавливают. Холодная вода для нужд горячего водоснабжения, поступающая в бак-аккумулятор, нагревается сторонним источником тепла 11 и антифризом, передающим теплоту через поверхности нагрева. После подогрева воду направляют потребителю для нужд горячего водоснабжения. При отсутствии солнечной радиации воздух нагревают поверхностью нагрева 10, теплоносителем в данной поверхности может служить как вода, так и антифриз, при применении воды циркуляционный насос 3 может отключаться только при положительных температурах наружного воздуха. При применении антифриза данный контур может отключаться, и снабжение потребителя нагретым воздухом прекращаться. Регулировка температуры теплоносителей осуществляется системой автоматического регулирования 12, входными сигналами которой являются данные с датчиков температуры 2.

Предложенное техническое решение позволяет осуществить передачу энергии солнца в систему воздушного отопления и горячего водоснабжения потребителя как при наличии солнечной радиации, так и при ее отсутствии, теплом, аккумулированным в баке-аккумуляторе.

1. Солнечная установка, 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, отличающаяся тем, что она 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.

2. Солнечная установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя основного циркуляционного контура используют антифриз.

3. Солнечная установка по любому из пп.1 или 2, отличающаяся тем, что бак-аккумулятор снабжен дополнительным источником тепла.

4. Способ работы солнечной установки, включающий нагрев теплоносителя путем преобразования солнечной энергии в тепло, циркуляцию теплоносителя по основному циркуляционному контуру, накапливание тепловой энергии в баке-аккумуляторе и передачу тепловой энергии потребителю для нужд горячего водоснабжения, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя в солнечной установке дополнительно используют воздух, передающий тепловую энергию потребителю для нужд воздушного отопления, при этом нагрев воздуха производят путем преобразования солнечной энергии и/или путем передачи тепловой энергии от теплоносителя, циркулирующего в основном циркуляционном контуре и/или от бака-аккумулятора через дополнительный циркуляционный контур.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что передачу тепловой энергии потребителю производят для нужд горячего водоснабжения и/или для нужд воздушного отопления.

6. Способ по любому из пп.4 или 5, отличающийся тем, что при отсутствии солнечной радиации передачу тепловой энергии потребителю для нужд горячего водоснабжения и воздушного отопления осуществляют путем передачи теплоты от стороннего источника тепла через бак-аккумулятор и циркуляционные контуры.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что при наличии солнечной радиации передачу тепловой энергии потребителю для нужд горячего водоснабжения и воздушного отопления осуществляют путем передачи теплоты от солнечного коллектора и стороннего источника тепла.