Способ использования солнечной энергии для систем кондиционирования воздуха



Способ использования солнечной энергии для систем кондиционирования воздуха
Способ использования солнечной энергии для систем кондиционирования воздуха
F24S90/00 - Отопление; вентиляция; печи и плиты (тепловая защита растений в садах или лесах A01G 13/06; хлебопекарные печи и устройства A21B; устройства для варки вообще, за исключением кухонных плит A47J; ковка B21J, B21K; отопительные и вентиляционные устройства для транспортных средств, см. соответствующие подклассы классов B60-B64; устройства для зажигания топлива вообще F23; сушка F26B; промышленные печи вообще F27; электронагревательные элементы и устройства H05B)

Владельцы патента RU 2656539:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к способам получения холода в системах кондиционирования воздуха на основе солнечной энергии в теплый период. Предполагаемая область применения способа для кондиционирования воздуха на основе солнечного коллектора, двигателя с внешним подводом теплоты, парокомпрессорной холодильной машины и термальной скважины для зданий с переменным тепловым режимом, т.е. с тепловым режимом, поддерживаемым не круглосуточно, а только в рабочее время в рыночных и торговых комплексах, санаторно-курортных комплексах; административных зданиях. В нерабочее время температура в помещениях такого назначения может поддерживаться на более высоком уровне в теплый период от температуры, установленной нормативными документами. Теплоту солнечного коллектора посредством теплоносителя контура солнечного коллектора используют для нагрева рабочего тела в двигателе с внешним подводом теплоты; двигатель с внешним подводом теплоты вырабатывает механическую энергию, которая используется для непосредственного привода парокомпрессорной холодильной машины, вырабатывающей холод для системы кондиционирования воздуха помещения. Теплоноситель, отдавший свое тепло в двигателе, возвращается на нагрев в солнечный коллектор. Отводимую низкопотенциальную теплоту от двигателя передают посредством теплосъемных труб в теплоаккумулирующую термальную скважину глубиной 15-25 м, что будет обеспечивать максимальный КПД двигателя. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам получения холода в системах кондиционирования воздуха на основе использования солнечной энергии в теплый период.

Известны способы получения холода в системах кондиционирования воздуха помещений [Плотников К.В., Алифанова А.И., Семиненко А.С. Кондиционирование зданий посредством солнечной энергии. Современные наукоемкие технологии. №7, 2014. С. 59-61. Плешка М.С. Система кондиционирования микроклимата здания с использованием солнечной энергии. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. - М., 2005. - 288 с.].

Недостатками известных способов является то, что для этой цели используется абсорбционный тепловой насос, коэффициент трансформации тепла у которого не превышает 0,6.

Известен также способ получения холода в системах кондиционирования воздуха помещений с помощью парокомпрессорной холодильной машины [Свистунов В.М., Пушняков Н.К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов агропромышленного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства. Учебник для вузов. СПб: Политехника, 2006. - 423 с. Ананьев В.А., Балуева Л.П., Гальперин А.Д. и др. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. Уч. пособие - М.: «Евроклимат», издательство «Арина», 2000. - 416 с.].

Недостатком известного способа является то, что используется электрический привод и необходимо двойное преобразование энергии (тепловой в электрическую, а затем - электрической в холод, для чего используется электродвигатель).

Наиболее близким к предложенному способу является способ использования солнечной энергии двигателем с внешним подводом теплоты (двигателем Стерлинга) [«Двигатель с внешним подводом теплоты». Патент №2105156 от 23 июня 1995 г., РФ], в результате осуществления которого получается механическая работа. Двигатель Стерлинга более эффективен в преобразовании солнечного излучения в электроэнергию (КПД 31%), чем большинство современных фотоэлектрических элементов (в продаже элементы с КПД 14-18%, в стадии испытаний с КПД в 24-41%) и солнечных электростанций концентрационного типа (параболические желоба, башенные конструкции - КПД 16%).

Недостатками известного способа являются:

- недоиспользование теплового потенциала солнечного коллектора в летнее время;

- используется только для выработки электроэнергии (необходим электрогенератор).

Технический результат заявляемого способа заключается в увеличении коэффициента использования солнечной энергии и уменьшении арсенала технических средств для осуществления способа (отсутствие более дорогостоящих фотоэлектрических элементов, электрического преобразователя, электрического аккумулятора и электродвигателя для привода компрессора парокомпрессорной холодильной машины). Таким образом, использование солнечной энергии по предлагаемому способу эффективнее ее использования путем получения электрической энергии на фотоэлектрических панелях, а затем использования ее для привода парокомпрессорной холодильной машины, т.к. их КПД, как отмечалось ранее, ниже КПД двигателя Стерлинга.

Указанный технический результат заявляемого способа достигается за счет реализации совокупности признаков, при которых достигается новый эффект - увеличение коэффициента использования солнечной энергии в 1,2÷2,1 раза (с учетом того, что КПД двигателя Стерлинга - более 30% (а большинство современных фотоэлектрических элементов имеют КПД 14-18%), коэффициент трансформации тепла парокомпрессорной холодильной машины в зависимости от температуры сред (наружного воздуха и воздуха в помещении) - 4÷7 (при использовании абсорбционного теплового насоса, коэффициент трансформации тепла не превышает 0,6) и отсутствует двойное преобразование энергии (тепловой в электрическую с помощью электрогенератора, а затем - электрической в холод, с помощью электродвигателя, обеспечивающего работу парокомпрессорной холодильной машины) и, соответственно, уменьшается арсенал технических средств (отсутствие электрогенератора и электродвигателя).

Технический результат достигается за счет того, что в способе использования солнечной энергии для систем кондиционирования воздуха на основе солнечного коллектора, двигателя с внешним подводом теплоты, термальной скважины с теплосъемными трубами, парокомпрессорной холодильной машины, вырабатываемая солнечным коллектором тепловая энергия посредством промежуточного теплоносителя солнечного коллектора передается в двигатель с внешним подводом теплоты для выработки механической энергии, которую используют для привода парокомпрессорной холодильной машины для выработки холода для системы кондиционирования воздуха помещений, а отработанное тепло от двигателя с внешним подводом теплоты посредством теплосъемных труб отводят в термальную скважину.

В теплый период тепловую энергию, вырабатываемую солнечным коллектором, используют в двигателе с внешним подводом теплоты для выработки механической энергии, которую используют для привода парокомпрессорной холодильной машины для выработки холода для системы кондиционирования воздуха помещений. Отводимую (низкопотенциальную) теплоту от двигателя с внешним подводом теплоты отводят посредством теплосъемных труб в термальную скважину глубиной 15-25 м, имеющую высокую теплоаккумулирующую способность и относительно постоянную температуру, что будет обеспечивать максимальный КПД двигателя (на глубине 15-25 м температура грунта практически не зависит от колебаний температуры наружного воздуха).

Конкурентоспособность предложенного способа определяется целым рядом технических, экономических и социально-экологических факторов.

Технические факторы

Отличительной особенностью предлагаемого способа на основе солнечного коллектора является:

а) применение двигателя с внешним подводом теплоты, с помощью которого обеспечивают использование получаемой от солнечного коллектора механической работы для привода парокомпрессорной холодильной машины;

б) применение парокомпрессорной холодильной машины (ПКХМ), с помощью которой обеспечивают использование получаемой от двигателя с внешним подводом теплоты работы для кондиционирования помещений в теплый период.

Экономические факторы определяются единовременными капитальными затратами и снижением эксплуатационных затрат, за счет которых окупаемость капитальных затрат не более 15 лет.

Социально-экологические факторы характеризуются возможностью обеспечения более дешевым холодом систем кондиционирования воздуха, а также снижением уровня загрязнения атмосферы.

На фиг. 1 показана принципиальная схема энергетической установки для осуществления способа использования солнечной энергии для систем кондиционирования воздуха.

Схема включает в себя следующие элементы: 1 - солнечный коллектор с контуром промежуточного теплоносителя (антифриза); 2 - двигатель с внешним подводом теплоты; 3 - парокомпрессорную холодильную машину; 4 - теплосъемные трубы (с антифризом) двигателя с внешним подводом теплоты; 5 - термальную скважину, а также показаны тепловые потоки: 6 - солнечной энергии; 7 - теплоносителя контура солнечного коллектора; 8 - хладоносителя системы кондиционирования воздуха помещения.

Способ осуществляется следующим образом.

Теплоту солнечного коллектора 1 посредством теплоносителя (антифриза) контура солнечного коллектора используют для нагрева рабочего тела в двигателе с внешним подводом теплоты 2; двигатель с внешним подводом теплоты вырабатывает механическую энергию, которая используется непосредственно для привода парокомпрессорной холодильной машины 3, вырабатывающей холод для системы кондиционирования воздуха помещения (в теплый период года). Отработанную теплоту от двигателя с внешним подводом теплоты с помощью теплосъемных труб, заполненных антифризом, отводят в термальную скважину 5 глубиной 15-25 м, имеющую высокую теплоаккумулирующую способность и относительно постоянную температуру, что будет обеспечивать максимальный КПД двигателя (на глубине 15-25 м температура грунта практически не зависит от колебаний температуры наружного воздуха). Теплоноситель, отдавший свое тепло в двигателе с внешним подводом тепла, возвращается на нагрев в солнечный коллектор.

Технические характеристики эффективности предлагаемого способа, в качестве примера, определены для солнечного коллектора площадью 100 м2.

Максимальную удельную мощность солнечного коллектора при температуре наружного воздуха 20°С можно принять qmax=550 Вт/м2. Технические характеристики модуля, площадью 100 м2, используемого по предлагаемому способу: максимальная тепловая мощность солнечного коллектора - 55 кВт; среднесуточная тепловая мощность солнечного коллектора летняя (май - сентябрь) - 28,7 кВт. Тепловая мощность установки, работающей по предлагаемому способу, для системы кондиционирования воздуха в теплый период увеличивается в 1,2-2,1 раза.

Исходя из среднего потребления холода для кондиционирования офисных помещений 44 Вт/м2 [Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика. Уч. Пособие. / Ананьев В.А., Балуева Л.П., Гальперин А.Д., Городов А.К., Еремин М.Ю., Звягинцева С.М., Мурашко В.П., Седых И.В.: М.: «Евроклимат», издательство «Арина», 2000. - 416 с.], возможно кондиционирование помещений площадью 720-1370 м2.

Предполагаемая область применения способа для кондиционирования воздуха на основе солнечного коллектора, двигателя с внешним подводом теплоты, парокомпрессорной холодильной машины и термальной скважины: для зданий с переменным тепловым режимом, т.е. с тепловым режимом, поддерживаемым не круглосуточно, а только в рабочее время (рыночные и торговые комплексы; санаторно-курортные комплексы; административные здания). В нерабочее время температура в помещениях такого назначения может поддерживаться на более высоком уровне от температуры, установленной нормативными документами (строительными нормами и правилами). При этом одновременно с увеличением теплопритоков в помещение в течение дня в связи с увеличением солнечной радиации, увеличивается мощность системы кондиционирования.

Вырабатываемая солнечным коллектором в холодный период года тепловая энергия может использоваться для нагрева воды в системе горячего водоснабжения.

Способ использования солнечной энергии для систем кондиционирования воздуха на основе солнечного коллектора, двигателя с внешним подводом теплоты, термальной скважины с теплосъемными трубами, парокомпрессорной холодильной машины, отличающийся тем, что вырабатываемая солнечным коллектором тепловая энергия посредством промежуточного теплоносителя солнечного коллектора передается в двигатель с внешним подводом теплоты для выработки механической энергии, которую используют для привода парокомпрессорной холодильной машины для выработки холода для системы кондиционирования воздуха помещений, а отработанное тепло от двигателя с внешним подводом теплоты посредством теплосъемных труб отводят в термальную скважину.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Вихревой ветротеплогенератор для нагрева жидкого теплоносителя систем отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений в условиях Арктики, содержащий ортогональный ветродвигатель, преобразователь механической энергии в тепловую энергию в виде мешалки с подвижными лопастями, работающими по принципу регулятора Уатта, тепловой аккумулятор, теплообменник и трубопроводы для циркуляции теплоносителя в системах отопления различных объектов.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, в частности к атмосферным энергетическим гелиоустановкам, содержащим наполненный гелием и удерживаемый с земли аэростат/баллон, на котором размещены солнечные панели.

Изобретение относится к нагревательным устройствам и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где требуется нагрев жидкости. Нагревательное устройство содержит генератор тепловой энергии, систему передачи тепла потребителю, связанные между собой в замкнутый контур посредством подающего и обратного трубопроводов.

Изобретение относится к энергетике, в частности к способам получения тепловой энергии, и может быть использовано при создании теплоэнергетических систем. Способ получения тепловой энергии использует поле потенциалов природных источников, в качестве материального тела используют жидкость, по крайней мере на части траектории жидкость перемещают вдоль градиента гравитационного поля Земли с формированием в контуре восходящего и нисходящего потоков жидкости, для движения жидкости в контуре используют центробежный насос, формируют восходящий поток жидкости непосредственно над центробежным насосом, движение жидкости в восходящем потоке контура формируют со скоростью от 0,7 м/с до 1,7 м/с при перепаде высот в контуре более 5 м.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в целях производства электрической и тепловой энергии, экологически чистого топлива, а также поддержания в охраняемых акваториях оптимальных для морской биоты температурных условий.

Способ комплексной утилизации геотермальных вод путем передачи через теплообменники тепловой энергии геотермальной воды низкокипящему рабочему агенту, циркулирующему в контуре бинарной ГеоЭС, с дальнейшим испарением и перегревом рабочего агента за счет выхлопных газов газотурбинной электростанции, в камеру сгорания которой поступает газ из газгольдера, предварительно извлеченный из термальной воды в сепараторе, и из магистрального газопровода, и с использованием в качестве дополнительного источника энергии избыточной потенциальной энергии посредством использования детандера и компрессора на одном валу.

Изобретение относится к теплонасосным установкам, использующим низкотемпературное тепло грунта для автономного отопления и горячего водоснабжения помещений. Внешний грунтовый контур для теплонасосной установки содержит помещенный в грунт горизонтальный трубчатый теплообменник, соединенный трубопроводами с теплообменником-испарителем теплового насоса с циркулирующим в нем низкотемпературным теплоносителем-рассолом, а также аккумулятор тепловой энергии, предназначенный для подогрева грунта.

Изобретение относится к способам извлечения и использования геотермального тепла. Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла включает бурение скважин с использованием буровой колонны.

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, в частности к атмосферным энергетическим гелиоустановкам, содержащим наполненный гелием и удерживаемый с земли аэростат/баллон, на котором размещены солнечные панели.

Изобретение относится к сооружениям и средствам хранения вооружения и военной техники в местах постоянной дислокации войсковых частей и соединений, а также на базах и арсеналах различных родов войск МО РФ.

Способ относится к источникам автономного энергоснабжения мобильных и стационарных объектов, эксплуатируемых в различных климатических зонах. Это освещение и обогрев убежищ, складов, овощехранилищ, подземных автостоянок, юрт, специальных объектов в аварийных случаях, включая автотранспорт.

Изобретение относится к области использования солнечной энергии, в частности к способу преобразования энергии светового потока в тепло, и предназначено для получения горячей воды для бытовых нужд.

Изобретение относится к электроэнергетике. Автономная энергетическая установка, содержащая ветроэлектрогенератор башенного типа с движителем в виде трехлопастного ротора с горизонтальной осью вращения, солнечный фотоэлектрический панельный генератор, дизельный электрогенератор с блоком для плавного регулирования мощности, группу мачтовых вибрационно-индукторных электрогенераторов для резервной подпитки установки, ванадиевую проточную батарею элементов окислительно-восстановительного цикла с емкостями для анодного и катодного электролитов и циркуляционными насосами или батарею твердооксидных топливных элементов проточного типа с электролизером водорода в метан или электролизером водорода в металлогидридные соединения, насосами для закачки метана, водорода и кислорода в ресиверы, коммутатор с функцией интеллектуального управления источниками и защиты сети от коротких замыканий и перенапряжений, литий-ионную аккумуляторную батарею, при этом каждые из вышеуказанных генераторов и батарей используются как основной или как резервный источник питания потребителей по факту выработки электроэнергии или ее накопления в количестве, соответствующем потребности потребителей в энергоснабжении.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах солнечного теплоснабжения и поддержания благоприятной температуры в условиях континентального климата.

Настоящее изобретение относится к следящему концентратору солнечной энергии, который включает: средства слежения в направлении с востока на запад для слежения за движением солнца в направлении с востока на запад, расположенные на верхней части основания, опору, установленную вертикально на средствах слежения в направлении с востока на запад, параболическую систему концентраторного типа, расположенную так, что ее вал поддерживается опорой, и имеющую второй параболический концентратор, расположенный на небольшом расстоянии за фокальной точкой первого параболического концентратора, имеющего большую площадь, так что свет высокой плотности концентрируется в центре первого параболического концентратора, средства слежения за высотой, расположенные на опоре так, чтобы параболическая система концентраторного типа следила за высотой солнца, при этом концентратор дополнительно включает корпус призмы, расположенный так, чтобы находиться сзади отверстия для прохождения света в центре первого параболического концентратора, и так, чтобы двигаться вокруг оси посредством приводного усилия двигателя для слежения за высотой, и средства направления света, соединяющие прямую призму полного внутреннего отражения с корпусом призмы.

Группа изобретений относится к циркуляционному насосному агрегату (2) и гелиотермической установке с таким насосным агрегатом. Насосный агрегат (2) имеет электрический приводной двигатель (6) и интегрированное в агрегат (2) устройство (10) управления.

Изобретение относится к области генерации солнечной тепловой энергии, а более конкретно к устройству/системе генерации тепловой мощности, содержащему солнечные термоколлекторы желобкового типа, заполненные водой, а также к способу генерации мощности, использующему подобное устройство/систему.

Изобретение относится к хранению тепловой энергии и может быть использовано в устройствах для аккумулирования тепла или холода, используемых для отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования, получения электроэнергии.

Изобретение относится к аппаратам для утилизации теплоты удаляемого воздуха и охлаждения циркуляционной воды, а также адиабатного охлаждения и увлажнения воздуха в системах вентиляции и кондиционирования.

Изобретение относится к аппаратам для утилизации теплоты удаляемого воздуха и охлаждения циркуляционной воды, а также адиабатного охлаждения и увлажнения воздуха в системах вентиляции и кондиционирования.

Изобретение относится к способам получения холода в системах кондиционирования воздуха на основе солнечной энергии в теплый период. Предполагаемая область применения способа для кондиционирования воздуха на основе солнечного коллектора, двигателя с внешним подводом теплоты, парокомпрессорной холодильной машины и термальной скважины для зданий с переменным тепловым режимом, т.е. с тепловым режимом, поддерживаемым не круглосуточно, а только в рабочее время в рыночных и торговых комплексах, санаторно-курортных комплексах; административных зданиях. В нерабочее время температура в помещениях такого назначения может поддерживаться на более высоком уровне в теплый период от температуры, установленной нормативными документами. Теплоту солнечного коллектора посредством теплоносителя контура солнечного коллектора используют для нагрева рабочего тела в двигателе с внешним подводом теплоты; двигатель с внешним подводом теплоты вырабатывает механическую энергию, которая используется для непосредственного привода парокомпрессорной холодильной машины, вырабатывающей холод для системы кондиционирования воздуха помещения. Теплоноситель, отдавший свое тепло в двигателе, возвращается на нагрев в солнечный коллектор. Отводимую низкопотенциальную теплоту от двигателя передают посредством теплосъемных труб в теплоаккумулирующую термальную скважину глубиной 15-25 м, что будет обеспечивать максимальный КПД двигателя. 1 ил.

Наверх