Комплекс сонячного ставка і підземного теплоакумулятора свердловинного типу

Реферат: UA 116391 U UA 116391 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до геліотехніки і геотехнології та може бути використана для сезонного акумулювання енергії Сонця, що влітку поглинається "сонячним ставком" і акумулюється в підземному сезонному теплоакумуляторі свердловинного типу та використовується для опалення споживачем взимку. Широко відоме технічне рішення "сонячний ставок" (Луданов К.И. Эффективность технического решения "солнечный пруд" // 36. матеріалів VII конф. Міненерго України "Нетрадиційні та поновлювані джерела енергії" 31.08-5.09 1998 p., АР Крим. Вид.: Міненерго, 1998. – с. 88-92). Це технічне рішення являє собою комплекс, скомпонований з геліоприймача та сезонного акумулятора теплоти, тому це досить глибока водойма (3-4 м), заповнена розсолом, що блокує в ній конвекцію. Сонячне випромінювання поглинається на дні ставка, від якого нагрівається придонний шар розсолу, а оскільки конвекцію заблоковано, то гарячий розсол не спливає вверх і тепло акумулюється в його придонних шарах. При цьому поверхневий шар розсолу в сонячному ставку має температуру оточуючого середовища, а тепловий потік від дна до поверхні обумовлений лише теплопровідністю, що вочевидь призводить до мінімальних тепловтрат. А це - необхідна якість сезонного акумулятора теплоти, який влітку від Сонця "заряджається", а взимку забезпечує потреби споживача для системи опалення та ГВП. Основним недоліком цього технічного рішення (аналога) є його масштаби: збудувати водойму біля споживача, причому глибиною 3-4 м та забезпечити її герметичність, щоб вона не протікала, досить складно та дорого. Відоме також технічне рішення сезонного підземного акумулятора теплоти свердловинного типу по технології ATES (I.F. Technology, Нідерланди // А.Л.Снайдерс та О.А.Потапова), яке передбачає наявність двох свердловин: для гарячої (№ 1) та для холодної (№ 2) води. Свердловини розташовані між собою на відстані кількох десятків метрів, причому в разі, якщо гаряча вода відкачується споживачем зі свердловини № 1, то по технології ATES для балансу стільки ж холодної води повинно закачуватись у свердловину № 2 і навпаки. Основним недоліком цього технічного рішення (аналога) є так називана "дублетна" схема сезонного акумулятора тепла, яка вдвічі збільшує затрати на буріння та обладнання свердловин, яке дуже складне та дороге. Найбільш близьким до нового технічного рішення комплекс, що заявляється, по технічній суті та досягнутому результату є комбінація: 1) "сонячного ставка" за А.С. СРСР № 1218933 від 1982 p. (F24 J2/42), та 2) "свердловинної системи…" сезонного теплоакумулювання за патентом РФ № 2371638, 27.10.2009 p. (F24 Н4/02), яка включає глибоку "Водойму, що акумулює сонячну енергію…" шляхом сонячного нагріву розсолу та сезонний акумулятор теплоти свердловинного типу з "дублетною" тепловою схемою. Основними недоліками "збірного" прототипу КОМПЛЕКС є те, що геліоприймачтеплоакумулятор "сонячний ставок" хоч і дешевший за сонячний колектор, але все ж дуже дорогий за рахунок того, що на об'єм води під 1 кв.м поверхні "сонячного ставку" необхідно більше тонни солі для отримання необхідної концентрації розсолу, і те, що "дублетна" схема занадто дорога в порівнянні зі схемою з одною свердловиною. А водяного балансу свердловини "прихід" влітку = "розхід" взимку легко можна досягнути і впродовж року. В основу корисної моделі поставлена задача спрощення схеми перетворення електромагнітної енергії сонячного випромінювання в теплоту та підвищення ефективності її зберігання в сезонному акумуляторі тепла, а також для більш надійного забезпечення споживачів теплом для опалювання взимку. В тепловій схемі комплексу пропонується радикально зменшити теплоакумулюючу здібність "сонячного ставка" (з сезонного рівня до рівня "від тижня до кількох тижнів") за рахунок додаткового використання сезонного підземного акумулятора теплоти свердловинного типу, який значно дешевше сезонного теплоакумулятора "сонячний ставок". Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому комплексі, який містить геліоприймач-акумулятор теплоти типу "сонячний ставок", заповнений розсолом для блокування конвекції, який відрізняється тим, що "сонячний ставок" виконано неглибоким (близько 0,5 м) з теплоакумулюючою ємністю ("близько тижня"), як сезонний акумулятор теплоти Сонця використано підземний теплоакумулятор свердловинного типу з глибиною свердловини значно більше 20 м, при цьому у гарячому розсолі на дні ставку розташовано труби теплообмінника, "вхід" якого приєднано до системи водопроводу, а "вихід" приєднано до входу нагнітального насоса, вихід якого приєднаний напірною магістраллю до верхівки обсадної труби свердловини, фільтр якої встановлено навпроти водоносного горизонту, в нижній частині обсадної труби свердловини встановлено заглибну помпу, яка з'єднана з нижнім кінцем підйомної водяної магістралі, яка розташована в обсадній трубі та з'єднана своїм верхнім 1 UA 116391 U 5 10 15 20 25 30 35 кінцем з системою опалення споживача (системою водяного опалення та гарячого водопостачання ГВП). Комплекс по залежному п. 2 формули, згідно з корисною моделлю, відрізняється тим, що "вихід" наземного теплообмінника, труби котрого розташовано в гарячому розсолі на дні ставка, приєднано до "входу" циркуляційного насоса, який підключено до напірної магістралі, що з'єднує його зі "входом" підземного теплообмінника, петлю якого встановлено в обсадну трубу свердловини, при цьому "вихід" петлі підземного теплообмінника приєднано до "входу" наземного теплообмінника, труби якого розташовано на дні сонячного ставка, для повернення до них охолодженої води, а паралельно каналам петлі підземного теплообмінника в обсадній трубі свердловини встановлено друга петля для відводу теплоти теплоносієм з системи опалення теплоти, акумульованої в прилеглому шарі ґрунту до обсадної труби свердловини, причому вхідний кінець петлі приєднано до "виходу" помпи, а вихідний кінець - до системи опалення споживача (системи водяного опалення). Суть запропонованої корисної моделі пояснюються кресленнями, які наведені нижче на фіг. 1(п. 1) та на фіг. 2 (п. 2). Комплекс працює наступним чином. За п. 1. (фіг. 1) Влітку вода з системи водопроводу 1 підводиться в труби 2 наземного теплообмінника, розташованого у придонному шарі гарячого розсолу "сонячного ставка" 3 і нагрівається там. Звідти гаряча вода нагнітається насосом 4 у верхівку обсадної труби 5 свердловини. Далі по обсадній трубі 5 вона йде вниз до фільтра 6, а через нього закачується у водоносний горизонт 7. Взимку заглибна помпа 8 по підйомній магістралі 9 подає гарячу воду через фільтр 6 із свердловини на "вхід" 10 системи опалення та ГВП споживачів. За п. 2. (фіг. 2) Влітку охолоджена в свердловині вода підводиться в наземний теплообмінник, труби 2 якого розташовано в придонному шарі гарячого розсолу "сонячного ставка" 3, і нагрівається в них. Звідти гаряча вода циркуляційним насосом 11 подається в опускний канал 12 петлі підземного теплообмінника, розташованого в обсадній трубі 5 свердловини, охолоджується там та по підйомному каналу 13 петлі підземного теплообмінника повертається до труб 2 наземного теплообмінника "сонячного ставка" 3. Взимку охолоджений теплоносій з системи опалення 14 циркуляційною помпою 15 нагнітається в опускну половину петлі 16 підземного теплообмінника, розташованого в обсадній трубі 5 свердловини, а далі по підйомній половині петлі теплообмінника підігрітий теплоносій повертається в систему опалення 14. Запропонований Комплекс забезпечує спрощення схеми перетворення електромагнітної енергії сонячного випромінювання в теплоту та підвищення ефективності її зберігання в сезонному теплоакумуляторі, що дає можливість більш надійного забезпечення споживачів теплом для опалювання взимку. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 60 1. Комплекс, який містить геліоприймач-акумулятор теплоти типу "сонячний ставок", заповнений розсолом для блокування конвекції, який відрізняється тим, що "сонячний ставок" виконано неглибоким (близько 0,5 м) з теплоакумулюючою ємністю ("близько тижня"), як сезонний акумулятор теплоти Сонця використано підземний теплоакумулятор свердловинного типу з глибиною свердловини значно більше 20 м, при цьому у гарячому розсолі на дні ставка розташовано труби теплообмінника, "вхід" якого приєднано до системи водопроводу, а "вихід" приєднано до входу нагнітального насоса, вихід якого приєднаний напірною магістраллю до верхівки обсадної труби свердловини, фільтр якої встановлено навпроти водоносного горизонту, в нижній частині обсадної труби свердловини встановлено заглибну помпу, яка з'єднана з нижнім кінцем підйомної водяної магістралі, яка розташована в обсадній трубі та з’єднана своїм верхнім кінцем з системою опалення споживача (системою водяного опалення та гарячого водопостачання ГВП). 2. Комплекс за п. 2, який відрізняється тим, що "вихід" наземного теплообмінника, труби котрого розташовано в гарячому розсолі на дні ставка, приєднано до "входу" циркуляційного насоса, який підключено до напірної магістралі, що з'єднує його зі "входом" підземного теплообмінника,петлю якого встановлено в обсадну трубу свердловини, при цьому "вихід» петлі підземного теплообмінника приєднано до "входу" наземного теплообмінника, труби якого розташовано на дні сонячного ставка, для повернення до них охолодженої води, а паралельно каналам петлі підземного теплообмінника в обсадній трубі свердловини встановлена друга петля для відводу теплоти теплоносієм з системи опалення теплоти, акумульованої в 2 UA 116391 U прилеглому шарі ґрунту до обсадної труби свердловини, причому вхідний кінець петлі приєднано до "виходу" помпи, а вихідний кінець - до системи опалення споживача (системи водяного опалення). Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3