Високоефективна акумулююча електрична система кліматизації будівель

Реферат: Високоефективна акумулююча електрична система кліматизації будівель містить тепловий насос "повітря-вода" і сонячний колектор, сполучені з теплообмінником системи опалювання, кондиціонування і водопостачання, обладнані пристроями управління і підключені до мережевого джерела електроенергії. Додатково система оснащена пристроями акумуляції енергії. Як пристрої акумуляції енергії використовують акумуляторну батарею та/або теплоакумулятор у вигляді бака-накопичувача з теплообмінником. UA 103439 U (12) UA 103439 U UA 103439 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до теплоенергетики, зокрема до установок для нагріву, охолоджування, вентиляції та гарячого водопостачання будівель, що працює на електричній енергії. В даний час розроблені і застосовуються різні системи акумуляції тепла та холоду. Всі варіанти практичного застосування теплових акумуляторів можна розбити на наступні основні групи: - пасивна акумуляція, тобто пряма акумуляція теплової енергії безпосередньо конструкціями будівель; - активна акумуляція – це акумуляція теплової енергії за допомогою спеціальних пристроїв, які накопичують, зберігають і віддають енергію; - комбінована (активна та пасивна) акумуляція. Пасивну акумуляцію застосовують в основному в сонячній енергетиці та деяких технологічних процесах, активна акумуляція – в різних енергосистемах традиційної та нетрадиційної енергетики. Найбільш ефективними при відповідній комплектації можуть бути комбіновані системи акумуляції теплової енергії. У 2012 році на європейському ринку з'явилися нові, низькотемпературні, повітряні теплові насоси серії Zuba Dan Inverter Mitsubishi Electric. Теплопродуктивність цих теплових насосів підтримувалася стабільною при температурі до -25 °C. При цьому середній сезонний коефіцієнт перетворення енергії (COP) досягав величини 3,5. Це означає, що на 1 кВт витраченою тепловим насосом електричної енергії він виробляє 3,5 кВт теплової енергії. Після появи на ринку теплових насосів "повітря-вода" серії Zuba Dan Mitsubishi Electric, провідні світові виробники теплонаносного устаткування відреагували на підвищення споживчого попиту випуском аналогічного устаткування. Так, фірма Daikin, розробила центральну інтелектуальну систему VRV-III, що гарантує COP=3,3 при температурах зовнішнього повітря до -20 °C. Випущений на ринок в 2014 році кондиціонер (тепловий насос) Daikin Ururu Sarara, виконує охолоджування і опалювання, зволоження і осушення, очищення повітря і завдяки робочому фреону R32 забезпечує дуже високий рівень енергоефективності до 5.9. Використання теплових насосів суттєво знижує залежність України від газу, що імпортується, системи з тепловими насосами є домінуючою технологією в гарячому водопостачанні, опалюванні і кондиціонуванні будівель України в 21 столітті. Створенню високоефективних систем опалювання і кондиціонування так само сприяло різке падіння цін на сонячні колектори та поширення інтелектуальних термостатів. Інтелектуальні термостати дозволяють заощадити ще додатково до 30 % електроенергії, а, також і грошових коштів (див. http://www.mosng.ru/catalog/188/820). Створенню високоефективних систем опалення та кліматизації, сприяла поява в 2015 році потужних компактних літій - іонних акумуляторних батарей. У травні 2015 року компанія Тесла представила Систему Powerpack, для корпоративного користувача. Система виконана у вигляді акумуляторних блоків ємністю по 100 кВт/ч, а також акумуляторної платформи Tesla Energy for Utility, що масштабується, де блоки ємністю 100 кВт/ч можуть групуватися для отримання систем ємністю від 500 кВт/ч до 10 Мвт/ч та більше. Відома система "Екодан" для економічного опалювання заміських будинків, що використовує тепловий насос "Екодан" "повітря-вода", який виконаний у вигляді декількох агрегатів: 1. Зовнішній блок, який дуже сильно нагадує звичайний зовнішній блок стандартного кондиціонера; 2. Внутрішній блок - гідромодуль, який нагріває воду. Обидва блоки оснащено пристроями контролю, регулювання і управління (див. http://teplovoy-nasos.baltcomfort.rU/informatsiya/112-ekonomichnoe-otoplenie-ot-mitsubishi-electricekodan.html). У складі внутрішнього блока - гідромодуля є накопичувальний резервуар на 200 л для гарячої води, датчики, блок управління з пультом управління, циркуляційний насос, теплообмінник, нагрівачі. Відома система "Екодан" фірми Mitsubishi Electric вибрана як прототип. Прототип і корисна модель, що заявляється, мають наступні спільні ознаки: тепловий насос, сполучений з системою опалювання і водопостачання, оснащений пристроєм контролю, регулювання і управління, нагрівачем води і повітря, які підключені доджерела енергопостачання. У відомій системі "Екодан" тепловий насос працює, використовуючи існуючий денний тариф на електроенергію, що споживається, та не оснащений пристроями акумуляції енергії. Задачею корисної моделі, що заявляється, є створення простої та надійної високоефективної системи кліматизації будівель, оснащеної пристроями акумуляції енергії, електричної та/або теплової, що працюють за пільговим нічним тарифом. 1 UA 103439 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Поставлена задача вирішується тим, що високоефективній електричній системі кліматизації будівель, що містить тепловий насос повітря-вода, сонячний колектор, сполучені з теплообмінником системи опалювання, кондиціонування і водопостачання, обладнані пристроями управління та підключені до джерела електроенергії тим, що система додатково оснащена пристроями акумуляції енергії. При цьому як пристрої акумуляції енергії використовують акумуляторну батарею та/або теплоакумулятор у вигляді бака-накопичувача з теплообмінником. Новим в корисній моделі, що заявляється, є те, що високоефективна електрична система кліматизації будівель додатково оснащена пристроями акумуляції енергії, причому як пристрої акумуляції енергії використовують акумуляторну батарею та/або теплоакумулятор у вигляді бака-накопичувача з теплообмінником. Для стимулювання переходу споживачів на електроакумулююче опалювання Кабінетом Міністрів України було вирішено про зменшення тарифного коефіцієнта в нічний час з 0,7 до 0,5 (за умови використання споживачами два зонного обліку електроенергії). В результаті електроенергія, що відпускається на електроакумулююче опалювання в нічний час для опалювання будівлі, на 70 % нижче за вартість основного тарифу. В даний час для опалювання і гарячого водопостачання використовують котельне устаткування, яке на 1кВт витраченої енергії, в кращому разі, виробляє до 0.9 кВт теплової енергії. Теплові насоси за рахунок використання тепла навколишнього середовища на 1 кВт витраченої енергії виробляють, як мінімум, 3 кВт теплової енергії. В порівнянні з будь-яким котельним устаткуванням економія грошових коштів складає 300 %. Таким чином, економічна ефективність електричних систем обігріву на основі теплових насосів складається з низького тарифу на електроенергію та високої ефективності теплових насосів і перевищує 600 %. Понизити витрати ще на 30 % можна за рахунок використання сучасних адаптивних контролерів для управління системами кліматизації. Це можуть бути адаптивні, самонавчальні термостати фірм Nest, Samsung, Apple, Nobo. Необхідність в акумуляції електричної енергії визначається також необхідністю використовувати дешеву електроенергію від альтернативних джерел, таких як сонячні батареї. Опалювання, охолоджування і вентиляція в запропонованих системах виконується через одне і те ж устаткування фанкойли та "тепла підлога" (див. Фіг. 1). Залежно від конкретних умов можливі модифікації цієї схеми. 1. Тепловий насос "повітря-вода" підключається безпосередньо до електромережі і працює на теплоакумулятор. Гаряча або холодна вода з теплообмінника циркуляційним насосом подається в прилади обігріву або охолоджування. Альтернативні джерела електроенергії також замкнуті на теплообмінник. Ефективність визначається використанням нічного тарифу на електроенергію, коефіцієнтом перетворення теплового насоса і використанням альтернативних джерел електроенергії. 2. Тепловий насос "повітря-вода" підключається до акумуляторної батареї і працює на теплообмінник, встановлений в баку теплоакумулятора. Батарея заряджається вночі з використанням нічного тарифу. Гаряча або холодна вода з теплообмінника бака-накопичувача циркуляційним насосом подається в прилади обігріву або охолоджування. Альтернативні джерела електроенергії замкнуті на акумуляторну батарею. Ефективність визначається використанням нічного тарифу на електроенергію і коефіцієнтом перетворення теплового насоса. Використання в запропонованій системі опалювання теплового насоса та теплообмінника створює умови для підключення в систему сонячних колекторів. Особливо актуально це в Одеській області, де середньомісячний рівень сонячної радіації найбільший в Україні і складає 2 2 3,55 кВтч/м в день. При цьому в сезон квітень-вересень рівень радіації перевищує 4,55 кВтч/м в день. (За даними інжинірингової компанії "Альтернативна енергетика".) Високоефективна електрична система кліматизації будівель приведена на кресленні, де: 1 - Трьохтарифний лічильник електроенергії; 2 - Компактна акумуляторна батарея; 3 - Тепловий насос (також кондиціонер); 4 - Інтелектуальний термостат; 5 - Теплоакумулятор у вигляді бака-накопичувача з теплообмінником 6 - Сонячний колектор; 7 - Фанкойл; 8 - Трубопроводи для гарячої (холодною) води. Високоефективна електрична система кліматизації будівель, що заявляється, працює таким чином: 2 UA 103439 U 5 10 15 Тепловий насос 3 отримує живлення від електромережі або компактної акумуляторної батареї 2, що підключена до трьохтарифного лічильника електроенергії 1, причому тепловий насос 3 через трубопровід для гарячої (холодної) води 8 сполучений з теплоакумулятором у вигляді бака-накопичувача з теплообмінником 5, який також сполучений з сонячним колектором 6 і фанкойлом 7. Гаряча (холодна) вода по трубопроводу 8 подається в систему опалювання, наприклад "тепла підлога" та гарячого водопостачання для технічних потреб. Інтелектуальний термостат 4 сполучений з теплоакумулятором у вигляді бака-накопичувача з теплообмінником 5, тепловим насосом 3, фанкойлом 7 та управляє ними. Високоефективна електрична система кліматизації будівель, яка заявляється, дозволяє: 1. Акумулювати теплову та електричну енергію за рахунок спільного використання теплових насосів, сонячних колекторів, теплоакумулятора у вигляді бака-накопичувача з вбудованим теплообмінником і компактних акумуляторних батарей. 2. Економити грошові кошти на опалювання і гаряче водопостачання будівель за допомогою залучення пільгового тарифу на електроопалення будівель за ціною пільгового нічного тарифу. 3. Використовувати як прилади опалювання і кондиціонування будівель - теплові насоси та за рахунок цього більш ніж в 10 разів, понизити витрати на опалювання, кондиціонування і вентиляцію будівель. 4. Використовувати як прилади для опалювання і кондиціонування будівель фанкойли. 5. Використовувати сонячну енергію для підготовки гарячого водопостачання. 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 1. Високоефективна акумулююча електрична система кліматизації будівель, що містить тепловий насос "повітря-вода" і сонячний колектор, сполучені з теплообмінником системи опалювання, кондиціонування і водопостачання, обладнані пристроями управління і підключені до мережевого джерела електроенергії, яка відрізняється тим, що додатково оснащена пристроями акумуляції енергії. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що як пристрої акумуляції енергії використовують акумуляторну батарею та/або теплоакумулятор у вигляді бака-накопичувача з теплообмінником. 3 UA 103439 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4