Система теплопостачання із геліопокрівлею

Реферат: Винахід належить до галузі геліотехніки, а саме до теплових сонячних колекторів, і може бути використаний для системи теплопостачання будівель за рахунок сонячної радіації для забезпечення побутових та технологічних потреб. Система теплопостачання із геліопокрівлею містить бак-акумулятор гарячої води, до якого під'єднана геліопокрівля, подавальний та зворотний трубопроводи, сезонний бак-акумулятор у вигляді ємності з перерізом п'ятикутної форми з вершиною у верхній точці, з'єднаний з геліопокрівлею через подавальний та зворотний повітропроводи, які під'єднані до теплового насоса. Геліопокрівля містить гофрований теплопоглинач, виконаний з покрівельного матеріалу будівлі, на внутрішню поверхню якого нанесено шар селективного матеріалу, та трубки контуру циркуляції, розташовані під та над гофрованим теплопоглиначем. Під теплопоглиначем розташований теплоізоляційний шар, на внутрішню поверхню якого нанесено шар відбиваючого матеріалу. Геліопокрівля містить нижнє та верхнє прозоре покриття, встановлені з можливістю проходження між ними повітря, причому нижній шар покритий селективним матеріалом, а верхній виконаний з полімерних матеріалів. Над гофрованим теплопоглиначем встановлені концентратори сонячного випромінювання. Винахід забезпечує зменшення конвективних втрат тепла, підвищення ефективності акумуляції теплоти в баку-акумуляторі, зниження вартості, спрощення конструкції та підвищення ефективності системи теплопостачання із геліопокрівлею. UA 111910 C2 (12) UA 111910 C2 UA 111910 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі геліотехніки, а саме до теплових сонячних колекторів, і може бути використаний для системи теплопостачання будівель за рахунок сонячної радіації для забезпечення побутових та технологічних потреб. Відома геліоустановка гарячого водопостачання, до складу якої входять щонайменше два сонячних теплових колектори, сполучені між собою патрубком, бак-акумулятор, трубопровід подачі води з бака-акумулятора в сонячний колектор, трубопровід відведення води з сонячного колектора в бак-акумулятор, причому сонячні колектори забезпечені індивідуальними трубопроводами відбирання з них гарячої води і індивідуальними датчиками температури, трубопровід подачі води з бака-акумулятора в сонячний колектор оснащений водяним насосом. Сонячний тепловий колектор, який включає верхню прозору панель, теплоізоляційний шар, теплопоглинач, виконаний у вигляді набору паралельних металевих труб для рідинного теплоносія, з'єднаних з нижньою поверхнею металевого теплопоглинача, а металеві паралельні трубки теплопоглинача впресовані в металевий лист, причому теплоізоляційний шар, теплопоглинач і прозора панель герметично з'єднані між собою в конструкцію коробчастої структури, а знизу і зверху цієї конструкції по периметру установлені металеві або пластикові профілі. При цьому металеві паралельні трубки, що впресовані в металевий лист, розташовані вздовж коротких сторін листа і сполучені між собою трубками, розташованими вздовж довгих сторін листа Для кращого використання сонячної енергії колектори оснащені механізмом повороту їх відносно осі і лінії горизонту. [Патент України №42584, МПК F24J2/00, F24J 2/00 «Геліоустановка гарячого водопостачання та її сонячний тепловий колектор», Бюл №9, 2001]. Однак дана геліоустановка має високу вартість системи слідкування за Сонцем та значні втрати тепла через прозору панель, що відповідно збільшує вартість всієї геліосистеми і знижує її ефективність. Також такі сонячні колектори потребують додаткової конструкції для встановлення їх на даху будівлі та спричиняють додаткове навантаження на каркас будівлі. Відомий безкорпусний сонячний колектор, який складається із прозорої теплоізоляції та теплопоглинаючої панелі, що включає циліндричний рукав для теплоносія та розміщені співвісно на його протилежних сторонах два теплопоглинаючих ребра, зовнішні поздовжні грані котрих мають додаткові елементи, які утворюють із теплопоглинаючими ребрами таври, нижні вільні краї яких мають перпендикулярні повздовжні опорні ребра, що загнуті назустріч один до одного, а верхні вільні краї мають виступи назовні у вигляді сполучених із ними через краї поличок швелерів, пази яких повернені відкритими частинами один до одного для фіксації в поперечному напрямку відносно теплопоглинаючої панелі листа прозорої теплоізоляції з ущільнювачем, при цьому вся поверхня теплопоглинаючої панелі, крім поверхні верхніх сторін теплопоглинаючих ребер та внутрішніх поверхонь додаткових елементів, які розташовані вище теплопоглинаючих ребер, покрита тонкоплівковим термоізоляційним матеріалом. Монтаж безкорпусних сонячних колекторів можна вести безпосередньо на каркас споруди і тому вони можуть виконувати роль як стіни так і даху споруди та не створюють додаткового навантаження на каркас. [Патент України №79328, МПК F24J 2/24, «Безкорпусний сонячний колектор», Бюл №8, 2007]. Однак такий безкорпусний сонячний колектор має низьку інтенсивність теплообміну між теплоносієм та теплопоглинальною панеллю внаслідок невеликої площі контакту. Найбільш близькою до винаходу є система теплопостачання із геліопокрівлею, що містить бак-акумулятор гарячої води, з'єднаний через подавальний та зворотний трубопроводи з геліопокрівлею, яка є структурною частиною даху будівлі та складається з гофрованого теплопоглинача, розташованого між верхнім прозорим покриттям та теплоізоляційним шаром, причому на внутрішню поверхню теплопоглинача нанесено шар селективного матеріалу, а на внутрішню поверхню теплоізоляційного шару нанесено шар відбиваючого матеріалу. [Патент США №4347093, МПК F23J 3/02, «Method of producing an integrated solar roof system», опубл. 31.08.1982]. Але така система теплопостачання із геліопокрівлею має складну конструкцію через велику кількість збірних деталей, що значно підвищує її вартість. Також недоліком є складність виготовлення та монтажу геліопокрівлі. В основу винаходу поставлено задачу створити таку систему теплопостачання із геліопокрівлею, в якій нове розташування відомого конструктивного елемента, нове виконання існуючого та введення нових конструктивних елементів дозволило би підвищити ефективність системи теплопостачання із геліопокрівлею. Поставлена задача вирішується тим, що система теплопостачання із геліопокрівлею, що містить бак-акумулятор гарячої води, з'єднаний через подавальний та зворотний трубопроводи з геліопокрівлею, яка є структурною частиною даху будівлі та складається з гофрованого теплопоглинача, розташованого між верхнім прозорим покриттям та теплоізоляційним шаром, 1 UA 111910 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 причому на внутрішню поверхню теплопоглинача нанесено шар селективного матеріалу, а на внутрішню поверхню теплоізоляційного шару нанесений шар відбиваючого матеріалу, згідно з винаходом, додатково містить сезонний бак-акумулятор, у вигляді ємності з перерізом п'ятикутної форми з вершиною у верхній точці, та тепловий насос, з'єднані через подавальний та зворотний повітропроводи з геліопокрівлею, що містить трубки контуру циркуляції розміщені під та над гофрованим теплопоглиначем, який виконаний з покрівельного матеріалу будівлі, окрім верхнього прозорого покриття, виконаного з полімерного матеріалу містить нижнє прозоре покриття покрите селективним матеріалом, причому верхній та нижній шари встановлені з можливістю проходження між ними повітря. В геліопокрівлі над гофрованим теплопоглиначем додатково встановлені концентратори сонячного випромінювання. Рух повітря між верхнім та нижнім прозорим покриттям зменшує конвекційні втрати тепла та є додатковим джерелом тепла, яке акумулюється в сезонному баку-акумуляторі та використовується для теплового насоса. Сезонний бак-акумулятор виконаний у вигляді ємності з перерізом п'ятикутної форми з вершиною у верхній точці, забезпечує ефективніший відбір тепла з нього, оскільки повітря з вищою температурою накопичується у верхній точці. Використання гофрованого покрівельного матеріалу будівлі як теплопоглинача дозволяє суттєво знизити вартість, спростити конструкцію та монтаж системи теплопостачання із геліопокрівлею. Додатково встановлені концентратори сонячного випромінювання дозволяють ефективніше вловлювати сонячне випромінювання, що підвищує ефективність системи сонячного теплопостачання. На фіг.1 зображена система теплопостачання із геліопокрівлею. На фіг.2 зображено розріз геліопокрівлі. Система теплопостачання із геліопокрівлею містить бак-акумулятор гарячої води 1, до якого під'єднана геліопокрівля 2 через подавальний 3 та зворотний 4 трубопроводи. Сезонний бакакумулятор 5, у вигляді ємності з перерізом п'ятикутної форми з вершиною у верхній точці, з'єднаний з геліопокрівлею 2 через подавальний 6 та зворотний 7 повітропроводи, які також під'єднані до теплового насоса 8. Геліопокрівля 2 містить гофрований теплопоглинач 9 з трубками контуру циркуляції 10, розташованими під та над гофрованим теплопоглиначем 9. Гофрований теплопоглинач 9 виконаний3 покрівельного матеріалу будівлі, на внутрішню поверхню якого нанесено шар селективного матеріалу. Під теплопоглиначем 9 розташований теплоізоляційний шар 11, на внутрішню поверхню якого нанесено шар відбиваючого матеріалу. Геліопокрівля містить нижнє 12 та верхнє 13 прозоре покриття, встановлені з можливістю проходження між ними повітря, причому нижній шар покритий селективним матеріалом, а верхній виконаний з полімерних матеріалів. Над гофрованим теплопоглиначем 9 встановлені концентратори сонячного випромінювання 14. Сезонний бак-акумулятор оснащений патрубком подачі холодної води 15, а бак-акумулятор гарячої води містить патрубок 16 для подачі гарячої води споживачу. Тепловий насос оснащений патрубком 17 для підключення подавального трубопроводу на систему опалення, та патрубком 18 для підключення зворотного трубопроводу. Бак-акумулятор гарячої води містить теплообмінник другого підігріву 20, а сезонний бак-акумулятор - теплообмінник першого підігріву 19. За допомогою триходового клапана 21 відбувається переключення режиму роботи системи теплопостачання із геліопокрівлею. Система теплопостачання із геліопокрівлею працює наступним чином. Сонячне проміння попадає на поверхню гофрованого теплопоглинача 9 та трубки контуру циркуляції 10. При цьому відбувається їх нагрівання. За рахунок різниці температур, та відповідно різниці густин теплоносія в зоні вхідного і вихідного патрубків створюється циркуляція теплоносія, який проходить спочатку в трубках контуру циркуляції, розташованих під гофрованим теплопоглиначем 9, а потім догрівається в трубках контуру циркуляції, розташованих над гофрованим теплопоглиначем 9. Нагрітий теплоносій через подавальний трубопровід 3 подається у бак-акумулятор гарячої води 1. Охолоджений теплоносій по зворотному трубопроводу 4 повертається у геліопокрівлю 2, і нагрівається. Між нижнім 12 та верхнім 13 прозорим покриттям відбувається рух повітря, що дозволяє зменшити конвекційні втрати тепла. Нагріте повітря через подавальний повітропровід 6 надходить у сезонний бакакумулятор 5, де віддає своє тепло акумулюючому матеріалові та по зворотному повітропроводі 7 надходить назад у геліопокрівлю. Якщо кількість тепла, яке закумулювалося в сезонному баку-акумуляторі є достатнім для нагрівання води на систему гарячого водопостачання, тоді триходові клапани 21 переключають режим роботи системи теплопостачання і нагріте повітря надходить у тепловий насос 8 та нагріває воду на систему опалення, яка через патрубок 17 подається споживачу і через патрубок 18 повертається для нагрівання. Концентратори сонячного випромінювання 14 спрямовують сонячні промені на трубки контуру циркуляції 10, 2 UA 111910 C2 5 розташовані над гофрованим теплопоглиначем 9 та, відповідно, ефективніше вловлюють сонячне випромінювання. Теплоізоляційний шар 11 забезпечує зменшення тепловтрат. Холодна вода з водопроводу надходить через патрубок подачі холодної води 15 у теплообмінник першого підігріву 19, де нагрівається в сезонному баку-акумуляторі 5 у вигляді ємності з перерізом п'ятикутної форми з вершиною у верхній точці, після чого надходить у теплообмінник другого підігріву 20 і через патрубок 16 подається споживачу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 1. Система теплопостачання із геліопокрівлею, що містить бак-акумулятор гарячої води, з'єднаний через подавальний та зворотний трубопроводи з геліопокрівлею, яка є структурною частиною даху будівлі та складається з гофрованого теплопоглинача, розташованого між верхнім прозорим покриттям та теплоізоляційним шаром, причому на внутрішню поверхню теплопоглинача нанесено шар селективного матеріалу, а на внутрішню поверхню теплоізоляційного шару нанесено шар відбиваючого матеріалу, яка відрізняється тим, що додатково містить сезонний бак-акумулятор, у вигляді ємності з перерізом п'ятикутної форми з вершиною у верхній точці, та тепловий насос, з'єднані через подавальний та зворотний повітропроводи з геліопокрівлею, що містить трубки контуру циркуляції, розміщені під та над гофрованим теплопоглиначем, який виконаний з покрівельного матеріалу будівлі, окрім верхнього прозорого покриття, виконаного з полімерного матеріалу, містить нижнє прозоре покриття, покрите селективним матеріалом, причому верхній та нижній шари встановлені з можливістю проходження між ними повітря. 2. Система теплопостачання із геліопокрівлею за п. 1, яка відрізняється тим, що в геліопокрівлі над гофрованим теплопоглиначем додатково встановлені концентратори сонячного випромінювання. 3 UA 111910 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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