Спосіб опалення та гарячого водопостачання будівель з використанням сонячної енергії та низькопотенційної теплоти води

1. Спосіб опалення та гарячого водопостачання будівель з використанням сонячної енергії та низькопотенційної теплоти води, що передбачає сезонну зміну розташування абсорбера сонячного колектора, який відрізняється тим, що абсорбер колектора з розміщеною за ним теплоізоляцією влітку встановлюють з внутрішньої сторони нерухомої заскленої огорожі пасивної сонячної системи опалення, абсорбером у напрямку скла, а взимку абсорбер з теплоізоляцією, підключений до джерела води, розміщують у просторі буферної зони пасивної системи на поверхнях її огорож без про 3 вою і буферною зоною і відповідно теплові втрати, що пропорційні цій різниці. Для охолодження води (опалення буферної зони) можна використовувати в буферній зоні рекуперативні (поверхневі) і контактні апарати. Система, що названа "Системою опалення І.І. Пухового", функціонує лише зимою, коли сонячні колектори не функціонують. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі, вибраний нами за прототип, є спосіб сонячного тепловодопостачання, (А.с. СССР 1666882 А1, кл. F24J 2/42 опуб. 30.07.91. бюл. 28), в якому пропонується періодично підключати абсорбер сонячного колектора до системи гарячого сонячного водопостачання та до системи опалення. Влітку колектор розміщують із зовнішньої сторони житлової зони абсорбером до сонячних променів, а взимку - із внутрішньої її сторони, як батарею опалення традиційної системи. В останньому випадку з колектора знімають скло. В обох варіантах теплоізоляція колектора направлена в сторону стіни житлової зони. Як варіант способу пропонують теплоізоляцію абсорбера зробити зйомною і розміщувати її влітку за абсорбером і склом колектора. Недоліками способу і схемних конструкцій, що його ілюструють, є те, що скло або теплоізоляція колектора повинні бути виконані зйомними. Відомо, що скло встановлюється на колектор через гумові прокладки або за допомогою герметизатора. При зніманні скла є великий ризик його пошкодження. Для видалення теплоізоляції теж потрібен демонтаж зовнішнього нижнього дна колектора, а саму теплоізоляцію потрібно робити блочною або виготовляти в герметичній жорсткій оболонці прямокутної форми. В обох випадках потрібно передбачити сезонне зберігання скла або (і) теплоізоляції, що вимагає додаткової роботи, приміщень для зберігання і обережності у поводженні зі склом. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення відомого способу шляхом сезонної зміни розташування абсорбера сонячного колектора, що забезпечує зменшення пікових навантажень на традиційну систему опалення та гарячого водопостачання, скорочення витрат на кондиціювання повітря та зниження капіталовкладень в систему опалення та гарячого водопостачання. Поставлена задача вирішується тим, що в способі опалення та гарячого водопостачання будівель з використанням сонячної енергії та низькопотенційної теплоти води, що передбачає сезонну зміну розташування абсорбера сонячного колектора, згідно корисної моделі, абсорбер колектора з розміщеною за ним теплоізоляцією, влітку встановлюють з внутрішньої сторони нерухомої заскленої огорожі пасивної сонячної системи опалення, абсорбером у напрямку скла, а взимку абсорбер з теплоізоляцією, підключений до джерела води, розміщують у просторі буферної зони пасивної системи на поверхнях її огорож без прозорого покриття, таким чином, щоб теплоізоляція колектора була направлена до внутрішньої поверхні огорож, які утворюють буферну зону, а абсорбер контактував з повітрям цієї зони. Крім того, взимку абсорбер, який виконує роль 42421 4 нагрівача, з'єднується з джерелом води природного або техногенного походження, температура якого 5.....35°С. Охолоджена в абсорберах вода направляється в кристалізатори або відводиться за межі буферної зони. Крім того, абсорбер розміщують переважно довшою стороною паралельно горизонтальній поверхні. Крім того, абсорбер з теплоізоляцією взимку встановлюють під додатковою підлогою з вентиляційними отворами абсорбером у напрямку додаткової підлоги. Цілорічне використання колекторів без скла в якості нагрівача води для гарячого водопостачання і охолоджувача води для опалення буферної зони, дозволяє зменшити капіталовкладення в систему опалення та гарячого водопостачання. Відомо, що колектори коштують від 200 до 400 дол. США за 1м2, при цьому, більшу половину вартості складає абсорбер, тому для будинку, в якому мешкає 5 чоловік, потрібно близько 5м2 колектора для гарячого водопостачання. Відповідно економія капіталовкладень складає від 1000 до 2000 дол. США на індивідуальний будинок. В зв'язку з цілорічним використанням термін окупності при заміні сонячною енергією електроенергії буде зменшений з 10 до 5 років, а при заміні природного газу - з 25-30 до 12...15 років. Додаткова економія полягає у використанні скла (шибок) пасивної системи в якості прозорого покриття для водонагрівних сонячних колекторів. Низькотемпературна система опалення буферної зони дозволяє зменшити пікові навантаження на традиційну систему опалення і відповідно, встановлену потужність традиційної системи опалення житлової зони (котлом, тепловим насосом, електричними нагрівачами, грубою, тощо) в 1.3....1.8 рази в залежності від температур довкілля. Влітку за рахунок затінення прозорих огорож пасивних систем абсорберами з теплоізоляцією зменшуються витрати на кондиціювання повітря підвищується комфорт і продуктивність праці та знижуються витрати електроенергії на кондиціонери в 1,5-2 рази. З метою опалення буферної зони використовуються природні або техногенні стічні води, до джерела яких взимку приєднується абсорбер колектора. Для того, щоб використати для опалення теплоту кристалізації води, після охолодження в абсорбері її направляють в кристалізатори. Це можливо при температурах довкілля нижчих мінус 510°С. У тому випадку, коли температура довкілля буде вищою названих значень, таку воду відводять у довкілля або в каналізацію (за межі буферної зони). При розміщенні абсорберів в якості опалювальних приладів (нагрівачів) буферної зони їх бажано встановлювати якомога нижче, щоб скористатися природною конвенцією і тим фактом, що знизу температура повітря нижча, ніж вгорі на 5.....12°С (за нашими дослідами). Забезпечити такі умови краще може горизонтальне розміщення колекторів на стінах, коли довша сторона колекто 5 ра знаходиться паралельно поверхні землі, а площина колектора розташована вертикально. При цьому також покращується теплообмін вільною конвекцією повітря. В тому випадку, коли поверхня пасивної системи (скла) з розміщеними на ній колекторами, досить велика, виникає проблема неможливості розміщення необхідної площі абсорберів з теплоізоляцією на нижній поверхні непрозорих зовнішніх стін, які в цьому варіанті взагалі можуть бути відсутні. Щоб забезпечити установку максимально можливої площі абсорберів - нагрівачів повітря, їх частково розміщують під додатковою підлогою абсорберами в напрямку додаткової підлоги. На Фіг.1 та 2 показано літнє розміщення абсорберів з теплоізоляцією на різних типах пасивних систем: Фіг.1 демонструє пасивну систему типу веранда, а Фіг.2 - пасивну система типу „Стіна Тромба". На Фіг.3 і 4 зображено зимове розташування абсорберів з теплоізоляцією на внутрішніх поверхнях буферної зони пасивної системи. В будинку (Фіг.1-4), що має стіни 1 житлової зони і прилеглу до неї пасивну систему сонячного опалення, утворену скляними прозорими поверхнями 2 в рамах 3, скляна поверхня 2 розташована на деякій відстані (0,5...3м, а для зимових садів ще більше) від стіни 1 і утворює буферну зону 4, обмежену стелею 5 і підлогою 6. Будинок має дах, нижня половина якого може використовуватися для затінення скляних поверхонь 2. На Фіг.1 прозора скляна поверхня розташована вище підвіконної стінки 7. Абсорбер 8 з теплоізоляцією 9 влітку встановлюють через ущільнення 10 абсорбером до скла (Фіг.1 та 2). При використанні „стіни Тромба" (Фіг.2) в стіні 1 житлової зони виконані отвори 11 та 12, на яких встановлені клапани 13, влітку клапани закриті (можуть відчинятися лише для вентиляції житлової зони). Скляна огорожа 2 виконується від підлоги 6 до стелі 5. Холодну воду подають в патрубок 14, а теплу забирають з патрубка 15 і направляють в акумуля 42421 6 тор гарячої води або безпосередньо споживачам для гарячого водопостачання. Фіг.3 і 4 демонструють зимове розташування абсорбера 8 з теплоізоляцією 9, що розташовані в корпусі 16. На Фіг.3 абсорбер розміщений нижче скляної поверхні 2 біля підвіконного простору 7 і закріплений до підвіконника пластиною 17. При нестачі місця для розміщення колекторів без скла внизу на поверхнях стін 1 житлової зони їх також встановлюють (Фіг.4) під додатковою підлогою 18 буферної зони з вентиляційними отворами 19. В осінньо-весняний період, коли повітря нагрівається вище 18...25°С, клапани 13 є відкритими. В холодний період року їх закривають. На Фіг.4 також показано послідовне з'єднання абсорберів, що розташовані під підлогою і на стіні. Відносно тепла вода (8...30°С) подається через патрубок 15 і виходить з патрубка 14 в довкілля або в кристалізатори через зливну лінію 20. Запропонований спосіб реалізується таким чином. З настанням теплого періоду року, абсорбер сонячного колектора встановлюють абсорбером 8 в напрямку до скла 2 пасивної системи (Фіг.1 та 2). При цьому до абсорбера підключаються (через патрубки 14 і 15 відповідно) лінії гарячої і холодної води для гарячого водопостачання. Абсорбер сприймає сонячну енергію і нагріває воду. З настанням опалювального сезону (Фіг.3 та 4) абсорбер 8 з теплоізоляцією 9 знімають і розміщують нижче прозорих частин пасивної системи біля стінки 7 або під додатковою підлогою 18 абсорбером у напрямку до повітря в просторі між пасивною системою та стіною житлової зони (будинку). В останньому випадку, до патрубків 14 і 15 підключають джерело теплої води (наприклад з каналізації системи гарячого водопостачання або попередньо охолоджений в батареях житлової зони теплоносій). Вода може охолоджуватися в абсорбері до 1-3°С і підігріває повітря. При цьому теплові втрати з житлової зони будинку зменшуються. 7 42421 8 9 42421 10 11 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 42421 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601