Геліовентиляційна система

Реферат: Геліовентиляційна система включає теплоізольований короб, світлопрозору герметичну кришку, теплоакумулятор, проточний теплообмінник, теплопровідні трубки, верхній та нижній колектори трубної системи, виводи для підведення та відведення теплоносія, насос та арматуру для включення та відключення системи з роботи. При цьому в теплоізольованому коробі, який виконано з двох спарених герметичних камер, розміщено розділяючий герметично ці камери теплопоглинаючий металевий лист, покритий селективним світлопоглинаючим матеріалом з хорошими теплопровідними властивостями, зверху до якого жорстко прикріплені елементи теплообмінника у вигляді овальних трубок, розташованих великими осями перпендикулярно до теплопоглинаючого металевого листа, а знизу до цього листа жорстко прикріплені пластини з металу, нижче металевого листа, приєднано вхідний патрубок припливної вентиляції для подачі відпрацьованого в приміщені теплого повітря, а з протилежної сторони - патрубок викиду цього повітря назовні, крім того у верхній камері проміжки між цією камерою і верхньою стороною теплопоглинаючого листа та проміжки між овальними трубками теплообмінника і колекторами заповнено речовиною з фазовим перетворенням. UA 115506 U (12) UA 115506 U UA 115506 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі геліотехніки, зокрема до сонячних теплових колекторів, і може бути застосована в системах гарячого водопостачання та теплопостачання житлових будинків, об'єктів адміністративно-побутового, виробничого і сільськогосподарського призначення. Відома геліоустановка, яка містить сонячний колектор, бак-акумулятор, трубопроводи подачі та відведення води, причому трубопровід подачі холодної води в бак-акумулятор і трубопровід відведення води з нього в сонячний колектор приєднані до нижньої частини цього бака. При цьому прямий трубопровід забезпечений зливним кінцем, а трубопровід відведення гарячої води до споживача - відбірним кінцем. Трубопроводи розміщені у верхній частині бакаакумулятора [1]. Недоліком цієї геліоустановки є значна втрата тепла в атмосферу при транспортуванні та зберіганні теплоносія, оскільки тільки зливний і відбірний кінці трубопроводів знаходяться в баку-акумуляторі, а самі трубопроводи знаходяться назовні й не мають теплоізоляції, крім того і бак-акумулятор теж не має теплоізоляційного покриття. Відомий також сонячний тепловий колектор за патентом [2], що містить верхню прозору панель, теплоізоляційний шар, теплопоглинальну панель, виконану у вигляді набору паралельних металевих труб для рідинного теплоносія, з'єднаних з нижньою поверхнею металевого променепоглинаючого листа через ребра шляхом їх зварювання, причому поглинальний лист складається з окремих металевих елементів-сегментів гарячого водопостачання. Недоліком такого сонячного колектора є складність конструкції теплопоглинаючої панелі, для якої потрібно виготовити окремі сегменти, з'єднати їх і прикріпити до нижньої поверхні трубну систему за допомогою зварювання. Через підвищену метало- і трудомісткість процесу виготовлення цієї панелі зростає собівартість сонячного теплового колектора. А саме з'єднання трубної системи з поглинальним листом шляхом зварювання через ребра мало сприяє підвищенню теплопередачі від металевого листа до води в трубах. Крім цього через використання води така система неефективна в зимовий період. Найближчим до запропонованої корисної моделі є геліоколектор для гарячого водопостачання та вентиляції [3], який вибрано як прототип. Указаний геліоколектор включає теплоізольований короб, світлопрозору герметичну кришку (скління), теплопровідні трубки, верхній та нижній колектори трубної системи, виводи для відводу та подавання теплоносія. В теплоізольованому коробі плоского геліоколектора верхній та нижній колектори для теплоносія виведені за його межі в обидві сторони для можливості їх з'єднання із системою водоподачі з однієї сторони та з системою викидної вентиляції - з іншої. Крім цього короб зверху та знизу закінчується повітророзподільними патрубками з фланцями для можливості з'єднання їх із системою припливної вентиляції. Недоліком вищенаведеного прототипу є неможливість його застосування в зимовий період через використання як теплоносія води, яка в холодну пору року схильна до замерзання. Теплообмінник виконано з труб, але не вказана їх ефективність з точки зору найкращого теплообміну. Малоефективним є також поглинання сонячної енергії в теплообміннику для більш ефективної передачі світлової енергії до теплоносія. В системі не приділено уваги можливості дистанційного електронного регулювання потоками теплоносія в трубах залежно від заданих температур у сонячному колекторі та в теплообміннику споживача. Корисна модель спрямована на вирішення задачі цілорічного використання геліовентиляційної системи та підвищення її ефективності за рахунок використання колектора як приймача сонячної енергії, який і є основним елементом сонячної теплоустановки, а також використання рекуператора-теплообмінника в системі вентиляції при мінусових температурах навколишнього середовища шляхом відпрацьованого в приміщенні теплого повітря, коли використання геліоустановок у зимовий період в умовах середньої смуги України вважається малоефективним. Поставлена задача вирішується тим, що в теплоізольованому плоскому коробі, який виконано з двох герметичних камер, розміщено розділяючий герметично ці камери теплопоглинаючий металевий лист з хорошими теплопровідними властивостями, наприклад з чорної міді, і до нього зверху жорстко прикріплені, наприклад припаяні, паралельні елементи теплообмінника у вигляді овальних трубок, розташованих великими осями перпендикулярно до теплопоглинаючого металевого листа. Знизу до цього листа жорстко прикріплено, наприклад припаяно, через визначений крок зигзагоподібні паралельні пластини з металу, який має хорошу теплопровідність, причому до нижньої рекуперативної камери з однієї сторони приєднано вхідний патрубок припливної вентиляції для подачі відпрацьованого в приміщенні теплого повітря, яке омиває зигзагоподібні пластини та нижню поверхню теплопоглинаючого 1 UA 115506 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 металевого листа. З протилежної сторони цієї камери влаштовано патрубок викиду відпрацьованого повітря назовні. Таким чином передається тепло від відпрацьованого в приміщенні теплого повітря, що викидається назовні, до теплоносія теплообмінника. Для забезпечення цілорічної роботи геліовентиляційної системи як носій в теплообміннику та трубопровідній системі використовують незамерзаючу рідину, наприклад тосол або суміш води і тосолу у співвідношенні 1:1. Верхня плоска геліокамера герметично накрита світлопрозорою, наприклад скляною кришкою, а проміжки між світлопрозорою кришкою, колекторами, верхньою стороною теплопоглинаючого металевого листа та проміжки між овальними трубками теплообмінника заповнено речовиною з фазовим перетворенням, яка використана як евтектична суміш на основі гідрату ацетату натрію. Крім цього для підвищення ефективності теплообміну верхня сторона теплопоглинаючого металевого листа покрита світлопоглинаючим матеріалом, через який добре проводиться теплова енергія сонячних променів до трубчатих елементів теплообмінника. Двокамерний короб для зменшення втрат тепла виконано з дерева, фанери, пластикових або інших аналогічних матеріалів із внутрішнім шаром ізоляції, наприклад із мінеральної вати або пінопласту. Для регулювання потокорозподілу подавання теплоносія передбачено електронний регулятор, який з'єднано з теплою стороною теплообмінника, двоконтурним теплообмінником бака-акумулятора та напірною стороною нагнітача. Корисна модель пояснюється кресленнями, на яких зображено: на фіг. 1 - схематичне зображення геліовентиляційної системи, на фіг. 2 - вид А (вид на сонячну камеру), на фіг. 3 розріз Б-Б, на фіг. 4 - розріз В-В (вид на вентиляційну камеру), на фіг. 5 - виріз Γ (конструкція кріплення елементів теплонагрівача до теплопоглинаючого металевого листа). Згідно з наведеними кресленнями, геліовентиляційна система містить теплоізольований корпус 1, який розділяється на дві герметичні камери, геліокамеру 2 із світлопрозорою герметичною кришкою 3, і рекуперативну камеру 4. Камери 2 і 4 герметично розділені теплопоглинаючим металевим листом 5 з хорошими теплопровідними властивостями, наприклад із чорної міді, причому зі сторони камери 2 металевий лист 5 покрито світлопоглинаючим матеріалом 6, через який добре підводиться теплова енергія сонячних променів до теплообмінника 7, розташованого в камері 2. Теплообмінник 7 виконано з паралельних трубок 8 овальної форми, які розташовано в камері 2 перпендикулярно своїми великими осями до теплопоглинаючого металевого листа 5 і жорстко до нього прикріплені (припаяні). Крім цього в камері 2 розташовано підвідний колектор 9 теплоносія 10 і відвідний 11, до яких жорстко прикріплені овальні трубки 8 теплообмінника 7, а проміжки між овальними трубками 8 і колекторами 9 і 11, та світлопрозорою кришкою 3 і верхньою стороною теплопоглинаючого металевого листа 5 заповнені речовиною 12 з фазовим перетворенням, яка використана як евтектична суміш на основі гідрату ацетату натрію. З нижньої сторони теплопоглинаючого металевого листа 5, в рекуперативній камері 4, жорстко прикріплені, наприклад припаяні, до цього листа 5, через визначений крок паралельні зигзагоподібні пластини 13, які також виконані з металу з хорошими теплопровідними властивостями, причому до цієї камери 4 приєднані вхідний патрубок 14 і викидний патрубок 15, до яких підводиться і відводиться відпрацьоване в приміщенні тепле повітря і таким чином, омиваючи зигзагоподібні пластини 13, передається тепло від цього повітря до теплоносія 10. Завдяки зигзагоподібній формі пластин 13, потоки відпрацьованого в приміщенні теплого повітря в каналах між цими пластинами турбулізуються, чим збільшується теплопередача від цього повітря до пластин 13 і далі через теплопоглинаючий металевий лист 5 та овальні трубки 8 до теплоносія 10 теплообмінника 7. Така система теплообміну добре доповнює теплопередачу особливо в зимовий період, коли в умовах середньої смуги України сонячний колектор камери 2 вважається малоефективним. Крім цього в цей період як теплоносій 10 доцільно використовувати речовину, стійку до низьких температур, наприклад тосол або суміш тосолу з водою у співвідношенні 1:1. З іншої сторони геліовентиляційна система включає бак-акумулятор, в якому розміщено двоконтурний теплообмінник, котрий складається з первинного теплообмінного контуру 17, який з'єднано трубопровідною системою 18 подачі охолодженого теплоносія 10 до підвідного колектора 9 теплообмінника 7, і трубопровід 19, по якому відводиться нагрітий в теплообміннику 7 теплоносій 10 до теплообмінного контуру 17, де тепло передається через воду 20 до вторинного теплообмінного контуру 21, який з'єднано із системою опалення 22. Крім того, для господарчих потреб на баку-акумуляторі 16 передбачено патрубок 23 відбору гарячої води, а знизу підключено патрубок 24 для поповнення водою бака-акумулятора 16. 2 UA 115506 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 На трубопровідній системі 18 передбачено нагнітач 25, котрий дозволяє забезпечити постійну циркуляцію теплоносія 10 по теплообміннику 7, та систему 26 поповнення втрат теплоносія 10 при експлуатації установки. Геліовентиляційну систему оснащено необхідною запірно-регулюючою арматурою, яка призначена для забезпечення нормальної роботи. Для регулювання температурного режиму в системі опалення 22 передбачено електронний регулятор 27, який з'єднано з баком-акумулятором 16, теплообмінником 7 і нагнітачем 25. Геліовентиляційна система працює таким чином. Перед пуском заповнюють указану систему теплоносієм 10, а також через патрубок 24 наповнюється бак-акумулятор 16 водою 20. Циркуляцію теплоносія 10 по системі теплообмінника 7 та теплообмінного контуру 17 забезпечує нагнітач 25. Сонячні промені через світлопрозору герметичну кришку 3 та речовину 12 потрапляють на овальні трубки 8 теплообмінника 7, колектори 9 і 11 та нагрівають теплоносій 10. При цьому також нагрівається верхня площина теплопоглинаючого металевого листа 5. Інтенсивність такого поглинання сонячної теплоти посилюється завдяки покриттю цієї поверхні теплопоглинаючого металевого листа 5 спеціальним світлопоглинаючим матеріалом 6. Теплоприплив до теплоносія 10 посилюється також завдяки тому, що овальні трубки 8 теплообмінника 7 жорстко прикріплені, наприклад припаяні, перпендикулярно своїми великими осями до вказаного металевого листа 5. Такій теплопередачі сприяє також речовина з фазовим перетворенням 12, яка використана як суміш на основі гідрату ацетату натрію. У рекуперативній камері 4 до теплопоглинаючого металевого листа 5 жорстко прикріплені, наприклад припаяні, паралельні зигзагоподібні пластини 13 і при омиванні потоками відпрацьованого теплого повітря особливо в зимовий період також проходить передача тепла із цього повітря до теплоносія 10 теплообмінника 7. Потрібно додати, що зигзагоподібна форма пластин 13 сприяє турбулізації повітряних потоків, що поліпшує теплообмін між відпрацьованим теплим повітрям і пластинами 13, збільшуючи таким чином передачу тепла до теплоносія 10. За необхідності поповнення втрат теплоносія 10 через запірно-регулюючу арматуру включають систему 26. Нагрітий теплоносій 10 подається на первинний теплообмінний контур 17, від якого тепло передається до води 20 бака-акумулятора 16 і від неї переноситься до вторинного контуру 21, а далі передається до системи опалення 22. Регулювання температурного режиму в системі опалення 22 виконується за допомогою електронного регулятора 27, який з'єднано з теплообмінником 7, баком-акумулятором 16 та нагнітачем 25. Запропонована геліовентиляційна система забезпечує підвищення ефективності теплопередачі від сонячних променів та відпрацьованого в приміщенні теплого повітря до теплоносія 10 і далі до системи опалення 22, підвищення коефіцієнта корисної дії теплопередачі розширює технічні можливості її застосування протягом всього року, особливо в зимовий період, коли в умовах середньої смуги України використання сонячних колекторів вважається малоефективним. Джерела інформації: 1. Внутренние санитарно-технические устройства: в 3-х ч.: справочник проектировщика/ под. ред. И.Г. Староверова. - М.: Стройиздат, 1990. - Ч. 1. - 343 с. 2. Патент Російська фед. № 2042088, МПК F24J 2/20 Колектор сонячної енергії, Казанджан Б.І., Вертман А.А., 1995. 3. Патент на корисну модель. Україна. № 80391, МПК F24F 12/00 Геліоколектор для гарячого водопостачання та вентиляції. Немировський І.А., Овсянникова І.М., опубл. 27.05.2013, Бюл. № 10. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 1. Геліовентиляційна система, що включає теплоізольований короб, світлопрозору герметичну кришку (скління), теплоакумулятор у вигляді речовини з фазовим перетворенням, проточний теплообмінник, теплопровідні трубки, верхній та нижній колектори трубної системи, виводи для підведення та відведення теплоносія, насос та арматуру для включення та відключення системи з роботи, яка відрізняється тим, що в теплоізольованому коробі, який виконано з двох спарених герметичних камер, розміщено розділяючий герметично ці камери теплопоглинаючий металевий лист, покритий селективним світлопоглинаючим матеріалом з хорошими теплопровідними властивостями, наприклад з чорної міді, зверху до якого жорстко прикріплені, наприклад припаяні, елементи теплообмінника у вигляді овальних трубок, розташованих великими осями перпендикулярно до теплопоглинаючого металевого листа, а знизу до цього листа жорстко прикріплені, наприклад припаяні, через визначений крок пластини з металу з хорошою теплопровідністю зигзагоподібної форми паралельно потоку відпрацьованого повітря, 3 UA 115506 U 5 10 причому до нижньої камери, нижче металевого листа, приєднано вхідний патрубок припливної вентиляції для подачі відпрацьованого в приміщенні теплого повітря, а з протилежної сторони патрубок викиду цього повітря назовні, яке омиває пластини та нижню поверхню вказаного листа, крім того у верхній камері проміжки між цією камерою і верхньою стороною теплопоглинаючого листа та проміжки між овальними трубками теплообмінника і колекторами заповнено речовиною з фазовим перетворенням, яка використана як евтектична суміш на основі гідрату ацетату натрію. 2. Геліовентиляційна система за п. 1, яка відрізняється тим, що взимку як теплоносій в теплообміннику та трубопровідній системі використовують незамерзаючу рідину, наприклад тосол або суміш води і тосолу в співвідношенні 1:1. 3. Геліовентиляційна система за п. 1, яка відрізняється тим, що для регулювання потокорозподілу подавання теплоносія передбачено електронний регулятор, який з'єднано з теплою стороною теплообмінника, рекуператором та напірною стороною нагнітача. 4 UA 115506 U 5 UA 115506 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 6