Система солнечного теплоснабжения здания

 

Изобретение относится к гелиотехнике , позволяет повысить тепловую эффективность и улучшить микроклимат здания путем снижения перегрева помещений. Система солнечного теплоснабжения содержит совмещенный с южным ограждением здания 1 и сообщенный воздуховодами с помещением 2 солнечный коллектор 3, имеющий прозрачное покрытие 4, и поглощающую пластину 6, за которой расположен ipau;m- ный аккумулятор 10, снабженный верхним 12 и нижним 13 воздушными горизонтальным каналами, в первом из которых установлен чешюобменнш. 7, связанный с водяным баком-аккумулятором , дублирукхцип источник 9 теилотм, сообщенный с помещением 2, коллектором 3 и гравийным аккумулятором 10 пныпопненный в виде заполненного граи net 14 корпуса, в нижней части которого установлены нагревательные элементы 15, расстояние между которыми больше диаметра гравия, причем гравий в дублирующем источнике 9 теплоты и аккумуляторе 10 имеет переменный диаметр , увеличивающийся по высоте засыпки . Изобретение позволяет обеспечить уменьшение капитальных вложений в системы теплоснабжения. 19 ил. SS (Л

СОЮЗ. СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 51)5 F 24 J 2/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1

7 б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4647920/06 (22) 07. 02. 89 (46) 15. 02.91. Бюл, Л" 6 (71) Белорусский политехнический институт (72) В.В.Покотилов (53) 662. 997 (088, 8) (56) Зоколей С. Солнечная энергия и строительство. N.: Стройиздат, 1979, с. 88. (54) СИСТЕМА СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЯ (57) Изобретение относится к гепио1 технике, позволяет повысить те ппо иую эффективность и улучшить микрокп»мат здания путем снижения перегрева помещений. Система солнечного теплоснабжения содержит совмещенный с кюкным ограждением здания 1 и сообщенный. воздуховодами с помешепнем 2 сапнечный коллектор 3, имеющий проз„„SU„„1627789 А 1

2 рачное покрытие 4> и поглощающую пластину 6, за которой рас»опоже» гравийный аккумулятор 10, снабже»ный верхним 12 и нижним 13 воздушными горизонтальнымн каналами, в пер ном»э которых установлен теппообменж»; связанный с водяным баком-аккумуплто— ром, дубп»рунщнй»сточн»к 9 те»поти1, сообщенный с помеше»»ем 2, коллектором

3 и гравийным аккумулятором 10» выполненный в инде з апоп не»ного гр ание :

14 корпуса, и нижней части которого установлены нагревательные эпсме»ты

15, рассто ч ни е между которымн б о» ьше диаметра гранил, причем гран»й н дубп»рующем источнике 9 теплоты» аккумуляторе 10 имеет переменный диаметр, увел»ч»иающ»йся по высоте засыпки. Изобретение позволяет обеспечить уменьшение капитальных вложений и системы теплоснабжения. 19 ил.

162 7789

Изобретение относится к гелиотехнике и позволяет обеспечить отопление и горячее водоснабжение здания за счет с оп нечной э нер гии.

Цель изобретения — повышение тепловой эффективности и улучшение микроклимата здания путем снижения перегрева помещений.

На фиг, 1 схематично представлена 10 южная стена здания с системой. водоснабжения, неотикапьный разоез; на

Фиг. 2 — здание, вертикальный разрез; на фиг. 3 — южная ° стена здания, гориэонтапьное сечение; на фиг. 4 — юж- 15 ная стена и помещение здания, горизонтальное сечение; на фиг, 5 — аксонометрическая схема системы солнечного теплоснабжения; на фиг. 6 — распределение воздушных потоков в слое гра- 2О вия, при одинаконых размерах частиц; на фиг. 7 — то же, при возрастающем размере частиц гравия по высоте слоя; на фиг. 8 — схема рециркуляции воздуха через воздухозаборное отверстие, 25 сообщающее помещение здания с нижним каналом; на фиг. 9 — конструкция воздухозаборного отверстия с задвижкой; на фиг. 10 — схема тепломассообмена между воздухом, нагревательными элементами и засыпкой. гравия; на фиг. 11режим работы системы в зимний период года, ночь (режим 1), когда температура воздуха в помещении здания (t ) ниже наперед заданного значения (г. ) (t (t>); на фиг. 12 — режим l! pa6oты системы при условии t g ) t g (н зимI ний период года, ночь); на фиг. 1 3— режим 111 (зимний период года), при

Условии t SC. t, э H B4LJIHRHH CCIJIHeчной 40 радиации (дневное время); на фиг. 14 режим 1Ч (зимний период года, дневное время), при условии t@) t> и наличии солнечной радиации; на фиг. 15 реходные периоды ropa, 45 ночь) при условии t > t3, на фиг.16— режим U! (переходные периоды года, ночь) при условии t t» на фиг.17 режим Ч! I (переходные периоды года, дневное время) при условии t c t>I> на 5р фиг. 18 — режим V I 11 (переходные периоды года, дневное время) при условии tll,T t ; на фиг. 19 — режим !Х (летний период года), солнечная энергия используется только для целей го55 рячего водоснабжения.

Система солнечного теппо снабжения здания содержит совмещенный с южным ограждением здания 1 и сообщенный ноздухонодами с помещением 2 здания

1 солнечный коллектор 3, имеющий прозрачное покрытие 4 и устанонленную с зазором 5 относительно последнего поглощающую пластину 6> ноздушно-водяной теплообменник 7, нод??ной бак-аккумулятор 8, снязаш ый по водяному тракту с теппообменником 7, дублирующий источник 9 теплоты, подключенный ноздухонодами к помеще??ию 2 здания 1 и солнечному коллектору 3, гравийный аккумулятор !0> сообщенный с последним, помещением 2 здания и дублирующим источником 9 теплоты, и регулирующие заслонки, установленные н ноздухонодах. Гранийный аккумулятор

10 совмещен с южно?? стеной здаы»я I, установлен с зазором ! з а поглощающей пластиной 6 и снабжен нерхн??м

II не?ж??нм воздушным?! 1 приз Оы Гап bl?I IM?I канапами 12 и 13, ноэдуи???о-водяной тепло обме ниик 7 у ст аыонл е и H нер хне м канале 2, дублирующий источник 9 теплоты выполнен н ??иде. з аыопыеыыого гравием 14 корпуса, н нижней части которого устанонпены нагренатепыые элементы 15> расстояния между которыми больше диаметра гравия, ыриче I гравий н дублирук?щем истс - н??ке 9 теплоты и гравийном аккумуляторе !0 имеет lleреме?н?ь ?«диаметр, у неп . чинающ?«й ся Ilo высоте засыпки °

Поглощающая пластина б может быть выполнена из отдельных элементов.

Гравийный аккумуля ор 10 может иметь наружную кирпи гыую кладку 16. Гранийная засыпка н аккумулятор 10 и дублирующем источнике 9 теплоты ограничена снизу решетками 7 и 18, Нижний канал 13 является сборным каналом всех воздушных потоков, поступающих иэ помещений 2 через отверстия 19, с. заслонками 20. Н?н«ний какал 13 сообщен с зазором 5 при помощи ноздухоноца 21, имеющего заслонки 22 и вентилятор 23, расположенные н нижней части воздухонода 21 и н?н«е канала 13, что исключает обратную циркуляцию воздуха иэ зазора 5 н ноэдухонод 21.

Верхний канал 12 снабжен ноздухозаборными отверстиями 24 и 25, первое из которых связывает его с солнечным коллектором 3, а второе с воэдуховодом 26, имеющим регулирующую заслонку 27. Воздушно-водяной теплообменник 7 выполнен из оребренных металлических труб в виде петли, к концам которых подключены трубопроно7189 6 ционном теппообмене с нагревательными элементами 15, выделены утолщенными лини я ми, Нагретый воздух проходит сквозь

5 з асыпку гравия, охлаждается, частично отдавая ей свое тепло, и поступает в камеру 37. В зту же камеру по воздуховоду 26 из гравийного аккумулятора 10 поступает также нагретый воздух. Смешанный в камере 37 воздух по воэдуховодам 38 распределяется в отапливаемые помещения 2, температурный режим которых регулируется автоматически или вручную заслонками 39.

Рециркуляционный цикл завершается

flo двум параллельныл> г1еткам: через заслонку 36 в дублирующий источник

20 9 теплоты и через отверстия 19 в гравийньп1 аккумулятор 10., Б приведенном режиме предг>слагается предварительный нагрев аккумулятора 10 эа счет сопнечной энергии в дневное

25 время суток. ! ежим l! (фиг, 12) имеет место при

t > ) t3 ° Заслонки 39 закрываются, перекрываяя таким образом ск воз ную циркуляцию воздуха, Б дублирующем источ30 нике 9 те1шоты при данном режиме,происходит накапливание геlllloòf:I з;1 счет повышения температуры Гр ави11ной э асынки t до значения, Обратно пропора ционаплпого текущему значеш11о темпера35 туры t н наружного воздух». IIQ цосгиженлн1 t = f (----) электрпческ11е нагfI1= с

И реватели 40 автоматически выключ;1ются. Процесс нагревания Гравия 14 Ocy4Q ществляется с помощью воздуха, циркулирующегоо между ними под дейст вием гравитационных с>111. I:.Отественная циркуляция присутствует по всему Объему гравия 14, что эес4екгивно сказывает45 ся на теплообмене и раино.1ерности

TЕМПЕР «1ТУР НОГО ПО I Я В ТОП IO «1 ККУМУЛИ рующем объеме, При д;юном ре1ю1л1е сохранению теплоты II Грав1111нол1 аккумуляторе 10 способствуют те1г11оэ ащ:1тные

5Q свойства его поверхностей> а также мероприятия, преп>п стнуи" ие рецнркуляции воздуха через отверстия 19. В данном случае форма отверстия 19 н горизонтальной плоскости исключает

55 вероятность рециркуляции.

5 162 ды 28 и 29, по которым осуществляется циркуляция воды с вентилями 30.

Вак-аккумулятор 8 связан с расширительным баком 31 и имеет теппообменник 32 иэ оребренных труб с патрубками 33 для подключения трубопроводов холодной и горячей воды, Дублирующий источник 9 теплоты имеет теппоиэолированный корпус 34 и воздушную полость 35 под решеткой

18 для сообщения с помещением 2 здания 1 через регулируемую заслонку

36. Над верхней поверхностью гравия

14 образована воздушная камера 37, подключенная с одной стороны к воэдуховоду 26, а с другой стороны — к распределяющим воздуховодам 38 для подачи подогретого воздуха в помещение 2.

Распределяющие воздухо воды 38 оборудованы заслонкалги 39 ° Нагревательные элементы 15 снабжены эле ктрическими нагревателями 40 °

Система солнечного теппоснабжения работает следующим образом.

В зим1гий период, который хар актериэуется пре вьппение м среднесуто чных теплопотерь помещений над среднесуточным поступлением солнечной энергии, система работает в четырех ос.— новных режимах (фиг . 1 — 14) . IIpif этом заслонки 27 и 36 в течение всего периода находятся в открытом состоянии. Первые два режима характеризуются отсутствием пос ту пленяя солнечной энергии, например, в ночное время ° Режим 1 (фиг. 1) ff»ee г мес го при температуре воздуха в помещении ниже заданного значения (tf! с t>) .

Заслонка 39 открывается, В ночно1 время включены электронагре1>ате1ь1пл. элементы 15, которые нагревают гравий

14, аккумулирующий теплоту для ее использования в дневное время. В дублирующем источнике 9 Tf IVI(3TII используется Радиационно-конвективный способ нагревания rp авия 14, что поз воля ет добиваться равномерности нагревания объема засыпки гравия > с1гижения температуры электронагревателей 40 и повьппения тепловой эффективности системы. С наружной оверхности элементов

15 (фиг. 10) (допустимо принять равными значения температур внутренней и наружной поверхностей) теплообмен с засыпкой гравия происходит путем радиации и конвекции. Поверхности частиц гравия, находящиеся в радиаСледующие два режима зимнего периода соответствуют дневному времени суток, когда происходит поступпение

16 27789 солнечной энергии на солнечный коллектор.

Режим I I I характеризуется соотношением tgc. t з, При этом заслонки 39 открыты. Воздух из помещения 2 пос5 тупает эа счет естественной конвекции через отверстие 19 и воздуховод 21 в зазор 5, где нагревается поглощающей пластиной 6, воспринимающей сол- 10 нечную радиацию.

Затем вдэдух проходит через воздуховод 26 в камеру 37, в которую также поступает воздух, забираемый из помещений 2 через заслонку 36 и нагреваемый при прохождении через гравий 14 нагретый в ночное время, Режим 1Ч (фиг, 14) имеет место при

t g> t . Заслонка 39 при этом закрыта.

Гравий 14 сохраняет свою теплоту благодаря теплоизоляции корпуса. И солнечном коллекторе 3 происходит восприятие и накапливание солнечной энергии путем повышения температуры в гравийном аккумуляторе 10. Процесс акумули- 25 рования теплоты осуществляется при естЕственной циркуляции воздуха по контуру: зазор 5, где воздух нагревается у пластины 6, отверстия 24, верхний канал 12, аккумулятор 10, нижний канал 13, воэдуховод 21, зазор 5, Весьма важной положительной особенностью данного режима является поддерживание постоянного превышения температуры верхних слоев гравийной

35 засыпки относительно нижних. При этом, увеличение до определенных пределов температуры верхних слоев повышает тепповую эффективность коллектора. Температура гравийной за- 40 сыпки зависит от температуры воздуха t>>y на выходе из зазора. При прочих равных условиях (интенсивности поступающей солнечной энергии, тепловых потерях коллектора и др. ) температура 1 к зависит от расхода воздуха через коллектор. При различных интенсивности радиации и тепловых потерях получить оптимальные значения температуры можно изменением

50 расходов воздуха, что с достаточной степенью приближения происходит при естественной циркуляции. Зто обуславливается тем, что с повышением интенсивности радиации интенсифицируется

55 циркуляция воздуха и наоборот. При этом температура воздуха йвы колеблется в оптимальных пределах. Предусмотрен также вариант применения вынужденной циркуляции с помощью вентилятора 23, включение которого должно производиться по температуре поверхностей поглощакщей пластины 6.

Переходный период характеризуется равенством или некоторым пре вышением среднесуточных поступпений солнечной энергии над среднесуточными теплопотерями, Для этого периода следует отметить четыре основных. режима работы 1-Vl l I (фиг. 15-18) . Цри этом дублирующий источник 9 теплоты не используется, заслонка 36 закрыта, а заслонка 27 находится в открытом состоя нии, Режим V (фиг. 15) имеет место при отсутствии солнечной радиации, например, в ночное время, и при соотношении t>) t>. При этом заслонки 39 закрыты, циркуляция воздуха в системе отсутствует, а теплота в гравийном аккумуляторе 10 сохраняется в той мере, насколько эффективна теплоизоляция ограждающих поверхностей.

Режим Vl (фиг. 16) имеет место в ночное время при с t >. Заслонки 39 открыты. Воздух иэ помещения 2 поступает в гравийный аккумулятор 10, нагревается и по воздуховодам 26 и

38 поступает в отапливаемые помещения 2.

Режим V I I (фиг. 17) характеризуется наличием солнечной радиации и соотношением температур t Вс t3,,Заслонки 39 открыты, При этом осуществляется прямой нагрев воздуха при прохождении его вдоль поглощающей пластины.

Интенсивность движения воздуха пропорционапьна температуре пластины 6.

Режим Vl!1 (фиг. 18) имеет место при наличии солнечной радиации и

t < ) t >. Заслонки 39 открыты. В систе-. ме осуществляется процесс аккумулирования теплоты солнечной радиации в

\ аккумуляторе 10 за счет замкнутой циркуляции воздуха в солнечном коллекторе 3, В летний период солнечная энергия используется только для нужд горячего водоснабжения. Работа системы характеризуется режимом 1Х (фиг. 19) . Bce заслонки находятся в закрытом состоянии. Открываются вентили 30 на трубопроводах 28 и 29.

Под действием солнечной радиации происходит замкнутая циркуляция и нагревание воздуха аиалогично режиму

Vt I I. Воздух в данном случае являет) 627789 ся промежуточным теплоносителем, передающим теплоту ат коллектора 3 теплообменнику 1 ° Нагретая н нем вода эа счет гравитационного 1,лвления поднимает ся в б ак 8. Ilc f toJI ьз î н аш(е коллектора н летнее время на нужды горячего водоснабжения поз валяет э иачительно снизить перегрев помещения, так как температура воздуха, наступающего в rpавий1(ый аккумупятар 10 после теплообменника 7, значительно снижается.

Кроме указ анниtx режима1 возможны варианты других сoчетлний режпман раб оты предл а га ем ой си сте мьt, Например, обслуживание системой выборочно только некоторых памещешп(13 э11 31(пй период ° Такой влрил(п применяется 13 сельс. кой местности EIPII llcllu!1ь.3 О ВElllllkf 1!E ч нога Ота 11ле 1331я 1 Ко Гд 11 с цел ью э КОна мии Та п11И13л lit I а Таpt 1С. Iа IE I IE t tl!Ë 31амл

Hp отлп.IHI3 1ются, П(3ед(л l лс мля сHc f E .t ta пазла-1яет с су1хестн(ггь тлкай режим путем эак(3ынаиия злсл 11ок 11(в не— а I a!!Jiff ltaet tvtx»o tettfetvf »x ° 11 ff;tt! t tnt t случае вся ппоцлдь ка.:131е113opa используетсяя на эд1(а (и11и не с ка:1ь кс3) а г л(с3131— влемых памещс.ш(й. При 3 га 1 капп чс.ст— ва потребляемой са;(не tttutt энар111и MO— жет явиться дас татo Iiik itt д31я кампенсс1ции тепла вых пат ер ь 13 хс3лс3д133,t месяцы.

Ф о р м у:I л и з а 3 р е т е и и я, Система солнечного тс tvtîcttaáæcttffÿ здания, садер кащая colitic:„еffttlttf с южным ограждением здания и саабщс п(сый воздуховодами с помещением здания солнечный коллектор, имек3щий прозрлч5 ное покрытие и установленную с элзором относительно 31оследнего поглощающую IfllacxHIry воздушно-водяной теплообменник, водяной бак-аккумулятор, связанньш Ifo водяному тракту с теплообменникам, дублирующий источник теплоты, под ключе нный воз ду хо в ода ми к помещению здания и солнечному коллектору, гравийный аккумулятор, сообщен1(ый с последним, помещением здания и дублирующим ис очником теплоты, и регулирующие заслонки, установленные в воэдуховодлх, о т л и ч а ющ а я с я тем, II o, с целью t tutti IIIIEния Tuплавой эффективности и улучшения мик20 ра климлт а зд:l tfff II путе м CIIIliKCIIIf5I l3epe грена памещешш, гр лвий ньп1 лккумулятор совмещен с кс11ат1 стенай здлния > установ31ен с зазорам за поглощающей

1н(лстино1 1 11 cнлбжен не(xtttltt и ш lt tttftt

25 ваздуш(п(м31 гopllз апт;3л ь(п t II к,3п ап л3п1

t воздушна-надяпа "i r vtvtuu6t tet tttt ttt уст,lна вле и и верхнем ксп(лле, дуб. п(ру1дци11 источник теtvto.lt,t ttLII!oJIIIL-II в виде элпалне(гнага гpatlttc:1 карпу сл, 13 ш(жней

30 части ка гора1 п уст,lttt)tн(е11ь1 нагревательныее э31емен1ы, рлсст з я(в(я между которьвtff б<3льше дплметрл грлвия, причем грлшгй 13 дублирующем истач(гике, тcllatowt,t Ii гp;!If lltf!1<> t аккумуляторе име35 с; -Ре «1»й д "". 1. у е ичи аю (ий

СЯ liO ВЫСОТЕ З,IСhttttEit °

1627789

1627789

2 27 2бю7 О

1627789

27 26 37 О фиг. 11

Фиг 12

12 77 2б

162 7789 °

27 26 37 3У

Фие f7

2f

Тираж 388

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьг иям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор Ю. Середа

Заказ 328

Составитель M. Валов

Техред А, Кравчук Корректор, С,Шекмар