Теплонасосная система с подогревом воздуха солнечной энергией

(51) 24 2/04 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Теплонасосная система с подогревом воздуха солнечной энергией (фиг.1) состоит из солнечных коллекторов 1 установленных на прозрачной крыше 2, поглощающей пластинки 3, верхней 4 и нижней 5 части помещения для подогрева воздуха,разделенной теплоизолированным потолком 6 с вентиляционными отверстиями, нижняя часть сообщена с наружным воздухом через настенный воздуховод 7, установленной на боковой стенке 9 с абсорбером 8. Теплонасосная система имеет теплоаккумулирующие конструкции 10,с теплообменником сообщенной по контуру циркуляции 19 с солнечными коллекторами 1. Наружный блок 11 теплового насоса типа воздухвода прикреплен к общей стенке 12 отапливаемого и для подогрева воздуха помещений. Внутренний блок 13 теплового насоса соединен подводящими и отводящими трубопроводами 14 с теплым полом 15, нагревательными приборами 17, установленных в отапливаемой помещений 16. В летнее время приготовление воды для горячего водоснабжения потребителя 21,происходит переключением трехходового клапана 18 в положение б и с подачей холодной воды по водопроводу 20 через солнечный коллектор 1.(72) Сыдыков Шурат Курбанович Умбеткулов Ертуган Кожагулович Алибек Нисипбек Бакбергенович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный аграрный университет Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) ТЕПЛОНАСОСНАЯ СИСТЕМА С ПОДОГРЕВОМ ВОЗДУХА СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИЕЙ(57) Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к использованию низкотемпературных источников энергии к системам для автономного теплоснабжения децентрализованных объектов жилого,производственного назначения,предприятий сервиса и услуг. Технический результат,достигаемый изобретением,заключается в повышение эффективности системы теплоснабжения за счет использования солнечной энергии для подогрева теплоносителя в контуре циркуляции низкопотенциального теплоносителя в отопительный период. Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к использованию низкотемпературных источников энергии к системам для автономного теплоснабжения децентрализованных объектов жилого,производственного назначения,предприятий сервиса и услуг. Известно установка комбинированного солнечно-теплонасосного теплоснабжения,примененная в геолого-климатических условиях Украины для теплоснабжения двухэтажного коттеджа площадью 340 м 2 (см. Агеева Г.Н.,Лантух Н.Н., Щербатый Комбинированная солнечно-теплонасосная установка как вариант технического решения теплоснабжения. - С.О.К. 2005, 12. с.36). Известное устройство содержит систему сбора и утилизации тепла грунта, включающую контур циркуляции низкопотенциального теплоносителя,проходящий через проложенную в грунте систему пластиковых труб большой площади, контур холодоснабжения и испаритель теплового насоса,систему отопления и горячего водоснабжения(ГВС), включающую конденсатор теплового насоса,буферную емкость горячего теплоносителя,емкостной водонагреватель с двумя теплообменниками, контуры отопления, горячего водоснабжения, котел на жидком топливе, систему сбора тепла солнечной энергии, включающую контур циркуляции теплоносителя солнечного коллектора с самим солнечным коллектором,подключенный через теплообменник в контур циркуляции теплоносителя между тепловым насосом (ТН) и буферной емкостью и к теплообменнику емкостного водонагревателя. Тепловая энергия в емкостной водонагреватель ГВС поступает от солнечного коллектора,преобразующего солнечную энергию в тепловую. При накоплении емкостного водонагревателя идет накопление тепла в буфере-накопителе. При отсутствии солнечной радиации либо недостаточной ее интенсивности вода в верхней части емкостного водонагревателя нагревается теплом буферной емкости или котлом. Тепловая энергия в буферную емкость поступает в первую очередь от теплового насоса. Котел теплоснабжения (отопление, ГВС) запускается в случае, если запасенной тепловой энергии в буферной емкости и емкостном водонагревателе недостаточно для покрытия тепловой нагрузки отопления и горячего водоснабжения. В летние месяцы охлаждение коттеджа производится путем применения функции ТН. Это особый режим охлаждения помещений, т.к. в этом случае, отбирая низкопотенциальной тепло земли от грунтового аккумулятора(8-12 С),потребляется лишь незначительное количество электроэнергии для работы циркуляционных насосов. При отборе тепла грунта в летние месяцы происходит еще большее охлаждение скважин,препятствующей естественному восстановлению температуры грунта в межотопительные периоды,и дефицит температуры грунта относительно начальной его величины накапливается еще больше каждым отопительным сезоном. Недостатком известного устройства является отсутствие возможности повышения температуры подаваемого в тепловой насос низкопотенциального теплоносителя в отопительный период и восстановление температурного режима скважин в межотопительный период. Кроме того, для покрытия тепловой нагрузки жилого или производственного объекта с применением тепловых насосов требуется охлаждать несоизмеримо большую массу природных источников теплоты грунта или грунтовых вод. Охлаждение нейтрального слоя земли над охлажденным грунтом термоскважины, равно как и над охлажденными грунтовыми водами, происходит достаточно быстро по сравнению с временем эксплуатации теплонасосной установки, что приводит к деградацию термоскважин для тепловых насосов, а также к отчуждению земли для растениеводства,нарушает экологическое равновесие. Недостатком также является высокая стоимость грунтового теплообменника, связанного большим капиталовложением для бурения термоскважин. Количество теплоты, которые может быть получено от скважины, изменяется от климатических условий местности и теплофизических свойств грунта,определяются его составом, влажностью и пористостью. Перечисленные недостатки не позволяют применять данную систему для автономного теплоснабжения децентрализованных объектов жилого, производственного назначения,предприятий сервиса и услуг. Также известно теплонасосная система,принятые авторами за прототип (Патент 2433359 24 2/04) включающий тепловой насос,выполненный с возможностью взятия тепловой энергии от наружного воздуха и отдачи ее другой среде и внешнее пространство, выполненное с возможностью нагревания наружного воздуха за счет солнечного излучения, выполненной с возможностью подачи наружного воздуха в тепловой насос через внешнее пространство теплонасосная система содержит средства регулирования потока наружного воздуха и датчики для определения температуры наружного воздуха и потока воздуха контактировавшегося с тепловым насосом. Недостатком этого устройства является недостаточно эффективное воздействие на температуру теплоносителя, подаваемого через внешнее пространство в тепловой насос. Это обусловлено тем, что воздух удаляемый системой вентиляции,имеет низкое удельное теплосодержание и требует значительных объемов подачи, что вызывает значительное повышение кратности воздухообмена помещения, приводит к большим теплопотерям помещения. Кроме того,конструкция устройства не позволяет в полной мере использовать различные независимые источники низкопотенциального тепла, в том числе, солнечной энергии. Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности системы теплоснабжения и востребованности потенциала возобновляемых источников энергии, увеличением величины коэффициента средне сезонного использования солнечной энергии. Технический результат,достигаемый изобретением,заключается в расширении технических возможностей теплонасосной системы и увеличение коэффициента преобразования СОР- основного показателя эффективности теплового насоса, до 4,0-4,5 единиц за счет более полного использования потенциала солнечной энергии и обеспечения подогрева наружного воздуха. Дополнительный технический результат,достигаемый изобретение,заключается в дополнительном расширении технических возможностей. Указанный технический результат достигается внесением соответствующих изменений в конструкцию теплонасосной системы. Известная часть теплонасосной системы содержит, помещение для подогрева наружного воздуха, разделенное теплоизолированным потолком на две части верхней и нижней сообщенные между собой через вентиляционные отверстия верхняя часть содержит прозрачную крышу, нижняя часть сообщена с наружным воздухом через боковую стенку. Тепловой насос, состоящий из наружного и внутреннего блоков, соединенных между собой трубками. Теплый пол, нагревательные приборы и насосы для циркуляции теплоносителя соединенные с внутренним блоком трубопроводами. Эта часть системы дополнена тем, что нижняя часть помещения для подогрева воздуха снабжена теплоаккумулирующей конструкцией состоящей из канавы со вставкой по ее профилю, установленной с зазором относительно стенок канавы, а зазор заполнен теплоаккумулирующим материалом,установленным внутри теплообменником. Система также дополнена установлением под прозрачной крышей поглощающей пластины с селективным покрытием и над прозрачной крышей по части периметра, солнечных коллекторов, сообщенные через трехходовой клапан по контуру циркуляции с теплообменником теплоаккумулирующей конструкций. Дополнительное расширение технических возможностей теплонасосной системы достигается за счет установки на боковой стенке нижней части помещения для подогрева воздуха теплового абсорбера,сообщенной помещением через настенный воздуховод на стенке. Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображена схема системы автономного теплоснабжения жилого дома или здания. На фиг.1 изображена теплонасосная система, вид с боку на фиг.2 тоже, вид сверху. Приведенная на фиг.1 и 2 теплонасосная система с подогревом воздуха солнечной энергией состоит из солнечных коллекторов 1 установленных на прозрачной крыше 2, поглощающей пластинки 3, верхней 4 и нижней 5 части помещения для подогрева воздуха,разделенной теплоизолированным потолком 6 с вентиляционными отверстиями, нижняя часть сообщена с наружным воздухом через настенный воздуховод 7, установленной на боковой стенке 9 с абсорбером 8. Теплонасосная система имеет теплоаккумулирующие конструкции 10,с теплообменником сообщенной по контуру циркуляции 19 с солнечными коллекторами 1. Наружный блок 11 теплового насоса типа воздухвода прикреплен к общей стенке 12 отапливаемого и для подогрева воздуха помещений. Внутренний блок 13 теплового насоса соединен подводящими и отводящими трубопроводами 14 с теплым полом 15, нагревательными приборами 17, установленных в отапливаемой помещений 16. Циркуляция теплоносителей в контурах системы автономного теплоснабжения осуществляется насосами (условно не показаны), а регулирование потоков тепла трехходовым клапанам 18. Приготовление воды для горячего водоснабжения потребителя 21,происходит переключением трехходового кран 18 в положение б и с подачей холодной воды по водопроводу 20 через солнечный коллектор 1. Работа системы осуществляется следующим образом. В отопительный период проход наружного воздуха, до поступления в нижней части 5 помещения, осуществляется через поглощающей пластинки 3, под прозрачной крышей 2 и абсорбера 8,установленной на боковой стенке, и сопровождается отбором теплоты из солнечного излучения. Помещением для подогрева воздуха может быть гараж, подсобное здание, или специальное сооружение, построенное для этих целей. Нагретый теплоноситель подается в испаритель наружного блока теплового насоса воздух-вода. Термотрансформация теплоты до более высокого температурного уровня происходит путем передачи теплоты от нагретого низкопотенциального теплоносителя хладагенту, циркулирующему в контуре внутреннего блока 13 теплового насоса. При этом хладагент испаряется, пары хладагента сжимаются в компрессоре теплового насоса, и его теплота передается циркулирующей через конденсатор теплового насоса воде системы отопления. Вода для системы отопления нагревается в тепловом насосе до некоторой температуры,определяемой условиями экономичной работы теплового насоса, с помощью циркуляционного насоса подается в систему отопления в теплый пол 15 и/или нагревательные приборы 17. В периоды солнечного сияния аккумулирования теплоты происходит от солнечных коллекторов 1, в теплоаккумулирующей конструкции 10. Трехходовой кран 18 переключается в положение а, и теплоноситель, нагретый в солнечном коллекторе, подается с помощью насоса по контуру циркуляции 19 в теплообменник, установленной в теплоаккумулирующей конструкцию 10. В теплоаккумулирующей конструкции теплота 3 отдается теплоаккумулирующей массе. В качестве теплоаккумулирующей массы могут применяться незамерзающие жидкости (тосол, антифриз и т.п.) или твердые материалы с пористой матрицей(щебень, феолит и др.), обладающие высокой теплоемкостью. В ночное время, когда получаемого снаружи тепла недостаточно,теплота,аккумулированная в теплоаккумулирующей конструкции,передается на догрев низкопотенциального теплоносителя перед подачей ее в испаритель наружного блока теплового насоса. В летнее время для горячего водоснабжения потребителя 21, трехходовой кран 18 переключается в положение б и холодная вода подается по водопроводу 20 через солнечный коллектор 1. Использование предлагаемой теплонасосной системы позволит повысить эффективность автономного теплоснабжения децентрализованных и отдаленных жилых и производственных объектов,предприятий сервиса и услуг. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Теплонасосная система,содержащая помещение для подогрева наружного воздуха,разделенное теплоизолированным потолком на две части верхнюю и нижнюю сообщенные между собой через вентиляционные отверстия верхняя часть содержит прозрачную крышу, нижняя часть сообщена с наружным воздухом через боковую стенку система также содержит тепловой насос,состоящий из наружного и внутреннего блоков,соединенных между собой трубками теплый пол,нагревательные приборы и насосы для циркуляции теплоносителя, при этом внутренний блок соединен с теплым полом и нагревательными приборами трубопроводами, отличающаяся тем, что нижняя часть помещения для подогрева воздуха снабжена теплоаккумулирующей конструкцией, состоящей из канавы со вставкой по ее профилю, установленной с зазором относительно стенок канавы, а зазор заполнен теплоаккумулирующим материалом с теплообменником внутри система снабжена солнечными коллекторами, установленными по части периметра прозрачной крыши при этом теплообменник в зазоре между канавой и вставкой соединен с солнечными коллекторами через трехходовой клапан а под прозрачной крышей установлена поглощающая пластина с селективным покрытием. 2. Теллонасосная система по п.1, отличающаяся тем, что на боковой стенке нижней части помещения для подогрева воздуха установлен тепловой абсорбер, через настенный воздуховод сообщенный с нижней частью помещения для подогрева воздуха.