Гелиотепловая энергосистема

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Технической задачей настоящего изобретения является аккумулирование энергосистемой значительного количества тепловой энергии для ее последующего использования в холодное время суток и года при обеспечении регулируемой светопрозрачности конструкции солнечных коллекторов. Для достижения технической задачи тепловой аккумулятор выполнен в виде заглубленного в грунт теплоизолированного резервуара, размещенного под полом обогреваемого помещения или под грунтом теплицы. Тепловой аккумулятор выполнен в виде водонепроницаемого и теплоизолированного резервуара, конфигурация и площадь поверхности верхней части которого близки к конфигурации и площади поверхности внутри обогреваемого пола помещения или грунта теплицы. На входе блока солнечных коллекторов включен управляемый смеситель жидкого теплоносителя с красящим составом, а на выходе блока солнечных коллекторов включен управляемый отделитель красящего состава от жидкого теплоносителя.(72) Ахметов Бахытжан СражатдиновичХаритонов Петр ТихоновичБейсембекова Роза НуралиевнаТоктарбаева Нургуль Аскаровна(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И.Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Изобретение относится к техническим средствам возобновляемой энергетики, в частности к системам конверсии энергии солнечной радиации в тепловую с ее накоплением в теплое время дня и года и с последующим использованием тепловой энергии в холодное время дня и года. Изобретение относится к техническим средствам возобновляемой энергетики, в частности к системам конверсии энергии солнечной радиации в тепловую с ее накоплением в теплое время дня и года и с последующим использованием тепловой энергии в холодное время дня и года. Известна теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации Галяутдинов А.А.,Харитонов П.Т. Теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации. Патент 93 208 от 27.04.2010 г. на ПМ, содержащая гелиотепловую энергосистему в виде замкнутого контура циркуляции жидкого теплоносителя в составе накопительного теплообменника, гидронасоса, труб,управляемые двухходовые клапанов, грунтовых теплообменников и солнечных коллекторов в виде многофункциональных солнечных панелей Самарина И.Э.,Харитонов П.Т. Многофункциональная солнечная панель. Патент 108574 от 20.09.2011 г. на полезную модель из светопрозрачного сотового поликарбоната. В аналоге Галяутдинов А.А., Харитонов П.Т. Теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации. Патент 93 208 от 27.04.2010 г. на ПМ реализовано совмещение функций солнечного коллектора со светопрозрачным защитным покрытием теплицы, но не предусмотрена возможность долговременного накопления тепловой энергии. Известны также способ, устройство и магнитная ловушка для регулирования энергоэффективности и светопропускания солнечного коллектора с жидким теплоносителем Вишникин Л.Б., Харитонов П.Т. Способ, устройство и магнитная ловушка для регулирования энергоэффективности и светопропускания солнечного коллектора с жидким теплоносителем. Патент 2395043 от 20.07.2010, позволяющие регулировать тепловую производительность и светопропускание многофункциональных солнечных панелей. В известных аналогах Галяутдинов А.А., Харитонов П.Т. Теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации. Патент 93 208 от 27.04.2010 г. на ПМ. Самарина И.Э., Харитонов П.Т. Многофункциональная солнечная панель. Патент 108574 от 20.09.2011 г. на полезную модель Вишникин Л.Б., Харитонов П.Т. Способ,устройство и магнитная ловушка для регулирования энергоэффективности и светопропускания солнечного коллектора с жидким теплоносителем. Патент 2395043 от 20.07.2010 нет возможности долговременного накопления тепловой энергии с целью ее последующего использования в холодное время суток и года. Технической задачей настоящего изобретения является аккумулирование энергосистемой значительного количества тепловой энергии для ее последующего использования в холодное время суток и года при обеспечении регулируемой светопрозрачности конструкции солнечных коллекторов, а также выполнение тепловым аккумулятором функции теплого пола в обогреваемом помещении или теплого грунта в теплице. Для достижения технической задачи тепловой аккумулятор выполнен в виде заглубленного в грунт теплоизолированного резервуара, размещенного под полом обогреваемого помещения или под грунтом теплицы, соединенного трубами через первый и второй входы-выходы введенных в систему первого и второго трехходовых управляемых клапанов со входным патрубком блока многофункциональных солнечных панелей, а через третий выход первого трехходового управляемого клапана - со входом введенного в систему потребителя тепловой энергии, выход которого подключен через вновь введенный второй гидронасос ко входу второго трехходового управляемого клапана, причем вход управления первым гидронасосом подключен к первому выходу формирователя сигналов управления системой, а входы управления вторым гидронасосом и трехходовыми управляемыми клапанами подключены ко второму выходу формирователя сигналов управления системой,причем тепловой аккумулятор выполнен в виде водонепроницаемого и теплоизолированного резервуара, конфигурация и площадь поверхности верхней части которого близки к конфигурации и площади поверхности внутри обогреваемого пола помещения или грунта теплицы, кроме того, на входе блока солнечных коллекторов включен управляемый смеситель жидкого теплоносителя с красящим составом, а на выходе блока солнечных коллекторов включен управляемый отделитель красящего состава от жидкого теплоносителя, входы управления которыми подключены к выходам формирователя сигналов управления системой. На фиг. 1 показана структура системы, на фиг. 2 приведен в разрезе вариант конструкции заглубленного в грунт теплового аккумулятораСистема содержит соединенные трубами блок 1 солнечных панелей, первый 2 и второй 3 трехходовые управляемые клапаны,первый 4 и второй 5 гидронасосы, формирователь 6 сигналов управления системой,тепловой аккумулятор 7 и потребители 8 тепловой энергии. Кроме того, ко входному патрубку 1 а блока 1 многофункциональных солнечных панелей подключен управляемый смеситель 9 жидкого теплоносителя с красящим составом, а к выходному патрубку 1 б блока 1 многофункциональных солнечных панелей подключен управляемый отделитель 10 красящего состава от жидкого теплоносителя. В режиме накопления тепловой энергии входной патрубок 1 а блока 1 подключен через смеситель 9,выход 3 а и вход-выход 3 б второго трехходового управляемого клапана 3 к выходу первого гидронасоса 4, вход которого подключен к патрубку 7 б теплового аккумулятора 7. Выходной патрубок 1 б блока 1 подключен через отделитель 10, вход 2 а и вход-выход 2 б трехходового управляемого клапана 2 к патрубку 7 а теплового аккумулятора 7. На выходе 6 а формирователя 6 действует сигнал 1 гидронасос 4 включен. За счет конверсии блоком 1 энергии солнечной радиации в тепловую и работы гидронасоса 4 по замкнутому контуру,образованному перечисленными выше элементами,происходит циркуляция жидкого теплоносителя и перенос тепловой энергии из блока 1 в тепловой аккумулятор 7. Светопропускание через многофункциональные солнечные 4 панели блока 1 регулироваться сигналами 3 и 4 с выходов 6 С и 6 Д формирователя 6 от полного до нулевого в зависимости от красящего состава и его концентрации. В режиме потребления тепловой энергии на выходе 6 б формирователя 6 действует сигнал 2 , за счет которого патрубок 7 а теплового аккумулятора 7 через вход-выход 2 б и выход 2 с трехходового управляемого клапана 2 соединен со входным патрубком 8 а потребителей тепловой энергии, в то время как выход 8 б потребителей тепловой энергии 8 подключен через гидронасос 5, вход 3 с и входвыход 3 б трехходового управляемого клапана 3,далее через отключенный гидронасос 4 к патрубку 7 б теплового накопителя 7. За счет работающего гидронасоса 5 по замкнутому контуру,образованному перечисленными выше элементами системы,обеспечена циркуляция жидкого теплоносителя и передача тепловой энергии из теплового аккумулятора 7 к потребителям 8. На фиг.2 изображен вариант конструктивного исполнения теплового аккумулятора в виде водонепроницаемого резервуара, размещенного внутри стен 11 и фундамента 12 под полом 13 обогреваемого помещения. Дно 14 резервуара выполнено с уклоном в сторону выходного патрубка 7 б с целью отбора (в режиме накопления тепловой энергии) из патрубка 7 б теплового аккумулятора жидкого теплоносителя 15 с минимальной температурой. Верхняя крыша 16 резервуара повторяет конфигурацию поверхности пола 13. Для предотвращения прогиба крыши 16 в резервуаре предусмотрены стойки 17. Снаружи резервуар покрыт теплоизолирующим слоем 18 (например - 5 экструдированным пенополистиролом или пенопластом толщиной от 100 мм и выше). Патрубок 7 а теплового аккумулятора размещен на верхней крыше 16 резервуара для отбора (в режиме потребления тепловой энергии) из теплового аккумулятора жидкого теплоносителя с максимальной температурой. При значительной емкости жидкостного теплового аккумулятора за летне-осенний период в нем может быть накоплено количество тепловой энергии, достаточное для обогрева грунта и воздуха в ней с осени и до весеннего потепления. Общую полезную площадь блока 1 многофункциональных солнечных панелей (МСП) выбирают с учетом размеров имеющихся на рынке размеров (60002100) мм панелей из поликарбоната,из которых изготовлены МСП. При использовании в блоке 4 х панелей со взаимным наложением по длине панелей на 100 мм, в односкатной конструкции, например, теплицы, МСП размещены на несущих дугах каркаса с основанием (80004100) мм, возвышенных на 3500 мм относительно нулевой отметки. Полезная площадь защищенного грунта в основании односкатного модуля равна 32,8 м 2,полезная площадь поверхности 4 х МСП модуля близка к 48 м. Выберем полезный объем теплового аккумулятора 60 м 3 при этом его высота будет от 1,7 до 1,9 метра. В зависимости от положения Солнца относительно купола блока 1, а также облачности,воздействующая на поверхность МСП удельная мощность потока солнечной радиации составит в дневное время в средних широтах усредненное значение от 30 Вт/м 2 до 600 Вт/м 2, а общая мощность потока солнечной радиации,воздействующего на купол модуля в дневное время,будет в пределах от 984 Вт до 19 680 Вт. Выберем интегральное значение мощности потока солнечной радиации, преобразованной в тепловую энергию МСП с полезной площадью 48 м 2 на уровне 3000 Вт. С учетом известной теплоемкости воды при 20 С,равной 4,2 кДж/кг, приняв в положительный баланс энергии, аккумулируемой в ГТА за общее время накопления, равное 120121440 часов за 120 суток по 12 часов в сутки, от интегральной мощности потока солнечной радиации получим ожидаемое значение тепловой энергии, накопленной в ГТА на уровне 4320 кВт-часов. С учетом известного соотношения 1 кВт-час 857 килокалорий, получим прирост тепловой энергии в резервуаре в размере 3,702 мегакалорий. Температура 60 м 3 жидкого теплоносителя (воды) в резервуаре при этом повысится на 3,702-106/6-104 61,6 С относительно начального значения. При объеме резервуара в 60 м отбор тепловой энергии с понижением температуры жидкого теплоносителя на 1 С в течение суток потребителям будет поставлено 6-104 килокалорий или в электрическом эквиваленте 70,01 квтчасов в сутки или в течение 1 часа - 2,91 кВтчас. Накопленной в тепловом аккумуляторе объемом в 60 м 3 энергии при этом достаточно для отопления в течение двух месяцев помещения с полезным объемом от 40 м 3 до 120 м 3 в зависимости от его теплоизолирующих свойств. Часть тепловой энергии через верхнюю крышу 15 резервуара идет на подогрев пола 10. Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает конверсию энергии солнечной радиации в тепловую светопроницаемыми 7 многофункциональными солнечными панелями, накопление тепловой энергии в жидкостном тепловом аккумуляторе и перенос накопленной тепловой энергии к потребителям, включая подогрев пола помещения или грунта в теплице энергией тепловых потерь теплового аккумулятора. Существенным техническим результатом предложенной системы является возможность обеспечения регулируемых светопропускания и тепловой производительности многофункциональных солнечных панелей путем обратимого окрашивания жидкого теплоносителя или смешивания его с непрозрачными мелкоструктурными элементами с помощью известных способа и устройств Самарина И.Э.,Харитонов П.Т. Многофункциональная солнечная 3 панель. Патент 108574 от 20.09.2011 г. на полезную модел Вишникин Л.Б., Харитонов П.Т. Способ, устройство и магнитная ловушка для регулирования энергоэффективности и светопропускания солнечного коллектора с жидким теплоносителем. Патент 2395043 от 20.07.2010. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Гелиотепловая энергосистема, содержащая блок солнечных коллекторов в виде светопрозрачных солнечных панелей с жидким теплоносителем,гидронасос, жидкостный тепловой аккумулятор,управляемые клапаны, отличающаяся тем, что тепловой аккумулятор выполнен в виде заглубленного в грунт водонепроницаемого теплоизолированного резервуара, размещенного под полом обогреваемого помещения или под грунтом теплицы, соединенного трубами через первый и второй входы-выходы введенных в систему первого и второго трехходовых управляемых клапанов со входным патрубком блока многофункциональных солнечных панелей, а через третий выход первого трехходового управляемого клапана - со входом введенного в систему потребителя тепловой энергии, выход которого подключен через вновь введенный второй гидронасос ко входу второго трехходового управляемого клапана. 2. Гелиотепловая энергосистема по п.1.,отличающаяся тем, что вход управления первым гидронасосом подключен к первому выходу формирователя сигналов управления системой, а входы управления вторым гидронасосом и трехходовыми управляемыми клапанами подключены ко второму выходу формирователя сигналов управления системой. 3. Гелиотепловая энергосистема по п.1.,отличающаяся тем, что конфигурация и площадь поверхности верхней части теплового аккумулятора близки к конфигурации и площади поверхности обогреваемого пола помещения или грунта теплицы. 4. Гелиотепловая энергосистема по п.1.,отличающаяся тем, что на входе блока солнечных панелей включен управляемый смеситель жидкого теплоносителя с красящим составом, а на выходе блока солнечных коллекторов включен управляемый отделитель красящего состава от жидкого теплоносителя,входы управления которыми подключены к выходам формирователя сигналов управления системой.