Бак-аккумулятор для систем солнечного теплоснабжения

(51) 5 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ кии и имен- общеТЕМ муляжения ковы- через СО ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Зональный научно-исследовательспроектный институт типового и экспертального проектирования жилых иственных зданий в г.Ташкенте(54) БАК-АККУМУЛЯТОР ДЛЯ СИСОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ(57) Сущность изобретения: бак-акктор для систем солнечного теплоснабсодержит резервуар 1 с двойными боми стенками, нижняя часть которого Ы 1768886 А 1 пространство между внешней 3 и внутренней 4 стенками сообщена с верхней частью, и подсоединенный к резервуару патрубок 2 отбора нагретой воды, при этом часть или вся внутренняя стенка выполнена перфорированной, причем отверстия перфорации 5 на внутренней стенке 4 выполнены одинакового размера и равномерно распределены по площади, кроме того отверстия перфорации 5 на внутренней стенке 4 выполнены различного размера и распределены по площади с увеличением в направлении снизу вверх. Применение бака-аккумулятора в сочетании со своевременным отбором позволит концентрировать поступающую солнечную энергию на нагрев порции для одноразового использования, что даст возможност потребителю при малой интенсивности поступления солнечного тепла продлить сезон эксплуатации и тем самым повысить теплотехническую эффективность установки. 2 з.п. ф-лы, 2 илИзобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к системам, использующимсолнечную энергию для теплоснабжения.Известен бак-аккумулятор для системсолнечного теплоснабжения, содержащий 5бак с одинарными боковыми стенками ипатрубок для отбора нагретой воды,При нагреве солнечными лучами внешней поверхности стенок бака, часть водыконтактирующая с внутренней поверхностью стенок нагревается и поднимается вприповерхностный слой, в результате чегосо временем вся вода в баке прогревается.Устройство отличается простотой конструкции и низкой себестоимостью, 15Однако существенным недостатком такого бака-аккумулятора является его низкаятеплотехническая эффективность из-за возможности вовлечения в процесс нагрева отстенок любой частицы воды в баке, что приводит к равномерному прогреву воды вовсем объеме бака-аккумулятора.В объеме бака-аккумулятора, рассчитанном на нагрев воды до заданной температуры при максимальной солнечной 25инсоляции, в случае уменьшения количества теплоты, поглощенной стенками бака, вначале и конце сезона эксплуатации наблюдается недогрев воды, что и обуславливаетнизкую теплотехническую эффективность 30использования установок данного типа.Известен бак-аккумулятор для системсолнечного теплоснабжения, который выполнен из двух секций; одна секция - в видебака прямоугольного поперечного сечения 35и большого объема, а вторая в виде плоскогопрямоугольного короба малого объема сразвитой поглощающей поверхностью.Обе секции выполнены как единое целое и непосредственно сообщаются друг с 40другом, Бак-аккумулятор оснащен такжепатрубком для отбора нагретой воды.Достоинство известного устройства в простоте конструкции и низкой себестоимости,Как преимущество этой установки следует расценить попытку ограничить объемнагреваемой воды, что позволяет доводитьее до более высоких температур, Однакопоследующее поступление небольшого количества подогретой воды в нижнюю часть 50бака большого объема, приводит к перемешиванию холодной и нагретой воды, что каки в предыдущем случае снижает теплотехническую эффективность установки,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является бак-аккумулятор длясистемы теплоснабжения, выполненный сдвойными боковыми стенками и оснащенный патрубком отбора нагретой воды. Внутренняя стенка бака-аккумуляторавыполнена непроницаемой для воды, а внижней части пространство между внешнейи внутренней стенкой сообщается с остальным объемом бака-аккумулятора.При воздействии солнечных лучей навнешнюю стенку бака, в пространстве между внешней и внутренней стенкой возникает термосифонная циркуляция, результатомкоторой является накапливание нагретойводы в верхней части бака-аккумулятора.Здесь количество нагреваемой воды ограничено, что дает возможность за одинпроход вдоль нагретой стенки догревать воду до нужной температуры при более низкой интенсивности солнечной радиации иполучать за сезон эксплуатации большее количество воды с заданной температурой.К достоинствам следует отнести такжевесьма простую конструкцию установки и еенизкую себестоимость.Существенным недостатком известнойконструкции солнечного водона гревателяявляется невозможность установления настадии разработки величины температурыводы, участвующей в термосифонной циркуляции при известных климатических параметрах и размерах бака-аккумулятора. Этоне позволяет подбирать оптимальную температуру нагрева воды, а следовательно эффективно использовать эти установки, вчастности совместно с догревателями,Известно, также, что эффективностьтеплосъема с нагреваемой поверхностипрямо пропорциональна скорости циркуляции теплоносителя вдоль этой поверхностии величина ее самая низкая при полной остановке циркуляции.При отборе нагретой воды из установкипрототипа с подпиткоЙ хОлОднОЙ ВодОЙ, изза того, что 6 подп0 ото, временно, напериод отбора а он может быть весьма длительным), уровень в верхней части бака становится ниже верхней кромки внутреннейстенки, перелив нагретой воды через стенкуи циркуляция теплоносителя в межстеночном пространстве прекращается,В установке же без подпитки термосифонная циркуляция прекращается совсемуже после отбора первой порции теплоносителя из-за невозможности перелива нагретой воды через стенку.Таким образом еще одним недостаткомизвестной конструкции, имеющей непроницаемую стенку, является временное прекращение циркуляции теплоносителя напериод отбора горячей воды в установках сподпиткой и полное прекращение циркуляции в межстеночном пространстве в установках без подпитки холодной водой, что, 176888 бский эффект 20 25 30 35 40 50 как было показано выше, существенно снижает теплотехническую эффективность установок данной конструкции,Целью настоящего изобретения является повышение теплотехнической эффективности бака-аккумулятора для систем солнечного теплоснабжения путем осуществления поддающейся расчету дозированной гидравлической связи через внутреннюю стенку между объемом воды в межстеночном пространстве, заключенном между двойными стенками бака, и остальным объемом воды в баке.Поставленная цель достигается тем, что часть или вся поверхность внутренней стенки выполнена проницаемой для теплоносителя (перфорироваЯа).В зависимости от наличия в установках подпитки холодной водой, отверстия выполняются либо на части поверхности стенки, по высоте в пределах изменения уровня от первоначального при расходе нагретой воды, либо по всей поверхности стенки,Для получения максимального эффекта в определенных условиях эксплуатации суммарное проходное сечение отверстий может быть выполнено либо равномерно распределенным по перфорированной поверхности, либо увеличивающимся в направлении снизу вверх.Признаками: выполнение на части или всей поверхности внутренней стенки перфорации, выполнение суммарного проходного сечения отверстий либо с равномерным распределением по площади перфорированной стенки либо увеличивающимся в направлении снизу вверх - заявляемое техническое решение отличается от прототипа.Указанные признаки отсутствуют в известных решениях, что дает возможность утверждать, что заявленные отличительные признаки являются новыми.Выполнение на части или всей поверхности стенки перфорации позволяет путем подбора гидравлического сопротивления воды через отверстия устанавливать необходимую величину температуры нагретой воды при известных климатических параметрах окружающей среды и геометрических размерах бака-аккумулятора, а также не нарушать термосифонную циркуляцию теплоносителя при снижении уровня воды в баке.Выполнение суммарного проходного сечения отверстий перфорации с равномерным распределением по площади внутренней стенки, например, так, что отверстия перфорации на внутренней стенке выполнены одинакового размера и равномерно расп ределены по площади, позволяет накапливать с увеличением толщины приповерхностного слоя, в объеме бака-аккумулятора нагретую воду при расчетной температуре, соответствующей условиям максимально возможного использования поступающей теплоты, что при работе бака-аккумулятора в системе солнечного теплоснабжения с догревателем дает максимальный теплотехнический и экономичеБак-аккумулятор в системе солнечного теплоснабжения без догревателя обязан обеспечивать на выходе нагретую воду с температурой необходимой для потребителя.В этом случае предлагается суммарное проходное сечение отверстий во внутренней стенке выполнять увеличивающимся в направлении снизу вверх. Выполнение отверстий перфорации на внутренней стенке различного размера и распределенными по площади с увеличением в направлении снизу вверх позволяет в направлении снизу вверх уменьшать гидравлическое сопротивление для выхода теплоносителя во внутрен нее п рост ра нство бака,В этом случае в верхнем слое воды в баке, граничащем с частью внутренней стенки с большим суммарным проходным сечением отверстий (малым гидравлическим сопротивлением), будет сформирован слой нагретой воды для одноразового использования (он будет разной толщины для разных целей) с постепенным ростом температуры до максимально возможной в данных климатических условиях,При достижении нужной температуры потребитель имеет возможность отбирать этой слой нагретой воды в полной уверенности, что объем ее (он задан заранее) достаточен для его нужд.Данное техническое решение бака-аккумулятора в сочетании со своевременным отбором позволяет концентрировать поступающую солнечную энергию на нагрев порции для одноразового использования, что дает возможность потребителю при малой интенсивности поступления солнечного тепла ранней весной и поздней осенью, в меньших количествах, но всегда получать нагретую воду с нужной температурой, тогда как в известных решениях в этих случаях мы получаем много воды (весь бак), но с температурой недостаточной для потребителя. Это позволяет продлить сезон эксплуатации и повысить теплотехническую эффективность установки,Вышеизложенное подтверждает, что у заявленного решения имеются свойства по 1768886вышенного качества, чем свойства известных решений, что свидетельствует атом, что данное техническое решение обладает существенными признаками.На фиг.1 и 2 изображен общий вид заявленногого бака-аккумулятора для систем солнечного теплоснабжения,Бак-аккумулятор содержит, размещенный в корпусе 1 с двойными стенками патрубок отбора нагретой воды 2, а также внешнюю 3 и внутреннюю 4 стенку с отверстиями 5.Суммарное проходное сечение отверстий внутренней стенки 4 на части ее(фиг.1) или на всей поверхности (фиг.2) выполнено или равномерно распределенным по площади перфорированной стенки 4 (фиг.1) или увеличивающимся в направлении снизу вверх.В нижней части бака пространство между стенками 3 и 4 сообщается с внутренним объемом корпуса 1,Бак-аккумулятор для систем солнечного теплоснабжения работает следующим образом.Внутренний объем корпуса 1 бака-аккумулятора заполняют холодной водой до заданного уровня. При этом водой заполняется и пространство между стенками 3 и 4.При нагреве солнечными лучами внешней стенки 3 корпуса 1 вода, нагревается от стенки 3, поднимается в межстеночном пространстве до такого уровня, на котором при расчетной температуре и вязкости, нагретая вода вытеснена во внутренний объем, по пути превозмогая предварительно рассчитанное гидравлическое сопротивление в отверстиях 5 внутренней стенки 4, Одновременно снизу в пространство между стенками 3 и 4 поступает порция холодной воды, поддерживая таким образом термосифонную циркуляцию в баке 1.5 При испытаниях лабораторного образца бака-аккумулятора отмечено, что за счет интенсификации термосифонной циркуляции и возможности порционного нагрева воды, выход нагретой воды с заданной тем пературой за сезон увеличивается в среднем на 20 - 25 при этом отбор первой порции нагретой воды можно производить на 2 часа раньше, чем в известных установках.15 Формула изобретения1. Бак-аккумулятор для систем солнечного теплоснабжения, содержащий резервуар с двойными боковыми стенками, нижняя часть которого через пространство 20 между внешней и внутренней стенками сообщена с верхней частью, и подсоединенный к резервуару патрубок отбора нагретой воды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения теплотехнической эффективно сти путем увеличения интенсивности циркуляции теплоносителя, часть или вся внутренняя стенка выполнена перфорированной.2. Бак-аккумулятор по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что отверстия перфорации навнутренней стенке выполнены одинакового размера и равномерно распределены по площади.3. Бак-аккумулятор по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что отверстия перфорации навнутренней стенке выполнены различного размера и распределены по площади с увеличением в направлении снизу вверх,