Система солнечного теплоснабжения здания

;11,О 1 1;Н.1;.;, ",ю1г1 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТ цнг епиоте цпо нуюукро кли пирующем источник и акный дца егн пере гренаого тепцоьцый си сообкумупятметр, усыпки,чить ум е 1 О имеет п ичинаю цйсемен ел щ л новь зобрете пе позноляее капитальных ы теплоснабжения. те з обе впож цьшен еше 1 гт емющцй про систе б 11 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯИ ГКНТ СССР 1(56) Зоколей С. Солнечная энергияи строительство. М.: Стройиздат, 197с. 88.ПЛОСНА 1 ЖЕ(54) СИСТЕМА СОЛНЕЧНОГО ТЕ НИЯ ЗДАНИЯ (57) Изобретение относится технике, позволяет повысит эффективность и улучшить мат здания путем снижения помещений. Система солнечн снабжения содержит совмеще южным ограждением здания 1 щенный. воэдуховодами с пом солнечный коллектор 3, име ЯО 1627751)5 Г 24 д 2/42 рачное покрытие 4 и поглощающую пластину 6, за которой расположен гранцйцый аккумулятор 10, снабженный верхним 12 и нижним 13 воздушными горизонтальцымц кацапами, в первом из которых установлен тецлообмеижм;связанны й с водяным баком-аккумуплто -ром, дублирующий источник 9 тецлоть 1,сообщенный с помещением 2, коллектором3 и гравийным аккумулятором 1 О ц выполненный в ниде з апоп нец но го гр ан ием14 корпуса, н ццжцей части которогоустановлены цагренатепьиые элементы15, рассточнце между которыми большедиаметра гранил, причем гравий н дуб 1627789Изобретение относится к гелиотехнике и позволяет обеспечить отоплениеи горячее водоснабжение здания засчет сол нечной э нер гии.5Цель изобретения - повышение тепловой эффективности и улучшение микроклимата здания путем снижения перегрева помещений.На фиг, 1 схематично представлена 10южная стена здания с системой. водоснабжения, веотикапьный разоез; наФиг. 2 - здание, вертикальный разрез;на фиг. 3 - южнаястена здания, гориэонтапьное сечение; на фиг. 4 - южная стена и помещение здания, горизонтальное сечение; на фиг, 5 - аксонометрическая схема системы солнечного теплоснабжения; на фиг. 6 - распределение воздушных потоков в слое гравия, при одинаковых размерах частиц;на фиг. 7 - то же, при возрастающемразмере частиц гравия по высоте слоя;на фиг. 8 - схема рециркуляции воздуха через воздухозаборное отверстие, 25сообщающее помещение здания с нижнимканалом: на фиг. 9 - конструкция воздухозаборного отверстия с задвижкой;на фиг. 10 - схема тепломассообменамежду воздухом, нагревательными элементами и засыпкой. гравия; на фиг. 11 режим работы системы в зимний периодгода, ночь (режим 1)когда температура воздуха в помещении здания (Сб)ниже наперед заданного значения (С ) (С - С); на фиг. 12 - режим 11 работы системы при условии С б ) Сз (в зимний период года, ночь); на фиг. 13 -режим 111 (зимний период года), при условии СбсСЭ и наличии солнечной 40 радиации дневное время); на фиг.4 режим 1 Ч ( зимний период года, дневное время), при условии С 9) Сэ и наличии солнечной радиации; на фиг. 15режим Ч (переходные периоды года, ночь) при условии С бС 3, на фиг. 16 - режим Ч (переходные периоды года,ночь) при условии Ся Сэ, на фиг.17режим Ч(переходные периоды года, дневное время) при Усло вии С рС у на 50 фиг. 18 - режим Ч 11 (переходые периоды года, дневное время) при условии СT сэ, на фиг. 19 - режим Х (летний период года), солнечная энергия используется только для целей го 55 рячего водоснабжения.Система солнечного теппоснабжения здания содержит совмещенный с вкным ограждением здания 1 и сообщенный воздуховодами с помещением 2 здания 1 солнечный коллектор 3, имеющий прозрачное покрытие 4 и установленную с зазором 5 относительно последнего поглощающую пластину 6 нозду 1 пно-водяной теплообмеыник 7, нодыо бак-аккумулятор 8, связаыый по водяному тракту с тепообменником 7, дубпируаций источник 9 теплоты, подключенный воздухонодами к поещеик 2 здания 1 и солнечному коллектору 3, гравийный аккумулятор 1 О сообщенный с последним, помещением 2 здания 1 и дублирующим источником 9 телоты и регулирующие заслонки, установленные в воздуховодах. Гравийный аккумулятор 10 совмещен с южо стеной здания 1, установлен с зазором 11 за поглощающей пластиной 6 и снабжен 1 и.рхыим1 нежм Воздушным 1 1 призонГапныым канапами 12 и 13, воздушно-водяной тепообменнк 7 установлен и верхнем канапе 12 дублируюци источник 9 теплоты выполнен в ниде заполненного гравием 14 корпуса, н ш 1 жней части которого установпены агреателыые элементы 15 расстояния между которыми больше диаметра гравия, причем гравий в дублирукщем стс нике 9 теплоты и гравийном аккумуляторе 0 имеет переменый диаметрунеп 1. инающи 1 ся повысоте з асыпки,Поглощак 1 щая пластина б может бытьвыполнена из отдельных элементов.Гравийный аккумулятор 10 лкжет иметьнаружную кирпи гыую кладку 16, Гравийнаяя засыпка н аккумуляторе 10 и дублирующем источнике 9 теплоты ограничена снизу решетками 7 и 18, Нижнийканал 13 является сборным каналомвсех воздушных потоков, поступающихиэ помещений 2 через отверстия 19, сзаслонками 20. Ннкний какал 13 сообщен с зазором 5 при помощи ноздуховоца 21, имеющего заслонки 22 и вентилятор 23, расположенные в нижней части воздуховода 21 и нкке канала 13,что исключает обратную циркуляциювоздуха из зазора 5 в ноздуховод 21.Верхний канал 12 снабжен воздухозаборными отверстиями 24 и 25, первое из которых связывает его с солнечнм коллектором 3, а второе с воэдуховодом 26, имеющим регулирующуюзаслонку 27. Воздушно-водяной теплообменник 7 выполнен из оребренных металлических труб в виде петли, к концам которых подключены трубопрово7189 6ционном теппообмене с нагревательными элементами 15, выделены утолщенными лини я ми,Нагретый воздух проходит сквозь 5засыпку гравия, охлаждается, частично отдавая ей свое тепло, и поступает в камеру 37. В зту же камеру повоздуховоду 26 из гравийного аккумулятора 10 поступает также нагретыйвоздух. Смешанный в камере 37 воздух по воэдуховодам 38 распределяется в отапливаемые помещения 2, температурный режим которых регулирует ся автоматически или вручную ззслонками 39.Рециркуляционцый цикл завершаетсяпо двум параллельым геткам: череззаслонку 36 в дублирующий источник 20 9 теплоты и через отверстия 19 вграв 1 гйньпг аккумулятор 1 О Б приведенном режиме предполагается предварительный нагрев аккумулятора 10эа счет сопцечной энергии в дневное 25 время суток..ежим1 (фиг, 12) имеет место прц1 й ) 1 эЗаслонки 39 закрываются перекрывая таким образом сквозную циркуляцию воздуха, Б дублирующем источ нике 9 теплоты при данном режиме,происходит накапливание теплоты з счетповьппеция температуры грвцйой э- сынки С, до значения, обратноропорациоцалого текущему зачеццю темнературы С иф наружного воздух. По цосгцженцп С= электрические цагИреватели 40 автоматически выключаются, Процесс нагревания гравия 14 осу ществляется с помощью воздуха, циркулирующего между ццмц под действиемгравитациоццьх сш. .стествеццдя циркуляция присутствует по всему объемугравия 14, что эеффекгиьцо сказывает ся ца теплообмене Р "вцоерцоститемпературного поля в теппйлккумулирующем объеме, При даном режиме сохранению теплоты в гревПном аккумуляторе 10 сгособствуют тепгоэащптгппе 50 свойства его поверхностей а такжемероприятия, репятствуи"ие рециркуляции воздуха через отверстия 19. Вданном случае форма отверстия 9 нгоризонтальной плоскости исключаетвероятность рециркуляции. 5 162ды 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 трубопроводовхолодной и горячей воды,Дублирующий источник 9 теплотыимеет теппоиэолированцый корпус 34и воздушную полость 35 под решеткой18 для сообщения с помещением 2 здания 1 через регулируемую заслонку36. Над верхней поверхностью гравия14 образована воздушная камера 31,подключенная с одной стороны к воэдуховоду 26, а с другой стороны - краспределяющим воздуховодам 38 дляподачи подогретого воздуха в помещение 2.Распределяющие воздуховоды 38 оборудованы заслонками 39, Нагревательные элементы 15 снабжены электрическими нагревателями 40Система солнечного теппосцабжецияработает следующим образом.В зимний период, который характеризуетсяя пре вьппецне м средцесуто чныхтеплопотерь помещений цад среднесуточным поступлением солнечной энергии, система работает в четырех ос -новных режимах (фиг.- 14). Прцэтом заслонки 27 и 36 в течение всего периода находятся в открытом состоянии. Первые два режима характеризуются отсутствием поступления солнечной энергии, например в ночноевремя, Режим 1 (фиг.1) имее г местопри температуре воздуха в помещенииниже заданного значения (Г.П с Г.) .Заслонка 39 открывается, Вочное время включены электроагре натеыпл. элементы 15, которые нагревают гравий 14, аккумулирующий теплоту для ее использования в дневное время. В дублирующем источнике 9 теплоты используется Радиационно-конвективный способ нагревания гравия 14, что позволяет добиваться равномерности нагревания объема засыпки гравияснижения температуры электронагревателей 40 и повьппения тепловой эффективности системы. С наружной поверхности 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 н радиаСледующие два режима зимнего периода соответствуют дневному времени суток, когда происходит поступениесолнечной энергии на солнечный коллектор.Режим 111 характеризуется соотношением сс 1 , При этом заслонки 39открыты. Воздух из помещения 2 пос 5тупает эа счет естественной конвекциичерез отверстие 9 и воздуховод 21в зазор 5, где нагревается поглощающей пластиной б, воспринимающей сол Онечную радиацию,Затем вдэдух проходит через воздуховод 26 в камеру 37, в которую также поступает воздух забираемый изпомещений 2 через заслонку 36 и нагреваемый при прохождении через гравий 14, нагретый в ночное время,Режим 1 Ч (фиг, 14) имеет место приС И1 З. Заслонка 39 при этом закрыта.Гравий 14 сохраняет свою теплоту благодаря теплоизоляции корпуса. И солнечном коллекторе 3 происходит восприятие и накапливание солнечной энергиипутем повышения температуры в гравийном аккумуляторе 1 О. Процесс акумулирования теплоты осуществляется приестЕственной циркуляции воздуха поконтуру: зазор 5, где воздух нагревается у пластины 6, отверстия 24, верхний канал 12, аккумулятор 10, нижнийканал 13, воэдуховод 21, зазор 5,Весьма важной положительной особенностью данного режима является поддерживание постоянного превышениятемпературы верхних слоев гравийной35засыпки относительно нижних. Приэтом, увеличение до определенных пределов температуры верхних слоев повышает тепловую эффективность коллектора. Температура гравийной эасыпки зависит от температуры воздуха Сэщ на выходе из зазора, Припрочих равных условиях (интенсивности поступающей солнечной энергии,тепловых потерях коллектора и др) 45температура 1 1, зависит от расходавоздуха через коллектор. При различных интенсивности радиации и тепловых потерях получить оптимальные значения температуры можно изменением50расходов воздуха, что с достаточнойстепенью приближения происходит приестественной циркуляции. Зто обуславливается тем, что с повышением интенсивности радиации интенсифицируется55циркуляция воздуха и наоборот, Приэтом температура воздуха Свы колеблется в оптимальных пределах. Предусмотрен также вариант применения вынуж. денной циркуляции с помощью вентилятора 23, включение которого должно производиться по температуре поверхностей поглощакщей пластины 6.Переходный период характеризуетсяравенствомили некоторым превышениемсреднесуточных поступлений солнечнойэнергии над среднесуточными теплопотерями, Для этого периода следуетотметить четыре основных. режима работы 1-У 11 (фиг. 15-18), Цри этом дублирующий источник 9 теплоты не используется, заслонка 36 закрыта, азаслонка 27 находится в открытом состоянии,Режим Ч (фиг.15) имеет место приотсутствии солнечной радиации, например, в ночное время, и при соотношении 1 з) 1. При этом заслонки 39 закрыты, циркуляция воздуха в системеотсутствует, а теплота в гравийномаккумуляторе 10 сохраняется в той мере, насколько эффективна теплоизоляция ограждающих поверхностей.Режим У 1 (фиг. 16) имеет место вночное время при 1 с 1 з. Заслонки 39открыты. Воздух иэ помещения 2 поступает в гравийный аккумулятор 1 О,нагревается и по воздуховодам 26 и38 поступает в отапливаемые помещения 2.Режим Ч 1 (фиг. 17) характеризуется наличием солнечной радиации и соотношением температур С 6 с с 3, За ело яки 39 открыты, При этом осуществляется прямой нагрев воздуха при прохождении его вдоль поглощающей пластины,Интенсивность движения воздуха пропорциональна температуре пластины 6.Режим 9111 (фиг, 18) имеет местопри наличии солнечной радиации и1 е)1. Заслонки 39 открыты. В систе-.ме осуществляется процесс аккумулирования теплоты солнечной радиации ваккумуляторе 10 за счет замкнутойциркуляции воздуха в солнечном коллекторе 3,В летний период солнечная энергияиспользуется только для нужд горячеговодоснабжения, Работа системы характеризуется режимом 1 Х (фиг. 19). Всезаслонки находятся в закрытом состоянии. Открываются вентили 30 на трубопроводах 28 и 29.Под действием солнечной радиациипроисходит замкнутая циркуляция и нагревание воздуха аиалогично режимуУ 11. Воздух в данном случае является промежуточным теплоносителем, передающим теплоту от коллектора 3 теплообменнику 1, Нагретая н нем вода эа счет гравитационного ,двления поднимается в бак 8, Нсользонаве коллектора в летнее время на цужды горячего водоснабжения озноляет значительно снизить перегрев помещения, так как температура воздуха, поступающего в гравийгый аккумупятар 10 после тегглообменника 7, значительно снижается.Кроме у каз ацньх режимавоз можны варианты других сочетаний режпман работы предлагаемой системь, Например, обслуживание системой выборочно только некоторых памещев 1 н элпй период, Такой вдридгг римецяегся н сельс. кой местности ри цсо.ь:ансииного отоппеия, когда с целью экоца - мии та ди Бд с,0 то 1;с. э Р че 15 далд не отдпгив;1 тся е П 1 едд дс лд система позно:яет асунестьггь такай режим утем эдкрындция здслок Зсн е - отдпиндельх олепепх, Н д;эслу.чае вся ппоцддь каесард исользуется ца эво (ии песка ,кс) агдь - вдемых памепс.цш При гака,чэст -во потребляемой со цс.чспэнсри мо - жет явиться дас.тдтачнм дн калшсцсдции теплоых потерьхсод,е месяцы,ф о р м у: д и з о б р е т е ц и я,Системд солнечного тс с осцдбжеиязддция, содер кащд сонма е шп й с южным ограждением здания и сообщагый воздуховодами с помещени.м здания солнечный калектор, имеющий прозрдч ное покрытие и установленную с зазоромм относительно поспеднего поглощающую вастигу, воздушно-водяной теплообменник, водяной бак-дккумулятар, связанньш цо водяному тракту с теплообменником, дублирующий источник теплоты, подключенный воздуховодами к помещению здания и солнечному коллектору, гравийный аккумулятор, сообщешгый с последним, помещением здания и дублирующим исочником теплоты, и регулируюцие заспонки, установленные в воэдухоноддх, о т л и ч а ю щ а н с я тем, что, с целью аьпиеия топ. ланой эс 1 фектиност и улучшения мцк роаимата ддпя путем сцижсшя пере грена помещений, гр двий нылаккумуляторр совмещен с татстеной эддцияустаосец с зазором зд поглощающей пластиной и снабжен верхпм и вжпм 25 воздушпплп горзоцтдльп." к,длдпФ воздушна-вадяай теваабмепк уст,- нанлец и верхнем кс;се, дуб.пруд 1 источник тевоты ыалие в виде эдполцешага гранс;карусд,виней 30 части кагора и уст,и.егы цдгревдтельцые элеме 1 ы, рдсстаяця лежду которьппбольше ддметрд грдвя, прчел грдв н,убпрукпелисточнике ,теплотьи грднийцом аккумуляторе имеет еремецый Чдме р, увеличивающийся а высоте э дськ;,1 У162 778927 26 37 ЗУ г ор Ю.Середа ктор, С,Шекмар Подписно ям при ГКНТ СГСР твенного комитета по изобретениям и открьгги 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина Заказ 328ВНИИПИ Гос оставитехред ь М. ВаловКравчук фиг