УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ПРИУСАДЕБНЫХ УЧАСТКОВ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИЕЙ

Полезная модель относится к системе отопления и горячего водоснабжения дачных домиков и теплиц в отдаленных и труднодоступных районах и может быть использована в приусадебных участках садоводами любителями, а также крупными компаниями сельского хозяйства.
Известно свидетельство на полезную модель [1] «Устройство для получения электрической энергии и утилизации теплоты в отдаленных и труднодоступных районах». Устройство содержит газовый баллон, термоэлектрический генератор и водяной контур. Водяной контур служит для отвода теплоты от холодных спаев термоэлектрического генератора и связан с водоподогревателем, и устройство может быть использовано, как для отопления дачного домика, так и обогрева теплицы. Недостатком данного устройства является то, что в данном устройстве источником энергии является газ, что связано значительным расходом топлива во время его эксплуатации. Кроме того, для нормального роста и развития растений в теплицах требуется определенный тепловой режим. При определении мощности систем отопления в весенне-летне-осенний период минимальная температура в теплице должна быть +18°С, что в данной работе такое регулирование не предусмотрено.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является [2] «Солнечный коллектор», который содержит солнечное теплоприемное устройство (коллектор); теплообменник; аккумулятор теплоты; потребители теплоты: душевая, отопление дачного домика. Теплоприемное устройство служит для преобразования электромагнитного излучения Солнца в тепловую энергию путем нагрева теплоносителя и передачи полученной теплоты к потребителям. Основным недостатком данного устройства является отсутствие обогрева теплицы в приусадебных участках при низких температурах окружающей среды, так как в холодные, пасмурные дни, особенно ночью, температура под пленкой может быть ниже безопасного предела. Чтобы не допустить этого и поддерживать температуру теплицы на должном уровне, в работе [2] аварийный обогрев не предусмотрен.
Заявляемая полезная модель решает задачу подогрева теплицы при пониженных температурах окружающей среды.
Техническим результатом при этом является создание оптимального теплового режима в теплице, позволяющего выращивать ранние овощи в центральных и северных районах РФ.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем солнечное теплоприемное устройство (коллектор), теплоприемник, аккумулятор теплоты, блок управления, замкнутый контур солнечного теплоприемного устройства, замкнутый контур отопления дачного домика, контур горячего водоснабжения душевой и кухни дополнительно содержит теплицу, вход отопления которой подключен к каналу контура отопления дачного домика, выход через электронный трехходовой кран подключен к теплоприемному устройству с возможностью переключения к аккумулятору теплоты. Кроме того, устройство содержит пульт управления с возможностью переключения двух режимов: первый через блок управления и электронный трехходовой кран, контур отопления подключен к дачному домику, теплице и к распределителю горячего водоснабжения душевой и кухни с возможностью переключения к аккумулятору теплоты, второй - через блок управления контур отопления подключен только к теплице с возможностью переключения к аккумулятору теплоты.
На чертеже (фиг.1) представлен заявляемый водонагреватель, который содержит солнечное теплоприемное устройство 1; теплообменник 2; аккумулятор теплоты 3; распределитель горячей воды 4; дачный домик 5; теплицу 6; электрические насосы 7, 8, 9; электронные трехходовые краны 10, 11; электронные вентили 12, 13; ручной вентиль 14, концевые краны 15, 16; блок управления 17; пульт управления 18; переключатели режимов 19, 20; блоки сравнения 21, 23, 25; задатчики 22, 24, 26; датчики температуры 27, 28, 29; солнечные лучи 30; каналы теплоносителей 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50; каналы подачи электрической энергии 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59; каналы подачи электрических сигналов 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68; грунт 69. В предлагаемой схеме используются три контура: А, Б, В. В замкнутый контур А входят солнечное теплоприемное устройство 1, теплообменник 2, электрический насос 7 и каналы 31, 32, 33. По контуру А циркулирует теплоноситель, в теплоприемном устройстве 1 в результате теплообмена теплоносителя с солнечными лучами происходит нагрев теплоносителя, а в теплообменнике 2 теплота передается теплоносителю замкнутого контура Б. В качестве теплоносителя может быть использована вода и высокотемпературный теплоноситель.
Замкнутый контур Б включает в себя электрический насос 8, аккумулятор теплоты 3, дачный домик 5, теплица 6, электронные трехходовые краны 10, 11; электронные вентили 12, 13, ручной вентиль 14; каналы теплоносителя 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 47, 48. По указанным каналам под действием электрического насоса 8 теплоноситель циркулирует по контуру Б, при этом электронный трехходовой кран 10 в зависимости от температуры направляет теплоноситель по каналу 38 на теплообменник 2 или минуя его по каналу 39 в аккумулятор теплоты 3. Электронный вентиль 12 служит для автоматического открытия и закрытия канала 44, связанного с теплицей 6, а электронный вентиль 13 служит для открытия и закрытия канала 35, связанного с аккумулятором теплоты 3.
Контур В включает в себя электрический насос 9; распределитель 4; концевые краны 15, 16; каналы холодной воды 49, 50; каналы подогретой воды 45, 46; грунт 69.
Полезная модель рассчитана на использование устройства в приусадебных участках как для постоянного проживания на данном участке (1 режим), так и для его использования при отсутствии садоводов на данном объекте во время рабочей недели (2 режим). Предлагаемое устройство работает следующим образом.
1 режим. Отопление дачного дома и теплицы 6 должны работать, вентиль 14 открыт.
В ясную погоду предлагаемое устройство работает следующим образом. Солнечные лучи 30 поступают в теплоприемное устройство 1 и подогревают теплоноситель контура А. На пульте управления 18 пользователь нажимает на переключатель 19, в результате чего по каналу 51 электроэнергия подается в блок управления 17. Блок управления 17 подает электроэнергию по каналу 53 в электрический насос 7, по каналу 54 в электрический насос 8, по каналу 55 в электрический насос 9, по каналу 56 в электронный трехходовой кран 10, по каналу 57 в электронный трехходовой кран 11. Вышеназванные электрические элементы начинают работать, при этом
- в результате работы электрического насоса 7 происходит циркуляция теплоносителя в замкнутом контуре А;
- в результате работы электрического насоса 8 происходит циркуляция теплоносителя в замкнутом контуре Б. При этом нагретый теплоноситель контура Б в результате теплообмена в теплообменнике 2 с теплоносителем контура А направляется через каналы 34, 35, 36, 43, 44; ручной вентиль 14; дачный домик 5; каналы 47, 37; трехходовой кран 10 и канал 38. Кроме того, часть теплоносителя по каналу 36 поступает в распределитель 4, где в результате теплообмена подогревает холодную воду контура В. После распределителя 2 теплоноситель контура Б поступает в канал 37 и смешивается с теплоносителем канала 47 и продолжает свою циркуляцию.
Если в дачном домике не требуется отопление, то закрывается вентиль 14.
Холодная вода контура В из под грунта 69 электрическим насосом 9 подается по каналам 49, 50 в распределитель 4, где в результате теплообмена с теплоносителем замкнутого контра Б подогревается и подогретая вода по каналам 45, 46 подается через концевые краны 15, 16 к потребителям, например в душевую и на кухню.
Датчик температуры 29, установленный в теплице 6 контролирует температуру теплицы, при этом сигнал от датчика температуры 29 по каналу 68 подается в блок сравнения 25. Одновременно в блок сравнения 25 подается сигнал по каналу 66 из задатчика 26. В блоке сравнения 25 происходит сравнение сигналов от датчика температуры 29 и задатчика 26. В случае превышение сигнала датчика температуры 29 над сигналом задатчика 26, сигнал рассогласования подается по каналу 67 в блок управления 17, который по каналу 58 включает электронный вентиль 12, при этом открывается канал 44 и теплоноситель контура Б подается в теплицу 6, подогревает помещение теплицы и по каналу 48 возвращается в замкнутый контур Б. При достижении в теплице 6 заданной температуры сигнал рассогласования в блоке сравнения 25 равен нулю, блок управления 17 выключает электронный вентиль 12 и канал 44 прекращает подачу теплоносителя в теплицу 6.
При циркуляции контура Б часть теплоносителя по каналу 35 через электронный вентиль 13 поступает в аккумулятор теплоты 3, где происходит накопление теплоты и по каналам 42, трехходовой кран 11, канал 40 теплоноситель возвращается в канал 37 замкнутого контура Б и циркуляция контура Б продолжается. При достижении заданной температуры в аккумуляторе теплоты 3 блок сравнения 23 по каналу 65 подает нулевой сигнал в блок управления 17, который прекращает подачу электроэнергии в электронный вентиль 13 и происходит его выключение, т.е. прекращение подачи теплоносителя в аккумулятор теплоты 3.
При ухудшении погоды и при закате солнца температура солнечных лучей 30 понижается и соответственно солнечное теплоприемное устройство 1 начинает работать ниже своих возможностей, при этом датчик температуры 27 по каналу 62 подает свой сигнал в блок сравнения 21, куда одновременно по каналу 60 от задатчика 22 по каналу 60 подается сигнал, которые сравниваются и сигнал рассогласования подается в блок управления 17, который подает электроэнергию в электронный трехходовой кран 10, который закрывает канал 38, открывает канал 39. Блок управления 17 также подает электроэнергию по каналу 59 на электронный вентиль 13, при этом открывается канал 35 на аккумулятор теплоты 3. Кроме того, блок управления 17 по каналу 57 подает электроэнергию на электронный трехходовой кран 11, при этом открывается каналы 42, 41, закрывается канал 40. Теплоноситель контура Б начинает циркуляцию минуя теплообменник 2 через аккумулятор теплоты 3 и происходит отопление дачного домика 5, теплицы 6 и подачу горячей воды по каналам 45, 46 в душевую и на кухню.
Режим II. На пульте управления 18 пользователь нажимает на переключатель 20, в результате чего по каналу 52 электроэнергия подается в блок управления 17. При этом отопление дачного домика 5 выключается ручным вентилем 14, насос 9 не работает, горячее водоснабжение выключено, температура теплицы 6 контролируется датчиком 29 по вышеуказанному алгоритму.
При втором режиме работы данного устройства в момент выработки в теплоприемном устройстве избыточной теплоты предлагаемое устройство входит в режим «стагнации» или если проще сказать режим простоя. В этом режиме, автоматика прекращает прокачку теплоносителя через теплоприемное устройсво 1. Таким образом, отбор теплоты из теплоприемного устройства 1 прекращается и теплоприемное устройство нагревается до температуры 150-200°С. При такой температуре, теплоноситель в теплоприемном устройстве 1 начинает превращаться в пар. При этом, возникающее избыточное давление компенсируется расширительным баком, который обязательно должен быть установлен замкнутом контуре А (на фиг.1 эта позиция не обозначена). Следует учесть, что при многократном перегреве теплоносителя может изменяться его химический состав, что может привести к выходу устройства из строя. Поэтому для сброса излишков теплоты в летнее время может быть использованы специальные дополнительные теплообменники или подключено устройство к системе подогрева бассейна.
Таким образом, устройство для отопления и горячего водоснабжения приусадебных участков солнечной энергией позволяет получить дешевую тепловую энергию в весенне-летне-осеннее время, в результате чего поддерживается оптимальный тепловой режим в дачном домике, теплице; пользователь обеспечивается горячей водой и решается задача по сбережению энергоресурсов.
Источники информации
1. Свидетельство на полезную модель №5216, F02G 5/02. Устройство для получения электрической энергии и утилизации тепла в отдаленных и труднодоступных районах / В.Н.Тимофеев, Г.Е.Чекмарев, А.А.Ильина, Т.К.Ярова. Опубл. 16.10.97. Бюл. №10.
2. Патент 2224188, F24J 002/04. Солнечный коллектор / Б.И.Казанджан, A.M.Масс, А.С.Дьячишин. Опубл. 20.02.2004.