СОЛНЕЧНО-ВЕТРОВАЯ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
SOLAR AND WIND SYSTEM OF HEATING AND HOT WATER SUPPLY

Изобретение относиться к гелио-ветроэнергетике и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий.
Известен фрикционный нагреватель, содержащий бак с нагреваемой средой, на дне которого установлен неподвижный диск, контактирующий с подвижным диском, имеющим с боков лопасти, жестко соединенный с вертикальным валом ветродвигателя (авторское свидетельство №1627790, 1991, СССР).
В конструкции известного нагревателя отсутствуют элементы дополнительного преобразования механической энергии в тепловую и аккумуляторы теплоты.
Известен солнечный нагреватель, содержащий абсорбер в виде бесконечной цепи, имеющей ячейки, заполненные теплоаккумулирующим веществом с фазовым переходом, и размещенный в емкости с жидкостью (авторское свидетельство №1420315, 1988, СССР).
В известном нагревателе привод бесконечной цепи осуществляется от тягового органа, потребляющего электроэнергию из городской сети.
Известен пьезоэлектрический генератор, содержащий корпус и установленные в нем кольцевой пьезоэлектрический преобразователь с электродами и систему деформирующих роликов, соединенную с валом приводного двигателя (авторское свидетельство №1426391, 1988, СССР).
Известный генератор преобразует электроэнергию в тепловую только через дополнительные элементы.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является пассивная система солнечного отопления зданий, содержащая «стену-коллектор», установленную на южном фасаде между остеклением и помещением (В.Н.Богословский и др. Отопление. М.: Строиздат. 1991 г. Стр.710, рис.20.5).
В конструкции известной солнечной отопительной системы отсутствуют элементы, заполненные теплоаккумулирующим веществом, и устройства, преобразующие ветровую энергию в тепловую, позволяющие повысить качество теплоснабжения здания.
Технический результат, заключающийся в повышении качества теплоснабжения помещения за счет использования для нагрева помещения как солнечной так и ветровой энергий, обеспечивается за счет того, что в солнечно-ветровой системе отопления и горячего водоснабжения, содержащая теплоаккумулирующую стену, остекление, верхний конец которого контактирует с крышей здания, а нижний со стеной, имеющий верхнее и нижнее отверстия, фрикционный нагреватель, пьезоэлектрический генератор и трубопроводы, согласно изобретению на поверхности стены, обращенной к остеклению, вмонтированы ячейки, заполненные теплоаккумулирующим веществом фазового перехода. В верхнем отверстии стены установлен змеевиковый электрический нагреватель, соединенный электрически через электрощит с пьезоэлектрическим генератором, вмонтированным в крыше здания и контактирующим с вертикальным валом, соединенным через муфту отбора мощности с ветродвигателем, а внизу с фрикционным нагревателем, с его подвижным диском, установленным в подвале помещения в цилиндрическом корпусе с крышкой. К внутренней стенке корпуса прикреплены горизонтальные лопасти и вертикально установлены ячейки с теплоаккумулирующим веществом фазового перехода. Снаружи корпус в нижней части через патрубок и фланец гидравлически соединен с вентилем системы городского водоснабжения и с другим вентилем вертикального опускного стояка системы водяного отопления. В крышке нагревателя установлен патрубок, через фланец гидравлически соединенный с вентилями системы отопления и горячего водоснабжения. При этом патрубок размещен в электрическом змеевиковом нагревателе, соединенном электрически через электрощит с пьезоэлектрическим генератором. К нижней части вала горизонтально поярусно прикреплены подвижные лопасти, между которыми расположены неподвижные лопасти, прикрепленные к внутренней стенке корпуса нагревателя.
На чертеже схематически представлена солнечно-ветровая система отопления и горячего водоснабжения, где на фиг.1 - общий вид, на фиг.2 - выходной патрубок горячей воды.
Солнечно-ветровая система отопления и горячего водоснабжения содержит теплоаккумулирующую стену 1, остекление 2, верхний конец которого контактирует с крышей 3 помещения 4, а нижний со стеной 1, имеющей верхнее отверстие 5 и нижнее отверстие 6, фрикционный нагреватель 7, размещенный в подвале здания 1, и пьезоэлектрический генератор 8, вмонтированный в крыше 3, контактирующий с вертикальным валом 9 нагревателя 7. На поверхности стены 1, обращенной к остеклению 2, вмонтированы ячейки 10, заполненные теплоаккумулирующим веществом фазового перехода, например парафином, а в верхнем отверстии 5 стены 1 установлен электрический змеевиковый нагреватель 11, соединенный электрически (провода не показаны) через электрощит 12 с пьезоэлектрическим генератором 8. Вал 9 имеет в верхней части муфту отбора мощности 13 для соединения с ветродвигателем (не показан), а внизу соединен через крышку 14 нагревателя 7 с его подвижным диском 15 и неподвижным диском 16, установленным на днище 17 нагревателя 7. Подвижный диск 15 с горизонтальными лопастями 18 жестко закреплен на валу 9 и контактирует с неподвижным диском 16. К внутренней стенке цилиндрического корпуса 19 нагревателя 7 прикреплены горизонтальные лопасти 20 и вертикально установлены и закреплены ячейки 21 с теплоаккумулирующим веществом фазового перехода. Снаружи корпус 19 в нижней его части через патрубок 22 и фланец 23 гидравлически соединен с вентилем 24 системы городского водоснабжения (не показано) и вентилем 25 опускного стояка 26 системы водяного отопления. В крышке 14 нагревателя 7 установлен патрубок 27, через фланец 28 гидравлически соединенный с системой отопления 29 и системой горячего водоснабжения 30 (не показана), имеющими вентили 31 и 32 соответственно. Патрубок 27 размещен в электрическом змеевиковом нагревателе 33 (см. фиг.2), соединенном электрически (провода не показаны) через электрощит 12 с пьезоэлектрическим генератором 8. К нижней части вала 9 горизонтально поярусно прикреплены подвижные лопасти 34, между которыми расположены неподвижные лопасти 20.
Система отопления 29 содержит главный стояк 35, потолочную разводку 36, опускные стояки 26 с отопительными приборами 37 и воздухосборник 38, размещена в правой части помещения 4 у задней стены 39. Пустотелая колонна 40 установлена концентрично валу 9 между крышей 3 и полом 41 помещения 4. Рулон лучеотражающей пленки 42 прикреплен к крыше 3 и остеклению 2. Вентиль 43 установлен на обратном трубопроводе 44 системы отопления 29, а вентиль 45 на воздухосборнике 38.
Ветродвигатель должен быть быстроходным и обеспечивать нагрев воды в нагревателе 7 до температуры 90-95°С в течение часа при максимальной силе ветра для данного региона. В качестве резервного средства необходим электрокалорифер (не показан) для поддержания температуры внутри помещения 4 не ниже +18°С, включаемый в электрощите 12 автоматически. Поверхность стены 1, свободная от ячеек 10, и сами ячейки окрашивают в черный цвет.
Солнечно-ветровая система отопления и горячего водоснабжения работает следующим образом.
Режим начала отопительного периода и его продолжение сводиться к следующему. Лучеотражающая пленка 42 скатывается в рулон, освобождая доступ солнечным лучам через остекление 2 на поверхность теплоаккумулирующей стены 1 и ячейки 10. Система водяного отопления наполняется водой, при этом приоткрывают вентили 25, 43, 31 и 45. Открывают полностью вентиль 24 подачи холодной воды, и начинается заполнение водой нагревателя 7, опускных стояков 26 с отопительными приборами 37, главного стояка 35 и потолочной разводки 36. При начале выхода воды из воздухосборника 38 через вентиль 45 вентиль 24 закрывают, и на этом процесс заполнения системы водяного отопления водой заканчивается. Вентиль 45 также закрывают. Через муфту отбора мощности 13 подключают вал 9 к ветродвигателю, и начинается процесс преобразования механической энергии в тепловую и частично в электрическую, поступающую в электрощит 12 от пьезоэлектрического генератора 8. В электрощите 12 включают выключатели (не показаны) для подачи электротока в электрические змеевиковые нагреватели 11 и 33. В дневное время солнечные лучи через остекление 2 нагревают воздух, расположенный между остеклением 2 и стеной 1, которой поднимается вверх и нагретым через отверстие 5 поступает в помещение 4. Холодный воздух в помещении 4 опускается вниз и через отверстие 6 поступает для последующего нагрева. При наличии ветра вал 9 будет вращаться и вращать лопасти 34 и диск 15, и тем самым начинается процесс нагрева воды в нагревателе 7. Нагретая вода поднимается через патрубок 27 в главный стояк 35, растечется по трубопроводам потолочной разводки 36 и по опускным стоякам 26, затекая в приборы 37, охлажденная вода через вентиль 25 и патрубок 22 поступает в нижнюю часть нагревателя 7 для последующего нагрева и естественной циркуляции. Электрический нагреватель 11 будет частично подогревать воздух, поступающий через отверстие 5 в помещение 4, а электрический нагреватель 33 будет частично подогреватель воду, поступающую через патрубок 27 в систему водяного отопления. В процессе работы системы отопления излишки тепла от солнечных лучей будут аккумулироваться стеной 1 и ячейками 10, а излишки тепла от воды в нагревателе 7 будут аккумулироваться ячейками 21. При частичном отсутствии солнечных лучей и ветра ячейки 10 и 21 возвратят накопленное ими тепло воздуху и воде. На ночь лучеотражающая пленка 42 опускается на остекление 2 до утра, тем самым сохраняется тепло, полученное стеной 1 и ячейками 10 в дневное время, и трансформируется в помещение 4 ночью.
Горячее водоснабжение помещения 4 (стирка белья, купание, мытье посуды и т.д.) осуществляется следующим образом. Закрывают вентили 25, 43 и 31, открывают вентиль 32 и затем вентиль 24. При наличии ветра нагреватель будет продолжать нагреваться, а холодная вода городской сети через вентиль 24 начинает вытеснять вверх нагретую воду. По окончании разбора горячей воды системой 30 вентили 24, 32 закрывают, а вентили 25, 43 и 31 открывают, система отопления тем самым снова продолжает свою работу.
Режим окончания отопительного периода и переход только на разбор горячей воды производиться следующим образом. Лучеотражающая пленка 42 опускается на остекление 2 на все лето. В электрощите 12 отключается электрический нагреватель 11. Закрывают вентили системы водяного отопления 25, 43 и 31 открывают вентиль 32.
При наличии ветра вода в нагревателе 7 будет круглосуточно нагреваться. Избыток горячей воды может быть использован сторонними потребителями (автомойка, летний душ и т.д.). Подача и прекращение отпуска горячей воды осуществляется путем дистанционного открытия и закрытия вентиля 24.
При начале отопительного сезона лучеотражающая пленка 42 скатывается в рулон, в электрощите 12 подключается электрический нагреватель 11, заполняется водой система отопления и цикл работы солнечно-ветровой системы отопления и горячего водоснабжения повторится.
Предлагаемая система проста по устройству и эксплуатации, надежна в работе, а потому может найти широкое применение в различных регионах России для теплоснабжения различных объектов.