СИСТЕМА СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
SYSTEM OF SOLAR HEAT SUPPLY SYSTEM

Изобретение относится к области гелиотехники, к системам солнечного теплоснабжения.
Известна гелиосистема, содержащая, солнечный коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, соединенный трехходовым вентилем с образованием замкнутого контура теплообменник потребителя и бак-аккумулятор, выполнена из двух контуров, в первом контуре коллектор состоит из жидкостной и паровой емкостей с теплоизоляционным материалом снаружи, соединенных трубопроводами, в паровой емкости расположен теплообменник второго контура, а в жидкостной емкости, покрытой светопрозрачным материалом, контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и крышка-отражатель, которая заполнена теплоизоляционным материалом, отличающаяся тем, что контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом выполнен как оребренный теплообменник с увеличенной поверхностью теплообмена из материала, имеющего высокую удельную теплопроводность [Патент РФ №2546902 С1, кл. F24J 2/34. Опубл. 04.03.2015 (аналог)].
Недостатком данной системы является недостаточная стабилизация температуры теплоносителя, подаваемого потребителю, из-за недостаточной температурной стратификации в баке-аккумуляторе и паровой емкости.
Наиболее близким к изобретению является система солнечного теплоснабжения, содержащая бак-аккумулятор с высоко- и низкотемпературными секциями, солнечный коллектор, связанный с высокотемпературной секцией бака-аккумулятора, в которой размещены датчики верхнего и нижнего уровня и расположенный под ними вход разборного трубопровода потребителя и сообщенный с низкотемпературной секцией подпиточный трубопровод с регулятором расхода теплоносителя и клапаном, связанным с датчиком уровня, высокотемпературная и низкотемпературная секции размещены соответственно в верхней и нижней частях бака-аккумулятора, низкотемпературная секция снабжена дополнительным солнечным коллектором и разборным трубопроводом дополнительного потребителя, причем на последнем установлен датчик потребления воды [Авторское свидетельство СССР №1548617 А1, кл. F24J 2/34, F24J 2/42, 12.08.1988 (прототип)].
Недостатком данной системы является недостаточная стабилизация температуры теплоносителя, подаваемого потребителю, из-за недостаточной температурной стратификации в баке-аккумуляторе.
Целью изобретения является стабилизация температуры теплоносителя за счет его стабильной температурной стратификации.
Указанная цель достигается тем, что в систему солнечного теплоснабжения, содержащую бак-аккумулятор с высоко- и низкотемпературными секциями, размещенными соответственно в верхней и нижней частях бака-аккумулятора, первый солнечный коллектор, связанный через первый водяной насос с первым теплообменником, размещенным в высокотемпературной секции бака-аккумулятора, в которой также размещены датчик температуры высокотемпературной секции, датчик верхнего и нижнего уровня воды и расположенный под ними вход первого трубопровода потребителя и сообщенный с низкотемпературной секцией подпиточный трубопровод с первым регулятором расхода теплоносителя и клапаном, связанным с датчиками уровня через первый и второй логические блоки, второй солнечный коллектор, связанный через второй водяной насос со вторым теплообменником, размещенным в низкотемпературной секции бака-аккумулятора, в которой также размещены первый датчик температуры низкотемпературной секции, второй датчик температуры низкотемпературной секции и вход второго трубопровода потребителя, второй трубопровод потребителя через клапан и датчик потребления воды соединен со вторым регулятором расхода теплоносителя в емкости потребителя, в нижней части которой размещен вход третьего трубопровода потребителя, первый логический блок через формирователь сигнала потребления воды соединен с датчиком потребления воды, второй датчик температуры низкотемпературной секции через терморегулятор соединен с клапаном, первый дифференциальный терморегулятор соединен с датчиками температуры первого солнечного коллектора и высокотемпературной секции и первым водяным насосом, второй дифференциальный терморегулятор соединен с датчиками температуры второго солнечного коллектора и низкотемпературной секции и вторым водяным насосом, дополнительно введена разделительная перегородка с односторонней проводимостью теплоносителя из низкотемпературной в высокотемпературную секцию бака-аккумулятора.
Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, являются:
наличие в схеме системы перегородки с односторонней проводимостью теплоносителя;
новые связи между известными и новыми признаками.
Данные признаки обладают существенными отличиями, так как в известных технических решениях не обнаружены.
Применение в системе всех новых признаков позволяет повысить стабилизацию температуры теплоносителя, подаваемого потребителю, за счет предотвращения перетекания теплоносителя из высокотемпературной секции бака-аккумулятора в его низкотемпературную секцию через перегородку с односторонней проводимостью теплоносителя.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема системы.
Система солнечного теплоснабжения содержит бак-аккумулятор 1 с высокотемпературной 2 и низкотемпературной 3 секциями, размещенными соответственно в верхней и нижней частях бака-аккумулятора, первый солнечный коллектор 4, связанный через первый водяной насос 5 с первым теплообменником 6, размещенным в высокотемпературной секции бака-аккумулятора, в которой также размещены датчик температуры 7 высокотемпературной секции, датчик верхнего 8 и нижнего 9 уровня воды и расположенный под ними вход первого трубопровода 10 потребителя и сообщенный с низкотемпературной секцией подпиточный трубопровод 11 с первым регулятором расхода теплоносителя 12 и клапаном 13, связанным с датчиками уровня через первый 14 и второй 15 логические блоки, второй солнечный коллектор 16, связанный через второй водяной насос 17 со вторым теплообменником 18, размещенным в низкотемпературной секции бака-аккумулятора, в которой также размещены первый датчик температуры 19 низкотемпературной секции, второй датчик температуры 20 низкотемпературной секции и вход второго трубопровода потребителя 21, второй трубопровод потребителя через клапан 22 и датчик потребления воды 23 соединен со вторым регулятором расхода теплоносителя 24 в емкости потребителя 25, в нижней части которой размещен вход третьего трубопровода потребителя 26, первый логический блок 14 через формирователь сигнала потребления воды 27 соединен с датчиком потребления воды 23, второй датчик температуры 20 низкотемпературной секции через терморегулятор 28 соединен с клапаном 22, первый дифференциальный терморегулятор 29 соединен с датчиком температуры 30 первого солнечного коллектора и датчиком температуры 7 высокотемпературной секции и первым водяным насосом 5, второй дифференциальный терморегулятор 31 соединен с датчикам температуры 32 второго солнечного коллектора и датчикам температуры 19 низкотемпературной секции и вторым водяным насосом 17, высокотемпературная 2 и низкотемпературная 3 секции бака-аккумулятора 1 разделены перегородкой 33 с односторонней проводимостью теплоносителя.
На фиг. 2 изображена схема возможного варианта изготовления перегородки 33 с односторонней проводимостью теплоносителя.
Перегородка с односторонней проводимостью теплоносителя содержит теплоизолирующую мембрану 34, отверстия 35 и клапаны 36.
Устройство работает следующим образом.
Во втором солнечном коллекторе 16 происходит преобразование солнечной радиации в тепловую энергию и повышение вследствие этого температуры поглощающей поверхности. Второй дифференциальный терморегулятор 31 анализирует разность температур поглощающей поверхности второго солнечного коллектора 16 и жидкой среды в низкотемпературной секции 3 бака-аккумулятора 1. В качестве жидкой среды используется вода. Температура поглощающей поверхности второго солнечного коллектора 16 измеряется датчиком температуры 32 второго солнечного коллектора. Температура жидкой среды в низкотемпературной секции 3 бака-аккумулятора 1 измеряется первым датчиком температуры 19 низкотемпературной секции.
При достижении разности между показаниями датчиков заданной величины, свидетельствующей о наличии солнечной радиации достаточно высокого уровня, выдается сигнал на включение второго циркуляционного насоса 17, прокачивающего теплоноситель через второй солнечный коллектор 16. При выполнении указанного условия поглощенное во втором солнечном коллекторе 16 тепло переносится ко второму теплообменнику 18, где передается воде низкотемпературной секции 3 бака-аккумулятора 1 и аккумулируется за счет теплоемкости воды.
Аналогично в первом солнечном коллекторе 4 происходит преобразование солнечной радиации в тепловую энергию и повышение вследствие этого температуры поглощающей поверхности. Первый дифференциальный терморегулятор 29 анализирует разность температур поглощающей поверхности первого солнечного коллектора 4 и жидкой среды в высокотемпературной секции 2 бака-аккумулятора 1. Температура поглощающей поверхности первого солнечного коллектора 4 измеряется датчиком температуры 30 первого солнечного коллектора. Температура жидкой среды в высокотемпературной секции 2 бака-аккумулятора 1 измеряется датчиком температуры 7 высокотемпературной секции.
При достижении разности между показаниями датчиков заданной величины, свидетельствующей о наличии солнечной радиации достаточно высокого уровня, выдается сигнал на включение первого циркуляционного насоса 5, прокачивающего теплоноситель через первый солнечный коллектор 4. При выполнении указанного условия поглощенное в первом солнечном коллекторе 4 тепло переносится к первому теплообменнику 6, где передается воде высокотемпературной секции 2 бака-аккумулятора 1 и аккумулируется за счет теплоемкости воды.
Разделение бака-аккумулятора 1 на высокотемпературную 2 и низкотемпературную 3 секции и предотвращение перемешивания теплоносителя обеспечивает перегородка 33 с односторонней проводимостью теплоносителя. Перегородка 33 конструктивно выполнена таким образом, что обеспечивает прохождение теплоносителя только из низкотемпературной секции 3 в высокотемпературную секцию 2 и только при наличии избыточного давления. Возможный вариант конструктивного изготовления перегородки 33 с односторонней проводимостью теплоносителя представлен на фиг. 2. Основу перегородки 33 составляет теплоизолирующая мембрана 34. Теплоизолирующая мембрана 33 изготавливается из эластичного материала, обеспечивающего возможность ограниченного перемещения в вертикальной плоскости вдоль бака-аккумулятора 1. В качестве такого материала может выступать силиконовая резина. Перетекание воды из низкотемпературной секции 3 в высокотемпературную секцию 2 осуществляется через отверстия 35. При этом отверстия 35 прикрыты клапанами 36 и открываются при наличии определенного избыточного давления теплоносителя на клапаны 36 со стороны низкотемпературной секции.
При нагреве воды в низкотемпературной секции 3 выше уровня заданного по условиям горячего водоснабжения второй датчик температуры 20 низкотемпературной секции выдает сигнал на терморегулятор 29, который открывает клапан 22. Если вода заполняет емкость потребителя 25 ниже уровня, определяемого вторым регулятором расхода теплоносителя 24, последний открывает второй трубопровод потребителя 21 и вода из низкотемпературной секции 3 через клапан 22 самотеком поступает в емкость потребителя 25. При этом с датчика потребления воды 23 поступает сигнал на формирователь сигнала потребления воды 27 и последний выдает сигнал на вход первого логического блока 14, который открывает клапан 13.
При понижении уровня воды в баке-аккумуляторе 1 первый регулятор расхода теплоносителя 12 открывает подпиточный трубопровод 11 и холодная вода из центральной водопроводной сети поступает в нижнюю часть низкотемпературной секции 3 бака-аккумулятора 1. Если расход подпиточной воды превышает расход воды, отбираемой через клапан 22 в емкость потребителя 25, то уровень воды в баке-аккумуляторе 1 повышается и первый регулятор расхода теплоносителя 12 закрывает подпиточный трубопровод 11. При этом наличие перегородки 33 с односторонней проводимостью теплоносителя предотвращает перемешивание теплоносителя между секциями 2 и 3 бака-аккумулятора 1.
Если температура воды в низкотемпературной секции 3 опускается ниже заданного по условиям горячего водоснабжения значения, второй датчик температуры 20 низкотемпературной секции выдает сигнал на терморегулятор 28, закрывающий клапан 22. При этом датчик потребления воды 23 через формирователь сигнала потребления воды 27 и первый логический блок 14 закрывает клапан 13, вследствие чего прекращается подпитка бака-аккумулятора 1 водой из центральной водопроводной сети.
При отборе воды повышенного уровня температуры из высокотемпературной секции 2 уровень воды в баке-аккумуляторе 1 также начинает понижаться. При этом наличие перегородки 33 предотвращает перемешивание воды в высокотемпературной 2 и низкотемпературной 3 секциях. Если этот уровень уменьшается до установленного нижнего предела, датчик 9 нижнего уровня воды выдает сигнал на первый логический блок 14, открывающий клапан 13. Поскольку первый регулятор 12 расхода теплоносителя к этому моменту открывает подпиточный трубопровод 11, холодная вода из центральной водопроводной сети поступает в низкотемпературную секцию 3 бака-аккумулятора 1. При превышении расхода подпиточной воды над расходом воды, отбираемой по первому трубопроводу 10 потребителя, уровень воды в баке-аккумуляторе 1 повышается до установленного верхнего предела, что вызывает закрытие клапана 13 по сигналу датчика 8 верхнего уровня воды.
Необходимым условием высокой эффективности рассмотренной системы является наличие стратификации температуры в баке-аккумуляторе 1, что достигается:
введением холодной воды из подпиточного водопровода 11 в нижнюю часть бака-аккумулятора 1;
обеспечением постоянного уровня воды в баке-аккумуляторе 1 при заборе воды из низкотемпературной секции 3;
разделением низкотемпературной 3 и высокотемпературной 2 секций бака-аккумулятора 1 перегородкой 33 с односторонней проводимостью теплоносителя, предотвращающей перемешивание теплоносителя в разных секциях.
Использование предлагаемой системы теплоснабжения позволит дополнительно стабилизировать температуру воды, подаваемой потребителю, сохранить высокий КПД преобразования солнечной энергии в тепло при наличии нескольких разнородных потребителей, что расширяет диапазон использования системы.