Тепличный комплекс с системой комбинированного теплоснабжения

Полезная модель относится к устройствам преобразования солнечной энергии в тепловую, в частности, к системам солнечного теплоснабжения тепличных комплексов и других объектов, в которых требуется обогрев и/или горячее водоснабжение.
Известна теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации (см. Суханова Р.С. Теплица с подогревом почвы от энергии солнечной радиации. Проспект фирмы Undersun /Италия/. Место хранения: СИФ НИИТЭИагропром. Шифр хранения: No 10-15 (86)), содержащая трубчатые грунтовые теплообменники, светопрозрачный защитный купол из секционных панелей, выполненных в виде солнечных батарей, нагретый воздух из которых подается по трубам в трубчатые грунтовые теплообменники. Кроме того, в устройстве предусмотрены вентиляторы для принудительной прокачки нагретого воздуха в грунтовые теплообменники, отдающие тепло в грунт.
Недостатками известного устройства являются сложная конструкция и отсутствие возможности использования аккумулирования избыточной тепловой энергии.
Известна солнечная водонагревательная установка, включающая солнечные коллекторы, устанавливаемые на опорную конструкцию в виде дугообразных труб и закрепляемые на стене здания (см. Руководство по проектированию систем теплоснабжения. К 10-летию ООО «Виссманн» в Украине. – Киев: 2010).
Кроме того, известны аналогичные системы солнечного теплоснабжения (см. RU №171845, кл. A01G 9/24, F24J 2/52, опубл. 19.06.2017; RU №2575198, кл. F24J 2/52, F24J 2/42, А01G 9/24, A01G 9/20, опубл. 20.02.2016), в которых солнечные коллекторы, установленные на опорных конструкциях, соединены с теплообменником в баке-аккумуляторе для передачи тепловой энергии приемнику – системе теплоснабжения обогреваемого объекта.
Известные системы не оборудованы автоматическим управлением, что снижает надежность и безопасность при эксплуатации, а также, не отвечает условиям экономичности в генерации тепловой энергии. При этом устройства не приспособлены для применения в северных климатических условиях, характерных непродолжительными световыми днями, что не может способствовать использованию потенциала солнечных коллекторов в полном объеме при нагреве теплоносителя.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение автономности устройств для теплоснабжения тепличных комплексов.
Техническим результатом, получаемом при использовании полезной  модели, является повышение эффективности функционирования тепличных комплексов за счет снижения энергетических и материальных затрат на теплоснабжение сооружений.
Для решения поставленной задачи тепличный комплекс с системой комбинированного теплоснабжения, состоящего из контуров обогрева и отопления, причем, контур обогрева включает солнечный коллектор, подключенный к баку-аккумулятору через теплообменник, а контур отопления - приемник тепловой энергии, подсоединенный к баку-аккумулятору, отличается тем, что бак-аккумулятор дополнительно снабжен теплоэлектронагревателем, при этом, коллектор, бак-аккумулятор, приемник тепловой энергии снабжены датчиками температуры, подключенные к автоматическому контроллеру, осуществляющему контроль и управление заданными параметрами теплоснабжения в контурах и источниками энергообеспечения. При этом электрооборудование всей системы подключено к установке автономного источника энергообеспечения.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками известных аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, создание надежной системы теплоснабжения тепличных комплексов, действующей в автономном режиме, что позволяет повысить эффективность использования солнечных лучей и тепловой энергии атмосферы, а тепличные комплексы – для получения урожайности в более продолжительное время за сезон.
Заявленное устройство иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 показана схема развертки отопительной системы; на фигуре 2 –функциональная схема автоматизации системы отопления тепличного комплекса.
Система теплоснабжения тепличного комплекса основана на преобразовании солнечной энергии в теплоту с использованием солнечных коллекторов, кроме того, в качестве дополнительного (альтернативного) источника теплоснабжения предусмотрена установка стандартного термоэлектрического нагревателя.
Система теплоснабжения состоит из двух основных контуров – контура обогрева (I) и контура отопления (II) (см. фиг. 1).
Контур обогрева (I) включает солнечный коллектор 1, теплообменный бак-аккумулятор 2, циркуляционный насос 3, расширительный бак 4, автоматический контроллер 5.
В качестве солнечного коллектора 1 могут быть использованы известные устройства, например, типа GreenSun Technologies GS30-58-А на основе вакуумных трубок, при этом, количество устанавливаемых коллекторов определяется расчетным путем, главным образом, в зависимости от мощности самого коллектора, объемов обогреваемого теплоносителя в контуре, размеров тепличного комплекса и т.д. Схема расположения параллельно подключаемых коллекторов 1 также определяется по устройству тепличного комплекса.
В качестве теплоносителя в контуре обогрева (I) для северных климатических условий рекомендуется использовать известные жидкости для систем отопления, например, на основе полипропиленгликоля, характеризующиеся высокой теплоемкостью и длительным сроком эксплуатации.
Через трубопроводы 6, выполненные, например, из стальных гофрированных труб, посредством циркуляционного насоса 3 нагретый теплоноситель из солнечного коллектора 1 поступает к теплообменному баку-аккумулятору 2 (см. фиг. 1), служащий приемником тепловой энергии, к которому подключен отопительный контур (II).
Бак-аккумулятор 2 представляет собой известное устройство, предназначенное для накопления и сохранения тепла, при этом дополнительно оснащен трубчатым электронагревателем (ТЭН) 7, например, с мощностью до 1,5 кВт.
В случаях отсутствия или недостаточного количества солнечной энергии ТЭН 7 служит для дополнительного нагрева теплоносителя контура отопления (II), при этом устройство управляется в автоматическом режиме посредством контроллера 5 (см. фиг. 2). Таким образом, ТЭН 7 автоматически поддерживает температуру теплоносителя отопления на установленном уровне.
Для обеспечения автономности работы системы насосное оборудование контуров, приборы автоматики 5 и ТЭН 7 (в случае энергонезависимого их исполнения) подключаются к автономному источнику энергообеспечения 5, например, к аккумуляторной батарее, установке солнечной панели или ветрогенератора и др., тип и мощность которых выбирается в зависимости от мощности потребляемой энергии в запасом на несколько суток (см. фиг. 2).
Для примера, при выборе солнечной электростанции для системы комбинированного отопления, включающей шесть параллельно подключенных солнечных коллекторов на основе 30-ти вакуумных трубочек каждый, что дает максимальную совокупную мощность порядка 12 кВт, двух циркуляционных насосов, приборы автоматики и ТЭН бак-аккумулятора мощностью порядка 1,5 кВт, для обеспечения надежности электроснабжения достаточно использовать электростанцию на основе, например, поликристаллических солнечных батарей, суммарной мощностью 1,5 кВт.
Для этого используется, например, солнечная электростанция, состоящая из следующих компонентов: поликристаллических солнечных батарей 8 марки CHN250-60P мощностью 250 Вт/ед., контроллер заряда Victron BlueSolar MPPT 150/70, инвертор 9 с зарядным устройством Victron MultiPlus 24/3000/70-50, выносная контрольная панель Victron Venus GX, аккумуляторы 10 Delta GEL 12-200 (12 В, 200 А*ч) 2 ед, суммарной мощностью 5 кВт*ч.
Продолжительность работы подобной станции при отсутствии солнечной энергии на нагрузку 5 кВт*ч/сутки (при 100% разряде) - составит не менее 2 суток, что достаточно для преодоления простоев, например, из-за аварийного отключения сетевого электричества, либо до установления солнечных дней.
Таким образом, эксплуатация электростанции планируется в период использования тепличного комплекса, при расходе электроэнергии больше планируемого или снижения выработки электроэнергии из-за погодных условий, электроснабжение будет осуществляться за счет центральных сетей. При отключении же централизованных сетей электроэнергии – будет производиться автоматическое переподключение всего электропотребляющего оборудования на солнечную электростанцию 8 посредством инвертора 9.
Контур отопления (II) подключен к баку-аккумулятору 2, при этом теплоносителем служит вода.
Контур (II) может иметь несколько внутренних контуров, например, на нагрев воздуха через калориферы (радиаторы), на обогрев грунта через систему трубопроводов, выполненные, например, из сшитого полиэтилена, расположенной внутри грунта теплиц по известным схемам разводки, на горячее водоснабжение, для чего, трубопроводы внутреннего контура пропускаются через емкости и одновременно обогревая потребляемую воду, и др.
Вся система теплоснабжения тепличных комплексов заявляемого устройства управляется и контролируется автоматическим контроллером 5 (см. фиг. 2). Контроллер 5 получает информацию от датчиков температуры в коллекторе 1, баке-аккумуляторе 2, в приемниках тепловой энергии контура (II) и регулирует работу циркуляционных насосов, выбор источников энергоснабжения.
Автоматизация системы отопления, главным образом, обеспечивает:
а) регулирование подачи теплоты в систему отопления в зависимости от изменения параметров наружного воздуха с целью поддержания заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях;
б) включение и выключение подпиточных устройств для поддержания статического давления в системе отопления;
в) защиту систем потребления теплоты от повышения давления или температуры воды в трубопроводах этих систем при возможности превышения допустимых параметров и др.
Таким образом, при использовании системы комбинированного теплоснабжения достигается снижение энергетических и материальных затрат на отопление сооружений за счет повышения эффективности использования солнечных лучей и тепловой энергии атмосферы путем автоматизации и автономности работы отопительной системы и в целом совершенствования функционирования тепличных комплексов, в том числе в условиях относительно холодных периодов, позволяя продлевать сезон урожайности в теплицах.