RU2604119C2

RU2604119C2 - Solar heat collector

Info

Publication number: RU2604119C2
Application number: RU2015106253/06A
Authority: RU
Inventors: Татьяна Васильевна Щукина; Иван Иванович Полосин; Роман Александрович Шепс; Янна Игоревна Караваева
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-12-10
Also published as: RU2015106253A

Abstract

FIELD: solar engineering.

SUBSTANCE: invention relates to solar engineering, particularly to solar heat collectors, used in heat supply to buildings and structures. Solar thermal header can heats liquid heat carrier supplied to the consumer and air directed to heated rooms. Liquid heat carrier is supplied via distributing pipe 7 in consuming pipes 3, and then in fluid lens 12 of corrugated panel 10 with parabolic reflectors 11, which concentrate radiation both on liquid lenses 12, and in areas of absorbing pipes 3 and plates 2 arranged on the wall panel 1. After liquid lenses heat carrier is sent to absorbing tubes 3 arranged on the wall panel 1, where as a result of directed concentration of radiation of it is intensively heated, then it is delivered to consumer via team tube 8. In the cold season when radiation intensity is not enough to heat liquid heat carrier to the required parameters, there is heated air in the device, subsequently supplied to heated rooms. High temperature occurs when flowing around irradiated and heated surfaces of wall panel and bulk accumulation material.

EFFECT: invention shall improve efficiency of utilization of solar energy by rational combination of passive and active radiation conversion methods.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным тепловым коллекторам, используемым в теплоснабжении зданий и сооружений.The invention relates to solar engineering, in particular to solar thermal collectors used in the heat supply of buildings and structures.

Известен солнечный тепловой коллектор (патент 21722904, МКИ F24J, 2001) в виде стеновой панели со светопрозрачным покрытием, внутри которой размещены поглощающие трубы. Тепловой коллектор сообщен с выносным емкостным баком-аккумулятором. Устройство дополнительно снабжено тепловым насосом.Known solar thermal collector (patent 21722904, MKI F24J, 2001) in the form of a wall panel with a translucent coating, inside which absorbing pipes are placed. The heat collector is in communication with a remote capacitive storage tank. The device is additionally equipped with a heat pump.

При утилизации солнечной энергии в такой конструкции коллектора невозможно достичь достаточно высокой температуры теплоносителя, так как массивность стеновой панели при ее значительной аккумулирующей способности требует продолжительного облучения для получения необходимого теплового режима. Размещение поглощающих труб внутри стеновой панели без участков, расположенных на облучаемой поверхности, снижает температуру теплоносителя на выходе из коллектора. Поэтому в данном случае применение теплового насоса является необходимым условием повышения температурного потенциала утилизированной теплоты для последующего потребления.When utilizing solar energy in such a collector design, it is impossible to achieve a sufficiently high coolant temperature, since the massiveness of the wall panel with its significant storage capacity requires prolonged exposure to obtain the necessary thermal regime. Placing the absorbing pipes inside the wall panel without sections located on the irradiated surface reduces the temperature of the coolant at the outlet of the collector. Therefore, in this case, the use of a heat pump is a necessary condition for increasing the temperature potential of the utilized heat for subsequent consumption.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является солнечный тепловой коллектор (патент 2320938, МКИ F24J 2/06, 3/08, 2/24, 2008), содержащий под светопрозрачным покрытием гофрированную панель из светопрозрачных параболических отражателей с жидкостными линзами, расположенными соосно с поглощающими трубами. Поглощающие трубы имеют поглощающие пластины, под которыми размещена тепловая изоляция. В устройстве предусмотрены распределительная и сборная трубы для теплоносителя, а также пластинчатые отражатели.The closest technical solution for the totality of features is a solar thermal collector (patent 2320938, MKI F24J 2/06, 3/08, 2/24, 2008), which contains a corrugated panel made of translucent parabolic reflectors with liquid lenses coaxially with absorbing under a translucent coating pipes. The absorption pipes have absorption plates under which thermal insulation is placed. The device provides for distribution and collection pipes for the coolant, as well as plate reflectors.

Солнечный тепловой коллектор позволяет утилизировать энергию при достаточной облученности поглощающих пластин и труб. При низкой интенсивности солнечной радиации, характерной для холодного периода года, получить теплоноситель с требуемой температурой для дальнейшего использования в системе теплоснабжения здания без дополнительного нагревания не представляется возможным. Получаемое в этом случае низкопотенциальное тепло может быть направлено потребителям при предварительном повышении параметров теплоносителя традиционными источниками энергии.The solar thermal collector allows you to utilize energy with sufficient exposure to absorbing plates and pipes. At a low intensity of solar radiation, characteristic of the cold season, it is not possible to obtain a coolant with the required temperature for further use in the building heat supply system without additional heating. Received in this case, low-grade heat can be sent to consumers with a preliminary increase in the parameters of the coolant by traditional energy sources.

Задачей нового технического решения является расширение сезона эксплуатации устройства до круглогодичного за счет повышения эффективности утилизации солнечной энергии посредством рационального совмещения пассивного и активного способов преобразования излучения.The objective of the new technical solution is to expand the operating season of the device to year-round by increasing the efficiency of utilization of solar energy through the rational combination of passive and active methods of radiation conversion.

Эта задача решается тем, что в солнечном тепловом коллекторе, содержащем под светопрозрачным покрытием гофрированную панель из светопрозрачных параболических отражателей с жидкостными линзами, поглощающие пластины с поглощающими трубами, сообщенными и расположенными соосно с жидкостными линзами, распределительную и сборную трубы, тепловую изоляцию и пластинчатые отражатели, согласно изобретению закрепление поглощающих пластин и труб происходит на стеновой панели, которая в верхней части имеет структурную решетку с насыпным аккумулирующим материалом и размещенными в нем распределительной и сборной трубами и в нижней части содержит перепускные отверстия, за аккумулирующим материалом и возвышаясь над ним расположены пластинчатые отражатели, а тепловая изоляция установлена с зазором от стеновой панели на облицовочной панели, имеющей входные и выходные отверстия с клапанами.This problem is solved in that in a solar thermal collector containing a corrugated panel of translucent parabolic reflectors with liquid lenses under a translucent coating, absorbing plates with absorbing pipes in communication and aligned with the liquid lenses, distribution and collection pipes, thermal insulation and plate reflectors, according to the invention, the fastening of the absorbing plates and pipes occurs on the wall panel, which in the upper part has a structural lattice with a bulk accumulator iruyuschim pictures and placed therein a distribution and collection pipe and the bottom part comprises bypass holes for accumulating pictures and rising above them lamellar reflectors, and thermal insulation installed with a gap from the wall panel to wall panel having inlet and outlet valves.

Предлагаемая конструкция солнечного теплового коллектора позволяет повысить степень утилизации солнечной радиации и направить высокотемпературный теплоноситель при интенсивном излучении, характерном для теплого периода года, в системы горячего водоснабжения. При ограниченных ресурсах солнечной энергии в холодный период года происходит повышение температуры стеновой панели и насыпного аккумулирующего материала под воздействием рассеянного излучения и последующее нагревание от их поверхностей циркулирующего воздуха. Поступление теплого воздуха в помещения обеспечит их пассивное отопление, что позволит увеличить продолжительность эксплуатации устройства до круглогодичной.The proposed design of the solar thermal collector allows to increase the degree of utilization of solar radiation and to direct the high-temperature coolant with intense radiation characteristic of the warm period of the year to hot water supply systems. With limited solar energy resources during the cold season, the temperature of the wall panel and bulk storage material increases under the influence of scattered radiation and subsequent heating of the circulating air from their surfaces. The receipt of warm air in the premises will provide their passive heating, which will increase the duration of operation of the device to year-round.

На фиг. 1 показан разрез солнечного теплового коллектора.In FIG. 1 shows a section through a solar thermal collector.

На фиг. 2 - фрагмент разреза вида сверху.In FIG. 2 is a fragment of a section view from above.

Солнечный тепловой коллектор состоит из стеновой панели 1, на которой закреплены поглощающие пластины 2 и поглощающие трубы 3. В верхней части 4 стеновой панели 1, которая может быть выполнена железобетонной, расположена структурная решетка 5, заполненная аккумулирующим насыпным материалом 6. Стеновая панель 1 может быть выполнена полностью из насыпного аккумулирующего материала 6, заключенного в структурную решетку 5. В качестве насыпного материала 6 может быть использован гравий, так как аккумулирующая способность одного кубического метра превышает ту же удельную величину для бетонов в 2 раза. В насыпной материал 6 погружены распределительная 7 и сборная 8 трубы, к которым подключены поглощающие трубы 3. Стеновая панель имеет наружные ограждение в виде светопрозрачного покрытия 9. Под светопрозрачным покрытием 9 размещена гофрированная панель 10, состоящая из светопрозрачных параболических отражателей 11 и жидкостных линз 12. Поглощающие трубы 3 установлены соосно с жидкостными линзами 12 на стеновой панели 1, а также сообщены с ними в ее верхней 4 и нижней 13 частях. За аккумулирующим материалом 6 в его теневой зоне 14 расположены, в том числе и возвышаясь над ним, пластинчатые отражатели 15. Тепловая изоляция 16 закреплена с зазором 17 от стеновой панели 1 на облицовочной панели 18, в нижней части 19 которой выполнены входные отверстия 20, а в верхней 21 - выходные 22 для воздуха. Во входных 20 и выходных 22 отверстиях расположены клапаны 23. В нижней части стеновой панели 13 выполнены перепускные отверстия 24 для воздуха.The solar thermal collector consists of a wall panel 1 on which absorbing plates 2 and absorbing pipes 3 are fixed. In the upper part 4 of the wall panel 1, which can be reinforced concrete, there is a structural lattice 5 filled with accumulating bulk material 6. Wall panel 1 can be made entirely of bulk storage material 6 enclosed in a structural lattice 5. Gravel can be used as bulk material 6, since the storage capacity of one cubic meter exceeds the specific value for the concrete in two times. The distribution material 7 and the assembly 8 of the pipe are immersed in the bulk material 6, to which the absorption pipes 3 are connected. The wall panel has an external fence in the form of a translucent coating 9. Under the translucent coating 9, a corrugated panel 10 is placed, consisting of translucent parabolic reflectors 11 and liquid lenses 12. The absorbing pipes 3 are mounted coaxially with the liquid lenses 12 on the wall panel 1, and also communicated with them in its upper 4 and lower 13 parts. Lamellar reflectors 15 are located behind the accumulating material 6 in its shadow zone 14, including towering above it. Thermal insulation 16 is fixed with a gap 17 from the wall panel 1 on the facing panel 18, in its lower part 19 there are inlet openings 20, and at the top 21 - weekend 22 for air. Valves 23 are located in the inlet 20 and outlet 22 openings. In the lower part of the wall panel 13, air bypass openings 24 are made.

Солнечный тепловой коллектор работает следующим образом.Solar thermal collector operates as follows.

По распределительной трубе 7 теплоноситель подается в поглощающие трубы 3, которые погружены в насыпном материале 6 и направлены к жидкостным линзам 12 гофрированной панели 10. Теплоноситель поступает в жидкостные линзы 12, где нагревается за счет воздействия солнечной радиации, прошедшей через светопрозрачное покрытие 9 и многократно отраженной от поверхности светопрозрачных параболических отражателей 11 для концентрирования излучения. После протекания по жидкостным линзам 12 гофрированной панели 10 теплоноситель поступает в короткие горизонтальные участки поглощающих труб 3, переходящие в нижней части 13 стеновой панели 1 в вертикальное положение. Размещение на стеновой панели 1 поглощающих пластин 2 с трубами 3 соосно жидкостным линзам 12 способствует концентрации излучения посредством параболических отражателей 11 в зоны их расположения, что повышает энергооблученность и тем самым увеличивает температуру теплоносителя. При достижении в верхней части 4 насыпного аккумулирующего материала 6 теплоноситель направляется по поглощающим трубам 3 в его слой к расположенной в нем сборной трубе 8, а затем к потребителю.Through the distribution pipe 7, the coolant is supplied to the absorbing pipes 3, which are immersed in the bulk material 6 and directed to the liquid lenses 12 of the corrugated panel 10. The coolant enters the liquid lenses 12, where it is heated due to exposure to solar radiation transmitted through the translucent coating 9 and reflected many times from the surface of translucent parabolic reflectors 11 for concentration of radiation. After flowing through the liquid lenses 12 of the corrugated panel 10, the coolant enters the short horizontal sections of the absorbing pipes 3, which pass into the vertical position in the lower part 13 of the wall panel 1. The placement on the wall panel 1 of the absorbing plates 2 with tubes 3 coaxially with the liquid lenses 12 contributes to the concentration of radiation by means of parabolic reflectors 11 in the areas of their location, which increases energy radiation and thereby increases the temperature of the coolant. When the bulk accumulating material 6 is reached in the upper part 4, the heat carrier is directed through the absorbing pipes 3 into its layer to the collection pipe 8 located in it and then to the consumer.

Прошедшее сквозь светопрозрачное покрытие 9, гофрированную панель 10 и не поглощенное теплоносителем в жидкостных линзах 12 солнечное излучение преобразуется в тепловую энергию в стеновой панели 1 и насыпном аккумулирующем материале 6. В холодный период года, когда температура стеновой панели 1 и насыпного аккумулирующего материала 6 под воздействием солнечной радиации превышает температуру внутреннего воздуха помещений, клапаны 23 во входных 20 и выходных 22 отверстиях облицовочной панели 18 открыты. Воздух проходит через входные отверстия 20, а затем через перепускные отверстия 24 поступает в зазор между гофрированной 10 и стеновой 1 панелями. Контактируя с облучаемой поверхностью стеновой панели 1, воздух нагревается и поднимается вверх, где проходит через слой аккумулирующего материала 6, на который дополнительно посредством пластинчатых отражателей 15 направляется излучение. После прогревания в насыпном аккумулирующем материале 6, теплый воздух через выходные отверстия 22 поступает в помещения. Если температура стеновой панели 1 и насыпного аккумулирующего материала 6 в холодный период года ниже температуры внутреннего воздуха помещений, то клапаны 23 полностью перекрывают сечение входных 20 и выходных 22 отверстий, а тепловая изоляция 16 на облицовочной панели 18 существенно снижает теплопотери в окружающую среду.The solar radiation transmitted through the translucent coating 9, the corrugated panel 10 and not absorbed by the coolant in the liquid lenses 12 is converted into thermal energy in the wall panel 1 and the bulk storage material 6. In the cold season, when the temperature of the wall panel 1 and the bulk storage material 6 is affected by solar radiation exceeds the temperature of the indoor indoor air, valves 23 in the inlet 20 and outlet 22 of the openings of the cladding panel 18 are open. Air passes through the inlet openings 20, and then through the bypass openings 24 enters the gap between the corrugated 10 and the wall 1 panels. In contact with the irradiated surface of the wall panel 1, the air is heated and rises, where it passes through a layer of storage material 6, to which radiation is additionally directed by plate reflectors 15. After warming up in the bulk storage material 6, warm air through the outlet openings 22 enters the premises. If the temperature of the wall panel 1 and bulk storage material 6 in the cold season is lower than the temperature of the indoor air, then the valves 23 completely overlap the cross section of the inlet 20 and outlet 22 of the holes, and thermal insulation 16 on the cladding panel 18 significantly reduces heat loss to the environment.

Конструкция солнечного теплового коллектора позволяет при интенсивной солнечной радиации нагреть жидкий теплоноситель до требуемой температуры для потребителя. В отопительный период при ограниченных ресурсах солнечного излучения происходит его преобразование в тепловую энергию стеновой панели и насыпного аккумулирующего материала, за счет которой осуществляется нагревание воздуха, впоследствии направляемого в отапливаемые помещения. Данный способ пассивной утилизации позволяет использовать солнечную радиацию при низких показателях ее интенсивности, характерных для холодного периода года, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности улавливания излучения и расширению сезона эксплуатации предложенного устройства до круглогодичного.The design of the solar thermal collector allows for intense solar radiation to heat the liquid coolant to the desired temperature for the consumer. During the heating period, with limited resources of solar radiation, it is converted into thermal energy of the wall panel and bulk accumulating material, due to which the air is heated, which is subsequently sent to the heated rooms. This method of passive disposal allows the use of solar radiation at low rates of its intensity characteristic of the cold season, which ultimately leads to an increase in the efficiency of radiation capture and the extension of the operating season of the proposed device to year-round.

Claims

A solar thermal collector comprising, under a translucent coating, a corrugated panel of translucent parabolic reflectors with liquid lenses, absorbing plates with absorbing pipes in communication and coaxial with the liquid lenses, distribution and collection pipes, thermal insulation and plate reflectors, characterized in that the absorbing plates and the pipes are fixed on the wall panel, which in the upper part has a structural lattice with bulk accumulating material and placed in it aspredelitelnoy and modular chimneys and the bottom part comprises bypass holes for accumulating pictures and rising above them lamellar reflectors, and thermal insulation installed with a gap from the wall panel to wall panel having inlet and outlet valves.