F24J2 / 34 - містять масу для акумулювання тепла
Власники патенту RU 2275560:
Державна наукова установа Всеросійський науково-дослідний інститут електрифікації сільського господарства (ГНУ ВІЕСХ) (RU)
Винахід відноситься до геліоенергетики, зокрема до геліотепліцам з ґрунтовим водоносних акумулятором тепла. У способі акумулювання сонячної енергії вибирають місцевість, де грунтові води дуже близькі до поверхні землі, придатної для сільськогосподарського використання, і там встановлюють вертикальні свердловини з забоєм Н = 25-30 м для зниження рівня грунтових вод, товщина грунтового шару складає 10-20 м, радіус R зони дії вертикальної свердловини дорівнює, наприклад, 100 м. Пристрій для здійснення способу виконано у вигляді геліотепліци з ґрунтовим водоносних акумулятором, для будівництва якої в зоні дії свердловини рівень грунт вих вод h повинен бути знижений до 2 м від поверхні землі, зона дії свердловини являє собою перевернутий конус з радіусом основи R = 100 м, вершина конуса збігається з забоєм свердловини. Регулювання температури повітря теплиці і кореневого шару грунту здійснюють циркуляційним контуром, нагрів або охолодження теплоносія якого здійснюють за рахунок сонячної енергії і (або) теплоти грунтового водоносного акумулятора. На період пікових від'ємних температур можлива установка дублюючого теплогенератора. Труби циркуляційного контуру одночасно є елементами конструкції геліотепліци. Винахід має забезпечити високу ефективність використання сонячної радіації і її акумулювання в водоносному грунті для цілорічного енергопостачання культиваційних споруд, збільшення вегетаційного періоду, зниження собівартості продукції. 2 н. і 1 з.п.ф-ли, 2 мул.
Винахід відноситься до геліоенергетики, зокрема до геліотепліцам з ґрунтовим акумулятором тепла.
Недоліками даної конструкції є складність виготовлення і великі капітальні витрати.
Недоліками даного способу акумулювання теплової енергії є порушення природного температурного режиму грунту глибинних шарів, які роблять використання грунту за допомогою теплонасосних систем неефективним.
Найбільш близькою до заявляється винаходу є установка для використання тепла сонячного випромінювання або скидного тепла ТЕС для опалення, в якій отримане в сонячному колекторі тепло або скидних тепло ТЕС передається в теплообмінник-акумулятор, вмонтований в грунт, і потім акумульованих в грунті тепло через теплонасосну установку направляється в теплову мережу. В установці свердловини грунту, в яких прокладені труби теплообмінника, ущільнюють матеріалом, що має кращі акумулюють властивості, ніж грунт. Як акумулює матеріалу використовується руда, мідний гранулят, штучні матеріали (Einrichtung zur Verwedung von durch Lonenstrahlung oder bei der Stromerzeugung gewonnen Warme zu Heizwecken del. Заявка 4113196 ФРН, МКІ 5 F23 D 20/00, F24 j 2/00, noatler Frick - №4113967; заявл. 23.04.91, опубл. 29.10.92 - прототип).
Недоліками даної конструкції є складність виготовлення, порушення грунтового покриву, великі капітальні витрати і низька ефективність.
Завданням винаходу є створення способу і функціонально забезпеченого пристрої з високою ефективністю використання сонячної радіації і її теплового акумулювання в водоносному грунті для цілорічного теплопостачання культиваційних споруд, збільшення вегетаційного періоду, зниження собівартості продукції.
Зазначена технічна задача в частині способу вирішується тим, що в способі акумулювання сонячної енергії, що включає перетворення сонячної радіації в тепло на принципі парникового ефекту, передачу за допомогою циркуляційного контуру цього тепла в грунтовий акумулятор в теплий період року і назад в холодний період, дублювання на час різкого похолодання традиційним джерелом теплопостачання, відповідно до винаходу акумулювання сонячної енергії здійснюють у водоносному грунті, де грунтові води дуже близькі до повер ності землі, під захищеним шатром геліотепліци поверхневим шаром землі, для чого мають рівень грунтових вод нижче кореневого шару грунту, викачують грунтову воду з водоносного шару грунту, нагрівають її в геліотепліце за рахунок сонячної радіації, закачують нагріту воду в водоносний шар грунту, а зону дії центральній викачувати свердловини і периферійних закачують свердловин, над якою встановлено геліотепліца, формують у вигляді перевернутого конуса з заданим радіусом підстави, вершина конуса збігається з заб оєм свердловини, при цьому регулювання температури повітря в геліотепліце і температури кореневого шару грунту здійснюють циркуляцією води грунтового акумулятора, теплопередачей через кореневмісному шар грунту акумульованого тепла.
Зазначена технічна задача в частині пристрою вирішується тим, що в пристрої для акумулювання сонячної енергії, що містить грунтовий акумулятор тепла, геліотепліцу, циркуляційний контур, дублюючий теплогенератор, відповідно до винаходу містяться грунтовий водоносний теплоаккумулятор, кореневмісному грунтовий шар, осушене на глибину 2 м і огороджений шатром геліотепліци , центральна викачує грунтові води свердловина з забоєм 25-30 м і радіусом зони дії, наприклад, 100 м, закачує свердловини з забоєм 3-4 м нагрітої грун овой води, що забезпечують до кінця зарядки грунтового водоносного теплоаккумулятора температуру 35-40 # x000B0; С на глибині 10-15 м і розташовані по периферії навколо геліотепліци під радіаційним укриттям, викачують грунтові води свердловина і закачує свердловини з'єднані між собою через теплообмінники, частина яких виконана у вигляді конструкцій геліотепліци, наприклад, з металевих труб з діаметром 100 мм.
Прозоре огорожу геліотепліци може бути виконано з склопакетів зі світлопропускній і теплоізоляційним заповненням Кремнеземні гелем між стеклами.
В результаті використання запропонованого винаходу зберігають грунтовий покрив, знижують матеріаломісткість споруди, зводять до мінімуму споживання традиційного палива для теплопостачання (тільки на період різкого похолодання), забезпечують цілорічне функціонування зеленого конвеєра, знижують собівартість продукції.
Для здійснення способу акумулювання сонячної енергії запропоновано пристрій, який виконано у вигляді геліотепліци з розташованим під нею і під висушеним на глибину 2 м коренезаселеному шаром грунту грунтових водоносних акумулятором. У центрі геліотепліци облаштована викачує грунтові води свердловина з забоєм 25-30 м. Радіус підстави намету геліотепліци, наприклад 100 м, дорівнює радіусу підстави зони дії викачує грунтові води свердловини. Із зовнішнього боку геліотепліци розташовані радіаційні укриття з радіусом підстави, наприклад, 5 м, містять закачує свердловини нагрітої в геліотепліце грунтової води до 45-50 # x000B0; С при зарядці грунтового водоносного акумулятора або охолодженої в геліотепліце при його розрядки. Забій закачують свердловин складає 3-4 м і збігається з крайніми бічними точками зони дії викачує грунтові води свердловини, утворюючи форму грунтового водоносного акумулятора у вигляді, близькому до перевернутого конусу, так як нагріта вода, як легша, залишається вище холоднішою і стікає в радіальному (горизонтальному) напрямі до викачує грунтові води свердловині. Викачувати і закачує свердловини з'єднані всередині геліотепліци між собою через теплообмінники, частина яких виконана у вигляді несучих конструкцій намету геліотепліци, наприклад, з металевих труб з діаметром 100 мм, утворюючи циркуляційний контур «викачують грунтові води свердловина - теплообмінники, що включають несучі конструкції - закачує свердловини - грунтовий водоносний акумулятор - викачувати грунтові води свердловина ». Для того щоб через поверхню шатра максимально проникало сонячне випромінювання і були меншими теплові втрати, прозоре огородження виконано добре светопроводящімі і теплоізоляційними склопакетами, заповненими Кремнеземні гелем між стеклами. Частина сонячної енергії - фітоактівная радіація (ФАР) - витрачається на фотосинтез в рослинах, інша частина нагріває конструкції, внутрішнє повітря теплиці і поверхневий шар грунту. Регулювання температури повітря теплиці і кореневого шару грунту здійснюють циркуляційним контуром, теплопровідністю акумульованого тепла через кореневмісному шар грунту і тепловіддачею з його поверхні, а також обмеженням бічних теплових потоків радіаційними укриттями. На період пікових від'ємних температур можлива установка дублюючого теплового генератора. Пристрій містить необхідну контрольну і регулюючу апаратуру, систему зрошення і харчування культивованих рослин, іншу інфраструктуру.
Геліотепліца у вигляді циліндричної конструкції з куполоподібної дахом встановлюється над зоною дії свердловини. Несучими конструкціями є труби-теплообмінники діаметром, наприклад, 100 мм. Ці конструкції з'єднані в єдиний або Секціонірованние гідравлічний контур, в якому циркулює вода, отримана з викачує свердловини. Після проходження по теплообмінникам вода подається до закачувати свердловинах, встановленим навколо теплиці під радіаційними укриттями. Забій цих свердловин збігається з крайньою точкою зони дії викачує грунтові води свердловини. Витрати води в викачувати свердловині і в закачують свердловинах підібрані таким чином, щоб рівень грунтових вод підтримувався на відстані 2 м від поверхні землі. За рахунок проникаючої через прозору частину намету геліотепліци сонячної радіації і теплоносія циркуляційного контуру, активованого сонячною радіацією і (або) ґрунтовим водоносних акумулятором, формують температурний режим геліотепліци. Для того щоб через прозору поверхню максимально проникало сонячне випромінювання і були меншими теплові втрати, огородження виконано добре светопроводящімі і теплоізоляційними склопакетами із заповненням між стеклами Кремнеземні гелем. Частина сонячної енергії - фітоактівная радіація витрачається на фотосинтез в рослинах, інша частина нагріває конструкції, внутрішнє повітря теплиці і поверхневий кореневмісному шар грунту.
Рослини при температурі 10 # x000B0; С використовують ФАР на 100%, а при температурі 30 # x000B0; С використання ФАР зменшується до мінімуму. Тому доцільно надлишок тепла витягувати за допомогою теплообмінників, в тому числі у вигляді несучих конструкцій, закачують і викачують свердловин, і акумулювати його в водоносному грунті. В результаті регулюють температурний режим всередині теплиці.
Температурний режим в кореневмісному шарі грунту формують в інтервалі температур від «біологічного нуля» (11 # x000B0; С) до порогової температури (30 # x000B0; С) і становить в розглянутому пристрої 12-28 # x000B0; С. При температурі вище 30 # x000B0; С тонкі коріння рослин гинуть. Для кожної сільськогосподарської культури існують оптимальні температури для розвитку кореневої системи. Оптимальна температура досягається регулюванням дій на коріння рослин двох теплових потоків: з верхнього шару грунту і з грунтового водоносного акумулятора.
Створення геліотепліци циліндричної форми з куполоподібної дахом і розміщення навколо неї радіаційних укриттів дозволяє зменшити теплові втрати.
Сутність запропонованого винаходу пояснюється на фіг.1 і 2.
На фіг.1 представлена загальна схема пристрою для способу акумулювання сонячної енергії. Пристрій містить: геліотепліцу 1 з несучих конструкцій-теплообмінників 2 з прозорим покриттям з склопакетів з кремнеземистого гелем 3; радіаційні укриття 4; кореневмісному шар грунту 5; грунтовий шар 6; викачувати грунтові води свердловина 7; закачує свердловини 8; зона дії свердловин 9; глибинні насоси 10; насоси 11.
На фіг.2 показані лінії струму грунтових вод від закачують свердловин до викачувати свердловині.
Спосіб акумулювання сонячної енергії здійснюють наступним чином. Сонячне випромінювання потрапляє в теплицю безпосередньо через покриття, виконане з світлопрозорого склопакета з кремнеземистого гелем 3. Це покриття пропускає не менше 90% падаючого на нього сонячного випромінювання і є ефективним утеплювачем. Проникаюча сонячна радіація витрачається на фотосинтез в рослинах (фітоактівная частина радіації), на нагрів внутрішнього повітря теплиці 1, огороджувальних несучих конструкцій 2, які пофарбовані чорним кольором, і на нагрів поверхневого шару ґрунту.
Створення температурного поля 12-28 о С здійснюють наступним чином.
Через несучу конструкцію 2, що виконує роль теплообмінника, циркулює грунтова вода, викачують через фільтри з свердловини 7. Нагріта сонячним випромінюванням, вона закачується назад в грунт через закачує свердловини 8 і як легша не стікає далі непрогрітій грунтовій зони, а стікає до викачувати свердловині 7 в радіальному (горизонтальному) напрямі. Лінії струму води з викачує свердловини показані на фіг.1, а на фіг.2 - від закачують свердловин до викачувати. Тепло акумулюють у вигляді нагрітої води і грунту в зоні дії викачувати і закачують свердловин, частина тепла втрачається шляхом теплопровідності в шарах грунту, що знаходяться навколо зони дії викачувати і закачують свердловин. Зарядку акумулятора здійснюють в теплу пору року, протягом якого вода циркулює по несучих конструкціях геліотепліци і теплообмінників, відбираючи надлишки тепла і акумулюючи їх в водоносному грунті. В кінці зарядки температура в грунтовому водоносному акумуляторі досягає 35-40 # x000B0; С при глибині акумулятора в середньому 10-15 м. Це тепло, потрапляючи в кореневмісному шар грунту, регулює оптимальний температурний режим 12-28 # x000B0; С між «біологічним нулем »і порогової температурою 30 # x000B0; С.
Теплові втрати зменшені завдяки циліндричної форми стін і куполоподібної форми даху намету геліотепліци, а також наявності радіаційних укриттів 4 над закачувати свердловинами навколо геліотепліци, які також можуть використовуватися як культиваційні споруди.
Зимовий режим розрядки грунтового водоносного акумулятора здійснюють наступним чином.
Через викачувати свердловину 7 теплу воду з верхнього шару грунтового водоносного акумулятора подають в циркуляційний контур по несучих конструкціях 2, де вона віддає тепло внутрішньому повітрю геліотепліци 1, а охолоджену воду закачують назад в грунт, де вона стікає нижче більш нагрітих шарів, піднімаючи їх вгору, внаслідок чого рівень верхнього шару залишається постійним. Потім цикл повторюється. У корнеобитаемом шарі грунту формується температурне поле шляхом теплопередачі від грунтового водоносного акумулятора до повітря всередині геліотепліци.
1. Спосіб акумулювання сонячної енергії, що включає перетворення сонячної радіації в тепло на принципі парникового ефекту, передачу за допомогою циркуляційного контуру цього тепла в грунтовий акумулятор в теплий період року і назад в холодний період, дублювання на час різкого похолодання традиційним джерелом теплопостачання, що відрізняється тим, що акумулювання сонячної енергії здійснюють у водоносному грунті, де грунтові води дуже близькі до поверхні землі, під захищеним шатром геліотепліци поверхневим шаром землі, для чого мають рівень грунтових вод нижче кореневого шару грунту, викачують грунтову воду з водоносного шару грунту, нагрівають її в геліотепліце за рахунок сонячної радіації, закачують нагріту воду в водоносний шар грунту, а зону дії центральної викачувати свердловини і периферійних закачують свердловин, над якою встановлено геліотепліца, формують у вигляді перевернутого конуса з заданим радіусом підстави, а вершина конуса збігається з забоєм свердловини, при цьому регулювання температури повітря в гел іотепліце і температури кореневого шару грунту здійснюють циркуляцією води грунтового акумулятора, теплопередачей через кореневмісному шар грунту акумульованого тепла.
2. Пристрій для акумулювання сонячної енергії, що містить грунтовий акумулятор тепла, геліотепліцу, циркуляційний контур, дублюючий теплогенератор, що відрізняється тим, що пристрій містить грунтовий водоносний теплоаккумулятор, кореневмісному грунтовий шар, осушене на глибину 2 м і огороджений шатром геліотепліци, центральну викачує грунтові води свердловину з забоєм 25-30 м і радіусом зони дії, наприклад, 100 м, закачує свердловини з забоєм 3-4 м нагрітої грунтової води, що забезпечують до кінця зарядки грунтового вод оносного теплоаккумулятора температуру 35-40 # x000B0; С на глибині 10-15 м і розташовані по периферії навколо геліотепліци під радіаційним укриттям, викачують грунтові води свердловина і закачує свердловини з'єднані між собою через теплообмінники, частина яких виконана у вигляді конструкцій геліотепліци, наприклад, з металевих труб з діаметром 100 мм.
3. Пристрій для акумулювання сонячної енергії по п.2, що відрізняється тим, що прозоре огородження геліотепліци виконано з склопакетів зі світлопропускній і теплоізоляційним заповненням Кремнеземні гелем між стеклами.