СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРО- И ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЖИЛЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ Российский патент 2014 года по МПК H02S10/12 H02S10/30 H02S40/38 

Изобретение относится к устройствам энергоснабжения и предназначено для автономного тепло-, электро- и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений.

Широко известны разнообразные энергосистемы на экологически чистых возобновляемых источниках энергии (ветра, солнца и т.д.). Однако нестабильность потока энергии в каждом данном источнике (изменение силы ветра, климатические и сезонные колебания потока световой энергии) создает проблемы обеспечения качества подаваемой потребителю энергии. Для некоторого сглаживания колебаний генерируемой мощности, вызванных нестабильностью потока энергии в источнике, и согласования ее с режимом электропотребления с различной степенью эффективности используются аккумуляторы энергии.

Известна автономная энергетическая установка на возобновляемом источнике энергии, включающая преобразователь энергии возобновляемого источника в электрическую, электроаккумуляторную батарею, тепловой аккумулятор, электротехническое устройство для перераспределения энергии между электрической аккумуляторной батарей и тепловым аккумулятором (патент РФ №2095913 "Способ работы автономной энергетической установки на возобновляемом источнике энергии", МПК⁶ H02J 15/00, F03D 9/02, H02J 7/35, опубл. 1997 г.). Однако недостатком ее является низкое качество и надежность тепло- и электроснабжения, недостаточная эффективность установки в целом.

Известна система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений, наиболее близкая к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков, выбранная в качестве прототипа. Известная система содержит ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии, связанную с потребителями электрической энергии; аккумулятор электрической энергии, связанный с ветрогенераторной установкой и потребителями электрической энергии; установку для преобразования солнечной энергии в тепловую (блок солнечных коллекторов) и тепловой аккумулятор, связанные с потребителями тепловой энергии. Новизной известного решения является то, что оно дополнительно содержит работающий от ветрогенераторной установки тепловой насос, связанный с потребителями тепловой энергии; инвертор, через который аккумулятор электрической энергии подключен к потребителям электроэнергии; датчик-регулятор состояния аккумулятора электрической энергии, электрически связанный с аккумулятором электрической энергии, ветрогенераторной установкой и потребителями электроэнергии; утилизатор теплоты сточных вод; коллектор тепла Земли и автоматическую систему управления, соединенную через соответствующие датчики тепловой и электрической нагрузок с исполнительными механизмами. При этом установка для преобразования солнечной энергии в тепловую содержит такой блок солнечных коллекторов, который связан по жидкому теплоносителю, по меньшей мере, с двумя теплообменниками, один из которых расположен в тепловом аккумуляторе, а другой - в теплообменном аппарате, связанном по теплоносителю с коллектором тепла Земли; тепловой насос содержит работающий от ветрогенераторной установки компрессор, по меньшей мере, два выносных испарителя, один из которых встроен в теплообменный аппарат, связанный по теплоносителю с коллектором тепла Земли, а другой выносной испаритель встроен в утилизатор теплоты сточных вод, и, по меньшей мере, два выносных конденсатора, один из которых встроен в бак горячей воды, а второй выносной конденсатор встроен в теплообменный аппарат, связанный по теплоносителю с потребителями тепловой энергии (патент РФ №2249125).

Недостатками известного решения являются:

Низкая надежность тепло- и электроснабжения, т.к. единственным источником электрической энергии является ветрогенератор, от которого получают питание электрические потребители и тепловой насос. Отсутствие ветра в течение определенного времени нередко приводит к размораживанию системы отопления, обесточиванию электрических потребителей. Отмечается недостаточная эффективность работы теплового насоса, т.к. основным средством повышения его коэффициента преобразования в известной системе является использование только энергии солнца, полученной от солнечных коллекторов через тепловой аккумулятор, а использование жидкого теплоносителя в солнечных коллекторах ведет к повышенному риску размораживания системы в случае использования воды или к высокой стоимости теплоносителя в случае использования антифризов, что удорожает систему.

Технической задачей, на которую направлено заявляемое техническое решение, является устранение указанных недостатков, а именно: повышение надежности тепло- и электроснабжения зданий и сооружений; увеличение эффективности работы теплового насоса и, как следствие, системы в целом;

повышение экономичности системы в целом за счет использования иного и дешевого теплоносителя в установке преобразования солнечной энергии.

Поставленная задача достигается тем, что в известной системе автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений, содержащей тепловой насос, связанный с потребителями тепловой энергии; тепловой аккумулятор с теплообменником и с датчиком тепловой нагрузки, предназначенный для обеспечения потребителей тепловой энергией; бак горячей воды с датчиком тепловой нагрузки; утилизатор теплоты сточных вод с датчиком тепловой нагрузки; коллектор тепла Земли; блок солнечных коллекторов для преобразования солнечной энергии в тепловую с датчиком тепловой нагрузки, передающий теплоту тепловому аккумулятору; причем тепловой насос содержит размещенный в нем компрессор, испаритель и конденсатор, гидравлически связанные с несколькими теплообменниками, из которых один теплообменник, связанный с испарителем, встроен в утилизатор теплоты сточных вод, а один из теплообменников, связанных с конденсатором, встроен в бак горячей воды; при этом система также содержит ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии; аккумулятор электрической энергии, электрически связанный с ветрогенераторной установкой и потребителями электрической энергии; инвертор, через который аккумулятор электрической энергии подключен к потребителям электроэнергии; датчик-регулятор контроля состояния аккумулятора электрической энергии, электрически связанный с аккумулятором электрической энергии и ветрогенераторной установкой и потребителями электроэнергии; тепловой насос и циркуляционные насосы с приводом от источника электроэнергии и разобщительно-регулировочную арматуру тепловых контуров системы; а также содержит автоматическую систему управления данной системой автономного электро- и теплоснабжения, соединенную со всеми датчиками тепловой и электрической нагрузок, с исполнительными механизмами и арматурой, в отличие от нее заявляемая система дополнительно содержит фотоэлектрическую батарею для выработки электроэнергии, подключенную к упомянутому датчику-регулятору контроля состояния аккумуляторной батареи электрической энергии; теплоэлектрический нагреватель, встроенный в тепловой аккумулятор и электрически связанный с ветрогенераторной установкой через коммутатор; другой коммутатор, служащий для подключения к аккумулятору электрической энергии через датчик-регулятор контроля состояния аккумулятора электрической энергии фотоэлектрической батареи или ветрогенераторной установки; датчики температуры отапливаемого помещения и наружного воздуха. При этом теплообменник теплового аккумулятора выполнен в водовоздушном исполнении. Теплоносителем блока солнечных коллекторов является движущийся в нем воздушный поток; на одной из сторон блока солнечных коллекторов установлен приточный патрубок воздуха, а к другой, противоположной стороне блока солнечных коллекторов, примыкает проложенный внутри отапливаемого помещения воздухопровод, противоположная оконечность которого встроена в тепловой аккумулятор, сопряжена в нем с воздушной полостью водовоздушного теплообменника данного аккумулятора, а по выходу из данного теплообменника проложена через крышу теплового аккумулятора и вмонтирована в отапливаемое помещение. Система также дополнительно содержит теплообменник, гидравлически связанный с упомянутым испарителем теплового насоса, встроенный в тепловой аккумулятор, другим дополнительным теплообменником, связанным гидравлически с данным испарителем, является коллектор тепла Земли. Также система дополнительно содержит теплообменник, гидравлически связанный с упомянутым конденсатором теплового насоса, которым являются потребители тепловой энергии помещения. В воздухопровод системы встроен датчик тепловой нагрузки и вентилятор с приводом от источника электроэнергии для перемещения воздушного потока. На отводящем участке контура тепловой насос-теплообменник теплового аккумулятора установлен циркуляционный насос. На отводящем теплоноситель от конденсатора участке контура теплового насоса установлен другой циркуляционный насос, а непосредственно как перед этим циркуляционным насосом, так и после него на данном участке контура теплового насоса установлено по одному трехходовому вентилю, первый из которых имеет перемычку, соединяющую вентиль с отводящим участком теплообменника потребителей тепловой энергии перед входом участка в тепловой насос, а второй вентиль имеет ответвление на теплообменник потребителей тепловой энергии и на теплообменник бака горячей воды, отводящий участок которого соединен с отводящим участком теплообменника потребителей тепловой энергии. Отводящий к теплообменникам, связанным с испарителем, от теплового насоса участок контура имеет разветвления соответственно на теплообменник утилизатора теплоты сточных вод, теплообменник коллектора тепла Земли и на теплообменник теплового аккумулятора, а на отводящем от теплообменника коллекторе тепла Земли к тепловому насосу участке контура установлен упомянутый циркуляционный насос и до него два по ходу потока трехходовых вентиля, первый из которых соединен с отводящим участком теплообменника утилизатора теплоты сточных вод, а второй соединен с отводящим участком теплообменника теплового аккумулятора.

Причем на воздухопроводе системы установлены разобщительные заслонки, первая из которых установлена на приточном патрубке на входе в блок солнечных коллекторов теплоносителя, вторая - на патрубке перед входом в отапливаемое помещение и третья - перед входом воздухопровода в тепловой аккумулятор, а сами данные заслонки, трехходовые вентили, датчики нагрузок и исполнительные механизмы в тепловых контурах соединены с автоматической системой управления.

Ограничительные и отличительные признаки заявляемого изобретения в совокупности обеспечивают достижение поставленной технической задачи.

Технический результат, достигаемый в результате использования заявляемого изобретения, заключается в повышении надежности электро- и теплоснабжения зданий и сооружений за счет применения в качестве источника электроэнергии для питания теплового насоса и электрических потребителей комбинированной электрической установки, состоящей из фотоэлектрической батареи, как основного источника электроэнергии, т.к. она не требуют прямых солнечных лучей, ей достаточно рассеянного света (который, в отличие от ветра, есть ежедневно), и в качестве дополнительного - ветрогенератора, соединенного с аккумуляторной батареей через другой (второй) коммутатор. Причем система автоматического управления в первую очередь обеспечивает подачу нужного количества энергии от ветрогенератора через коммутатор (первый) в тепловой аккумулятор посредством электронагревателя, а избыточной энергии - в электрическую аккумуляторную батарею (при ее разряде) для дальнейшего использования ее электропотребителями. Достигается увеличение эффективности работы теплового насоса за счет использования для повышения его коэффициента преобразования, кроме энергии солнца от солнечных коллекторов, также и энергии ветра за счет встроенного в тепловой аккумулятор электрического нагревателя, соединенного с ветрогенератором. Достигается повышение экономичности системы за счет использования воздуха в качестве теплоносителя в солнечных коллекторах и системы оптимального автоматического управления, позволяющей использовать часть нагретого воздуха для прямого отопления зданий и сооружений, а часть - для накопления энергии в тепловом аккумуляторе с целью повышения коэффициента преобразования теплового насоса. Воздух имеет сравнительно небольшую теплоемкость, однако этот его некоторый недостаток имеет значение лишь при наличии ограничений на объем теплоносителя (в чем нет недостатка) или его стоимость. Поскольку в заявляемой системе таких ограничений нет, применение воздуха позволяет повысить экономичность системы и исключить риск ее размораживания. Выполнение заявляемого изобретения характеризуется:

- наличием теплового насоса, работающего от системы автономного электроснабжения, связанного с потребителями тепловой энергии; это обеспечивает поддержание заданной температуры в отапливаемых помещениях независимо от погодных условий;

- наличием системы автономного электроснабжения, состоящей из обычных фотоэлектрических панелей и ветрогенератора как источников электроэнергии, подключенных через другой коммутатор к аккумуляторной батарее и инвертору; это обеспечивает бесперебойное электропитание теплового насоса и электрических потребителей в различных погодных условиях;

- наличием установки для преобразования солнечной энергии в тепловую, содержащей блок солнечных коллекторов, связанных по теплоносителю с воздухопроводом отопления помещения и с теплообменниками, два из которых расположены в тепловом аккумуляторе, третий - в теплообменном аппарате, связанном по теплоносителю с коллектором тепла Земли, а четвертый - в утилизаторе теплоты сточных вод, что в совокупности дает возможность обеспечить бесперебойное отопление и существенно повысить коэффициент преобразования теплового насоса и надежность теплоснабжения;

- наличие коллектора тепла Земли обеспечивает повышение надежности теплоснабжения в условиях длительного отсутствия ветра и солнца, позволяя поддерживать минимально возможную температуру в помещениях;

- наличием электронагревателя, встроенного в тепловой аккумулятор и связанного через коммутатор с ветрогенератором, что обеспечивает получение дополнительной тепловой энергии для повышения коэффициента преобразования теплового насоса в темное время суток и повышает надежность теплоснабжения;

- наличием утилизатора теплоты сточных вод, что повышает эффективность системы энергоснабжения;

- наличием автоматической системы управления системой автономного энергоснабжения, что обеспечивает устойчивое обеспечение объектов тепловой и электрической энергией в различных погодных условиях;

- наличием датчиков тепловой и электрической нагрузок, что позволяет определять реальную текущую потребность в тепловой и электрической энергии;

- наличием исполнительных механизмов в тепловых контурах, соединенных через датчики тепловой и электрической нагрузок с автоматической системой управления, что в совокупности дает возможность оптимальным способом посредством разобщительно-регулировочной арматуры регулировать подачу тепловой и электрической энергии с целью максимального повышения эффективности всей системы;

- выполнение теплового насоса, содержащего работающий от автономной системы электроснабжения компрессор, испаритель, гидравлически связанный с тремя теплообменниками, один из которых встроен в тепловой аккумулятор, связанный по теплоносителю с коллекторами солнечной энергии и электронагревателем, электрически связанным с ветрогенераторной установкой, второй связан с коллектором тепла Земли, а третий встроен в утилизатор теплоты сточных вод, а также содержащего конденсатор, гидравлически связанный с двумя теплообменниками, один из которых встроен в бак горячей воды, а второй встроен в теплообменный аппарат, связанный по теплоносителю с потребителями тепловой энергии, это в совокупности обеспечивает бесперебойное снабжение потребителей тепловой и электрической энергией и повышение коэффициента преобразования теплового насоса.

Выполнение заявляемого устройства характеризуется также и:

- наличием связанных с автоматической системой управления датчика температуры наружного воздуха, датчика температуры теплоносителя на входе сети потребителей тепловой энергии, датчика температуры в баке горячей воды, датчика температуры сточных вод в утилизаторе, датчика температуры теплоносителя в тепловом аккумуляторе, что позволяет в совокупности построить систему автоматического управления тепло-электроснабжением, работающую без участия человека;

- наличием датчика-регулятора контроля состояния аккумулятора электроэнергии, чем обеспечивается оптимальный режим использования аккумулятора и надежность электроснабжения от различных источников в разных погодных условиях;

- наличие циркуляционных насосов, осуществляющих циркуляцию теплоносителя по контурам системы, в совокупности с заслонками и трехходовыми вентилями, регулирующими потоки теплоносителя по контурам системы, дает возможность реализовать различные схемы систем отопления и поддерживать заданную температуру в помещениях.

На чертеже представлена схема заявляемой системы автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений.

Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений содержит тепловой насос 1, связанный с потребителями тепловой энергии. Тепловой насос 1 содержит компрессор (не показан), испаритель (не показан), гидравлически связанный по теплоносителю, по меньшей мере, с тремя теплообменниками, один из которых - теплообменник 2 расположен в тепловом аккумуляторе 3, заполненном жидким теплоносителем, второй - это коллектор тепла Земли 4, третий теплообменник 5 встроен в утилизатор теплоты сточных вод 6, а также содержит конденсатор (не показан), гидравлически связанный по теплоносителю, по меньшей мере, с двумя теплообменными аппаратами, один из которых - теплообменник 7 встроен в бак горячей воды 8, второй теплообменник 9 связан по теплоносителю с потребителями тепловой энергии отапливаемого помещения. Имеется блок солнечных коллекторов 10 снаружи отапливаемого помещения, который служит для преобразования солнечной энергии в тепловую. Теплоносителем блока солнечных коллекторов 10 является движущийся в нем воздушный поток. На одной из сторон блока солнечных коллекторов 10 установлен приточный патрубок воздуха, например в частности из отапливаемого помещения с разобщительной заслонкой 11, а к другой, противоположной стороне блока солнечных коллекторов 10, примыкает проложенный внутри отапливаемого помещения воздухопровод 12, противоположная оконечность которого встроена в тепловой аккумулятор 3, сопряжена в нем с воздушной полостью водовоздушного теплообменника 13 данного аккумулятора 3, а по выходу из данного теплообменника 13 проложена через крышу теплового аккумулятора 3 и вмонтирована в отапливаемое помещение. В воздухопровод 12 встроен датчик тепловой нагрузки 14 и электровентилятор 15 для перемещения воздушного потока. Для получения электроэнергии система содержит снаружи отапливаемого помещения фотоэлектрическую батарею 16 и ветрогенераторную установку 17, например постоянного тока, причем последняя через коммутатор 18 электрически связана с электронагревателем 19 в тепловом аккумуляторе 3 или с потребителями электрической энергии. Имеется также другой коммутатор 20, который служит для переключения подачи электроэнергии от фотоэлектрической батареи 16 или ветрогенераторной установки 17 на аккумулятор электрической энергии 21 (потребитель электроэнергии). Аккумулятор 21 электрической энергии, выполненный в виде аккумуляторной батареи, электрически связан с фотоэлектрической батареей 16 и ветрогенераторной установкой 17 через датчик-регулятор контроля 22 состояния аккумуляторной батареи, а также и потребителями электрической энергии через инвертор 23. Циркуляцию теплоносителя в гидравлических контурах испаритель теплового насоса 1 - теплообменник 2 теплового аккумулятора 3, испаритель теплового насоса 1 - коллектор тепла Земли 4, испаритель теплового насоса 1 - теплообменник 5 утилизатора сточных вод 6 осуществляет циркуляционный насос 24. Циркуляцию теплоносителя в гидравлических контурах конденсатор теплового насоса 1 - теплообменник 7 бака горячей воды 8, конденсатор теплового насоса 1 - теплообменник 9, связанный по теплоносителю с потребителями тепловой энергии, осуществляет циркуляционный насос 25. Устройство также содержит датчики тепловой нагрузки, в том числе: датчик 26 температуры наружного воздуха; датчик 27 температуры теплоносителя на входе отопительных приборов; датчик 28 температуры в баке горячей воды 8; датчик 29 температуры сточных вод в утилизаторе 6; датчик 30 температуры жидкостного теплоносителя в тепловом аккумуляторе 3; датчик 31 температуры теплоносителя на выходе отопительных приборов; датчик 32 температуры воздуха в отапливаемом помещении; датчик 33 температуры теплоносителя в солнечных коллекторах; датчик 14 температуры теплоносителя (воздушного потока) в контуре 12 подачи тепла от солнечных коллекторов. Система также содержит разобщительно-регулировочную арматуру, регулирующую потоки теплоносителя по контурам системы, в том числе на отводящем теплоноситель от конденсатора участке контура теплового насоса 1 непосредственно как перед циркуляционным насосом 25, так и после него на данном участке контура теплового насоса установлены трехходовые вентили: 34 и 35. Вентиль 34 имеет перемычку, соединяющую его с отводящим участком теплообменника 9 потребителей тепловой энергии отапливаемого помещения, перед входом данного участка в тепловой насос 1. Вентиль 35 имеет ответвление на теплообменник 9 потребителей тепловой энергии и на теплообменник 7 бака горячей воды 8, отводящий участок которого соединен с отводящим участком теплообменника 9 потребителей тепловой энергии. Отводящий к теплообменникам 5, 4 и 2, связанным с испарителем, от теплового насоса 1 участок контура имеет разветвления соответственно на теплообменник 5 утилизатора сточных вод 6, теплообменник 4 коллектора тепла Земли и на теплообменник 2 теплового аккумулятора 3. На отводящем от теплообменника 4 коллектора тепла Земли к тепловому насосу 1 участке контура до циркуляционного насоса 24 установлены два по ходу потока трехходовых вентиля: 36 и 37. Вентиль 36 соединен с отводящим участком теплообменника 5 утилизатора теплоты сточных вод 6. Вентиль 37 соединен с отводящим участком теплообменника 2 теплового аккумулятора 3. Имеются задвижки 38 и 11, перекрывающие поток теплоносителя блока солнечных коллекторов, когда нет солнечной активности; задвижка 39, регулирующая подачу теплого воздуха в помещение; задвижка 40, регулирующая подачу теплого воздуха в теплообменник 13, расположенный в тепловом аккумуляторе 3. Все датчики тепловой и электрической нагрузок, исполнительные механизмы, коммутаторы и разобщительно-регулировочная арматура соединены с автоматической системой управления 41. Анализируя полученную информацию от данных датчиков, автоматическая система управления 41 контролирует работу приводных от источников электроэнергии исполнительных электрических механизмов (циркуляционных насосов, вентилятора, задвижек, трехходовых вентилей, теплового насоса). Тепловой аккумулятор 3 может быть выполнен в виде термоизолированной емкости (не показана) с водой. Предпочтительно, чтобы заявляемая система в целях гарантии надежности и безотказности содержала дополнительный аккумулятор электроэнергии (на чертеже не показан), служащий источником дополнительного электропитания автоматической системы управления 41.

Заявляемую систему автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений используют следующим образом.

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Основным источником электроэнергии для обеспечения работы системы отопления и горячего водоснабжения, исполнительных электрических механизмов, а также питания бытовых приборов потребителей электроэнергии является фотоэлектрическая батарея 16. Бесперебойность питания обеспечивается за счет использования аккумуляторной батареи 21. В качестве дополнительного источника электроэнергии используется ветрогенераторная установка 17. Заряд аккумуляторной батареи 21 от ветрогенераторной установки или фотоэлектрической батареи 16 осуществляется при переключении коммутатора 20, тогда электроэнергия поступает на датчик-регулятор контроля состояния аккумуляторной батареи 22. Управление системой энергоснабжения осуществляется автоматической системой управления 41 через данный датчик-регулятор 22, обеспечивающий контроль за состоянием аккумуляторной батареи 21 и регулирование электроснабжение системы. В случае разряда аккумуляторной батареи 21 коммутатор 20 обеспечивает подачу электроэнергии на подзарядку аккумуляторной батареи 21 от соответствующего источника. В случае недостатка для потребителей вырабатываемой энергии (например, при отсутствии солнца, ветра) обеспечивается подача в сеть потребителей недостающей энергии непосредственно от аккумуляторной батареи 21 через инвертор 23, преобразующий постоянное напряжение аккумуляторной батареи 21 в переменное.

СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ

Основными источниками тепла являются блок солнечных коллекторов для преобразования солнечной энергии в тепловую 10 и ветрогенераторная установка 17. Теплоноситель (воздух), нагреваемый в солнечных коллекторах 10, передает теплоту через контур 12 в помещение и/или в теплообменник 13 теплоносителю (воде) в тепловом аккумуляторе 3. Регулирование подачей тепла в помещение осуществляется при помощи задвижки 39, а подачей в теплообменник 13 при помощи задвижки 40. Циркуляцию теплоносителя (воздушный поток) в конуре 12 блока для преобразования солнечной энергии в тепловую 10 осуществляет электровентилятор 15. Подача тепла в помещение регулируется на основе показаний датчиков температуры воздуха в помещении 32 и температуры теплоносителя 14 в контуре 12. Ветрогенераторная установка 17 используется для нагрева теплоносителя в тепловом аккумуляторе 3 посредством электронагревателя 19.

Подача потока тепла в отопительные приборы помещения регулируется трехходовыми вентилями 34 и 35, циркуляционным насосом 25 и тепловым насосом 1. В зависимости от показаний датчиков температуры наружного воздуха 26 и температуры внутреннего воздуха 32 регулируется поток тепла в отопительные приборы. При этом тепловой насос 1 поддерживает необходимую температуру на выходе его конденсатора, а поток теплоносителя регулируется циркуляционным насосом 25 и вентилями 34, 35. Контроль подачи тепла в отопительные приборы осуществляется посредством датчиков температуры теплоносителя на входе отопительных приборов 27 и температуры теплоносителя на выходе отопительных приборов 31.

Подача низкопотенциального тепла на испаритель теплового насоса 1 обеспечивается установлением одного из трех режимов работы теплового насоса 1. Первый режим - коэффициент трансформации (Ктр - отношение полученного количества тепла к затраченной электроэнергии) теплового насоса равен 7, т.е. подача тепла на испаритель теплового насоса 1 идет от теплового аккумулятора 3, при этом теплоноситель в нем охлаждается не ниже 20°C. Второй режим - Ктр=5, т.е. температура теплоносителя в тепловом аккумуляторе 3, или утилизаторе теплоты сточных вод 6, не ниже 10°C. Третий режим - Ктр=3,5, т.е. используется резервный источник низкопотенциального тепла, т.е. коллектор тепла Земли 4. Регулирование подачи тепла на испаритель осуществляется при помощи циркуляционного насоса 24, трехходовых вентилей 36 и 37 на основе показаний датчиков температуры в тепловом аккумуляторе 30 и температуры в утилизаторе тепла сточных вод 29.

В теплое время суток (день) или года (летний период) происходит аккумулирование тепла в тепловом аккумуляторе 3, при этом отопительные приборы отключены, вентиль 35 переключен на бак горячей воды 8. Тепловой насос 1 работает только для горячего водоснабжения.

Работой системы отопления управляет автоматическая система управления 41.

СИСТЕМА ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Работу системы горячего водоснабжения обеспечивает тепловой насос 1. При температуре в баке горячей воды 8 ниже определенного значения, что фиксируется датчиком 28, включается тепловой насос 1 и насос 25 циркуляции теплоносителя в контуре, трехходовой вентиль 35 направляет поток тепла в его теплообменник 7.

УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

Управление системой энергоснабжения полностью автоматизировано. На вход системы автоматического управление (АСУ) 41 подаются сигналы от датчика-регулятора 22 контроля состояния аккумуляторной батареи 21. Полученная информация обрабатывается и определяется алгоритм поведения всех элементов системы. После чего на выходе АСУ вырабатываются сигналы для управления основными приборами системы. Питание АСУ дополнительно осуществляется от отдельной аккумуляторной батареи (на чертеже не показана).

Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений. Источником электроэнергии является фотоэлектрическая батарея (16), бесперебойность питания обеспечивается аккумуляторной батареей (21) и ветрогенераторной установкой (17), заряд батареи (21) от них происходит через коммутатор (20); источниками тепла являются блок солнечных коллекторов (10) и ветрогенераторная установка (17), соединенная с электронагревателем (19) в тепловом аккумуляторе (3), нагреваемый в коллекторе (10) воздушный поток передает теплоту через контур (12) в помещение и/или в теплообменник (13) в аккумуляторе (3) с водой, подача тепла в отопительные приборы помещения регулируется вентилями (34) и (35), насосом (25) и тепловым насосом (1), который поддерживает температуру на выходе его конденсатора, а поток теплоносителя регулируется насосом (25) и вентилями (34) и (35), контроль подачи тепла потребителям ведется датчиками температуры. Все датчики тепловой и электрической нагрузок, исполнительные механизмы в тепловых контурах системы и их разобщительная арматура соединены с автоматической системой управления (41), которая обрабатывает сигналы, определяет алгоритм поведения всех элементов и вырабатывает сигналы управления. Технический результат: повышение надежности, увеличение эффективности работы теплового насоса и системы в целом, повышение экономичности. 1 ил.

Система автономного электро- и теплоснабжения жилых и производственных помещений, содержащая тепловой насос, связанный с потребителями тепловой энергии; тепловой аккумулятор с теплообменником и с датчиком тепловой нагрузки, предназначенный для обеспечения потребителей тепловой энергией; бак горячей воды с датчиком тепловой нагрузки; утилизатор теплоты сточных вод с датчиком тепловой нагрузки; коллектор тепла Земли; блок солнечных коллекторов для преобразования солнечной энергии в тепловую с датчиком тепловой нагрузки, передающий теплоту тепловому аккумулятору; причем тепловой насос содержит размещенный в нем компрессор, испаритель и конденсатор, гидравлически связанные с несколькими теплообменниками, из которых один теплообменник, связанный с испарителем, встроен в утилизатор теплоты сточных вод, а один из теплообменников, связанных с конденсатором, встроен в бак горячей воды; при этом система также содержит ветрогенераторную установку для выработки электроэнергии; аккумулятор электрической энергии, электрически связанный с ветрогенераторной установкой и потребителями электрической энергии; инвертор, через который аккумулятор электрической энергии подключен к потребителям электроэнергии; датчик-регулятор контроля состояния аккумулятора электрической энергии, электрически связанный с аккумулятором электрической энергии и ветрогенераторной установкой и потребителями электроэнергии; тепловой насос и циркуляционные насосы с приводом от источника электроэнергии и разобщительно-регулировочную арматуру тепловых контуров системы; а также содержит автоматическую систему управления данной системой автономного электро- и теплоснабжения, соединенную со всеми датчиками тепловой и электрической нагрузок, с исполнительными механизмами и арматурой, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит фотоэлектрическую батарею для выработки электроэнергии, подключенную к упомянутому датчику-регулятору контроля состояния аккумуляторной батареи электрической энергии; теплоэлектрический нагреватель, встроенный в тепловой аккумулятор и электрически связанный с ветрогенераторной установкой через коммутатор; другой коммутатор, служащий для подключения к аккумулятору электрической энергии через датчик-регулятор контроля состояния аккумулятора электрической энергии фотоэлектрической батареи или ветрогенераторной установки; датчики температуры отапливаемого помещения и наружного воздуха, при этом теплообменник теплового аккумулятора выполнен в водовоздушном исполнении, теплоносителем блока солнечных коллекторов является движущийся в нем воздушный поток; на одной из сторон блока солнечных коллекторов установлен приточный патрубок воздуха, а к другой, противоположной стороне блока солнечных коллекторов, примыкает проложенный внутри отапливаемого помещения воздухопровод, противоположная оконечность которого встроена в тепловой аккумулятор, сопряжена в нем с воздушной полостью водовоздушного теплообменника данного аккумулятора, а по выходу из данного теплообменника проложена через крышу теплового аккумулятора и вмонтирована в отапливаемое помещение; система также дополнительно содержит теплообменник, гидравлически связанный с упомянутым испарителем теплового насоса, встроенный в тепловой аккумулятор, другим дополнительным теплообменником, связанным гидравлически с данным испарителем, является коллектор тепла Земли; также система дополнительно содержит теплообменник, гидравлически связанный с упомянутым конденсатором теплового насоса, которым являются потребители тепловой энергии помещения; в воздухопровод системы встроен датчик тепловой нагрузки и вентилятор с приводом от источника электроэнергии для перемещения воздушного потока; на отводящем участке контура тепловой насос-теплообменник теплового аккумулятора установлен циркуляционный насос; на отводящем теплоноситель от конденсатора участке контура теплового насоса установлен другой циркуляционный насос, а непосредственно как перед этим циркуляционным насосом, так и после него на данном участке контура теплового насоса установлено по одному трехходовому вентилю, первый из которых имеет перемычку, соединяющую вентиль с отводящим участком теплообменника потребителей тепловой энергии перед входом участка в тепловой насос, а второй вентиль имеет ответвление на теплообменник потребителей тепловой энергии и на теплообменник бака горячей воды, отводящий участок которого соединен с отводящим участком теплообменника потребителей тепловой энергии; отводящий к теплообменникам, связанным с испарителем, от теплового насоса участок контура имеет разветвления соответственно на теплообменник утилизатора теплоты сточных вод, теплообменник коллектора тепла Земли и на теплообменник теплового аккумулятора, а на отводящем от теплообменника коллектора тепла Земли к тепловому насосу участке контура установлен упомянутый циркуляционный насос и до него два по ходу потока трехходовых вентиля, первый из которых соединен с отводящим участком теплообменника утилизатора теплоты сточных вод, а второй соединен с отводящим участком теплообменника теплового аккумулятора; причем на воздухопроводе системы установлены разобщительные заслонки, первая из которых установлена на приточном патрубке на входе в блок солнечных коллекторов теплоносителя, вторая - на патрубке перед входом в отапливаемое помещение и третья - перед входом воздухопровода в тепловой аккумулятор, а сами данные заслонки, трехходовые вентили, датчики нагрузок и исполнительные механизмы в тепловых контурах соединены с автоматической системой управления.