WO2021137841A1 - Method for solar heating of a thermal supply system - Google Patents

Method for solar heating of a thermal supply system Download PDF

Info

Publication number
WO2021137841A1
WO2021137841A1 PCT/UA2020/000109 UA2020000109W WO2021137841A1 WO 2021137841 A1 WO2021137841 A1 WO 2021137841A1 UA 2020000109 W UA2020000109 W UA 2020000109W WO 2021137841 A1 WO2021137841 A1 WO 2021137841A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
air
pvt
solar
building
Prior art date
Application number
PCT/UA2020/000109
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Аркадий Аршавирович БАБАДЖАНЯН
Аршак Аркадьевич Бабаджанян
Original Assignee
Аркадий Аршавирович БАБАДЖАНЯН
Аршак Аркадьевич Бабаджанян
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Аркадий Аршавирович БАБАДЖАНЯН, Аршак Аркадьевич Бабаджанян filed Critical Аркадий Аршавирович БАБАДЖАНЯН
Publication of WO2021137841A1 publication Critical patent/WO2021137841A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D15/00—Other domestic- or space-heating systems
    • F24D15/04—Other domestic- or space-heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/02—Domestic hot-water supply systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/60—Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/30—Thermophotovoltaic systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/10—Supporting structures directly fixed to the ground
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/20—Supporting structures directly fixed to an immovable object
    • H02S20/22—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings
    • H02S20/23—Supporting structures directly fixed to an immovable object specially adapted for buildings specially adapted for roof structures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/10—Photovoltaic [PV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/12—Hot water central heating systems using heat pumps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy

Definitions

  • the objective of the present invention is to create a method and its options for the use of scattered solar energy to cover the missing thermal energy in winter for heating a building, based on the most difficult month of December.
  • the heating system 100% + CE allows you to regulate the temperature of the air cooled flow entering the panels in different time and weather conditions to maximize economic efficiency, for example, if, when the temperature of the photocells rises or falls from the point of 25 ° C, there is a loss or addition of power according to the heat loss coefficient ⁇ 0.5% (TecrSTC), then the proposed technology options, being closed systems, taking off the residual (after the heat exchanger) heat with an air-to-water heat pump (s), allow simultaneously lowering the temperature of the incoming stream to 10 ° -15 ° C without special costs, i.e. .e. guaranteed to increase the installed capacity of the SPP. Such an increase also takes place for the heat output, i.e. thermal efficiency of PVT- and T-collectors, however, there are no established numerical characteristics, in contrast to photocells, for them.
  • a module is understood as a solar cover with an attic volume (air drive with shut-off and control automatics, fans, heat exchangers and air-to-water heat pumps with or without accumulator tanks and water-to-water heat pump (s)), where all four surfaces of the coating are shown in Figures 3-5, and the angle of inclination of surfaces with T-panels is optimal 60 ° -90 ° to the horizon for collecting the energy of scattered solar radiation, and the "southern" PVT-part at an angle close to the geographical latitude of the location of the building to collect energy is a straight line solar radiation, non-critical and 60 ° -90 °.
  • TPP solar thermal power plants
  • the above methods of 100% + CE heat supply of buildings can be extended to the creation of solar thermal power plants (TPP) of large capacities according to the modular design principle, based on construction air PVT- and T-panels-heat exchangers for central heating networks with low-temperature heating networks of the 4th and 5th generation.
  • the modularity of the TPP design is understood as a series of roof modules, heat flow generators that are installed directly on the ground with a well-insulated floor, together with storage tanks of the required amount and a heat pump (s), while having only a common hot / cold water supply system for all modules heating network of the 5th generation and a common electrical network.
  • Patent UA 116607 C2 (WO 2018/236330)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Building Environments (AREA)
  • Roof Covering Using Slabs Or Stiff Sheets (AREA)

Abstract

The invention relates to the field of solar technology, specifically to heating supply systems for buildings using direct and dispersed solar radiation with hybrid solar structural air manifolds capable of supplying 100% of domestic and industrial needs. Different embodiments are proposed for a method of delivering thermal energy by means of the special arrangement of a solar surface and the creation of two independent flows of an air heat-transfer agent in a roof space module capable of multiple-cascade preliminary heating of an air flow.

Description

СПОСОБ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ METHOD FOR SOLAR HEATING OF HEAT SUPPLY SYSTEM
Изобретение относится к теплотехнике и области гелиотехники, а именно, системы теплоснабжения зданий за счет прямой и рассеянной солнечной радиации тепловыми и гибридными солнечными строительными воздушными коллекторами с возможностью до 100% обеспечения бытовых и технологических нужд. The invention relates to heat engineering and the field of solar technology, namely, heating systems for buildings due to direct and diffused solar radiation by thermal and hybrid solar building air collectors with the ability to provide up to 100% of household and technological needs.
Системы 100% отопления на основе возобновляемых источников (ВЭИ) существуют давно, например, как гибрид двух технологий: гелиотермального поля коллекторов для регенерации почвы в летнее время и для ГВС в межотопительный сезон и геотермального отопления, использующий необходимый (расчетный) поток жидкости по трубам на глубине более 2-х метров с постоянной температурой 5°-8°С для теплонасоса, покрывающий теплозатраты здания в отопительный сезон. Геотермальное отопление, кроме того, ограничено характеристикой почвы и геологическими параметрами местности и редко возможна в плотной застройке города. Еще одна технологии 100% отопления - технология теплонасоса «воздух-вода», однако масштабируемость ее не приветствуется, ввиду многократного превышения нагрузки на электросеть в зимний период и больших эксплуатационных затратах. По-существу технология теплонасоса - это эффективный способ электрического отопления. Systems of 100% heating based on renewable sources (RES) have existed for a long time, for example, as a hybrid of two technologies: a heliothermal field of collectors for soil regeneration in the summer and for hot water supply in the inter-heating season and geothermal heating, using the necessary (calculated) flow of liquid through pipes for a depth of more than 2 meters with a constant temperature of 5 ° -8 ° C for a heat pump, covering the heat consumption of a building during the heating season. Geothermal heating is also limited by soil characteristics and geological parameters of the area and is rarely possible in dense urban areas. Another 100% heating technology is the air-to-water heat pump technology, but its scalability is discouraged due to the multiple excess load on the power grid in winter and high operating costs. In essence, heat pump technology is an efficient way of electric heating.
Многочисленные примеры и последние достижения по гелиоотоплению с использованием теплонасосов и развитию PVT- коллекторов, даны в [1,2]. Numerous examples and recent advances in solar heating using heat pumps and the development of PVT collectors are given in [1,2].
Наиболее близким аналогом нашей технологии явлется одна из воздушных гелиоустановок SolarWall 2-Stage канадской компании Conserval - одного из лидеров мирового рынка в секторе солнечного воздушного отопления [3]. В двухступенчатой воздушной гелиоустановке на первой стадии происходит нагрев наружного воздуха при прохождении через перфорированный абсорбер воздушного коллектора без остекления (без покрытия). На второй стадии предварительно нагретый воздух проходит через перфорированный абсорбер коллектора с поликарбонатным остеклением и дополнительно подогревается. Такой вариант больше подходит для солнечных систем воздушного отопления помещений, т.к. позволяет нагреть наружный воздух на 20°-50°С, причем в пасмурную погоду температура повышается на 20°С. Солнечный КПД двухступенчатого SolarWall достигает 80%. Даже в пасмурные дни, система обеспечивает значительную экономию энергии. Конструкция «солнечной стены» позволяет также снизить тепловые потери через наружное ограждение здания i осенне-зимний период, а в летний период снизить затраты на систему кондиционирования, т.к. защищает стену от воздействия прямых солнечных лучей (воздух, проходящий через фальш-стену и затем выбрасываемый наружу, предотвращает перегрев стены здания). Производительность составляет 500 - 700 Вт/м2 тепловой энергии, а расход воздуха составляет 50-100 м3/ч на 1 м2 коллектора. Система солнечного воздушного отопления может обеспечивать до 50% потребностям здания в тепловой энергии. Имеются примеры отопления воздушной гелиоустановкой SolarWall-2 за полярным кругом. Однако использование атмосферного воздуха и непокрытых коллекторов ставит под сомнение возможности технологии для 100% отопления. The closest analogue of our technology is one of the SolarWall 2-Stage air solar installations of the Canadian company Conserval - one of the world market leaders in the solar air heating sector [3]. In a two-stage air solar plant, in the first stage, the outside air is heated when it passes through the perforated absorber of the air collector without glazing (without coating). In the second stage, the preheated air passes through a perforated collector absorber with polycarbonate glazing and is additionally heated. This option is more suitable for solar air heating systems, because allows you to heat the outside air by 20 ° -50 ° С, and in cloudy weather the temperature rises by 20 ° С. The solar efficiency of the two-stage SolarWall reaches 80%. Even on cloudy days, the system provides significant energy savings. The construction of the "solar wall" also allows to reduce heat losses through the outer fencing of the building in the autumn-winter period, and in the summer to reduce the cost of the air conditioning system, because protects the wall from direct sunlight (air passing through the false wall and then being thrown out, prevents overheating of the building wall). The productivity is 500 - 700 W / m 2 of thermal energy, and the air consumption is 50-100 m 3 / h per 1 m 2 of the collector. A solar air heating system can provide up to 50% of a building's thermal energy needs. There are examples of heating with an air solar installation SolarWall-2 in the Arctic Circle. However, the use of ambient air and uncoated collectors casts doubt on the technology's capabilities for 100% heating.
Наша технология, основанная на вариантах способа теплообеспечения в данной заявке, работает так же, как гибридная гелио/геотермальная система в летнее время и так же продолжает выдавать требуемый (расчетный) поток, но воздушного теплоносителя для теплонасоса в зимнее время, только с повышенной температурой - минимум 15°-25°С, т.е. с большей эффективностью работы теплонасосов (COP=4-8). Отличие только в стоимости систем отопления и здесь гибридное 100%Our technology, based on the variants of the heat supply method in this application, works in the same way as a hybrid solar / geothermal system in the summer and also continues to produce the required (calculated) flow, but the heat carrier air for the heat pump in the winter, only with an increased temperature - minimum 15 ° -25 ° С, i.e. more efficiently heat pumps (COP = 4-8). The difference is only in the cost of heating systems and here is a hybrid 100%
«би» отопление намного дороже предлагаемого 100% солнечного «моно» отопления. "Bi" heating is much more expensive than the proposed 100% solar "mono" heating.
Для краткости, варианты способа и ее реализации предлагаемого теплообеспечения будем обозначать как 100%+ СЕ, где «100%» - это 100% теплообеспечение, «+» - дополнительная электрогенерация, а «СЕ» - солнечная энергия. For brevity, the variants of the method and its implementation of the proposed heat supply will be designated as 100% + CE, where “100%” is 100% heat supply, “+” is additional power generation, and “CE” is solar energy.
Задачей предлагаемого изобретения является создание способа и его вариантов использования рассеянной солнечной энергии для покрытия недостающей тепловой энергии в зимний период для отопления здания, из расчета на самый трудный декабрь месяц. The objective of the present invention is to create a method and its options for the use of scattered solar energy to cover the missing thermal energy in winter for heating a building, based on the most difficult month of December.
Техническим результатом предлагаемых вариантов способа и его реализации - является возможность 100% солнечного отопления и круглогодичного покрытия всех энергетических нужд или «100%+ СЕ» здания при удельной теплозащищенности в 75-100квт.ч/м2 год (в условиях севера и юга Украины). Одновременно, «моно» технология 100%+ СЕ здания наименее затратна с «почти» нулевыми эксплуатационными расходами. The technical result of the proposed variants of the method and its implementation - is the possibility of 100% solar heating and year-round coverage of all the energy needs or "100% + CE" when the specific building teplozaschischennosti in 75-100kvt.ch / m 2 year (in terms of the north and south of Ukraine) ... At the same time, "mono" technology 100% + CE building is the least expensive with "almost" zero operating costs.
Для решения технической задачи - 100% теплообеспечения зданий, предлагается создание гелиопокрытие всей поверхности кровли из воздушных строительных непокрытых и/или покрытых PVT-панелей («южная» часть) и покрытых Т-панелей (остальная или Т-часть), вписанных возможно и в конструктив здания - как прямого генератора тепло и электроэнергии (PV-энергии), так и источника низкотемпературного теплоносителя в технологии «холодо/тепло насоса» компрессионного или сорбционных типов в зимний период. Таким образом, предлагается использовать поверхности «несолнечных» сторон здания для сбора необходимого объема солнечной тепловой (рассеянной) энергии. To solve the technical problem - 100% heat supply of buildings, it is proposed to create a heliopathing of the entire roof surface from air construction uncoated and / or coated PVT-panels ("southern" part) and covered T-panels (the rest or T-part), possibly inscribed in the structure of the building - both a direct generator of heat and electricity (PV-energy), and a source of low-temperature coolant in the technology of "cold / heat pump" of compression or sorption types in winter. Thus, it is proposed to use the surfaces of the "non-solar" sides of the building to collect the required amount of solar thermal (dissipated) energy.
Изобретение предлагает использовать только солнечную энергию, а именно: рассеянную солнечную радиацию в течении всего дня в зимнее время и, дополнительно, генерировать электрическую и тепловую энергию в солнечные часы, путем использования всей поверхности крыши при различных соотношениях PVT- и Т-частей, при необходимости, и фасадов. Рассеянная солнечная радиация, например для Киева, достигает до 75% средней дневной радиации декабря и составляет 0.7-1.0 квт.ч./м2 на оптимальный наклон поверхности в 60°-90°. Для центральной и южной Европы поток суммарной радиации декабря несравнимо выше (среднесуточная дневная радиация декабря в Центральной Европе в два раза выше, чем в г.Киев) и большим числом солнечных дней и долей рассеянной радиации не менее 50-60%, доля рассеянной радиации декабря выше для северных стран и доходит до 95%. Отбор тепловой энергии рассеянной радиации в пасмурные дни и зимний период, производится масштабным гелиопокрытием из PVT- и Т- коллекторов с необходимым расходом (50м3-150м3/час с 1м2 поверхности коллектора) низкотемпературного воздуха в дневное время и температурой не ниже 10°-25сС для теплонасоса(ов) «воздух-вода» с СОР=3-8 в этом случае. В зимнее ночное время теплонасос(ы) «воздух-вода» отключаются и доставляется горячая вода 40°-50°С прямо из теплоаккумуляторов ил1 могут включаться теплонасосы «вода-вода» преобразующие остаточную низкотемпературную воду теплоаккумуляторов в горячую до 60°С. Отбор тепловой энергии производится обоими типами коллекторов, а PVT-коллекторы дополнительно производят PV-энергию в солнечные часы, в основном, в летнее время для работы теплонасосов и продажи в сеть, при этом возможно и использование электроаккумуляторов для хранения. The invention proposes to use only solar energy, namely: scattered solar radiation throughout the day in winter and, in addition, generate electric and thermal energy in the sundial, by using the entire roof surface at different ratios of PVT and T-parts, if necessary , and facades. Broken solar radiation, for example Kiev, reaches up to 75% of the average daily radiation of December and is 0.7-1.0 kWh / m 2 to the optimum inclination of the surface 60 ° -90 °. For central and southern Europe, the total radiation flux in December is incomparably higher (the average daily radiation in December in Central Europe is twice as high as in Kiev) and a large number of sunny days and the fraction of scattered radiation is at least 50-60%, the fraction of scattered radiation in December higher for the northern countries and reaches 95%. The selection of thermal energy of scattered radiation on cloudy days and in winter is carried out by large-scale heliopathing from PVT- and T-collectors with the required flow rate (50m 3 -150m 3 / hour from 1m 2 of the collector surface) of low-temperature air in the daytime and a temperature of at least 10 ° -25 s C for air-to-water heat pump (s) with COP = 3-8 in this case. In winter nighttime, the air-to-water heat pump (s) are turned off and hot water at 40 ° -50 ° C is delivered directly from the IL1 heat accumulators, water-to-water heat pumps can be turned on, converting the residual low-temperature water of the heat accumulators into hot water up to 60 ° C. The extraction of heat energy is carried out by both types of collectors, and PVT collectors additionally produce PV energy during sundial hours, mainly in the summer for the operation of heat pumps and sale to the network, while it is also possible to use electric accumulators for storage.
Покрытие всей поверхности скатной или прямой кровли здания возможно только созданными нам1 строительными покрытыми и непокрытыми PVT- и Т-панелями (выдерживающие давление до 5 Мпа, [4]), ввиду автоматического обеспечения технологического доступа к любой точке гелиопокрытия, с возможностью механического перемещения грузов по прямой кровле и обеспечивает экономию эксплуатационных расходов при очистке и ремонте поверхности гелиопокрытия. Эффективность их близка к промышленным образцам [1,2]: для покрытых [5] и не покрытых PVT-панелей 45-60%, а Т-панелей 65-72%. Экономическая целесообразность такого масштабного гелиопокрытия PVT- и Т-панелями обеспечивается их дешевизной и техническими характеристиками. Covering the entire surface of a pitched or straight roof of a building is possible only with construction coated and uncoated PVT- and T-panels created by us1 (withstanding pressures up to 5 MPa, [4]), due to the automatic provision of technological access to any point solar covers, with the possibility of mechanical movement of loads along a straight roof and provides savings in operating costs when cleaning and repairing the surface of the solar cover. Their efficiency is close to industrial designs [1,2]: for coated [5] and uncoated PVT panels 45-60%, and T-panels 65-72%. The economic feasibility of such a large-scale solar coating with PVT and T-panels is ensured by their low cost and technical characteristics.
Пояснения к фигурам. Explanations for the figures.
На Фиг.1 дана констукция называемая ячейкой, как составляющей покрытия «южной» части (PVT части) гелиопокрытия. Ячейка состоит из двух PVT-панелей вида 1, и Т-панели вида 2 с входящим и выходящим отверстиями 3 на тыльных сторонах, соединяемые стыковочными отверстиями 4. Количество последовательно соединенных панелей ограничено энергозатратами вентилятора на перенос потока воздуха в 50-150 м. куб/час из ячейки в систему воздуховода PVT части с температурой до 40°С на второй панели 1. Для иного случая ограничений на энергозатраты вентилятора, количество панелей предварительного нагрева 1 и выводящих воздушный поток панелей 2 в ячейке может быть иным. При необходимости использования всей «южной» части под генерацию электроэнергии, ячейки могут быть составлены только из панелей вида 1 с коррекцией скорости потока под температурный режим не более 40град.С на третьей панели вида 1. Figure 1 shows a design called a cell as a constituent of the coating of the "southern" part (PVT part) of the helium coating. The cell consists of two PVT-panels of type 1, and T-panels of type 2 with inlet and outlet holes 3 on the rear sides, connected by docking holes 4. The number of panels connected in series is limited by the fan's energy consumption for air flow transfer at 50-150 cubic meters / hour from the cell to the PVT duct system of a part with a temperature of up to 40 ° C on the second panel 1. For a different case of restrictions on the fan's energy consumption, the number of preheating panels 1 and air flow-out panels 2 in the cell may be different. If it is necessary to use the entire "southern" part for generating electricity, the cells can only be composed of panels of type 1 with flow rate correction for a temperature regime of no more than 40 degrees C on the third panel of type 1.
На Фиг. 2 показана конструкция гелиопокрытия и схема воздухопроводной «южной» PVT части состоящей их PVT- и Т-панелей. На фигуре визуализирован один ряд по высоте кровли, состоящий и: двух ячеек параллельно подключенных к входному (охлажденному) воздуховоду 5 и выходному воздуховоду 6 через патрубок с вентилятором 10. В зависимости от высоты кровли возможен набор 3-х и более параллельно подключенных ячеек в одном ряду. 11- обозначен выходящий поток горячей воды идущий в сеть теплоснабжения и ГВС здания, а так же к теплоаккумуляторам, 12 - обратный входящий поток воды. FIG. 2 shows the design of the solar roof and the diagram of the air duct "southern" PVT part, consisting of PVT- and T-panels. The figure shows one row along the height of the roof, consisting of and: two cells connected in parallel to the inlet (cooled) air duct 5 and the outlet air duct 6 through a nozzle with a fan 10. Depending on the height of the roof, a set of 3 or more parallel-connected cells in one row. 11- the outgoing flow of hot water going to the heating network and hot water supply of the building, as well as to the heat accumulators, 12 is the reverse incoming flow of water.
Фиг.З показывает конструкцию «северной» стороны Т-части, состоящей только из панелей 2 в каждом ряду. В разрезе по центру показано, как с помощью трехходовых автоматических клапанов 13 организовать параллельное или последовательное соединение двух частей «северной» стороны Фиг.4 показывает вариант конструкцию «южной» стороны Т-части, где каждый ряд состоит из двух параллельно соединенных ячеек, причем ко второй ячейке добавлена еще одна Т-панель 2. По краям все цельные ряды обрамлены нестандартными панелями 2. Fig. 3 shows the construction of the "north" side of the T-part, consisting only of panels 2 in each row. The center section shows how, using three-way automatic valves 13, to organize a parallel or series connection of two parts of the "north" side. Fig. 4 shows a variant of the design of the "south" side of the T-part, where each row consists of two parallel-connected cells, and another T-panel has been added to the second cell 2. Along the edges, all solid rows are framed with non-standard panels 2.
Фиг.5 показывает конструкцию «восточной» или «западной» стороны Т-части состоящей только из панелей вида 2 в каждом ряду. «Восточная» и «западные» стороны так же с помощью трехходовьо автоматических клапанов могут перекоммутировать воздуховоды 5 и 6 для параллельной или последовательной организации замкнутого воздухопотока в Т-части гелиопокрытия. Fig. 5 shows the construction of the "east" or "west" side of the T-part, consisting only of panels of type 2 in each row. The “eastern” and “western” sides can also re-connect air ducts 5 and 6 with the help of three-way automatic valves for parallel or sequential organization of a closed air flow in the T-part of the solar roof.
Технически - 100%+ солнечное отопление, создается совместно с гелиопокрытием в подкрышном утепленном пространстве (чердаке), где температура не отличается от температуры жилых помещений и рекуперация воздуха происходит здесь же (если здание вентилируемо), т.е. выходящий поток воздуха заходит в чердачное пространство как буферную зону. Части гелиопокрытия с PVT-и Т-панелями на южной стороне кровли с температурой управляемого воздушного потока до50°С (PVT-часть) и Т-панелями на остальной части кровли с температурой потока до 75°С и выше (Т-часть) и своим дополнительным теплообменником(ами), аэродинамически разделены и составляют замкнутые контуры, они могут встречаться или нет на теплообменнике теплонасоса(ов) «воздух-вода». Энергозатраты принудительного теплоотбора с гелиопокрытия и даже затраты на аэродинамическое сопровождение в системе трубопроводов, полностью покрываются прибавочной эффективностью при работе PVT-панелей в среде с создаваемой рабочей температурой 15-40°С. После окончательного отбора тепла из выходного потока до температуры 20-25°С, возможно дальнейшее понижение температуры в PVT- и Т-контурэх для еще большего повышения эффективности и электрической и тепловых частей PVT-части и Т- части гелиопокрытия и подачи части входного потока для охлаждения здания при наличии вентиляции. Понятно, что под «южной» частью (PVT-частью) мы понимаем часть гелиопокрытия или фасадов воспринимающих прямое солнечное излучение, в частности, прямая кровля вся может считаться южной частью, а остальной частью (Т-частью) может выступать часть фасада, причем она может захватывать и прямое солнечное излучение. В решении «100%+ СЕ здание» за PVT-часть принимается только солнечная «южная» часть покрытия кровли, т.к. этого достаточно для электрогенерации с полным покрытием энергозатрат летнего периода и авансовой генерации в сеть будущих энергозатрат зимнего периода. Оставшиеся «несолнечные» поверхности кровли и весь фасад здания могут быть использованы для сбора рассеянного излучения Т-панелями. Technically - 100% + solar heating, it is created in conjunction with a solar coating in an insulated under-roof space (attic), where the temperature does not differ from the temperature of the living quarters and air recuperation occurs here (if the building is ventilated), i.e. the outgoing air flow enters the attic space as a buffer zone. Parts of the solar roof with PVT and T-panels on the south side of the roof with a controlled air flow temperature of up to 50 ° C (PVT-part) and T-panels on the rest of the roof with a flow temperature of up to 75 ° C and higher (T-part) and its own additional heat exchanger (s), aerodynamically separated and form closed circuits, they may or may not occur on the heat exchanger of the air-to-water heat pump (s). Energy consumption of forced heat removal with solar coverings and even the cost of aerodynamic support in the pipeline system are fully covered by the added efficiency when PVT panels operate in an environment with an operating temperature of 15-40 ° C. After the final heat extraction from the outlet stream to a temperature of 20-25 ° C, it is possible to further lower the temperature in the PVT- and T-circuits to further increase the efficiency of both the electrical and thermal parts of the PVT-part and the T-part of the solar coating and supply a part of the inlet stream for cooling the building with ventilation. It is clear that by the "southern" part (PVT-part) we mean a part of the heliopathing or facades that receive direct solar radiation, in particular, the entire straight roof can be considered the southern part, and the rest (T-part) can be part of the facade, and it can also capture direct solar radiation. In the decision "100% + CE building" only the sunny "southern" part of the roof covering is taken as the PVT-part, because this is sufficient for power generation with full coverage of energy costs in the summer period and advance generation of future energy costs in the winter period into the grid. The remaining "non-solar" roof surfaces and the entire facade of the building can be used to collect scattered radiation with T-panels.
Основное свойство такого способа системы воздушного гелиоотопления в том, что имеется возможность отключать контур Т-части в летнее время (замкнутый контур делается открытым), если нет дополнительных пользователей тепла и отключать PVT-контур в экстремальное зимнее время (точнее - замкнутый контур обходит теплонасос) и понижать скорость потока в независимых контурах, т.к. при больших отрицательных температурах PVT-покрытие, если является системой непокрытых коллекторов, будет охлаждать общий воздушный поток для теплонасоса(ов), т.к. в некоторых случаях использование покрытых PVT-коллекторов нежелательно. В обоих случаях масштабность гелиопокрытия позволяет быстро накапливается необходимое количество буферной теплоэнергии в резервных тепло-аккумуляторах (ТА) для пасмурных дней и двухнедельный резерв для критических дней зимних месяцев используя при этом и редкие солнечные дни. Объем воздушного теплового потока и его температура регулируется скоростью теплоносителя-воздуха и соотношением покрытия PVT- и Т-коллекторов (как правило 1:2), причем при необходимости, може быть использован и фасад здания и, в этом случае, соотношение PVT- и Т-частей может быть 1:3, 1:4 и более, в зависимости от тепловой нагрузки здания в декабре этой зоны, а в южной климатическо зоне 1:0, если теплового излучения достаточно только с PVT части. На конкретном здании соотношение будет дробными, например, 1:2,4 или 1:3,6. Еще больший эффект может иметь место, если воздухопроводная система для Т-части состоит из групп коллекторов, которые автоматически могут перекоммутироваться в последовательное или параллельное соединение в составе своей части как показано на Фиг.З и, где «восточная» и «западные» стороны так же с помощью трехходовых автоматических клапанов могут перекоммутировать воздуховоды 5 и 6 на параллельную или последовательную организацию замкнутого воздухопотока в Т-части гелиопокрытия. Таким образом Т-часть, при последовательном соединении ее составляющих, создает возможность многоступенчатой системы предварительного нагрева в неблагоприятное зимнее время используя только рассеянную радиацию. The main property of this method of the air solar heating system is that it is possible to turn off the T-part circuit in the summer (the closed circuit is made open), if there are no additional heat users, and to turn off the PVT circuit in extreme winter time (more precisely, the closed circuit bypasses the heat pump) and reduce the flow rate in independent circuits, because at high negative temperatures, the PVT coating, if it is a system of uncoated collectors, will cool the total air flow for the heat pump (s), because in some cases, the use of coated PVT collectors is undesirable. In both cases, the scale of solar coverage allows the required amount of buffer heat to quickly accumulate in backup heat accumulators (TA) for cloudy days and a two-week reserve for critical days of winter months, using occasional sunny days. The volume of the air heat flow and its temperature are regulated by the speed of the coolant-air and the ratio of the coverage of PVT- and T-collectors (usually 1: 2), and, if necessary, the facade of the building can also be used and, in this case, the ratio of PVT- and T - parts can be 1: 3, 1: 4 or more, depending on the heat load of the building in December of this zone, and in the southern climatic zone 1: 0, if the heat radiation is sufficient only from the PVT part. On a particular building, the ratio will be fractional, for example, 1: 2.4 or 1: 3.6. An even greater effect can take place if the air duct system for the T-part consists of groups of collectors that can automatically be switched in series or parallel connection as part of their part as shown in Fig. 3 and, where the "east" and "west" sides are so however, with the help of three-way automatic valves, they can switch air ducts 5 and 6 to parallel or sequential organization of a closed air flow in the T-part of the solar cover. Thus, the T-part, when its components are connected in series, creates the possibility of a multi-stage pre-heating system in unfavorable winter times using only scattered radiation.
Здесь же, на гелиопокрытии установлены пиранометр(ы), а в подчердачном помещении находятся датчики температур и давлений расположенных как в панелях так и в воздуховодах; бойлер(ы), тепло/холодо насос(ы) и весь воздухопривод с автоматической запорной и регулирующими элементами; теплоаккумуляторы (ТА) в необходимом количестве и объеме, которые ввиду большого веса, могут находиться в подвальном помещении или в ином защищенном месте. В автоматику «умного дома» заложен двухнедельный прогноз погоды. Между бойлером и теплоаккумуляторами устанавливается дополнительный(е) теплонасос(ы) «вода-вода» небольшой мощности, с возможностью переключения на любой ТА для преобразования остаточной низкотемпературной воды 15°-25°С в среднетемпературную - 40°-50°С и работающие не в пиковые часы на создание резерва в ТА. The pyranometer (s) are installed here, on the solar cover, and in the under-garment room there are temperature and pressure sensors located both in the panels and in the air ducts; boiler (s), heat / cold pump (s) and the entire air drive with automatic shut-off and regulating elements; heat accumulators (TA) in the required quantity and volume, which, due to their high weight, can be located in the basement or in another protected place. A two-week weather forecast is incorporated into the automation of the “smart home”. An additional water-to-water heat pump (s) is installed between the boiler and the heat accumulators. Small power, with the ability to switch to any TA for converting residual low-temperature water 15 ° -25 ° С into medium-temperature water - 40 ° -50 ° С and working not during peak hours to create a reserve in the TA.
В южных зонах возможно использовать только теплообменники «воздух-вода», а тепло-насос использовать как резерв. In the southern zones it is possible to use only air-to-water heat exchangers, and use the heat pump as a reserve.
Температура подачи охлажденного воздуха для коллекторов и PVT- и Т-частей гелиопокрытия независима и регулируются режимами своего теплонасоса «воздух-вода» или канального вентилятора 9, Фиг.2, т.к. температурные требования охлажденных потоков PVT- и Т-частей могут быть разные по временам года и даже в течении дня, например: при отсутствии выработки электроэнергии (достаточной прямой солнечной радиации) логичнее повышать эффективность выработки тепла путем охлаждения воздуха при подаче в Т часть, собирающую рассеянную радиацию. The temperature of the cooled air supply for the collectors and the PVT- and T-parts of the solar cover is independent and regulated by the modes of its air-to-water heat pump or the duct fan 9, Fig. 2, since the temperature requirements of the cooled streams of PVT and T-parts can be different for the seasons and even during the day, for example: in the absence of electricity generation (sufficient direct solar radiation), it is more logical to increase the efficiency of heat generation by cooling the air when supplied to the T part that collects the scattered radiation.
Как отмечалось выше, одним из технических результатов изобретения является существенное повышение эффективности получения солнечной тепловой энергии на 1 м2 кровли, за счет использования не только «южной» части кровли, но и тех частей куда не падает прямое солнечное излучение. Объяснение этому простое: если общая площадь гелиопокрытия в относительных единицах равна 3 (расчет для соотношения PVT- и Т-частей как 1:2), где 2 части составляет покрытие для сбора рассеянной солнечной энергии, которая в зимнее время составляет более 50% суммарной радиации. Таким образом, общая поверхность для сбора тепловой энергии в относительных единицах равна двум (1+2-0.5), а для PV-энергии электроэнергии - единице, а с учетом отношения 3:1 между получаемой тепловой и электроэнергией с 1 м2 поверхности освящаемой прямым излучением, будем иметь отношение 6:1 мощностей тепловой и электрической энергий, а с суммарной мощностью солнечного излучения 7:1. При расчете выработки за год эта разница существенно возрастает (не менее 10:1) т.к. при отсутствии солнца PV модули не работают, а Т- коллекторы работают в дневное время, даже при мощности излучения 100 Вт/м2. As noted above, one of the technical results of the invention is a significant increase in the efficiency of obtaining solar thermal energy per 1 m 2 of the roof, due to the use of not only the "southern" part of the roof, but also those parts where direct solar radiation does not fall. The explanation for this is simple: if the total area of helium coverage in relative units is equal to 3 (calculation for the ratio of PVT and T parts as 1: 2), where 2 parts are the cover for collecting scattered solar energy, which in winter time is more than 50% of the total radiation ... Thus, the total surface for collecting heat energy in relative units is equal to two (1 + 2-0.5), and for PV-energy of electricity - one, and taking into account the ratio of 3: 1 between the received heat and electricity from 1 m 2 of the surface consecrated by a straight line radiation, we will have a ratio of 6: 1 power of thermal and electrical energy, and with the total power of solar radiation 7: 1. When calculating the annual output, this difference increases significantly (at least 10: 1) because in the absence of the sun, PV modules do not work, and T-collectors work in the daytime, even at a radiation power of 100 W / m 2 .
Наконец, просто подсчитать имея многолетние данные солнечного суммарного и рассеянного излучения декабря в любой географической точке (например, данные НАСА), что путем простого увеличения поверхности сбора рассеянного излучения можно получать необходимую тепловую энергию для различных климатических зон в решении «100%+ СЕ здание», а это выбор соотношениг PVT- и Т-частей гелиопокрытия конкретного здания. Finally, it is easy to calculate, having long-term data of solar total and scattered radiation in December at any geographical point (for example, NASA data), that by simply increasing the collection surface of scattered radiation, it is possible to obtain the necessary thermal energy for different climatic zones in the solution "100% + CE building" , and this is the choice of the ratio of PVT and T-parts of the solar coating of a particular building.
Система отопления 100%+ СЕ позволяет регулировать температурой входящего в панели воздушное охлажденного потока в разные временные и погодные условия для максимизации экономической эффективности, например, если при повышении или понижении температуры фотоэлементов от точки 25°С происходит потеря или добавка мощности согласно коэффиценту тепловых потерь ±0.5% (TecrSTC), то предлагаемые варианты технологии, будучи замкнутыми системами, отбирая остаточное (после теплообменника) тепло теплонасосом(и) «воздух-вода», позволяют одновременно понижать до 10°-15°С температуру входящего потока без особых затрат, т.е. гарантированно повышать установленную мощность СЭС. Такое повышение имеет место и для тепловой мощности т.е. тепловой эффективности PVT- и Т-коллекторов, однако установленных численных характеристик, в отличие от фотоэлементов, для них нет. The heating system 100% + CE allows you to regulate the temperature of the air cooled flow entering the panels in different time and weather conditions to maximize economic efficiency, for example, if, when the temperature of the photocells rises or falls from the point of 25 ° C, there is a loss or addition of power according to the heat loss coefficient ± 0.5% (TecrSTC), then the proposed technology options, being closed systems, taking off the residual (after the heat exchanger) heat with an air-to-water heat pump (s), allow simultaneously lowering the temperature of the incoming stream to 10 ° -15 ° C without special costs, i.e. .e. guaranteed to increase the installed capacity of the SPP. Such an increase also takes place for the heat output, i.e. thermal efficiency of PVT- and T-collectors, however, there are no established numerical characteristics, in contrast to photocells, for them.
Затраты на создание воздухопотока ограничиваются потерей давления в воздуховодах и коллекторах и учетом объема потока воздуха 50-150 м3/ч в области оптимальной эффективности коллекторов, тогда, при больших поверхностях крыши, создается модульная конструкция кровли т.е. вся поверхность (все подчердачное пространство) делится на несколько независимых воздухообменных систем, включающих в себя обе PVT- и Т-части, с приемлемыми энергозатрата на потери давления в воздуховодах и коллекторах. Под модулем понимается гелиопокрытие с подчердачным объемом (воздухопривод с запорной и регулирующей автоматикой, вентиляторы, теплообменники и теплонасосы «воздух-вода» с или без баков-акумуляторов и теплонасоса(ов) «вода-вода»), где все четыре поверхности покрытия показаны на Фиг.3-5, причем угол наклона поверхностей с Т-панелями составляет оптимальные 60°-90° к линии горизонта для сбора энергии рассеянной солнечной радиации, а «южная» PVT-часть на угол близкий к географической широте расположения здания для сбора энергии прямой солнечной радиации, некритичны и 60°-90°. Изложенные выше способы 100%+ СЕ теплообеспечения зданий могут распространены на создание солнечных тепло-электрических станций (ТЭС) больших мощностей по модульному принципу конструкции, на базе строительных воздушных PVT- и Т-панелей-теплообменников для центральных сетей теплоснабжения с низкотемпературными теплосетями 4-го и 5-го поколения. Модульность конструкции ТЭС понимается как серия модулей-крыш, генераторов теплового потока, которые установлены прямо на землю с хорошо утепленным полом, совместно с баками-аккумуляторами необходимого количества и теплонасосом(и), имея при этом только общим для всех модулей горячий/холодный водопровод с теплосетью 5-го поколения и общую электрическую сеть. The costs of creating an air flow are limited by the loss of pressure in the ducts and collectors and taking into account the volume of air flow 50-150 m 3 / h in the area of optimal efficiency of the collectors, then, with large roof surfaces, a modular roof structure is created, i.e. the entire surface (all the underside space) is divided into several independent air exchange systems, including both PVT and T-parts, with acceptable energy consumption pressure losses in air ducts and collectors. A module is understood as a solar cover with an attic volume (air drive with shut-off and control automatics, fans, heat exchangers and air-to-water heat pumps with or without accumulator tanks and water-to-water heat pump (s)), where all four surfaces of the coating are shown in Figures 3-5, and the angle of inclination of surfaces with T-panels is optimal 60 ° -90 ° to the horizon for collecting the energy of scattered solar radiation, and the "southern" PVT-part at an angle close to the geographical latitude of the location of the building to collect energy is a straight line solar radiation, non-critical and 60 ° -90 °. The above methods of 100% + CE heat supply of buildings can be extended to the creation of solar thermal power plants (TPP) of large capacities according to the modular design principle, based on construction air PVT- and T-panels-heat exchangers for central heating networks with low-temperature heating networks of the 4th and 5th generation. The modularity of the TPP design is understood as a series of roof modules, heat flow generators that are installed directly on the ground with a well-insulated floor, together with storage tanks of the required amount and a heat pump (s), while having only a common hot / cold water supply system for all modules heating network of the 5th generation and a common electrical network.
Выше приведены только предпочтительные варианты осуществления настоящего патента, следует отметить, что специалисты в данной области техники, без отступления от принципов и сущности изобретения настоящего патента, могут делать различные модификации и замены, эти модификации и замены следует рассматривать как область защиты этого патента. The above are only preferred embodiments of the present patent, it should be noted that those skilled in the art, without departing from the principles and essence of the invention of the present patent, can make various modifications and replacements, these modifications and replacements should be considered as the protection area of this patent.
Указание конкретных численных величин в тексте преследует цель пояснение изложения и фигур, могут быть иными при других условиях и никак не ограничивает формулу изобретения. The indication of specific numerical values in the text is aimed at explaining the presentation and figures, may be different under different conditions and does not limit the claims in any way.
Фиг.1-5 Fig. 1-5
Литература Literature
1. Zondag, Н. A. Flat-plate PV-Thermal collectors and systems : a review. - Renewable and Sustainable Reviews, 2008, 12(4), p.891-959. 1. Zondag, N. A. Flat-plate PV-Thermal collectors and systems: a review. - Renewable and Sustainable Reviews, 2008, 12 (4), p. 891-959.
2. Colangelo G., Favale E., Miglietta P., Risi A. Innovation in flat solar thermal collectors: Are view of the last ten years experimental results. -Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 57, p.1141-1159. 2. Colangelo G., Favale E., Miglietta P., Risi A. Innovation in flat solar thermal collectors: Are view of the last ten years experimental results. -Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016, 57, p. 1141-1159.
3. https://www.solarwall.com 3.https: //www.solarwall.com
4. Патент UA 116607 C2 (WO 2018/236330) 4. Patent UA 116607 C2 (WO 2018/236330)
5. Заявка на патент UA/A201911861 «Pokrptϊ будшельж РУТ-панел! з пщвищеними характеристиками мщносп». 5. Patent application UA / A201911861 “Pokrptϊ budshelf RTH panel! with the characteristics of the mishnosp. "

Claims

Формула Formula
1. Способ 100% теплоснабжения здания в зимнее время, заключается в подаче к нему теплоносителя, нагретого гелиопокрытием из воздушных PVT- и Т-коллекторов, прямо установленных как покрытие на несущую конструкцию кровли и дополнительного теплоснабжения вырабатываемого теплонасосами за счет потребления электроэнергии сгенерированной PVT- коллекторами, который отличается тем, что южная сторона гелиопокрытия всей скатной кровли здания состоит из PVT- и Т-коллекторов (PVT-часть), а вся остальная «несолнечная» часть, при необходимости и фасадная часть, только из Т-коллекторов (Т-часть) с необходимым соотношением PVT- и Т-частей для покрытия тепловой нагрузки здания в декабре, причем воздуховодные системы с регулируемыми воздухопотоками PVT-части и Т-части аэродинамически разделены и составляют замкнутые контуры, обе системы через теплообменники и теплонасосы воздух-вода соединены с водопроводной сетью отопления здания и горячего водоснабжения с необходимым объемом теплоаккумулирующих ёмкостей. 1. The method of 100% heat supply of a building in winter, consists in supplying it with a heat carrier heated by a solar coating from air PVT and T-collectors, directly installed as a cover on the supporting structure of the roof and additional heat supply generated by heat pumps due to the consumption of electricity generated by PVT collectors , which differs in that the southern side of the solar roof of the entire pitched roof of the building consists of PVT and T-collectors (PVT-part), and the rest of the "non-solar" part, if necessary, the facade part, only of T-collectors (T-part ) with the necessary ratio of PVT and T-parts to cover the heat load of the building in December, and the air duct systems with controlled air flows PVT-parts and T-parts are aerodynamically separated and form closed circuits, both systems are connected to the water supply system through heat exchangers and air-water heat pumps building heating network and hot water supply with the required volume of heat storage tanks th.
2. Способ по п 1., отличающийся тем, что воздуховодная система Т-части с регулируемым воздухопотоком может состоять из групп ячеек из Т-панелей, которые аэродинамически могут перекоммутируются в последовательное или параллельное соединение в составе своей части, Т- часть через теплообменники и теплонасосы воздух-вода соединены с водопроводной сетью отопления здания и горячего водоснабжения с необходимый объемом теплоаккуммулирующих ёмкостей. 2. The method according to claim 1., characterized in that the air duct system of the T-part with adjustable air flow may consist of groups of cells of T-panels, which can be aerodynamically reconnected into a serial or parallel connection as part of their part, the T-part through heat exchangers and air-to-water heat pumps are connected to the water supply network for heating the building and hot water supply with the required volume of heat storage tanks.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздуховодная система PVT-части и Т-части соединены последовательно в одну замкнутую систему и составляют двухступенчатую систему с предварительным нагревом. 3. A method according to claim 1, characterized in that the airway system of the PVT-part and the T-part are connected in series in one closed system and constitute a two-stage system with preheating.
4. Способ по п.1 отличающийся тем, что температура подачи охлажденного воздуха для коллекторов PVT- и Т-частей гелиопокрытия независимо регулируются режимами своих теплонасосов «воздух-вода» или теплообменников. 4. The method according to claim 1, characterized in that the temperature of the cooled air supply for the collectors of the PVT- and T-parts of the solar coating are independently regulated by the modes of their air-to-water heat pumps or heat exchangers.
5. Система теплоснабжения здания на основе масштабного гелиопокрытия кровли с подчердачным утепленным пространством-модуле, содержащие: воздушные строительные PVT- и Т-панели с вентиляторами, тепловые насосы и теплообменники «воздух-вода», замкнутые воздуховодные системы с вентиляторами, инверторы электрической части, баки-аккумуляторы необходимого количества со своими тепловым(и) насосами, циркуляционные насосы, автоматическая воздушная и жидкостная запорная арматуры, контрольно-измерительные датчики, электронное управление системой , отличающаяся тем, что создаются два независимых воздухопотока от PVT- и Т-части с соотношением от 1:0 до 1:5 и выше, обеспечивающих все тепловые затраты прямо через теплообменники или через теплонасосы «воздух-вода» в межотопительный период и, дополнительно, Т-часть обеспечивающая работу теплонасосов «воздух-вода» с в зимний отопительный период, обе системы через теплообменники и теплонасось воздух-вода соединены с системой отопления здания и горячего водоснабжения с необходимым объемом теплоаккумулирующих ёмкостей. 5. The building heat supply system based on a large-scale solar roof covering with an attic insulated space-module, containing: air construction PVT- and T-panels with fans, heat pumps and air-to-water heat exchangers, closed air duct systems with fans, inverters of the electrical part, accumulator tanks of the required amount with their own heat (and) pumps, circulation pumps, automatic air and liquid shut-off valves, control and measuring sensors, electronic control of the system, characterized in that two independent air flows are created from the PVT- and T-part with a ratio of 1: 0 to 1: 5 and higher, providing all heat costs directly through heat exchangers or through air-to-water heat pumps during the inter-heating period and, additionally, the T-part that ensures the operation of air-to-water heat pumps in the winter heating period, both systems through heat exchangers and an air-water heat pump are connected to the heating system of the building and hot water additional supply with the required volume of heat storage tanks.
5.1. Система теплоснабжения по п 5., отличающаяся тем, что два замкнутых воздушных потока встречаются на общем охлажденном воздуховоде. 5.1. The heat supply system according to claim 5., characterized in that two closed air flows meet on a common cooled air duct.
5.2. Система теплоснабжения по п 5., отличающаяся тем, что два замкнутых воздушных потока встречаются на общем теплонасосе или теплообменнике. 5.2. The heat supply system according to claim 5., characterized in that two closed air flows meet on a common heat pump or heat exchanger.
6. Система теплоснабжения района как солнечная тепло-электрическая станция большой мощности по модульному принципу конструкции, отличающаяся тем, что модульность конструкци ТЭС создается как серия модулей-крыш, генераторов воздушного теплового потока на базе строительных воздушных PVT- и Т-панелей-теплообменников, которые установлены прямо на землю с хорошо утепленным полом, совместно с баками-аккумуляторами необходимого количеств и теплонасосом(и), имея при этом только общим для всех модулей горячий/холодный водопровод теплосетью 5-го поколения и общую электрическую сеть. 6. The district heating system as a solar thermal power plant of high power according to the modular design principle, characterized in that the modularity of the TPP design is created as a series of roof modules, air heat flow generators based on construction air PVT and T-panels-heat exchangers, which installed directly on the ground with a well-insulated floor, together with storage tanks of the required quantities and a heat pump (s), while having only a common hot / cold water supply system for all modules with a 5th generation heating network and a common electrical network.
PCT/UA2020/000109 2020-01-03 2020-12-24 Method for solar heating of a thermal supply system WO2021137841A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA202000089 2020-01-03
UAA202000089 2020-01-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021137841A1 true WO2021137841A1 (en) 2021-07-08

Family

ID=76687213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2020/000109 WO2021137841A1 (en) 2020-01-03 2020-12-24 Method for solar heating of a thermal supply system

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2021137841A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10115035A1 (en) * 2000-08-22 2002-03-14 Goetz Fieseler Self-sufficient low-energy building roofs entire front at specified angles as mounting and roofing elements of glass or solar collectors on raftered substructure.
RU2190810C2 (en) * 2000-12-04 2002-10-10 Лебедь Виктор Иванович Solar power plant
RU2460863C2 (en) * 2010-06-24 2012-09-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет по землеустройству" Mobile solar house
RU2702311C1 (en) * 2018-10-24 2019-10-07 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ(ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Solar power plant (versions)

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10115035A1 (en) * 2000-08-22 2002-03-14 Goetz Fieseler Self-sufficient low-energy building roofs entire front at specified angles as mounting and roofing elements of glass or solar collectors on raftered substructure.
RU2190810C2 (en) * 2000-12-04 2002-10-10 Лебедь Виктор Иванович Solar power plant
RU2460863C2 (en) * 2010-06-24 2012-09-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет по землеустройству" Mobile solar house
RU2702311C1 (en) * 2018-10-24 2019-10-07 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ(ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Solar power plant (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kamel et al. Solar systems and their integration with heat pumps: A review
Abdelrazik et al. The recent advancements in the building integrated photovoltaic/thermal (BIPV/T) systems: An updated review
EP2914918B1 (en) Thermal energy storage system comprising a combined heating and cooling machine and a method for using the thermal energy storage system
CN1847744B (en) Out-of-season solar energy utilizing technology for heat accumulation to warm and cold accumulation to cool
Psomopoulos Solar energy: Harvesting the sun’s energy for a sustainable future
CN102913978A (en) Renewable energy source and building integrated comprehensive utilization system
US20190078808A1 (en) Photovoltaic and solar thermal co-generation storage wall module and heat-pump system
RU185808U1 (en) Greenhouse complex with combined heat supply system
Zondag et al. PV-thermal domestic systems
WO2021137841A1 (en) Method for solar heating of a thermal supply system
CA2412028A1 (en) Sun tracking panel for a solar house and a solar house equipped with the sun tracking panel
Rej-Witt et al. The use of a photovoltaic system in a single family house in Poland–case study
CN202902420U (en) Renewable energy and building integrated comprehensive utilization system
Marsh Solar PV and thermal–a marriage made in heaven?
CN112197333A (en) Ground source heat pump heating system based on photovoltaic power generation waste heat
Tamasauskas et al. The potential of liquid-based BIPV/T systems and ice storage for high performance housing in Canada
Li et al. Solar Systems for Urban Building Applications—Heating, Cooling, Hot Water, and Power Supply
Kuznetsova et al. Prospects for the use of solar energy in the Irkutsk Region and the Republic of Buryatia
CN218072692U (en) Off-grid type agricultural facility solar energy comprehensive energy system
CN214665270U (en) Solar-energy-dependent clean heating power generation building energy-saving system
Bujnowski et al. Smart heating system for home extending utilization of renewable energy sources
Chanto et al. Solar decathlon Europe 2019: The resilient nest as a solar powered and energy efficiency rooftop house for urban density
Pavlović et al. Current state and prospects of solar energy in Serbia
CN117073053A (en) Design method and system for solar photovoltaic and thermal energy storage composite heating system
Jedensjö A technical evaluation of the thermal solar collector systems at Bo01 in Malmö

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20909107

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20909107

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1