Urządzenie do pozyskiwania i magazynowania energii cieplnej

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pozyskiwania i magazynowania ekologicznie czystej energii odnawialnej (energii cieplnej) pozyskiwanej z promieniowania słonecznego. Wynalazek ma szerokie zastosowanie do budowy ekologicznych systemów ogrzewania pomieszczeń we wszelkiego typu obiektach budowlanych zwłaszcza budownictwa mieszkaniowego, jednorodzinnego, biurowego oraz użyteczności publicznej. Może być również stosowany do ogrzewania np. ciepłej wody użytkowej lub technologicznej.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma postać usytuowanego w wykopie zbiornika, zlokalizowanego w pobliżu obiektu. Optymalna wielkość zbiornika jest uzależniona od wielkości ogrzewanego budynku. Na dnie tego zbiornika są ułożone perforowane przewody cyrkulacyjne, przez które tłoczone jest ogrzane w urządzeniu powietrze. Na wspomnianych przewodach cyrkulacyjnych umieszczone jest porowate złoże zawierające materiał o właściwościach akumulacyjnych energię cieplną (tzn. materiał o znacznej pojemności cieplnej). Struktura złoża porowatego umożliwia przepuszczanie przez to złoże ogrzanego powietrza (np. złoże skalne wykonane z otoczaków itd.). Złoże to stanowi magazyn ciepła. W warstwie tego złoża usytuowane są szczelne przewody cyrkulacyjne wymiennika ciepła wypełnione cieczą grzewczą. Przewody te są połączone z pompą cyrkulacyjną i pompą ciepła i są włączone do systemu ogrzewania budynku. Na górnej powierzchni złoża z materiałem akumulacyjnym i w pewnej odległości nad szczelnymi przewodami wymiennika ciepła umieszcza się perforowane przewody odsysające schłodzone (po przejściu przez złoże magazynu ciepła) powietrze. Przewody te są zaopatrzone w wentylatory odsysające. Nad tymi przewodami znajduje się paroizolacja oraz warstwa izolacji termicznej, na której usytuowana jest konstrukcja absorbera wystawiona z drugiej strony na działanie promieniowania słonecznego. Absorber służy do przetwarzania energii promienistej słońca w ciepło. W pewnej odległości nad absorberem umieszcza się, na konstrukcji nośnej, przegrodę przezroczystą korzystnie szklaną, która stanowi pokrycie urządzenia nieco nad poziomem gruntu. Pozwala to na uzyskanie korzystnego efektu szklarniowego. Promieniowanie słoneczne po przejściu przez przegrodę przezroczystą urządzenia pada na płytę absorbera i zostaje pochłonięte powodując wzrost jego temperatury. Absorber oddaje ciepło zawartemu wewnątrz urządzenia powietrzu.

Absorber z przegrodą przezroczystą oraz izolowanymi termicznie i przeciwwilgociowo ścianami zbiornika zamykają wewnętrzną przestrzeń akumulacyjną urządzenia od strony padania promieniowania słonecznego. Przestrzeń ta służy do pozyskiwania, chwilowego magazynowania i transportu ciepła wraz z zawartym w niej ogrzanym powietrzem.

Praca urządzenia wg wynalazku odbywa się w dwóch cyklach:
- Cykl wiosenno-letni - „ładowanie magazynu ciepła” - nagrzewanie masy powietrza zawartego w przestrzeni akumulacyjnej urządzenia, transport ogrzanego powietrza pod absorber do magazynu ciepła, oddanie ciepła i powrót masy powietrza do „aktywnej” przestrzeni urządzenia, wielokrotne powtarzanie w/w cyklu.
- Cykl jesienno-zimowy - odzysk ciepła z magazynu za pomocą szczelnych przewodów cyrkulacyjnych wymiennika ciepła. Użycie ciepła np. do ogrzewania obiektu, podgrzewania wody użytkowej itp. = cykl „rozładowania magazynu ciepła.”

Korzyści z zastosowania wynalazku

Korzyścią nadrzędną zastosowania wynalazku jest tanie wykorzystanie niewyczerpalnego źródła energii ekologicznie czystej oraz szeroko rozumiana ochrona środowiska naturalnego człowieka, w szczególności:
- redukcja emisji gazów cieplarnianych i zanieczyszczeń,
- znaczny wzrost wykorzystania odnawialnych źródeł energii,
- tania produkcja ekologicznie czystej energii cieplnej,
- redukcja zapotrzebowania na energię w budownictwie,
- integracja odnawialnych źródeł energii z konwencjonalnymi systemami energetycznymi.

Umieszczenie przestrzeni magazynującej urządzenia bezpośrednio pod przestrzenią akumulacyjną (znajdującą się pomiędzy absorberem i przegrodą szklaną) i zagłębienie jej w gruncie, w porównaniu z obecnie używanymi płaskimi kolektorami słonecznymi, pozwala uzyskać znacznie większą powierzchnię absorpcji promieniowania, znaczną objętość akumulacji ciepła, lepszą izolacyjność termiczną magazynu oraz redukcję do minimum strat ciepła związanych z jego transportem.

Potencjał komercjalizacji

Możliwości wdrożenia wynalazku są praktycznie nieograniczone, zwłaszcza w obecnej dobie poszukiwania odnawialnych źródeł energii.

Urządzenie wg wynalazku należy wybudować w gruncie od strony południowej i możliwie blisko ogrzewanego obiektu. Absorber powinien być nieosłonięty od promieniowania słonecznego przez środkową część dnia w okresie wiosenno- letnim. Urządzenie wykorzystuje nie tylko promieniowanie bezpośrednie, ale również promieniowanie odbite np. od ogrzewanego obiektu. Wynalazek można zastosować do ogrzewania obiektów nowo wznoszonych lub już istniejących. Istnieje możliwość włączenia ciepła uzyskanego z urządzenia do klasycznych instalacji centralnego ogrzewania.

Szczególną zaletą urządzenia jest relatywnie prosta konstrukcja wykonana z powszechnie dostępnych materiałów, co przekłada się na niskie koszty budowy. Szczelność i wymaganą izolacyjność zapobiegającą stratom ciepła i przenikaniu wód opadowych można uzyskać metodami stosowanymi w budownictwie powszechnym.