32 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Солнечная энергия в системах теплоснабжения

Использование солнечной энергии в теплоснабжении

Основные положения

Солнечное излучение поступает к поверхности Земли неравномерно, и его преобразование в процессе использования связано со значительными затратами, и чем выше эксергетический потенциал (работоспособность) полученной энергии, тем выше затраты.

В практическом использовании солнечной энергии разрабатываются два основных направления. Первое направление, менее затратное и широко используемое, в том числе и в системах ОВК, связано с преобразованием солнечной энергии в низкопотенциальную тепловую с дальнейшим ее применением в нагревательных приборах различных термических устройств и системах тепло- и холодоснабжения. Второе направление, требующее более высоких затрат, связано с преобразованием солнечной энергии в электрическую.

Не менее важное значение имеет использование солнечной энергии при решении проблем архитектурной климатологии. Наиболее сильно зависит от энергии Солнца световая среда помещений, создаваемая ультрафиолетовым, видимым и тепловым его излучением. Экономия энергоресурсов также теснейшим образом связана с «солнечной архитектурой». Композиция и плотность застройки, ориентация зданий по сторонам света, размеры и пропорции свето- проемов и интерьеров, пластика фасадов — факторы, от которых в значительной степени зависят потребности в теплоте и холоде, стоимость эксплуатации зданий.

Можно запроектировать идеальные в теплотехническом отношении светонепропускающие элементы ограждения здания, но если его объемно-планировочное и, главное, композиционное решение, ориентация и размеры светопроемов не соответствуют климатическим условиям, то эти идеальные ограждения не дадут ожидаемого эффекта.

Существенного энергосбережения можно достичь, если при проектировании зданий создавать наружные конструкции, активно взаимодействующие с внешней и внутренней средой. Воздействие солнечного излучения должно оказывать влияние на формирование температурного режима в аккумулирующем материале строительных конструкций, а также на эффективность солнечного отопления помещений.

В настоящее время в мире уже существует опыт строительства зданий с гелиоактивными стенами, рациональной ориентацией по сторонам света, решением вопросов доступа видимой и тепловой солнечной энергии в помещения, решением пластики фасадов и т.д.

Наиболее широкой областью использования солнечной энергии является теплоснабжение зданий и сооружений. Во многих странах уже действуют тысячи систем солнечного теплоснабжения, позволяющие покрывать за счет энергии Солнца от 30 до 80 % тепловой нагрузки здания.

Системы солнечного теплоснабжения подразделяются на активные и пассивные.

Признаками, определяющими техническое направление применения солнечной энергии в теплоснабжении зданий, служат указания:

  • ? по активному или пассивному ее использованию;
  • ? назначению (отопление, горячее водоснабжение, холодоснаб- жение);
  • ? времени эксплуатации (сезонное или круглогодичное);
  • ? организации перемещения теплоносителя (с естественной или принудительной циркуляцией);
  • ? аккумулированию теплоты (с аккумулятором или без него);
  • ? числу контуров циркуляции (одно- или многоконтурные);
  • ? дополнительному источнику энергии (автономные или с дополнительным источником).

В системы солнечного теплоснабжения входят:

  • ? солнечный коллектор — устройство для приема солнечной энергии и ее преобразования в тепловую;
  • ? теплопровод первичного контура, по которому теплота передается теплоносителем в аккумулятор теплоты или систему теплоснабжения;
  • ? теплопровод вторичного контура для транспорта теплоносителя от аккумулятора к потребителям.

Рис. 6.1. Двухконтурная система солнечного теплоснабжения:

7 — солнечный коллектор; 2 — аккумулятор теплоты; 3 — дополнительный генератор теплоты; 4 — теплопровод вторичного контура; 5 — трубопровод подпитки; 6 — теплопровод первичного контура

Представленная на рис. 6.1 система солнечного теплоснабжения является двухконтурной. Теплота, отводимая от солнечного коллектора теплоносителем, передается в бак-аккумулятор нагреваемой воде, из которого она поступает непосредственно потребителю. В системе предусмотрена искусственная циркуляция теплоносителя как в первичном контуре, так и во вторичном и наличие дополнительного генератора теплоты. В первичном контуре в качестве промежуточного теплоносителя может быть использован антифриз.

Создание систем солнечного теплоснабжения, покрывающих всю тепловую нагрузку на здание, нецелесообразно, а в ряде случаев — технически невыполнимо. Недостающую часть тепловой нагрузки зданий получают от дополнительных источников теплоты, в качестве которых используются генераторы на различных видах топлива, электронагреватели, теплонасосные установки и т.д. Как правило, целесообразно покрывать за счет солнечной энергии не более 50 % нагрузки теплоснабжения.

На рис. 6.2 показана схема простой системы солнечного теплоснабжения, в которой в качестве теплоносителя используется воздух.

Рис. 6.2. Схема солнечного теплоснабжения здания с воздухом в качестве теплоносителя в обоих контурах:

  • 1 — воздухозаборное устройство; 2 — вентилятор; 3, 4, 8, 9 — воздушные заслонки; 5—аккумулятор теплоты; 6 —солнечный коллектор; 7, 10 — теплообменники (калориферы); 11 — дополнительный генератор теплоты;
  • 12 здание

Система состоит из воздухозаборного устройства, вентилятора, солнечного коллектора, аккумулятора теплоты, теплообменника для дополнительного подогрева приточного воздуха, дополнительного генератора теплоты и калорифера 7 для подогрева воды, расходуемой на бытовые нужды.

Работа системы регулируется с помощью заслонок. Если за счет поступления солнечной энергии обеспечивается только компенсация потерь теплоты через наружные ограждающие конструкции, то воздух через открытую заслонку 3 поступает в коллектор и далее через заслонку 9— в жилые помещения. При необходимости воздух может дополнительно подогреваться в калорифере 10. Удаляется воздух через вытяжные каналы здания. При таком режиме заслонки 4 и 8 закрыты.

Если количество поступающей солнечной энергии превышает текущие теплопотери здания, то открывают заслонку 8, и часть нагретого воздуха поступает в аккумулятор теплоты, а затем через открытую заслонку 4 — во всасывающий воздуховод. Избыток солнечной энергии может быть использован в калорифере 7 с целью подогрева воды для бытовых нужд.

В бессолнечные периоды при заряженном аккумуляторе воздух поступает в систему через открытые заслонки 4, 8, 9 и при необходимости подогревается в калорифере 10. После разрядки аккумулятора заслонки 8 и 4 закрывают, и воздух через заслонки 3 и 9 поступает в калорифер, а затем — в жилые помещения здания.

При отсутствии отопительной нагрузки поступившая солнечная энергия расходуется на нагрев воды для бытовых нужд и на зарядку аккумулятора теплоты.

Широко применяются пассивные системы солнечного отопления, в основу которых положены архитектурные и конструктивные решения зданий. Они повышают степень использования солнечной энергии, падающей на ограждающие конструкции, без применения специального гелиотехнического оборудования.

К пассивным солнечным системам можно отнести здания, оборудованные системами водяного отопления с пофасадным автоматическим регулированием микроклимата помещений. Учет изменения температуры воздуха в помещениях за счет поступления солнечной радиации с помощью автоматических регуляторов, осуществляемый по «отклонению» или по «возмущению», позволяет снижать расход теплоты на отопление здания.

На рис. 6.3 показана схема системы автоматического пофасад- ного регулирования отопления здания с использованием водоструйных насосов (элеваторов) с подвижной иглой, управляемых регуляторами «Электроника Р-5».

Экономия теплоты на отопление здания за счет пофасадного регулирования составляет 15. 20 % за отопительный период.

Рис. 6.3. Схема пофасадного автоматического регулирования отпуска тепловой энергии на отопление с помощью регулятора «Электроника Р-5»: 1 — привод исполнительного механизма; 2 — регулируемый элеватор; 3 — датчик температуры теплоносителя;^ — электронный блок регулятора; 5 — датчик температуры наружного воздуха; 6 — датчик температуры

воздуха в помещении

Классическим примером пассивной системы солнечного отопления является стена Тромба, устанавливаемая на южной стороне здания (рис. 6.4).

Массивная стена из бетона, кирпича или камня отделена от наружного воздуха стеклянной перегородкой, устанавливаемой на небольшом расстоянии от нее с внешней стороны. Наружная поверхность стены окрашена в темный цвет. В верхней и нижней частях стены имеются каналы для циркуляции воздуха. Солнечная энергия проникает сквозь стекло, поглощается покрытием стены и нагревает ее. Поскольку длинноволновое излучение при отражении от стены задерживается стеклом, то воздух между стеклом и стеной нагревается за счет поступившей энергии. Циркуляционные

Рис. 6.4. Схема стены Тромба:

а — без экрана; б — с теплоприемным экраном; I — остекление; 2 — циркуляционные каналы; 3 — стена; 4 — теплоприемный экран

каналы в верхней и нижней частях стены дают возможность нагретому воздуху поступать в помещения на уровне потолка, а охлажденному — уходить на уровне пола, как это показано на рис. 6.5.

Нагретая массивная стена за счет излучения и конвективного теплообмена воздуха также передает накопленное количество теплоты в помещение. В этой конструкции стены совмещаются функции коллектора и аккумулятора теплоты.

Рис. 6.5. Жилой дом со стеной Тромба:

  • 1 стена; 2 — окно; 3 — остекление; 4 — поглощающая поверхность;
  • 5 подвал

Для предотвращения теплопритоков в помещения в солнечные дни теплого периода используются шторы, которые значительно сокращают теплообмен с внешней окружающей средой.

Большую роль в эффективности солнечного теплоснабжения играет система сохранения полученной теплоты на основании использования аккумуляторов теплоты.

Аккумуляторы теплоты должны иметь конструкцию и размеры, позволяющие хранить теплоту на протяжении периода действия системы солнечного теплоснабжения. При их конструировании необходимо обеспечить высокие теплозащитные качества внешнего покрытия и удобство эксплуатации при зарядке и разрядке. Эффективно эксплуатируемые теплоаккумуляторы наравне с солнечными коллекторами позволяют добиваться высокого коэффициента полезного использования всей системы теплоснабжения.

Аккумулирование теплоты позволяет преобразовывать тепловую энергию непостоянного источника, солнечной радиации в энергию постоянного источника. Эффективность системы аккумулирования определяется периодичностью, с которой она может покрывать тепловые потребности объектов теплоснабжения, т.е. от ее теплоемкости. Результаты работ, выполненных зарубежными исследователями, показали, что минимальные эксплуатационные расходы характерны для систем, у которых количество воды, используемой в качестве аккумулирующего материала, составляет 60. 90 кг на 1 м 2 поверхности коллектора. Это эквивалентно отоплению помещения в зимнее время в течение 1—2 сут.

Читать еще:  Редукторы для газгольдера комплектующие GOK SRG 54

Подробно особенности аккумулирования теплоты, в том числе и энергии солнечного излучения, в системах теплоснабжения изложены в гл. 5.

Солнечный коллектор — энергия Солнца в доме!

ООО Производственная компания «АНДИ Групп» телефон / факс +7(495)748-11-78

Солнечные системы теплоснабжения

Системы солнечного теплоснабжения (ССТ) становятся все более популярными во многих странах мира. Особенно впечатляют успехи солнечной теплоэнергетики в Европе, где ежегодный прирост оборота отрасли в течение последних десяти лет составлял 11–12%.

Общая площадь солнечных коллекторов (СК), установленных к настоящему времени в европейских странах, составляет более 11 млн м2. В последнее десятилетие наиболее быстро рынок ССТ развивался в Германии, Австрии и Греции. Удельная площадь солнечных коллекторов к 2004 году составляла в Греции 264 м2 на 1000 человек, в Австрии – 203 м2, а в среднем по странам Европейского сообщества – 26 м2 на 1000 жителей. Развитие этого сектора рынка в Европе сопровождается организацией специальных кампаний по продвижению новых технологий, а также финансовым и законодательным регулированием и поддержкой.

Резкий рост стоимости органических энергоресурсов в последнее время дал развитию солнечной теплоэнергетики дополнительный импульс. Даже те страны Европы (Италия, Испания), в которых, несмотря на большой климатический потенциал для использования солнечной энергии, эта отрасль развивалась вяло, в 2004–2005 годах приняли дополнительные программы по ее использованию.

Мировой опыт применения солнечных коллекторов показывает, что солнечные системы теплоснабжения могут быть эффективными и надежными для :

  • обеспечения горячего водоснабжения;
  • отопления жилых и общественных зданий,
  • подогрева воды в бассейнах
  • и даже солнечного кондиционирования и опреснения воды.

Более подробно успехи зарубежных стран в освоении и использовании солнечной энергии описываются в специализированных изданиях, которые, к сожалению, практически недоступны широким кругам инженерной общественности.

Как же обстоят дела с созданием систем солнечного теплоснабжения в России в настоящее время? В значительной мере успехи этой отрасли в Европе объясняются мощной законодательной и финансовой поддержкой во всех странах европейского сообщества. В нашей стране как та, так и другая поддержки полностью отсутствуют, и поэтому достижения в этой области минимальны, хотя небольшое количество систем все же создано и успешно работает.

Перед тем как рассматривать конкретные схемы солнечных систем, необходимо уточнить, пригодны ли вообще климатические условия России для их создания и развития и какие комплексы наиболее перспективны в наших условиях.

Расчет основных характеристик солнечных установок

Под солнечным теплоснабжением понимается использование солнечной энергии для обеспечения горячего водоснабжения и отопления в жилищно-коммунальной, бытовой или производственной сферах. Для определения эффективности солнечного теплоснабжения в том или ином пункте или регионе недостаточно только информации о климатических условиях. Необходимо иметь количественные данные, характеризующие эффективность применения солнечных установок (как правило, с плоскими СК).

Существующие методы расчета активных систем позволяют на основе использования климатической информации и с учетом характеристик применяемого оборудования определять их основные параметры, которыми являются:

  • коэффициент замещения тепловой нагрузки объекта (доля солнечной энергии в покрытии нагрузки) f за некоторый рассматриваемый период времени (месяц, сезон, год);
  • полезная теплопроизводительность установки Q за этот период;
  • площадь СК в установке F.

Удобной величиной для сравнения различных вариантов использования установок является удельная теплопроизводительность q, отнесенная к 1 м2 площади СК в установке.
В работе [1] проведены расчеты по определению указанных основных характеристик в различных регионах России по 39 расчетным пунктам, относительно равномерно расположенным на территории страны.

В расчетном плане рассматривались следующие режимы работы установок:

    1) участие в покрытии нагрузки отопления и ГВС (режим теплоснабжения);
    2) участие в покрытии нагрузки только ГВС в течение всего года (режим круглогодичного горячего водоснабжения);
    3) участие в покрытии нагрузки только ГВС и только в неотопительный период (режим сезонного горячего водоснабжения).

Первые два режима требуют исполнения установки по двухконтурной схеме, когда в первом коллекторном контуре теплоносителем является антифриз, а тепло к потребителю в бак-аккумулятор (БА) отводится через теплообменник. Сезонные установки могут быть и одноконтурными, заполненными водой.

Одним из параметров расчета является тепловая нагрузка. Нагрузка ГВС унифицирована СНиП и определяется в расчете на одного человека. Соответственно и расчет параметров солнечной установки ГВС удобно производить исходя из удельной нагрузки (в расчете на одного человека). При этом результаты будут универсальными, так как значения f и Q, полученные в расчете на одного человека, остаются постоянными при любом количестве людей, обеспечиваемых горячей водой, и лишь площадь коллекторов увеличивается кратно этому количеству.

Гораздо более сложным является определение отопительной нагрузки, которая, помимо климатических характеристик, зависит от объема здания, его конфигурации, термического сопротивления стен и перекрытий и других факторов. Какой-либо универсальный подход здесь невозможен, и отопительная нагрузка должна определяться для каждого конкретного объекта (или однотипных объектов).

Другую группу параметров, вводимых в расчет как исходная информация, составляют климатические данные, а именно – средние за месяц значения суммарной и рассеянной радиации на горизонтальную поверхность и среднемесячная температура воздуха. В качестве исходных данных в расчет закладываются и тепловые характеристики СК, используемых в данной установке.
Для расчета параметров установок применяется так называемый f-метод [2].

Реальным положительным эффектом от использования солнечной установки (кроме экологического) является экономия топлива. При определении таковой в результате использования солнечной установки существенно знать КПД замещаемого топливного устройства. В условиях децентрализованного теплоснабжения (мелкие котельные и индивидуальные отопительно-водогрейные котлы) этот КПД можно принимать равным 0,5. При этом в зависимости от режима использования установки и климатических условий в данном пункте удельная годовая (сезонная) экономия топлива (согласно расчетам) составляет от 0,05 до 0,2 т. у. т.

Влияние климатических условий на выбор режима работы солнечной установки

Анализ массива расчетных результатов в работе [1], полученных по всем пунктам, позволяет сделать следующие выводы по применению солнечных установок в России.

1. При использовании солнечной установки в режиме теплоснабжения , то есть при участии ее в покрытии нагрузки отопления и ГВС, площадь СК должна составлять не менее 0,4 от отапливаемой площади для достижения коэффициента замещения годовой тепловой нагрузки по большинству пунктов 0,25–0,40. В этом режиме удельная среднегодовая теплопроизводительность установки невелика вследствие недоиспользования ее тепловой мощности в летнее время. Поэтому применение солнечных установок в данном режиме в большинстве районов России (ее европейской части, Западной и Средней Сибири) нецелесообразно. Исключение составляют районы Забайкалья (особенно южного), юга Хабаровского и Приморского краев. В этих районах в силу особенностей климата работа установки в режиме теплоснабжения может быть достаточно эффективной.

2. Использование солнечной установки в режиме круглогодичного ГВС обеспечивает высокие значения удельной теплопроизводительности, следовательно, и удельной годовой экономии топлива, так как в этом режиме тепловая мощность установки используется наиболее полно. Естественно, что более высокая годовая теплопроизводительность достигается в климатически наиболее благоприятных районах, таких как южная часть европейской территории РФ (южнее Самары), южная часть Западной и Средней Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока. В целом использование солнечных установок в данном режиме с той или иной степенью эффективности может быть рекомендовано повсеместно южнее 60° с. ш. как в европейской, так и в азиатской части России. Рекомендуемая площадь СК составляет при этом 1,0– 1,5 м2 на одного человека.

3. Использование солнечных установок в режиме сезонного ГВС имеет существенное преимущество с точки зрения простоты схемы (используется одноконтурная схема без промежуточного теплообменника, нет необходимости в применении антифриза и т. п.), но связано со снижением удельной теплопроизводительности в сравнении с режимом круглогодичного ГВС. Это снижение, естественно, тем больше, чем короче неотопительный период, то есть время использования установки в годичном цикле. Применение солнечных установок в режиме сезонного ГВС нецелесообразно там, где неотопительный период составляет менее пяти месяцев. Рекомендуемая площадь СК в данном режиме составляет 1 м2 на одного человека.

Классификация систем солнечного теплоснабжения

Итак, ясно, что наиболее массовыми в условиях России могут быть установки ГВС. Определяющим фактором выбора, очевидно, будут экономические показатели, которые должны опираться на предварительные тепловые расчеты системы, выполненные с учетом данных каждого конкретного объекта, его расположения, характеристик, климатического района и стоимости замещаемого энергоресурса.

Какие типы систем могут быть использованы для решения этих задач?

Традиционной схемой большинства ССТ является схема с использованием солнечных коллекторов (СК) с аккумуляцией полученной энергии в баке-накопителе.

Читать еще:  Бакси на сжиженном газе расход куб час

Солнечные системы теплоснабжения могут быть классифицированы по различным критериям:

    а) по назначению:

      – системы горячего водоснабжения (ГВС);
      – системы отопления;
      – комбинированные системы;

    б) по виду используемого теплоносителя:

      – жидкостные;
      – воздушные;

    в) по продолжительности работы:

      – круглогодичные;
      – сезонные;

    г) по техническому решению схемы:

      – одноконтурные;
      – двухконтурные;
      – многоконтурные.

Вне зависимости от варианта исполнения системы в мировой практике наиболее часто применяется градация систем по их производительности, которая определяет принципиальную схему и вариант конструктивного исполнения системы. Ориентировочные диапазоны производительности и применяемые для их реализации варианты систем приведены в таблице.

Использование солнечной энергии для теплоснабжения систем горячего водоснабжения в индивидуальном жилищном строительстве Текст научной статьи по специальности «Энергетика»

Аннотация научной статьи по энергетике, автор научной работы — Алмаев Артем Юрьевич, Лушкин Игорь Александрович

Применение возобновляемых источников энергии позволит существенно сократить загрязнение окружающей среды. Рассмотрены перспективы использования солнечной энергии для теплоснабжения систем горячего водоснабжения в индивидуальном жилищном строительстве.

Похожие темы научных работ по энергетике , автор научной работы — Алмаев Артем Юрьевич, Лушкин Игорь Александрович,

USE OF SOLAR ENERGY FOR HEATING HOT WATER SYSTEMS IN INDIVIDUAL HOUSING CONSTRUCTION

The use of renewable energy sources will significantly reduce pollution. The prospects for the use of solar energy for heating hot water systems in individual housing construction.

Текст научной работы на тему «Использование солнечной энергии для теплоснабжения систем горячего водоснабжения в индивидуальном жилищном строительстве»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В ИНДИВИДУАЛЬНОМ ЖИЛИЩНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

А. Ю. Алмаев, заведующий лабораторией кафедры «Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение», магистрант, направление подготовки «Строительство», магистерская программа «Водоснабжение городов и промышленных предприятий» Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

И. А. Лушкин, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение» Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

Аннотация. Применение возобновляемых источников энергии позволит существенно сократить загрязнение окружающей среды. Рассмотрены перспективы использования солнечной энергии для теплоснабжения систем горячего водоснабжения в индивидуальном жилищном строительстве.

Ключевые слова: горячее водоснабжение, солнечная энергия, солнечный коллектор, теплоснабжение.

На текущий момент нет сомнений в том, что энергетика будущего должна основываться на использовании солнечной энергии. Солнце -это огромный, неисчерпаемый, абсолютно безопасный источник энергии. Ввиду того, что в мире наблюдается уменьшение запасов углеводородов с одновременным увеличением темпов энергопотребления, солнечная энергетика должна рассматриваться не только как беспроигрышный, но и в долговременной перспективе как безальтернативный выбор для человечества [1]. По прогнозам специалистов, в ближайшие десятилетия возобновляемые источники энергии должны существенно увеличить свой вклад в мировой энергетический баланс, что позволит существенно сократить загрязнение окружающей среды углекислым газом, а оставшиеся запасы углеводородов не использовать как топливо, а виде сырья более рационально использовать в химической промышленности [2].

Лидерами в использовании солнечной энергии являются Израиль, страны Европы (Швеция, Дания, Германия, Голландия, Австрия, Швейцария, Финляндия), Турция. В России перспективы развития солнечной энергетики остаются неопределенными, страна многократно отстаёт от уровня генерации европейских стран. Доля солнечной генерации составляет менее 0,001 % в общем энергобалансе. Такое положение объясняется отсутствием льгот для потребителей, использующих экологически чистые возобновляемые источники энергии, сложностью

проектирования, низкой осведомленностью населения, высокими капитальными затратами. С другой стороны, рост цен на углеводородное топливо, доступность изделий и материалов, рост темпов индивидуального строительства, ухудшение экологии повышает интерес к установкам, использующим солнечную энергию [2, 6, 7]. В Самарской области РФ наибольшее распространение получило использование солнечной энергии в сезонных системах горячего водоснабжения садоводческих товариществ, не имеющих централизованного газоснабжения, в том числе и самодельных (рисунок 1), и для интенсификации процесса сушки биологически активного сырья [3]. Солнечная энергия может быть преобразована в электрическую с помощью полупроводниковых фотоэлементов (солнечных батарей) и в тепловую с использованием пассивных или активных систем теплоснабжения. Экономически наиболее перспективным является второй вариант.

К активным системам теплоснабжения относят гелиоустановку — солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя по принципу тепличного эффекта при прямой абсорбции излучения.

Рисунок 1 — Коллектор солнечной энергии на базе радиатора РСГ

В настоящее время в системах ГВС, как правило, используются активные жидкостные гелиосистемы. В качестве теплоносителя в них применяется вода, раствор этиленгликоля или пропилен-гликоля, органические теплоносители и др. Каждый из теплоносителей имеет определенные преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при проектировании си-

стем [4]. На рисунках 2, 3, 4 показаны принципиальные схемы солнечных водонагревательных установок, применяемые в системах ГВС. Одноконтурные схемы (рисунок 2) с водой в качестве теплоносителя применяются в случае сезонного использования установки, при которой исключается опасность замерзания.

а). б). Рисунок 2 — Принципиальные схемы солнечных водонагревательных установок с естественной (а) и принудительной (б) циркуляцией теплоносителя: 1 — коллектор солнечной энергии; 2 — бак-аккумулятор горячей воды; 3 — насос; 4 — смесительный вентиль При круглогодичном использовании для исключения вероятности замерзания теплоносите-

ля воду заменяют на антифриз. В этом случае солнечная водонагревательная установка мон-

тируется по двухконтурной схеме (рисунок 3).

Рисунок 3 — Двухконтурные схемы солнечных водонагревательных установок с естественной (а)

и принудительной (б) циркуляцией теплоносителя: 1 — коллектор солнечной энергии; 2 — аккумулятор тепла; 3 — теплообменник; 4 — резервный (дополнительный) источник энергии;

5 — насос; 6 — предохранительный клапан

Определенные преимущества имеет комбинированная гелиотеплонасосная система теплоснабжения с последовательной или параллельной схемами подключения теплового насоса. КПД солнечного коллектора серьезным образом зависит от разности температур наружного воздуха и теплоносителя. С тепловым насосом температура теплоносителя в низкотемпературных солнечных коллекторах близка температуре окружающей среды, при этом существенно сокращаются тепловые потери от поверхностей коллектора, что приводит к повышению энергетической эффективности системы солнечного теплоснабжения, а использование теплового насоса позволяет более полно усваивать солнечную энергию (рисунок 4). Кроме того, значительно сокращается необходимая поверхность коллектора, повышается его надежность. Сокращаются тепловые потери от теплопроводов при транспортировке низкотемпературного теплоносителя [5].

По типу конструкции наибольшее распространение получили плоские и вакуумные солнечные коллекторы. Простые в изготовлении плоские коллектора состоят из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбера), прозрачного покрытия и теплоизолирующего слоя. Абсорбер покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием

(обычно чёрный никель) для повышения эффективности. Прозрачный экран обычно выполняется из стекла с пониженным содержанием металлов либо рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом. Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются в основном из меди. Сама панель является воздухонепроницаемой. Увеличить КПД коллектора можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре. Максимальная рабочая температура теплоносителя (без застоя) не превышает 100 °С. Коллектор способен улавливать прямую и рассеянную радиацию и устанавливается, как правило, стационарно на крыше здания.

Вакуумные солнечные коллекторы состоят из так называемых тепловых трубок, и по своему устройству напоминает термосами. Наружная часть такой трубки прозрачна, а на внутренней части трубки наносится высокоселективное покрытие, эффективно улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Внутри трубки находится низкокипящая жидкость или теплоноситель. При облучении установки солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю

часть трубки (конденсатор), где, конденсируясь, отдают тепло коллектору. Использование данного типа коллектора позволяет достичь боль-

шего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Рисунок 4 — Принципиальная схема системы солнечного теплоснабжения ГВС с низкотемпературными солнечными коллекторами с комбинацией с тепловым насосом: 1 — коллектор солнечной энергии; 2 — бак-аккумулятор низкопотенциального источника тепла; 3 — теплообменник испарителя; 4 — дроссель; 5 — теплообменник конденсатора; 6 — предохранительный клапан; 7 — компрессор; 8 — насос; 9 — бак-аккумулятор; 10 — резервный (дополнительный) источник энергии

Современные солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Стоимость солнечной установки можно существенно уменьшить путем совмещения конструкции кровли с плоским солнечным коллектором. При этом на стадии проектирования необходимо грамотно выбрать ориентацию кровли, строительные конструкции, место размещения бака-аккумулятора, способы очистки. Сопротивление теплопередаче утеплителя солнечного коллектора в этом случае должно быть не меньше требуемого для кровли, а светопро-

1. Алфёров Ж. И., Андреев В. М., Румянцев В. Д. Тенденции и перспективы развития солнечной фотоэнергетики. Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 8. Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук, 2004.

Читать еще:  Несколько правил как демонтировать бытовой кондиционер

2. Щукина Т. В. Солнечное теплоснабжение зданий и сооружений [текст]: монография/

пускающая панель должна надежно выдерживать снеговую нагрузку. Тепловая эффективность коллектора повышается путем снижения оптических и тепловых потерь при применении нескольких слоев остекления, селективного покрытия, вакуумизации пространства между лу-че-поглощающей поверхностью и прозрачной изоляции, применении в конструкции солнечных концентраторов с гелио слежением [6,7,8]. Несмотря на достаточную изученность вопроса в научном отношении использование солнечной энергии при теплоснабжении систем горячего водоснабжения в индивидуальном жилищном строительстве имеет большие перспективы.

Т. В. Щукина; Воронеж. Гос.арх.-строит.ун-т. Воронеж. 2007. 120 с.

3. Кучеренко М. Н. Анализ параметров атмосферного воздуха как агента сушки. Известия высших учебных заведений. Строительство. 2005. № 3. С. 118-119.

4. Богословский В. Н., Крупнов Б. А., Сканави А. Н. и др. Внутренние санитарно-

технические устройства. в 3 ч. Ч. I. Отопление. 4-е изд., М. : Стройиздат. 1990. 344 с.

5. Петросян А. Л. Использование солнечной энергии и тепловых насосов для теплоснабжения жилых зданий. Сб научн. трудов. Ереванского гос. университета архитектуры и строительства. II том. 2003. С. 122-124.

6. Duffie J. A., Beckman W. A. Solar energy thermal process. Wiley interscience, N. Y., 1974.

7. Beckman W. A., Duffie J. A., Klein S. A. Simulation of solar qeating sistems. Chapter 9 of

the ASHRAE book. Applications of solar energy for heating and cooling a building. ASHRAE GRP. 170. American society of heating, refrigerating and air conditioning engineers. N. Y., 1977.

8. THE SRB SOLAR THERMAL PANEL C. Benvenuti — SRB Energy, c/o CERN — 1211 Genève 23, Switzerland — DOI: 10.1051 /epn/2013301http : //www .europhysicsnews. org or http://dx.doi.org/10.1051/epn/2013301

USE OF SOLAR ENERGY FOR HEATING HOT WATER SYSTEMS IN INDIVIDUAL HOUSING CONSTRUCTION

A. Y. Almaev, head of laboratory of the department «Heat, ventilation, water supply and sanitation», master, training direction «Construction» master program «Water for cities and industrial enterprises»

Togliatti State University, Togliatti (Russia) I. A. Lushkin, candidate of technical sciences, associate professor of the chair «Heat, ventilation, water supply and sanitation» Togliatti State University, Togliatti (Russia)

Annotation. the use of renewable energy sources will significantly reduce pollution. The prospects for the use of solar energy for heating hot water systems in individual housing construction. Keywords: solar energy, heat, hot water, solar collector.

ВЛИЯНИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ НА КОРРОЗИОННУЮ АКТИВНОСТЬ ГРУНТА

С. А. Анциферов, магистрант

Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

В. М. Филенков, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение» Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

Аннотация. Загрязнение нефтепродуктами оказывает вредное экологическое влияние на почвенные экосистемы значительно изменяет химико-физические свойства грунта; способствует разрушению битумной гидроизоляции и увеличивает интенсивность коррозии трубопроводов.

Ключевые слова: коррозия трубопровода; коррозионная активность грунта; удельное сопротивление грунта; загрязнение нефтепродуктами.

жайшая силовая электроустановка (ТП-2) рас-Проблема: По территории автотранс- положена на удалении 240 м (рисунок 1). Водо-портного предприятия (автобазы) транзитом провод, общей протяжённостью 2 350 м, эксплу-проходит подземный водопровод длиной 160 м, атируется с 1985 года, однако на территории ав-выполненный из стальных труб ГОСТ 10704-91, тобазы с частотой 6-8 лет происходят аварий-согласно проекта, наружная гидроизоляция вы- ные прорывы по причине повышенного корро-полнена на изольной мастике МРБ-Х-15, элек- зионного износа. Наблюдается явление язвенной трохимическая защита отсутствует. Глубина за- коррозии с локальными участками сквозных ложения водопровода 2 м, пересечения с разрушений. другими коммуникациями отсутствуют, бли-

Солнечные тепловые коллекторы

Для чего используются тепловые солнечные коллекторы? Где можно их использовать — сферы применения, варианты применения, плюсы и минусы коллекторов, технические характеристики, эффективность. Можно ли сделать самому и насколько это оправдано. Схемы применения и перспективы.

Назначение

Устройство

Коллекторы состоят из трех основных частей:

Панели представлены в виде трубчатого радиатора, помещенного в короб с наружной стенкой из стекла. Их необходимо располагать на любом хорошо освещенном месте. В радиатор панели поступает жидкость, которая затем нагревается и передвигается в аванкамеру, где холодная вода замещается горячей, что создает постоянное динамическое давление в системе. При этом холодная жидкость поступает в радиатор, а горячая в накопительный бак.

Стандартные панели легко приспособить к любым условиям. При помощи специальных монтажных профилей их можно устанавливать параллельно друг другу в ряд в неограниченном количестве. В алюминиевых монтажных профилях просверливают отверстия и крепят к панелям снизу на болты или заклепки. После завершения работы панели солнечных абсорберов вместе с монтажными профилями представляют собой единую жесткую конструкцию.

Система солнечного теплоснабжения делится на две группы: с воздушным и с жидкостным теплоносителем. Коллекторы улавливают и поглощают излучение, и, совершая преобразование ее в тепловую энергию, передают в накопительный элемент, из которой тепло распределяется по помещению. Любая из систем может дополняться вспомогательным оборудованием (циркуляционный насос, датчики давления, предохранительные клапаны).

Принцип работы

В дневное время тепловое излучение передается теплоносителю (вода или антифриз), циркулирующему через коллектор. Нагретый теплоноситель передает энергию в бак водонагревателя, расположенного выше его и собирающего воду для горячего водоснабжения. В простой версии циркуляция воды осуществляется естественным образом благодаря разности плотности горячей и холодной воды в контуре, а для того, чтобы циркуляция не прекращалась, используется специальный насос. Циркуляционный насос предназначен для активной прокачки жидкости по конструкции.

В усложненном варианте коллектор включен в отдельный контур, наполненный водой или антифризом. Насос помогает им начать циркулировать, передавая при этом сохраненную солнечную энергию в теплоизолированный бак-аккумулятор, который позволяет запасать тепло и брать его в случае необходимости. Если энергии недостаточно, предусмотренный в конструкции бака электрический или газовый нагреватель, автоматически включается и поддерживает необходимую температуру.

Тем, кто хочет, чтобы в его доме была система солнечного теплоснабжения, для начала следует определиться с наиболее подходящим типом коллектора.

Коллектор плоского типа

Представлен в виде коробки, закрытой закаленным стеклом, и имеющий особый слой, поглощающий солнечное тепло. Этот слой соединен с трубками, по которым ведется циркуляция теплоносителя. Чем больше энергии он будет получать, тем выше его эффективность. Уменьшение тепловых потерь в самой панели и обеспечение наибольшего поглощения тепла на пластинах абсорбера позволяет обеспечить максимальный сбор энергии. При отсутствии застоя плоские коллекторы способны нагреть воду до 200 °C. Они предназначены для подогрева воды в бассейнах, бытовых нужд и отопления дома.

Коллектор вакуумного типа

Представляет собой стеклянные батареи (ряд полых трубок). Наружная батарея имеет прозрачную поверхность, а внутренняя батарея покрыта специальным слоем, который улавливает излучение. Вакуумная прослойка между внутренними и внешними батареями помогает сохранить около 90% поглощаемой энергии. Проводниками тепла являются специальные трубки. При нагревании панели происходит преобразование жидкости, находящейся в нижней части батареи в пар, который поднимаясь, предает тепло в коллектор. Этот тип системы имеет больший КПД по сравнению с коллекторами плоского типа, так как его можно использовать при низких температурах и в условиях плохой освещенности. Вакуумная солнечная батарея позволяет нагреть температуру теплоносителя до 300 °C, при использовании многослойного стеклянного покрытия и создании в коллекторах вакуума.

Тепловой насос

Системы солнечного теплоснабжения наиболее эффективно работают с таким устройством, как тепловой насос. Предназначен для сбора энергии из окружающей среды вне зависимости от погодных условий и может устанавливаться внутри дома. В качестве источника энергии здесь могут выступать вода, воздух либо грунт. Тепловой насос может работать, используя лишь солнечные коллекторы, если достаточно солнечной электроэнергии. При использовании комбинированной системы «тепловой насос и солнечный коллектор», не имеет значения тип коллектора, однако наиболее подходящим вариантом будет солнечная вакуумная батарея.

Что лучше

Система солнечного теплоснабжения может устанавливаться на крышах любого вида. Более прочными и надежными считаются плоские коллекторы, в отличие от вакуумных, конструкция которых более хрупкая. Однако при повреждении плоского коллектора придется заменить всю абсорбирующую систему, тогда как у вакуумного замене подлежит лишь поврежденная батарея.

Эффективность вакуумного коллектора гораздо выше, чем плоского. Их можно использовать в зимнее время и они производят больше энергии в пасмурную погоду. Достаточно большое распространение получил тепловой насос, несмотря на свою высокую стоимость. Показатель выработки энергии у вакуумных коллекторов зависит от величины трубок. В норме размеры трубок должны составлять в диаметре 58 мм при длине от 1,2-2,1 метра. Достаточно сложно установить коллектор своими руками. Однако обладание определенными знаниями, а также следование подробным инструкциям по монтажу и выбору места системы, указанными при покупке оборудования существенно упростит задачу и поможет принести в дом солнечное теплоснабжение.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector