имя
пароль
  регистрация

Библиотека

Технологии

Справочник

Место

Солнечное теплоснабжение.

 

1. Солнечная энергия для нагрева воды.

Рис. 1.  Возможность обеспечения горячей водой.

    Потребление горячей воды для бытовых нужд в течение года практически постоянно.


Рис. 2. Возможность обеспечения водой для отопления.

В то же время горячая вода для отопления необходима примерно с октября по апрель с пиком, приходящимся на декабрь-февраль. Используя систему солнечного отопления можно получить до 50-60% горячей воды, необходимой в течение года для отопления и бытовых нужд. В летнее время солнце полностью обеспечит дом горячей водой. Это обстоятельство особенно благоприятно в том плане, что летом ТЭЦ работают с низким коэффициентом использования производственных мощностей. Можно будет еще более эффективно использовать солнечную энергию, если приспособить стиральные и посудомоечные машины использовать воду, нагретую солнцем.
2. Как работает система солнечного теплоснабжения?
Сердце системы - это коллектор. Коллектор представляет собой устройство, позволяющее эффективно использовать энергию солнечного излучения для нагрева теплоносителя. Энергию, полученную теплоносителем (обычно это смесь воды и антифриза) от Солнца, направляют на бытовые нужды теплоснабжения или горячего водоснабжения. С виду коллекторы представляют собой прямоугольные устройства, площадью поверхности 2-4 м2. Обычно коллекторы устанавливают на крышах домов или на участке возле дома. Нагретая вода хранится в баке-накопителе, откуда ее можно изымать для различных нужд. Когда температура воды в коллекторе превысит температуру в баке, автоматизированная система управления включает насосы, заставляющие воду циркулировать между коллектором и баком. Чтобы иметь теплую воду и отопление в периоды неблагоприятных погодных условий и в зимнее время в систему интегрируется котел на древесном топливе, газе, электронагреватель или ее подключают к центральному отоплению.


Рис. 3. Система солнечного отопления.
источник: ESTIF // http://www.estif.org/uploads/RTEmagicC_004D_SolarHeatingHouse.jpg.jpg

Таким образом, элементы системы солнечного отопления:
1.    Солнечные коллекторы.
2.    Бак-накопитель.
3.    Автоматизированная система управления, которая содержит датчики температуры, давления, устройство, следящее за показаниями датчиков, приводящее в действие насосы, клапаны и краны.
4.    Трубы, вентили, краны, насосы.
5.    Страхующая система (электрический, газовый, древесный подогрев).

3. Устройство и виды коллекторов.
Существуют различные виды солнечных коллекторов, но наибольшее распространение получили плоские коллекторы и коллекторы с вакуумными трубками.
Главное в коллекторе - это абсорбер. Абсорбер поглощает коротковолновое солнечное излучение. Его обычно делают из меди или алюминия, а поверхность металлизируют хромом или никелем. Если не требуются высокие температуры, то абсорбер делают из черного пластика. В абсорбер встраивают медные трубки, по которым течет теплоноситель, забирая у него тепло. Для предотвращения потерь тепла вследствие теплопроводности через корпус абсорбер с трубками снизу и сбоку изолируют полиуретановой пеной или стекловатой. В качестве прозрачного покрытия устанавливают стекло, обедненное атомами металлов. Оно пропускает большую часть коротковолнового излучения, нагревающее абсорбер, а также предотвращает конвекцию. 
 




Рис. 4. Плоский коллектор.


Корпус коллектора делают из алюминия, оцинкованной стали и реже из стеклопластика.  Плоские коллекторы имеют хорошее соотношение цена/качество и широкие возможности для установки.

 

Рис. 5. Коллектор с вакуумными трубками.
 

Чтобы уменьшить потери вследствие теплопроводности абсорбер  и медные трубки с протекающим по ним теплоносителем помещают в стеклянные трубки, из которых откачивают воздух.
 

 

Рис. 6. Коллектор с вакуумными трубками.

В другом виде коллектора из вакуумных трубок солнечное излучение испаряет первичный теплоноситель, находящийся в плоском абсорбере. Первичный теплоноситель имеет низкую температуру парообразования. Пар поступает в теплообменник и нагревает вторичный теплоноситель, который поступает непосредственно в бак-накопитель. Конденсированная жидкость возвращается обратно. Для того чтобы происходил процесс испарения и конденсации, трубки должны быть выставлены под определенным углом.  Преимущество коллекторов из вакуумных трубок состоит в том, что они нагревают воду даже при небольшой интенсивности солнечного излучения. В то же время их стоимость примерно в два раза выше, по сравнению с плоскими коллекторами.
4. Сколько энергии можно получить от солнечного коллектора?
Эффективность работы коллектора ограничивается отражением и поглощением на покрывающем стекле, отражением на абсорбере, а также потерями вследствие теплопроводности.

 
Тип коллектора
Коэффициент преобразования
Коэффициент тепловых потерь,ВтоС/м2 <!--[if !vml]--><!--[endif]-->
Диапазон возможных температур
Абсорбер
0.82-0.97
10-30
До 40
Плоский коллектор
0.66-0.83
2.9-5.3
20-80
Коллектор на вакуумных трубках
0.62-0.84
0.7-2.0
50-120
Коллектор в виде резервуара
Около 0.55
Около 2.4
20-70
Воздушный коллектор
0.75-0.90
8-30
20-50

Коэффициент тепловых потерь показывает, сколько энергии уходит в единицу времени с поверхности площадью 1 м2 при единичной разности температур в коллекторе и окружающей среде.


Рис. 7. Эффективность различных коллекторов.

Перед установкой коллектора нужно выяснить следующие моменты:

1.    Горячая вода какой температуры и в каких количествах вам нужна, определить возможности экономии. (Обычно одному человеку требуется 50 литров воды температурой 45 градусов, для чего потребуется плоский коллектор 1.2 на 1.5 метра поверхности).
2.    Определить размеры бака-накопителя. (Обычно его делают из запаса на 1-2 дня, следовательно, объем бака - 80-100 литров на человека).
3.    Нужно учесть интенсивность солнечного излучения, возможные неблагоприятные погодные условия, а также доступное место.
4.    Стоимость плоского коллектора составляет 150-610 евро за квадратный метр, коллектора с вакуумными трубками - 500-1200 евро, пластиковых абсорберов - 25-100 евро.
5.    Для обеспечения высокой эффективности необходимо соответствующее качество всех компонентов системы.

5. Подробнее о системе солнечного отопления.
Для установки коллекторов желательно использовать скаты крыш, ориентированные на юг. Наклон ската  может быть в пределах от 20 до 60 градусов. Коллекторы установленные на пологих скатах будут более эффективны летом, тогда как коллекторы на крутых скатах крыш - зимой. Для установки коллекторов на плоских крышах используют специальные каркасные конструкции. Перед тем, как установить систему нужно тщательно рассчитать, сколько теплой воды и какой температуры вам необходимо, проанализировать возможности экономии. Например, если на одного жильца необходимо 50 литров воды при температуре 45 градусов в день, то нужно будет установить коллектор размерами 1.2 на 1.5 метра на каждого.

В Германии чаще всего устанавливают системы, состоящие из двух контуров с возможностью контроля циркуляции воды. В них используется теплоноситель, который перекачивается насосами в бак-накопитель. В качестве теплоносителя обычно используют воду с добавлением антифриза. Для подогрева питьевой воды используют теплообменник.

Бак-накопитель нужен для того, чтобы иметь запас горячей воды на случай пасмурных дней. Чаще всего его делают из расчета обеспечения водой на 1.5 - 2 дня, а это значит, его объем должен составлять 80-100 литров на одного человека. Баки-накопители делают из эмалированной стали. Для защиты от коррозии к баку присоединяют анод с током. Иногда баки делают из нержавеющей стали, что увеличивает срок эксплуатации, но увеличивает стоимость. Правильно сделанный бак имеет цилиндрическую форму, чтобы внутри него не происходило расслоение тепла. Это позволяет использовать горячую воду из верхних слоев бака, то есть, нет необходимости подогревать бак целиком. Для недопущения нежелательного смешения нагретой воды в баке и поступающей холодной воды используют специальные насосы или пластинки-замедлители. Всю поверхность бака нужно тщательно покрыть слоем изоляции от 10 см. толщиной.

Теплота передается от коллектора в бак-накопитель через систему труб. Для уменьшения потерь тепла расстояние между коллектором и баком делают по возможности меньшим. Для системы, рассчитанной на одну семью, обычно используют медные трубки диаметром 15-18 мм, которые полностью покрываются слоем изоляции толщиной от 30 мм. Изоляция должна выдерживать высокие температуры, и если она находится на улице, то быть устойчивой к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям. В качестве изоляционных материалов используют минеральную вату, полиуретан или пенорезину.

Обычно расход теплоносителя в небольших системах солнечного отопления составляет 30-50 литров в час на каждый квадратный метр поверхности коллектора. Исходя их этого, подбираются соответствующие насосы. Как правило, используют насосы мощностью 40-80 Вт. Также будет нужен насос на откачку холодной воды. Перед каждым насосом нужно установить клапан, чтобы была возможность заменить насос, не выкачивая воду из всей системы.

Типичное рабочее значение давления в системе солнечного отопления, которое можно контролировать с помощью манометра, составляет приблизительно 4 бар. При превышении давления на, приблизительно, 0.3 бар должен открываться предохранительный клапан, через который теплоноситель временно изымается в дополнительный бак, а после возвращается обратно через резервные краны.

Для контроля работы системы на входе и выходе из бака устанавливают датчики температуры. Чтобы предотвратить потери тепла в баке, когда солнечного излучения недостаточно  или по ночам, вследствие конвекции (теплоноситель охлаждается в коллекторе и под действием силы тяжести поступает в бак-накопитель) на входе в коллектор устанавливается обратный клапан.

Дополнительный бак нужен для того, чтобы поддерживать давление в системе постоянным и компенсировать изменение объемов теплоносителя вследствие нагрева и остывания. Для надежности дополнительный бак делают достаточно большим, чтобы он смог вместить в себя весь объем теплоносителя. Всей системой управляет компьютер, оснащенный специализированным программным обеспечением. Компьютер принимает решения исходя их показаний датчиков и заданных параметров горячей воды.

Станислав Герасименко

Использованные материалы:
1.  Solarserver // http://www.solarserver.de/index-e.html
2.  Компания "Ваш солнечный дом" // http://www.solarhome.ru
3.  Российский центр солнечной энергии "Интерсоларцентр" // http://www.intersolar.ru/home_r.shtml
 

просмотров: 1903

Другие статьи темы отопление и вентиляция



11.03.14 Вентиляция коттеджа
05.07.10 Водяное отопление
05.07.10 Расчет системы отопления для частного дома
09.02.10 Отопление своими руками
10.09.09 Солнечное теплоснабжение.
26.10.08 Краткий курс по управлению микроклиматом
12.05.08 IT-байки: водоросли - топливо будущего?
07.04.08 Системы отопления
27.03.08 Отделка печей
27.03.08 Печное отопление
25.03.08 Дымовые трубы и дымоходы
25.03.08 Приемы печной кладки
25.03.08 Декоративная кладка и отделка печей
25.03.08 Эксплуатация печей
25.03.08 Подготовка к кладке печи
25.03.08 Кладка печи
25.03.08 Усовершенствование каминов
25.03.08 Кладка каминов
25.03.08 Камины
25.03.08 Выбор печей по теплоустойчивости помещений
25.03.08 Мощность системы отопления