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

Системы активного солнечного теплоснабжения

Активный вакуумный солнечный коллектор — как устроен и работает

Активный вакуумный солнечный коллектор может работать в любую погоду, поскольку он обеспечивает преобразование солнечного излучения вне зависимости от внешней температуры. При этом коэффициент поглощения энергии достигает 98%. Такие коллекторы устанавливают на крышах зданий большой площади, монтируя их под углом от 5 до 90 градусов. Уклон необходим для обеспечения нормальной циркуляции теплоносителя.

Автоматизированная система преобразования на базе теплообменного резервуара позволяет сохранять и поддерживать полученное от солнца тепло, причем источником здесь может быть не только солнце, но и обычный водонагреватель, работающий на газу или на электричестве, в качестве вспомогательного элемента, на случай недостаточной мощности, получаемой за счет солнца. Нагретая вода теплообменника поступает в систему отопления, а вода из резервуара может использоваться для нужд горячего водоснабжения.

Для контроля температуры и корректировки режима работы коллектора и системы в целом, служит блок управления. Он отслеживает температуру, и подбирает оптимальный режим работы системы в течение суток, регулируя поток теплоносителя через теплообменник, и определяя направление подачи тепла, на отопление или на горячую воду.

Для поддержания нужной температуры в помещении ночью, автоматика использует минимально возможное привлечение энергии дополнительных источников. Малая инерционность системы позволяет быстро менять режимы, благодаря чему достигаются: горячее водоснабжение круглый год и сезонное отопление со значительной экономией обычных источников, достигающей 80%.

Конструктивно вакуумный коллектор состоит из параллельных рядов трубок типа стекло-стекло (трубки обычно выполнены из боросиликатного стекла), при этом внутренняя трубка имеет селективное покрытие, хорошо абсорбирующее солнечную энергию благодаря вакуумной теплоизоляции, без потерь тепла. Данное решение позволяет трубкам даже в пасмурную погоду и при минусовой температуре эффективно преобразовывать как прямые, так и рассеянные лучи солнца в тепло. Вакуум при этом выступает в роли совершенной теплоизоляции. Даже когда на небе сплошь облака, доступное инфракрасное излучение все также поглощается трубками и преобразуется в тепло.

По сути, конструкция трубки напоминает термос, поскольку здесь трубка меньшего диаметра вставлена в трубку большего диаметра, а между ними вакуум. Для всесезонного использования в таких системах используются вакуумные трубки с внутренними термотрубками из меди, заполненными небольшим количеством легко закипающей жидкости. Под действием принятого тепла, такая жидкость начинает испаряться, забирая тепло вакуумной трубки, и пары, поднимаясь к наконечнику, передают тепло теплоносителю основного контура, при этом конденсируясь обратно в жидкую фазу, и стекая вниз, после чего цикл повторяется.

Медный приемник коллектора с изоляцией из полиуретана закрыт нержавеющим листом, а передача тепла происходит непосредственно через медную гильзу приемника. Так, отопительный контур отделен от тепловых трубок, и даже при повреждении одной из трубок, приемник продолжит работу с коллектором, а ремонт не потребует много усилий.

Накопительный бак-бойлер служит для сохранения накопленного тепла. Обычно он содержит внутри две или одну теплообменную спираль. Также в систему входит насос, клапан давления, манометр, кран регулирования налива воды, вентиль безопасности на 6 атмосфер и соединители. Как упоминалось выше, бак может быть дополнительно оборудован электрическим или газовым нагревателем мощностью до 3 кВт.

Если потребителю нужно одновременно и отопление и горячая вода, то энергия солнца распределяется между горячим водоснабжением и котлом. По достижении требуемой температуры, система автоматики переключит подачу тепла на отопление. Последовательность переключения режимов может быть изменена на противоположную по желанию потребителя. Все это позволяет осуществлять контроллер (блок управления). Блок управления служит для контроля параметров и управления параметрами работы системы в течение суток.

Функции контроллера довольно обширны: индикация температуры внутри коллектора, в резервуаре, и температуры обратного потока теплоносителя; установка температуры включения насоса; установка времени выключения и включения системы отопления и водоснабжения; установка времени и температуры дополнительного подогрева от вспомагательного внешнего источника; установка температуры для режима «антизамерзания»; индикация исправности или повреждения датчиков.

Несмотря на всю прелесть данных систем, они подразделяются на всесезонные (способные работать круглый год) и сезонные. Последние осуществляют прямую передачу солнечного тепла воде, их трубки расположены строго под определенным углом к солнцу, и соединены с накопительным бойлером, из которого вода течет прямо в трубки, нагреваясь возвращается, и так циркулирует.

Преимущества таких систем — высокий КПД и относительно низкая стоимость. Всесезонные оснащены медными термотрубками. Незамерзающая жидкость переносит тепло от медных наконечников, затем прокачивается через змеевик нагревая воду в баке. Контроллер регулирует работу насоса в зависимости от сигналов, получаемых с датчиков, расширительный бачок предохраняет систему от перенапряжения.

Так, вакуумные солнечные коллекторы находят применение, с каждым годом все большее, для целей обеспечения горячей водой коттеджей, дачных домов, теплиц и т. д., для отопления помещений и экономии традиционных энергоносителей, особенно — в зимний период, в частности, удобно использовать такие системы в сочетании с водяным теплым полом.

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.

Читать еще:  Автоматика автоматизация систем теплогазоснабжения вентиляции

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.

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-

Каталог > Стройматериалы и изделия для строительства. Строительные работы > Экологическое строительство и технологии

Системы активного солнечного теплоснабжения бывают двух видов: с жидкостным и воздушным теплоносителем. Системы с жидкостным теплоносителем греют воду или антифриз в “жидкостном” коллекторе, а в системах с воздушным теплоносителем в коллекторе греется воздух.
Как первая, так и вторая система улавливают и поглощают солнечное излучение и передают солнечное тепло либо внутрь помещения, либо в накопительную систему, из которой осуществляется распределение тепла по помещению. Если система солнечного нагрева не обеспечивает помещение необходимым количеством тепла, вдобавок к ней используются дополнительные системы обогрева. Коллектор на жидком теплоносителе более предпочтителен тогда, когда тепло перед подачей какое-то время аккумулируется в накопителе. Кроме того, этот вариант солнечного отопления хорошо подходит для систем лучистого отопления, бойлеров и радиаторов водяного отопления, а также для абсорбционных тепловых насосов и охладителей. Как жидкостная, так и воздушная системы могут дополнять принудительные системы отопления и охлаждения.

Экономичность и другие преимущества активных солнечных систем теплоснабжения

Активные солнечные системы теплоснабжения наиболее эффективны при круглогодичном использовании, поэтому наилучшие результаты достигаются в холодном климате с хорошими солнечными ресурсами. Являясь альтернативой системам отопления, использующим электричество, пропан и др., солнечное отопление представляет собой весьма энергоэффективное решение теплоснабжения дома.
Использование солнечного коллектора может способствовать существенному снижению энергозатрат на отопление в зимнее время. Помимо этого, в отличие от нагревателей, использующих ископаемое топливо, солнечное отопление отличается экологичностью, так как не производит вредных выбросов в атмосферу.

Читать еще:  2 х контурный газовый котел бакси

Размеры тепловой установки
Размер системы солнечного отопления определяется такими факторами, как местоположение, особенности дизайна, а также уровень потребности дома в теплоснабжении.
Наиболее экономичным считается решение, при котором система солнечного отопления обеспечивает 40-80% тепла, необходимого дому. Системы, производящие менее 40% необходимого тепла, эффективными бывают редко, за исключением тех случаев, когда используется воздушный солнечный коллектор, который без предварительного накопления тепла обогревает 1-2 отдельные комнаты.
При выборе солнечной системы стоит также учитывать особенности дизайна здания: правильно спроектированному и утепленному дому, при строительстве которого были задействованы общие принципы пассивного солнечного дизайна, понадобиться гораздо более скромная и менее дорогостоящая система солнечного отопления, использование которой способно свести к минимуму применение дополнительных (не солнечных) систем теплоснабжения.
Несмотря на все преимущества системы солнечного нагрева, рекомендуется, чтобы ее дублировала другая, резервная система отопления.

Регуляторы для систем солнечного нагрева
По сравнению с традиционными отопительными системами, регуляторы для систем солнечного нагрева, как правило, более сложные, поскольку им приходится анализировать большее число сигналов и контролировать большее количество приборов (включая традиционное отопительное оборудование, используемое в дополнение к солнечному).
Регуляторы для солнечных систем включают различные датчики, переключатели и/или двигатели для управления системой. Используются также и регуляторы, предотвращающие замерзание или чрезмерное нагревание жидкости в коллекторах.
Главным элементом контроля системы солнечного нагрева является дифференциальный термостат, замеряющий разницу температур в коллекторе и баке-аккумуляторе. Когда температура среды в коллекторе на 5.6°–11°C превышает температуру жидкости в баке, термостат запускает насос, обеспечивающий циркуляцию воды или воздуха по коллектору. По мере этого, происходит либо нагревание жидкости в баке, либо непосредственное отопление помещения.
Стоимость регуляторов, действующих по разному принципу, также варьируется. Самые дорогие — сложные регуляторы с микропроцессорами, служащими для оптимизации процесса передачи тепла к накопителю и различным зонам дома.
Для электропитания низковольтного вентилятора (у воздушного коллектора) и насоса (у жидкостного коллектора) постоянного тока, можно использовать солнечную батарею. При соответствующем размере, скорость работы вентилятора и насоса обеспечивает оптимальный приток солнечного тепла к теплоносителю. В солнечную погоду вентилятор и насос работают быстрее, а в пасмурные дни темп их работы, соответственно, замедляется.

Установка и текущий уход за системами солнечного нагрева
Эффективность системы солнечной системы во многом зависит от ее правильного расположения и дизайна, равно как и от качества и прочности ее компонентов. Не последнюю роль играет и мастерство подрядчика, устанавливающего систему.
Учтите, что смонтированная система нуждается в текущем уходе, оптимизирующем ее работу и предотвращающем поломки. Системы различного типа нуждаются в различном уходе, однако в среднем на ремонт потребуется 8-16 часов в год.

Воздушные солнечные коллекторы
Воздушные солнечные коллекторы используют воздух в качестве рабочей среды для поглощения и передачи энергии. Помимо непосредственного обогрева отдельных комнат, воздушные коллекторы могут использоваться для предварительного нагрева воздуха, который впоследствии может либо поступать в вентилятор рекуперации, либо подаваться на змеевик воздушного теплового насоса.
Воздушные коллекторы можно использовать в более раннее и более позднее время суток по сравнению с жидкостными, что является явным преимуществом первого – в жаркий сезон воздушный коллектор производит больше энергии, чем жидкостный аналогичных размеров. Кроме того, в отличие от жидкостных, воздушная система не только не замерзает, но и избавлена от существенных проблем, которые может вызвать малейшая утечка в коллекторе и распределительных каналах (хотя утечки несколько снижают производительность). Однако воздух является худшим теплопроводником, чем жидкость, поэтому, в целом, жидкостный коллектор обладает большим КПД, чем воздушный.
В системах старого образца воздух проходил через гравийный аккумулятор, однако в последнее время этот метод не пользуется особой популярностью. Дело в том, что при использовании гравийного аккумулятора возникают проблемы с конденсацией и размножением плесневых грибков в гравии, что оказывает не самое благоприятное влияние на воздух в помещении.

Комнатные воздушные нагреватели
Для обеспечения теплом одной или нескольких комнат, воздушные коллекторы могут монтироваться на крыше или внешней (южной) стене. Хотя рынок сегодня предлагает довольно широкий спектр коллекторов, произведенных промышленным способом, некоторые владельцы все же предпочитают изготавливать коллекторы самостоятельно.
Коллектор состоит из герметичной, термоизолированной металлической рамы и черной металлической пластины, поглощающей тепло, с остекленным покрытием. Солнечное излучение нагревает пластину, которая в свою очередь нагревает воздух в коллекторе. Вентилятор, работающий на электричестве, забирает воздух из комнаты и прогоняет его через коллектор, после чего нагретый воздух возвращается обратно в комнату. Коллектору, установленному на крыше, необходимы специальные каналы, через которые воздух из комнаты достигал бы коллектор и наоборот. Между тем, коллекторы, устанавливаемые на стенах, в воздушных каналах не нуждаются — отверстия для входа и выхода воздуха проделываются непосредственно в стене.
Простые оконные коллекторы вставляются в существующий оконный проем. Они могут быть как активными (работающими при использовании вентилятора), так и пассивными. В пассивном коллекторе воздух поступает в нижнюю часть коллектора и по мере нагревания поднимается в его верхнюю часть, из которой поступает прямо в комнату. Чтобы в пасмурную погоду воздух из помещения не попадал обратно на панель коллектора, у коллектора имеется специальный воздушный клапан. Следует иметь в виду, что оконные системы, как правило, не обладающие достаточной площадью поверхности, большой теплопроизводительностью не отличаются.

Жидкостные солнечные коллекторы
Жидкостный солнечные коллекторы больше всего подходят для центрального отопления. Для отопления используются аналогичные коллекторы, как и в домашних системах солнечного водоснабжения. Самыми распространенными являются плоские, однако доступны также и вакуумные, а также концентрирующие коллекторы. Для поглощения тепла в жидкостных коллекторах используется жидкий теплоноситель: вода, антифриз (как правило, низкотоксичный пропилен гликоль) или другая жидкость. Передвижение жидкости в коллекторе осуществляется с помощью циркуляционного насоса, который в определенное время включает регулятор.
Так как по коллектору жидкость движется довольно быстро, ее температура увеличивается всего на 5.6°–11°C. При нагревании меньших объемах жидкости на большую температуру, происходит переохлаждение коллектора, что уменьшает энергопроизводительность системы. Жидкость поступает либо в бак-аккумулятор, либо в теплообменник, после чего сразу же используется. Остальные компоненты системы включают трубопровод, теплообменник, бак-аккумулятор и регуляторы.
Скорость потока жидкости в коллекторе должна составлять от 0.82 до 1.22 литра в минуту на квадратный метр коллектора. Общая скорость потока (которую необходимо знать для выбора насоса нужного размера) вычисляется умножением вышеизложенной скорости на общую площадь коллектора.

Аккумулирования тепла в жидкостных системах: баки-аккумуляторы
В жидкостных системах солнечного нагрева тепло чаще всего накапливается в баках-аккумуляторах с водой. В среднем, на 0,093 кв.метра площади бака-аккумуляторы требуется 3.8–7.6 л воды. Баки могут быть как герметизированными, так и негерметизированными – выбор того или иного вида зависит от общего дизайна системы. Перед тем как выбрать бак, вам необходимо взвесить все факторы, включая цену, размер, прочность, срок службы, а также место (в подвале или снаружи) и метод установки. Может быть, бак нужных вам размеров не пройдет через дверной проем – тогда вам придется собирать его непосредственно на месте монтажа. У баков также есть ограничения относительно температуры и давления, кроме того они должны соответствовать местным строительным, сантехническим и механическим нормам. Также стоит продумать вид теплоизоляции, предотвращающей теплопотери, а также защитное покрытие, защищающее бак от коррозии и протечек.
Для систем, нуждающихся в особо больших накопительных емкостях, специальные баки, изготавливаются, как правило, на заказ. Обычно они делаются из нержавеющей стали, стекловолокна или высокотемпературного пластика. Альтернативой являются и баки, выполненные из бетона или дерева. Каждая разновидность баков имеет как преимущества, так и недостатки. Обладая разными размерами и весом, они могут быть идеальны в одном случае и абсолютно не подходить в другом. Иногда вместо одного большого бака более практично использовать несколько маленьких. В качестве аккумулятора можно использовать и домашние водонагреватели. Они изготавливаются с учетом строительных норм относительно применения сосудов высокого давления, являются стойкими к коррозии, а кроме того к ним несложно подсоединить трубы и арматуру.

Читать еще:  Печерская икона божией матери

Распределение тепла в жидкостных системах

Пассивные и активные солнечные системы отопления

Солнечное отопление может быть использовано для обогрева жилого пространства в вашем доме. А существуют два основных типа таких систем: пассивное и активное солнечное отопление.

Оборудование для получения тепла от солнца обычно работает за счет поглощения солнечной радиации, и последующего преобразования её в тепловую энергию. Концепция движения воздуха, называемая естественной конвекцией, является неотъемлемой частью всех солнечных установок для теплоснабжения.

Солнечное отопление может быть использовано для обогрева жилого пространства в вашем доме или для нагрева воды в водопроводной системе.

Есть много преимуществ получаемых от включения солнечной системы отопления в дизайн Вашего дома:

  • Оборудование для получения тепла от солнца экологически чистое.
  • Оборудование для получения тепла от солнца не загрязняет окружающую среду или не производит парниковых газов.
  • Оборудование для получения тепла от солнца помогает экономить энергию ресурсов Земли.
  • Оборудование для получения тепла от солнца является лучшим выбором для людей с аллергией и чувствительностью к различным химикатам.
  • Оборудование для получения тепла от солнца довольно стабильно в своей стоимости. После того как вы его купили, вы защищены от инфляции и политических / экономических рисков, которые могут присутствовать при использовании других видов топлива.

Существуют два основных типа солнечных систем отопления: пассивное солнечное отопление и активное солнечного отопления.

Пассивное солнечное отопление

Дизайн оборудования пассивного солнечного отопления не включает в себя каких-либо механических устройств отопления. Пассивное солнечное отопление функционирует путем включения в себя особенностей здания, которое в течении дня поглощает тепло и затем медленно его выпускает, что поддерживает температуру в доме.

Эти строительные особенности могут включать в себя большие окна, каменные полы, и кирпичные стены. Для правильного использования пассивной солнечной энергии, должна быть налажена циркуляция нагретого воздуха по всему дому. Естественной циркуляции воздуха, как правило достаточно до тех пор, пока двери во всем доме остаются открытыми, однако иногда вентиляторы так-же могут быть включены в проект.

Хотя это и относительно простые меры, именно пассивное солнечное отопление может снизить счета за отопление почти на 50 процентов. Ведь что такое солнечная энергия? Это бесплатное электричество, которое дарит нам природа земли.

А во многих случаях, особенно если вы работаете с застройщиком который хорошо знаком с процессами пассивного солнечного отопления, строительство пассивного солнечного дома может стоить столько же, как и строительство обычного дома.

Активное солнечное отопление

Активное солнечное отопление похоже на пассивное солнечное отопление, но это гораздо более сложный процесс, и создает гораздо больше тепла, чем пассивные системы. Активное солнечное отопление обычно состоит из трех составляющих: солнечного коллектора для поглощения солнечной энергии, системы хранения полученой энергии и системы теплообмена для рассеивания тепла в соответствующие места в вашем доме.

Активные системы отопления можно разделить на две категории: воздушные системы и жидкие системы.

Различия в активных системах отопления находятся в том, как солнечная энергия накапливается в солнечном коллекторе. Жидкие системы используют жидкость для сбора энергии в солнечном коллекторе, в то время как воздушные системы поглощают энергию с помощью воздуха.

Так как солнечные коллекторы обычно устанавливается на крыше здания, то лучше всего разместить выход горячего воздуха в потолке. Система, установленная таким образом смешивает воздух в помещениях здания и к тому-же действует как потолочный вентилятор. опубликовано econet.ru

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Системы активного солнечного теплоснабжения

Основным элементом систем активного теплоснабжения является солнечный коллектор (СК) В современных низкотемпературных системах теплоснабжения (до 100 °С), применяющихся для преобразования солнечной энергии в низкопотенциальное тепло для горячего водоснабжения, отопления и других тепловых процессов, используют так называемый плоский коллектор, представляющий собой гелиоприемный абсорбер, по которому циркулирует теплоноситель; конструкция теплоизолирована с тыльной и застеклена с лицевой стороны.

В системах высокотемпературного теплоснабжения (выше 100 °С) применяют высокотемпературные солнечные коллекторы. В настоящее время наиболее эффективным из них считается концентрирующий солнечный коллектор Луза, представляющий собой параболический желоб с черной трубкой в центре, на которую концентрируется солнечное излучение. Такие коллекторы очень эффективны в случаях, когда необходимо создавать температурные условия выше 100 °С для промышленности или ятя производства пара в электроэнергетике. Они используются на некоторых солнечных тепловых станциях в Калифорнии; для северной Европы они являются недостаточно эффективными, так как не могут использовать рассеянную солнечную радиацию.

Мировой опыт. В Австралии на надеван не жидкости до температуры ниже 100 °С расходуется около 20 % общей потребляемой энергии. Установлено, что для обеспечения теплой водой 80 % сельских жилых домов на 1 человека необходимо 2…3 м2 поверхности солнечного коллектора и бак для воды емкостью 100… 150 литров. Широким спросом пользуются установки с площадью 25 м2 и бойлером для воды на 1000…1500 л, обеспечивающие теплой водой 12 человек.

В Великобритании жители сельской местности на 40…50 % удовлетворяют потребности в тепловой энергии за счет использования излучения Солнца.

В Германии на исследовательской станции под Дюссельдорфом апробирована активная солнечная водонагревательная установка (площадь коллекторов 65 м2), позволяющая получать в среднем за год 60 % необходимого тепла, а летом 80…90 %. В условиях Германии семья, состоящая из 4-х человек, может полностью обеспечить себя теплом при наличии энергетической крыши площадью 6…9 м2.

Наиболее широко тепловая энергия Солнца применяется для обогрева теплиц и создания в них искусственного климата; несколько способов использования солнечной энергии в таком направлении испытано в Швейцарии.

В Германии (г. Ганновер) в Институте техники, садоводства и сельского хозяйства исследуется возможность использования солнечных коллекторов, размещенных рядом с теплицей или вмонтированных в ее конструкцию, а также самих теплиц как солнечного коллектора с использованием подкрашенной жидкости, пропускающейся через двойное покрытие теплицы и нагревающейся солнечным излучением Результаты исследований показали, что в климатических условиях Германии нагрев с использованием только солнечной энергии на протяжении всего года не полностью удовлетворяет потребности в тепле. Современные солнечные коллекторы в условиях Германии могут обеспечить потребности сельского хозяйства в теплой воде летом на 90 %, зимой на 29…30 % и в переходный период — на 55…60 %.

Активные солнечные отопительные системы наиболее распространены в Израиле, Испании, на острове Тайвань, в Мексике и Канаде. Только в Австралии более 400 000 домов имеют солнечные водонагреватели. В Израиле больше 70 % всех односемейных домов (около 900 000) оборудованы солнечными водонагревателями с солнечными коллекторами общей площадью 2,5 млн м2, что обеспечивает возможность ежегодной экономии топлива в количестве около 0,5 млн т н.э.

Конструктивное усовершенствование плоских СК происходит по двум направлениям:

  • поиск новых неметаллических конструкционных материалов;
  • усовершенствование оптико-тепловых характеристик наиболее ответственного узла абсорбер—светопроницаемый элемент.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector