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

Солнечная энергия в системах теплоснабжения

Теплоснабжение зданий с использованием систем утилизации солнечной энергии

Журнал «Новости теплоснабжения», № 6 (10) июнь 2001, С. 34 – 36, www.ntsn.ru

д.т.н. В.С.Степанов, профессор; к.т. н. И.И.Айзенберг, доцент; к.т.н. Е.Э.Баймачев

В г. Иркутске отопительная нагрузка с апреля по октябрь включительно может полностью покрываться за счет утилизации солнечной энергии

Возобновляемые источники энергии

Одним из путей снижения затрат топлива является использование возобновляемых источников энергии, осбенно нетрадиционного типа, которые ранее либо совсем не ис­пользовались, либо использовались в очень ограниченных масштабах. К ним относятся солнечная, гидротермальная, приливная энергия, энергия биомассы, низкопотенциальное тепло природного и искусственного происхождения.

Возобновляемые и нетрадиционные виды энергии помимо неограниченности их запасов привлекают внимание также и относительно высокой экологической чистотой по сравнению с традиционными. Последнее обстоятельство особенно важно для региона озе­ра Байкал, если учесть, что этот регион относится к районам с повышенными экологическими требованиями, а большинство расположенных здесь котельных и ТЭЦ работают на угле.

Применение возобновляемых источников энергии, особенно солнечной, является наиболее обоснованным для объектов, оторванных от систем централизованного энерго­снабжения: небольших поселков в районе озера Байкал, на севере Иркутской области, Красноярского края, в Саха-Якутии и т. д.

Энергоэффективные здания

Наиболее перспективным представляется использование энергии солнца на цели отопления и горячего водоснабжения в так называемых гелиоактивных зданиях.

Анализ традиционной сибирской архитектуры с точки зрения экономии энергии показывает, что она недостаточно учитывает возможности использования гелиоэнергетических ресурсов и климатические условия региона. Это относится, прежде всего, к ориентации зданий относительно сторон света, а также относительно господствующего направ­ления ветра. Нетрудно заметить, что реальное градостроительство подчинено стремлению располагать оси домов произвольно или в соответствии с рельефом местности (вдоль дорог, берегов рек, протяженных складок местности и т. д.).

Другим важным моментом проблемы энергосбережения в этой сфере является минимизация теплопотерь через ограждающие конструкции зданий. Понятно, что решающая роль здесь принадлежит существующим нормативам по термическому сопротивлению ог­раждающих конструкций.

В частности при проектировании солнечных домов рекомендуется руководствоваться следующим:

1. учитывать экономию энергии всем зданием (в частности, за счет теплоизоляции);

2. осуществлять расчет будущей экономии энергии, за счет которой должны окупиться затраты на оборудование системы;

3. гарантировать экономичность системы во всех эксплуатационных режимах, применять высококвалифицированное проектирование с инженерными решениями, обес­печивающими эффективную работу систем, при их минимальной стоимости.

Исходя из этих положений, в 1994-2000 годах на кафедре теплогазоснабжения, вен­тиляции и охраны воздушного бассейна ИрГТУ был разработан ряд проектов энергоактивных зданий. Основой проекта является расчет энергетического баланса энергоактивного дома.

С точки зрения гелиотехники оптимальным, для условий Восточной Сибири, выглядит 2-3-х этажный индивидуальный жилой дом, имеющий пассивные (стены Тромба-Мишеля) (рис. 1) и активные (плоские солнечные коллекторы) элементы систем солнеч­ного теплоснабжения. Стена Тромба-Мишеля размещается на южном и (или) юго-западном фасадах здания. Плоские солнечные коллекторы размещаются на южном скате крыши. Солнечная энергия в течение летнего периода расходуется на горячее водоснаб­жение (возможно использование солнечного охлаждения), а ее избытки аккумулируются в баке-аккумуляторе, расположенном в подвале, что позволяет эффективно отапливать по­мещения первого этажа. Зимой солнечная энергия расходуется на отопление и горячее во­доснабжение. В случае недостатка, дефицит тепла покрывается либо с помощью бака-аккумулятора, дублирующего источника энергии (электрокалорифера) и теплового насоса. В качестве теплоносителя может использоваться: этиленгликоль в первичном и вода во вторичном контурах установки. Общая площадь отапливаемых помещений – до 100 м 2 . Помещения в здании распределены таким образом, чтобы на северную и восточную сто­роны здания приходились вспомогательные помещения, являющиеся тепловым буфером, а жилые помещения сосредотачивались на южном фасаде.

В качестве исходной информации использованы данные источников [2, З], а также результаты экспериментов, проведенных авторами в г. Иркутске на собственной модели солнечного коллектора (рис. 2).

Экспериментальные данные

Отражатели слабо влияют на увеличение приема диффузной солнечной радиации. Нерегулируемые отражатели увеличивают радиационный поток на коллекторе в течение 1,5-2 часов в день, в утренние и вечерние часы могут давать эффект затенения, в другое время – практически не влияют на работу плоского солнечного коллектора, занимая при этом существенную площадь. Отражатели можно рекомендовать к использованию совме­стно с плоским солнечным коллектором в случаях их работы в качестве одиночной уста­новки, например, для нагрева воды в душевой кабине. В случае расположения коллектора в составе коллекторного поля применение отражателей нецелесообразно.

Коллектор показал слабые возможности по улавливанию рассеянной солнечной ра­диации. В дни с переменной или сплошной облачностью температура в баке-аккумуляторе если и отличалась от наружной, то незначительно.

Эксперименты с углом наклона коллектора к горизонту выявили резкое падение КПД при отклонении угла наклона от оптимального, равного географической широте ме­стности. Максимальные допустимые отклонения угла наклона коллектора к горизонту составляют ±10° от угла широты и 15° от направления на юг; при таких отклонениях КПД коллектора снижается на 10-15% (рис. 3).

Оптимальный гелиоактивный дом

Проведенные расчеты показали:

1. С помощью системы солнечного теплоснабжения в течение всего года нагрузка на горячее водоснабжение может удовлетворяться полностью при расходе воды 100 л/чел в сутки;

2. Отопительная нагрузка с апреля по октябрь включительно может полностью покрываться за счет утилизации солнечной энергии;

3. Приход солнечной радиации в теплый период года позволяет, при необходимости, организовывать солнечное охлаждение (кондиционирование).

Анализ схем солнечного теплоснабжения

При рассмотрении различных схем солнечного теплоснабжения, а также их элементов выявлено, что:

— применение схемы непосредственного солнечного нагрева воды как основной в условиях Восточной Сибири нерационально. Эту схему можно применять в качестве дополнительной к традиционной для работы в режиме «весна-лето-осень» [5];

— плоские солнечные коллекторы с воздушным теплоносителем обладают мень­шим КПД, по сравнению с коллекторами на жидкостном теплоносителе, поэтому не реко­мендуются к применению в условиях Восточной Сибири;

— пассивные системы с прямым солнечным обогревом безусловно применимы в качестве элементов энергоактивных зданий для климатических условий Иркутской области;

— стены Тромба-Мишеля полностью применимы в рассматриваемых климатических условиях. Их применение может быть предусмотрено в проектируемых домах, а так же при реконструкции существующих зданий. Суровые климатические условия Восточной Сибири заставляют применять теплозащитные устройства с повышенными характеристиками. В качестве таких устройств можно использовать дополнительные слои остекления в зимнее время. Например, для стен Тромба-Мишеля можно рекомендовать в теплый и переходный периоды – однослойное остекление, а в холодный период дополнительно к существующему остеклению устанавливать двойные стеклопакеты.

Выводы

Суровые климатические условия Сибири, масштабы потребления топлива на цели отопления и горячего водоснабжения делают необходимым широкое развитие «солнечного» домостроения, чему в достаточной мере способствует гелиоэнергетическое изобилие южных районов Сибири.

При индивидуальном жилищном строительстве в Восточной Сибири энергоактив­ное здание должно удовлетворять повышенным теплозащитным требованиям, иметь тройное остекление или установленные стеклопакеты. Отопление помещений первого этажа может эффективно решаться путем установки под жилыми помещениями бака-аккумулятора солнечной энергии, как источника низкопотенциальной тепловой энергии.

В систему теплоснабжения энергоактивных зданий (круглогодично эксплуатируе­мых) в Иркутской области и аналогичных по климатическим условиям районов Краснояр­ского края, Республики Бурятия, Читинской области и т. д. должны включаться тепловой насос (для повышения потенциала тепловой энергии) и дополнительный источник энергии (для покрытия дефицита энергии в периоды длительных неблагоприятных погодных условий).

Литература

1. Программное обеспечение инженерных расчетов в области строительства: состояние и

направления строительства. Известия вузов «Строительство». № 6 (498) -2000. 2 ВНИИГМИ-МЦЦ ( www . meteo . ru ).

3. Справочник по климатуСССР (Иркутская область и БурятскаяАССР). Солнечная радиация.

4. Т. А. Маркус, Э. Н. Моррис. Здания, климат, энергия. Пер. с англ. под ред. Н. В. Кобышевой, Е. Г. Малявиной. — Ленинград, Гидрометеоиздат, 1985. — 544 с.

Читать еще:  Водородный генератор для отопления частного

5. Энергоактивные здания/ Н. П. Селиванов, А. И. Мелуа, С. В. Зоколей и др.; Под ред. Э. В. Сарнацкого и Н. П. Селиванова. — М.: Стройиздат, 1988. — 376 с.

6. У.А.Бекман, С.А.Клейн, Дж.А.Даффи. Расчет солнечного теплоснабжения. – М.: Энергоиздат, 1982. — 79 с.

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.

Читать еще:  Кондиционер два внутренних блока и один наружный

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-

Повышение энергоэффективности систем теплоснабжения в Узбекистане путем использования солнечной энергии

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 06.03.2017 2017-03-06

Статья просмотрена: 120 раз

Библиографическое описание:

Рузикулов Г. Ю., Тошмаматов Б. М., Курбонов Д. А. Повышение энергоэффективности систем теплоснабжения в Узбекистане путем использования солнечной энергии // Молодой ученый. — 2017. — №9. — С. 85-86. — URL https://moluch.ru/archive/143/40258/ (дата обращения: 15.11.2019).

В статье представлена система теплоснабжения с использованием солнечной энергии. На основе теоретических исследований рассмотрены преимущества систем горячего водоснабжения и теплоснабжения в Республике Узбекистан.

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

В районах республики с большим числом солнечных дней и жарким климатом целесообразно использование солнечной энергии для целей теплоснабжения и др. В формировании климата Узбекистана определяющее значение имеет радиационный фактор. Главные черты климата, – высокие температурные значения воздуха и почвы, а также чрезвычайная сухость летнего периода, формируются солнечным излучением. В теплое время года благодаря исключительной ясности неба поступление солнечной радиации настолько велико, что другой мощный климатообразующий фактор — циркуляция атмосферы – играет подчинительную роль. Общая продолжительность возможного солнечного сияния на равнинах Узбекистана составляет 4455–4475 часов в год. Фактически годовое число солнечного сияния здесь достигает 3000–3100 часов, что составляет 65–70 % от возможного. Зимой над территорией Узбекистана формируются воздушные фронты умеренных широт, в результате чего умеренные воздушные массы сталкиваются с тропическими массами и образуются циклоны, выпадают осадки.

Продолжительность солнечного сияния определяет количество поступающей солнечной радиации. Количество теплоты от суммарной радиации колеблется в пределах 140–160 ккал / в год. При этом на долю прямой радиации из этой общей суммы тепла приходится 65–70 %.

Под солнечным теплоснабжением понимается использование солнечной энергии для обеспечения горячего водоснабжения и отопления в индивидуальных домах, производственных помещениях и сельскохозяйственных профилях. Для определения эффективности солнечного теплоснабжения в том или ином пункте или регионе недостаточно только информации о климатических условиях [1].

Итак, ясно, что наиболее массовыми в условиях Узбекистана могут быть установки горячего водоснабжения и отопления. 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.

На основании анализа материалов, приведенных выше, можно сделать вывод, что наиболее применимой в условиях Узбекистана является солнечная установка, действующая в режиме сезонного или круглогодичного горячего водоснабжения. Учитывая климатические условия страны, ясно, что это должна быть одноконтурная линза собирательная система, где в коллекторном контуре циркулирует незамерзающий теплоноситель (антифризы (рис. 1)).

Рис. 1. Принципиальная схема одноконтурного линза собирательного солнечного водо-воздуха нагревателя: 1 – собирающая линза; 2 – аккумулирующий бак; 3 – солнечный коллектор; 4 – насос; 5, 6 – спиральный теплообменник; 7 – теплообменный бак; 8 – расширительный бак; 9 – вентилятор; 10 – воздушный вентиль

На выходе из СК в верхней точке контура аккумулирующего бака устанавливается автоматическая собирающая линза. Затем нагретый в СК теплоноситель проходит через опускной трубопровод и поступает в аккумулирующий бак и теплоноситель, нагретый до высоких температур собирающей линзой. Затем теплоносителя поступает в теплообменный бак, где охлаждается, передавая тепло расходной воде бака. После выхода из бака теплоноситель по трубопроводу поступает через насос в нижнюю часть СК. Вода нагревается до высокой температуры. Затем ее температура используется для нагревания воздуха окружающей среды. После выхода из бака нагретый воздух поступает в помещение через вентилятор. Если температура теплоносителя на выходе из аккумулирующего бака выше, чем температура воды в баке, то включается насос и тепло передается воде в бак. При использовании современных насосов в работе может производиться регулировка частоты вращения насоса, чтобы, по возможности, поддерживать постоянной установленную разность температур управляющих датчиков.

Читать еще:  Удельная теплота сгорания топлива и горючих материалов

Многие зарубежные блоки управления имеют функции защиты установки от перегрева. Так, если температура СК превышает установленный уровень, то блок управления принудительно включает насос, пока температура коллекторов не понизится на 15 °С, не смотря на то, что сам бак будет разогреваться выше установленной предельной температуры. Но при достижении в баке максимальной температуры 100 °С насос выключается обязательно [2].

Реальным положительным эффектом от использования одноконтурного линза собирательного солнечного водо-воздуха нагревателя (кроме экологического) является экономия топлива. В условиях децентрализованного теплоснабжения этот КПД можно принимать равным 0,5–0,6. При этом в зависимости от режима использования установки и климатических условий в данном пункте удельная годовая (сезонная) экономия топлива (согласно расчетам) составляет от 0,06 до 0,3 т. у. т.

  1. А. И. Анарбаев, Р. А. Захидов, Н. И. Орлова. Гелиотехника. 2007. № 1. C. 14–20.
  2. Иванова Е. А. Альтернативные источники теплоснабжения: методические указания / Томск: Изд-во Том. гос. архит. — строит. унта, 2013. С. 40.

Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление

В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м 2 , достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в любом (независимо от широты) месте, около 1 000 Вт/м 2 . В условиях средней полосы России солнечное излучение «приносит» на поверхность земли энергию, эквивалентную примерно 100-150 кг условного топлива на м 2 в год.

Для оценки ресурса солнечной энергии, приходящей на единицу поверхности, применяются различные показатели. Обычно используется значение среднегодового, среднемесячного и суточное количество энергии, которое измеряется в кВт*ч/м 2 . Также, часто используется так называемое «количество пиковых часов» солнечного сияния за период- это приведенное значение, обычно получается делением прихода энергии за период на 1000 Вт/м 2 . Этот параметр удобно использовать, так как обычно все параметры солнечных батарей и солнечных коллекторов указываются именно при этой пиковой освещенности.

Практическая задача, стоящая перед разработчиками и создателями различного вида солнечных установок, состоит в том, чтобы наиболее эффективно «собрать» этот поток энергии и преобразовать его в нужный вид энергии (теплоту, электроэнергию) при наименьших затратах на установку. Простейшим и наиболее дешевым способом использования солнечной энергии является нагрев бытовой воды в так называемых плоских солнечных коллекторах.

Солнечные коллекторы разного типа позволяют получить тепловую энергию, которая в первую очередь используется для приготовления горячей воды, что особенно актуально в летний период года, когда наблюдается максимальная солнечная активность и максимальное потребление горячей воды.
Кроме этого в отдельных случаях при построении комбинированных котельных установок тепло от солнечных коллекторов частично можно использовать в различных системах отопления, например, при работе котельной установки в переходные периоды года. Такой подход позволяет существенно повысить эффективность котельной установки в целом.

Используя энергию солнца, гелиосистемы позволяют ежегодно экономить традиционное топливо:
— до 75% — для горячего водоснабжения (ГВС) при круглогодичном использовании;
— до 95% — для ГВС при сезонном использовании;
— до 50% — для целей отопления;
— до 80% — для целей дежурного отопления.

Следует учитывать, что каждая система индивидуальна, и процент экономии энергоресурсов при использовании гелиосистемы необходимо рассчитывать. Для точного расчетов гелиосистем использует сложные программные продукты.

В последнее время все более широкое применение в России находят системы с вакуумными солнечными коллекторами. В солнечные летние дни разницы в работе хороших плоских и вакуумных солнечных коллекторов практически незаметна. Однако при низкой температуре окружающей среды преимущества вакуумных коллекторов становятся очевидны. Также, даже в летнее время есть разница в между максимальными температурами нагрева воды в коллекторах. Если для плоских коллекторов максимальная температура не превышает 80-90 градусов, то в вакуумных коллекторах температура теплоносителя может превышать 100 °С. С одной стороны, это требует постоянного отвода тепла от вакуумного коллектора, чтобы он не закипел, или применение других технических решений для предотвращения перегрева воды в теплоаккумулирующем баке. С другой стороны, в системах с плоскими коллекторами существует проблема размножения бактерий и других микроорганизмов (там тепло и влажно), которой нет в системах с вакуумными коллекторами (в них происходит периодическая «пастеризация и стерилизация» за счет более высокой температуры. Так, средняя температура в работающей системе с плоскими коллекторами обычно составляет 40-50 градусов, а в системе с вакуумными коллекторами — 60-80 градусов (значения указаны для лета при типичном потреблении горячей воды.

Мы предлагаем как плоские, так и вакуумные солнечные коллекторы и системы на их основе.

Обычно системы с плоскими коллекторами используют сезонно, с весны по осень. В зимнее время
производительность систем с плоскими солнечными коллекторами падает за счет теплопотерь в окружающую среду. В круглогодичных солнечных водонагревательных установках обычно используются вакуумные солнечные коллекторы, хотя в южных регионах России возможно использование и плоских коллеторов в хорошей теплоизоляцией. В любом случае необходимо уделять пристальное внимание теплоизоляции труб, идущих к коллектору и от него.

Принцип работы солнечной водонагревательной установки

Схема круглогодичной солнечной водонагревательной установки.

Солнечная водонагревательная установка СВУ состоит из солнечного коллектора и теплообменника-аккумулятора. Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель (специальный антифриз). Теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдает затем тепловую энергию воде через теплообменник, (обычно вмонтированный в бак-аккумулятор, но может быть и отдельным). В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до момента ее использования, поэтому он должен иметь хорошую теплоизоляцию. В первом контуре, где расположен солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя. В бак-аккумулятор может устанавливаться электрический нагреватель-дублер. В случае понижения температуры в баке-аккумуляторе ниже установленной (продолжительная пасмурная погода или малое количество часов солнечного сияния зимой) нагреватель-дублер автоматически включается и догревает воду до заданной температуры. Очень часто солнечные нагреватели используют совместно с другими источниками тепла — газовыми, жидкотопливными, пеллетными и т.п. бойлерами.

Солнечные установки сезонного действия с использованием солнечных коллекторов могут непосредственно нагревать воду в баке-аккумуляторе.

Более подробную информацию по этой теме, о принципах построения и типах солнечных нагревательных систем, их достоинствах и недостатках вы можете посмотреть в разделе нашего сайта по основам возобновляемой энергетики (солнечное теплоснабжение), а также почитать статьи в нашей Библиотеке.

Математическое моделирование простейшей солнечной водонагревательной установки, проведенное в Институте высоких температур Российской академии наук с использованием современных программных средств и данных типичного метеогода показало, что в реальных климатических условиях средней полосы России целесообразно использование сезонных плоских солнечных водонагревателей, работающих в период с марта по сентябрь. Для установки с отношением площади солнечного коллектора к объему бака-аккумулятора 2 м 2 /100 л вероятность ежедневного нагрева воды в этот период до температуры не менее чем 37 ° С составляет 50-90%, до температуры не менее чем 45°С — 30-70%, до температуры не менее чем 55 ° С — 20-60%. Максимальные значения вероятности относятся к летним месяцам.

«Ваш Солнечный Дом» разрабатывает, комплектует и поставляет готовые системы солнечного теплоснабжения, как с пассивной, так и с активной циркуляцией теплоносителя. Описание этих систем вы можете найти в соответствующих разделах нашего сайта. Заказ и покупка осуществляется через Интернет-магазин.

Очень часто задается вопрос, можно ли использовать солнечные нагревательные установки для отопления в условиях России. По этому поводу написана отдельная статья — «Солнечная поддержка отопления»

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector