Возобновляемые источники энергии

4
3
2
1
Горячая
вода
Холодная
вода
Рис. 3.2. Схема солнечной водонагревательной установки:
1
— солнечный коллектор; 
2
— теплообменник; 
3
— бак-аккумулятор; 
4
— электронагре-
ватель
1
3
8
8
2
8
7
4
6
9
5
От водопровода
Воздух
Рис. 3.3. Принципиальная схема системы солнечного теплоснабжения: 
1
— солнечный коллектор; 
2
— бак-аккумулятор; 
3
— теплообменник; 
4
— здание; 
5
—
калорифер; 
6
— дублер системы отопления; 
7
— дублер системы горячего водоснабжения;
8
— циркуляционные насосы; 
9
— вентилятор

---

151
3-й контур состоит из бака-аккумулятора 
2
, циркуляционного
насоса 
8
, водовоздушного теплообменника (калорифера) 
5
.
Система солнечного теплоснабжения функционирует следующим
образом. Теплоноситель (антифриз) теплоприемного контура, нагре-
вается в солнечных коллекторах 
1
и поступает в теплообменник 
3
,
где теплота антифриза передается воде, циркулирующей в межтруб-
ном пространстве теплообменника 
3
под действием насоса 
8
2-го
контура. Нагретая вода поступает в бак-аккумулятор 
2
. Из бака-акку-
мулятора вода забирается насосом горячего водоснабжения 
8
, дово-
дится при необходимости до требуемой температуры в дублере 
7
и
поступает в систему горячего водоснабжения здания. Подпитка бака
аккумулятора осуществляется из водопровода. Для отопления вода из
бака-аккумулятора 
2
подается насосом 
8
3-го контура в калорифер 
5
,
через который с помощью вентилятора 
9
пропускается воздух. После
нагрева вода поступает в здание 
4
. При отсутствии солнечной радиа-
ции или нехватки тепловой энергии, вырабатываемой солнечными
коллекторами, в работу включается дублер системы отопления 
6
.
Выбор и компоновка элементов системы солнечного теплоснабжения
в каждом случае определяются климатическими факторами, назначе-
нием объекта, режимом теплопотребления, экономическими показа-
телями.
На рис. 3.4 приведена схема системы солнечного отопления энер-
гоэффективного экологически чистого дома [20].
В системе в качестве теплоносителя используют воду при положи-
тельных температурах и антифриз в отопительный период (солнечный
контур), воду (2-й контур напольного отопления) и воздух (3-й контур
воздушного солнечного отопления). В качестве дублирующего источ-
ника использован электрокотел, а для аккумулирования тепла на одни
1
3
8
2
7
4
6
9
9
10
11
12
5
Рис. 3.4. Схема системы солнечного теплоснабжения:
1
— солнечный коллектор; 
2
— бак-аккумулятор горячей воды; 
3
— теплообменник; 
4
—
циркуляционный насос; 
5
— здание с напольным отоплением; 
6
— электрокотел; 
7
— пас-
сивная солнечная система отопления; 
8
— галечный аккумулятор; 
9
— заслонки; 
10
— вен-
тилятор; 
11
— поток теплого воздуха в здание; 
12
— подача рециркуляционного воздуха в
здание 

---

152
сутки используется аккумулятор объемом 5 м
3
с насадкой из гальки;
1 м
3
гальки аккумулирует в среднем за день 5 МДж тепла.
Низкотемпературные системы аккумулирования тепла охваты-
вают диапазон температур от 30 до 100 °С и используются в системах
воздушного (30 °С) и водяного (30—90 °С) отопления и горячего
водоснабжения (45—60 °С). Система аккумулирования тепла, как пра-
вило, содержит резервуар, теплоаккумулирующий материал, с помо-
щью которого осуществляется накопление и хранение тепловой энер-
гии, теплообменные устройства для подвода и отвода тепла при
зарядке и разрядке аккумулятора и тепловую изоляцию.
Аккумуляторы классифицируют по характеру физико-химических
процессов, протекающих в теплоаккумулирующих материалах:
•
аккумуляторы емкостного типа, в которых используется тепло-
емкость нагреваемого материала (галька, вода, водные растворы
солей и т.п.);
•
аккумуляторы фазового перехода вещества, в которых исполь-
зуется теплота плавления (затвердевания) вещества;
•
аккумуляторы энергии, основанные на выделении и поглощении
теплоты при обратимых химических и фотохимических реакциях.
Наиболее широко распространены аккумуляторы теплоты емкост-
ного типа. Количество теплоты 
Q
, кДж, которое может быть накоплено
в аккумуляторе теплоты емкостного типа, определяется по формуле
Q
= 
mc
(
Т
2
– 
Т
1
),
(3.1)
где 
m
— масса теплоаккумулирующего вещества, кг; 
с
— удельная
изобарная теплоемкость вещества, кДж/(кг
æ
К); 
Т
1
и 
Т
2
— средние
значения начальной и конечной температур теплоаккумулирующего
вещества, К.
Наиболее эффективным теплоаккумулирующим материалом в
жидкостных солнечных системах теплоснабжения является вода. Для
сезонного аккумулирования тепла перспективно использование под-
земных водоемов, грунта горной породы и других природных образо-
ваний.
3.1.2. Концентрирующие гелиоприемники
Концентрирующие гелиоприемники
представляют собой сфери-
ческие или параболические зеркала (рис. 3.5), выполненные из поли-
рованного металла, в фокус которых помещают тепловосприни-
мающий элемент (солнечный котел), через который циркулирует
теплоноситель. В качестве теплоносителя используют воду или неза-
мерзающие жидкости. При использовании в качестве теплоносителя
воды в ночные часы и в холодный период систему обязательно опо-
рожняют для предотвращения ее замерзания.

---

153
Для обеспечения высокой эффективности процесса улавливания и
преобразования солнечной радиации концентрирующий гелиоприем-
ник должен быть постоянно направлен строго на Солнце. С этой
целью гелиоприемник снабжают системой слежения, включающей
датчик направления на Солнце, электронный блок преобразования
сигналов, электродвигатель с редуктором для поворота конструкции
гелиоприемника в двух плоскостях.
Преимуществом систем с концентрирующими гелиоприемниками
является способность выработки тепла с относительно высокой тем-
пературой (до 100 °С) и даже пара. К недостаткам следует отнести
высокую стоимость конструкции; необходимость постоянной очистки
отражающих поверхностей от пыли; работу только в светлое время
суток, а следовательно, потребность в аккумуляторах большого объема;
большие энергозатраты на привод системы слежения за ходом Солнца,
соизмеримые с вырабатываемой энергией. Эти недостатки сдержи-
вают широкое применение активных низкотемпературных систем
солнечного отопления с концентрирующими гелиоприемниками. В
последнее время наиболее часто для солнечных низкотемпературных
систем отопления применяют плоские гелиоприемники.
3.1.3. Плоские солнечные коллекторы
Плоский солнечный коллектор
представляет собой теплообмен-
ник, предназначенный для нагрева жидкости или газа за счет солнеч-
ной энергии. Область применения плоских солнечных коллекторов —
системы отопления жилых и производственных зданий, системы кон-