Майже половина всієї виробленої енергії використовується для обігріву повітря. Сонце світить і взимку, але його випромінювання зазвичай недооцінюється.

Грудневим днем \u200b\u200bнедалеко від Цюріха фізик А. Фішер генерував пар; це було, коли сонце знаходилося в своїй найнижчій точці, а температура повітря була 3 ° С. Днем пізніше сонячний колектор площею 0,7 м2 нагрів 30 л холодної води з садового водопроводу до + 60 ° С.

Сонячна енергія взимку може легко використовуватися для обігріву повітря в приміщеннях. Навесні і восени, коли часто буває сонячно, але холодно, сонячний обігрів приміщень дозволить не включати основне опалення. Це дає можливість заощадити частину енергії, а відповідно і гроші. Для будинків, якими рідко користуються, або для сезонного житла (дачі, бунгало), обігрів сонячною енергією особливо корисний взимку, тому що виключає надмірне охолодження стін, запобігаючи руйнуванню від конденсації вологи і цвілі. Таким чином, щорічні експлуатаційні витрати в основному знижуються.

При опаленні будинків за допомогою сонячного тепла необхідно вирішувати проблему теплоізоляції приміщень на основі архітектурно-конструктивних елементів, тобто при створенні ефективної системи сонячного опалення слід зводити будинки, які мають хороші теплоізоляційні властивості.

вартість тепла
допоміжне опалення

Сонячний внесок в опалення будинку
На жаль, період надходження тепла від Сонця далеко не завжди збігається за фазою з періодом появи теплових навантажень.

Велика частина енергії, яка є в нашому розпорядженні протягом літнього періоду, Втрачається через відсутність постійного попиту на неї (насправді колекторна система є до певної міри системою саморегулюючим: коли температура носія досягає рівноважного значення, тепловоспріятіе припиняється, оскільки теплові втрати від сонячного колектора стають рівними сприймається тепла).

Кількість корисного тепла, поглиненого сонячним колектором, залежить від 7 параметрів:

1. величини надходить сонячної енергії;
2. оптичних втрат в прозорій ізоляції;
3. поглинаючих властивостей теплосприймаючої поверхні сонячного колектора;
4. ефективності тепловіддачі від теплоприемника (від теплосприймаючої поверхні сонячного колектора до рідини, тобто від величини ефективності теплоприемника);
5. пропускна здатність прозорою теплоізоляції, яка визначає рівень теплових втрат;
6. температури теплосприймаючої поверхні сонячного колектора, яка в свою чергу залежить від швидкості теплоносія і температури теплоносія на вході в сонячний колектор;
7. температури зовнішнього повітря.

Ефективність сонячного колектора, тобто відношення використаної енергії і падаючої, буде визначатися усіма цими параметрами. при сприятливих умовах вона може досягти 70%, а при несприятливих знизитися до 30%. Точне значення ефективності можна отримати при попередньому розрахунку тільки шляхом повного моделювання поведінки системи з урахуванням всіх факторів, перерахованих вище. Очевидно, що така задача може бути вирішена тільки із застосуванням комп'ютера.

Оскільки щільність потоку сонячної радіації постійно змінюється, то для попередньої оцінки можна користуватися повними сумами радіації за день або навіть за місяць.

У табл. 1 наведено приклади:

середні місячні суми надходження сонячної радіації, виміряні на горизонтальній поверхні;

суми, розраховані для вертикальних стін, Звернених на південь;

суми для поверхонь з оптимальним кутом нахилу 34 ° (для Кью, поблизу Лондона).

Таблиця 1. Місячні суми приходу сонячної радіації для Кью (поблизу Лондона)

З таблиці видно, що поверхня з оптимальним кутом нахилу отримує (в середньому протягом 8 зимових місяців) приблизно в 1,5 рази більше енергії, ніж горизонтальна поверхня. Якщо відомі суми приходу сонячної радіації на горизонтальну поверхню, то для перерахунку на похилу поверхню їх можна помножити на твір цього коефіцієнта (1,5) і прийнятого значення ефективності сонячного колектора, рівного 40%, тобто

1,5*0,4=0,6

При цьому вийде кількість корисної енергії, поглиненої похилій теплосприймаючої поверхнею протягом даного періоду.

Для того, щоб визначити ефективний вклад сонячної енергії в теплопостачання будівлі навіть шляхом ручного підрахунку, необхідно скласти принаймні місячні баланси потреб і корисного тепла, одержуваного від Сонця. Для наочності розглянемо приклад.

Якщо використовувати наведені вище дані і розглянути будинок, для якого інтенсивність теплових втрат становить 250 Вт / ° C, місце розташування характеризується річним числом градусо-днів рівним 2800 (67200 ° C * год). а площа сонячних колекторів становить, наприклад, 40 м2, то виходить наступний розподіл по місяцях (див. табл. 2).

Таблиця 2. Розрахунок ефективного внеску сонячної енергії

місяць	° C * год / міс	Сума радіації на горизонтальній поверхні, кВт * год / м2	Корисне тепло на одиницю площі колектора (D * 0,6), кВт * год / м2	Сумарне корисне тепло (E * 40 м2), кВт * год	Сонячний внесок, кВт * год / м2
A	B	C	D	E	F	G
січень	10560	2640	18,3	11	440	440
Лютий	9600	2400	30,9	18,5	740	740
Березень	9120	2280	60,6	36,4	1456	1456
Квітень	6840	1710	111	67,2	2688	1710
Травень	4728	1182	123,2	73,9	2956	1182
червень	-	-	150,4	90,2	3608	-
Липень	-	-	140,4	84,2	3368	-
Серпень	-	-	125,7	75,4	3016	-
вересень	3096	774	85,9	51,6	2064	774
Жовтень	5352	1388	47,6	28,6	1144	1144
Листопад	8064	2016	23,7	14,2	568	568
грудень	9840	2410	14,4	8,6	344	344
сума	67200	16800	933	559,8	22392	8358

вартість тепла
Підрахувавши кількість тепла, що забезпечується за рахунок Сонця, необхідно представити його в грошовому вираженні.

Вартість виробленого тепла залежить від:

вартості палива;

теплотворної здатності палива;

загальної ефективності системи.

Отримані таким чином експлуатаційні витрати можна потім порівняти з капітальними витратами на сонячну опалювальну систему.

Відповідно до цього, якщо вважати, що в розглянутому вище прикладі сонячна опалювальна система використовується замість традиційної системи опалення, яка споживає, наприклад, газове паливо і виробляє тепло вартістю 1,67 руб / кВт * год, то, щоб визначити отриману річну економію, треба 8358 кВт * год, що забезпечуються за рахунок сонячної енергії (згідно з розрахунками табл. 2 для площі колектора 40 м2), помножити на 1,67 руб / кВт * год, що дає

8358 * 1,67 \u003d 13957,86 руб.

допоміжне опалення
Одним з питань, що найчастіше ставляться людьми, які хочуть зрозуміти використання сонячної енергії для опалення (або іншої мети), є питання: «Що робити, коли сонце не світить?» Зрозумівши концепцію запасання енергії, вони задають таке запитання: «Що робити, коли в акумуляторі не залишається більше теплової енергії?» Питання закономірний, і необхідність в дублюючої, часто традиційній системі є серйозним каменем спотикання для широкого прийняття сонячної енергії в якості альтернативи існуючих джерел енергії.

Якщо потужності системи сонячного теплопостачання недостатньо, щоб протримати будівлю протягом періоду холодної, похмурої погоди, то наслідки, навіть один раз за зиму, можуть бути досить серйозними, що змушують передбачати як дублюючої звичайну повномірну систему опалення. Більшість будівель, опалювальних сонячною енергією, потребують повномірної дублюючої системі. В даний час в більшості районів сонячна енергія повинна розглядатися як засіб зниження витрати традиційних видів енергії, а не як повний їх замінник.

Звичайні опалювачі є придатними дублерами, але існує чимало й інших альтернатив, наприклад:

каміни;
- дров'яні печі;
- дров'яні калорифери.

Припустимо, однак, що нам захотілося зробити систему сонячного теплопостачання досить великий, щоб забезпечити теплом приміщення в найбільш несприятливих умовах. Оскільки поєднання дуже холодних днів і довгих періодів хмарної погоди трапляється рідко, то додаткові розміри сонячної енергетичної установки (колектор і акумулятор), які будуть потрібні для цих випадків, обійдуться занадто дорого при порівняно невеликої економії палива. Крім того, велику частину часу система буде працювати при потужності нижче номінальної.

Система сонячного теплопостачання, розрахована на забезпечення 50% опалювального навантаження, може дати досить тепла тільки на 1 день дуже холодної погоди. При подвоєнні розмірів сонячної системи будинок буде забезпечений теплом протягом 2 холодних похмурих днів. Для періодів більше 2 днів подальше збільшення розмірів буде настільки ж невиправданим, як і попереднє. Крім того, будуть періоди м'якої погоди, коли друге збільшення не буде потрібно.

Тепер, якщо збільшити площу колекторів опалювальної системи ще в 1,5 рази, щоб протриматися 3 холодних і хмарних дня, то теоретично вона буде достатньою для забезпечення 1/2 всієї потреби будинку в протягом зими. Але, зрозуміло, на практиці цього може не бути, оскільки трапляється іноді 4 (і більше) дні поспіль холодної хмарної погоди. Щоб врахувати цей 4-ий день, нам буде потрібно система сонячного опалення, яка теоретично може зібрати в 2 рази більше тепла, ніж це необхідно будівлі протягом опалювального сезону. Ясно, що холодні і хмарні періоди можуть бути більш тривалими, ніж передбачено в проекті системи сонячного теплопостачання. Чим більше колектор, тим менш інтенсивно використовується кожне додаткове збільшення його розмірів, тим менше енергії економиться на одиницю площі колектора і тим менше окупність капіталовкладень на кожну додаткову одиницю площі.

Проте, робилися сміливі спроби накопичити достатню кількість теплової енергії сонячного випромінювання для покриття всієї потреби в опаленні і відмовитися від допоміжної системи опалення. За рідкісним винятком таких систем, як сонячний будинок Г. Хея, довгострокове акумулювання тепла є, мабуть, єдиною альтернативою допоміжної системі. Г. Томасон близько підійшов до 100% -ному сонячного опалення в своєму першому домі у Вашингтоні; тільки 5% опалювального навантаження покривалося за рахунок стандартного обігрівача на рідкому паливі.

Якщо допоміжна система покриває лише невеликий відсоток всієї навантаження, то є сенс використовувати електроопалення, незважаючи на те, що воно вимагає виробництва значної кількості енергії на електростанції, яка потім перетворюється в тепло для обігріву (на електростанції витрачається 10500 ... 13700 кДж для виробництва 1 кВт * год теплової енергії в будівлі). У більшості випадків електрообігрівач буде дешевше нафтової або газової печі, А порівняно невелика кількість електроенергії, необхідної для обігріву будівлі, може виправдати його застосування. Крім того, електронагрівач - менш материалоемкое пристрій завдяки порівняно невеликій кількості матеріалу (у порівнянні з обігрівачем), що йде на виготовлення електроспіраллю.

Так як ККД сонячного колектора істотно зростає, якщо експлуатувати його при низьких температурах, То опалювальна система повинна розраховуватися на використання як можна більш низьких температур - навіть на рівні 24 ... 27 ° C. Одна з переваг системи Томасон, що використовує тепле повітря, полягає в тому, що вона продовжує отримувати корисне тепло з акумулятора при температурах, майже рівних температурі приміщення.

У новому будівництві опалювальні системи можна розраховувати на використання більш низьких температур, наприклад, шляхом подовження трубчасто-ребристих радіаторів з гарячою водою, Збільшення розмірів радіаційних панелей або збільшення обсягу повітря більш низької температури. Проектувальники найчастіше зупиняють свій вибір на опаленні приміщення за допомогою теплого повітря або на застосуванні збільшених радіаційних панелей. В системі повітряного опалення найкраще використовується низькотемпературне запасеної тепло. Променисті опалювальні панелі мають тривалий запізнювання (між включенням системи і нагріванням повітряного простору) і зазвичай вимагають більш високих робочих температур теплоносія, ніж системи з гарячим повітрям. Тому тепло з акумулюючого пристрою не використовується повною мірою при більш низьких температурах, які прийнятні для систем з теплим повітрям, Та й загальний ККД такої системи нижче. Перевищення розмірів системи з радіаційних панелей для отримання результатів, аналогічних результатів при використанні повітря, може спричинити за собою значні додаткові витрати.

Для підвищення загального ККД системи (сонячного опалення та допоміжної дублюючої системи) і одночасного зниження загальних витрат шляхом ліквідації простою складових частин, Багато проектувальників обрали шлях інтегрування сонячного колектора і акумулятора з допоміжною системою. Спільними є такі складові елементи, Як:

Вентилятори;
- насоси;
- теплообмінники;
- органи управління;
- труби;
- повітроводи.

На малюнках статті Системне проектування показані різні схеми таких систем.

Пасткою при проектуванні стикових елементів між системами є збільшення органів управління і рухомих частин, що підвищує ймовірність механічних поломок. Спокуса збільшити на 1 ... 2% ККД шляхом додавання ще одного пристрою на стику систем є майже непереборною і може бути найбільш поширеною причиною виходу з ладу сонячної опалювальної системи. Зазвичай допоміжний обігрівач не повинен нагрівати відсік акумулятора сонячного тепла. Якщо це відбувається, то фаза збору сонячного тепла буде менш ефективною, так як майже завжди цей процес буде протікати при більш високих температурах. В інших системах зниження температури акумулятора завдяки використанню тепла будівлею підвищує загальний ККД системи.

Причини інших недоліків цієї схеми пояснюються великою втратою тепла з акумулятора через його постійно високих температур. У системах, в яких допоміжне устаткування не нагріває акумулятор, останній буде втрачати значно менше тепла при відсутності сонця протягом декількох днів. Навіть в спроектованих таким шляхом системах втрати тепла з контейнера становлять 5 ... 20% всього тепла, поглиненого системою сонячного опалення. З акумулятором, що обігрівається допоміжним обладнанням, Втрата тепла буде значно вище і може бути виправдана тільки в тому випадку, якщо контейнер акумулятора знаходиться всередині опалювального приміщення будівлі

В середньому по році, в залежності від кліматичних умов і широти місцевості, потік сонячного випромінювання на земну поверхню складає від 100 до 250 Вт / м 2, досягаючи пікових значень опівдні при ясному небі, практично в будь-якому (незалежно від широти) місці, близько 1 000 Вт / м 2. В умовах середньої смуги Росії сонячне випромінювання «Приносить» на поверхню землі енергію, еквівалентну приблизно 100-150 кг умовного палива на м 2 на рік.

Математичне моделювання найпростішої сонячної водонагрівальної установки, проведене в Інституті високих температур Російської академії наук з використанням сучасних програмних засобів і даних типового метеогода показало, що в реальних кліматичних умовах середньої смуги Росії доцільно використання сезонних плоских сонячних водонагрівачів, Які працюють в період з березня по вересень. Для установки з відношенням площі сонячного колектора до обсягу бака-акумулятора 2 м 2/100 л ймовірність щоденного нагріву води в цей період до температури не менше ніж 37 ° С становить 50-90%, до температури не менше ніж 45 ° С - 30 70%, до температури не менше ніж 55 ° С - 20-60%. Максимальні значення ймовірності відносяться до літніх місяців.

«Ваш Сонячний Дім» розробляє, комплектує і поставляє, як з пасивною, так і з активною циркуляцією теплоносія. Опис цих систем ви можете знайти у відповідних розділах нашого сайту. Замовлення і покупка здійснюється через.

Дуже часто задається питання, чи можна використовувати сонячні нагрівальні установки для опалення в умовах Росії. З цього приводу написана окрема стаття - «Сонячна підтримка опалення»

продовжити читання

МІНІСТЕРСТВО ЕНЕРГЕТИКИ І ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇ СРСР

ГОЛОВНЕ НАУКОВО-ТЕХНІЧНЕ УПРАВЛІННЯ
ЕНЕРГЕТИКИ І ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
З РОЗРАХУНКУ І ПРОЕКТУВАННЯ
СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

РД 34.20.115-89

СЛУЖБА передового досвіду з «Союзтехенерго»

Москва 1990

РОЗРОБЛЕНО Державним ордена Трудового Червоного Прапора науково-дослідним енергетичним інститутом ім. Г.М. Кржижановського

ВИКОНАВЦІ М.Н. ЕГАЙ, О.М. КОРШУНОВ, А.С. ЛЕОНОВИЧ, В.В. НУШТАЙКІН, В.К. РИБАЛКО, Б.В. ТАРНІЖЕВСКІЙ, В.Г. Буличов

ЗАТВЕРДЖЕНО Головним науково-технічним управлінням енергетики і електрифікації 07.12.89 р

Начальник В.І. горій

Термін дії встановлюється

з 01.01.90

до 01.01.92

Ці Методичні вказівки встановлюють порядок виконання розрахунку і містять рекомендації з проектування систем сонячного теплопостачання житлових, громадських і промислових будівель і споруд.

Методичні вказівки призначені для проектувальників і інженерно-технічних працівників, що займаються розробкою систем сонячного теплопостачання і гарячого водопостачання.

. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

де f - частка повної середньорічної теплового навантаження, забезпечується за рахунок сонячної енергії;

де F - площа поверхні СК, м 2.

де Н - середньорічна сумарна сонячна радіація на горизонтальну поверхню,кВт · год / м 2 ; знаходиться з програми;

а, b - параметри, які визначаються з рівняння () і ()

де r - характеристика теплоізолюючих властивостей огороджувальних конструкцій будівлі при фіксованому значенні навантаження ГВП, являє собою відношення добового навантаження опалення при температурі зовнішнього повітря дорівнює 0 ° С до добовому навантаженні ГВП. Чим більшеr , Тим більше частка опалювальної навантаження в порівнянні з часткою навантаження ГВП і тим менш досконалою є конструкція будівлі з точки зору теплових втрат;r \u003d 0 приймається при розрахунку тільки системи ГВП. Характеристика визначається за формулою

де λ - питомі теплові втрати будівлі, Вт / (м 3 · ° С);

m - кількість годин у добі;

k - кратність вентиляційного обміну повітря, 1 / добу;

ρ в - щільність повітря при 0 ° С, кг / м 3;

f - коефіцієнт заміщення, орієнтовно приймається від 0,2 до 0,4.

Значення λ, k, V, t в, s закладаються при проектуванні ССТ.

Значення коефіцієнта α для сонячних колекторівII і III типів

	значення коефіцієнтів
	α 1	α 2	α 3	α 4	α 5	α 6	α 7	α 8	α 9
	607,0	80,0		1340,0	437,5	22,5	1900,0	1125,0	25,0
	298,0	148,5	61,5	150,0	1112,0	337,5	700,0	1725,0	775,0

Значення коефіцієнта β для сонячних колекторівII і III типів

	значення коефіцієнтів
	β 1	β 2	β 3	β 4	β 5	β 6	β 7	β 8	β 9
	1,177	0,496	0,140			0,995	3,350	5,05	1,400
	1,062	0,434	0,158	2,465	2,958	1,088	3,550	4,475	1,775

Значення коефіцієнтів а і b знаходяться з табл. .

Значення коефіцієнтів а іb в залежності від типу сонячного колектора

	значення коефіцієнтів
		0,75
		0,80

де q i - питома річна теплопродуктивність СГВС при значенняхf, відмінних від 0,5;

Δq - зміна річний питомої теплопродуктивності СГВС,%.

Зміна значення питомої річної теплопроизводительностиΔq від річного надходження сонячної радіації на горизонтальну поверхнюH і коефіцієнта f

. РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГОТЕПЛОСНАБЖЕНІЯ де З с - питомі приведені витрати на одиницю виробленої теплової енергії ССТ, руб. / ГДж; З б - питомі приведені витрати на одиницю виробленої теплової енергії базовою установкою, Руб. / ГДж. де С c - наведені витрати на ССТ і дублер, руб. / Рік; де до с - капітальні витрати на ССТ, руб .; до в - капітальні витрати на дублер, руб .; E н - нормативний коефіцієнт порівняльної ефективності капітальних вкладень (0,1); Е с - частка експлуатаційних витрат від капітальних витрат на ССТ; Е в - частка експлуатаційних витрат від капітальних витрат на дублер; Ц - вартість одиниці теплової енергії, що виробляється дублером, руб. / ГДж; N д - кількість теплової енергії, що виробляється дублером протягом року, ГДж; до е - ефект від зниження забруднення навколишнього середовища, руб .; до п - соціальний ефект від економії зарплати персоналу, що обслуговує дублер, руб. Питомі приведені витрати визначаються за формулою де С б - наведені витрати на базову установку, руб. / рік;	визначення терміна
	сонячний колектор	Пристрій для уловлювання сонячної радіації і перетворення її в теплову та інші види енергії
Годинна (добова, місячна і т.д.) теплопродуктивність	Кількість теплової енергії, що відводиться від колектора за годину (добу, місяць і т.д.) роботи
Плоский сонячний колектор	Нефокусірующій сонячний колектор з поглинає елементом плоскою конфігурації (типу «труба в листі», тільки з труб і т.п.) і плоскою прозорої ізоляцією
Площа теплосприймаючої поверхні	Площа поверхні поглинає елемента, освітлена сонцем в умовах нормального падіння променів
Коефіцієнт теплових втрат через прозору ізоляцію (днище, бічні стінки колектора)	Потік тепла в навколишнє середовище через прозору ізоляцію (днище, бічні стінки колектора), віднесений до одиниці площі теплосприймаючої поверхні, при різниці середніх температур поглинає елемента і зовнішнього повітря в 1 ° С
Питома витрата теплоносія в плоскому сонячному колекторі	Витрата теплоносія в колекторі, віднесений до одиниці площі теплосприймаючої поверхні
коефіцієнт ефективності	Величина, що характеризує ефективність перенесення тепла від поверхні поглинає елемента до теплоносія і дорівнює відношенню фактичної теплопродуктивності до теплопродуктивності за умови, що всі термічні опору передачі тепла від поверхні поглинає елемента до теплоносія дорівнюють нулю
Ступінь чорноти поверхні	Відношення інтенсивності випромінювання поверхні до інтенсивності випромінювання абсолютно чорного тіла при тій же температурі
Пропускна здатність скління	Пропускається прозорою ізоляцією частка сонячного (інфрачервоного, видимого) випромінювання, що падає на поверхню прозорої ізоляції
дублер	Традиційний джерело теплової енергії, що забезпечує часткове або повне покриття теплового навантаження і працює в поєднанні з системою сонячного теплопостачання
Система сонячного теплопостачання	Система, що забезпечує покриття навантаження опалення та гарячого водопостачання за рахунок сонячної енергії

Додаток 2

Теплотехнічні характеристики сонячних колекторів

	Тип колектора
Загальний коефіцієнт теплових втрат U L, Вт / (м 2 · ° С)
Поглинальна здатність тепло-приймальні поверхні α	0,95	0,90	0,95
Ступінь чорноти поглощательной поверхні в діапазоні робочих температур колектора ε	0,95	0,10	0,95
Пропускна здатність скління τ п	0,87	0,87	0,72
коефіцієнт ефективностіF R	0,91	0,93	0,95
Максимальна температура теплоносія, ° С
Примітка е. I - одностекольний неселективний колектор;II - одностекольний селективний колектор;III - двохскляні неселективний колектор.

додаток 3

Технічні характеристики сонячних колекторів

	Виробник
	Братський завод опалювального обладнання	Спецгеліотепломонтаж ГССР	КиївЗНДІЕП	Бухарський завод геліоаппаратури
Довжина, мм	1530	1000 - 3000	1624	1100
Ширина, мм			1008
Висота, мм		70 - 100
маса, кг	50,5	30 - 50
Теплосприймаючої поверхню, м		0,6 - 1,5		0,62
Робочий тиск, МПа		0,2 - 0,6

додаток 4

Технічні характеристики проточних теплообмінників типу ТТ

	Діаметр зовнішній / внутрішній, мм		прохідний перетин		Поверхня нагріву однієї секції, м 2	Довжина секції, мм	Маса однієї секції, кг
			внутрішньої труби, См 2	кільцевого каналу, см 2
	внутрішньої труби	зовнішньої труби
ТТ 1-25 / 38-10 / 10	25/20	38/32	3,14	1,13		1500
ТТ 2-25 / 38-10 / 10	25/20	38/32	6,28	6,26		1500

додаток 5

Річний прихід сумарної сонячної радіації на горизонтальну поверхню (Н), кВт · год / м 2

Азербайджанська РСР
Баку	1378
Кіровобад	1426
Мінгечаур	1426
Вірменська РСР
Єреван	1701
Ленинакан	1681
Севан	1732
Нахічевань	1783
грузинська РСР
Телаві	1498
Тбілісі	1396
Цхакая	1365
Казахська РСР
Алма-Ата	1447
Гур'єв	1569
Форт-Шевченко	1437
Джезказган	1508
Ак-Кум	1773
Аральське море	1630
Бірса-Кельмес	1569
Кустанай	1212
Семипалатинськ	1437
Джанибек	1304
Колмикова	1406
Киргизька РСР
Фрунзе	1538
Тянь-Шань	1915
РРФСР
Алтайський край
Благовіщенка	1284
Астраханська область
Астрахань	1365
Волгоградська область
Волгоград	1314
Воронезька область
Воронеж	1039
кам'яна степ	1111
Краснодарський край
Сочі	1365
Куйбишевська область
Куйбишев	1172
Курська область
Курськ	1029
Молдавська РСР
Кишинів	1304
Оренбурзька область
Бузулук	1162
Ростовська область
Цимлянск	1284
гігант	1314
Саратовська область
Єршов	1263
Саратов	1233
Ставропольський край
Єсентуки	1294
Узбецька РСР
Самарканд	1661
Тамдибулак	1752
Тахнаташ	1681
Ташкент	1559
Термез	1844
Фергана	1671
Чурук	1610
Таджицька РСР
Душанбе	1752
туркменська РСР
Ак-Молла	1834
Ашхабад	1722
Гасан-Кулі	1783
Кара-Богаз-Гол	1671
Чарджоу	1885
Українська РСР
Херсонська область
Херсон	1335
Асканія Нова	1335
Сумська область
Конотоп	1080
Полтавська область
Полтава	1100
Волинська область
Ковель	1070
Донецька область
Донецьк	1233
Закарпатська область
Берегово	1202
Київська область
Київ	1141
Кіровоградська область
Знам'янка	1161
Кримська область
Євпаторія	1386
Карадаг	1426
Одеська область
	30,8	39,2	49,8	61,7	70,8	75,3	73,6	66,2	55,1	43,6	33,6	28,7
	28,8	37,2	47,8	59,7	68,8	73,3	71,6	64,2	53,1	41,6	31,6	26,7
	26,8	35,2	45,8	57,7	66,8	71,3	69,6	62,2	51,1	39,6	29,6	24,7
	24,8	33,2	43,8	55,7	64,8	69,3	67,5	60,2	49,1	37,6	27,6	22,7
	22,8	31,2	41,8	53,7	62,8	67,3	65,6	58,2	47,1	35,6	25,6	20,7
	20,8	29,2	39,8	51,7	60,8	65,3	63,6	56,2	45,1	33,6	23,6	18,7
	18,8	27,2	37,8	49,7	58,8	63,3	61,6	54,2	43,1	31,6	21,6	16,7
	16,8	25,2	35,8	47,7	56,8	61,3
Температура кипіння, ° С	106,0	110,0	107,5	105,0	113,0
В'язкість, 10 -3 Па · с:
при температурі 5 ° С		5,15		6,38
при температурі 20 ° С					7,65
при температурі -40 ° С	7,75	35,3		28,45
Щільність, кг / м 3				1077	1483 - 1490
Теплоємність кДж / (м 3 · ° С):
при температурі 5 ° С	3900	3524
при температурі 20 ° С				3340	3486
корозійна здатність	сильна	Середня	слабка	слабка	сильна
токсичність	немає	Середня	немає	слабка	немає

Примітка е. Теплоносії на основі вуглекислого калію мають такі склади (масова частка):

Рецептура 1 Рецептура 2

Калій вуглекислий, 1,5-водний 51,6 42,9

Натрій фосфорнокислий, 12-водний 4,3 3,57

Натрій кремнекислих, 9-водний 2,6 2,16

Натрій тетраборнокислий 10-водний 2,0 1,66

Флуоресцоін 0,01 0,01

Вода До 100 До 100

Системи сонячного теплопостачання

4.1. Класифікація та основні елементи геліосистем

Системами сонячного теплопостачання називаються системи, що використовують як джерело теплової енергії сонячну радіацію. їх характерною відмінністю від інших систем низькотемпературного опалення є застосування спеціального елемента - геліоприймача, призначеного для уловлювання сонячної радіації і перетворення її в теплову енергію.

За способом використання сонячної радіації системи сонячного низькотемпературного опалення підрозділяють на пасивні і активні.

Пассівниміназиваются системи сонячного опалення, в яких в якості елемента, що сприймає сонячну радіацію і перетворює її в теплоту, служать сама будівля або його окремі огорожі (будівля-колектор, стіна-колектор, покрівля-колектор і т. П. (Рис. 4.1.1 )).

Мал. 4.1.1 Пасивна низькотемпературна система сонячного опалення "стіна-колектор": 1 - сонячні промені; 2 - лучепрозрачний екран; 3 - повітряна заслінка; 4 - нагріте повітря; 5 - охолоджене повітря з приміщення; 6 - власне довгохвильове теплове випромінювання масиву стіни; 7 - чорна лучевоспрінімающая поверхню стіни; 8 - жалюзі.

Актівниміназиваются системи сонячного низькотемпературного опалення, в яких геліоприймача є самостійним окремим пристроєм, що не відносяться до будівлі. Активні геліосистеми можуть бути поділені:

за призначенням (системи гарячого водопостачання, опалення, комбіновані системи для цілей теплохолодоснабженія);

по виду використовуваного теплоносія (рідинні - вода, антифриз і повітряні);

за тривалістю роботи (цілорічні, сезонні);

за технічним рішенням схем (одно-, дво-, багатоконтурні).

Повітря є широко поширеним незамерзающим у всьому діапазоні робочих параметрів теплоносієм. При застосуванні його в якості теплоносія можливе суміщення систем опалення з системою вентиляції. Однак повітря - малотеплоемкій теплоносій, що веде до збільшення витрати металу на пристрій систем повітряного опалення в порівнянні з водяними системами.

Вода є теплоємний і широкодоступним теплоносієм. Однак при температурах нижче 0 ° С в неї необхідно додавати незамерзаючі рідини. Крім того, потрібно враховувати, що вода, насичена киснем, викликає корозію трубопроводів і апаратів. Але витрата металу в водяних геліосистемах значно нижче, що у великій мірі сприяє більш широкому їх застосуванню.

Сезонні геліосистеми гарячого водопостачання зазвичай одноконтурні та функціонують в літні і перехідні місяці, в періоди з позитивною температурою зовнішнього повітря. Вони можуть мати додаткове джерело теплоти або обходитися без нього в залежності від призначення обслуговується об'єкта і умов експлуатації.

Геліосистеми опалення будівель зазвичай двоконтурні або найчастіше багатоконтурні, причому для різних контурів можуть бути застосовані різні теплоносії (наприклад, в геліоконтуре - водні розчини незамерзаючих рідин, в проміжних контурах - вода, а в контурі споживача - повітря).

Комбіновані геліосистеми цілорічної дії для цілей теплохолодоснабженія будівель багатоконтурні і включають додаткове джерело теплоти у вигляді традиційного теплогенератора, що працює на органічному паливі, або трансформатора теплоти.

Принципова схема системи сонячного теплопостачання приведена на ріс.4.1.2. Вона включає три контури циркуляції:

перший контур, що складається з сонячних колекторів 1, циркуляційного насоса 8 і рідинного теплообмінника 3;

другий контур, що складається з бака-акумулятора 2, циркуляційного насоса 8 і теплообмінника 3;

третій контур, що складається з бака-акумулятора 2, циркуляційного насоса 8, водоповітряного теплообмінника (калорифера) 5.

Мал. 4.1.2. Принципова схема системи сонячного теплопостачання: 1 - сонячний колектор; 2 - бак-акумулятор; 3 - теплообмінник; 4 - будівля; 5 - калорифер; 6 - дублер системи опалення; 7 - дублер системи гарячого водопостачання; 8 - циркуляційний насос; 9 - вентилятор.

Функціонує система сонячного теплопостачання в такий спосіб. Теплоносій (антифриз) теплопріемного контуру, нагріваючись в сонячних колекторах 1, надходить в теплообмінник 3, де теплота антифризу передається воді, що циркулює в міжтрубному просторі теплообмінника 3 під дією насоса 8 другого контуру. Нагріта вода надходить в бак-акумулятор 2. З бака-акумулятора вода забирається насосом гарячого водопостачання 8, доводиться при необхідності до необхідної температури в дублера 7 і надходить в систему гарячого водопостачання будівлі. Підживлення бака-акумулятора здійснюється з водопроводу.

Для опалення вода з бака-акумулятора 2 подається насосом третього контуру 8 в калорифер 5, через який за допомогою вентилятора 9 пропускається повітря і, нагрівшись, надходить в будівлю 4. У разі відсутності сонячної радіації або нестачі теплової енергії, що виробляється сонячними колекторами, в роботу включається дублер 6.

Вибір і компонування елементів системи сонячного теплопостачання в кожному конкретному випадку визначаються кліматичними факторами, призначенням об'єкта, режимом теплоспоживання, економічними показниками.

4.2. концентрують геліоприймача

Концентрують геліопріемнікіпредставляют собою сферичні або параболічні дзеркала (рис. 4.2.1), виконані з полірованого металу, в фокус яких поміщають теплосприймаючої елемент (сонячний котел), через який циркулює теплоносій. В якості теплоносія використовують воду або незамерзаючі рідини. При використанні в якості теплоносія води в нічні години і в холодний період систему обов'язково спорожнюють для запобігання її замерзання.

Для забезпечення високої ефективності процесу уловлювання і перетворення сонячної радіації концентрує геліоприймача повинен бути постійно спрямований строго на Сонце. З цією метою геліоприймача постачають системою стеження, що включає датчик напрямку на Сонце, електронний блок перетворення сигналів, електродвигун з редуктором для повороту конструкції геліоприймача в двох площинах.

Мал. 4.2.1. Концентрують геліоприймача: а - параболічний концентратор; б - Параболоциліндричні концентратор; 1 - сонячні промені; 2 - теплосприймаючої елемент (сонячний колектор); 3 - дзеркало; 4 - механізм приводу системи стеження; 5 - трубопроводи, що підводять і відводять теплоносій.

Перевагою систем з концентрує геліоприймача є здатність вироблення теплоти з відносно високою температурою (до 100 ° С) і навіть пара. До недоліків слід віднести високу вартість конструкції; необхідність постійного очищення поверхонь, що відбивають від пилу; роботу тільки в світлий час доби, а отже, потреба в акумуляторах великого обсягу; великі енерговитрати на привід системи стеження за ходом Сонця, співмірні з вироблюваної енергією. Ці недоліки стримують широке застосування активних низькотемпературних систем сонячного опалення з концентрує геліоприймача. Останнім часом найбільш часто для сонячних низькотемпературних систем опалення застосовують плоскі геліоприймача.

4.3. Плоскі сонячні колектори

Плоский сонячний колектор пристрій з поглинаючою панеллю плоскою конфігурації і плоскою прозорої ізоляцією для поглинання енергії сонячного випромінювання і перетворення її в теплову.

Плоскі сонячні колектори (рис. 4.3.1) складаються зі скляного або пластикового покриття (Одинарного, подвійного, потрійного), теплосприймаючої панелі, пофарбованої з боку, зверненої до сонця, в чорний колір, ізоляції на зворотному боці і корпусу (металевого, пластикового, скляного, дерев'яного).

Мал. 4.3.1. Плоский сонячний колектор: 1 - сонячні промені; 2 - скління; 3 - корпус; 4 - теплосприймаючої поверхню; 5 - теплоізоляція; 6 - ущільнювач; 7 - власне довгохвильове випромінювання теплосприймаючої пластини.

Як теплосприймаючої панелі можна використовувати будь-який металевий або пластмасовий лист з каналами для теплоносія. Виготовляються тепловоспрінімающіе панелі з алюмінію або сталі двох типів: лист-труба і штамповані панелі (труба в листі). Пластмасові панелі через недовговічності і швидкого старіння під дією сонячних променів, а також з-за малої теплопровідності не знаходять широкого застосування.

Під дією сонячної радіації тепловоспрінімающіе панелі розігріваються до температур 70-80 ° С, що перевищують температуру навколишнього середовища, що веде до зростання конвективного тепловіддачі панелі в навколишнє середовище і її власного випромінювання на небосхил. Для досягнення більш високих температур теплоносія поверхня пластини покривають спектрально-селективними шарами, активно поглинають короткохвильове випромінювання сонця і знижують її власне теплове випромінювання в довгохвильовій частині спектра. Такі конструкції на основі "чорного нікелю", "чорного хрому", окису міді на алюмінії, окису міді на міді і інші дорогі (їх вартість часто порівнянна з вартістю самої теплосприймаючої панелі). Іншим способом поліпшення характеристик плоских колекторів є створення вакууму між теплосприймаючої панеллю і прозорою ізоляцією для зменшення теплових втрат (сонячні колектори четвертого покоління).

Досвід експлуатації сонячних установок на основі сонячних колекторів виявив ряд істотних недоліків подібних систем. Перш за все це висока вартість колекторів. Збільшення ефективності їх роботи за рахунок селективних покриттів, підвищення прозорості скління, вакуумування, а також пристрої системи охолодження виявляються економічно нерентабельними. Істотним недоліком є \u200b\u200bнеобхідність частого очищення стекол від пилу, що практично виключає застосування колектора в промислових районах. При тривалій експлуатації сонячних колекторів, особливо в зимових умовах, спостерігається частий вихід їх з ладу через нерівномірність розширення освітлених і затемнених ділянок скла за рахунок порушення цілісності скління. Відзначається також великий відсоток виходу з ладу колекторів при транспортуванні і монтажі. Значним недоліком роботи систем з колекторами є також нерівномірність завантаження протягом року і доби. Досвід експлуатації колекторів в умовах Європи та європейської частини Росії при високій частці дифузійної радіації (до 50%) показав неможливість створення цілорічної автономної системи гарячого водопостачання та опалення. Всі геліосистеми з сонячними колекторами в середніх широтах вимагають пристрою великих за обсягом баків-акумуляторів і включення в систему додаткового джерела енергії, що знижує економічний ефект від їх застосування. У зв'язку з цим найбільш доцільно їх використання в районах з високою середньою інтенсивністю сонячної радіації (не нижче 300 Вт / м 2).

Потенційні можливості використання геліоенергетики в Україні

На території України енергія сонячної радіації за один середньорічний світловий день становить в середньому 4 кВт ∙ год на 1м 2 (в літні дні - до 6 - 6.5 кВт ∙ год) т. Е. Близько 1,5 тисячі кВт ∙ год за рік на кожен квадратний метр. Це приблизно стільки ж, скільки в середній Європі, де використання сонячної енергії носить самий широкий характер.

Крім сприятливих кліматичних умов на Україні є висококваліфіковані наукові кадри в галузі використання сонячної енергії. Після повернення проф. Бойко Б.Т. з ЮНЕСКО, де він очолював міжнародну програму ЮНЕСКО по використанню сонячної енергії (1973-1979г.), він почав інтенсивну наукову та організаційну діяльність в Харківському політехнічному інституті (нині Національний Технічний Університет - ХПІ) з розвитку нового наукового і навчального напрямки матеріалознавства для геліоенергетики. Уже в 1983 році відповідно до наказу Мінвузу СРСР N 885 від 13.07.83 р в Харківському Політехнічному Інституті вперше в практиці вищої школи СРСР була розпочата підготовка інженерів-фізиків з профілюванням в галузі матеріалознавства для геліоенергетики в рамках спеціальності "Фізика металів". Це заклало основи створення в 1988 році випускаючої кафедри "Фізичне матеріалознавство для електроніки та геліоенергетики" (ФМЕГ). Кафедра ФМЕГ в співдружності з Науково-дослідним інститутом технології приладобудування (Харків) в рамках космічної програми України брала участь у створенні кремнієвих сонячних батарей з ККД 13 - 14% для українських космічних апаратів.

Починаючи з 1994 року, кафедра ФМЕГ за підтримки Штутгартського університету і Європейського Співтовариства, а також Цюріхського Технічного Університету та Швейцарського Національного Наукового Товариства бере активну участь в наукових дослідженнях по розробці плівкових ФЕП.

Підготували студенти Групи Б3ТПЕН31

Системами сонячного теплопостачання називаються системи, що використовують як джерело теплової енергії сонячну радіацію. Їх характерною відмінністю від інших систем низькотемпературного опалення є застосування спеціального елемента - геліоприймача, призначеного для уловлювання сонячної радіації і перетворення її в теплову енергію.

За способом використання сонячної радіації системи сонячного низькотемпературного опалення підрозділяють на пасивні і активні.

пасивні

Пасивними називаються системи сонячного опалення, в яких в якості елемента, що сприймає сонячну радіацію і перетворює її в теплоту, служать сама будівля або його окремі огорожі (будівля-колектор, стіна-колектор, покрівля-колектор і т. П.

Пасивна низькотемпературна система сонячного опалення "стіна-колектор": 1 - сонячні промені; 2 - лучепрозрачний екран; 3 - повітряна заслінка; 4 - нагріте повітря; 5 - охолоджене повітря з приміщення; 6 - власне довгохвильове теплове випромінювання масиву стіни; 7 - чорна лучевоспрінімающая поверхню стіни; 8 - жалюзі.

активні

Активними називаються системи сонячного низькотемпературного опалення, в яких геліоприймача є самостійним окремим пристроєм, що не відносяться до будівлі. Активні геліосистеми можуть бути поділені:

за призначенням (системи гарячого водопостачання, опалення, комбіновані системи для цілей теплохолодоснабженія);

по виду використовуваного теплоносія (рідинні - вода, антифриз і повітряні);

за тривалістю роботи (цілорічні, сезонні);

по технічному рішенню схем (одно-, дво-, багатоконтурні).

Класифікація систем сонячного теплопостачання

можуть бути класифіковані за різними критеріями:

по призначенню:

1. системи гарячого водопостачання (ГВП);

2. системи опалення;

3. комбіновані системи;

По виду використовуваного теплоносія:

1. рідинні;

2. повітряні;

За тривалістю роботи:

1. цілорічні;

2. сезонні;

За технічним рішенням схеми:

1. одноконтурні;

2. двоконтурні;

3. багатоконтурні.

Повітря є широко поширеним незамерзающим у всьому діапазоні робочих параметрів теплоносієм. При застосуванні його в якості теплоносія можливе суміщення систем опалення з системою вентиляції. Однак повітря - малотеплоемкій теплоносій, що веде до збільшення витрати металу на пристрій систем повітряного опалення в порівнянні з водяними системами.

Вода є теплоємний і широкодоступним теплоносієм. Однак при температурах нижче 0 ° С в неї необхідно додавати незамерзаючі рідини. Крім того, потрібно враховувати, що вода, насичена киснем, викликає корозію трубопроводів і апаратів. Але витрата металу в водяних геліосистемах значно нижче, що у великій мірі сприяє більш широкому їх застосуванню.

Сезонні геліосистеми гарячого водопостачання зазвичай одноконтурні та функціонують в літні і перехідні місяці, в періоди з позитивною температурою зовнішнього повітря. Вони можуть мати додаткове джерело теплоти або обходитися без нього в залежності від призначення обслуговується об'єкта і умов експлуатації.

Геліосистеми опалення будівель зазвичай двоконтурні або найчастіше багатоконтурні, причому для різних контурів можуть бути застосовані різні теплоносії (наприклад, в геліоконтуре - водні розчини незамерзаючих рідин, в проміжних контурах - вода, а в контурі споживача - повітря).

Комбіновані геліосистеми цілорічної дії для цілей теплохолодоснабженія будівель багатоконтурні і включають додаткове джерело теплоти у вигляді традиційного теплогенератора, що працює на органічному паливі, або трансформатора теплоти.

Принципова схема системи сонячного теплопостачання приведена на ріс.4.1.2. Вона включає три контури циркуляції:

перший контур, що складається з сонячних колекторів 1, циркуляційного насоса 8 і рідинного теплообмінника 3;

другий контур, що складається з бака-акумулятора 2, циркуляційного насоса 8 і теплообмінника 3;

третій контур, що складається з бака-акумулятора 2, циркуляційного насоса 8, водоповітряного теплообмінника (калорифера) 5.

Принципова схема системи сонячного теплопостачання: 1 - сонячний колектор; 2 - бак-акумулятор; 3 - теплообмінник; 4 - будівля; 5 - калорифер; 6 - дублер системи опалення; 7 - дублер системи гарячого водопостачання; 8 - циркуляційний насос; 9 - вентилятор.

функціонування

Функціонує система сонячного теплопостачання в такий спосіб. Теплоносій (антифриз) теплопріемного контуру, нагріваючись в сонячних колекторах 1, надходить в теплообмінник 3, де теплота антифризу передається воді, що циркулює в міжтрубному просторі теплообмінника 3 під дією насоса 8 другого контуру. Нагріта вода надходить в бак- акумулятор 2. З бака-акумулятора вода забирається насосом гарячого водопостачання 8, доводиться при необхідності до необхідної температури в дублера 7 і надходить в систему гарячого водопостачання будівлі. Підживлення бака-акумулятора здійснюється з водопроводу.

Для опалення вода з бака-акумулятора 2 подається насосом третього контуру 8 в калорифер 5, через який за допомогою вентилятора 9 пропускається повітря і, нагрівшись, надходить в будівлю 4. У разі відсутності сонячної радіації або нестачі теплової енергії, що виробляється сонячними колекторами, В роботу включається дублер 6.

Вибір і компонування елементів системи сонячного теплопостачання в кожному конкретному випадку визначаються кліматичними факторами, призначенням об'єкта, режимом теплоспоживання, економічними показниками.

Принципова схема одноконтурной термосифонної системи сонячного гарячого водопостачання

Особливістю систем є те, що в разі термосифонної системи нижня точка бака-акумулятора повинна розташовуватися вище верхньої точки колектора і не далі 3-4 м. Від колекторів, а при насосної циркуляції теплоносія розташування бака-акумулятора може бути довільним.