KAN-therm: Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm



Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm

В настоящее время все больше людей задумывается о проблемах истощения полезных ископаемых, в особенности нефти и газа, и влияния продуктов их сжигания на окружающую среду. Учеными было предложено множество путей решения этих проблем, в том числе использование возобновляемых источников энергии: энергия ветра, волн, рек и, конечно же, Солнца.
 
Идея использования энергии солнечных лучей не нова. Для примера, Султанский дворец в Турции примерно в X веке до н.э. снабжался горячей водой, нагретой Солнцем, а в Греции в VII веке до н.э. использовали увеличительные стекла для зажигания огня. Гелиоколлекторы современного вида для нагрева теплоносителя были разработаны к середине ХХ века. 
 
Плоские солнечные коллекторы
 
В системах отопления в основном используются гелиоколлекторы двух типов: плоские и трубчатые. Принцип их работы основан на поглощении тепла, возникающего при воздействии ультрафиолета на твердые поверхности. 
 
Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm
Рис. 1. Плоские гелиоколлекторы (солнечные панели)
 
Корпус конструкции (2) следует выполнять жестким, герметичным, из устойчивого к коррозии и нагреванию металла и, желательно, цельным. Светопрозрачное покрытие (1) обычно выполняется из стекла (обычного или закаленного) с матовой поверхностью, которая лучше пропускает ультрафиолетовые лучи. Абсорбер (5) обычно представляет собой медную пластину с высокоселективным покрытием. Этот слой является одним из самых важных элементов в системе. Он должен поглощать как можно больше солнечного излучения.  К абсорберу припаян проточный медный теплоотводящий трубопровод (3), заполненный водой или антифризом. Плоские коллекторы должны иметь хорошую теплоизоляцию (4), которая снижает потери тепла. 
      Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm
Рис. 2. Плоские гелиоколлекторы (конструкция)
 
Корпус конструкции (2) следует выполнять жестким, герметичным, из устойчивого к коррозии и нагреванию металла и, желательно, цельным. Светопрозрачное покрытие (1) обычно выполняется из стекла (обычного или закаленного) с матовой поверхностью, которая лучше пропускает ультрафиолетовые лучи. Абсорбер (5) обычно представляет собой медную пластину с высокоселективным покрытием. Этот слой является одним из самых важных элементов в системе. Он должен поглощать как можно больше солнечного излучения.  К абсорберу припаян проточный медный теплоотводящий трубопровод (3), заполненный водой или антифризом. Плоские коллекторы должны иметь хорошую теплоизоляцию (4), которая снижает потери тепла. 
 
Существует два различных способа раскладки теплоотводящих трубопроводов: арфа, которую предпочтительнее использовать в системах с естественной циркуляцией теплоносителя или с вынужденной циркуляцией при площади гелиосистемы не более 10м2, и меандр, применяемый при вынужденной циркуляции.
 
К преимуществам плоских солнечных коллекторов можно отнести:
1. относительную простоту конструкции;
2. возможность использования в течении всего года, благодаря способности очищатся от снега и измороси;
3. меньшую начальную стоимость.
 
Недостатками являются: 
1. сложность ремонта; 
2. большие потери тепла в зимний период;
3. высокая парусность (опасность срыва коллектора сильными порывами ветра).
 
Вакунные солнечные коллекторы
 
Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm
Рис. 3. Вакуумные (трубчатые) гелиоколлекторы
 
 
Вакуумные солнечные коллекторы работают как обычные водонагреватели. В общем случае схема вакуумного гелиоколлектора представлена на Рис.4.
 
Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm
Рис. 4. Вакуумные (трубчатые) гелиоколлекторы
 
Вакуумные гелиоколлекторы состоят из параллельных рядов двустенных прозрачных труб, между стенками которых откачан воздух.  Наружная поверхность трубок (8) прозрачная. Внутренняя (7) — покрыта специальным селективным слоем. Холодный теплоноситель проходит по подающему патрубку (3), распределяется по теплообменникам (1), и отводится через обратный патрубок (4). Теплообменники могут быть присоединенными к коллектору обычными медными трубками, по которым перемещается нагреваемая вода или антифриз, или тепловыми трубками – запаянными с двух сторон медными трубками внутри которых циркулирует легкокипящая жидкость. Во втором случае вместо распределительных коллекторов для горячей и холодной воды устраивается специальный бак с теплоносителем. Для уменьшения теплопотерь может устраиваться теплоизоляция (5). Для более полного облучения солнечными лучами под вакуумными трубками устраиваются зеркальные отражатели (2). 
 
Преимущества трубчатых гелиоколлекторов: 
1. простота ремонта (не работающие вакуумные трубки можно демонтировать по отдельности с заменой на новые);
2. визуальное выявление разгерметизированных трубок с помощью изменения цвета бериллия;
3. больший КПД в зимний период;
4. низкая парусность.
 
Недостатки: 
1. угол наклона коллектора должен быть не менее 20˚; 
2. большая начальная стоимость;
3. сложность работы в зимний период при выпадении снега.
 
В климатических условиях Республики Беларусь наиболее выгодно использование плоских гелиоколлекторов. Наибольшая эффективность гелиосистем в качестве источника тепла для систем отопления достигается в осенний и весенний периоды, когда температура окружающей среды не достаточно низкая и угол падения солнечных лучей больше, чем в зимний период.
 
Также следует отметить, что некорректно рассматривать гелиосистемы как автономный источник тепла, который покроет все теплопотери здания. С экономической точки зрения наиболее актуальным является вариант, когда гелиоколлектор покрывает 30-40% теплопотерь. Основной источник тепла должен быть рассчитан на компенсацию 100% теплопотерь, для обеспечения расчетных температур внутри помещений при выходе солнечной системы из строя. Обязательна установка буферных баков, сглаживающих неравномерность поступления солнечной энергии в течение суток.
 
 
 
Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm
Рис. 5. Принципиальная схема работы
 
Такой вид имеет простейшая схема подключения гелиоколлектора к системе отопления. Теплоносителем, циркулирующим в закрытом контуре гелиоколлектора, может быть антифриз, реже — вода. Нагретый Солнцем теплоноситель, проходя через буферный бак, попадает в теплообменник, отдает теплоту и возвращается в гелиоколлектор. Затем цикл повторяется.  
 
Теплоты, полученной от гелиоколлектора, хватает для нагрева холодной воды для нужд горячего водоснабжения, для нагрева воды для системы теплого пола и, частично, для системы радиаторного отопления. В последнем случае воду нужно догревать в  котле.
 
Также при установке солнечных панелей необходимо решить вопросы использования горячей воды, полученных в них, в летний период. Существует несколько вариантов решения этой проблемы:
 
1. Использование гелиосистемы для снабжения здания горячей водой;
2. Подогрев воды в открытом бассейне;
3. При небольшом количестве горячей воды её можно сливать в систему канализации;
4. Использование солнечных коллекторов с функцией “зашторивания”.
 
Т.к. температура теплоносителя в летний период в замкнутом контуре “гелиоколлектор - буферный бак – гелиоколлектор” может значительно превышать расчетную 90˚С, использование полимерных труб в данном контуре нежелательно, т.к. есть вероятность выхода их из строя. Рекомендуется применение стальных Cистем Steel или Inox, после предварительной консультации с техническим отделом KAN-therm.

Автор статьи: студент Белорусского национального технического университета, практикант
ООО «КАН-терм Бел» - Дарья Чуприна.
 

Поделиться

 

Ещё по теме:

 

Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm   Использование солнечной энергии в системах отопления KAN-therm

 

//