Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Энергосбережение в системах теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха

Использование солнечной энергии в теплоснабжении

Основные положения

Солнечное излучение поступает к поверхности Земли неравномерно, и его преобразование в процессе использования связано со значительными затратами, и чем выше эксергетический потенциал (работоспособность) полученной энергии, тем выше затраты.

В практическом использовании солнечной энергии разрабатываются два основных направления. Первое направление, менее затратное и широко используемое, в том числе и в системах ОВК, связано с преобразованием солнечной энергии в низкопотенциальную тепловую с дальнейшим ее применением в нагревательных приборах различных термических устройств и системах тепло- и холодоснабжения. Второе направление, требующее более высоких затрат, связано с преобразованием солнечной энергии в электрическую.

Не менее важное значение имеет использование солнечной энергии при решении проблем архитектурной климатологии. Наиболее сильно зависит от энергии Солнца световая среда помещений, создаваемая ультрафиолетовым, видимым и тепловым его излучением. Экономия энергоресурсов также теснейшим образом связана с «солнечной архитектурой». Композиция и плотность застройки, ориентация зданий по сторонам света, размеры и пропорции свето- проемов и интерьеров, пластика фасадов — факторы, от которых в значительной степени зависят потребности в теплоте и холоде, стоимость эксплуатации зданий.

Можно запроектировать идеальные в теплотехническом отношении светонепропускающие элементы ограждения здания, но если его объемно-планировочное и, главное, композиционное решение, ориентация и размеры светопроемов не соответствуют климатическим условиям, то эти идеальные ограждения не дадут ожидаемого эффекта.

Существенного энергосбережения можно достичь, если при проектировании зданий создавать наружные конструкции, активно взаимодействующие с внешней и внутренней средой. Воздействие солнечного излучения должно оказывать влияние на формирование температурного режима в аккумулирующем материале строительных конструкций, а также на эффективность солнечного отопления помещений.

В настоящее время в мире уже существует опыт строительства зданий с гелиоактивными стенами, рациональной ориентацией по сторонам света, решением вопросов доступа видимой и тепловой солнечной энергии в помещения, решением пластики фасадов и т.д.

Наиболее широкой областью использования солнечной энергии является теплоснабжение зданий и сооружений. Во многих странах уже действуют тысячи систем солнечного теплоснабжения, позволяющие покрывать за счет энергии Солнца от 30 до 80 % тепловой нагрузки здания.

Системы солнечного теплоснабжения подразделяются на активные и пассивные.

Признаками, определяющими техническое направление применения солнечной энергии в теплоснабжении зданий, служат указания:

  • ? по активному или пассивному ее использованию;
  • ? назначению (отопление, горячее водоснабжение, холодоснаб- жение);
  • ? времени эксплуатации (сезонное или круглогодичное);
  • ? организации перемещения теплоносителя (с естественной или принудительной циркуляцией);
  • ? аккумулированию теплоты (с аккумулятором или без него);
  • ? числу контуров циркуляции (одно- или многоконтурные);
  • ? дополнительному источнику энергии (автономные или с дополнительным источником).

В системы солнечного теплоснабжения входят:

  • ? солнечный коллектор — устройство для приема солнечной энергии и ее преобразования в тепловую;
  • ? теплопровод первичного контура, по которому теплота передается теплоносителем в аккумулятор теплоты или систему теплоснабжения;
  • ? теплопровод вторичного контура для транспорта теплоносителя от аккумулятора к потребителям.
Двухконтурная система солнечного теплоснабжения

Рис. 6.1. Двухконтурная система солнечного теплоснабжения:

7 — солнечный коллектор; 2 — аккумулятор теплоты; 3 — дополнительный генератор теплоты; 4 — теплопровод вторичного контура; 5 — трубопровод подпитки; 6 — теплопровод первичного контура

Представленная на рис. 6.1 система солнечного теплоснабжения является двухконтурной. Теплота, отводимая от солнечного коллектора теплоносителем, передается в бак-аккумулятор нагреваемой воде, из которого она поступает непосредственно потребителю. В системе предусмотрена искусственная циркуляция теплоносителя как в первичном контуре, так и во вторичном и наличие дополнительного генератора теплоты. В первичном контуре в качестве промежуточного теплоносителя может быть использован антифриз.

Создание систем солнечного теплоснабжения, покрывающих всю тепловую нагрузку на здание, нецелесообразно, а в ряде случаев — технически невыполнимо. Недостающую часть тепловой нагрузки зданий получают от дополнительных источников теплоты, в качестве которых используются генераторы на различных видах топлива, электронагреватели, теплонасосные установки и т.д. Как правило, целесообразно покрывать за счет солнечной энергии не более 50 % нагрузки теплоснабжения.

На рис. 6.2 показана схема простой системы солнечного теплоснабжения, в которой в качестве теплоносителя используется воздух.

Схема солнечного теплоснабжения здания с воздухом в качестве теплоносителя в обоих контурах

Рис. 6.2. Схема солнечного теплоснабжения здания с воздухом в качестве теплоносителя в обоих контурах:

  • 1 — воздухозаборное устройство; 2 — вентилятор; 3, 4, 8, 9 — воздушные заслонки; 5—аккумулятор теплоты; 6 —солнечный коллектор; 7, 10 — теплообменники (калориферы); 11 — дополнительный генератор теплоты;
  • 12 здание

Система состоит из воздухозаборного устройства, вентилятора, солнечного коллектора, аккумулятора теплоты, теплообменника для дополнительного подогрева приточного воздуха, дополнительного генератора теплоты и калорифера 7 для подогрева воды, расходуемой на бытовые нужды.

Работа системы регулируется с помощью заслонок. Если за счет поступления солнечной энергии обеспечивается только компенсация потерь теплоты через наружные ограждающие конструкции, то воздух через открытую заслонку 3 поступает в коллектор и далее через заслонку 9— в жилые помещения. При необходимости воздух может дополнительно подогреваться в калорифере 10. Удаляется воздух через вытяжные каналы здания. При таком режиме заслонки 4 и 8 закрыты.

Если количество поступающей солнечной энергии превышает текущие теплопотери здания, то открывают заслонку 8, и часть нагретого воздуха поступает в аккумулятор теплоты, а затем через открытую заслонку 4 — во всасывающий воздуховод. Избыток солнечной энергии может быть использован в калорифере 7 с целью подогрева воды для бытовых нужд.

В бессолнечные периоды при заряженном аккумуляторе воздух поступает в систему через открытые заслонки 4, 8, 9 и при необходимости подогревается в калорифере 10. После разрядки аккумулятора заслонки 8 и 4 закрывают, и воздух через заслонки 3 и 9 поступает в калорифер, а затем — в жилые помещения здания.

При отсутствии отопительной нагрузки поступившая солнечная энергия расходуется на нагрев воды для бытовых нужд и на зарядку аккумулятора теплоты.

Широко применяются пассивные системы солнечного отопления, в основу которых положены архитектурные и конструктивные решения зданий. Они повышают степень использования солнечной энергии, падающей на ограждающие конструкции, без применения специального гелиотехнического оборудования.

К пассивным солнечным системам можно отнести здания, оборудованные системами водяного отопления с пофасадным автоматическим регулированием микроклимата помещений. Учет изменения температуры воздуха в помещениях за счет поступления солнечной радиации с помощью автоматических регуляторов, осуществляемый по «отклонению» или по «возмущению», позволяет снижать расход теплоты на отопление здания.

На рис. 6.3 показана схема системы автоматического пофасад- ного регулирования отопления здания с использованием водоструйных насосов (элеваторов) с подвижной иглой, управляемых регуляторами «Электроника Р-5».

Экономия теплоты на отопление здания за счет пофасадного регулирования составляет 15...20 % за отопительный период.

Схема пофасадного автоматического регулирования отпуска тепловой энергии на отопление с помощью регулятора «Электроника Р-5»

Рис. 6.3. Схема пофасадного автоматического регулирования отпуска тепловой энергии на отопление с помощью регулятора «Электроника Р-5»: 1 — привод исполнительного механизма; 2 — регулируемый элеватор; 3 — датчик температуры теплоносителя;^ — электронный блок регулятора; 5 — датчик температуры наружного воздуха; 6 — датчик температуры

воздуха в помещении

Классическим примером пассивной системы солнечного отопления является стена Тромба, устанавливаемая на южной стороне здания (рис. 6.4).

Массивная стена из бетона, кирпича или камня отделена от наружного воздуха стеклянной перегородкой, устанавливаемой на небольшом расстоянии от нее с внешней стороны. Наружная поверхность стены окрашена в темный цвет. В верхней и нижней частях стены имеются каналы для циркуляции воздуха. Солнечная энергия проникает сквозь стекло, поглощается покрытием стены и нагревает ее. Поскольку длинноволновое излучение при отражении от стены задерживается стеклом, то воздух между стеклом и стеной нагревается за счет поступившей энергии. Циркуляционные

Схема стены Тромба

Рис. 6.4. Схема стены Тромба:

а — без экрана; б — с теплоприемным экраном; I — остекление; 2 — циркуляционные каналы; 3 — стена; 4 — теплоприемный экран

каналы в верхней и нижней частях стены дают возможность нагретому воздуху поступать в помещения на уровне потолка, а охлажденному — уходить на уровне пола, как это показано на рис. 6.5.

Нагретая массивная стена за счет излучения и конвективного теплообмена воздуха также передает накопленное количество теплоты в помещение. В этой конструкции стены совмещаются функции коллектора и аккумулятора теплоты.

Жилой дом со стеной Тромба

Рис. 6.5. Жилой дом со стеной Тромба:

  • 1 стена; 2 — окно; 3 — остекление; 4 — поглощающая поверхность;
  • 5 подвал

Для предотвращения теплопритоков в помещения в солнечные дни теплого периода используются шторы, которые значительно сокращают теплообмен с внешней окружающей средой.

Большую роль в эффективности солнечного теплоснабжения играет система сохранения полученной теплоты на основании использования аккумуляторов теплоты.

Аккумуляторы теплоты должны иметь конструкцию и размеры, позволяющие хранить теплоту на протяжении периода действия системы солнечного теплоснабжения. При их конструировании необходимо обеспечить высокие теплозащитные качества внешнего покрытия и удобство эксплуатации при зарядке и разрядке. Эффективно эксплуатируемые теплоаккумуляторы наравне с солнечными коллекторами позволяют добиваться высокого коэффициента полезного использования всей системы теплоснабжения.

Аккумулирование теплоты позволяет преобразовывать тепловую энергию непостоянного источника, солнечной радиации в энергию постоянного источника. Эффективность системы аккумулирования определяется периодичностью, с которой она может покрывать тепловые потребности объектов теплоснабжения, т.е. от ее теплоемкости. Результаты работ, выполненных зарубежными исследователями, показали, что минимальные эксплуатационные расходы характерны для систем, у которых количество воды, используемой в качестве аккумулирующего материала, составляет 60...90 кг на 1 м2 поверхности коллектора. Это эквивалентно отоплению помещения в зимнее время в течение 1—2 сут.

Подробно особенности аккумулирования теплоты, в том числе и энергии солнечного излучения, в системах теплоснабжения изложены в гл. 5.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы