Опаленні будинків за допомогою геліосистем

трохи теорії

У південних краях, на тому ж о. Кіпр, де сонце по суті світить круглий рік, геліосистеми встановлені на кожному будинку. І в цьому немає нічого дивного. У нас же завжди вважалося, що сонце не таке спекотне, а клімат не такий сприятливий, щоб дозволити повсюдно встановлювати геліосистеми. Математичні ж підрахунки спростовують ці доводи.

Судіть самі. Залежно від кліматичних умов і широти місцевості, середньорічної потік сонячного випромінювання на земну поверхню складає від 100 до 250 Вт / м2, досягаючи пікових значень опівдні при ясному небі, практично в будь-якому (незалежно від широти) місці - близько 1000 Вт / м2. В умовах середньої смуги Росії сонячне випромінювання «приносить» на поверхню землі енергію, еквівалентну приблизно 150 кг у.п. / м2 на рік, де у.п. - це умовне паливо (тут і далі).

Практична завдання, що стоїть перед розробниками і творцями різного виду сонячних установок, полягає в тому, щоб найбільш ефективно «зібрати» цей потік енергії і перетворити його в потрібний вид енергії (теплоту, електроенергію) при найменших витратах на установку. Найпростішим і найбільш дешевим способом використання сонячної енергії є нагрів побутової води в так званих плоских сонячних колекторах.

Тенденція останніх трьох років - підвищення потужності установок при зниженні їх ціни. Сьогодні вартість вакуумних сонячних систем цілком порівнянна з витратами на традиційні системи отопленія.А економія, яку вони дають, істотна

показники економічності

За даними лабораторії нетрадиційної енергетики Інституту проблем морських технологій ДВО РАН (г. Владивосток) в цілому сонячні установки можуть забезпечити такі показники (на 1 м2 сонячного колектора):

вироблення теплової енергії в середньому: 600-800 кВт / год (на рік), максимальна - до 1050 кВт / год (на рік), що дозволить покрити до 40-60% потреб індивідуальних споживачів в теплі, відповідно, зменшити витрату органічного палива до 100 кг в рік на 1 м2 площі сонячних колекторів і знизити забруднення навколишнього середовища при його спалюванні.
економія органічного палива складає близько 100 кг у.п. / м2 опалювальної площі приміщення. Установка з площею сонячних колекторів 30 м2 в цілому економить близько 3 тонн у.п. або близько 7,8 тонн вугілля;
зниження викидів СО2 сягає 0,6-0,7 кг на 1 кВт / год виробленої теплової енергії;
1 м2 сонячного колектора запобігає викид 350-730 кг вуглекислого газу в рік

Принцип роботи сонячної водонагрівальної установки

Мал. 1. Схема цілорічної сонячної водонагрівальної установки

Цілорічна сонячна водонагрівальна установка - СБУ (рис.1) складається з сонячного колектора і теплообмінника-акумулятора. Серце системи - це колектор. Він являє собою пристрій, що дозволяє ефективно використовувати енергію сонячного випромінювання для нагріву теплоносія (антифризу). Теплоносій нагрівається в сонячному колекторі енергією сонця і віддає потім теплову енергію воді через теплообмінник, вмонтований в бак-акумулятор. У баку-акумуляторі зберігається гаряча вода до моменту її використання, тому він повинен мати хорошу теплоізоляцію.

У першому контурі, де розташований сонячний колектор, може використовуватися природна або примусова циркуляція теплоносія. У бак-акумулятор може бути встановлений електричний або який-небудь інший автоматичний нагрівач-дублер. У разі пониження в баку-акумуляторі температури нижче встановленої (тривала похмура погода чи мала кількість годин сонячного сяйва взимку) нагрівач-дублер автоматично вмикається і доводить воду до заданої температури.

В результаті, використовуючи систему сонячного опалення, можна отримати до 50-60% гарячої води, необхідної протягом року для опалення та побутових потреб. У літню пору сонце повністю забезпечить будинок гарячою водою.

види геліосистем

Існують різні види сонячних колекторів, але найбільшого поширення набули плоскі колектори і колектори з вакуумними трубками (рис. 2)

Мал. 2. Сонячний колектор

У світовій практиці найбільш широко поширені малі системи сонячного теплопостачання. Як правило, такі системи включають в себе сонячні колектори загальною площею 2-8 м2, бак-акумулятор, ємність якого визначається площею використовуваних колекторів, циркуляційний насос або насоси (в залежності від типу теплової схеми) та інше допоміжне обладнання. У невеликих системах циркуляція теплоносія між колектором і баком-акумулятором може здійснюватися і без насоса, за рахунок природної конвекції (термосифонний принцип). В цьому випадку бак-акумулятор повинен розташовуватися вище колектора.

Найпростішим типом таких установок є колектор, спарений з баком-акумулятором, розташованим на верхньому торці колектора. Системи такого типу використовують зазвичай для потреб гарячого водопостачання в невеликих односімейних будинках котеджного типу.

Рис.3. Теплова схема активної сонячної системи гарячого водопостачання та опалення: 1 - радіатор опалення; 2 - опалювальний котел; 3 - сонячний колектор; 4 - розбір гарячої води; 5 - тепла вода для системи опалення; 6 - вода з сонячного колектора; 7 - насосна група; 8 - тепловий акумулятор сонячної установки.

На рис. 3 показаний приклад активної системи більшого розміру, в якій бак-акумулятор розташований нижче колекторів, і циркуляція теплоносія здійснюється за допомогою насоса. Такі системи використовують для потреб і гарячого водопостачання, і опалення. Як правило, в активних системах, що знімають лише частина навантаження опалення, передбачають дублюючий джерело тепла, що використовує електроенергію або газ.

Порівняно новим явищем в практиці використання сонячного теплопостачання є великі системи, здатні забезпечити гарячим водопостачанням та опаленням багатоквартирні будинки або цілі житлові квартали. У таких системах використовуються або добове, або сезонне акумулювання тепла. Добове акумулювання передбачає можливість роботи системи з використанням накопиченого тепла протягом декількох діб, сезонне - напротязі декількох місяців.

Для сезонного акумулювання тепла використовують великі підземні резервуари, наповнені водою, в які скидаються всі надлишки тепла, одержуваного від колекторів протягом літа. Іншим варіантом сезонного акумулювання є прогрів грунту за допомогою свердловин з трубами, по яких циркулює гаряча вода, яка надходить від колекторів.

На замітку

Європейські країни є безперечними лідерами в розробці нових систем сонячного теплопостачання, однак сильно поступаються Китаю в обсягах введення в експлуатацію нових сонячних установок. На Піднебесну сьогодні припадає 78% вводяться в експлуатацію сонячних колекторів від загального числа вироблених в світі. На частку Європи припадає лише 9%, Туреччини та Ізраїлю - 8% і інших країн - 5%. Тож не дивно, що простіше і дешевше зараз в Росії купити саме китайські геліосистеми, тим більше що якісний показник у них не гірше.

Математичне моделювання найпростішої сонячної водонагрівальної установки, проведене в Інституті високих температур РАН з використанням сучасних програмних засобів і даних типового метеогода показало, що в реальних кліматичних умовах Росії доцільно використання сонячних водонагрівачів.

Так, для установки системи з відношенням площі сонячного колектора до об'єму бака-акумулятора 2 м2 / 100 л ймовірність щоденного нагріву води 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.

Сонячну енергію широко використовують для господарських потреб в Європі. Так, загальна площа сонячних колекторів, встановлених в країнах ЄС сягнуло 13 960 000м.кв. а в світі перевищила 150 000 000 м.кв. Щорічний приріст площі сонячних колекторів в Європі в середньому становить 12%, а в окремих країнах досягає рівня 20-30% і більше. За кількістю колекторів на тисячу жителів населення світовим лідером є Республіка Кіпр, де 90% будинків обладнані сонячними установками (на тисячу жителів тут припадає 615,7 м2 сонячних колекторів), за ним слідують Ізраїль, Греція і Австрія. Абсолютним лідером за площею встановлених колекторів в Європі є Німеччина - 47%, далі йдуть Греція - 14%, Австрія -12%, Іспанія - 6%, Італія - 4%, Франція - 3%.

В даний час в Європі функціонує: