Мы поможем решить ваши проблемы с отоплением дома! Задать вопрос

Гелиосистемы для нагрева воды

Термосифонные гелиосистемы

Это системы простейшего типа, где, благодаря естественной конвекции, передача тепла осуществляется без насоса и сопряженных с ним устройств. Жидкость в таких гелиосистемах циркулирует естественным образом из-за разности ее плотности в холодном и горячем состоянии, поэтому такие системы еще называют гравитационными.

Особенность функционирования по технологии auroSTEP – это способность работы гелиосистемы в широком диапазоне солнечной активности. Пуск системы может осуществляться, даже когда каналы гелиоколлектора горячие. И хотя в момент заполнения раскаленного коллектора происходит активное испарение теплоносителя и его пары прибавляются к объему сжимаемого воздуха, гидросистема заполняется рабочей жидкостью достаточно быстро. Образовавшийся пар вытесняется в змеевик бойлера, где и конденсируется, обеспечивая безопасную эксплуатацию гелиосистемы при угрозе перегрева.

Системы, работающие по технологии auroSTEP, обычно комплектуются водонагревателями емкостью 150–350 л, рассчитанными на работу – по желанию потребителя – с одним–тремя солнечными коллекторами, и оснащены встроенным регулятором для управления солнечной установкой (рис. 4). Базовая комплектация предусмотрена на максимальный перепад высоты между бойлером и солнечными коллекторами до 8,5 метров. Используя дополнительный насос, можно увеличить этот перепад до 12 метров.

Рис. 4. Варианты комплектации системы по технологии auroSTEP

Согласование системы

Помимо конструктивных мер, главный способ предотвращения стагнации – обеспечить эффективный теплоотбор от гелиоконтура даже на пике его нагрева

Очень важно правильно оценить действительные потребности в тепле и графики суточного теплопотребления, покрываемые солнечной энергией, и согласовать компоненты гелиоустановки со всей остальной тепловой системой здания. Нужно тщательнее учитывать общее поступление солнечной энергии в данной местности: среднегодовое значение поступаемого теплового солнечного излучения в зависимости от региона Украины колеблется в диапазоне от 900 до 1300 кВт·ч/(м2·год)

В среднем по Украине за год на 1 м2 площади падает приблизительно 1000 кВт·ч энергии Солнца, что примерно соответствует теплотворной способности 100 л дизельного топлива или 100 м3 природного газа.

Даже в летнее время есть существенная разница между дневными максимальными, средними действующими и минимальными температурами нагрева воды в коллекторах. В зависимости от сезона и времени суток поток солнечного излучения, поступающего на земную поверхность, в среднем составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений при ясном небе в полдень до 1000 Вт/м2. А ночью – наоборот, происходит охлаждение. Такой разброс параметров (на порядок или даже более) вынуждает при проектировании более внимательно оценить необходимую общую установленную мощность гелиосистемы и эффективное аккумулирование тепла от нее. Это позволит устранить причину перегрева теплоносителя в гелиоконтуре и одновременно наиболее полно собрать поток тепловой солнечной энергии, преобразовать его и накопить в нужном виде при наименьших затратах на всю установку.

Гелиоколлекторы, согласованные с остальной системой теплоотбора, позволяют полностью обеспечить потребность в горячей воде на протяжении 7–8 месяцев в году (в домах средней площади), а в остальное время подогревают воду до 30–45°С. Это существенно снижает расход газа или электроэнергии и может покрыть примерно до 35% всей ежегодной энергопотребности для ГВС и отопления.

Чтобы избежать стагнации гелиосистемы и термических перегрузок в ее контуре, не следуетустанавливать избыточное количество гелиопанелей «про запас». Здесь действует принцип «лучше меньше да лучше». При росте фактического теплопотребления гелиополе можно нарастить потом. Лучше вложить сэкономленные средства в систему аккумулирования низкопотенциального тепла для всего дома, тепловой емкости которой будет хватать на то, чтобы поглотить энергию, неравномерно вырабатываемую гелиосистемой в течение нескольких суток. Помимо того, что это радикально решает вопрос со стагнацией, это же позволит обеспечить комфортное состояние для потребителей, когда тепло и горячая вода есть всегда.

Просмотрено: 14 085

Гелиосистемы с принудительной циркуляцией теплоносителя

Эти системы считаются достаточно эффективными, но в них все же могут образовываться «паровые пробки» не только если выработка тепла превышает его потребление, но и в случаях сбоев по электропитанию.

Особенности систем с принудительной циркуляцией (рис. 2) продиктованы их всесезонной работой, поэтому в них применяют в качестве теплоносителя незамерзающую жидкость из воды и гликоля. Такой раствор несколько отличается от использующегося в системах отопления. Он обладает способностью выдерживать высокие температуры и достаточно дорогостоящий. Однако при частом возникновении стагнации даже такой специальный теплоноситель начинает расслаиваться, «легкие» органические молекулы в нем разрушаются, и появляется склонность к комкованию. Такие комки могут полностью засорить живое сечение гидросистемы, а откладываясь на стенках каналов коллектора, локально нарушают теплопередачу, вызывая еще больший перегрев незасоренных участков теплопоглощающей части. В результате такой «перегретый» всего несколько раз теплоноситель нужно менять, поскольку очистка системы от выпавших из неговысокомолекулярных соединений – достаточно непростая процедура.

Гелиосистемы для нагрева водыРис. 2. Гелиосистема с принудительной циркуляцией

Следующий шаг по предотвращению стагнации в системах с принудительной циркуляцией опирается на использование расширительных мембранных баков, с помощью которых компенсируется температурное расширение теплоносителя. От правильного выбора мембранного расширительного бака во многом зависит надежность и безопасность работы всей системы. Он должен быть способен компенсировать тепловое расширение жидкости при работе гелиосистемы в очень широких температурных пределах.

Потребитель может самостоятельно рассчитать примерные параметры требуемого расширительного бака, используя таблицы производителя оборудования или методику, которую можно найти в рекомендациях по проектированию гелиосистем.

Приведем формулу, по которой можно рассчитать минимальный объем мембранного расширительного бака:

где VЗ – объем заполнения гелиоконтура, л; VК – емкость гелиоколлектора, л; n – коэффициент расширения (для воды при нагреве от 20 до 100°С n = 0,042); nК – число гелиоколлекторов; p – давление заполнения системы, бар; pmax – давление в системе при стагнации, бар.

Величину p обычно считают равнойp = 0,1·hстат. + 0,7, где hсртат. – высота в метрах между серединой расширительного бака и наивысшей точкой гелиосистемы.

Давление в состоянии стагнации, обозначаемое как pmax, бар, выбирается из условия pmax ≤ pПК – 0,2 для pПК ≤ 3 бар; pmax ≤ 0,9 · pПК для pПК > 3 бар, где pПК – давление срабатывания предохранительного клапана.

Обеспечение ГВС

Одна из возможных схем подключения показана на рис. 2. Здесь солнечные коллектора работают исключительно на нагрев воды для санитарных нужд.

Подающая линия от гелиоколлектора врезается в линию подачи воды от котла системы горячего водоснабжения. Нагретая вода поступает в теплообменник бойлера и нагревает ГВС. Вода проходит через теплообменник бойлера косвенного нагрева, охлаждается и с помощью насоса солнечной установки подается обратно в коллектор, таким образом замыкая рабочий цыкл. Очень важный нюанс при подключении труб к подающей линии – обязательное так называемое сифонное подключение, под прямым углом. Врезка трубы осуществляется снизу. Делается это для того, чтобы пузырьки воздуха, из системы отопления, не попадали в гелиосистему и тем самым не снижали ее производительность.

Для отвода воздуха, как правило, предусматриваются воздухоотводчики в контуре котла, а также краны на радиаторах.

Развоздушивание необходимо осуществлять не реже одного раза в год.

Для подключения гелиоколлекторов к общей системе используется гофрированная труба. При этом за счет того, что вязкость воды намного ниже, чем у гликолевых смесей поток воды в данной трубе будет турбулентным. Поэтому воздух, который может собираться в складках гофры, за счет турбулентности будет скорее выноситься.

Управление нагревом системы ГВС осуществляется с помощью автоматики. Датчики, установленные в коллекторе, верхней и средней части накопительного бака считывают данные о температуре воды в подающей линии. В соответствие с этим выбирается алгоритм работы насоса контура гелиоколлектора и нагревающего теплогенератора.

Температура в самом коллекторе контролируется датчиками на подающем (TSE) и на обратном трубопроводе (TSA). Кроме того, устанавливается расходомер, учитывающий количество поступающей в коллектор воды. На основании данных этих приборов формируются сведенья о продуктивности системы по итогам работы за день.

Общий солнечный регулятор следит за работой всей системы, учитывая объемные потоки. если датчик TSA показывает, что вода в коллекторе нагрелась до заданной температуры (диапазон настройки от 60 до 90 ºС), включается насос и отбирает воду в бойлер.

Таким образом, коллектор реализует принцип «полного ведра» и, по сути, представляет собой дополнительный котел, в котором нагревается вода.

Упрощенный расчет производительности

Расчет производительности гелиосистемы в каждом случае необходимо производить индивидуально. В общем случае можно предложить следующую упрощенную схему расчета площади коллекторов и объема накопительного бака.

если предполагается использовать солнечную установку только для приготовления горячей воды, площадь коллекторов принимается из расчета:

Ар = n + 1,

где n – количество жильцов в доме.Объем накопительного бака при этом равен:

Vр = 40 × Ар.

Таким образом, площадь гелиоколлекторов принимается исходя из примерно 1 м2 на 40 л накопительной емкости.

если солнечная система используется и на отопление, то размер бака и площадь коллекторов должны быть больше:

Аор = 2 × n + 1.

При этом объем накопительного бака:

Vор = 80 × Аор.

Таким образом, объем буферной емкости пропорционален площади коллекторов. если взять больше необходимого, то не вся энергия будет использоваться и бойлер будет находиться постоянно в горячем состоянии. Таким образом, система быстрей войдет в состояние стагнации. если меньше, то не будет хватать тепловой энергии пользователю.

От требуемой производительности системы зависит площадь гелиополя, что влияет на величину объемного потока. На основании этих данных рассчитывается диаметр солнечного трубопровода.

При монтаже гелиоколлекторов, которые могут устанавливаться как последовательно, так и в каскад, стоит обратить внимание на то, чтобы угол наклона был равен или приближен к 45º. Это препятствует накоплению снега на их поверхности, что, свою очередь, снижает производительность

Стоит также отметить, что, поскольку нельзя полностью полагаться на солнечную энергию, в системах на воде, также как и в традиционных гликолевых необходимо использовать теплогенераторы. Это может быть газовый, твердотопливный, электрический или любой другой котел в зависимости от конкретной ситуации и желания потребителя. Полная независимость от традиционных теплогенераторов достигается с помощью комбинирования солнечной установки с тепловым насосом. При этом принципиальная схема подключения солнечных коллекторов не меняется. То же самое относится и к варианту подключения гелиосистемы на воде в уже существующую систему отопления и ГВС (рис. 4). При этом гелиоколлекторы можно использовать в качестве генератора тепла для поддержания какрадиаторной системы отопления, так и «теплого пола», а также подогрева воды в бассейне. Подсчитано, что за день 1 м2 гелиоколлектора нагревает до 80 л воды.

Гелиосистемы для нагрева водыРис. 4. Пример подключения солнечной системы в существующую традиционную систему отопления и ГВС

Защита от замерзания

Поскольку в солнечном контуре используется вода, то в приведенных схемах реализована система защиты от замерзания. Основана она том, что датчик, установленный в гелиоколлекторе постоянно контролирует температуру поступающей воды. И если она опускается до 2 ºС, автоматически включается насос. Он подает воду из нижней части буферной емкости, до тех пор, пока не будет достигнут безопасный уровень. Учитывая, что объем коллекторов довольно небольшой – всего несколько литров, – подобная работа практически не отражается на деятельности всей системы ГВС и отопления. На защиту от замерзания расходуется всего порядка 2–4% от производимой гелиоколлектором тепловой энергии за год.

На случай, если система все-таки даст сбой, в самом гелиоколлекторе и на выходе из него для компенсации линейного расширения льда предусматривают гофрированные вставки в самом коллекторе.

Стоит отметить, что морозоустойчивость системы, а также и ее эффективность, зависят от длины наружного трубопровода. Чем это значение меньше, тем лучше. В любом случае длина трассы должна быть с максимальной точностью внесена в программу работы солнечного регулятора.

В настоящее время на украинском рынке представлены солнечные системы, которые стабильно работают при длине наружной трассы до 15 м и температуре воздуха до –34 ºС. (исходя из опыта прошлой зимы)

С целью исключения сбоев в работе гелиосистемы в последствии отключения електричества, обязательно должен быть установлен источник бесперебойного электропитания гелионасоса.

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (голосов пока нет)
Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *