Вы здесь

Солнечные коллекторы

СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ ДЛЯ ОБОГРЕВА БАССЕЙНОВ, ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Главным достоинством солнечных коллекторов является то, что вырабатываемая ими тепловая энергия бесплатна. При достаточно большом сроке их службы, как заявляют изготовители, от 20 до 50 лет, их применение экономически оправдано даже при высокой их первоначальной стоимости. Кроме того, следует обратить внимание на то, что коллекторы способны обеспечивать высокую температуру подогреваемой ими воды в течение всего года. Это позволяет запасать произведенное тепло в буферных емкостях для последующего его использования, например, для обогрева бассейна в ночное время. Высокая, больше 70°С, температура рекомендована для систем горячего водоснабжения как способ дезинфекции трубопроводов и буферных емкостей от бактерии легионеллы. Способность солнечных коллекторов разогревать воду до высоких 80 – 90°С температур делает их прекрасным дополнением к тепловым насосам, работающим на обогрев здания, позволяет значительно повысить эффективность тепловых насосов (обычно тепловой насос эффективно нагревает до температуры 45 – 50°С), в осенний и весенний сезоны, солнечные зимние дни коллекторы способны полностью обеспечивать отопление и горячее водоснабжение без участия тепловых насосов. Все это позволяет с помощью солнечных коллекторов снизить годовое потребление электроэнергии на 30 – 50%, дополнительно к этому, экономится ресурс дорогостоящего теплового насоса, так как уменьшается время его работы в отопительный период.

Подробнее о солнечных коллекторах рассказано ниже.

ТИПЫ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Существуют несколько разновидностей солнечных коллекторов: плоские и трубчатые вакуумные.

Трубчатый вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде

В таком коллекторе вакуумные трубки соединены с накопительным баком. Из контура теплообменника вода течёт прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно. Такие системы еще называют термосифонными. К преимуществам этих систем относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Термосифонные системы работают на принципе явления естественной конвекции, когда теплая вода стремится вверх. В термосифонных системах бак должен быть расположен выше коллектора. Когда вода в трубках коллектора нагревается, она становится легче и естественно поднимается в верхнюю часть бака. Более прохладная вода в баке течет вниз в трубки, таким образом, обеспечивается циркуляция во всей системе. В маленьких системах бак объединен с коллектором и не рассчитан на магистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо с подачей воды из выше расположенной емкости, либо через уменьшающие давление редукторы. Такая система имеет минимальное гидравлическое сопротивление

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником

Такой коллектор имеет все преимущества и особенности предыдущего типа коллекторов. Отличием является наличие встроенного в бак эффективного теплообменника, что позволяет подсоединить коллектор с баком к напорной сети водоснабжения. При этом в трубках по-прежнему практически нет давления. Одним из преимуществ также является возможность заполнения водонагревательного контура незамерзающей жидкостью, что позволяет использовать его и при небольших минусовых температурах (до минус 5-10 градусов). Другим преимуществом является то, что в коллекторе не откладываются соли жесткости и другие загрязнения, так как объем теплоносителя один и тот же, а расходуемая вода проходит только по внутреннему медному теплообменнику.

Вакуумный коллектор с термотрубками

Главным элементом солнечных коллекторов данной конструкции является термотрубка – закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Работа высокотехнологичных вакуумных трубок основана на простом принципе тепловой трубы, которая представляет собой полый медный стержень, запаянный с обоих концов с расширением в верхней части. Внутри него находиться нетоксичная жидкость (иноргатик). При нагревании жидкости до температуры кипения она закипает и в парообразном состоянии поднимается в верхнюю часть – наконечник (конденсатор), температура на котором может достигать 250-380 °С. И там конденсируется, отдавая тепло. А конденсат стекает по стенкам трубки вниз и процесс повторяется. Тепловая трубка вставляется в стеклянную трубу и фиксируется между двумя алюминиевыми ребрами. Форма ребер такова, что площадь их контакта с тепловой трубкой и внутренней поверхностью вакуумной трубы максимальна. Такая модель ребер обеспечивает максимальную передачу тепла к медной тепловой трубке, а потом теплоносителю в проточном теплообменнике.

Способ передачи тепла от тепловой трубки теплообменнику очень прост. Медная тепловая трубка внутри полая и содержит запатентованную неорганическую нетоксичную жидкость - теплоноситель. Внутренняя полость тепловой трубки – вакуумирована, поэтому эта жидкость испаряется даже при температуре около 20 °С. При меньшей температуре трубка "запирается" и дополнительно сохраняет тепло.
Тепло от головки термотрубки передается основанию коллектора - приемнику. Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим корпусом. Передача тепла происходит через медную "гильзу" приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок. При повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Вакуумная труба состоит из двух стеклянных труб. Конструкция стеклянных вакуумных труб похожа на конструкцию термоса, одна трубка вставлена в другую с большим диаметром . Внешняя труба выполнена из прозрачного сверхпрочного боросиликатного стекла. Внутренняя труба также сделана из прозрачного боросиликатного стекла, покрытого специальным селективным нанопокрытием, которое обеспечивает максимальное поглощение тепла при минимальном отражении. Во избежание кондуктивных и конвективных теплопотерь из пространства между двумя трубами выкачан воздух и создан вакуум. Для поддержания вакуума между двумя стеклянными трубами используется бариевый газопоглотитель (такой же, как в телевизионных трубках).

При производстве газопоглотитель подвергается воздействию высоких температур, вследствие чего нижний конец вакуумной трубы покрывается слоем чистого бария. Этот слой бария поглощает CO, CO2, N2, O2, H2O и H2, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, поддерживая таким образом состояние вакуума. Слой бария также является четким визуальным индикатором состояния вакуума. Когда вакуум исчезает, бариевый слой из серебристого становится белым. Это дает возможность легко определить, исправна ли труба, внутри которой закреплена медная тепловая трубка с алюминиевыми ребрами для передачи тепла.

Основные требования к вакуумной трубе:

  • Материал: боросиликатное стекло соответствует ISO3585: 1991.
  • Коэффициент пропускания боросиликатного стекла: ≥ 0.92.
  • Поглощаемая способность селективного абсорбирующего покрытия: а ≥ 0.94.
  • Излучательная способность полусферы: ? ≥ 0.08.
  • Стартовая температура: +30°С (при данной температуре тепловая трубка начинает работать).
  • Время запуска в работу: на более 2-х минут при нормальном солнечном освещении.
  • Морозостойкость: выдерживает -50°С.
  • Термостойкость: нет повреждений после трех раз поочередного воздействия холодной воды до 25°С и горячей воды свыше 90°С.
  • Сопротивление граду: выдерживает град O25 мм.
  • Стандарт внешнего вида: цвет селективного абсорбирующего покрытия должен быть равномерным, покрытие не должно шелушиться или морщиться. Поддерживающие части внутри трубы должны быть правильно и прочно закреплены. Допустимое отклонение в диаметре трубы из боросиликатного стекла должно соответствовать ISO4803: 1978.
  • Выгиб трубы из боросиликатного стекла не должен превышать 0.3%.
  • Поперечное сечение трубы из боросиликатного стекла, находящееся на 40-60 мм от её конца, должно быть круглым. Соотношение между самым коротким и самым длинным радиальными размерами стеклянной трубы не должно превышать 1.02.
  • Вакуумные трубы в коллекторе уложены параллельно, угол наклона зависит от географической широты данного места. Ориентированные на Юг трубы пассивно «следуют за солнцем» в течение всего дня. Форма труб обеспечивает высокую степень поглощения.

- вакуумные трубки показывают превосходные результаты и в облачные дни, потому что трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через облака;
- благодаря изоляционным свойствам вакуума воздействие ветра и низких температур на работу вакуумных труб незначительно.

Плоский солнечный коллектор

Плоский коллектор - самый распространенный вид солнечных коллекторов, используемых в бытовых водонагревательных и отопительных системах. Этот коллектор представляет собой теплоизолированную остекленную панель, в которую помещена пластина поглотителя. Пластина поглотителя изготовлена из металла, хорошо проводящего тепло (чаще всего меди или алюминия). Чаще всего используют медь, т.к. она лучше проводит тепло и меньше подвержена коррозии, чем алюминий. Пластина поглотителя обработана специальным высокоселективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет. Это покрытие состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическое основание, и отличается высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области. Благодаря остеклению (в плоских коллекторах обычно используется матовое, пропускающее только свет, стекло с низким содержанием железа) снижаются потери тепла. Дно и боковые стенки коллектора покрывают теплоизолирующим материалом, что еще больше сокращает тепловые потери.

Как мы видим, количество и разнообразие типов солнечных коллекторов достаточно велико. В чем же разница между ними? Какой тип коллекторов выбрать? Как обычно, однозначного решения не бывает. Существуют разные факторы и причины, которые заставляют выбрать оптимальный в данной ситуации коллектор. Сведем в таблицу положительные и отрицательные параметры вышеуказанных солнечных коллекторов.

  Сравнительная эффективность апрель-октябрь, в зависимости от площади Сравнительная эффективность ноябрь-март, в зависимости от площади Проблема размножения бактерий Сравнительная цена Ремонто-пригодность Нагрев теплоносителя до температуры
ВАКУУМНЫЙ КОЛЛЕКТОР С ПРЯМОЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕЙ ВОДЕ 90% 0 есть 20% 70% 95°С
ВАКУУМНЫЙ КОЛЛЕКТОР С ПРЯМОЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕЙ ВОДЕ И ВСТРОЕННЫМ ТЕПЛООБМЕННИКОМ 95% 70% нет 65% 60% 95°С
ВАКУУМНЫЙ КОЛЛЕКТОР С ТЕРМОТРУБКАМИ 100% 100% нет 100% 100% 250°С
ПЛОСКИЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР 60% 33% есть 60% 30% 95°С

Исходя из известных данных можно сделать данные, что ВАКУУМНЫЙ КОЛЛЕКТОР С ПРЯМОЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕЙ ВОДЕ необходимо использовать сезонно( апрель-октябрь). Дальнейшее их использование невозможно за счет вероятности замерзания жидкости внутри трубок и дальнейшего повреждения прибора. Использование этих коллекторов наиболее выгодно в регионах где нет отрицательных температур. В этом случае, их установка окупается меньше чем за сезон. Поскольку данный вид коллектора работает исключительно без давления( не допускается давление в баке более 0,2 атмосфер), то подключение данного оборудование к магистральным трубопроводам возможно только с использованием понижающего редуктора или открытого бака с поплавковым механизмом. Поэтому, если на выходе необходим напор (например, для работы сантехнических приборов - кранов, санузла и т.п.), после солнечной водонагревательной установки нужно ставить гидроаккумулятор (насос с резиновым баком), рассчитанный на работу с горячей водой. Также к недостаткам можно отнести и возможность откладывания солей и другие загрязнения на внутренние поверхности трубок при повышенной жёсткости или загрязненности воды. Это может привести к ухудшению поглощающих свойств вакуумных трубок.

ВАКУУМНЫЙ КОЛЛЕКТОР С ПРЯМОЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕЙ ВОДЕ И ВСТРОЕННЫМ ТЕПЛООБМЕННИКОМ – это более технологичный вариант предыдущего вида коллектора. За счет неизменности теплоносителя ( можно залить незамерзающую жидкость, увеличивая диапазон эксплуатации до -5..-10°С) в вакуумных трубках он не подвержен риску загрязнения внутренних поверхностей. Кроме того, возможно подключение коллектора к трубам с магистральным давлением. К недостаткам следует отнести большую стоимость по сравнению с предыдущим типом коллектора.

ПЛОСКИЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР оптимален при необходимости использовать энергию солнца апрель-октябрь. За счет относительной дешевизны он может быть оптимальным для нагрева воды и бассейна в этот период. В холодное время года при минусовых температурах плоский солнечный коллектор не может служить источником тепла за счет больших потерь в окружающую среду. К недостаткам этого типа коллекторов относятся и достаточно небольшие температуры нагрева циркулирующей жидкости, что кроме всего прочего приводит к вероятности размножения болезнетворных бактерий. В случае разбития герметизирующего стекла эффективность коллектора значительно уменьшается, так как тепло расходуется на обогрев окружающей среды, а также отсутствует парниковый эффект позволяющий в достаточной степени нагревать теплоноситель. В большинстве случаев солнечные коллектора устанавливаются на крыше, поэтому для монтажных организаций важна легкость доставки и монтажа. Плоские солнечные коллекторы представляют собой неразборной блок больших габаритов, все это затрудняет подъем оборудования для монтажа на высоту и дальнейшая работа с ними. Если для плоских коллекторов максимальная температура нагрева воды не превышает 80-90 градусов, поэтому в системах с плоскими коллекторами существует проблема размножения бактерий и других микроорганизмов, которой нет в системах с вакуумными коллекторами.

ВАКУУМНЫЙ КОЛЛЕКТОР С ТЕРМОТРУБКАМИ – самый технологичный на данный момент тип коллектора. Может эффективно работать при температуре до -50 °С. В отличие от плоского коллектора, при механическом повреждении одной или нескольких вакуумных трубок, они легко заменяются без остановки и слива всей системы. Из-за формы трубок и более эффективного поглощения солнечной радиации с одного м2 вакуумный коллектор собирает в 1,5 раза больше тепловой энергии. К недостаткам данного типа приборов можно отнести относительно большую цену. Но этот «минус» компенсируется большим количеством « плюсов».

Использование вышеописанных типов вакуумных коллекторов является достаточно выгодным. Ведь с одного квадратного метра солнечного коллектора в условиях Украины и России для коммунально-бытовых нужд можно получать примерно 500 кВт*ч тепла в год. Ежегодная потребность одного человека в горячей воде требует 1500 кВт*ч тепла, а для отопления одного квадратного метра современного жилища - примерно 100 кВт*ч в год. Оборудование объекта гелиоприставкой означает появление на объекте дополнительного источника, способного поставлять в систему теплоснабжения от 30 до 70% необходимого тепла. В принципе, это уже само по себе даёт повод к тому, чтобы лишний раз подумать над тем, какой же из источников после этого следует воспринимать в качестве дополнительного. Если в зимний и летний периоды котёл и гелиоприставка поочерёдно принимают на себя основные сезонные функции, то в периоды межсезонья между ними устанавливается плавное взаимодействие. Такое рациональное сочетание не только позволяет существенно разгрузить котёл, но и, что ещё особенно ценно - обеспечивает более мягкий режим его эксплуатации. Оба указанных обстоятельства способствуют тому, чтобы считать, что наличие гелиоприставки создаёт условия для увеличения срока службы и повышает надёжность работы оборудования.

Величина интенсивности солнечной радиации для городов Украины и Роcсии.

Количество вырабатываемой коллектором полезной энергии зависит от целого ряда факторов.
К существенным факторам влияния относится общее количество располагаемой солнечной энергии. Если во Фрайбурге располагаемое суммарное излучение составляет 1 270 кВт-ч/(м2 * год), то в Ганновере этот показатель равняется лишь 955 кВт-ч/(м2 * год).

Существенную роль играют также тип, наклон и ориентация коллектора. И наконец, экономичная эксплуатация солнечной установки требует тщательного выбора параметров ее компонентов.

Оптимальная ориентация и наклон

Коллектор должен быть расположен в положении обеспечивающем беспрепятственный проход солнечных лучей от 9 до 15 часов, т.к в это время солнечная энергия максимальная. Частичная тень от проводов и небольших предметов не существенна. Мы предлагаем устанавливать коллектор лицом на юг под углом соответствующим широте установки.

Отклонение на 20 градусов от направления на юг допустимы и не влияют на производительность тепла коллектора. При монтаже вашего коллектора подсчитайте возможные ветровые нагрузки.

Рама и монтажное крепления проверены на скорость ветра 100миль/час, тем не менее мы не можем отвечать за ошибки монтажника, который не затянул все точки крепления. Если коллекторы Rucelf должны быть использованы в областях высоких ветров, желательно использовать вспомогательные крепления (то есть: оттяжки из нержавеющей стали.) Снежные нагрузки должны быть минимальными так как круглая конструкция вакуумных труб не образует большую площадь для накопления снега. Тем не менее, из-за то, что вакуумные трубки коллектора не излучают тепло, большой слой снега не расплавится и может незначительно влиять на работу системы. В регионах с глубоким снежным покровом рекомендуется устанавливать коллектор, таким образом, чтобы снег не блокировал лицо коллектора.

Коллектор должен быть установлен по возможности близко к накопительному баку, так как удлинение линии передачи уменьшает эффективность и увеличивают затраты при установке.

Коллекторы могут быть установлены под углом ± 5° от горизонтального положения для подключения возвратной трубы системы.
Выход тепла коллектора может "налаживаться" простым перемещением их позицией.

Чтобы увеличить потенциальный выход тепла для зимнего периода (как например, при использовании для нагрева помещения), мы рекомендуем, чтобы коллектор был установлен на угол 15° – 20° больше, чем соответствующая широта. Это даст максимальную область коллектора, встречающуюся с солнцем в течение зимних месяцев, уменьшая эту область в течение летних месяцев. Это обратная сторона медали для летних месяцев. Изменение возможного тепла - приблизительно 1% для каждых 1градуса отклонения угла от угла с максимальным эффектом.

НЕ устанавливайте устройство таким образом, чтобы трубки располагались горизонтально или вверх дном... устройство не будет работать. Идеальный угол для установки - в пределах 20° – 80° от горизонтального.

Самого высокого коэффициента энергоотдачи солнечной установки за год можно добиться при ее расположении в южном направлении с наклоном 30 - 35 градусов к горизонтали. Но даже при значительном отклонении от этих условий (от юго-запада до юго-востока с наклоном от 25 до 55 градусов) целесообразен монтаж тепловой солнечной установки.

На рисунке наглядным образом демонстрируется потеря энергоотдачи в том случае, если коллекторная панель расположена не оптимально. Из рисунка видно что меньший наклон эффективнее если площадь коллектора нельзя сориентировать на юг. К примеру, тепловая коллекторная установка с наклоном 30° даже при 45° юго-западного направления дает еще почти 95% оптимальной энергоотдачи. Даже и при ориентации солнечной установки в восточном или западном направлении можно еще рассчитывать на 85 % отдачи, если скат крыши составляет 25° - 40°.

Зимой более крутой угол был бы эффективнее, но две трети энергоотдачи солнечная установка дает в летнее полугодие. Угла установки менее 20 градусов к горизонту, напротив, следует избегать, так как в этом случае увеличивается степень загрязнения коллектора.

Если площадь коллектора должна распределяться на различных скатах крыши, то группы коллекторов каждого ската должны быть оснащены датчиком температуры коллектора и иметь отдельный насосный узел. Получаемая благодаря этому большая энергоотдача в значительной степени улучшает соотношение затрат и и результатов.

 

Для оптимизации восприятия коллекторами энергии они должны быть ориентированы в направлении Солнца. Критериями ориентации коллекторов являются угол наклона и азимут.

Угол наклона α - это угол между горизонталью и коллектором. При установке на скатной крыше угол наклона задается скатом кровли. Наибольшее количество энергии воспринимается поглотителем коллектора при расположении плоскости коллектора под прямым углом к направлению инсоляции. Поскольку угол инсоляции зависит от времени суток и года, ориентацию плоскости коллектора следует выполнять в соответствии с высотой Солнца в период поступления наибольшего количества солнечной энергии.

 

Пример: Отклонение с южного направления: 15° на восток
A - Плоскость коллектора
B - Азимут

Азимут

Азимут описывает отклонение плоскости коллектора от направления на юг; если плоскость коллектора ориентирована на юг, то азимут = 0°.

Поскольку наиболее интенсивная инсоляция наблюдается в середине дня, плоскость коллектора должна быть ориентирована по возможности на юг. Приемлемы также отклонения от направления на юг до 45° на юго-восток или юго-запад.

Определение площади солнечных коллекторов

Основная задача определение площади солнечного коллектора сводится к определению количества тепла необходимого для системы. Когда будет получена цифра определяющая необходимое тепло можно приступать к расчету количества трубок вакуумного солнечного коллектора. Данную задачу сначала решим на базе тепла, которое необходимо для системы горячего водоснабжения.

Подсчет количества тепла необходимого для обеспечения семьи из 4 человек горячей водой.

Шаг 1.
Определение, на сколько градусов должна повыситься температура воды и ее объем. Семья - 4 человека.
Два взрослых и два ребенка.
По эмпирическим данным на среднего человека расходуется в день 50 литров воды. Суммарный объем емкостного нагревателя надо рассчитывать из расчета 1,5…2 суточной потребности.
Соответственно (50*4) х 1,5=300л
Средняя температура входящей воды = 15°С. Она должна быть нагрета до 50°С. 50-15=35°С.

Шаг 2.
Определяем количество энергии необходимой для нагревания этого количества воды . Учитываем , что для нагрева одного литра воды на один градус надо затратить энергию равную 1 Ккал.
300л x 35°C = 10500 ккал.
Для перевода данной энергии в Квт*ч воспользуемся следующей формулой
10500 / 859.8 = 12.21 кВт*ч (1кВт*ч = 859.8 Ккал)

Шаг 3.
Определяем количество энергии, которая может поглощаться и преобразовываться в тепло солнечными коллекторами Rucelf. Рассмотрим вариант расположения солнечной установке в городе Днепропетровске. Значение солнечной радиации можно посмотреть в таблице №1. В июле солнечная энергия на 1 м2 состовляет 5,7 Квт*ч*м2/день, а в феврале 1,99 Квт*ч*м2/день.
Солнечный коллектор Rucelf способен поглощать до 80% энергии солнца
5,7 x 0.8 значение передачи поглощенной энергии вакуумными трубками Rucelf = 4.56 кВт*ч /день площади поглощения коллектора для июля.
1,99 x 0.8 значение передачи поглощенной энергии вакуумными трубками Rucelf = 1.59 кВт*ч /день площади поглощения коллектора для февраля.
Площадь поглощения вакуумной трубки диаметром 58 и длиной 1800 мм составляет 0,08 м2. Соответственно несложно подсчитать, что одна трубка способна получать и передавать солнечное тепло в размере 0,365Квт*ч и 0,127Квт*ч соответственно в июле и феврале.

Шаг 4.
Определяем необходимое число трубок.
Используя значение, вычисленное выше, определяем количество трубок, которое надо установить.
Энергия, которую необходимо затратить на нагрев нужного количества воды составляет 12,21 кВт*ч. Энергия, которую может передать одна вакуумная трубка в зависимости от месяца составляет 0,365Квт*ч и 0,127Квт*ч.

Июль - 12,21 / 0,365 = 33 трубок.

Февраль - 12,21 / 0,127= 96 трубок.

Подсчитав, количество трубок в составе коллекторов, мы видим, что в зависимости от месяца использования для приготовления нужного количества воды, количество трубок может существенно отличаться. Какой же вариант необходимо выбирать?

В данном случае вариант «чем больше, тем лучше» не подходит. Зимой мы получим необходимое количество тепла, но летом столкнемся с очень существенной проблемой – утилизацией избыточного тепла. Солнце невозможно выключить или включить, поэтому оно будет постоянно нагревать воду в вашем баке. В конечном итоге вода в баке-аккумуляторе закипит, а это может привести к выходу из строя оборудования. Можно осуществить сброс горячей воды в канализацию и набор в бак холодной воды для дальнейшего нагрева, но целесообразно ли такое использование солнечных коллекторов?

К проектированию солнечных коллекторов необходимо подходить также взвешено, как и к любому строительству – не продумаешь концепцию строительства не построишь функциональное здание, не сделаешь надежный фундамент не сможешь выстроить многоэтажный дом.

Применение солнечных коллекторов направлено, прежде всего на экономию денег клиента, а во вторую на экономию природных ресурсов. Поэтому необходимо использовать то количество солнечных коллекторов, которое экономически целесообразно. В данном случае, ставилась задача обеспечить горячей водой семью из 4 человек. Правильным решением будет считаться подбор количества трубок коллектора в зависимости от месяца в котором максимальная солнечная эффективность. То-есть для семьи из четырех человек в городе Днепропетровске необходим бак-накопитель на 300 литров и солнечный коллектор на 33 трубки.

В данном случае мы решали простейшую задачу с использованием солнечной энергии для приготовления горячей воды для семьи из 4 человек. Немного более сложной является задача использования солнечной энергии для обогрева бассейнов.

Теплопотребление бассейна зависит от его типа (крытый или открытый), способа укрытия и положения. На теплопотребление открытых плавательных бассейнов влияют колебания температуры атмосферного воздуха, изменения облачности, теплоизоляция плавательного бассейна и требуемая температура воды бассейна. Для крытых бассейнов теплопотребление определяется вентиляцией, влажностью, температурой воздуха и требуемой температурой воды бассейна. Для поддержания температуры воды закрытого бассейна (но не для ее нагрева), в зависимости от типа требуется энергия эквивалентная 0,1…0,3 КВт/м2. Возьмем вариант при котором на поддержание температуры расходуется 0,2 КВт*ч/м2. Имеется бассейн, «зеркало которого составляет 50 м2.

Существует несколько решений данной задачи:

1)Солнечные коллекторы передают свою тепловую энергию непосредственно теплообменнику бассейна. Теплопередача происходит при солнечном времени суток. В случае недостатка вырабатываемого тепла солнечными коллекторами подключается дублер-нагреватель (газовый, электрический или твердотопливный котел).

2)Устанавливается двойной, по сравнению с первым вариантом, массив солнечных коллекторов. Тепло солнечного коллектора избыточное в светлое время суток запасается в бак аккумулятор. В дальнейшем с помощью теплообменника бак-аккумулятор отдает свое тепло воде бассейна.

Оба варианта имеют право на жизнь. В каждом случае надо рассматривать ситуацию индивидуально.

Вернемся к варианту просчета.

Ежечасно для поддержания заданной температуры бассейна затрачивается 0,2*50=10КВт*ч энергии. То есть за сутки на поддержание температуры тратится 240 КВт*ч энергии.

Если мы хотим использовать энергию солнечных коллекторов только в светлое время суток, то мы должны набрать массив коллекторов, который обеспечит нас теплом солнечной радиации в течении светового дня. То есть 80 Квт*ч. Из предыдущего расчета берем теплотворную способность одной трубки 0,365Квт*ч/трубка/день. Просчитываем необходимое количество трубок.

Количество трубок =80/0,365 = 219 трубок.

Если мы хотим решить проблему поддержания температуры бассейна и ночью с помощью тепла, выработанного солнечными коллекторами, то мы должны полную мощность потребляемую на обогрев поделить на теплотворную способность одной трубки.

Количество трубок =240/0,365 = 657 трубок.

Во второй схеме добавляется бак большой емкости аккумулирующий тело солнца и через теплообменник отдающий его воде в бассейне.

В случае если клиент отапливал бассейн электрическим нагревателем, то при современных тарифах (при превышении лимита 600Квт*ч в месяц действует тариф 1грн = 1Квт*ч), он на обогрев бассейна затратит cумму равную 365*1*240=87600грн.

В случае если клиент отапливал бассейн газовым проточным нагревателем, то при современных тарифах (при превышении лимита кубов в месяц действует тариф 1грн = 1м3), он на обогрев бассейна затратит cумму равную 365*1*240=87600грн.

В таблице приведено ориентировочное количество вакуумных труб, которое необходимо для подогрева бассейна различного объема.

Тип бассейна 20м3 40м3 60м3
закрытый 45 90 135
открытый 80 160 240

Расчет необходимого количества трубок производился для закрытых бассейнов с учетом круглогодичного использования, поэтому использовались усредненные показатели притока солнечной радиации для г.Киева (3.1 кВт/м2), без учета стартового нагрева. Таким образом, с мая по август система вакуумных коллекторов обеспечивает 100% покрытия нагрузки бассейна. В остальное время процент покрытия уменьшается и необходимо использовать дополнительный источник тепловой энергии.

Для открытых бассейнов принимался период эксплуатации с мая по сентябрь. Средний показатель притока солнечной радиации за этот период 4,7 кВт/м2. Расчет производился для хорошо защищенного от ветра места, с учетом естественного базового нагрева. За этот период система покрывает 100% необходимой мощности.

Подсчитав необходимое количество термотрубок, можно переходить к приобретению и установке системы солнечных коллекторов.

СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТРОВ

Существуют несколько схем для подогрева воды:

Одноконтурные - для использования сезонно или в местностях, где нет отрицательных температур в течение всего года. Вода должна быть не жесткой и чистой. Мы предлагаем системы солнечных коллекторов без давления (вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде).

Двухконтурные - для круглогодичного использования, а также в местностях с жесткой и/или загрязненной механическими примесями водой.

Каждая из систем может иметь естественную и принудительную циркуляцию теплоносителя. Естественная (пассивная) циркуляция теплоносителя происходит без участия насосов и помп. Нагретая вода в контуре поднимается вверх, а холодная опускается вниз. В этом случае бак-аккумулятор должен размещаться выше коллектора. В случае искусственной (активной) циркуляции - движение теплоносителя обеспечивается насосной установкой.

В системах с принудительной циркуляцией в коллекторный контур включается циркуляционный насос, что дает возможность устанавливать бак-аккумулятор в любой части здания. Направление движения теплоносителя должно совпадать с направлением естественной циркуляции в коллекторах. Включение и выключение насоса производится контроллером, представляющим собой дифференциальное управляющее реле, сравнивающего показания датчиков температуры, установленных на выходе из коллекторов и в баке. Насос включается, если температура в коллекторах выше температуры воды в баке. Существуют контроллеры, позволяющие менять скорость вращения и подачу насоса, поддерживая постоянную разность температур между коллекторами и баком.

Системы солнечных коллекторов также могут быть использованы для реализации технологии “теплый пол” и подогрева воды в бассейне.

Наша фирма поможет Вам реализовать ВАШ проект «солнечного» дома, сделав прекрасные инвестиции в будущее. Солнечные коллекторы торговой марки RUCELF сделают вашу систему не только высокоэффективной и экономичной, но, и выделит Ваш дом среди других.

Срок окупаемости этих систем от 2 до 5 лет
Каждый солнечный день принесёт в ваш дом тепло и сэкономит Ваши деньги!

Параметры коллекторов Rucelf

Модель SCV-58-1800-30
Вид коллектора Двойные стеклянные вакуумные трубки
Число труб 30
Диаметр труб 0.58mm
Вес труб 4.4 lbs / 1,99кг
Материал труб Боросиликатное стекло
Покрытие труб Cu на стекло Согласно AIN/SS-AIN/
Коэффициент поглощения >0,94%:.
Коэффициент излучения <0.06%
Вакуум P≤5 X 10-3 Pa
Площадь поглощения трубы 0.08m2 / 0.86ft2
Размер апертуры 0.094rn2/0.308ft2 на трубу
Прозрачность внешней трубы 0.91
Макс. температура застоя 240°С,464-:'F
Коэффициент потерь тепла 0.6 Вт/м2 х °С
Способность выдержать град Диаметр градин &25mm/&1"
Макс.рабочее давление 300 kPA/ 116 psi
Макс.прочность труб 0.8Mpa / 120psi
Рабочая жидкость Очищенная вода
Рабочая температура 36*F/ 30°C
Допустимое горизонтальный угол 0° ± 5°
Угол наклона 15° - 90°
Материал покрытия BcuP6 & BAg45CuZn
Материал теплообменника Copper |'94%,I
Рабочее давление 6 bar
Присоединительный размер 18mm/0.7"
Объем жидкости 715 мл
Скорость потока в коллекторе 0,1л/труба/минута
Скорость потока в коллекторе 15л/мин
Материал покрытия трубопровода Емаль или порошковый алюминий
Изоляционное покрытие Сжатое стекло/ минвата
Материал рамы 304 Нержавеющая сталь
Герметизирующий материал Силиконовая ткань и устойчивый пластик
Выделение углерода 387 кг of C02 (для вычисления экологии)
Вес брутто (сухой) 95kq
Ширина 2,78m "
Глубина 157 mm "
Высота 2.07 m "

Баки-аккумуляторы (водонагреватели косвенного нагрева) RUCELF

Специфика работы систем солнечного теплоснабжения заключается в необходимости аккумулирования солнечной тепловой энергии с целью ее использования в различное время суток, следовательно, в необходимости использования бака-аккумулятора. Данная необходимость обусловлена, нестабильностью солнечного излучения в течение суток, в то время как горячая вода и тепловая энергия для целей отопления необходима, в т.ч. когда солнечное излучение вообще отсутствует. Эффективность гелиосистемы значительно зависит от правильности выбора объема баков-аккумуляторов.

Для определения необходимого объема баков-аккумуляторов необходимо следовать двум правилам:

1. В отличие от бойлеров, нагреваемых традиционным источником тепловой энергии 2-3 раза в сутки, объем бака в гелиосистеме должен быть не менее суточной потребности в горячей воде t=45-60°С. При переменном потреблении рекомендуем брать коэффициент 2, при постоянном расходе – 1,5.

2. Объем аккумулятора должен быть не менее 30 л/м2 полезной площади солнечных коллекторов.

Контур гелиоколлекторов подключается к нижней части бака-аккумулятора, а дублирующий источник энергии (эл.ТЭН, котел и др.) должен работать только на верхнюю часть, чтобы не снижать эффективность работы гелиосистемы.

Для гелиосистем с необходимым объемом бака-аккумулятора до 500л, мы рекомендуем использовать баки-аккумуляторы с внутренними теплообменниками RUCELF.

**- параметры соответствуют ориентации коллектора на юг, юго-запад или юго-восток, угол наклона 25-55град.

Численность семьи, чел. Суточный расход горячей воды на 1чел., л Объем аккумуляторного бака, л
  45°C 60°C  
  80 60  
2     200
3     250
4     300-350
5     400
6     450-500
7     550
8     600-650
10     800

Конструктивные особенности:

  • Внутреннюю поверхность бака водонагревателя предохраняет от коррозии эмалированная глазурь, которая обжигается в печи при температуре 850°C;
  • Сменный магниевый анод продлевает срок службы бака (дополнительно защищает его от коррозии);
  • Водонагреватель имеет фланец, который позволяет очищать бак от накипи и отложений;
  • Теплоизоляция толщиной 50мм, позволяет минимизировать тепловые потери;
  • Встроенный электрический ТЭН (2кВт) в средней части бака;
  • Внешний кожух - металл, покрыт порошковой краской белого цвета.
Максимальная температура теплоносителя 100°C
Максимальная температура воды в баке 95°C
Рабочее давление в баке 6 бар
Максимальное давление в баке 10 бар
Площадь теплообменника, м2 (для бака 200л) 0,6
Площадь теплообменника, м2 (для бака 200л, 2 теплообменника) 0,6(нижний)
0,4(верхний)
Площадь теплообменника, м2 (для бака 250 и 300л) 0,7
Площадь теплообменника, м2 (для бака 250 и 300л) 0,7(нижний)
0,4(верхний)
Патрубки для подключения, диаметр 3⁄4"
Змеевик теплообменника, d*l, мм 12*1000
Габаритные размеры бака, d*l, мм 560*1500

Все бойлеры должны устанавливаться в помещении, защищенном от атмосферных воздействий (не предназначены для работы на открытом воздухе).

Указания по теплоносителю

После монтажа установки ее следует надлежащим образом промыть. После наполнения установки теплоносителем необходимо убедиться в том, что из установки надлежащим образом удален воздух и в ней происходит отбор тепла, т.е. будут предотвращены продолжительные застои. Теплоноситель запрещается в течение длительного времени подвергать температурам выше 170 °С. Более высокие температуры в сочетании с инородными веществами, например, кислородом, окалиной и стружкой, могут привести к медленному термическому распаду теплоносителя, на что указывает его потемнение. Следствием этого может явиться зашламление и засорение контура гелиоустановки.

Условия для защиты теплоносителя:

  • В случае режима простоя установки за счет соответствующего исполнения гидравлической системы должно быть обеспечено следующее:

– теплоноситель после достижения температуры кипения должен как можно более полно вытесняться из коллекторов образующимися при этом первыми пузырьками пара.
– теплоноситель должен быть собран в мембранный расширительный бак или в входной сосуд.

  • Ежегодно проверять теплоноситель в рамках технического обслуживания гелиоустановки.

Технические характеристики теплоносителя:

Защита от замерзания: до -28 °С
Плотность при 20 °C: 1,032 - 1,035 г/см3
Вязкость при 20 °C: 4,5 - 5,5 мм2
Значение рН: от 9,0 до 10,5

Объем заполнения компонентов гелиоустановки

  D, mm
Медная труба 12*1 15*1 18*1 22*1 28*1,5 35*1,5
Объем, л/м трубы 0,079 0,133 0,201 0,314 0,491 0,804
нержавеющая труба DN 16
Объем, л/м трубы 0,25

Расширительный бак

Теплоноситель циркулирует в гидравлической сети, которая представляет собой замкнутый объем конечных размеров, при изменении температуры теплоносителя объем его изменяется: при повышении температуры - увеличивается, при понижении температуры - уменьшается. Так как увеличение объема ограничено замкнутым пространством, то при повышении температуры происходит увеличение внутреннего гидростатического давления, что может привести к разрушению элементов гидравлической сети. Особенно “критичными” являются места соединений трубопроводов. Для компенсации увеличения объема в системе должен быть предусмотрен расширительный бак. Расширительные баки бывают открытыми, сообщающимися с атмосферой, закрытыми без мембраны с регулируемым избыточным давлением, закрытыми с мембраной.

Расширительный бак в замкнутой гидравлической системе выполняет следующие функции:

  • Воспринимает излишки воды (увеличение объема), образующиеся при ее нагревании;
  • Возмещает убыль воды в системе (уменьшение объема) при ее охлаждении;
  • Поддерживает постоянство давления в «нулевой» точке гидравлической системы (точке подключения расширительного бака), в том числе гидростатическое давление при отключении насосов, чтобы не допустить «ухода» воды из верхних точек системы;
  • Поддерживает избыточное давление в гидравлической системе в определенном диапазоне давлений от минимального до максимального значения;
  • Сигнализирует об уровне воды в системе и управляет работой подпиточных насосов.

На практике наибольшее применение нашли закрытые расширительные баки с воздушной или газовой «подушкой». Баки герметичны, что способствует уменьшению коррозии в трубопроводной магистрали и элементах системы при ее эксплуатации; обеспечивают в широком диапазоне переменное давление. Применение закрытых расширительных баков уменьшает стоимость монтажа, так как не требуется установка баков в верхних точках системы.

Закрытый расширительный бак с мембраной представляет собой стальной цилиндрический сосуд, разделенный на две части резиновой мембраной, в одной части которой под определенным давлением находится газ (обычно азот), другая часть соединяется с гидравлической системой и заполняется водой, см. Рис. 3.

Рис.3. Схема мембранного расширительного бака.

В нерабочем состоянии мембрана находиться в положении - а), при заполнении гидравлической системы теплоносителем мембрана находится в промежуточном положении - б), при нагревании жидкости увеличивается ее объем и мембрана прогибается до положения - в). Если объем расширительного бака выбран меньше, чем необходимо, то давление в низших точках системы может превысить максимально допустимое. При понижении температуры теплоносителя давление в высших точках системы может оказаться ниже максимального необходимого.

Объем закрытого расширительного бака зависит от:

  • Объема теплоносителя в гидравлической системе;
  • Расчетной температуры и свойств теплоносителя в системе;
  • Диапазона изменения давления в системе (от минимального до максимального);
  • Давления циркуляционного насоса;
  • Места расположения расширительного бака.

Место расположения расширительного бака в системе выбирается в зависимости от требуемого давления с учетом того, что в точке установки расширительного бака поддерживается постоянство давления, независимо от того работает насос или он отключен. При соединении расширительного бака с трубной магистралью давление в точке «О» определяется согласно Рис.17.

Рис.17. Давление в точке присоединения расширительного бака к магистрали.

Для закрытого расширительного бака с мембраной или без - Рис.17а, для закрытого бака с мембраной - Рис.17б, где: Pa - атмосферное давление; P1 - давление предварительной настройки бака; h - высота уровня жидкости относительно точки «0»; r - плотность жидкости; P0 - давление в месте подсоединения бака к магистрали.

На Рис.18 показано, какое давление будет поддерживаться в гидравлической системе до и после насоса: а) - при установке расширительного бака на всасывающей стороне насоса и б) - на нагнетательной стороне насоса при работающем или отключенном насосе.

Рис.18. Давление на всасывающей и нагнетательной стороне насоса в зависимости от места установки расширительного бака.

Когда насос отключен, давление до насоса P1 и после насоса P2 равно гидростатическому давлению в точке подключения расширительного бака (точки «0»). Когда насос работает и расширительный бак установлен на всасывающей стороне насоса, давление P1 равно давлению в точке «0», давление P2 больше давления в точке «0». При установке расширительного бака на нагнетательной стороне, давление на всасывающей стороне насоса P1 меньше давления в точке «0». В этом случае требуется расширительный бак больших размеров.

Как правило, в гелиосистемах мембранный расширительный бак рекомендуется устанавливать на всасывании в насосную группу.

Рис.19 Типичные ошибки при монтаже расширительных мембранных баков.

Полезный объем закрытого расширительного бака определяют по формуле:

Vрб=ΔV/ [Pпр x (1/ Pмин - 1/ Pмакс)]

Где: ΔV - приращение объема жидкости в системе при нагревании, м3, определяется как

ΔV= Vс x (ρ12 - 1)

где ρ1,ρ2 - плотность жидкости при минимальной и максимальной температуре в системе, кг/ м3

Приращение объема жидкости в системе при нагревании иногда выражают через коэффициент объемного расширения теплоносителя:

ΔV=β x Δt x Vс

где Δt - изменение температуры от минимального до максимального значения в системе ,°C

Δt= tмакс - tмин

Среднее значение коэффициента объемного расширения воды 0,0006 1/°C. Для гликолиевых растворов коэффициенты объемного расширения определяют по графику в зависимости от концентрации водного раствора.

В коллекторах в холодном состоянии должно поддерживаться избыточное давление не менее 1 бар. Отсюда следует, например, что при статической высоте 8 м давление установки составляет 1,8 бар. Давление в расширительном баке должно быть на 0,3 бар ниже установленного давления установки.

В горячем состоянии давление установки повышается примерно на 1-2 бара. Чтобы при образовании пара (застое) из предохранительного клапана не выходил теплоноситель, расширительный бак следует рассчитать с достаточно большими размерами, позволяющими принять содержимое коллекторов при образовании пара.

Oбъем расширительного бака в зависимости от бака-аккумулятора

100..150 л - 5 л
200..250 л - 8 л
300 л - 12 л
400 л - 18 л
500 л - 24 л
750 л - 33 л
1000 л - 50 л

Трубопровод (трубы и теплоизоляция)

Трубы необходимо использовать металлические (медные, нержавеющие, стальные неоцинкованные), т.к. все известные нам пластиковые трубы не выдерживают возможные температуры (максимальная температура пара в контуре, даже неэффективных солнечных коллекторов, может достигать 150°C, а рабочая температура теплоносителя - 110°C). По этой же причине повышенные требования и к трубной теплоизоляции, которая должна выдерживать высокие температуры, а также не впитывать влагу и не давать усадку.

Удовлетворяет всем необходимым требованиям теплоизоляция из вспененного каучука.
Мы рекомендуем использовать теплоизоляцию типа K-Flex: в области возможного парообразования – тип Solar HT, ECO или Armaflex HT (до 175°C), оставшуюся магистраль от коллекторов до теплообменника и в обратном направлении – тип K-Flex EC (до 130°C). Для обеспечения достаточного снижения тепловых потерь в трубопроводе, а также в целях безопасности необходимо применять теплоизоляцию толщиной не менее 19 мм.

Запрещено использовать теплоизоляцию из вспененного полиэтилена (например, «Мирелон»), надетую непосредственно на трубу без температуроподавительного слоя.

Теплоизоляция, находящаяся на открытом воздухе должна быть устойчивой к ультрафиолетовому излучению, а также к граду и другим механическим воздействиям. Не рекомендуем использовать в качестве защиты фольгу или другие материалы с блестящим покрытием, т.к. птицы нарушают целостность не только верхнего покрытия, но и теплоизоляции. Диаметры труб подбираются индивидуально, исходя из необходимого гидравлического сопротивления системы и расхода теплоносителя. Выбираемые параметры системы и диаметры труб должны быть согласованы с параметрами насосных модулей. Трубы коллектора не устанавливают до тех пор, пока не подсоединят все остальные трубы, заполнят систему, и управление полностью работает. Обычно применяют тубы диаметром 1/2” и 3/4” т.к. поток относительно небольшой. ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЙТЕ ТОЛЬКО СООТВЕТСТВУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ. Помните, что материал должен выдерживать давления и температуру, которые могут возникнуть в наихудшем случае. Не проводите сварку вблизи портов так как при этом могут быть разрушены переходные втулки и изоляция. Используйте мягкий припой. Не вращайте трубки на концах, так как при этом можно изогнуть или переместить их внутри коллектора. После того как сантехнические работы выполнены рекомендуется проверить трубы инертным газом, например азотом. Не давайте сверхдавления. Достаточно поддерживать давление 350 кПа более 24 часов. Каждые 1,8м должны быть обеспечены поддержка трубопровода. Имейте в виду, что изоляция не должна ухудшаться, а трубы иметь наклон вверх по направлению к коллектору, чтобы оградить систему от поступления воздуха.

Циркуляционный насос

Побудителем движения теплоносителя в циркуляционном контуре является насосная станция. С помощью насосов создается необходимый перепад давлений, компенсирующий гидравлические сопротивления в системе, и обеспечивается проток жидкости с требуемым расходом. Работа насоса характеризуется следующими рабочими характеристиками: подача, мощность и КПД. Подбор насоса осуществляется наложением характеристики гидравлической сети на универсальную характеристику насоса. Пересечение характеристики сети и характеристики насоса дает рабочую точку – точку совместной работы насоса и гидравлической сети.

Насосы используются в гелиосистемах с принудительной циркуляцией (такая система на 30% эффективнее системы с естественной циркуляцией) и предназначен для обеспечения циркуляции теплоносителя в коллекторном круге (бак-коллекторы-бак).

Гидравлическое сопротивление коллекторного круга достаточно мало, это даёт возможность использовать маломощные насосы, потребляемая мощность которых ничтожно мала по сравнению с полученной тепловой энергией от солнечных коллекторов.

Мощность необходимого насоса зависит от нескольких факторов:

-количество коллекторов;
-используемый теплоноситель (вода, антифриз, раствор пропилен(-этилен)гликоля;
-длина и диаметр трубопровода от солнечных коллекторов до бака.

Арматура и необходимые элементы обвязки насосной станции представлены на Рис.а:

  • За насосом в линии нагнетания устанавливается обратный клапан, позволяющий исключить перетекание теплоносителя через неработающий насос;
  • В трубной магистрали каждого насоса целесообразно устанавливать запорные клапаны для отключения насоса от циркуляционного контура в случае проведения регламентных или ремонтных работ; дренажный и воздушный клапаны, необходимые для опорожнения/заправки участка магистрали с насосом.

Рис.а – обвязка насосной станции

Дополнительное оборудование

КЛАПАН ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ — клапан, открывающийся при повышении давления в системе выше регламентированного давления с целью перепуска теплоносителя на сторону низкого давления или выпуска.

Давление срабатывания предохранительного клапана согласно DIN 3320 равняется максимальному давлению установки +10 %. Предохранительный клапан должен быть согласован с тепловой мощностью коллекторов и должен обеспечивать отвод их максимальной мощности. Разрешается использовать только такие предохранительные клапаны, которые рассчитаны на максимум 6 бар и 120 °C.

Без предохранительных клапанов давление внутри бака может подняться до величины, при которой бак разорвет. При этом может пострадать оборудование и люди. Солнечный коллектор должен проектироваться и поставляться с учетом наличия предохранительных клапанов по температуре и давлению. Предохранительный клапан по давлению должен иметь максимальную установку не выше 380 кПа с рабочим давлением 60-80 кПа.

Предохранительный клапан по температуре должен срабатывать при достижении в одной из цепей солнечного коллектора или в баке хранения горячей воды температуры 99°C

Предохранительный клапан не должен отключать солнечный коллектор, а быть средством снижения температуры и давления. Мы рекомендуем, чтобы все предохранительные клапана проверялись каждые шесть месяцев, чтобы убедиться в их правильной работе. Клапана должны быть установлены вертикально, таким образом, чтобы штырь температурного датчика находился внутри потока рабочей жидкости, желательно на выходе из коллектора.

Мы советуем, чтобы эти дополнительные клапана T&P использовались:

  • Дренажные трубы по всей длине должны иметь тот же диаметр, что и сбросные отверстия клапана.
  • Уклон должен быть направлен вниз от клапана к безопасному месту (люку в полу или наружу на землю).
  • Дренаж должен заканчиваться в 15-30 см над отверстием в полу.
  • Дренаж не должен быть длиннее 9м и иметь не более 4 изгибов.
  • Не устанавливайте отключающих кранов в дренажную линию.

ОБРАТНЫЙ КЛАПАН - устройство, пропускающее поток жидкости или газа по трубопроводу только в одном направлении и автоматически закрывающееся при перемене направления потока.

ОБРАТНЫЙ КЛАПАН - устройство, пропускающее поток жидкости или газа по трубопроводу только в одном направлении и автоматически закрывающееся при перемене направления потока.

ПОКАЗЫВАЮЩИЕ МАНОМЕТРЫ И ТЕРМОМЕТРЫ рекомендуется устанавливать для удобства обслуживания и эксплуатации гелиосистемы. С помощью показывающих термометров может быть осуществлен быстрый и простой мониторинг температуры теплоносителя на входе и выходе. Обязательный мониторинг давлений теплоносителя с помощью показывающих манометров необходим для постоянного контроля гидравлического сопротивления, а, соответственно, состояния теплообменной поверхности (степени загрязненности) и контроля расхода теплоносителя при проведении пуско-наладочных работ и эксплуатации системы. Манометры и запорные вентили необходимо устанавливать на прямолинейных участках трубопроводов. Нельзя их устанавливать вблизи отводов и гибов трубы.

ТРЕХХОДОВОЙ ТЕРМОСТАТИЧЕСКИЙ КЛАПАН. Предназначен для смешивания и разделения потоков и регулирования температуры в контуре отопления или ГВС.

Существуют с ручной и автоматической регулировкой температуры (с сервоприводом- механическая система с электродвигателем, смонтированном в пластмассовом корпусе.

Позволяет плавно изменят степень открытия клапана)

ВОЗДУХОВЫПУСКНОЙ КЛАПАН.

Особое внимание при заправке и эксплуатации циркуляционного контура с теплоносителем необходимо уделять проблеме удаления воздуха из системы.

Присутствие воздуха в теплоносителе приводит:

  • К «завоздушиванию» системы и нарушению их теплообменных характеристик;
  • Ненормальной и нестабильной работе оборудования;
  • Увеличенному шуму при работе циркуляционного контура;
  • Пульсациям давления в циркуляционном контуре и возможности возникновения кавитации в насосной группе, что приводит к снижению ресурса и преждевременному выходу из строя насосного оборудования;
  • Закупорке воздушными пробками каналов теплообменника.

Особое внимание следует уделять выбору типа клапана для отвода воздуха из системы (ручной или автоматический). На Рис1. проиллюстрирован случай подсоса воздуха в замкнутый циркуляционный контур через воздушный автоматический клапан при расхолаживании системы. В контуре установлен расширительный мембранный бак, но была большая утечка жидкости при пуско-наладке системы.

Рис1. «Подсос» воздуха в систему через воздушный автоматический клапан.

Для решения проблемы постоянной обработки циркулирующего теплоносителя в холодильной системе находят применения специальные устройства, позволяющие обеспечить высокую степень очистки от механических частиц и «дегазации» жидкости. На Рис.2 показан тип подобных устройств.

Рис.2 – применение автоматического воздухоотводчика

Рекомендуется, чтобы автоматический клапан воздушной очистки монтировался в самой высокой точке. Обычно это вход коллектора. Оставьте его открытым на неделю или достаточно долго, чтобы убедится, что весь воздух удален и затем закройте его и заизолируйте, чтобы избежать утечки.

Углы наклона гелиоустановки

Оптимальный угол наклона гелиоустановки зависит от ее назначения. Меньшие оптимальные углы наклона для приготовления горячей воды и нагревания воды в бассейне учитывают большую высоту солнца летом. Большие оптимальные углы наклона для поддержки отопления рассчитываются на меньшую высоту солнца в переходные периоды. Ориентирование по сторонам света и угол наклона коллекторов влияют на тепловую энергию, которую поставляет гелиоколлекторное поле. Направленность гелиоколлекторного поля на юг при отклонении до 10 градусов на запад или на восток и с углом наклона от 35 до 45 градусов является предпосылкой для максимального выхода гелиотермической энергии. В случае монтажа коллекторов на наклонную крышу или на фасад направленность гелиоколлектроного поля оказывается идентичной ориентации крыши или фасада. Если ориентирование гелиоколлектрного поля отклоняется на запад или на восток, солнечные лучи не попадают оптимально на поверхность абсорбера (поглотителя). Вследствие этого уменьшается продуктивность гелиоколлекторного поля.

В таблице приведен оптимальный угол наклона коллекторов в зависимости от назначения системы.

Использование солнечного тепла для: Оптимальный угол наклона гелиоколлекторов:
Приготовление горячей воды От 30 до 45
Приготовление горячей воды+отопление помещений От 45 до 53
Приготовление горячей воды+нагрев бассейна От 30 до 45
Приготовление горячей воды+нагрев бассейна+отопление помещений От 45 до 53

Контроллеры

С помощью интеллектуального регулятора управления в сочетании с гелиоколлекторами обеспечивается особенно эффективное использование солнечной энергии. Регуляторы предназначены для использования в одно- и многоконтурных гелиоустановках.

Контроллер обеспечивает максимально возможную эффективность использования солнечной энергии для приготовления горячей воды или поддержания системы отопления.

Контроллер - обязательный элемент гелиосистем с принудительной циркуляцией теплоносителя. Он предназначен для управления процессом нагрева от солнца и контроля состояния гелиосистемы, а также, в зависимости от контроллера, может управлять и другими теплотехническими процессами в общей системе. Контроллер получает информацию от датчиков температуры (один из которых обязательно находится в солнечном коллекторе) и выбирает необходимый режим работы.

Эффективность и безопасность гелиосистемы в значительной мере зависят от контроллера: правильности заложенных алгоритмов работы гелиосистемы, надежности элементов.

Мы предлагаем несколько моделей цифровых контроллеров для систем различной конфигурации.

Преимущества:

  • Возможность автоматической регулировки скорости протока теплоносителя (управление расходом циркуляционного насоса) в зависимости от разницы температур (реализована во всех моделях контроллеров);

   В результате система работает более стабильно, быстрее достигаются необходимые температуры, обеспечивается дополнительная выработка тепловой энергии за счёт увеличения времени работы системы в утренние, вечерние часы и в пасмурную погоду, а также достигается экономия электроэнергии за счет снижения потребляемой мощности циркуляционным насосом.

  • Универсальность. Все модели контроллеров можно использовать в гелиосистемах разного назначения, например: ГВС, нагрев воды в бассейне, отопление;
  • Высокая надежность. Достигается благодаря оптимально подобранным комплектующим, заключенным в герметичный поликарбонатный корпус, который обеспечивает защиту от прямого попадания струй воды (класс защиты IP 65). Каждый контроллер подвергается жестким испытаниям, для выявления возможных неисправностей еще на этапе производства;
  • Простота контроля режимов системы. С помощью индикации на передней панели легко контролировать состояние системы, контроллер не нуждается в постоянной настройке, все необходимые установки монтажная организация осуществляет в процессе монтажа;
  • Дистанционный контроль и корректировка работы системы солнечного теплоснабжения. Работа по таймеру.

   Описание контроллеров Rucelf

Модель Назначение Функциональные особенности
  Управляет одним насосом в однофункциональных или многофункциональных системах с единым аккумулятором тепла: ГВС или бассейн или отопление или ГВС с отоплением (комбинированный бак). Через бак-аккумулятор для отопления возможна реализация 3-х контурной схемы для ГВС и(или) бассейна. анализирует информацию от 2х датчиков температуры;
возможность автоматической регулировки скорости протока теплоносителя;
защита от перегрева;
защита оборудования от высоких температур;
контроль аварийных ситуаций;
  Управляет двумя насосами или одним насосом и 3-х ходовым клапаном в однофункциональных или многофункциональных системах с единым или двумя отдельными аккумуляторами тепла: ГВС и бассейн или ГВС и отопление. Через бак-аккумулятор для отопления возможна реализация 3-х контурной схемы для другого потребителя тепловой энергии. анализирует информацию от 4-х датчиков температуры;
возможность автоматической регулировки скорости протока теплоносителя;
защита от перегрева;
защита оборудования от высоких температур;
контроль аварийных ситуаций;
возможность гибкой настройки режимов работы;

Список литературы

  1. Ведомственные строительные нормы ВСН 52-86. "Установки солнечного горячего водоснабжения. Нормы проектирования"
  2. Ведомственные строительные нормы ВСН 56-87. "Геотермальное теплохладоснабжение жилых и общественных зданий и сооружений. Нормы проектирования"
  3. Бутузов В.А. Анализ опыта разработки и эксплуатации гелиоустановок в Краснодарском крае // Промышленная энергетика, № 2,1997
  4. Рабинович М.Д. Сравнение различных методов представления климатологической информации при расчете производительности гелиосистем // Гелиотехника, № 3,1986
  5. Валов MM., Горшков Б.Н., Некрасова Э.И. О точности определения интенсивности солнечной радиации при расчетах гелиоустановок // Гелиотехника, №6,1982
  6. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Часть 3. Многолетние Выпуск 13. Часть 1. Солнечная радиация и солнечной сияние- Л.: Гтдроитноиздат, 1990
  7. Отчет о НИР "Разработка рекомендаций по проектированию гелиоустановок котельных и ЦТП" // Краснодарская лаборатория энергосбережения и нетрадиционных источников энергии Академии коммунального хозяйства - Краснодар, 1989
  8. Бутузов В.А. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии в системах теплоснабжения Краснодарского края // Краснодар, 1989
  9. Отчет о НИР "Исследования и разработка гелиоустановок для систем теплоснабжения заводов МЖК и пионерлагеря "Чайка" в пос. Джанхот // Краснодарская лаборатория энергосбережения и нетрадиционных источников энергии Академии коммунального хозяйства. Краснодар, 1991
  10. Отчет о НИР. Схема размещения нетрадиционных возобновляемых источников энергии в Краснодарском крае. Технико-экономический доклад. Часть 2. Оценка гелиоэнергетических ресурсов Краснодарского края и рекомендации по их техническому использованию для выработки тепловой и электрической энергии - АО Ленгидропроект. АОЗТ "Гидротех" № 030-23-27 С.-Петербург, 1994
  11. Отчет о НИР. Разработка климатических характеристик для нормативных документов по строительному проектированию, техническому нормированию и других целей ГГО им. А. И. Воейкова, Л. 1990
  12. Baron S. The embedded energy cont in solar energy systems / 19 th Intersoc Energy Convers / Eng. Conf., San-Francisco, Calif, 1984
  13. ГОСТ 28310-89 Коллекторы солнечные. Общие технические условия. М.: Госстандарт, 1999
  14. АВОК 2000/6, с.20-23

Основные термины

Приведенный коэффициент теплопотерь солнечного коллектора - произведение коэффициента эффективности коллектора на полный коэффициент потерь.

Приведенная интенсивность поглощенной солнечной радиации - произведение эффективности солнечного коллектора на интенсивность поглощенной радиации.

Коэффициент эффективности солнечного коллектора - отношение фактически поглощенной полезной энергии к полезной энергии, поглощенной в случае, когда температура поглощающей пластины равна температуре жидкости.

Солнцепоглощающая поверхность солнечного коллектора - площадь поверхности солнечного коллектора, через которую передается солнечная энергия теплоносителю.

Приведенная оптическая характеристика солнечного коллектора - произведение коэффициента эффективности коллектора на поглощательную способность пластин коллектора и на пропускательную способность прозрачного покрытия.

Равновесная температура - максимальная температура пластины коллектора при отсутствии полезного отвода теплоты.

Подписка на Солнечные коллекторы