Индивидуальные солнечные установки

АККУМУЛЯТОРЫ ТЕПЛОТЫ

АККУМУЛЯТОРЫ ТЕПЛОТЫНеобходимость аккумулирования теплоты в гелиоси­стемах обусловлена несоответствием во времени и по ко­личественным показателям поступления солнечной ради­ации и тецлопотребления. Поток солнечной энергии изме­няется в течение суток от нуля в ночное время до максимального значения в солнечный полдень (рис. 19, с) -

АККУМУЛЯТОРЫ ТЕПЛОТЫ

Месяцы а) Время дня, ч 5)

Рис. 19. Годовой (а) и суточный (б) ход поступления солнечной энергии (Е) и тепловой нагрузки ((}), отопления и горячего водо­снабжения

Поскольку тепловая нагрузка отопления максимальна в декабре — январе, а поступление солнечной энергии в этот период минимально (рис. 19, а), для обеспечения теплопотребления (<2) необходимо улавливать солнеч­ной энергии (Е) больше, чем требуется в данный момент (Е1), а ее избыток (£2) накапливать в аккумуляторе теплоты. Запас энергии в аккумуляторе может быть рас­считан на несколько часов или суток при краткосрочном

Аккумулировании и на несколько месяцев — при сезонном аккумулировании. Следует отметить, что применение се­зонных аккумуляторов пока экономически нецелесооб­разно. В целом же применение аккумулятора теплоты повышает эффективность гелиосистемы и надежность теплоснабжения.

Низкотемпературные системы аккумулирования теп­лоты охватывают диапазон температур от 30 до 100 °С и используются в системах воздушного (30 °С) и водя­ного (30—90 °С) отопления и горячего водоснабжения (45—60 °С). Система аккумулирования теплоты, как правило, содержит резервуар, теплоаккумулирующий материал, с помощью которого осуществляется накопле­ние и хранение тепловой энергии, теплообменные устрой­ства для подвода и отвода теплоты при зарядке и раз­рядке аккумулятора и тепловую изоляцию.

Аккумуляторы можно классифицировать по характе­ру физико-химических процессов, протекающих в тепло­аккумулирующих материалах (ТАМ):

Аккумуляторы емкрстного типа, в которых использу­ется теплоемкость нагреваемого (охлаждаемого) акку­мулирующего материала без изменения его агрегатного состояния (природный камень, галька, вода, водные ра­створы солей и др.);

Аккумуляторы фазового перехода вещества, в кото­рых используется теплота плавления (затвердевания) вещества;

Аккумуляторы энергии, основанные на выделении и поглощении теплоты при обратимых химических и фо­тохимических реакциях.

В аккумуляторах первой группы происходят последо­вательно или одновременно процессы нагревания и ох­лаждения теплоаккумулирующего материала либо непо­средственно за счет солнечной энергии, либо через теп­лообменник. Этот способ аккумулирования тепловой энергии наиболее широко распространен. Основным не­достатком аккумуляторов этого типа является их боль­шая масса и как следствие этого — потребность в боль­ших площадях и строительных объемах в расчете на 1ГДж аккумулируемой теплоты.

Сравнение различных теплоаккумулирующих матери­алов приведено в табл. 4.

Требования к теплоаккумулирующим материалам: ... высокая теплоемкость и энтальпия фазового перехода

Таблица 4. Сравнение некоторых теплоаккумулирующих материалов

Характеристика ТАМ

Гранит,

Галька

Вода

Глауберова сОль (декагидрат сульфата натрия)

Парафин

Плотность, кг/м3

1600

1000

1460т

1330»

786т

Теплоемкость,

КДж/(кг-К)

0,84

4,2

1,92т

3,26*

2,89т

Коэффициент теплопро­водности, Вт/(м-К)

0,45

0,6

1,85т

1,714*

0,498т

Масса ТАМ для аккуму­лирования 1 ГДж теп­лоты при АТ=20 К, кг

59 500

11 900

3300

3750

Относительная масса ТАМ по отношению к массе воды, кг/кг

5

1

0,28

0,32 ,

Объем ТАМ для акку­мулирования 1 ГДж теплоты при ДГ=20 К, м3

Относительный объем ТАМ по отношению к объему воды, м3/м3

49, бж

11,9

2,26

4,77

4,2

1

0,19

0,4

Примечания: 1. Обозначения степени следующие: т — твердое сос­

Тояние; ж — жидкое состояние; • — с учетом объема пустот — 25%.

2. Температура и теплота плавления: парафин — 47 °С и 209 кДж/кг; гла­уберова соль — 32 °С и 251 кДж/кг.

При достаточно высокой теплопроводности; высокая плот, ность материала и его химическая стабильность; безо­пасность и нетоксичность; низкая стоимость.

Система аккумулирования тепловой энергии характе­ризуется следующими параметрами: теплоаккумулирую­щей способностью или удельной энергоемкостью, ГДж/м3; диапазоном рабочих температур, °С; скоростью подвода и отвода теплоты при зарядке и разрядке акку-* мулятора, кДж/с.

Аккумуляторы теплоты емкостного типа (рис. 20) — наиболее широко распространенные устройства для ак­кумулирования тепловой энергии. Теплоаккумулирующую способность или количество теплоты (кДж), которое может быть накоплено в аккумуляторе теплоты емкост­ного типа, определяют по формуле

Ф = тСр(Т2 — 7^), где пг — масса - теплоаккумулирующего вещества, кг;

Ср — удельная изобарная теплоемкость вещества, кДж/ /(кг-К); Т и Т2 — средние значения начальной и конеч­ной температур теплоаккумулирующего вещества, °С.

АККУМУЛЯТОРЫ ТЕПЛОТЫНаиболее эффективный теплоаккумулирующий мате­риал в жидкостных солнечных системах теплоснабже­ния— это вода. Для сезонного аккумулирования тепло­ты перспективно использование подземных водоемов, грунта, скальной породы и других природных образова­ний.

АККУМУЛЯТОРЫ ТЕПЛОТЫ

Рис. 20. Аккумуляторы теплоты емкостного типа—водяной (а) и галечный (б):

/ — теплообменник; 2 — холодная вода; 3 — горячая вода; 4 — теплоизолиро­ванный бак (бункер); « — слой гальки; 6—решетка; 7, « — подвод (отвод)

Воздуха

В крупномасштабных системах аккумулирования теп­лоты достаточно успешно используют железобетонные и стальные резервуары вместимостью до 100 тыс. м3, в которых горячая вода, обладающая значительной теп­лоемкостью [4,19 кДж/(кг-°С)], может сохранять при температуре 80—95 °С до 8 тыс. ГДж теплоты. Они дос­таточно просты в эксплуатации, но требуют больших ка­питаловложений. Целесообразно их использование сов­местно с тепловыми насосами, в этом случае их тепло­аккумулирующая способность может удвоиться за счет более глубокого (до 5°С) охлаждения воды в резервуаре.

Положительный опыт в сезонном аккумулировании теплоты накоплен в Швеции, где успешно эксплуатиру­
ются крупные гелиотеплонасосные системы теплоснабже­ния целых поселков. Однако для индивидуального потребления наибольший интерес представляют аккумуля­торы теплоты для небольших солнечных установок го­рячего водоснабжения и отопления.

На рис. 21 показаны примеры конструктивного испол­нения баков аккумуляторов вместимостью 200—500 л, применяемые в водонагревательных установках с есте-

АККУМУЛЯТОРЫ ТЕПЛОТЫ

Рис. 21. Баки—аккумуляторы горячей воды:

А —бак с подводом Холодной воды снизу и внутренними перегородками; б —> бак с поплавковым клапаном для подвода холодной воды; в — бак с подводом теплоты из КСЭ через теплообменник; г — секционированный бак с электро­нагревателей; /,— теплоизолированный корпус; 2 — перегородка; 3—-подвод холодной воды; 4 — отвод горячей воды; 5 — поплавковый клапан; 6 — опуск­ная труб?; 7 — теплообменник; 8 — электронагреватель; 9 — теплообменник

Ственной и лринудительной циркуляцией. Как правило, используется вертикальный стальной бак высотой в 3—

5 раз больше его диаметра для обеспечения температур­ного расслоения воды. Тепловые потери бака снижаются путем применения теплоизоляции типа стекловаты тол­щиной, не менее 50 мм. Внутренняя поверхность бака, контактирующая с водопроводной водой, должна быть защищена от коррозии. Для этого бак должен быть из­

Готовлен из нержавеющей стали, иметь эмалевое покры­тие или анод из магния или анодную защиту с внешним источником электричества. В баке могут быть предусмот­рены горизонтальные перегородки (рис. 21, а и г), по­плавковый клапан для подвода холодной воды (рис. 21, б) и труба для ее поступления в нижнюю часть бакга, теплообменник в двухконтурной системе для подвода теплоты от КСЭ (рис. 21, в и г), электронагреватель и теплообменник для отвода теплоты в систему отопле­ния (рис. 21, г). Перегородки разделяют бак на секции с различными уровнями температуры воды по высоте, так что в верхней части бака вода имеет более высокую температуру, чем в нижней. Это повышает эффектив­ность аккумулирования теплоты. В схемах а и б тепло­носителем в КСЭ служит вода, а в схемах виг —анти­фриз, поэтому используется теплообменник для переда­чи теплоты от антифриза к воде. .

Галечный аккумулятор теплоты (рис. 22). В солнеч­ных воздушных системах теплоснабжения обычно при­меняются галечные аккумуляторы теплоты, представляю­щие собой емкости круглого или прямоугольного сече­ния, содержащие гальку размером 20—50 мм в виде насадки из плотного слоя частиц. Аккумуляторы этого ти­па обладают рядом достоинств, но по сравнению с во­дяным аккумулятором в этом случае требуется больший объем. Галечный аккумулятор может располагаться вер­тикально или горизонтально.

Горячий воздух, поступающий днем из солнечного коллектора в аккумулятор, отдает гальке свою теплоту, и таким образом происходит зарядка аккумулятора. При разрядке аккумулятора ночью или в ненастную погоду воздух движется в обратном направлении и отводит теп­лоту к потребителю.

I

подпись: iПри одинаковой энергоемкости объем галечного ак­кумулятора теплоты в 3 раза' больше объема водяного бака-аккумулятора. Так, при массе гальки 10 т, пороз - ности слоя е=0,4 и плотности частиц 1850 кг/м3 требу­ется объем галечного аккумулятора, равный У=т/р (1— е)=9 м3. Приняв, что при разрядке аккумулятора на­чальная температура частиц гальки равна 65°С, а их конечная температура 21 °С, что вполне реально при воз­душном отоплении с помощью вентиляционной системы, получим количество теплоты, которое можно использо­вать для отопления из аккумулятора [удельная теплоем­
кость гальки с=0,88кДж/(кг-К) или 1630кДж/(м3-К)]:

<3=== тС ( Тнач Ткон

) == Ю4-0,88(65—21) = 387,2 МДж. При часовой тепловой нагрузке 20 МДж/ч этого запаса энергии хватит на 19,36 ч.

Аккумуляторы теплоты фазового перехода. Основное преимущество теплоты с фазовым переходом — высокая

АККУМУЛЯТОРЫ ТЕПЛОТЫ

Рис. 22. Общий вид галечного аккумулятора:

; —крышка; 2 — бункер; 3 — бетонный блок; 4— теплоизоляция; 5 —сетка;

6 — галька

Удельная плотность энергии, благодаря чему существен­но уменьшаются масса и объем аккумулятора по срав­нению с емкостными аккумуляторами.

Для низкотемпературных солнечных систем тепло­снабжения в аккумуляторах фазового перехода наибо­лее пригодны органические вещества (парафин и неко­торые жирные кислоты) и кристаллогидраты неоргани­ческих солей, например гексагидрат хлористого кальция СаЙг'бНгО или глауберова соль Ка2804-ЮН20, плавя­щиеся при 29 и 32°С соответственно. При использова­нии кристаллогидратов возможно разделение смеси и ее переохлаждение, вызывающие нестабильность этих не­дорогих веществ и снижающие число рабочих циклов. Для устранения этих недостатков к теплоаккумулирую­щему материалу добавляют специальные вещества, кото­рые обеспечивают равномерную кристаллизацию распла­ва и способствуют длительному использованию материа­ла в многократных циклах плавления — затвердевания. Для организации эффективного теплообмена использу­ются оребренные поверхности, капсулы, заполненные теплоаккумулирующим материалом, а также теплопро­водные матрицы (ячеистые структуры). Это необходимо в первую очередь при использовании органических ве­ществ, имеющих очень низкий коэффициент теплопро­водности [0,15 Вт/(м.°С)}.

Индивидуальные солнечные установки

Монтаж солнечных батарей. Выбор крепежей

Солнечные батареи являются преимуществом современного технического развития планеты и позволяют каждому почувствовать свою независимость. Такое конструктивное решение нуждается в профессиональном подходе и качественной комплектации. Очень важную роль играет крепеж для …

Сонячна електростанція для будинку

Якщо відповісти на питання – що ж таке сонячна електростанція, то відповідь буде, напевно стислою, але змістовною - інженерна споруда, яка сприяє перетворенню сонячної радіації в електричну енергію.

Солнечные панели купить можно на нашем сайте hexagon-energy

Солнечные панели представляют собой сборные установки. Они состоят из полупроводниковых ячеек. Каждая такая ячейка способна преобразовать энергию солнечных лучей в электрическую. Благодаря таким свойствам солнечные панели стали одним из значимых …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua