Индивидуальные солнечные установки
ПЛАВАТЕЛЬНЫЕ БАССЕЙНЫ С СОЛНЕЧНЫМ ОБОГРЕВОМ
Солнечные установки наиболее целесообразно применять для низкотемпературных процессов. Температура воды в плавательных бассейнах обычно поддерживается на уровне 20—27 °С, что всего На 5—15 °С выше температуры наружного воздуха, и энергия солнечной радиации в летний период—с начала июня до середины сентября — вполне может заменить традиционный источник энергии. То же относится и к лечебным минеральным ваннам, хотя в этом случае температура воды и несколько выше — 35—38 °С. Благодаря использованию солнечной энергии купальный сезон в открытых плавательных бассейнах будет увеличен на 1,5—2 мес. в год, а в закрытых бассейнах будет обеспечена значительная экономия топлива, особенно с учетом того, что в летний период котлы работают неэффективно — с низким КПД. Отключение котлов на этот период не только снижает расход топлива, но и уменьшает загрязнение окружающей среды вредными выбросами, в том числе оксидами серы и азота.
В ряде стран (США, Австралия, ФРГ) в течение многих лет успешно эксплуатируется большое число частных и коммунальных плавательных бассейнов с солнечным обогревом. Это перспективная область применения солнечных установок как в спортивно-оздоровительных учреждениях, так и в индивидуальном строительстве в благоприятных в климатическом отношении районах страны,
В условиях средней полосы и южной части СССР гелиоустановки могут давать как минимум 250—300 кВт* ч полезной теплоты в год с 1 м2 площади плоского солнечного коллектора. Одна из возможных схем гелиоустановок для подогрева воды в плавательном бассейне показана на рис. 47, а. Вода из бассейна насосом прокачивается через фильтр и. направляется в солнечный коллектор. Нагретая вода из коллектора поступает в бассейн. В схеме предусмотрены обратный клапан, воздушный клапан и байпасная линия с вентилем. Коллектор должен быть изготовлен из коррозионно-стойких материалов, чтобы не подвергаться агрессивному действию воды из бассейна. Кроме того, материал должен выдер-
|
Рис. 47. Схемы солнечных установок для обогрева плавательных Бассейнов: « — одноконтурная схема; б —схема солнечно-теплонасосной установки: У —бассейн; 2 — насос; 3 — фильтр; 4 — обратный клапан: 5 —коллектор солнечной энергии; 6 — воздушник; 7 — байпас с вентилем; 3 —тепловой насос: 9 — теплообменник; 10 — трехходовой клапан |
Живать температуру от —20 до 70 °С, обладать хорошей поглощательной способностью и высоким коэффициентом теплопроводности. Через коллектор прокачивается большое количество воды, и должно быть обеспечено такое поперечное сечение каналов, чтобы гидравлическое сопротивление было минимальным. Наиболее подходящими материалами являются окрашенные в черный цвет полиэтилен, полипропилен и синтетический каучук. Первые два материала дешевы, а каучук значительно дороже, но более стойкий. При годовом поступлении 1050 кВт-ч/м2 солнечной энергии на горизонтальную поверхность и площади КСЭ 800 м2 за сезон гелиоустанов-
Ка может дать 170 МВт-ч теплоты, а потребность в теплоте составляет 270 МВт-ч. В данном случае КСЭ не имеет остекления, вода в нем подогревается на 3,5 °С, и средняя тепловая мощность установки за сезон составляет 270 кВт, а ее КПД — 38,3 %. Длинные оребренные трубы изготовлены из полипропилена, а прямой и обратный соединительные трубопроводы — из полиэтиленовых труб.
Схема комбинированной солнечно-теплонасосной установки для обогрева плавательного бассейна показана на рис. 47, б. Летом в бассейне поддерживается температура не ниже 20 °С. Это обеспечивается с помощью КСЭ. При неблагоприятных погодных условиях включается тепловой насос, использующий КСЭ в качестве испарителя.
Для снижения тепловых потерь водная поверхность бассейна покрывается специальной оболочкой. Если температура воды в бассейне выше, чем в КСЭ (осенью, весной), то КСЭ отключается, а работает тепловой насос.
В условиях средней части СССР гелиоустановка, предназначенная для поддержания температуры воды в плавательном бассейне на уровне 20—27 °С, дает за сезон 250—270 кВт-ч полезной теплоты на 1м2 площади КСЭ. Для сравнения укажем, что годовая удельная теп- лопроизводительность гелиосистемы горячего водоснабжения равна 300—500 кВт-ч/м2 в год, а гелиоустановка отопления (30—70 °С) 150—300 кВт-ч/м2 в год. Бассейн теряет теплоту вследствие испарения воды, конвекции и излучения в окружающую среду, теплопроводности от дна к грунту и на разогрев. Требуемое количество теплоты от обычного топливного источника равно разности между суммарными теплопотерями бассейна и поступлением солнечной энергии.
Тепловые потери открытого плавательного бассейна могут быть существенно снижены, если в те периоды, когда бассейн не используется, т. е. в ночное время и в - холодную ненастную погоду, закрывать его водную поверхность. Для этого можно использовать полимерную пленку или плиты из пенопласта. При работе бассейна полимерное покрытие убирается и хранится в свернутом виде на краю бассейна, плиты также могут быть сложены там же В виде штабеля. Второй вариант это двухслойное полимерное покрытие в виде подушки, которая надувается воздухом и изолирует поверхность воды от
Наружного воздуха; при работе бассейна воздух выпускается и благодаря наличию утяжелителей покрытие погружается на дно бассейна. Защита поверхности вйды от наружного воздуха позволяет уменьшить тепловые потери на 40—50 %, что при площади бассейна 1000 м2 эквивалентно экономии почти 25—35 м3 мазута за сезон в районах с годовым поступлением солнечной энергии порядка 1000—1100 кВт-ч/м2.
При использовании пластмассовых коллекторов себестоимость 1 кВт-ч теплоты в 3—5 раз ниже по сравнению со стандартными плоскими КСЭ и в 6—10 раз ниже по сравнению с вакуумированными КСЭ.
Один из наиболее крупных открытых плавательных бассейнов с солнечной установкой в Европе находится в г. Виле (ФРГ) и имеет площадь поверхности воды 1500 м2 и объем 2500 м3. Всего в ФРГ эксплуатируется 2800 бассейнов со средней площадью одного бассейна 1270 м2, и расход топлива за сезон составляет 92 т нефти на 1 бассейн, а всего потребляется 260 тыс. т нефти. Общие теплопотери бассейна составляют 2390 кВт-ч/м2 за сезон, в том числе за счет излучения с поверхности воды теряется 1570, испарения и конвекции — 540, с промывочной водой — 230, вследствие теплопроводности— 25 кВт-ч/м2 и потери при первом разогреве составляют 25 кВт-ч/м2. Вследствие поглощения атмосферного и солнечного излучения приход энергии составляет 1730 кВт-ч/м2 за сезон, а общая потребность в теплоте за сезон равна 660 кВт-ч/м2. Итак, максимальные потери обусловлены испарением и теплоотдачей от воды к воздуху, а вторая по величине потеря теплоты — разность между излучением поверхности воды и поглощением атмосферного излучения (в диапазоне длин волн от 6 до 60 мкм), составляющая 370 кВт-ч/м2 за сезон.
Если глубина бассейна не превышает 1 м, то его дно и стены должны быть покрашены краской с высокой поглощательной способностью, а дно, кроме того, должно иметь шероховатую поверхность. Для промывки фильтров используется теплая вода, норма расхода на одну промывку — 0,9 м3 на 1 м2 поверхности бассейна. Теплоту промывочной воды необходимо утилизировать, установив после фильтров теплообменник.
При реализации всех трех указанных способов энергосбережения потребность в теплоте снижается до 260 кВт-ч/м2 за сезон, что составляет всего 40 % первоначального значения. При этом требуемая площадь плоского КСЭ уменьшается до 0,4 м2 (вместо 1 м2) на 1 м2 площади поверхности воды в бассейне. При этом годовое теплопотребление бассейна составляет 700— 800 МВт-ч, среднесуточная теплопроизводительность ге
Лиоустановки за период май—сентябрь 2,5 кВт-ч/м2 в день (максимум 6 кВт-ч/м2 в день) при площади поверхности воды КСЭ 1500 м2, температура воды на входе в КСЭ 20—27 °С, а на выходе 24—36 °С при расходе 10—90 м3/ч.
