Индивидуальные солнечные установки
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ АКТИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Общие рекомендации по проектированию гелиосистем.
Солнечные установки отопления и горячего водоснабжения зданий входят в состав комбинированных гелиотоп - ливных систем теплоснабжения и обеспечивают частичное покрытие годовой тепловой нагрузки. Как правило, мощность резервного (дополнительного) источника теплоты — котельной — выбирается такой, чтобы могла быть покрыта вся расчетная тепловая нагрузка отопления, так как в зимние месяцы гелиоустановка имеет низкую производительность. Применение гелиоустановок обеспечивает экономию топлива и снижает загрязнение окружающей среды топливосжигающими установками. Гелиосистемы теплоснабжения рекомендуется применять в основном в южных районах РСФСР, Украины и Казах
Стана, в Закавказье, Молдавии и Средней Азии для сезонных потребителей, при высокой стоимости топлива, при среднегодовом количестве поступающей солнечной радиации не менее 1000 кВт-ч/м2, при повышенных требованиях к чистоте окружающей среды, например в курортных зонах.
Гелиотопливная система теплоснабжения включает в себя следующее основное оборудование: коллектор солнечной энергии, аккумулятор теплоты, теплообменники, насосы или вентиляторы, дополнительный (резервный) источник теплоты (топливный или электрический) и устройства для управления работой системы.
Вследствие нестабильности поступления солнечной энергии системы солнечного отопления должны работать с дублёром — резервным источником теплоты (котельная, теплосеть и т. п.), обеспечивающим 100 % тепловой нагрузки. В то же время солнечные водонагревательные установки сезонного действия могут быть запроектированы без дублера, если не предъявляются жесткие требования по бесперебойному снабжению горячей водой, например в летних душевых, пансионатах, пионерских лагерях и т. п.
Для систем солнечного отопления приближенный тепловой расчет можно выполнять для одного месяца переходного периода, например для апреля в средней полосе или марта в южных районах.
При проектировании систем теплоснабжения с использованием солнечной энергии необходимо исходить из того, что экономически целесообразно покрывать за счет солнечной энергии ЛИШЬ определенную ДОЛЮ /год годовой
О /ГОД
Тепловой нагрузки С? н, а остальную ее часть, а именно (1—/год^н°А, должен обеспечивать резервный (дополнительный) источник энергии. Величина /год зависит от характеристик гелиосистемы и климатических данных, а также от стоимости системы и топлива, но обычно она не превышает 0,5, а для сезонных установок может достигать 0,75 и более (за сезон).
Месячная доля солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки теплоснабжения или степень замещения топлива определяется как
Где — месячная величина тепловой нагрузки; (2« и <3д — месячные количества теплоты, обеспечиваемые
Солнечной установкой и дополнительным источником энергии.
Годовая доля солнечной энергии (степень замещения топлива) в покрытии нагрузки имеет вид
И -
1 1
Экономия топлива (кг) за расчетный период В =
— (Зс/ (<2тПтг), где (?т — теплота сгорания топлива, МДж/кг; г|ТР—КПД теплогенератора, равный 0,45—0,6 для индивидуальных установок и 0,6—0,8 для котлов на твердом, жидком и газообразном топливе.
Исходные данные для расчета гелиосистемы включают характеристики географического положения местности — широту <р, долготу I и высоту Н местности над уровнем моря, климатические данные — среднемесячное дневное количество суммарной Е и рассеяной (диффузной) Ер солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, и температуру наружного воздуха Тв, принимаемые по «Справочнику по климату СССР».
Кроме того, по данным испытаний или по данным завода — изготовителя коллектора солнечной энергии принимаются его характеристики — эффективный оптический КПД т]0 и коэффициент тепловых потерь Кк, а также геометрические размеры одного модуля коллектора, число слоев остекления, вид теплоносителя. Для расчета гелиосистемы также необходимо знать среднемесячные суточные значения тепловой нагрузки отопления или иметь данные для их расчета, знать температуры холодной Тх. в и горячей Тт. в воды и суточное потребление горячей воды.
При проектировании систем солнечного теплоснабжения расход теплоносителя и объем аккумулятора теплоты выбирают в зависимости от вида теплоносителя в контуре солнечного коллектора (жидкость или воздух) и типа теплового аккумулятора (водяного в жидкостных системах и галечного в воздушных системах).
А |
Так, удельный расход (м3/с) теплоносителя в КСЭ на 1 м2 площади поверхности КСЭ для жидкостных систем равен 0,01—0,02, для воздушных систем 0,005—0,02, а удельный объем (м3/м2) аккумулятора теплоты равен соответственно 0,05—0,15 и 0,15—0,35. Удельная площадь поверхности солнечного коллектора в зависимости от на
значения системы принимается ориентировочно равной: для систем отопления отапливаемого помещения 0,33— 0,5м2/м2; для систем горячего водоснабжения 1—
2 м2/чел; для подогрева воды для открытого плавательного бассейна 0,5—1 м2/м2. Оптимальный угол наклона солнечного коллектора р0пт к горизонту принимается равным: для систем отопления — широте <р+15°; для систем горячего водоснабжения круглогодичного действия— широте ф, сезонного действия — широте ф—15°.
Экономия топлива, которая может быть достигнута в результате эксплуатации солнечной системы теплоснабжения, ориентировочно составляет 0,1—0,2 т условного топлива на 1 м2 площади поверхности солнечного коллектора.
В галечном аккумуляторе теплоты рекомендуется использовать слой частиц высотой (длиной в направлении движения теплоносителя) 1—3 м, диаметр частиц гальки 20—40 мм, аэродинамическое сопротивление аккумулятора 25—75 Па, а воздуховодов 0,05—1 Па на 1м длины. Коэффициент теплопотерь трубопроводов и воздуховодов не должен превышать 0,5 Вт/(м2-°С) , а аккумулятора теплоты 0,25—0,5 Вт/(м2**С).
Ниже приведены ориевтяровочные значения отношения площади А поверхности плоского КСЭ к площади Лпол пола отапливаемых »смещений здания в зависимости от средней температуры наружного воздуха Тв в зимние месяцы (декабрь—январь):
TOC o "1-5" h z Т °с....................... 10 _ 4 0 2 7
ЛМпол; м2/'м?' . . . 0,5— 0,45— 0,4—0,5 0,32— 0,18—
0,65 0,55 0,48 0,35
При применении КСЭ большой площади в летний период возникает значительный избыток неиспользуемой солнечной энергии, а это крайне нежелательно. Поэтому лучше принять площадь КСЭ по нижнему пределу, а затем уточнить ее значение расчетом.
Теплопроизводительность солнечной установки. Выполнение точного теплового расчета солнечной системы теплоснабжения практически представляет большие трудности из-за необходимости учета влияния случайных колебаний климатических параметров и сложного характера взаимодействия между элементами системы. Поэтому обычно используются упрощенные методы, которые основаны на обобщении результатов подробного моделирова' ния гелиосистем с применением ЭВМ и дают возможность получить долгосрочные характеристики проектируемой системы.
Упрощенный метод теплового расчета солнечной установки отопления и горячего водоснабжения здания позволяет определить ее основные параметры — площадь поверхности коллектора солнечной энергии А и объем аккумулятора теплоты V, а также найти характеристики энергетической эффективности—годовую долю солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки теплоснабжения и расчетную годовую экономию топлива.
Тепловая мощность (Вт) плоского коллектора солнечной энергии (КСЭ)
Q* - А [/к% —/С' (Гт1 - Тв)} - Gop (Тт2 - Гт1),
Где А — площадь поверхности КСЭ, м2; /к — плотность потока солнечной радиации, поступающей на поверхность коллектора, Вт/м2; г)' — эффективный оптический КПД коллектора; Кк — общий коэффициент теплопотерь коллектора, Вт/(м2-К); Tri и Гт2 — температура теплоносителя на входе в КСЭ и на выходе из него, °С; Тв — температура наружного воздуха, °С; G — массовый расход теплоносителя в КСЭ, кг/с; ср — удельная изобарная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг.°С).
Удельная среднемесячная дневная теплопроизводи - тельность коллектора солнечной энергии, МДж/м2 в день:
% = К Х{-аР + ЬР*),
Где Ек — среднемесячное дневное количество солнечной энергии, поступающей на 1 м2 площади поверхности КСЭ, МДж/м2 в день.
Метод расчета величины Ек описан в § 16. Коэффициенты а и b приведены в табл. 8 для основных типов КСЭ, используемых в солнечных установках теплоснабжения. Параметр Р— (Тц—-Тв)/Кя, где Кя=Е/Е0 — среднемесячный коэффициент ясности атмосферы, равный отношению среднемесячных количеств солнечной радиации, поступающих за день на горизонтальную поверхность на земле и за пределами земной атмосферы.
На теплопроизводительность коллектора солнечной энергии (КСЭ) в данных климатических условиях сильно влияет температура теплоносителя Тт на входе
Тип КСЭ |
% |
< |
0X10* |
6x10« |
НПК-1 |
0,78 |
8,0 |
10,7 |
29,3 |
НПК-2 |
0,73 |
4,6 |
6,9 |
12,7 |
СПК-1 |
0,75 |
5,5 |
7,9 |
16,4 |
СПК-2 |
0,7 |
3,5 |
5,6 |
8,7 |
Примечание. НПК — неселективный плоский коллектор: СПК — селективный ПЛОСКИЙ коллектор; 1—2 — ЧИСЛО слоев остекления: Т)о — эффективный оптический КПД; К' — аффективный коэффициент теплопотерь КСЭ, Вт/(м»-*С). |
В КСЭ. Так, при годовом суммарном поступлении солнечной энергии на плоскость КСЭ 4060 МДж/м2 (в том числе 1880 МДж/м2 диффузного солнечного излучения) на широте 47° с. ш. годовая теплопроизводительность <7код КСЭ с т|0 =0,73 и /Ск =4,5 Вт/(м2-К) и углом наклона 3=50° изменяется в зависимости от температуры теплоносителя на входе в КСЭ 7« следующим образом:
Тти °С. ................................................... 10 20 30 40 50 $)
<°я, МДж/м? . ................................. 2750 2320 1970 1650 1380 1150
Теплопроизводительность солнечной установки, т. е. то количество полезной теплоты, которая поступает к потребителю за определенный период времени (час, день, месяц, год), меньше теплопроизводительности солнечного коллектора на величину тепловых потерь в трубопроводах, соединяющих коллектор с тепловым аккумулятором, в нем самом, в теплообменниках в контуре коллектора и теплового потребителя. Эти теплопотери определяются тремя величинами—коэффициентом теплопотерь (теплопередачи от теплоносителя к окружающей
Среде) и площадью поверхности трубопроводов, теплового аккумулятора и т. п., а также разностью температур теплоносителя и окружающей среды (как правило, наружного воздуха). На коэффициент теплопотерь сильное влияние оказывают толщина и коэффициент теплопроводности теплоизоляции. Поэтому для снижения теплопотерь все нагретые поверхности должны быть тщательно теплоизолированы.
В частности, теплопотери трубопроводов рассчитываются по формуле
<1ТпЪт = КРотАгР{Т*-То,)>
Где /Спот —коэффициент теплопотерь трубопровода, Вт/ (м2-°С); Лтр — площадь поверхности трубопровода, м2; Т* и Т0.с — температура теплоносителя и окружающей среды соответственно, °С.
Солнечные водонагревательные установки за год дают 250—350 кВт-ч/м2 полезной энергии в умеренном климате и 600—700 кВт-ч/м2 в жарком климате.
Приближенный расчет систем солнечного теплоснабжения. Для предварительного расчета систем теплоснабжения с использованием солнечной энергии можно рекомендовать графический метод зависимости степени замещения (доли солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки) / от безразмерного параметра
0 = Ек Ща.
Величины Ек (поступление солнечной энергии на поверхность КСЭ) и (2н (тепловая нагрузка) относятся к расчетному периоду:, для систем горячего водоснабжения круглогодичного или сезонного действия — 1 год или летний сезон, а для систем отопления — каждый месяц отопительного периода. Зависимости / от 0 представлены на рис. 69, а ц б для систем солнечного отопления и горячего водоснабжения. При построении зависимостей приняты следующие допущения: 1) в качестве базового варианта принят плоский КСЭ с двухслойным остеклением т}о ==0,73 и Кк =4,6 Вт/(м2-К), а Кк. Ыо ^ =6,3 Вт/(м2-К) с оптимальным углом наклона КСЭ р к горизонту и южной ориентацией; 2) удельный объем водяного аккумулятора теплоты равен 0,05 м3/м2. В случае применения КСЭ, имеющих другое значение отношения /(к/г)о, необходимо внести соответствующие поправки в результат расчета.
Рекомендуется принимать следующие ориентировочные значения коэффициента пересчета количества солнечной энергии с горизонтальной плоскости на поверхность КСЭ с оптимальным углом наклона 0 к горизонту: Я = 1,4 для гелиосистем отопления (р=<рН-15°); # = 1,05 ДЛЯ сезонных систем горячего водоснабжения (Р = ф— —15°) и /?= 1,1 для систем круглогодичного действия (р=ф).
Для гелиосистем отопления пользоваться графиком на рис. 69, б следует только на месячной основе. С помощью этих зависимостей можно определить годовое
Рис. 69. График для приближенного расчета активных систем горячего водоснабжения (а) и отопления (б) |
Значение /год при заданной площади поверхности КСЭ А, или наоборот — площадь поверхности КСЭ А, обеспечивающую заданное значение /год.
Последовательность решения первой задачи: для расчетного периода (год, сезон, месяц) определяются значения и Ек, рассчитывается параметр 0 и графически определяется /. Затем рассчитываются годовые (месяч
Ные) количества энергии, даваемой солнечной установкой И дополнительным источником энергии:
Сс = /«я; <2Д = 0-/) <Эа - Обратная задача — определение площади поверхности КСЭ, требуемой для обеспечения заданной доли /, — также может быть решена с помощью этого весьма приближенного метода:
Пример 8. Рассчитать солнечную водонагревательную установку круглогодичного действия в г. Кишиневе (ф=47° с. ш.). Суточное потребление горячей воды 1/г. в=5 м3/день, температура горячей воды 45 “С, а холодной 15 "С. Годовая доля солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки /=0,5. Найти площадь поверхности КСЭ А, объем аккумулятора V и годовую экономию топлива В при г)тг=0,б. Годовая тепловая нагрузка
. <г? я=уг. врср('г. в-'*.„) =
= 365.5-108.4,19(45 — 10) = 268 ГДж,
По табл. П1 находим годовой приход солнечной энергии на горизонтальную поверхность: £=4,72 ГДж/м2. Коэффициент пересчета солнечной радиации /?= 1,1, и, следовательно, годовой поток солнечной энергии на плоскость КСЭ ЕН=ЯЕ=5,2 ГДж/м2. По рис. 69, а находим 0=0,843.
Площадь поверхности КСЭ/4 = 0,843-268: 5,2=43,5 м!. Объем водяного аккумулятора теплоты 1/=0,07А=3,05 м3. Годовая экономия топлива с теплотой сгорания <2Т=29,33 МДж/кг
В ~/0н/(Ст %г) = 0,5-268 000: (29,33-0,6) = 7615 кг.
Номограмма для определения площади поверхности солнечного коллектора А и объема бака-аккумулятора V установки горячего водоснабжения показана на рис. 70. Исходными данными для расчета служат: число жителей N. норма суточного расхода горячей воды а (л/чел), степень замещения тепловой нагрузки горячего водоснабжения / (среднегодовое значение — от 0,3 до 0,7 и сезонное — 1 для установок, эксплуатируемых с апреля по сентябрь или с мая по август включительно) и годовое количество поступающей солнечной энергии Е (кВт-ч/м5). ЕГустановке используется стандартный солнечный коллектор с двухслойным остеклением, имеющий оптимальный угол наклона к горизонту (на 10° меньше широты местности) и южную ориентацию. По номогра^е в соответствии со стрелками определяются площадь коллектора А и объем бака-аккумулятора горячей воды V.
Пример 9. Определить площадь поверхности солнечного коллектора и объем бака-аккумуЛятора для солнечной водонагревательной установки для семьи из 5 чел. в районе с годовым приходом солнечной энергии £=1370 кВт-ч/м2. Степень замещения /=1 за период май — август, а норма расхода горячей воды на 1 чел. 75 л/день.
По номограмме получаем площадь поверхности коллектора А = =7,2 м5 и объем бака-аккумулятора 510 л.
Риє. 70. Номограмма для расчета солнечных водонагревательных установок. Годовое поступление солнечной энергии на горизонтальную поверхность (кВт-ч/м2): |
І — 1610; 2 — 1490; 3 - 1370; 4 — 12Э0; 5 — И56; С — Ю30; 7 — 920 |
Экономическую оценку (руб/ГДж) целесообразности применения системы солнечного теплоснабжения можно дать путем сравнения стоимости 1 ГДж тепловой энергии, отпущенной солнечной Се и топливной Ст системами теплоснабжения. Должно выполняться условие Сс<Ст, и Сс определяется по формуле
Где Кс — капитальные затраты на систему солнечного теплоснабжения, руб.; С» — годовые эксплуатационные затраты (электроэнергия, ремонт и обслуживание* зарплата), руб/год; ф£°д — годовая тепловая нагрузка, ГДж; —коэффициент эффективности капитальных вложений. Капитальные затраты (руб.) на гелиосистему теплоснабжения
Кс — (Си + С0д) А Сак V,
Где Ск—удельная стоимость коллектора солнечной энергии, руб/м2; Сак—удельная стоимость аккумулятора теплоты, руб/м[3]; V—объем аккумулятора теплоты, м3; Сов — стоимость вспомогательного оборудования, трубопроводов, регулирующей арматуры, системы КИП и А и т. п., отнесенная к 1 м* площади КСЭ, руб/м8; А — площадь поверхности КСЭ, м2.
Ориентировочная сметная стоимость строительства гелиосистемы /<с =лудЛ, где *„-150+260 руб. на 1 м2 площади поверхности КСЭ.
Годовой экономический эффект от использования солнечной энергии
где С, — стоимость 1 ГДж тепловой энергии от традиционного источника теплоснабжения, руб.
Срок окупаемости гелиоустановки определяется отношением капиталовложений к годовому экономическому эффекту: ток=
= Хс/*^род-
Следует иметь в виду, что наряду с экономией топлива при использовании солнечной энергии важное значение имеют также такие аспекты, как уменьшение загрязнения окружающей среды, сохранение топливных ресурсов, улучшение социальных условий.
Расчет галечного аккумулятора теплоты. В системах солнечного отопления с воздушным коллектором используется галечный аккумулятор теплоты. Он также используется в пассивных системах отопления здания с пристроенной к южному фасаду гелиотеплицей (зимним садом, оранжереей). Рассмотрим метод расчета галечного аккумулятора - теплоты для второго случая и заметим, что этот метод расчета одинаков для обеих систем. В случае пассивной системы с гелиотеплицей основное количество уловленной солнечной энергии аккумулируется в самой теплице, и не более 7з всей получаемой за день полезной солнечной энергии должно аккумулироваться в галечном аккумуляторе теплоты. При большем количестве аккумулируемой теплоты требуется увеличение расхода воздуха, а это может привести к нежелательным колебаниям температуры в гелиотеплице.
Объем галечного аккумулятора теплоты равен произведению площади поперечного сечения,/ак аккумулятора на его длину I в. направлении движения потока воздуха:
— Скорость воздуха (м/с), отнесенная к полному сечению аккумулятора, определяется по формуле
Где т — массовый расход воздуха, кг/с; р — плотность воздуха при температуре на входе в аккумулятор, кг/м*; ?ак — площадь поперечного сечения аккумулятора, м2.
Объемная теплоемкость, Дж/(м3.°С), галечного аккумулятора равна
Где сТ — удельная теплоемкость твердых частиц (гальки), Дж/(кг-°С); рт — плотность твердых частиц, кг/м3; е — порозность слоя частиц.
На рис. 71 показана зависимость менаду основными характеристиками галечного аккумулятора: диаметром частиц й (мм), скоростью потока воздуха И? (м/с),
удельным гидравлическим сопротивлением Ар/1 (кПа/м) и длиной (высотой) аккумулятора V (м), которая требуется для использования 95 % начальной разности температур при теплообмене мадкду воздухом и частицами. Обычно достаточно высоты слоя в 500 мм для осуществления этого теплообмена при диаметре частиц не более 50 мм.
Важными характеристиками являются разность температур воздуха АТв на входе и выходе аккумулятора
|
|
|
И изменение температуры твердых частиц (гальки) при подводе и отводе теплоты АГТ, которое принимается равным 0,5 АГв. Обычно ДТВ=7-М0 °С, и тогда АГт=3,5~ ~-5°С.
Процедура расчета галечного аккумулятора теплоты включает следующие стадии:
1) определение количества полезной солнечной энергии (Вт-ч/день), уловленной примыкающей к дому'гелиотеплицей за день, как суммы соответствующих величин для каждого часа дня: (}тл— 2
;=б
2) выполнение предварительного расчета аккумулятора. Принимается определенная доля полезной энергии, которая может быть аккумулирована за день: 7(1=0,25-?-
4- 0,35. Тогда количество энергии (Вт-ч/день), аккумулируемой за день, равно <2ак=Я1<2пол• Среднюю мощность теплового потока (Вт) при зарядке аккумулятора можно определить по формуле
Фаар ~ Рак^>
Где п — число часов, в течение которых теплота посту? пает в аккумулятор, ч.
. .Величину п можно определить на основании часовых значений плотности потока солнечной радиации. Это будет то число часов, в течение которых плотность потока поступающей солнечной радиации отличается от максимального за день значения не более чем на 25 %.
Объемный расход воздуха (м3/с), поступающего в аккумулятор теплоты, равен
Где Св—удельная объемная теплоемкость воздуха, Вт-ч/(м3-°С). Требуемый объем аккумулятора теплоты, м3:
Где К.2 — коэффициент, учитывающий число дней, на которые запасается энергия в аккумуляторе. Обычно = 1,5-^-2,5;
3) определение высоты (длины) / и площади поперечного сечения /ак аккумулятора. По величине Уак находим значения I и /ак, исходя из условия, что он должен поместиться в предназначенном для него пространстве. Затем определяем скорость потока воздуха и выбираем диаметр твердых частиц (гальки), а также ориентировочно принимаем допустимое гидравлическое сопротивление аккумулятора. По графику на рис. 71 определяем удельные потери давления в слое Ар/1 и затем рассчитываем общее сопротивление, кПа:
ДРсл=-у*.
По этому графику также определяем то значение высоты (длины) слоя которое требуется для эффективного осуществления теплообмена в слое, т. е. для использования 95 % исходной разности температур воздуха и частиц, Если принятое ранее значение I меньше, чем I', то необходимо повторить расчет с новым значением /. Рассчитываем потери давления в подводящем Др„ и отводящем Арот воздуховодах и определяем сопротивление аккумулятора теплоты в целом: АрЯк=АрСя--Ара+Арог. Местные сопротивления можно учесть с помощью эквивалентной длины: /э=4,5дПов, где ппов — число поворотов воздуховода.
Приведенная длина воздуховода 1т=1+и.
Площадь солнечного коллектора для плавательного бассейна. Площадь коллектора (м2) солнечной энергии для подогрева воды в плавательном бассейне можно определить по формуле Л=Ыб, где А:=0,44-0,6 для закрытого бассейна, к— 0,6-т-1 для открытого летнего бассейна; А б — площадь поверхности воды в бассейне.
При проектировании гелиосистем для подогрева воды в плавательном бассейне могут быть использованы два типа коллекторов — пластмассовые без остекления и тепловой изоляции и металлические с однослойным остеклением и тепловой изоляцией. Типичные значения коэффициентов теплопотерь лежат в пределах 20— 40 Вт/(м2'°С) для КСЭ первого типа и 6—10 Вт/(м2-°С) для КСЭ второго типа.
Коэффициент поглощения солнечной энергии для пластмассового КСЭ равен 0,9—0,95, а эффективный коэффициент поглощения для КСЭ с однослойным остеклением — 0,76—0,82. Пластмассовые КСЭ практически не подвергаются коррозии, но они не выдерживают воздействия ультрафиолетового излучения в течение длительного периода. Даже если их изготовляют из пластмасс, стабилизированных по отношению к воздействию ультрафиолетового излучения, срок их службы не превышает 10 лет. Металлические коллекторы могут служить более длительный срок (до 20 лет) при условии принятия мер по их противокоррозийной защите, в первую очередь путем правильного выбора материалов и поддержания pH теплоносителя в соответствующих пределах.
Площадь поверхности солнечного коллектора, необходимая для подогрева воды в открытом плавательном бассейне в летний период, в зависимости от типа коллектора ориентировочно может быть принята равной 50— 100 % площади водной поверхности бассейна. Более точно площадь поверхности КСЭ можно определить исходя из теплопотребления бассейна (}б, КПД КСЭ т]к, количества поступающей солнечной энергии ЕК и доли V солнечной энергии f в покрытии тепловой нагрузки: А —
= С? б//(Пк£кЛО> гДе Ф« — тепловая нагрузка за расчетный период, определяемая тепловыми потерями бассейна, МДж; / — средняя доля солнечной энергии в обеспечении тепловой нагрузки; т)„ — средний КПД КСЭ; £к — плотность потока солнечной энергии на плоскость КСЭ, МДж/м2 в день; N — число дней в расчетном периоде.
При применении прозрачного полимерного покрытия тепловые потери плавательного бассейна за каждый час использования покрытия уменьшаются: на 80 % — поте-
Рис. 72. Номограмма для расчета солнечной установки для плавательного бассейна с покрытием (А) и без покрытия (Б)', годовое поступление солнечной энергии (кВт-ч/м* в год): 1 — 1490; 2 — 1370; 3— 1230; 4 — 1150; 5— 1030; 5-920 |
Ри вследствие испарения воды, на 40 % — конвективные потери, а потери теплоты за счет излучения уменьшаются мало. Если же используются непрозрачные покрытия (пенопласт), то существенно уменьшаются все виды теплопотерь бассейна.
На рис. 72 показана номограмма для определения площади поверхности солнечного коллектора для открытого плавательного бассейна с применением теплоизолирующего покрытия (Л) и без него (Б) в районах с различным годовым количеством солнечной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность.
Пример расчета. Для бассейна площадью 40 м2 в районе с годовым поступлением солнечной энергии 1230 кВт-ч/м2 требуемая площадь поверхности коллектора равна 17,3 м2 в случае применения покрытия для теплоизоляции поверхности бассейна в те периоды, когда им не пользуются (ночью, в пасмурную погоду), и 55м2 в случае, когда покрытие не применяется. В качестве солнечного коллектора используется плоский КСЭ с однослойным остеклением, имеющий угол наклона к горизонту на 10° меньше широты местности, КСЭ ориентирован на юг.