Основные публикации по солнечной энергии

Системы солнечного отопления

Основными компонентами систем солнечного отопления являют­ся коллектор, аккумулятор и дополнительный источник энергии. При рассмотрении таких систем в зависимости от условий эксплуатации можно выделить четыре режима работы:

Режим А. Если солнечная энергия поступает, а теплоснабжение здания не требуется, то вся получаемая от коллектора энергия запа­сается в аккумуляторе.

Режим В. Если солнечная энергия поступает и теплоснабжение здания требуется, то вся получаемая от коллектора энергия затрачи­вается на обеспечение тепловой нагрузки здания.

Режим С. Если солнечная энергия не поступает и теплоснабже­ние здания необходимо, а в аккумуляторе запасена энергия, то обес­печение тепловой нагрузки здания осуществляется за счет этой за­пасенной энергии.

Режим D. Если солнечная энергия не поступает, а теплоснабже­ние здания необходимо и запас энергии в аккумуляторе исчерпан, то для обеспечения тепловой нагрузки используется дополнительный источник энергии.

Отметим, что в реальных системах возможен и пятый режим, а именно: аккумулятор энергетически насыщен, тепловая нагрузка1 от­сутствует, а коллектор может производить энергию. В этих услови­ях использовать или накапливать поглощенную энергию не представ­ляется возможным, и эта энергия должна быть отведена. Для таких случаев следует предусмотреть дополнительные рабочие режимы, например режим горячего водоснабжения. В некоторых системах возможно сочетание нескольких режимов работы одновременно.

На фиг. 12.2.1 представлена схема наиболее распространенной системы воздушного отопления с галечным аккумулятором и допол­нительным источником тепла. В этой системе энергоаккумулирую­щим веществом является галька, а в качестве теплоносителя,

переносящего энергию от коллектора к аккумулятору и затем в по­мещение, используется воздух. Устанавливая заслонку в соответст­вующие положения, можно обеспечить четыре режима работы. В этой системе невозможно совместить во времени режимы подвода и отво­да энергии от аккумулятора. Применение же дополнительного нагре­ва можно совместить с подводом энергии в здание от коллектора или аккумулятора, если этой энергии недостаточно для обеспечения нагрузки.

На фиг. 12.2.1 в линии возврата потока в коллектор имеется вен­тилятор, вследствие чего коллектор работает при давлении, немного превышающем внешнее. Вентиляторы можно устанавливать и так, чтобы давление в коллекторах на превышало окружающее, что может быть выгодным с точки зрения уменьшения утечек из коллектора.

Системы, основанные на этом принципе, имеют ряд преимуществ по сравнению с другими системами, в которых в качестве теплоно­сителя используется вода. В воздушных системах не существует проблем замерзания теплоносителя в коллекторе и перегрева в пе­риод, когда тепло не отводится. Коррозия а таких системах также незначительна. Поскольку воздух является весьма удобным рабочим телом, системы воздушного отопления получили довольно широкое распространение. Оборудование для обеспечения регулирования в таких установках весьма доступно. К недостаткам этих систем сле­дует отнести весьма высокие расходы на прокачку воздуха ( в осо­
бенности, если аккумулятор спроектирован недостаточно тщательно), относительно большие объемы аккумулятора и трудности подключения в систему обычного абсорбционного коалиционера воздуха. На фиг.

12.2.2. представлена принципиальная схема наиболее распространен­ной системы водяного отопления с баком-аккумулятором и дополни­тельным источником энергии. Эта система допускает независимое регулирование части системы, состоящей из солнечного коллектора и аккумулятора, и части системы, включающей аккумулятор, дополни­тельный источник энергии и нагрузку, поскольку нагретая за счет энергии солнечного излучения вода может поступать в аккумулятор при одновременном отборе из него горячей воды для обеспечения теп­ловой нагрузки здания. В этой системе предусмотрена байпасная ли­ния для бака-аккумулятора, не допускающая нагрев аккумулятора за счет дополнительного источника энергии. К преимуществам систем водяного отопления относятся использование общего теплоносителя для системы теплопередачи и аккумулятора (при этом исключается падение температуры при передаче и отборе энергии в аккумуляторе), меньший объем аккумулятора, возможность использования системы для энергоснабжения абсорбционных воздушных кондиционеров и от­носительно низкие энергетические затраты на перекачку теплоносителя.

Однако применение воды в системах отопления создает ряд труд­ностей. Необходимо исключить возможность замерзания коллектора,

используя, например, методы, описанные в гл. 11 применительно к водонагревателям. Вполне вероятно, что системы солнечного водя - - ного отопления будут работать при более низких температурах воды, чем обычно применяемые отопительные водяные системы, а это по­требует либо увеличения площади теплообмена в помещении, либо применения другого эквивалентного способа интенсификации тепло­отдачи. В то же время водонагреватели могут работать и при доволь­но высоких температурах (особенно весной и осенью), а поэтому не­обходимо предусмотреть меры для отвода энергии и предотвращения закипания воды и повышения давления. Следует также иметь в виду опасность возникновения коррозии в системе.

В качестве примеров работы систем воздушного и водяного отоп­ления в следующем разделе рассмотрены системы отопления дома Лёфа в Денвере и дома МИТ-IV, которые были тщательно разработа­ны, их рабочие характеристики были детально изучены, а результа­ты исследований - опубликованы.