СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОПЫТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И МОНТАЖА СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ШО СПЕЦГЕЛИОТЕПЛОМОНТАЖ»

После обращения заказчика в объединение'Спецгелиотепломонтаж'с просьбой о сооружении ССТ заключается договор на выполнение проектно-изыскательских работ между заказчиком и ППО с оформле­нием всех необходимых документов согласно СНиПу (договор, кален­дарный план, задание, смета и т. п.). Далее проектировщики специаль­ного проектного бюро ППО проводят детальное обследование террито­рии объекта и имеющихся на ней строений с целью получения исчер­пывающей информации о конкретных условиях местности, где предпо­лагается монтировать ССТ. На основе этой информации, а также с учетом потребности объекта в тепле, климатических и актинометри - ческих данных, предполагаемого срока работы ССТ в течение года и других требований заказчика принимают решение о выборе типа проектируемой ССТ. Сооружаемые ППО "Спецгелиотепломонтаж" солнечные системы можно разделить на пять основных типов {рис. 9.1):

Одноконтурные системы с естественной циркуляцией теплоноси­теля;

Двухконтурные системы с естественной циркуляцией теплоноси­теля;

Одноконтурные системы с принудительной циркуляцией теплоноси­теля;

Двухконтурные системы с принудительной циркуляцией теплоноси­теля с емкостным теплообменником;

Двухконтурные системы с принудительной циркуляцией со скорост­ным теплообменником и баком-аккумулятором.

Солнечные коллекторы располагают, как правило, на незатененных и неиспользуемых площадях, таких, как крыши, пустоши и т. п. В этом случае исследуют конструкции перекрытия, их несущую способность и физическое состояние. Если по каким-либо причинам размещение коллекторов на крыше невозможно или нецелесообразно, то проекти­ровщики выбирают на территории объекта свободные площадки для устройства эстакады, на которой будут расположены солнечные кол­лекторы. Эстакады предусматриваются и в тех случаях, когда необхо­димые для покрытия тепловой нагрузки (или ее доли) коллекторы не помещаются на крышах. В случае принятия решения о строительстве на объекте эстакады проектировщики объединения стараются устроить ее таким образом, чтобы эстакада могла служить также в качестве склада, стоянки для автомашин или других подсобных помещений. Практически всегда (и на крышах, и на эстакадах) плоские солнечные

Коллекторы располагают ориентированными на юг с уклоном к поверх­ности земли, составляющим 30... 45°.

Для качественного проведения предпроектных и проектных работ привлекаются квалифицированные специалисты разного профиля: строители, сантехники, теплотехники, конструкторы, электрики и т. п. Обычно специальное проектное бюро затрачивает на проектирование одного объекта 4 ... 5 дней, после чего примерно столько же времени требуется для доведения проекта до рабочего состояния в отделе
оформления и выпуска проектов. В настоящее время для ускорения проектных работ ППО ' "Спецгелиотепломонтаж" (совместно с ГрузНИИЭГС) разработана автоматизированная система проектирова­ния солнечного теплоснабжения (см. гл. 10). Готовые проекты передают заказчику с оформлением акта приемки и последующей оплатой заказ­чиком стоимости проектно-изыскательских работ.

Следует добавить, что при обследовании объектов специалисты ППО изучают возможность и целесообразность использования на данном объекте наряду с солнечной энергией и других нетрадиционных возоб­новляемых источников энергии. Как уже отмечалось в главе 8, в пригороде Сухуми действует комплексная солнечно-теплонасосная установка, обеспечивающая (совместно с котельной на мазуте) тепло - и хладоснабжение дома отдыха "Гумиста".

На современном этапе развития солнечной энергетики в подавляю­щем большинстве случаев ССТ строят на основе плоских солнечных коллекторов. Известно немало различных типов плоских коллекторов, отличающихся друг от друга конструктивными решениями, видом используемых материалов, числом слоев остекления, размерами и т. д.

На рис. 9.2 схематически изображены серийно выпускаемый в ППО "Спецгелиотепломонтаж" плоский солнечный коллектор (рис. 9.2), а также четыре типа коллекторов, которые находятся в процессе освоения:

Плоский коллектор радиаторного типа в пенополиуретановом корпусе, разработанный ППО "Спецгелиотепломонтаж" совместно с НШЛолимерсинтез"

Листотрубный коллектор, разработанный ТашЗНИИЭП; двухконтурный коллектор с селективным покрытием, разработан­ный институтом высоких температур АН СССР;

Коллектор-концентратор, разработанный Ленинградским институ­том точной механики и оптики.

Серийно изготовляемый плоский коллектор, представляющий собой модификацию коллектора, созданного КиевЗНИИИЭП, имеет одинарное остекление, матовочерный поглощающий элемент и стек - ловатную термоизоляцию.

Как указывалось в главе 8, изготовлением солнечных коллекто­ров, металлоконструкций, трубопроводов, баков-аккумуляторов и другого вспомогательного оборудования для ССТ занимается управление производственно-технической комплектации (УПТК) ППО "Спецгелиотепломонтаж", располагающее тремя выносными сборочно-заготовительными участками. Процесс изготовления сол­нечного коллектора и других элементов ССТ рассмотрен ниже на примере Тбилисского сборочно-заготовительного участка УПТК.

А)

Рис. 9.2. Основные типы выпускаемых и находящихся в стадии освоения солнечных коллекторов в ППО'Спецгелиотепломонтаж'

О — плоский солнечный коллектор; б — плоский коллектор радиаторного типа в пенополи - уретановом корпусе; в — листотрубный коллектор; г — двухконтурный коллектор с селективным покрытием; <5 — коллектор-концентратор

Основным элементом солнечного коллектора является стальной штампосварной поглощающий элемент, который устанавливается в специальный алюминиевый профиль, сверху закрытый одним слоем стекла, а с тыльной стороны снабженный теплоизоляцией. На раннем этапе деятельности (1982-1984 гг.) для изготовления солнечных коллекторов использовали змеевиковые радиаторы (поглощающие элементы) Братского завода отопительного оборудования. Однако эти радиаторы характеризовались значительным гидравлическим сопро­тивлением, вследствие чего в коллекторе возникали застойные зоны (воздушные пробки), что отрицательно сказывалось на его эффектив­ности. С 1984 г. для изготовления коллекторов применяют разработан­ный специалистами'Ьпецгелиотепломонтаж"прямоточный радиатор.

Техническая характеристика солнечного коллектора выпускаемого ППО "Спецгелиотепломонтаж"

Длина, мм..................................................................................................................................... 1085

Ширина, мм.................................................................................................................................... 580

Высота, мм.............................................

Площадь поглощающего элемента, м? ..

Масса (сухая), кг................................

Вместимость по воде, л..........................

Рабочее давление, МПа.........................

Температура нагрева теплоносителя, °С

Производство составных элементов солнечных коллекторов, баков - аккумуляторов, трубопроводов и другого вспомогательного оборудо­вания для ССТ, а также сборка коллекторов осуществляются в соответ­ствующих специализированных цехах Тбилисского сборочно-изготови - тельного участка.

Поглощающий элемент коллектора изготовляют из листовой дека­пированной стали толщиной 1,4 мм (сталь поступает в бухтах массой до 5 т). Электротельфером бухту устанавливают на приемнике рамки специальной конвейерной установки и заправляют конец стальной ленты в подающее устройство. После включения установки стальная лента, проходя через подающее устройство, оказывается между фигур­ными валками, где ее формуют и обрезают под нужный размер. Затем заготовки передают на штамповочную операцию, где формуют углубле­ния под входные и выходные штуцеры. Штамповочная операция выполняется на кривошипном прессе марки КД-2126Е на специальном штампе, изготовленном в ППО. Далее заготовки складывают попарно и сварочным аппаратом МТП-75-15 выполняют точечную контактную сварку, имеющую целью предварительную прихватку, после чего заготовки сваривают герметично по периметру роликовой контактной сваркой на сварочных машинах МШП-150. Острые углы сваренных заготовок обрубают по радиусу на штампе, установленном на криво­шипном прессе, и заготовки поступают на калибровку входных и выходных отверстий под штуцеры, которую выполняют на специальном приспособлении, изготовленном в ППО, одновременно для нижнего и верхнего отверстий. Далее заготовки передают на сварку в среде углекислого газа, где вваривают входной и выходной штуцеры, пред­варительно прихваченные сваркой в приспособлении. На следующем этапе заготовку (поглощающий элемент) устанавливают на испытатель­ный стенд и испытывают под давлением 0,6 МПа. В случае обнаружения утечек, их устраняют сваркой. Изготовленные поглощающие элементы передают в окрасочный цех для нанесения лакокрасочного покрытия.

Корпус солнечного коллектора является несущей конструкцией и состоит из алюминиевых профилей А-408 и А-409. Для его изготовления используют специальные станки (здесь и далее под термином "специ­альный станок" понимается нестандартное оборудование, изготовлен­ное силами ППО). Алюминиевый профиль А-408 калибруют и нарезают в

Размеры, затем выступающие ребра профиля фрезеруют по краям заготовки. После фрезеровки ребер в заготовке пробивают два отвер­стия диаметром 34 мм. На следующем специальном станке и, кроме того, по краям заготовки - по два отверстия диаметром 5,5 мм для крепежа. Затем выполняют фрезеровку четырех пазов, необходимых для формирования корпуса. С помощью сверлильного кондуктора на сверлильном станке НС-12 в заготовке просверливают 10 отверстий диаметром 4,2 мм под самонарезывающие винты.

Алюминиевый профиль А-409 является штапиком для крепления прозрачной изоляции (стекла) к корпусу коллектора, выполненному из профиля А-408. Крепление осуществляют с помощью десяти самона­резающих винтов диаметром 5 мм. Алюминиевый профиль А-409 калибруют и нарезают в размер, после чего фрезеруют четыре паза. Затем на сверлильном станке НС-12 сверлильным кондуктором в Заготовке просверливают 10 отверстий диаметром 5,5 мм для прохода самонарезающих винтов.

В сборочном цехе выполняют окончательную сборку солнечных коллекторов и некоторые операции, включающие нарезку в размер стекла, теплоизоляции (фанеры и пенопласта), дна корпуса из оцинко­ванной стали, резиновых уплотнений для прозрачной изоляции (стекла) и для поглощающего элемента, а также нарезку уплотнительных. резиновых шайб и соединительных планок. Солнечные коллекторы (рис. 9.3) собирают в сборочных приспособлениях в следующем поряд­ке. Алюминиевый профиль предварительно сгибают "П"-образно и в его пазы вставляют поглощающий элемент, обрамленный уплотнитель - ной резиной, теплоизоляционные материалы (фанеру и пенопласт) и дна из оцинкованного листа. Корпус догибают и фиксируют винтами с помо­щью соединительных планок, после чего снимают со сборочного прис­пособления. Дно коллектора с нижней стороны закрепляют заклеп­ками. На собранный таким образом корпус укладывают прозрачную изоляцию (стекло), предварительно обрамленное уплотнительной резиной специального профиля, накрывают штапиками из предвари­тельно согнутого профиля А-409 и крепят к корпусу самонарезающими винтами. По окончании сборки коллектора на выступающие с двух сторон штуцеры надевают уплотнительные резиновые шайба и пласт­массовые колпачки, предохраняющие резьбовые части патрубков от повреждений при транспортировании.

Для производства баков-аккумуляторов применяют листовую сталь толщиной 2 ... 10 мм. ППО "Спецгелиотепломонтаж" выпускает баки - аккумуляторы, имеющие в сечении форму круга или прямоугольника (рис. 9.4). Нарезку в размер заготовок для баков выполняют на гильо­тинных ножницах. Входные и выходные патрубки изготовляют из труб Диаметром 15 ... 100 мм. В изготовительном цехе после сварочных

To Г

Рис. 9.3. Солнечный коллектор, серийно выпускаемый ППО Спецгелиотепломонтаж "

1 — корпус (профиль А-408); 2 — штапик (профиль А-409); 3 — поглощающий элемент; 4,5 — теплоизоляция (фанера и пенопласт); 6 — дно; 7 — прозрачная изоляция (стекло); 8 — Входной и выходной патрубки; 9 — уплотнительная резина; 10 — уплотнительная резиновая шайба; И — винт самонарезающий; 12 — заклепка; 13 — планка соединительная; 14 — Крепежный винт М5

Работ и зачистки швов баки-аккумуляторы проверяют на герметич­ность и передают на окрасочный участок для грунтования наружных поверхностей. Затем баки теплоизолируют пенопластовыми плитами толщиной 50 мм и обшивают по наружной поверхности листовой оцинкованной сталью. |

Трубозаготовительный цех изготовляет трубы и устройства для | соединения солнечных коллекторов с баком-аккумулятором и цирку - 1 ляционными насосами, а также производит входные и выходные штуцеры для коллекторов. На рис. 9.5 показано типовое соединитель - ; ное устройство - гребенка (рис. 9.5), которую изготовляют из стальных водогазопроводных труб диаметром 15... 100 мм. Для нарезания труб и! резьбы используются труборезные и резьбонарезные станки. Отверстия, в основном трубопроводе под выходные патрубки сверлят на радиаль - . но-сверлильном станке с использованием кондуктора. Сварку патруб - .

Рис. 9.4. Бак-аккумулятор

1 — емкость бака; 2 — теплоизоляция; N j-обшивка;4 — штуцеры

Рис. 9.5. Типовая соединительная гребенка

1 — основной трубопровод; 2 — Патрубок

Ков выполняют электросварочным аппаратом с помощью сварочного кондуктора, чтобы соблюдался заданный шаг между патрубками и их перпендикулярность относительно основного трубопровода. В завер­шение соединительные устройства грунтуют.

Для изготовления металлоконструкций, предназначенных для крепления и соединения солнечных коллекторов, трубопроводов и баков-аккумуляторов применяют следующие материалы: сталь угло­вую размером (25x25)...(50x50) мм; швеллер стальной № 5... 100; трубы стальные диаметром 15 ... 100 мм. В цехе металлоконструкций нарезают необходимые заготовки, а также выполняют предваритель­ную сборку и сварку некоторых элементов конструкций с последую­щим их грунтованием.

Окрасочный цех УПТК располагает смонтированной и готовой к эксплуатации линией окрашивания изделий в поле электростатичес­кого напыления, которая представляет собой подвесной, движущийся по прямоугольнику конвейер. Под конвейером расположены печи, предварительного обжига деталей (длиной 5 м), камера распыления порошковой краски и печи оплавления (длиной 10 м). Окрашиваемые детали, прикрепленные крюками к подвесному конвейеру, проходят через печи предварительного обжига, где при температуре 230 °С обгорают и освобождаются от масляных наслоений, пыли, грязи. Далее тот же конвейер подает детали в камеру электростатического напыле - ния, где они опыляются специальной порошковой полиэфирной крас­
кой. Вследствие того, что подвесная деталь в камере приобретает положительный заряд, а краска - отрицательный, происходит прилипа­ние порошкового пигмента равномерно по всей поверхности окраши­ваемой детали (в камере создается высокое напряжение - свыше 20 ООО В). После этого подвесные детали поступают в печи оплавления, где поддерживается температура 250 °С. Краска, оплавляясь, образует на поверхности деталей равномерное (без потеков и пузырей) покры­тие черного цвета с коэффициентом черноты, равным 0,95. Описанная линия окрашивания работает в автоматическом режиме и позволяет свести к минимуму тяжелый ручной труд, повысить производитель­ность и качество работы.

Одним из важнейших этапов внедрения ССТ является организация работ по доставке солнечных коллекторов и другого вспомогательного оборудования для ССТ на объекты и проведение строительно-монтаж­ных работ. При заключении договора на монтаж солнечной системы (договор заключается по общему положению в срок от одного месяца до года до начала монтажных работ) оговаривают продолжительность строительно-монтажных работ. Предварительно решают вопрос о предоставлении жилья работникам ППО "Спецгелиотепломонтаж" на время строительства ССТ, если объект достаточно удален от базы монтажно-эксплуатационных участков, определяют место складирова­ния материалов, а также возможность выделения транспортных средств и механизмов. Ответственность за сохранность доставленных материалов и оборудования возлагается на заказчика. Доставкой коллекторов и других элементов ССТ на объект занимается отдел главного механика. В наличии у этой службы имеются автомобили, шт.: КамАЗ 5410 - 2, КамАЗ 5320 - 1, КамАЗ 4310 - 1, КАЗ 608 - 2, ГАЗ 53 - 1, УАЗ 3303 - 2, ЕР A3 762 - 1, автокраны КС'3577 - 2, авто­гидроподъемник АГП 18-1.

Строительно-монтажные работы по сооружению ССТ на объекте производят в следующем порядке. Размечают места установки под­ставок под гелиоприемники и контуры рядов солнечных коллекторов. Затем все коллекторы доставляют на площадку, предназначенную для монтажа ССТ (выше отмечалось, что, как правило, это - плоская крыша здания или специально устроенная эстакада). Для доставки используют автокран и другие специальные приспособления. Далее солнечные коллекторы разносят и укладывают в межрядовое прост­ранство, что позволяет сохранить объем такелажных работ. На следую­щем этапе на места установки разносят подставки под солнечные коллекторы. Трубопроводы, сталь угловая и трубозаготовки складиру­ют также в межрядовом пространстве. По окончании такелажных работ бригада приступает к сборке подставок под коллекторы, после чего все смонтированные металлоконструкции дважды окрашивают и начинают раскладку коллекторов на подставки. Затем коллекторы соединяют между собой с помощью муфт и контргаек. Таким же обра­зом монтируют и трубозаготовки, изготовленные заранее на заготови­тельном участке. После установления и обвязки коллекторов трубоза - готовками их крепят к несущим металлоконструкциям. Далее ряды коллекторов обвязывают* магистральными трубопроводами, которые подсоединяют к баку-аккумулятору. Все трубопроводы также дважды окрашвают. Систему заполняют водой и производят ее опрессовку. Все течи, выявленные во время опрессовки, устраняют. Бак-аккумулятор и трубопроводы покрывают изоляционными материалами: для баков обычно используют стекловату, а для трубопроводов - "вилотерм". В качестве гидроизоляции применяют фольгорубероид, который ■крепят к трубопроводам с помощью оцинкованных полос и специаль­ного инструмента для их скручивания.

Для выведения характеристик ССТ на расчетный уровень специалис­ты ППО проводят пусконаладочные работы и гелиосистема поступает в эсплуатацию.

Практический опыт проведения проектных и строительно-монтаж­ных работ показывает, что одновременное проектирование ССТ и объектов, для которых эти системы будут вырабатывать тепло, позво­ляет существенно упростить монтаж и, как следствие, снизить стои­мость сооружения ССТ. В связи с этим представляется целесообразным при проектировании различных новых жилых, промышленных, сель­скохозяйственных, рекреационных и иных объектов в южных районах страны (в первую очередь - в зонах, не охваченных централизованным теплоснабжением и газификацией) заранее предусматривать в проек­тах теплоснабжение ее за счет солнечной энергии.