СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

СОСТОЯНИЕ, ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

По оценкам ученых годовое поступление солнечной энергии на Землю в 50 тыс. раз превышает энергопотребление человечеством. Этот источник практически неистощим, а методы преобразования солнеч­ной энергии основаны на экологически чистых процессах. Солнечная энергия в настоящее время уже используется для отопления и охлаж­дения зданий, тепловой обработки железобетонных конструкций, сушки фруктов и овощей, подогрева воды, питания рефрижераторов, производства электрической энергии в космосе и на земле.

Разработкой и внедрением систем солнечного теплоснабжения в нашей стране занимается ряд научно-исследовательских, проектных, производственных организаций, принадлежащих различным министер­ствам и ведомствам. Это - Энергетический институт им. Кржижанов­ского (ЭНИН), КиевЗНИИЭП, ТашЗНИИЭП, ТбилЗНИИЭП, ЦНИИЭП инженерного оборудования, Институт высоких температур АН СССР, НПО "Солнце" АН Туркменской ССР, Физико-технический институт АН Узбекской ССР, Институт ВНИИКТЭП Госплана СССР, ВНИПИТепло - проект, ВНИИГС, ППО "Спецгелиотепломонтаж" СО "Сантехмонтаж" Минмонтажспецстроя СССР и др. ч

Проведенный этими организациями комплекс работ, направленный на использование солнечной энергии, обеспечил необходимые усло­вия, позволяющие перейти от строительства экспериментальных объектов к массовому применению гелиоустановок в системах тепло - и хладоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий.

Так, ЭНИН разработал ряд конструкций солнечных коллекторов и селективных покрытий поглощающих элементов. Институтом КиевЗНИИЭП созданы основы нормативной базы применения гелио­установок, разработаны типовые и экспериментальные проекты, ведется совместно с промышленностью работа по созданию нового и повышению качества выпускаемого гелиооборудования. ЦНИИЭП инженерного оборудования разработана техническая документация и начато внедрение солнечно-топливных котельных, обеспечивающих покрытие нагрузок отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Физико-техническим институтом АН Узбекской ССР, КиевЗНИИЭПом и рядом других организаций проведен комплекс работ по созданию пассивных систем солнечного теплоснабжения, которые основаны на применении архитектурных и конструктивных решений, повышающих степень использования солнечной радиации без применения специального гелиотехнического оборудования.

Наряду с разработкой и внедрением автономных гелиосистем УзНИИЭП градостроительства, Ташкентским политехническим инсти­тутом и другими организациями выполнены работы в области создания систем централизованного солнечного тепло - и хладоснабжения. Особенность указанных централизованных систем заключается: в комплексном решении вопросов тепло - и хладоснабжения и город­ской застройки; создании крупных гелиоструктур (гелиополей), расположенных над транспортными магистралями на крутых склонах гор и других территориях, которые не могут быть использованы для размещения зданий и сооружений; использование энергии Солнца для кондиционирования воздуха путем ее преобразования в групповых тепло - и хладопунктах, оснащенных абсорбционными машинами; повышении эффективности работы ТЭЦ, за счет рационального сочета­ния различных термодинамических циклов (см. выше 1.2) и нетради­ционных источников энергии.

Минмонтажспецстрой СССР начиная с 1984 г. развивает работы по изготовлению и монтажу систем солнечного теплоснабжения. В 1988 г. объем работ по монтажу солнечных коллекторов достиг 30 тыс. м2/год.

Наибольший объем работ (до 80 %) приходится на долю Грузинской ССР, где в 1984 г. было создано управление Спецгелиотепломонтаж, преобразованное в 1988 г. в проектно-производственное объединение. Это объединение выполняет комплекс работ по проектированию, изготовлению, монтажу и сервисному обслуживанию систем солнеч­ного теплоснабжения. За период 1984 ... 1988 гг. введено в эксплуата­цию г олее 200 гелиосистем, предназначенных в основном для горячего водоснабжения объектов сезонного функционирования (пансионаты, базы отдыха и туризма, пионерские лагеря), а также объектов агро­промышленного комплекса (молочные фермы и т. п.) в Грузии, сосед­них республиках Закавказья, Крыму и Краснодарском крае. Кроме того, ППО "Спецгелиотепломонтаж" разработаны, изготавливаются серийно и продаются населению гелиоустановки площадью 4 ... 8 м2 для горячего водоснабжения индивидуальных домов. Объединением разработаны и внедряются также системы с использованием тепловых насосов для отопления зданий. Созданы оригинальные конструкции гелиосушилок для овощей и фруктов, которые охотно приобретает население Грузинской ССР.

В Киргизской ССР и Узбекской ССР также создаются специализиро­ванные предприятия, ориентированные в основном на выполнение ра­бот по монтажу автономных систем солнечного горячего водоснабже­ния. Так, в 1988 г. трестом Киргизсантехмонтаж смонтировано около №тыс. м2 гелиоколлекторов. Вместе с тем объем вводимых мощностей систем солнечного теплоснабжения в республиках Средней Азии еще очень мал, что не позволяет даже близко подойти к контрольным показателям задания на 1990 г., составляющим 2 млн 250 тыс. м2 солнечных коллекторов.

Рис. 1Л. Одноконтурная схема солнеч­ного водонагревателя с естественней

1 - солнечный коллектор; 2 — бак - аккумулятор; 3 — горячая вода к потребителю; 4 — холодная вода из водопроводной сети

Институтом ВНИПИТеплопроект разработана и внедрена новая технология тепловой обработки сборного железобетона с применением солнечной энергии. Уже выпущено более 1 млн м3 изделий и конструк­ций на гелиополигонах южных районов страны. Опыт показывает, что наибольший экономический эффект достигается при использовании солнечных коллекторов для тепловой обработки железобетонных конструкций в заводских условиях.

С конца 70-х г. трест Союзстекломонтаж совместно с научно-иссле­довательскими организациями создает и внедряет фотореакторы из стеклянных труб для выращивания микроводорослей с использова­нием солнечной энергии. Опытно-промышленные установки для выращивания хлореллы, действующие с применением солнечной энергии, успешно эксплуатируются с 1980 г. на опытной станции в Ашхабаде, в ряде колхозов и совхозов Ташкентской области, в районе Тбилиси и др.

Основные направления развития и использования солнечной энер­гии для целей теплоснабжения в нашей стране, планируемые на 15... 20 лет, сводятся к следующему.

Ожидается, что наиболее широкое распространение получат систе­мы горячего водоснабжения объектов сезонного функционирования (пансионаты, базы отдыха и туризма, пионерские лагеря, душевые установки пляжей), а также индивидуальных жилых домов и строений коллективных садоводческих товариществ. Такие установки (рис. 1.2) Могут быть охарактеризованы как одноконтурные (вода, нагретая в солнечном коллекторе, поступает непосредственно к потребителю через бак-аккумулятор), с естественной циркуляцией теплоносителя (термосифонная система), без дублирующего (пикового) источника энергии. Отличительной особенностью системы является простота ее конструктивного исполнения. Предполагается, что совершенствова­
ние подобных систем пойдет в первую очередь по пути создания высокоэффективных солнечных коллекторов, отличающихся малой материалоемкостью и высокими оптико-теплотехническими показате­лями. Такого рода системы наряду с использованием в капитальном строительстве будут реализовываться как товары народного потребле­ния.

Широкое ^применение должны получить пассивные системы солнеч­ного отопления (см. гл. 5), которые основаны на применении архитек­турных и конструктивных решений, повышающих степень использова­ния солнечной радиации и (или) снижающих тепловые потери зданий без применения специального гелиотехнического оборудования. Учитывая климатические условия нашей страны, пассивные системы отопления, как правило, будут сооружаться с дублирующим источ­ником энергии - электротепловым аккумулятором, теплонасосной установкой, а также с обычной системой водяного или воздушного отопления. К категории пассивных солнечных систем можно отнести здания, оборудованные обычными водяными системами отопления с пофасадным автоматическим регулированием расхода тепла. Учет с помощью автоматических регуляторов тепла, вносимого в здания с солнечной радиацией, позволяет, как показал опыт, существенно снизить общий объем теплопотребления зданий.

Одновременно с пассивными будут применяться активные системы теплоснабжения здания (отопление и горячее водоснабжение), т. е. системы, содержащие специальное гелиотехническое оборудование. Представленная на рис. 1.3 система может быть охарактеризована как двухконтурная: тепло, отводимое от солнечного коллектора промежу­точным теплоносителем, передается в поверхностном теплообменнике нагреваемой воде, поступающей непосредственно к потребителю.

В качестве промежуточного теплоносителя используется антифриз. Особенностями системы является также искусственная циркуляция теплоносителя как в первом, так и во втором контуре и наличие дублирующего источника энергии.

Применяя вариант системы, показанный на рис. 1.4, возможно использование солнечной энергии не только для целей отопления, но и охлаждения (кондиционирования) воздуха в помещениях. Для термо­трансформации энергии применена компрессионная установка с электроприводом, работающая зимой в режиме теплового насоса, а летом - в режиме холодильной машины. Теплоносителем как в контуре гелиоколлектора, так и для непосредственного нагрева либо охлаждения помещений служит воздух.

Большие перспективы имеет использование солнечной энергии в сельском хозяйстве (растениеводство в закрытом грунте, выращивание микроводорослей, сушка овощей, фруктов и других сельскохозяйст-

Венных продуктов, опреснение воды для водопоя скота, теплоснабже­ние животноводческих помещений и т. д.). В строительной индустрии основным направлением использования тепла Солнца является тепло­вая обработка железобетонных изделий.

Таким образом, развитие систем солнечного тепло - и хладоснабже­ния является перспективным. Оно позволит сэкономить большое количество органического топлива, улучшить экологическую ситуа­цию, особенно в южных районах нашей страны.