ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ОБЪЕДИНЕНИЕ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ С АККУМУЛЯТОРАМИ ТЕПЛОТЫ

Солнечные системы теплоснабжения, как правило, предусматривают наличие аккумулятора энергии. Когда речь идет о небольших установках индивидуального или фермерского пользования, целесообразно оборудовать гелиоколлектор и аккумулятор теплоты в виде единого агрегата [100].

Солнечный коллектор может быть совмещен с аккуму­лятором энергии из твердых аккумулирующих материа­лов (ТАМ). Схема такой установки показана на рис. 1.48. Теплоносителем служит воздух, который нагревается в коллекторе за счет лучистой энергии Солнца. Из коллек­тора воздух поступает в аккумулятор, конструктивно со­ставляющий одно целое с коллектором. Для повышения эффективности аккумулирования теплоты над аккумуля­тором предусмотрено одно - или двухслойное остекление. Таким образом, солнечный коллектор имеет свое продол­жение над аккумулятором теплоты. Нагретый воздух за­бирается вентилятором и направляется в систему воздуш­ного отопления.

1 - вентилятор; 2 - остекление; 3 - воздушный слой; 4 - теплопоглощающая пластина; 5 - изоляция; 6 - вентиляция вторичного контура; 7 - подача на­гретого воздуха потребителю; 8 - воздушный канал; 9 - аккумулятор; 10 - солнечный коллектор аккумулятора

Солнечный коллектор устанавливается под углом, рав­ным географической широте данной местности. Часть коллектора, которая непосредственно передает солнечное излучение аккумулятору, находится под углом 8... 10° по отношению к горизонтальной поверхности. Площади этих двух элементов солнечного коллектора рекомендуется вы­бирать одинаковыми.

Аккумулятор состоит из гравия или другого твердого гранулированного материала. Размер гранул 30...50 мм. Объем аккумулятора У^, м3, следует принимать равным (0,10...0,15)А, где А - общая площадь солнечного коллек­тора, м2.

Вариант коллектора с водяным аккумулятором пока­зан на рис. 1.49. Теплота солнечного излучения передается через зачерненную металлическую пластину воде, поме­щенной в аккумуляторе. Для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду коллектор и аккумулятор покрыва­ются слоем изоляционного материала. Горячая вода может подаваться потребителю либо непосредственно из емкости аккумулятора, либо через теплообменник, размещенный в баке аккумулятора. Емкость аккумулятора можно при­нять равной 0,13...0,18 м3 на 1 м2 площади.

Рис. 1.49.

Коллектор, соединенный с водя­ным аккумулятором:

1 — вода; 2 — теплообменник; 3 - те­плоприемная зачерненная пластина; 4 — воздушный слой; 5 — двухслойное остекление; 6 - насос; 7 - изоляция; 8 - корпус аккумулятора; Р — угол на­клона коллектора

Представляет интерес разработанный В. В. Мойсеенко и С. В. Смирновым [101] бытовой солнечный коллектор, совмещенный с водяным аккумулятором. Аккумулятор
состоит из двух емкостей, одна из которых заполнена хо­лодной водой, другая - подогреваемой до 50...70 °С за счет солнечной энергии. Тем самым обеспечивается естествен­ная циркуляция воды в аккумуляторе. Для коллектора размером 1600x750 мм в каждой емкости помещается по 100 л воды.

Более эффективным является вариант совмещения сол­нечного коллектора с аккумулятором, в котором использу­ются вещества с фазовым переходом.

В работе [102] приведена конструкция теплоэлектроак­кумулятора, в котором в качестве аккумулирующего ма­териала применяются нитраты щелочных металлов. В ка­честве источника энергии могут использоваться солнечное излучение или электронагреватель. Этот аккумулятор (рис. 1.50) состоит из трех секций. Теплоаккумулирующим мате­риалом первой секции служит эвтектическая смесь К, Na, Li/N03 (40%) и карбамида (60%); температура фазового перехода 63 °С, удельная энергия 119 кВт-ч/м3. Вторая секция состоит из смеси К, Na, Li/N03 (30%) и ацетами­да (70 %); температура фазового перехода 48 °С, удельная энергия 103,2 кВт-ч/м3. Третья секция состоит из тепло­аккумулирующего материала К, Na, Li/N03 (40%) и аце­тамида (40 %); температура фазового перехода равна 33 °С, удельная энергия 48,32 кВт-ч/м3.

Рис. 1.50.

Многосекционный аккумулятор с эв­тектическими схемами замещения с солнечным электронагревателем:

1 - остекление; 2 - солнечный коллектор; 3 - металлокерамическая пленка; 4 — те­плопоглощающая пластина; 5 - теплоак­кумулирующий материал (t = 50...60 °С); 6 - теплоаккумулирующий материал (t = 40...50 °С); 7 - теплоаккумулирующий ма­териал (f = 30...40 °С)

Первая секция покрыта слоем стекла и обращена к Солнцу. Теплота солнечного излучения аккумулируется материалами секций и в процессе фазового перехода пере­дается помещению. Для того, чтобы обеспечить постоян­ный обогрев помещения, предусматривается установка масляного электронагревателя, примыкающего к послед­ней, третьей секции. При помощи масляного нагревателя можно компенсировать недостаток поступления тепловой энергии от солнечного излучения.

Таким аккумулятором теплоты может быть заменена часть внешнего ограждения здания, обращенная к югу или юго-западу [103]. Аналогично часть цоколя теплицы мо­жет быть оборудована под аккумулятор теплоты.

Для повышения эффективности аккумулятора реко­мендуется перед первой аккумулирующей секцией уста­навливать солнечный коллектор. При этом повысится эффективность использования солнечного излучения. Те­плопоглощающую пластину рекомендуется покрыть за­черненной металлокерамической пленкой, например Ni-P. В этом случае в дождливый или облачный день через тепло­керамическую пленку пропускается электрический ток, чем обеспечиваются нагрев аккумулирующих сред и пере­дача теплоты в помещение. Подобный солнечный электро­нагреватель, совмещающий в себе несколько функций, не нуждается в дополнительном нагревательном оборудова­нии и дополнительной площади [84].

Следует подчеркнуть, что приведенные варианты ак­кумуляторов, использующих солнечную энергию, могут служить как для теплоснабжения индивидуальных и фер­мерских хозяйств, так и для более крупных потребителей энергии.