Концентрирующие гелиоприемники

Классификация и основные элементы гелиосистем

Системами солнечного теплоснабжения называются системы, исполь- зующие в качестве источника тепловой энергии солнечную радиацию. Их ха- рактерным отличием от других систем низкотемпературного отопления явля- ется применение специального элемента – гелиоприемника, предназначенно-

го для улавливания солнечной радиации и преобразования ее в тепловую энергию.

По способу использования солнечной радиации системы солнечного низкотемпературного отопления подразделяют на пассивные и активные.

Пассивными называются системы солнечного отопления, в которых в качестве элемента, воспринимающего солнечную радиацию и преобразую- щего ее в теплоту, служат само здание или его отдельные ограждения (зда-

ние-коллектор,стена-коллектор, кровля-коллектор и т. п. (рис. 4.1.1)).

Рис. 4.1.1. Пассивная низкотемпературная система солнечного отопления

«стена-коллектор»: 1 – солнечные лучи; 2 – лучепрозрачный экран; 3 – воз- душная заслонка; 4 – нагретый воздух; 5 – охлажденный воздух из помеще- ния; 6 – собственное длинноволновое тепловое излучение массива стены; 7 –

чернаялучевоспринимающаяповерхностьстены; 8 – жалюзи.

Активными называются системы солнечного низкотемпературного

отопления, в которых гелиоприемник является самостоятельным отдельным устройством, не относящимся к зданию. Активные гелиосистемы могут быть подразделены:

- по назначению (системы горячего водоснабжения, отопления, комби-

нированные системы для целей теплохолодоснабжения);

- по виду используемого теплоносителя (жидкостные – вода, антифриз и воздушные);

- по продолжительности работы (круглогодичные, сезонные);

- по техническому решению схем (одно-, двух-, многоконтурные).

Воздух является широко распространенным незамерзающим во всем диапазоне рабочих параметров теплоносителем. При применении его в каче- стве теплоносителя возможно совмещение систем отопления с системой вен- тиляции. Однако воздух – малотеплоемкий теплоноситель, что ведет к уве- личению расхода металла на устройство систем воздушного отопления по сравнению с водяными системами.

Вода является теплоемким и широкодоступным теплоносителем. Одна-

ко при температурах ниже 0°С в нее необходимо добавлять незамерзающие жидкости. Кроме того, нужно учитывать, что вода, насыщенная кислородом, вызывает коррозию трубопроводов и аппаратов. Но расход металла в водя- ных гелиосистемах значительно ниже, что в большой степени способствует более широкому их применению.

Сезонные гелиосистемы горячего водоснабжения обычно одноконтур- ные и функционируют в летние и переходные месяцы, в периоды с положи- тельной температурой наружного воздуха. Они могут иметь дополнительный источник теплоты или обходиться без него в зависимости от назначения об- служиваемого объекта и условий эксплуатации.

Гелиосистемы отопления зданий обычно двухконтурные или чаще все-

гомногоконтурные, причем для разных контуров могут быть применены

различные теплоносители (например, в гелиоконтуре – водные растворы не-

замерзающих жидкостей, в промежуточных контурах – вода, а в контуре по-

требителя – воздух).

Комбинированные гелиосистемы круглогодичного действия для целей теплохолодоснабжения зданий многоконтурные и включают дополнитель- ный источник теплоты в виде традиционного теплогенератора, работающего

на органическом топливе, или трансформатора теплоты.

Принципиальная схема системы солнечного теплоснабжения приведе-

на на рис.4.1.2. Она включает три контура циркуляции:

- первый контур, состоящий из солнечных коллекторов 1, циркуляцион-

ного насоса 8 и жидкостного теплообменника 3;

- второй контур, состоящий из бака-аккумулятора 2, циркуляционного насоса 8 и теплообменника 3;

- третий контур, состоящий из бака-аккумулятора 2, циркуляционного

насоса8, водовоздушного теплообменника (калорифера) 5.

Рис. 4.1.2. Принципиальная схема системы солнечного теплоснабжения: 1 –

солнечный коллектор; 2 – бак-аккумулятор; 3 – теплообменник; 4 – здание; 5

– калорифер; 6 – дублер системы отопления; 7 – дублер системы горячего водоснабжения; 8 – циркуляционный насос; 9 – вентилятор.

Функционирует система солнечного теплоснабжения следующим обра- зом. Теплоноситель (антифриз) теплоприемного контура, нагреваясь в сол- нечных коллекторах 1, поступает в теплообменник 3, где теплота антифриза

передается воде, циркулирующей в межтрубном пространстве теплообмен-

ника 3 под действием насоса 8 второго контура. Нагретая вода поступает в бак-аккумулятор 2.

Из бака-аккумулятора вода забирается насосом горячего водоснабже-

ния 8, доводится при необходимости до требуемой температуры в дублере 7

и поступает в систему горячего водоснабжения здания. Подпитка бака-

аккумулятора осуществляется из водопровода.

Для отопления вода из бака-аккумулятора 2 подается насосом третьего контура 8 в калорифер 5, через который с помощью вентилятора 9 пропуска- ется воздух и, нагревшись, поступает в здание 4. В случае отсутствия сол- нечной радиации или нехватки тепловой энергии, вырабатываемой солнеч- ными коллекторами, в работу включается дублер 6.

Выбор и компоновка элементов системы солнечного теплоснабжения в каждом конкретном случае определяются климатическими факторами, на- значением объекта, режимом теплопотребления, экономическими показате- лями.

Концентрирующие гелиоприемники представляют собой сфериче- ские или параболические зеркала (рис. 4.2.1), выполненные из полированного металла, в фокус которых помещают тепловоспринимающий элемент (сол- нечный котел), через который циркулирует теплоноситель. В качестве тепло- носителя используют воду или незамерзающие жидкости. При использова- нии в качестве теплоносителя воды в ночные часы и в холодный период сис- тему обязательно опорожняют для предотвращения ее замерзания.

Для обеспечения высокой эффективности процесса улавливания и пре- образования солнечной радиации концентрирующий гелиоприемник должен быть постоянно направлен строго на Солнце. С этой целью гелиоприемник снабжают системой слежения, включающей датчик направления на Солнце,

электронный блок преобразования сигналов, электродвигатель с редуктором

дляповорота конструкции гелиоприемника в двух плоскостях.

Рис. 4.2.1. Концентрирующие гелиоприемники: а – параболический концен-

тратор; б – параболоцилиндрический концентратор; 1 – солнечные лучи; 2 – тепловоспринимающий элемент (солнечный коллектор); 3 – зеркало; 4 – ме- ханизм привода системы слежения; 5 – трубопроводы, подводящие и отво- дящие теплоноситель.

Преимуществом систем с концентрирующими гелиоприемниками яв- ляется способность выработки теплоты с относительно высокой температу- рой (до 100 °С) и даже пара. К недостаткам следует отнести высокую стои- мость конструкции; необходимость постоянной очистки отражающих по- верхностей от пыли; работу только в светлое время суток, а следовательно, потребность в аккумуляторах большого объема; большие энергозатраты на привод системы слежения за ходом Солнца, соизмеримые с вырабатываемой энергией. Эти недостатки сдерживают широкое применение активных низко- температурных систем солнечного отопления с концентрирующими гелио- приемниками. В последнее время наиболее часто для солнечных низкотемпе-

ратурныхсистем отопления применяют плоские гелиоприемники.