Помещений

Тепловое аккумулирование для солнечного обогрева и охлаждения

Типичная схема активной системы с тепловым аккумулированием энергии для получения горячей воды (рис. 5.4.1) включает первичный контур

на антифризе, теплообменник в нижней части аккумулирующего бака и до- полнительный нагреватель в верхней его части. Так как эффективность сол- нечного коллектора снижается с увеличением разности температур первич- ного контура и окружающей среды, температуру первичного контура следует поддерживать на возможно более низком уровне. Для этого следует обеспе- чить небольшой перепад температур в теплообменнике, воспрепятствовать перемешиванию в баке и обеспечить подвод тепла только в самую холодную часть бака.

Рис. 5.4.1. Схема получения горячей воды для бытовых нужд с использова- нием солнечной энергии: 1 – солнечные коллекторы; 2 – первичный цикл (антифриз); 3 – циркуляционный насос; 4 – аккумулирующий бак; 5 – сол- нечный теплообменник; 6 – подача холодной воды; 7 – дополнительный на- греватель; 8 – линия подачи.

Выбор соотношения между размерами солнечного коллектора и акку- мулятора для кратковременного (горячая бытовая вода) и долговременного (обогрев) аккумулирования – интересная оптимизационная задача. Общий оптимум получается, когда оптимальны характеристики как коллектора, так

и аккумулятора. Удельные емкости аккумуляторов для кратковременного ак-

кумулирования обычно составляют 50–100 кг воды на 1 м2 площади коллек-

тора, а для долговременного аккумулирования в климатических условиях

Центральной Европы необходимы значения удельной емкости 1000 кг/м2.

Солнечный бассейн, где коллектор и аккумулятор совмещены, явля- ется частным случаем аккумулирования с использованием горячего теплоно- сителя (рис. 5.4.2). Солнечная радиация поглощается донной поверхностью бассейна. В теплоносителе создается и поддерживается градиент концентра- ции соли (концентрация увеличивается с глубиной) между верхним конвек- тивным слоем (под действием ветра) и нижним конвективным слоем (в ре- зультате отвода тепла). Благодаря этому конвекция и связанный с ней тепло- отвод к поверхности подавляются, и слой толщиной ~ 1 м, в котором нет конвекции, служит тепловой изоляцией.

Таким способом можно достичь температуры воды 100°С, а 90°С явля-

ется обычным расчетным значением в зонах с жарким климатом.

Рис. 5.4.2. Схема солнечного бассейна с градиентом концентрации соли: 1 – поверхностный слой воды; 2 – поверхность земли; 3 – выход горячего соля- ного раствора к потребителю тепла или к теплообменнику; 4 – конвективная (аккумулирующая) область; 5 – возврат холодного соляного раствора; 6 – не- конвективный (изолирующий) слой.

Были предложены и разработаны системы аккумулирования на основе использования теплоты фазового перехода для зарядки и разрядки возду- хом (рис. 5.4.3) или водой (рис. 5.4.4). На рис. 5.4.5 показан вариант тепло-

обменника с оребренными кольцевыми каналами с раздельными контурами

зарядной и разрядной сред. Таким образом, теплообменник позволяет прово- дить одновременно зарядку и разрядку. Каждый теплообменный элемент со- стоит из внутренней и наружной трубок, тепловой контакт между которыми обеспечивается продольными ребрами из материала с хорошей теплопровод- ностью (например, алюминия). Кольцевое пространство между ребрами за- полнено материалом, аккумулирующим энергию фазового перехода (равную теплоте плавления). В этом варианте система теплового аккумулирования работает как гибридный аккумулятор, в котором используются теплота фазо-

вого перехода и теплота нагрева рабочего тела.

Рис. 5.4.3. Блок солнечных энергоаккумулирующих стержней с 2400 кг СаСl2·6H2O (Tф=27,2 °С) в полиэтиленовых цилиндрах для отопления квар- тиры.

Рис. 5.4.4. Агрегат CALMAC для аккумулирования теплоты фазового пере-

хода на Na2S2O3-5H2O или MgCl2-6H2O: 1 – съемная крышка; 2 – двигатель для перемешивания; 3 – вход воды; 4 – гидрат соли; 5 – пластиковый теп- лообменник; 6 – бак; 7 – выход воды.

Рис. 5.4.5. Теплообменник с оребренными кольцевыми каналами для аккуму- лирования энергии с использованием теплоты фазового перехода: 1 – эле- мент теплообменного блока: 2 – термоаккумулирующее вещество; 3 – про- дольное ребро; 4 – горячий теплоноситель; 5 – резервуар (кожух); 5 – холод-

ный теплоноситель для разрядки.

Коллекторы солнечного тепла разделяются на активные и пассивные; роль последних часто выполняют сами конструкционные детали здания. Та- кие детали должны обладать прозрачными внешними поверхностями (в виде окон или прозрачных покрытий) и высокой эффективной теплоемкостью

Правильно выбранные свойства системы ТАЭ способствуют выравниванию

температуры в помещении.

Если такие свойства солнечной системы ТАЭ, как толщина, теплопро- водность и теплоемкость коллектора, выбраны правильно, то проходящие через внешнюю поверхность солнечные тепловые потоки могут быть задер- жаны примерно на 12 ч, что внесет, таким образом, благоприятный вклад в тепловой баланс помещения на режимах как нагрева, так и охлаждения.