Изчисляване на основните характеристики на слънчеви инсталации. Влияние на климатичните условия за избор на режима на работа на инсталацията. Класификация на ССТ. Схема на двухконтурной система.
Система за слънчева топлоснабдяване (ССТ) стават все по-популярни в много страни по света. Особено впечатляващи са успехите на слънчевата теплоэнергетики в Европа, където годишният темп на прираст на оборота на индустрията през последните десет години е 11-12%.
Обща площ слънчеви колектори (СК), установени за днес в европейски страни, е повече от 11 милиона м2. През последното десетилетие най-бързо на пазара на ССТ се разви в Германия, Австрия и Гърция. Специфична площ на слънчеви колектори до 2004 г. е в Гърция 264 м2 на 1000 души, в Австрия - 203 м2, а средно за страните от Европейската общност - 26 м2 на 1000 жители. Развитието на този сектор на пазара в Европа е придружено от организирането на специални кампании за насърчаване на нови технологии, както и финансовите и законовите разпоредби и подкрепа.
Рязкото увеличение на разходите на органични енергия в последно време даде развитие на слънчевата теплоэнергетики допълнителен импулс. Дори тези страни в Европа (Италия, Испания), в която, въпреки, че е голям климатичен потенциал за използване на слънчева енергия, тази индустрия се развива бавно, през 2004-2005 г. са взели допълнителни програми за неговото използване.
Световният опит прилагане на СК показва, че слънчевите системи за доставка на топлинна енергия могат да бъдат ефективни и надеждни, за предоставяне на топла вода и отопление на жилищни и обществени сгради, затопляне на водата в басейни и дори на слънчева инсталация и обезсоляване на водата.
По-подробно успехите на чужди държави в овладяването и използването на слънчевата енергия се описва в специализирани издания, които, за съжаление, почти не са широки кръгове академия на обществеността.
Как стоят нещата със създаването на системи за слънчева топлоснабдяване в Русия в момента? До голяма степен успехите на тази индустрия в Европа се обяснява с мощна законодателна и финансова подкрепа във всички страни на европейската общност. В нашата страна като тази, така и друга подкрепа на напълно отсъства, и затова напредъкът в тази област са минимални, макар и малко на брой системи все още е създаден и работи успешно.
Преди да се разглежда специфични схеми на слънчеви системи, трябва да се изясни на всички подходящи климатични условия в Русия за тяхното създаване и развитие, и какви комплекси най-голям потенциал в нашите условия.
Изчисляване на основните характеристики на слънчеви инсталации
Под слънчева топлоснабдяването се разбира използването на слънчевата енергия за осигуряване на топла вода и отопление в жилищно настаняване и общински, домашни или производствена сфера. За определяне на ефективността на слънчева топлоснабдяване в една или друга точка или регион не е достатъчно само информация за климатични условия. Трябва да има количествени данни, характеризиращи ефективността на прилагането на слънчеви инсталации (обикновено с плосък СК).
Съществуващите методи за изчисляване на активните системи позволяват на базата на използване на климатична информация и с оглед на характеристиките на използвания хардуер определят техните основни параметри, които са:
- коефициент на заместване на топлинния товар за'обект (дял на слънчевата енергия при отразяване на натоварване) f за определен период от време (месец, сезон, година);
- полезна теплопроизводительность инсталация Q за този период;
- размер на СК в инсталиране F.
Удобен размер за сравнение на различните възможности за използване на инсталации е специфична теплопроизводительность q, отнесенная за 1 м2 площ на СК в инсталацията.
В работата [1] проведени изчисления за определение на посочените основни характеристики на различни региони на Русия 39 по разплащателни точки, сравнително равномерно разположени на територията на страната. Набират план се разглеждат следните режими на работа инсталации:
- участие в покритието на натоварването отопление и GVS (режим на топлоснабдяването);
- участие в покритието на натоварването само GVS през цялата година (режим целогодишно топла вода);
- участие в покритието на натоварването само GVS и само в неотопительный период от време (в режим на сезонни топла вода).
Първите два режима изискват извършване на монтаж на двухконтурной схема, когато в първия коллекторном контур охладител е антифриз, а на топлина до потребителите в резервоар-батерия (БА) изпада чрез топлообменник. Сезонна настройка, може да бъде одноконтурными, запълнени с вода.
Един от параметрите за изчисляване на топлинно натоварване. Натоварване GVS единна Парченце и се определя на базата на един човек. Съответно и изчисляване на параметрите на слънчевата инсталация GVS удобно да се предприемат въз основа на специфични товари (в изчисляването на човек). При това резултатите ще бъдат универсални, защото стойности на f и Q, получени при изчисляването на един човек, остават постоянни при всяко количество хора, снабдени с топла вода, а само части колектори се увеличава кратно на това количество.
Много по-сложно е определянето на отоплителната товар, който, освен климатични характеристики, зависи от обема на сградата, нейната конфигурация, топлинно съпротивление стени и плочи и други фактори. Някакъв универсален подход тук не е възможно и отоплителна натоварване трябва да се определя за всеки конкретен об'обект (или подобни об'обекти).
Друга група от параметри, които са въведени в изчислението като оригиналната информация, представляват климатичните данни, а именно - средно за месец на стойностите на сумарната и разпръснати радиация върху хоризонтална повърхност, и средната месечна температура на въздуха. Като изходни данни за изчисляване на поставените и топлинни характеристики на СК, използвани в дадена инсталация.
За изчисляване на параметрите инсталации се прилага така нареченият f-метод [2].
Реален положителен ефект от използването на слънчева инсталация (с изключение на околната среда) е икономията на гориво. При определянето на такава в резултат от използването на слънчева инсталация значително да знаете ЕФЕКТИВНОСТ замества с устройството. В условия на децентрализирано топлоснабдяване (малки бойлери и индивидуални отопительно-водогрейни котли) тази ЕФЕКТИВНОСТ може да се приема равен на 0, 5. При това в зависимост от режима на използване на инсталацията и климатичните условия в този параграф делът на годишна (сезонен) икономия на гориво (според изчисленията) е от 0, 05 до 0, 2 с.л. в. r.
Влияние на климатичните условия за избор на режима на работа на слънчевата инсталация
Масив Анализ на очакваните резултати в работата [1], получени по всички точки, позволява да се направят следните изводи по отношение на прилагането на слънчеви инсталации в Русия.
При използване на слънчева инсталация в режим на топлоснабдяване, това означава, че с участието си в покритието на натоварването отопление и GVS, размер на СК трябва да бъде не по-малко от 0, 4 от отопляем площ за постигане на коефициент на заместване годишен топлинен товар по най-много точки от 0, 25-0, 40. В този режим на средната специфична теплопроизводительность инсталация е малък поради недоиспользования я топлинна мощност през лятото. Така използването на слънчеви инсталации, в този режим в повечето райони на Русия (европейската част, Западна и Средна Сибир) не е подходящо. Изключение правят областите Забайкалья (особено южна), на юг Хабаровск и Крайморски краища. В тези области, В сила характеристики на климата за работа на инсталацията в режим на топлоснабдяването може да бъде достатъчно ефективна.
Използването на слънчева инсталация в режим на целогодишно GVS осигурява високи стойности на единичната теплопроизводительности, следователно, и на специфични годишни спестявания на гориво, тъй като в този режим на топлинна мощност на инсталацията се използва най-пълно. Естествено, че по-висока годишна теплопроизводительность се постига в най-благоприятните климатични зони като южната част от европейската територия на РУСИЯ (на юг от Самара), южна част от Западна и Средна Сибир, Забайкалья и Далечния Изток. Като цяло използването на слънчеви инсталации в този режим, с една или друга степен на ефективност може да се препоръча универсално южно от 60 ° c. ш. както в европейски, така и в азиатската част на Русия. Препоръчителна площ СК е при това на 1, 0 - 1, 5 м2 за един човек.
Използването на слънчеви инсталации в режим на сезонно GVS има значително предимство от гледна точка на простота на схемата (използва се одноконтурная схема без мидълуер топлообменник, не е необходимо прилагането на антифриз и други подобни ), но за ет'да бъде свързано с намаляване на единичната теплопроизводительности в сравнение с режим целогодишно GVS. Това намаление, естествено, толкова повече, колкото по-кратък е неотопительный период, т.е. времето на използване на инсталацията в годишния цикъл. Прилагането на слънчеви инсталации в режим на сезонно GVS непрактично там, където неотопительный период е по-малко от n'пет месеца. Препоръчителна площ на СК в този режим е 1 м2 на един човек.
Класификация на системите за слънчева топлоснабдяване
И така, ясно е, че най-масови в лицето на Русия може да се инсталира GVS. Определящ фактор за избор, очевидно, ще бъде икономически показатели, които трябва да се основават на предварителни топлинни изчисления на системата, направени с оглед на данните, на всеки конкретен об'обект, неговото местонахождение, характеристики, климатичен район и замества стойността на энергоресурса.
Какви видове системи могат да бъдат използвани за решаване на тези задачи?
Традиционна схема повечето ССТ е схема с използване на слънчеви колектори (СК) с аккумуляцией на получената енергия в резервоара памет.
ССТ могат да бъдат класифицирани по различни критерии:
- предназначение:
- система за топла вода (GVS);
- системи за отопление;
- комбинираната система;
- течни;
- въздушни;
- целогодишни;
- сезонни;
- одноконтурные;
- двухконтурные;
- многоконтурные.
Независимо от варианта на изпълнение на системата в световната практика най-често се прилага дипломиране системи по своята производителност, което определя основна схема и вариант на конструктивно изпълнение системи. Приблизителни граници на изпълнение и използвани за изпълнението им възможности системи са дадени в таблицата.
Таблица. Приблизителни граници на изпълнение и използвани за тяхната реализация варианти на системи
| Производителност на топла вода през деня | Тип на системата | Описание на системата |
| <150 л | "Моноблок" | Най-простата система, в която SK, БА и тръбопроводи за'обединени в единна инсталация пълна фабрична готовност и, като правило, нероз'кратки. Се прилага за сезонно GVS в битови цели и на об'обекти, които работят само през лятото. |
| 150-300 л | имаше безнасосные ("термосифонная") | Система, в която движението на охлаждащата течност в коллекторном контур се извършва за сметка на разликата в плътността на охлаждащата течност, нагреваемого в НС, и за охлаждане в БА. В такива системи БА винаги е над СК и разстоянието между тях е малко. Най-често се прилага за сезонно GVS. |
| 300-500 (750) л | една малка помпена | Система с принудителна циркулация на охлаждащата течност в коллекторном контур, които са помпа и система за автоматично управление. Местоположение на БА сравнително СК - е произволно. Може да се прилага както за сезонно (GVS), така и за целогодишна експлоатация (GVS + отопление). |
| > 1000 л | голяма многоконтурная ("индустриална") | Системи с принудителна циркулация на охлаждащата течност. Се прилагат за топлоснабдяване об'обекти с голям топлинен товар в режим на сезонна или целогодишна експлоатация. |
Система тип "моноблок" и малки термосифонные система често се нарича домашни или битови и слънчеви бойлери. Тези настройки могат да бъдат както единични, така и двухконтурными, монтирани на открито и се характеризират с повишени теплопотерями кумулативен вместимост на батерията. За разлика от "моноблок" в малки системи СК и БА се извършват отделно и могат да бъдат заедно на една единствена опорна конструкция, така и на разстояние един от друг, малко хидравлично съпротивление коллекторного контур.
На база анализ на материалите, посочени по-горе, може да се заключи, че най-подходяща в условия на Русия е слънчева инсталация, която работи в режим на сезонно или целогодишно топла вода.
Като се имат предвид климатичните условия на страната, ясно е, че това трябва да бъде двухконтурная система, където в коллекторном контур циркулира незамерзающий охлаждащата течност (фиг. 1).
При съответното увеличаване на площад СК и обема на БА тази слънчева инсталация, изпълнена по тази схема, може да се използва и в режим на топлоснабдяване (GVS + отопление).
Съдържание на пакета слънчева система за топлоснабдяване
В 1970-80-те години повечето слънчеви системи за затопляне на водата, както в нашата страна, така и в чужбина, са одноконтурными, т.е. системи за директно отопление на чешмяна (мрежа) вода. Опит в експлоатацията е показал, че при цялата си простота и привидно ниски разходи за тези системи са достатъчно тревожни в експлоатация и са с по-малък срок на експлоатация в сравнение с двухконтурными системи, включващи междинен топлообменник между СК и БА.
С разширяването прилагането на слънчеви системи и настъпили постепенен преход от повсеместно прилагане на "моноблоков" и малки бойлери (с термосифонным движение на охлаждащата течност чрез СК) към двухконтурным системи с принудителна помпена циркулация. Тази схема система ви дава възможност да публикувате БА на удобно място на сградата. В момента голяма част от слънчевите системи в Европа е изградена на този принцип.
Най-често срещаната в Европа система, използвани днес за GVS индивидуални жилищни сгради (къщи), е двухконтурная система с принудителна циркулация в коллекторном контур на охлаждащата течност-антифриз.
Подбор на загрята вода от БА се извършва с горната точка на резервоара метод на изместване, т.е. чрез подаване на студена вода от водопровод (или от друг източник) под налягане в долната част на резервоара. Схема на такава система не зависи от неговата ефективност и мястото на инсталацията.
В чужбина за еднофамилни къщи обикновено се използват БА обем от 300 до 700 литра, а размер на СК се избира в зависимост от климатичните условия на пропорционална желания обем на БА и икономически обоснована продължителността на сезона на работа на системата.
Обикновено такива слънчеви системи представляват комплект, състоящ се от следните основни елементи:
- слънчев колектор;
- система на опори за закрепване на СК на покриви (наклонени или плоски) или стените;
- резервоар-батерия с вградени пластинчати топлообменници;
- циркулационна помпа с комплект апаратура и клапани;
- мембранен резервоар за компенсиране на топлинното разширение на охлаждащата течност коллекторного контур;
- блок за управление на работата на помпата с датчици за температура;
- тръбопроводи с изолация;
- запорно-регулаторната и предохранительная арматура;
- фитинги;
- топлообменници (за използване в комплект с БА големи количества).
В някои системи, вместо СК се прилага те години основният възел - теплопоглощающие панели (ПП). Те се използват обикновено при ново строителство на обекти, когато има възможност да се създаде така наречената топла покрива, т.е. бъде изградена част от покрив в ПП, а за подмяна на останалите възли SK - на корпуса, дъното и прозрачна изолация - използване на елементи, най-покрив. Това води до намаляване на разходите за създаване, монтаж и експлоатация на слънчевата система, но изисква внимателно провеждане на всички дейности по хидроизолация на места за инсталиране на ПП.
Поставянето на всички тези елементи в конкретен об'съоръжение за отчитане на характеристиките му изисква изпълнението на проектни дейности, в процеса на които се определя място и начин на закрепване на СК. Особено трудно е да се направи, ако ориентацията на сградата не позволява да се оптимизира посоката и наклона на колектора. Също така се отчитат за настаняване БА, помпа, и най - важното-разводка на тръбите и на техните връзки с наличните пътни артерии на сградата.
Затова, за всяко об'обект на проекти, поставяне на елементи на слънчевата система ще се различават по-голяма или по-малка степен един от друг при запазване на общата принципна схема.
В зв'язку с това е невъзможно да доведе изчерпателен и пълен списък на завършване елементи на системата, като това се прави за битови слънчеви бойлери, така че по-долу е списък и описание на оборудването, от които може да се скомпонована всяка система за произволно изпълнение в рамките на избрания обхват.
За съжаление, единственият вътрешен нормативен документ, който може да се използва при разработването на слънчевата система, остава WPC 52-86 "слънчева Инсталация за топла вода. Норми за проектиране ", в което са посочени общите принципи на изграждане на такива системи и основните изисквания към него. Съвременните нормативни документи в Русия, докато не.
Схема на двухконтурной ССТ
Нека разгледаме един принципен схема двухконтурной слънчева система за топлоснабдяване (фиг. 2).
Коллекторный контур на системата е затворен и изпълнен с някакъв незамерзающим и нетоксични охладител. Нетоксичность на охлаждащата течност е обов'изискване, което дава възможност при създаване на схема на инсталацията да мине на по-прости технически решения и избягване на "правила на две стени", които имат токсичен охлаждащата течност и питейна вода. Най-ниската температура на замръзване на охлаждащата течност не позволяват да се налива с СК през зимата, което също намалява експлоатация и подобрява устойчивост на корозия устойчивост на системата.
В момента в зв'във връзка с изграждането на разгъната на пазара с'яви на голям брой системи, отопление за индивидуални еднофамилни къщи. Теплоносители системи отговарят на изискванията, пред'са на охлаждащата течност на слънчеви системи. Тези теплоносители, както чужди, така и разработени в Русия, имат балансиран набор от инхибитори на корозия за дълготрайни метали колектори. Избор на охлаждащата течност се извършва по тяхно теплофизическим качества и стойност.
Колектори са монтирани, като правило, на кровле на сградата, въпреки че във всеки конкретен случай са възможни и други места за инсталация. Условия за настаняване и ориентация на СК са избрани според нормативните документи.
На излизане от СК в горната точка на контура се определя автоматичен клапан-воздухоотводчик. След това на нагряване в НС на охлаждащата течност, минава през опускной тръби и постъпва в долната част на топлообменника на БА, където се охлажда, която минава топлината на разходите на вода на резервоара. След излизането от резервоара на охлаждащата течност от тръбопровода, идва чрез помпа в долната част на СК.
Горен топлообменник БА е свързан към отоплителния котел, обединеното с отоплителен контур на сградата. Циркулация на гореща вода от котела за отопление на БА се извършва с помощта на отделна помпа.
Подбор гореща разходите на вода от БА се извършва в най-горната точка на резервоара подаване на дъното на резервоара за студена вода (т.е. винаги консумира най-горещата вода, е на разположение в аквариума). Тази вода по магистралата се сервира към местата за подбор. За да се осигури постоянно присъствие в точки подбор на топла вода в системата може да бъде включена циркуляционная магистрала със своите помпа.
Всъщност БА винаги е под натиск водопроводна мрежа.
Включването на циркуляционного помпа коллекторного контур се произвежда блок за управление, който по своите функции е разлика реле, сравнивающим показания два температурни сензори: сензор, инсталиран на изхода на охлаждащата течност от СК, както и сензор, инсталиран в БА. Място на инсталиране на сензор в резервоара, могат да бъдат различни по височина, и това се отразява на параметрите на работата на регулатора, а оттам и на теплопроизводительность система и нейната сигурност.
Ако температурата на охлаждащата течност на изхода от СК по-висока от температурата на водата в резервоара, след това се включва циркулационна помпа и топлината се предава на водата в резервоара. При използване на съвременни помпи при работа може да се извършва регулиране на честотата на въртене на помпата, да, по възможност, се поддържа постоянна определена температурна разлика управителния съвет сензори.
Много чуждестранни блокове за управление са функции за защита на инсталацията от прегряване. Така че, ако температурата СК надвишава определения ниво, блок за управление на принудително включва помпа, докато температурата на колектора не падне на 10°С, въпреки факта, че самият резервоар ще се затопли по-горе инсталиран температурна граница. Но в резервоара при достигане на максимална температура 95°С помпа се изключва задължително.
Литература, използвана при подготовката на материала
Тарнижевский Б. В. Оценка на ефективността на прилагането на слънчев топлоснабдяване в Русия. // "Топлоенергетика" № 5, 1996. - В. 15-18.
Бекман V., S. Клайн, Дъфи Дж. Изчисляване на системи за слънчева топлоснабдяването. - М. : Энергоиздат, 1982.
WPC 52-86 "слънчева Инсталация за топла вода. Норми за проектиране". // Госгражданстрой на СССР, 1987.
ГОСТ Р 51595-2000 "Алтернативна енергетика. Слънчева енергетика. Слънчеви колектори. Общи технически условия".
Вячеслав Шершнев, главен специалист СОУ "НПО машиностроения"
Николай Atanas, директор на проекта на СОУ "НПО машиностроения"
Източник: www. еremont. bg
Немає коментарів:
Дописати коментар