1598005349-cbdd2b750b348f5994382c5962e09db2 (Индивидуальные солнечные установки [автор неизвестен]u), страница 9

п. Налажено промышленное производство солнечных водонагревателей в таких странах, как Япония, Израиль, Кипр, США, Австралия, Индия, Франция, ЮАР и др. По принципу работы солнечные водонагревательные установки можно разделить на два типа: установки с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя, В последние годы все больше производится пассивных водонагревателей, которые работают без насоса, а следовательно, не потребляют электроэнергию. Они проще в конструктивном отношении, надежнее в эксплуатации, почти не требуют ухода, а по своей эффективности практически ие уступают солнечным водонагревательным установкам с принудительной циркуляцией. Более половины пассивных водонагревателей составляют установки термосифонного типа с естественной циркуляцией, а остальные — это компактные водонагреватсли, в которых бак-аккумулятор горячей воды и коллектор солнечной энергии объединены (интегрированы) в единое компактное устройство.

Водонагреватели с естественной циркуляцией воды. Принцип работы солнечной водонагревательной установки термосифонного типа с естественной циркуляцией теплоносителя иллюстрируется схемой, показанной на рис. 24,а. Установка содержит коллектор солнечной энергии, бак-аккумулятор горячей воды, подъемную трубу и опускную трубу. В нижнюю часть бака-аккумулятоРа подводится холодная вода (ХВ), и из его верхней ча- „ сти отводится к потребителям горячая вода (ГВ). Пере- ВЗ Рис. 24. Схема (а) и конструкции Сб) солнечного водонагревателя с естественной циркуляцией: ат 1 — солнечный коллектор; У вЂ” бакаккумулятор горячей воды; бт 1 — термостат; У вЂ” горячая вода; 3 баи горячей воды; а — расширительный бак; а — горячий тсплоногительт б — теилообмеииик: У вЂ” подвод колод.

ной «оды; К вЂ” обратная труба; Р— ноллектар; 10 — влектровагреватель численные элементы образуют контур естественной циркуляции воды. По подъемной трубе горячая вода из коллектора солнечной энергии поступает в бак-аккумулятор, а по опускной трубе нз бака в коллектор поступает более холодная вода для нагрева за счет поглощенной солнечной энергии. Поскольку средняя температура воды в подъемной трубе выше, чем в опускной, плотность воды, напротив, ниже во второй трубе.

И вследствие этого возникает разность давлений (Па), вызывающая движе, ние воды в контуре циркуляции: б =аН(рх-р), где д — ускорение свободного падения, равное для равнинных районов 9,8! и/с', Н вЂ разнос отметок низа солнечного коллектора (нулевой уровень) и места подвода горячей воды в бак-аккумулятор, м; р, — плотность воды в впускной трубе при температуре Тс, кг/м', рв— плотность воды в подъемной трубе при температуре Ть Очевидно, что чем больше разность температур воды, тем больше разность давлений и интенсивнее движение воды, Аналогичное влияние оказывает увеличение разности отметок Н. Непременным условием эффективной работы солнечной водонагревательной установки термосифонного типа является тепловая изоляция всех нагретых поверхностей — прежде всего бака-аккумулятора, подъемной н опускной труб, патрубка для отвода горячей воды к водоразборным кранам или душу и воздушннка.

Толщина тепловой изоляции бака должна быть 50 — 75 мм прн использовании минеральной ваты или другого материала с коэффициентом теплопроводностн 0,04 — 0,045 Вт/(и К), а для трубопроводов — от 25 мм для опускной трубы до 50 мм для подъемного и соединительных трубопроводов. Точка присоединения подъемной трубы к баку-аккумулятору должна находиться в верхней части бака на расстоянии не менее й/а высоты бака от его днища, а патрубок для подпитки холодной воды следует присоединять к нижней части бака. Прн необходимости использования электронагревателя для догрева воды внутри бака- аккумулятора его необходимо располагать горизонтально и размещать в верхней части бака.

При соблюдении указанных условий обеспечивается температурное рас. слоение (стратифнкация) жидкости по высоте бака, при этом температура воды в нижней части бака ниже, чем в верхней. Благодаря этому в коллектор поступает вода с невысокой температурой, КПД коллектора возрастает и солнечная энергия используется более эффективно, Более высокое положение бака-аккумулятора относительно коллектора солнечной энергии в водонагревательиых установках термосифонного типа имеет важное значение не только для обеспечения циркуляции теплоносителя и дневное время (на схеме направление движеиня— по часовой стрелке), но также н для предотвращения циркуляции воды в обратном направлении — против часовой стрелки — в ночное время, Это возможно при низ.

ком положении бака, когда горячая вода из верхней части бака ночью поступает в коллектор, там она охлаждается за счет излучения энергии в окружающее пространство и конвекции и возвращается в нижнюю часть бака. Естественно, это нежелательный процесс, так как он вызывает потери энергии, и для его предотвращения бак-аккумулятор должен быть установлен так, чтобы его днище было выше верхней отметки наклонного коллектора солнечной энергии на 300 †6 мм.

Солнечные водонагревательные установки с естественной циркуляцией теплоносителя являются саморегулирующимися системами, и расход жидкости в ннх полностью определяется интенсивностью поступающего солнечного излучения, а также теплотехническими и гидравлическими характеристиками солнечного коллектора, бака-аккумулятора и соединительных трубопроводов.

В условиях холодного климата в солнечном коллекторе следует использовать незамерзающий теплоноситель — смесь воды с этилен- илн пропиленгликолем, глнзантнн (смесь воды с глицерином) и др. В этом случае схема становится двухконтурной. Пример конструктивного выполнения водонагревателя с антифризом в контуре коллектора показан на рис. 24, б. Теплота, полученная незамерзающим теплоносителем в коллекторе, передается воде посредством теплообменника, размещенного в нижней части бака-аккумулятора.

По санитарно-гигиеническим нормам вода должна быть надежно защищена от попадания теплоносителя, содержащего токсические вещества. Возвращаясь к рассмотрению компактных интегрированных водонагревателей, обратим внимание на исходную конструкцию, схематически показанную на рис. 25, а. В теплоизолнрованном корпусе с остекленной верхней крышкой 2 разме>цена емкость 3 с черной или селективной наружной поверхностью.

Для подвода холодной и отвода горячей воды предусмотрены патрубки. Эффективность водонагревателя можно повысить с помощью отражателя, имеющего специальную форму и помещенного внутри корпуса (рис. 25, б). КПД компактных водонагревателей достигает 60 о>ге. На рис. 26 н 27 показана конструкция компактного водонагревателя с солнечным коллектором, выполненным из тепловых труб с надетыми на них с помощью пружинящих прижимов плоскими ребрами, имеющими селективное покрытие в виде фоль- ги, приклееваемой к ребрам, Теплота от абсорбера коллектора передается баку-аккумулятору контактным способом с помощью листа, приваренного к ребрам исоприкасающегося со всей поверхностью днища бака. Пло.

щадь солнечного коллектора составляет всего 1,4 — 1,6 м', объем аккумулятора равен 60 — !00 л, КПД водонагревателя равен 60 е>>е. Благодаря применению тепловых труб эффективность теплообмена достаточна высока, и вода, Рнс, 25. Коыпнктный солнечный водоннгревнтель еыкостного типа: а — с одеон клк пескалькамк емкасткмк с водой; Н вЂ” с отражателем солнеч кой вкергкв; 1 — корпус; у — остеклекае; Ю вЂ” емкость; 4 — подвод колодной воды; Ю вЂ” отвод горечей воды; 4 — отражатель поступающая в бак,' нагревается за счет теплоты, подводнмой от коллектора с помощью контактного листа. В этом случае полностью исключается возможность загрязнения воды рабочей жидкостью, находящейся в тепловых трубах.

Водонагревательные установки с, принудительной циркуляцией. Установки с принудительной циркуляцией теплоносителя целесообразно использовать для горячего водоснабжения кру>шых объектов. В ннх солнечный коллектор представляет собой большой массив модулей КСЭ. Этн установки имеют большую теплопронзводительпосгь, но, как правило, они довольно сложны. Прин- йт Рис. 26. Компактный солнечный водонагревателен 1 — корпус; 2 — остекление; 2 — теплоизоляпнн; 4 — тепвовз» труба; а — реб- ро; 4 — беку 1 — контактный ласт Рнс, 27. Типичнан конфигурация бака-аккумулятора компактного водонагревателя: 1 — автоматический воздушный клепеп: 2 — подвод воды через поплавковый клапан; а — вода в коллектор; 4 — нагретая воде «з коллектора, а — горячая воде к потребителям цнпиалъная схема установки с циркуляцией воды в контуре КСЭ с помощью насоса подачей холодной воды в бак-аккумулятор и регулированием температуры горячей воды, поступающей к потребителю, путем подмешивания холодной воды в смеснтельном клапане показана на рис, 28.

В холодном климате, как правило, применяются двух- контурные схемы водонагревательных установок (рис. 29). В первом контуре, состоящем из солнечного коллектора и теплообменника с циркуляциониым насосом и рас- ширительиым баком, используется незамерзающий теплоноснтель. Второй контур образуют бак-аккумулятор, теплобмениик и электрический или газовый котел. Холодная вода подводится в нижнюю часть бака-аккумулятора, а вода, нагретая в теплобменнике, поступает в верхнюю часть бака, а оттуда через автоматический смесительный клапан и котел подается к потребителям. Все оборудование, кроме солнечного коллектора, устанавливаемого снаружи, размещается в здании, поэтому Р с 28 Солнечная водонагрева льны уставов а с принудительной циркуляцией: 1 — солнечный ксшлектор: 2 — бен-зккумулятор; и — насос; 4 — клапввг ХВ и Г — холоднзя н горячая воде подобные системы могут эксплуатироваться и в холодный период года.

Газовый котел поедназначен для доведения температуры горячей воды, предварительно нагретой за счет солнечной энергии, до требуемого значения. При отсутствии солнечной радиации или недостаточном ее поступления вся тепловая нагрузка горячего водоснабжения обеспечивается газовым котлом. Солнечные водонагреватели могут использоваться в качестве первой ступени для предварительного подогрева воды в обычных топливных системах горячего водоснабжения жилого здания. Для достижения высокой эффективности всей гелиотопливной системы горячего водоснабжения следует избегать смещения горячей и холодной жидкости в баке- аккумуляторе, для чего в нем необходимо поддерживать Рис.