Партнерка на США и Канаду по недвижимости, выплаты в крипто
- 30% recurring commission
- Выплаты в USDT
- Вывод каждую неделю
- Комиссия до 5 лет за каждого referral
Солнечная энергосистема MJT
ВС, 21:34 — mensh
Самый первый солнечный дом, построенный между 1939 и 1959 г., в Массачусетском технологическом институте архитекторами , , имел водяную отопительную систему, ставшую с тех пор классической. Вода, наполняющая солнечные коллекторы, поглощала солнечное тепло. Эта теплая вода накачивалась в аккумуляторы, расположенные в подвале. Горячая вода в аккумуляторах нагревала воздух, нагнетаемый в жилые помещения.
Рис. 1. Водяная солнечно-отопительная система MJT (основной принцип работы):
1 - радиация; 2 - водяной солнечный коллектор; 3 - промежуточная зона; 4 - циркуляционный насос; 5 - накопительный бак для горячей воды; 6 - теплый воздух, обогревающий жилое пространство; 7 - канал для возврата воздуха; 8 - жилое пространство; 9 - утеплитель.
Солнечная энергосистема Блисса-Денована
ВС, 21:30 — mensh
Типичный пример — Дом Блисса в Амадо (Аризона). Первый дом, в котором обогревание и кондиционирование осуществлялось целиком за счет солнечной энергии. Одноэтажный дом площадью 65 м2. Площадь поверхности солнечного воздушного коллектора 29,2 м2, одинарное остекление, аккумулятор вместимостью 65 т с галькой (емкость 35 м3), в подвале было предусмотрено запасное электрическое обогревание, но оно не использовалось. Летом кондиционирование осуществлялось при помощи той же системы. Эта система стала классической.
Рис. 1. Воздушная солнечная отопительная система Блисса-Денована (основной принцип работы):
1 - радиация; 2 - воздушный солнечный коллектор; 3 - теплый воздух, направляемый в аккумулятор; 4 - вентилятор; 5 - слой гравия; 6 - воздушное пространство; 7 - возврат холодного воздуха; 8 - регулирующий клапан; 9 - теплый воздух, направляемый в жилое помещение; 10- возврат холодного воздуха; 11- жилое пространство; 12- подвал.
Солнечная энергосистема Лефевра
ВС, 21:33 — mensh
Эта очень интересная и простая система впервые была использована в 1954 г. Стены здания обогреваются посредством вертикально установленных коллекторов и служат аккумуляторами. Таким образом, обычно очень дорогой аккумулятор тепла устраняется, и вся обогревательная система становится дешевле.
Типичный пример — дом Лефевра в Стоверстоне (Пенсильвания). Двухэтажный дом, в котором отапливается только нижний этаж (общая полезная площадь 116 м2). Воздушный солнечный коллектор с двойным остеклением (площадь поверхности 41,8 м2) установлен вертикально на втором этаже с южной стороны. Никаких специальных аккумуляторов, они устроены в стенах. Жилые помещения обогреваются циркуляцией теплого воздуха. Вспомогательное отопление газовое.
Рис. 1. Солнечная отопительная система Лефевра: 1 - радиация; 2 - стекло; 3 - теплонакопительная стена с наружной поверхностью черного цвета; 4 - промежуточное пространство; 5 - утеплитель; 6 - потолок-теплонакопитель; 7 - жилая комната; 8 - отдача тепла; 9 - утепленная стена с северной стороны.
Солнечная энергосистема Моргана
ВС, 21:36 — mensh
Эта первая европейская система была построена в 1961 г. около Ливерпуля в Англии. Здание отапливается только солнечной энергией и некоторыми незначительными источниками (человеческое тепло, лампы). Солнечные коллекторы и аккумуляторы отсутствуют, т. к. тепло накапливается в стенах и потолке здания.
Типичный пример — школа Св. Георгия в Валласей (Ливерпуль, Англия). Двухэтажное здание имеет 67 м в длину. Южный фасад на 90% состоит из стекла, за которым помещается окрашенная в черный цвет бетонная стена. Бетонный потолок и бетонные стены сделаны такого размера, чтобы они могли поглотить как можно больше тепла, сохранить его, а затем отдать. Запасной обогрев отсутствует, а потребность в дополнительном отоплении осуществляется за счет человеческого тепла, электрического света. Энергетическая автономность здания 7 дней. Измерения, выполненные Ливерпульским университетом, показывают, что такая система солнечного отопления действует удовлетворительно.
Рис. 1. Школа Св. Георгия, Валласей (Англия):
1 - радиация; 2 - бетонные стены аккумулятора (снаружи черные); 3 - стеклянные панели (500 м2); 4 - тепло от светильников; 5 - аккумуляторы тепла (бетонный пол); 6 - тепло от человека; 7 - лаборатория; 8 - классы общей площадью 1367 м2.
Солнечная энергосистема Skytherm
ВС, 21:38 — mensh
В этой системе, основанной на принципе попеременного нагревания и испарения нет солнечных коллекторов и аккумуляторов. Поглощение и аккумулирование солнечной энергии осуществляется лотком с водой глубиной 21 см, установленном на плоской кровле. Лоток сделан из черных полиэтиленовых секций, которые закрываются полиуретановыми пластинами толщиной 4,5 см. Зимой лоток открывают днем и накрывают ночью, когда дом обогревается через потолок. Летом лоток оставляют открытым ночью и накрывают днем, осуществляя таким образом кондиционирование воздуха в помещении.
Типичный пример — дом в Финиксе (США, 1967 г.) Экспериментальный дом с одной комнатой, одноэтажный. Жилая площадь 11 м2. Площадь водного лотка 15,8 м2. Дом, больший по величине, оборудованный такой системой, построен Гарольдом Хэем в Атаскадеро (Калифорния, США).
Рис. 1. Система естественного солнечного кондиционирования:
1 - радиация; 2 - утеплитель; 3 - пластиковые корыта; 4 - конструкция кровли; 5 - съемные пластиковые щиты; 6 - черный пластиковый контейнер; 7 - металлический профиль; 8 - холодная вода; 9 - жилое помещение.
Солнечная энергосистема Баера
ВС, 21:28 — mensh
Основное в этой системе — размещение в южной стене дома 90 баков, каждый вместимостью 200 л (всего 18 тыс. л воды). Когда светит солнце, окрашенные в черный цвет внешние поверхности открыты, и солнечная радиация, попадая на них через стеклянную пластину, нагревает воду. Ночью или в плохую погоду эти поверхности закрываются с внешней стороны движущимися покрытиями (щиты из тяжелого утеплителя) и отдают жилому помещению тепло, полученное в течение дня.
Типичный пример — солнечный дом Стива Баера в Корралес (Нью-Мексико, США).
Система Стива Баера может на 75% покрывать отопительную нагрузку при изменении температуры в помещении не более чем на 5...8°С.
Солнечная энергосистема Бриджерса-Пакстона
ВС, 21:31 — mensh
Эта система, разработанная в 1956 г., была одной из первых, где распределение тепла было достигнуто обогреванием пола. Тепло принимается водяными коллекторами. Теплонакопителем и теплоносителем является вода. Система используется в настоящее время почти исключительно европейскими изготовителями.
Типичный пример — конторское здание Бриджерса-Пакстона в Альбукерке (Нью-Мексико, США). Отопление здания и кондиционирование осуществляются за счет солнечной энергии. Полезная площадь составляет около 410 м2. Солнечные водяные коллекторы выполнены из алюминия и имеют площадь поглощающей поверхности 71 м2. Аккумулятор тепла вмещает 23 м3 воды. Теплоотдача осуществляется с помощью наполненных водой труб, которые проходят по потолку и полу. Установка снабжена также тепловыми насосами. Эта система удовлетворительно функционирует до настоящего времени.
Солнечная энергосистема Вагнера
ВС, 21:40 — mensh
В здания, оборудованных этой системой, солнечная энергия непосредственно конвертируется в обогревание воздуха. Солнечные коллекторы отсутствуют, а дом полностью или частично имеет покрытие из стекла. Воздух между стеной дома и наружным стеклом нагревается вследствие парникового эффекта. Само здание обычно служит аккумулятором.
Типичный пример — Растущий дом (арх. Вагнер). Это здание, спроектированное в 1931 г., имеет площадь около 94 м2. Гостиная находится в центре здания, а другие комнаты расположены вокруг нее. Дом окружен стеклянным покрытием на расстоянии 1,5 м от конструкций. Эта воздушная прослойка позволяет достичь парникового эффекта. Та же идея использована в автономном солнечном доме (Кембридж, Англия).
Рис. 1. Система пассивного солнечного обогрева Вагнера:
1 - радиация; 2 - пространство, нагреваемое с помощью парникового эффекта; 3 - стена дома.
Солнечная энергосистема Тромба-Мишеля
ВС, 21:39 — mensh
Эта французская система (патент CRNS Тромба, 1956 г.), основана на принципе накопления солнечной энергии только в массе здания и напоминает систему Лефевра. Солнечная радиация поглощается вертикальной, обращенной на юг остекленной бетонной стеной. Теплый воздух поступает через отверстия в жилое помещение и распределяется путем естественной конвекции. Первый дом, в котором использована эта система, был построен в Пиренеях в 1962 г.
Рис. 7. Схема солнечной отопительной системы дома в Шовенси-ле-Шато (Франция):
1 - радиация; 2 - остекление (45 м2); 3 - воздушная прослойка; 4 - бетонные стены, аккумулирующие тепло; 5 - движение теплого воздуха в жилое помещение; 6 - холодный воздух; 7 - циркуляция теплого воздуха в комнате; 8 - выпуск воздуха; 9 - стальная трубчатая конструкция крыши; 10- жилое пространство (106 м2; 275 м2).
Дублирование солнечного отопления
ВС, 07:58 — mensh
Одним из вопросов, наиболее часто задаваемых людьми, которые хотят понять использование солнечной энергии для отопления (или другой цели), является вопрос: «Что делать, когда солнце не светит?» Поняв концепцию запасания энергии, они задают следующий вопрос: «Что делать, когда в аккумуляторе не остается больше тепловой энергии?» Вопрос закономерен, и необходимость в дублирующей, часто традиционной системе является серьезным камнем преткновения для широкого принятия солнечной энергии в качестве альтернативы существующим источникам энергии.
Если мощности системы солнечного теплоснабжения недостаточно, чтобы продержать здание в течение периода холодной, пасмурной погоды, то последствия, даже один раз за зиму, могут быть достаточно серьезными, заставляющими предусматривать в качестве дублирующей обычную полномерную систему отопления. Большинство зданий, отапливаемых солнечной энергией, нуждаются в полномерной дублирующей системе. В настоящее время в большинстве районов солнечная энергия должна рассматриваться в качестве средства снижения расхода традиционных видов энергии, а не как полный их заменитель.
Обычные отопители являются подходящими дублерами, но существует немало и других альтернатив, например:
- камины; дровяные печи; дровяные калориферы.
Предположим, однако, что нам захотелось сделать систему солнечного теплоснабжения достаточно большой, чтобы обеспечить теплом помещение в наиболее неблагоприятных условиях. Поскольку сочетание очень холодных дней и долгих периодов облачной погоды случается редко, то дополнительные размеры солнечной энергетической установки (коллектор и аккумулятор), которые потребуются для этих случаев, обойдутся слишком дорого при сравнительно небольшой экономии топлива. Кроме того, большую часть времени система будет работать при мощности ниже номинальной.
Система солнечного теплоснабжения, рассчитанная на обеспечение 50% отопительной нагрузки, может дать достаточно тепла только на 1 день очень холодной погоды. При удвоении размеров солнечной системы дом будет обеспечен теплом в течение 2 холодных пасмурных дней. Для периодов более 2 дней последующее увеличение размеров будет столь же неоправданным, как и предыдущее. Кроме того, будут периоды мягкой погоды, когда второе увеличение не потребуется.
Теперь, если увеличить площадь коллекторов отопительной системы еще в 1,5 раза, чтобы продержаться 3 холодных и облачных дня, то теоретически она будет достаточной для обеспечения 1/2 всей потребности дома в течение зимы. Но, разумеется, на практике этого может не быть, поскольку случается иногда 4 (и более) дня подряд холодной облачной погоды. Чтобы учесть этот 4-ый день, нам потребуется система солнечного отопления, которая теоретически может собрать в 2 раза больше тепла, чем это необходимо зданию в течение отопительного сезона. Ясно, что холодные и облачные периоды могут быть более продолжительными, чем предусмотрено в проекте системы солнечного теплоснабжения. Чем больше коллектор, тем менее интенсивно используется каждое дополнительное приращение его размеров, тем меньше энергии экономится на единицу площади коллектора и тем меньше окупаемость капиталовложений на каждую дополнительную единицу площади.
Тем не менее, предпринимались смелые попытки накопить достаточное количество тепловой энергии солнечного излучения для покрытия всей потребности в отоплении и отказаться от вспомогательной системы отопления. За редким исключением таких систем, как солнечный дом Г. Хэя, долговременное аккумулирование тепла является, пожалуй, единственной альтернативой вспомогательной системе. Г. Томасон близко подошел к 100%-ному солнечному отоплению в своем первом доме в Вашингтоне; только 5% отопительной нагрузки покрывалось за счет стандартного отопителя на жидком топливе.
Если вспомогательная система покрывает лишь небольшой процент всей нагрузки, то есть смысл использовать электроотопление, несмотря на то, что оно требует производства значительного количества энергии на электростанции, которая затем преобразуется в тепло для обогрева (на электростанции расходуется 10500...13700 кДж для производства 1 кВт*ч тепловой энергии в здании). В большинстве случаев электрообогреватель будет дешевле нефтяной или газовой печи, а сравнительно небольшое количество электроэнергии, необходимой для обогрева здания, может оправдать его применение. Кроме того, электронагреватель - менее материалоемкое устройство благодаря сравнительно небольшому количеству материала (по сравнению с отопителем), идущему на изготовление электроспиралей.
Так как КПД солнечного коллектора существенно возрастает, если эксплуатировать его при низких температурах, то отопительная система должна рассчитываться на использование как можно более низких температур — даже на уровне 24...27°C. Одно из достоинств системы Томасона, использующей теплый воздух, заключается в том, что она продолжает извлекать полезное тепло из аккумулятора при температурах, почти равных температуре помещения.
В новом строительстве отопительные системы можно рассчитывать на использование более низких температур, например, путем удлинения трубчато-ребристых радиаторов с горячей водой, увеличения размеров радиационных панелей или увеличения объема воздуха более низкой температуры. Проектировщики чаще всего останавливают свой выбор на отоплении помещения с помощью теплого воздуха или на применении увеличенных радиационных панелей. В системе воздушного отопления лучше всего используется низкотемпературное запасенное тепло. Лучистые отопительные панели имеют длительное запаздывание (между включением системы и нагревом воздушного пространства) и обычно требуют более высоких рабочих температур теплоносителя, чем системы с горячим воздухом. Поэтому тепло из аккумулирующего устройства не используется в полной мере при более низких температурах, которые приемлемы для систем с теплым воздухом, да и общий КПД такой системы ниже. Превышение размеров системы из радиационных панелей для получения результатов, аналогичных результатам при использовании воздуха, может повлечь за собой значительные дополнительные затраты.
Для повышения общего КПД системы (солнечного отопления и вспомогательной дублирующей системы) и одновременного снижения общих затрат путем ликвидации простоя составных частей, многие проектировщики избрали путь интегрирования солнечного коллектора и аккумулятора со вспомогательной системой. Общими являются такие составные элементы, как:
- вентиляторы; насосы; теплообменники; органы управления; трубы; воздуховоды.
На рисунках статьи Системное проектирование показаны различные схемы таких систем.
Ловушкой при проектировании стыковых элементов между системами является увеличение органов управления и движущихся частей, что повышает вероятность механических поломок. Искушение увеличить на 1...2% КПД путем добавления еще одного устройства на стыке систем является почти непреодолимым и может быть наиболее распространенной причиной выхода из строя солнечной отопительной системы. Обычно вспомогательный обогреватель не должен нагревать отсек аккумулятора солнечного тепла. Если это происходит, то фаза сбора солнечного тепла будет менее эффективной, так как почти всегда этот процесс будет протекать при более высоких температурах. В других системах снижение температуры аккумулятора благодаря использованию тепла зданием повышает общий КПД системы.
Причины других недостатков этой схемы объясняются большой потерей тепла из аккумулятора из-за его постоянно высоких температур. В системах, в которых вспомогательное оборудование не нагревает аккумулятор, последний будет терять значительно меньше тепла при отсутствии солнца в течение нескольких дней. Даже в спроектированных таким путем системах потери тепла из контейнера составляют 5...20% всего тепла, поглощенного системой солнечного отопления. С аккумулятором, обогреваемом вспомогательным оборудованием, потеря тепла будет значительно выше и может быть оправдана только в том случае, если контейнер аккумулятора находится внутри отапливаемого помещения здания
Размеры теплоаккумулятора
ВС, 09:09 — mensh
Разработано большое число методик расчета емкости теплоаккумулятора. Многие из них более усложнены, чем это требуется, и их можно изложить в сравнительно простом виде, вводя некоторые допущения. Однако большинство методов требует довольно точной информации по рабочим характеристикам коллектора, а также подробных погодных данных.
Поскольку такая информация иногда отсутствует, приходится выполнять приближения и, если возможно, предусматривать условия для изменения конечной емкости теплового аккумулятора после установления действительных рабочих характеристик в процессе эксплуатации. Например, бетонный резервуар для воды избыточного размера можно наполнять до различных уровней в процессе реальной работы, пока не будут получены наилучшие характеристики системы.
Вообще, лучше иметь завышенные габариты теплоаккумулятора, чем заниженные, чтобы поддерживать среднюю температуру на как можно более низком уровне. Ограничение габаритов обычно обусловливается наличием необходимого пространства и возможностью установки теплового аккумулятора с низкотемпературным теплом в жилом помещении. Например, для отопительной системы с температурой воздуха 55°С, не подходит теплоаккумулятор со средней температурой менее 55°С.
Исследования, проведенные фирмой Тотал энвайронментал экшн показывают, что коллектор, работающий при средней температуре 32°С, улавливает в 2 раза больше энергии в течение отопительного сезона в Бостоне, чем коллектор со средней температурой 60°С. Соответственно, средние температуры теплоаккумулятора в этих случаях составляют 30 и 57°С. Полезный температурный диапазон для низкотемпературного теплоаккумулятора может быть от 25 до 50°С, или полная разность температур около 22°С, однако, теплоаккумулятор с более высокими температурами имеет потенциально более широкий диапазон температур при допущении, что отопительная система может работать с низкими температурами теплового аккумулятора. Если это так, то полезный температурный диапазон может быть от 27 до 77°С, или полная разность температур составит 50°С, примерно в 2 раза превышая величину для низкотемпературного аккумулятора. Поэтому высокотемпературный аккумулятор может быть в 2 раза меньше по габаритам, чем низкотемпературный, и аккумулировать то же количество тепла.
При установлении габаритов теплоаккумулятора необходимо определить полный тепловой поток. За исключением необычных конструкций, единственным источником тепла для теплового аккумулятора является коллектор.
Это тепло теряется двумя основными путями:
- потери вследствие теплопроводности (и иногда конвекции) из бака-аккумулятора непрерывно круглые сутки; потери энергии, поступающей в здание в виде тепла, причем в количествах, меняющихся в самых широких пределах каждый час и каждый месяц.
Кроме того, энергия часто теряется при нагреве (или подогреве) воды для хозяйственных целей, однако, эти потери более регулярны и предсказуемы благодаря сравнительно постоянному ежедневному спросу.
Теплоаккумулирующая система любого типа требует большого количества изоляции для уменьшения потери тепла в окружающую среду. Чем выше ее средняя температура и чем холоднее окружающая среда, тем больше требуется изоляции. Если теплоаккумулятор находится в пределах отапливаемого помещения, то изоляции требуется, естественно, меньше, чем в случае, когда он располагается вне здания или в подвале. Земля может служить изоляцией тепловому аккумулятору, но полагаться на нее стоит в редких случаях; перемещение даже небольшого количества влаги через грунт практически сводит на нет его изоляционные свойства.
Для низкотемпературного аккумулятора, расположенного в пределах отапливаемого помещения, должна применяться изоляция, эквивалентная по крайней мере, 150-мм слою стекловолокнистой изоляции (R = 20). При температурах аккумулятора более 95°С, поддерживаемых в течение нескольких месяцев, должна применяться высокоэффективная уретановая изоляция толщиной не менее 900 мм, например, когда тепло запасается летом для зимнего использования.
Все каналы и трубы должны иметь изоляцию в соответствии с теми же высокими стандартами, что и для теплоаккумулирующего бака или бункера. Разумеется, близость бака-аккумулятора к коллектору уменьшает теплопотери от каналов и труб; также несколько снижается стоимость переноса энергии.
Одна из наиболее неточно распространяемых концепций солнечного отопления касается количества дней тепловой инерции солнечного накопителя тепла. Система, рассчитанная обеспечивать теплом в течение двух облачных дней в апреле, будет значительно меньше системы, рассчитанной на 2 облачных дня в январе. Также система, обладающая двухдневной тепловой инерцией для среднеянварских температур, будет более чем в 2 раза меньше системы, рассчитанной на 2 самых холодных дня в январе. Кроме того, дом, получающий большой приток солнечного тепла через окна и имеющий значительную тепловую массу для накапливания тепла, не будет нуждаться в энергии от солнечного коллектора долгое время после исчезновения солнца.
Последовательность солнечных и облачных дней также имеет значение для определения параметров теплоаккумулятора. Экстремальным оптимумом является регулярное чередование солнечных и облачных дней. Можно рассчитать солнечную установку на поглощение тепла в течение одного солнечного дня с последующим облачным днем. До 100% потребности в отоплении можно обеспечить за счет солнечной энергии, если система рассчитана на период из двух самых холодных дней.
Если последовательность выражается двумя солнечными днями, за которыми следуют два облачных дня, то тепловой аккумулятор должен быть в 2 раза больше, чтобы удовлетворить потребность в отоплении в течение двух облачных дней, в то же время габариты солнечного коллектора увеличатся незначительно или не увеличатся совсем. Если последовательность представляет собой один солнечный день, сменяемый двумя облачными, то размеры солнечного коллектора необходимо увеличить с тем, чтобы за один день собрать количество тепла, достаточное для последующих нескольких дней, однако теплоаккумулятор будет того же размера, что и в случае последовательности 2 солнечных — 2 облачных дня. Широкие колебания последовательности солнечных и облачных дней для определенных местоположений делают невозможным обобщенно говорить об этой проблеме.
Определение окончательных размеров теплоаккумулятора
Поскольку задача системы солнечного отопления заключается в обеспечении определенной доли потребности здания в отоплении, имеется два основных подхода к определению окончательных размеров теплового аккумулятора.
1 метод
По первому методу сначала определяются параметры коллектора в соответствии с потребностями здания в данной географической точке. Затем определяется диапазон средних температур аккумулятора. (Предварительно, чтобы определить выход энергии из коллектора и его размеры, необходимо найти его среднюю рабочую температуру. Ее можно принять на 3°С выше средней температуры аккумулятора.)
После установления температурного интервала аккумулятора вычисляется количество тепла, которое можно накопить на 1 кг (или на 1 м3) теплоаккумулирующей среды. Полученная величина делится на количество кДж, которое солнечный коллектор уловит в течение среднего солнечного дня. Это и будет приблизительная общая масса (или объем) теплоаккумулятора.
Например, если средняя температура коллектора равна 38°С, то средняя температура аккумулятора будет около 35°С. Полезный диапазон температур в течение суток может быть от 30 до 40°С, или 10°С. В 30 дм3 камней весом около 55 кг будет накоплено примерно 530 кДж в температурном интервале 10°С. Если солнечная установка улавливает на 1 м2 коллектора 11350 кДж за средний солнечный день, то на каждый 1 м2 поверхности коллектора потребуется не менее 550 дм3 камней.
Чем больше повышение температуры в теплоаккумуляторе за один солнечный день, тем выше средняя рабочая температура и тем ниже общий КПД. Кроме того, в сравнительно теплую зимнюю погоду после второго солнечного дня температура теплового аккумулятора поднимется еще выше, особенно если для поддержания температуры в здании требуется небольшое количество тепла. На третий день температура еще больше поднимется, вызвав дальнейшее повышение средней рабочей температуры коллектора.
2 метод
Второй метод определения параметров теплоаккумулятора основан на количестве градусо-дней отопительной нагрузки, в соответствии с которыми система должна обеспечивать здание. Определяется температурный интервал и средняя температура, затем подбирается коллектор соответствующих габаритов.
Пожалуй, одним из наиболее важных аспектов использования солнечной энергии является необходимость в полногабаритной дублирующей отопительной системе на периоды холодной облачной погоды и на случай истощения солнечного теплоаккумулятора. Если источником энергии для дублирующей системы является газ или электричество, то следует устанавливать полногабаритное оборудование для обеспечения дублирующего отопления, которое может потребоваться, когда коммунальное хозяйство испытывает пиковый спрос.
Долговременный теплоаккумулятор
ВС, 09:14 — mensh
Использование долговременных теплоаккумуляторов поможет уменьшить сложности и, возможно, решить некоторые экономические проблемы. Долговременный теплоаккумулятор лучше всего определить как устройство для хранения солнечной энергии в течение длительного времени после того, как она была уловлена, например, от одного сезона до следующего, т. е. сообразуясь с законами природы. Главное различие между системой долговременного аккумулирования тепла и обычной солнечной системой заключается в первую очередь в устранении вспомогательной дублирующей системы (печи) и сопутствующих составных частей на стыке двух систем. Сравним технологическую схему такой системы со схемами некоторых других систем. Тепловой насос может использовать этот долговременный тепловой аккумулятор в качестве источника тепла; если большой бак теплоаккумулятора имеет достаточно высокую температуру, то здание может воспользоваться теплом обычным путем, например через радиационные панели или нагнетание горячего воздуха.
Рис. 1. Система долговременного аккумулирования тепла. Солнечная установка собирает и аккумулирует тепло солнечного излучения круглый год в ясную погоду. Когда необходимо, тепло используется в здании. Вспомогательной дублирующей системы (на органическом топливе) не требуется:
1 - солнечный коллектор; 2 - теплоаккумулятор; 3 - жилище; 4 - температура 30...90°С.
Средства, сэкономленные в результате ликвидации дублирующей системы, можно использовать на сооружение отсека долговременного теплоаккумулятора, так как 100% потребности в отоплении будут удовлетворяться за счет солнечной энергии (за исключением расхода электроэнергии для вентиляторов и насосов), то можно оправдать более высокие первоначальные затраты.
В доме Солтерра, разработанном Уильямом Эдмундсоном, используется смонтированный на крыше коллектор, через который проходит и нагревается воздух. Нагретый воздух циркулирует по трубам диаметром 100 мм, которые погружены в отсек теплоаккумулятора под домом. Отсек имеет бетонные стены, пол и перекрытие и заполнен водонасыщенной жирной глиной, песком, гравием и даже дробленым камнем. Тепло можно запасать в большом количестве, так что тепло от дополнительного источника не потребуется в течение многих недель. В этом случае солнечные коллекторы можно было бы рассчитать на обеспечение всей потребности в отоплении, а вспомогательная отопительная система была бы не нужна.
Мощность системы отопления
ВС, 19:29 — mensh
Для правильного выбора отопительного устройства надо иметь представление о необходимой отопительной мощности и требуемом для этого количестве топлива. Наиболее распространенная потребность в отопительной мощности жилого дома полезной площади около 100...120 м2 составляет 3...4 кВт. Пиковая потребность в отопительной мощности (12 кВт) возникает только в течение коротких периодов с интервалами 3...5 лет. Длительность времени, в течение которого требуется использовать 1/2 пиковой потребности (т. е. 6 кВт), составляет лишь несколько наиболее суровых морозных недель.
Большая часть (2/3...3/4) топлива расходуется при отоплении по наиболее общепринятому режиму потребления отопительной мощности (3...4 кВт) и только около 10% этого количества топлива расходуется при использовании 1/2 пиковой отопительной мощности (более 6 кВт).
Из сказанного следует, что хорошая отопительная система должна была бы функционировать эффективно в весьма обширной области тепловой мощности. К сожалению, соотношение между коэффициентом полезного действия (КПД) систем отопления и степенью их использования не остается постоянным. Чем ниже степень их использования, тем ниже КПД и тем больше расход топлива.
Из анализа данных следует, что:
- если для отопления небольшого жилого дома выбрана отопительная система мощностью 12 кВт при КПД этой системы 75% для расчетной мощности, равной 12 кВт, то в случае эксплуатации этой отопительной системы при мощности 3 кВт (т. е. при степени использования 25%) КПД составит лишь 19%. Поэтому расход топлива увеличивается более чем в 5 раз по сравнению с теоретическими расчетами; если в жилом доме «для надежности» установлена отопительная система чрезмерно большой мощности (например, 25 кВт), то КПД этой системы при мощности 3 кВт (когда степень использования установленной мощности составляет 12%) снизится до 9%, т. е. расход топлива при этом увеличится в 11 раз по сравнению с расчетной величиной; если в жилом доме установлена отопительная система мощностью всего 6 кВт, то КПД этой системы при эксплуатации ее на мощности 3 кВт при коэффициенте использования 50% составит уже около 40% и расход топлива — всего 1/2 от соответствующей величины для мощности 12 кВт и всего 1/5 от соответствующей величины для отопительной системы мощностью 25 кВт.
Таким образом, наиболее неблагоприятным в отношении расхода энергии и топлива является чрезмерное превышение мощности отопительной системы по сравнению с расчетной.
Как же осуществляется отопление такого жилого дома в период нескольких морозных недель, если потребность в мощности на отопление превышает 6 кВт?
В таком жилом доме устанавливают 2-ую, вспомогательную, систему, которая используется только в эти несколько морозных недель. Такая система называется двукратной. Несмотря на более высокие капитальные затраты (приобретение оборудование) по расходу топлива, такая отопительная система будет всегда экономичней. И даже если мощность дровяной отопительной системы составляет только половину потребности в максимальной мощности, все же с ее помощью вырабатывается около 90% требуемого количества тепла. На долю вспомогательной отопительной системы остается всего 10% требуемого количества вырабатываемого тепла.
Рис. 2. Дом Солтерра Эдмундсона:
1 - солнечный коллектор; 2 - изоляция; 3 - пенобетон; 4 - водонасыщенный грунт; 5 - трубы диаметром 100 мм.
В своем проекте Эдмундсон принял массу влажного грунта 1600 кг/м3 и удельную теплоемкость 1,84 кДж/(кг*°K) при теплоаккумулирующей способности около 2950 кДж/(м3*°K). Если грунт нагревать от 27 до 55°С, то он аккумулирует около 81650 кДж/м3. Отсек в доме Эдмундсона имеет объем 250 м3; общая длина труб составляет 610 м, что обеспечивает поверхность теплообмена между трубами и грунтом, равную 260 м2. При вышеприведенных условиях в отсеке накопится около 20*106 кДж. Если дополнительная нагрузка дома составляет 28485 кДж/°K*день, то наружная температура может в среднем составлять (-1°С) в течение 40 дней, прежде чем израсходуются 20*106 кДж (приняв отсутствие потери тепла из отсека).
Летом тепло улавливается и хранится в отсеке. Затем оно обогащается тепловым насосом, чтобы поднять температуру, скажем, от 60 до 120°С, которая достаточна для работы кондиционера абсорбционного типа.
Перенос солнечной тепловой энергии
ВС, 08:14 — mensh
Одним из первых решений, применяемых при выборе системы солнечного энергоснабжения, является выбор типа рабочего тела для переноса солнечной тепловой энергии. Обычно рассматриваются две основных системы переноса солнечного тепла. Первая из них соединяет солнечный коллектор с аккумулятором солнечного тепла, другая переносит тепло (или прохладу) от аккумулятора в здание. Эти две системы могут дополняться второстепенными системами.
Выбор теплоносителя
В качестве теплоносителей могут рассматриваться жидкости и газы. В настоящее время преобладают жидкие теплоносители: вода, водные растворы этилен - и пропиленгликоля, масло. Единственным газом, получившим распространение в качестве теплоносителя, является воздух.
При определении типа теплоносителя учитываются следующие аспекты:
- потребности человека и уровень комфортности; совместимость с проектом здания; совместимость системы солнечного теплоснабжения с другими устройствами (например, с дублирующими системами); климат; относительная стоимость (первоначальная стоимость, эксплуатационные расходы, издержки на техническое обслуживание и текущий ремонт); степень сложности; сохранение надежности при длительном сроке службы.
Если для комфорта человека требуется только отопление, то на первое место выступают воздушные системы переноса тепла благодаря своей сравнительной простоте. Это также является хорошим аргументом в пользу выбора простейших систем пассивного типа. Однако, когда требуется горячее водоснабжение в дополнение к отоплению, выбор между воздушной и жидкостной системами становится затруднительным. Воду можно подогревать по пути к водонагревателю, где ее температура повышается (при необходимости) до требуемого уровня. При осуществлении подогрева в сочетании с кондиционированием воздуха подающий трубопровод обычно пропускается через теплообменник, находящийся внутри аккумулятора солнечного тепла. В случае применения жидкостных систем теплоаккумулятор, как правило, представляет собой бак с водой, который обычно совместим с традиционными теплообменниками. В воздушной системе сравнительно небольшой бак (115...230 л) можно поместить внутрь заполненного камнями теплоаккумулятора. Нагретые камни в свою очередь будут нагревать воду в баке. Оттуда вода поступает в водонагреватель для дополнительного нагрева.
Внимание! Для жидкостных систем, использующих раствор антифриза, необходимо принять меры для недопущения отравления бытовой горячей воды. Это осуществляется путем полной изоляции раствора антифриза от бытовой горячей воды.
При необходимости охлаждения здания жидкостная система предпочтительнее воздушной. Тем не менее и воздушные системы могут успешно применяться для охлаждения.
На выбор теплоносителя может также повлиять тип систем отопления и охлаждения. Например, некоторые люди чувствуют себя неуютно при принудительном воздушном отоплении или охлаждении, которое наиболее совместимо с обычными системами солнечного теплоснабжения воздушного типа.
В системах лучистого отопления, как правило, применяется горячая вода, хотя существуют системы, в которых теплый воздух циркулирует через стену или плиты перекрытия, излучающие тепло. Радиационные системы с горячей водой, такие, плинтусные радиационные конвекторы, достаточно хорошо совместимы с жидкостными солнечными тепловыми системами. Горячая жидкость, поступающая из коллектора, циркулирует через отопительную систему или через теплообменники в баках-аккумуляторах солнечного тепла.
Принудительные воздушно-распределительные системы можно сочетать с жидкостными солнечными коллекторами. Теплая или холодная вода из бака-аккумулятора циркулирует через теплообменники или змеевиковые устройства с вентилятором. Одновременно через них пропускается воздух, который при этом нагревается или охлаждается. Затем воздух поступает в здание. В Системе Солярис, разработанной д-ром Гарри Томасоном, тепло от бака с водой нагревает окружающие бак камни. В свою очередь камни нагревают циркулирующий через них воздух.
Хотя разным людям могут нравиться разные типы отопительных и охлаждающих систем, однако выбор можно себе позволить, как правило, в небольших зданиях. Поскольку коллекторы работают наиболее эффективно при низких температурах, это в свою очередь определяет температурный уровень циркулирующего теплоносителя. Чем ниже температура теплоносителя, тем большее его количество должно участвовать в циркуляции, чтобы обеспечить нужный уровень тепла или прохлады. Чем больше здание, тем вероятнее использование жидкостных систем, в которых распределительные трубопроводы занимают сравнительно немного места. Чтобы достичь того же КПД с воздушными системами, необходимо предусматривать воздуховоды большого сечения или обеспечивать высокие скорости воздуха в сочетании с мощными вентиляторами. Увеличение размеров воздуховодов вызывает рост затрат и уменьшение полезной площади. Мощные вентиляторы, обеспечивающие более высокую скорость воздуха по воздуховодам, требуют повышенных первоначальных и эксплуатационных расходов и увеличения потребления энергии. Более высокие скорости воздуха требуют также повышения его температуры с тем, чтобы люди не ощущали холодных сквозняков. Один из способов эффективного использования коллекторов воздушного типа заключается в непосредственной подаче воздуха к отсасывающим вентиляторам в качестве добавочного воздуха или к вентиляционному оборудованию в качестве подогретого всасываемого воздуха.
В зданиях, в которых солнечные коллекторы размещаются только на крыше, предпочтительнее применять жидкостные системы из-за значительного расстояния до массивного теплоаккумулятора, находящегося обычно вблизи уровня земли. Увеличение расстояния приводит к увеличению объема, занимаемого воздуховодами. Таким образом, предпочтительнее выбор жидкости, которая требует трубопроводов меньшего сечения. Для всех теплоносителей система каналов и труб должна быть простой, предельно короткой и хорошо изолированной.
На выбор теплоносителя может оказывать влияние и климат. Например, в районах с холодным климатом при необходимости только отопления здания предпочтительнее воздушные коллекторы.
Коллекторы воздушного типа обычно дешевле жидкостных. Другие компоненты системы также обходятся дешевле, да и издержки на оплату рабочей силы ниже. Кроме того, расходы на текущее обслуживание могут быть также меньше, поскольку утечка воздуха не является столь разрушительной, как просачивание воды. С другой стороны, воздушные системы (но только активные) по сравнению с жидкостными требуют более высоких эксплуатационных расходов из-за большего количества электроэнергии, потребляемой вентиляторами.
Наша компания имеет практический опыт установки комплексных систем для генерации электричества от солнечного света. Такие системы могут быть использованы как первичный источник бытового электричества, там, где нет городской сети, так и в качестве вторичного источника энергии для обеспечения большей автономии в системах бесперебойного питания.
Солнечная система состоит из следующих компонентов:
- Солнечные батареи (панели) Аккумуляторы Контроллер заряда АКБ от солнечных батарей Инвертор переменного тока для преобразования постоянного тока в переменный и/или для коммутации с сетью переменного тока
Наша компания является поставщиком ВСЕГО перечня необходимого оборудования. Мы также имеем опыт установки данных систем "под ключ".
Подробную информацию по различным аспектам солнечных систем вы можете получить по следующим ссылкам:
Все солнечные системы, устанавливаемые нами, базируются на оборудовании систем бесперебойного питания. Например, на фотографии ниже солнечная система собрана на базе инвертора Xantrex SW4548E (4,5 кВт) с 8-ю гелевыми АКБ в фирменном стеллаже "Инверта СТ-8". Также включает контроллер заряда МРРТ OutBack MX-60, монитор АКБ TBS Expert501 и автоматы постоянного тока для защиты инвертора и контроллера.
Для увеличения кликните мышью по изображению:
Решаемые задачи:
- автономное электроснабжение
Солнечные фотоэлектрические модули предназначены для преобразования солнечного излучения в электрический ток.
Автономная фотоэлектрическая станция состоит из набора солнечных модулей, зарядного устройства, аккумуляторной станции и инвертора.
Принцип работы
1. Дневной свет в солнечных модулях преобразуется в электрическую энергию.
2. Энергия через зарядное устройство заряжает аккумуляторную станцию.
3. Электричество из аккумуляторной станции поступает в инвертор.
4. В инверторе постоянный ток преобразуется в переменный (220 В/50 Гц).
Преимущества использования
1. Автономность.
2. Экологическая чистота.
3. Длительный срок службы.
4. Простота эксплуатации
5. Бесшумность работы
6. Стильная архитектурная деталь здания.
Фотоэлектрическая станция может быть доукомплектован тепловым генератором либо ветрогенератором.
Элементы схемы:
Солнечные фотоэлектрические модули
Контроллер заряда/разряда для солнечных электростанций
