1 Использование теплоты солнечной энергии

1.1 Основные элементы систем солнечного теплоснабжения

Системы солнечного отопления и горячего водоснабжения (гелиосистемы) - это системы, с помощью которых осуществляется поглощение солнечной энергии и преобразование ее в тепловую энергию, аккумулирование полученной теплоты и ее распределение по мере необходимости на обогрев помещений и другие бытовые нужды.

Основными элементами рассматриваемых систем являются:

• солнечный коллектор, в котором нагревается вода или воздух;

• водяной бак-аккумулятор или галечный аккумулятор со слоевой насадкой;

• дополнительный нагреватель или котел;

• контрольно-измерительная и регулирующая аппаратура;

• предохранительные клапаны;

• насосы и трубопроводы.

Преобразование солнечной радиации в тепловую энергию осуществляется в плоских солнечных коллекторах (рис. 1.1). Основные элементы коллектора таковы:

• поглощающая пластина, обычно из металла, с неотражающим черным покрытием 1;

• один или несколько воздушных промежутков, разделенных прозрачными покрытиями для тепловой изоляции коллектора сверху 2;

• корпус 3;

• тепловая изоляция днища и боковых стенок корпуса 4;

• трубы для жидкости или каналы для воздуха 5, которые находятся в тепловом контакте с поглощающей пластиной.

Рис.1.1 Основные элементы плоского солнечного кол-лектора (размеры показаны для справки)

Принцип действия коллектора предельно прост. Бóльшая часть солнечной радиации, падающей на коллектор, поглощается поверхностью, которая является «черной» по отношению к солнечному излучению. Часть поглощенной энергии передается жидкости, циркулирующей через коллектор. Остальная - теряется в результате теплообмена с окружающей средой. Тепло, уносимое жидкостью, представляет собой полезное тепло.

В зависимости от вида теплоносителя, циркулирующего в контуре коллектора, гелиосистемы подразделяются на жидкостные и воздушные.

В жидкостной системе (рис. 1.2) в качестве теплоносителя используется вода или раствор антифриза, а в качестве аккумулирующей среды – вода. Тепловая энергия накапливается в баке-аккумуляторе в результате повышения температуры жидкости и используется по мере необходимости для обеспечения тепловых нагрузок отопления и горячего водоснабжения.

Если в здании предусмотрено воздушное отопление помещений, то в схему ССТ включают водо-воздушный теплообменник для нагрева воздуха (на рис. 1.2 не показан).

Дополнительный нагреватель (дополнительный источник энергии - ДИЭ) используется в тех случаях, когда солнечной энергии недостаточно для полного удовлетворения тепловых нагрузок.

Рис.1.2 Схема жидкостной гелиосистемы отопления и горячего водоснабжения: 1 - коллектор солнечной энергии (КСЭ); 2-теплообменник; 3 - бак-аккумулятор;

4 - резервный (дополнительный) источник энергии (ДИЭ);

5 - отапливаемое здание;

6 - насос;

7 - смесительный вентиль;

8 - теплообменник в контуре горячего водоснабжения;

9 - бак горячей воды;

10-дублер-доводчик

В воздушной системе солнечного теплоснабжения (рис. 1.3) в коллекторе нагревается воздух, который подается либо напрямую в обогреваемое помещение, либо в галечный аккумулятор. Тепловая энергия аккумулируется в слоевой насадке, которая нагревается циркулирующим горячим воздухом. Ночью или в пасмурную погоду, когда приход солнечной радиации недостаточен для обеспечения тепловых нагрузок, воздух нагревается, проходя через нагретую гальку в аккумуляторе, и поступает в помещение. При истощении запаса тепла в аккумуляторе воздух дополнительно подогревается обычным нагревателем. В летний период нет необходимости аккумулировать энергию, поэтому обычно в такой системе предусматривается байпасная линия.

Для приготовления воды на нужды горячего водоснабжения в воздушных ССТ предусматривают водо-воздушный нагреватель, горячим теплоносителем в котором является воздух, циркулирующий через аккумулятор (на рис. 1.3 не показан). В тех случаях, когда солнечной энергии недостаточно, в контуре горячего водоснабжения ССТ используют дополнительный нагреватель-«доводчик» (ДИЭ) - для нагрева воды до необходимой температуры.

Рис.1.3 Принципиальная схема воздушной гелиосистемы отопления: 1 – коллектор солнечной энергии;

2 – галечный аккумулятор теплоты;

3 – вентилятор;

4 – переключающий клапан;

5 – резервный (дополнительный) источник энергии.