10.4.1. Солнечные водоподогреватели (гелиоводоподогреватели)

а — открытый резервуар на поверхности Земли; тепло уходит в Землю; б — черный резервуар в контейнере со стеклянной крышкой с изолиро­ванным днем; в — заполненная водой металлическая емкость; стан­дартный промышленный приемник: нагреваемая жидкость протекает через него и накапливается в специальном резервуаре

Для энергетических целей наиболее распространенным является использование солнечного излучения для нагре­ва воды в системах отопления и горячего водоснабжения.

Основным элементом солнечной нагревательной сис­темы является приемник, в котором происходит поглоще­ние солнечного излучения и передача энергии жидкости. Наиболее распространенными являются плоские (нефо-кусирующие) приемники, позволяющие собирать как пря­мое, так и рассеянное излучение и в силу этого способные работать также и в облачную погоду. Из-за относительно невысокой стоимости они являются предпочтительными при нагревании жидкостей до температур ниже 100 °С. Су­ществуют различные варианты приемников солнечного излучения. Их можно условно разделить на две группы.

Простые приемники, содержащие весь объем жидкости, которую необходимо нагреть (рис. 10.4.1, а, б); Приемники более сложной конструкции нагревают за определенное время только небольшое количество жидкости, которая затем, как правило, накапливается в отдельном резервуаре, что позволяет снижать теплопотери систе-мы в целом (рис. 10.4.1, в).

Рис. 10.4.2. Воздушный нагреватель:

1 — стеклянное покрытие,

2 — шероховатая черная поглощающая по­верхность

Солнечное излучение можно использовать для по­догрева воздуха, просушивания зерна, для обогрева зда­ний. Эти приложения имеют важное значение для эконо­мики. Значительная часть урожая зерна в мире теряется в результате поражения плесневым грибком, которое мож­но предупредить правильным просушиванием. На обогрев зданий в странах с холодным климатом расходуется до по­ловины энергетических ресурсов. Частичная разгрузка энер­гетики, связанная с проектированием или постройкой зданий для использования солнечного тепла, позволит сэкономить значительные количества топлива, затрачивае­мого ежегодно на эти цели.

На рис. 10.4.2 приведена одна из возможных конструк­ций воздушных нагревателей. Для отопления зданий зи­мой могут применяться так называемые пассивные и ак­тивные солнечные системы.

б)

Рис. 10.4.3. Пассивные солнечные нагреватели:

а — прямой нагрев задней стенки здания; использованы массивные, окрашенные в черный цвет поверхности с усиленной теплоизоляцией для поглощения и накопления солнечной теплоты; б — здание с нако­пительной стенкой

На рис. 10.4.3, а показан пассивный солнечный нагре­ватель: солнечные лучи попадают на заднюю стенку и пол здания, представляющие собой массивные конструкции с усиленной теплоизоляцией, окрашенные в черный цвет. Недостаток такой системы прямого нагрева — медленный подъем температуры в зимние дни, и чрезмерная жара ле­том — устраняется с помощью накопительной стенки с солнечной стороны (рис. 10.4.3, б). Стенка работает как встроенный воздушный нагреватель с тепловой циркуля­цией. Летом такую стену может затенять козырек крыши. Активные солнечные отопительные системы используют внешние нагреватели воздуха или воды. Их можно уста­навливать уже на существующие здания. В странах с жар­ким климатом широко используются серийно выпускае­мые солнечные системы для горячего водоснабжения, ото­пления, кондиционирования жилых домов, школ, боль­ниц. Для жилого дома эти системы включают в себя сол­нечный коллектор, концентрирующий солнечную энер­гию и аккумулирующий ее в форме тепловой энергии воды, циркулирующей по трубкам коллектора, и бойлер, уста­навливаемый на крыше; движение воды в системе может осуществляться благодаря термосифонному эффекту или действию насоса. Для теплоснабжения больниц и других общественных зданий эффективным оказывается приме­нение комбинированных систем, состоящих из традици­онного водяного или парового котла, работающего на ор­ганическом топливе, и солнечной нагревательной установ­ки, предусматривающей систему плоских и (или) парабо­лических коллекторов. Это обеспечивает независимость от погоды и повышает надежность и экономичность тепло­снабжения. Используется солнечная энергия для работы тепловых насосов и холодильных установок.