2536

Рассмотрим комбинированную ССО с использованием теплового насоса (рис. 14.21).

Рис. 14.21. Жидкостная двухконтурная комбинированная низкотемпературная система солнечного отопления с плоскими коллекторами, тепловым насосом и двумя жидкостными теплоаккумуляторами:

1 – солнечные коллекторы; 2 – воздухосборники; 3 – низкотемпературный жидкостный теплоаккумулятор; 4 – испаритель теплового насоса; 5 – компрессор; 6 – дроссельный вентиль; 7 – высокотемпературный жидкостный теплоаккумулятор; 8 – конденсатор теплового насоса;

9 – дополнительный теплоисточник; 10 – магнитный вентиль; 11 – датчик температуры; 12 – отопительные приборы; 13 – циркуляционный насос

Гелиоконтур обеспечивает 35-50 % теплопотребность здания, недостающая тепловая мощность подается в систему отопления дополнительно теплоисточником 9.

Комбинированная многоконтурная система солнечного отопления с плоским коллектором в сочетании с геотермальным отоплением и тепловым насосом показана на рис. 14.22.

Два контура – солнечный коллектор и геотермальный контур – позволяют обеспечивать теплотой отапливаемые помещения в разные периоды года.

При тепловом расчете системы солнечного теплоснабжения (ССТ) определяются следующие параметры: удельная суточная тепловая производительность системы Qc; площадь лучепоглощающей поверхности КСЭ; объем теплового аккумулятора; удельный массовый расход теплоносителя в контуре КСЭ; ориентация (азимут а) КСЭ; угол наклона КСЭ к горизонту; площадь поверхностей нагрева теплообменников в контурах КСЭ и потребителя; годовая степень замещения топлива; расход дополнительной энергии.

122

3. Определяем годовой поток солнечной энергии, поступающей на

где R – коэффициент пересчета солнечной радиации, принимаемый равным 1,1 для систем круглогодичного действия.

где QТ – теплота сгорания топлива,равная 29,33 МДж/кг (см. табл.14.1).

В= 0,5 268000/(29,33 0,6)=7615 кг.

Рис. 14.23. График для приближенного расчета активных систем горячего водоснабжения

124

Таблица 14.2 Дневное поступление суммарной E и рассеянной солнечной радиации Eр

и температрура наружного воздуха по месяцам Tн

125

Окончание табл. 14.2

Пример 14.2. Рассчитать площадь солнечных коллекторов для отопления дома площадью 200 м2 в городе Калининграде, если материал стен – сип-панели толщиной от 15 см, обеспечивающие почти идеальную теплоизоляцию, окна – тройные стеклопакеты с энергосберегающими стеклами, а вентиляция оборудуется системой пассивной рекуперации тепла, отбирающей не менее половины тепловой энергии у покидающего помещение воздуха.

Для отопления дома требуется (по результатам расчета теплопотерь) 8 кВт тепловой мощности.

Решение Полная мощность солнечного излучения за пределами атмосферы

составляет примерно 1360 Вт/м2. Даже в ясный солнечный день около четверти этого количества поглощается атмосферой: в районе экватора поверхности планеты может достигнуть около 1 КВт/м2. В зимнее время

126

угол падения солнечных лучей гораздо дальше от перпендикуляра к поверхности и в атмосфере даже при идеальной ориентации солнечного коллектора рассеивается куда больше тепла. Существенную часть времени зимой стоит умеренно-облачная или пасмурная погода. Облачность сменяется осадками, во время которых (и какое-то время после, пока коллекторы не будут очищены от снега и льда) эффективность нагрева будет стремиться к нулю. Кроме того, продолжительность светового дня зимой не превышает 8 часов, причем часть времени солнце светит под совсем уж косым углом к горизонту. А КПД коллекторов вовсе не равен 100 %. Для Калининграда среднее количество солнечной энергии, попадающей на поверхность в течение суток, равно:

воктябре – 3,3 КВт/ч;

вноябре – 2,1 КВт/ч;

вдекабре и январе – 1,7 КВт/ч;

вфеврале – 3,2 КВт/ч ;

вмарте – 3,6 КВт/ч;

вапреле – 4,7 КВт/ч.

1.Определим среднее значение количества солнечной энергии для отопительного сезона:

Рср= (3,3+2,1+1,7+1,7+3,2+3,6+4,7)/7=2,9 КВт/ч в сутки. (14.6)

КПД солнечных коллекторов для отопления частного дома можно взять равным 60 %.

2. С поправкой на потери преобразования эффективная мощность квадратного метра коллектора в течение средних суток составит:

где Рср – среднее значение для отопительного сезона, КВт/ч в сутки;

– КПД солнечных коллекторов.

3.Рассчитываем ориентировочную суммарную площадь необходимого солнечного коллектора. Она равна:

где Р – необходимая тепловая мощность, кВт; Рф – эффективная мощность коллектора, кВт.

Исходя из расчетов подбираем коллектор на вакуумных трубках СВК- А 30. Его площадь примерно равна 5 м2.

Особенности реализации следующие:

Неравномерность поступления тепла создает ряд технических проблем. Для резервирования тепла на холодное время суток нам потребуется теплоаккумулятор – теплоизолированный бак большой емкости. Днем вода в нем будет нагреваться солнечными коллекторами, ночью же он будет постепенно отдавать тепло отопительным приборам. Для обогрева в этом

127

случае лучше использовать водяной теплый пол для отопления. Он сможет эффективно прогревать здание даже при температуре теплоносителя в 2730 градусов.

Рис. 14.24. Схема солнечного коллектора

В конце ранней осени после теплых ясных дней теплоаккумулятор большой емкости будет заряжен практически полностью. Это обеспечит очень существенную экономию топлива практически до конца ноября. В декабре и январе солнечный обогрев работать не будет, а начиная примерно с середины февраля солнечные дни уже не редкость и солнечный обогрев вновь начнет набирать обороты. C середины марта солнечный обогрев может сделать уже ненужным использование традиционного топлива. Таким образом, мы сокращаем отопительный сезон всего до 2-3 месяцев, вместо 6-7. Экономия топлива минимум 50 % . Учитывая практически вертикальный рост цен на энергоносители окупаемость затрат на создание солнечного обогрева составит максимум через несколько лет.

Контрольные вопросы

1.Каков принцип действия теплового насоса в системах солнечного отопления?

2.Поясните преимущества и недостатки пассивных и активных систем солнечного отопления.

3.Что используется для случая, когда тепловой мощности ССО недостаточно для компенсации теплопотерь в помещении?

128

15.ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ

15.1.Общие сведения

Всистемах электрического отопления (СЭО) электрическая энергия преобразуется в тепловую с прямым преобразованием и с трансфор-

мацией в тепловых насосах.

СЭО подразделяются: на местные (ОП установлены в помещении) и центральные (электрокотлы для многих помещений и зданий).

СЭО применяются в системах с полным возмещением отопительной нагрузки и частичным возмещением – комбинированное отопление.

СЭО могут работать по свободному и вынужденному (только ночью) графикам.

Целесообразность применения СЭО определяется на основе техникоэкономических показателей различных вариантов систем отопления здания.

При сравнении необходимо учитывать: стоимость электрической энергии или топлива; затраты на их транспортировку; наличие потерь при транспортировании; стоимость сооружения и эксплуатации СО; возможность регулирования теплоотдачи ОП; санитарно-гигиенические условия в помещении; экологичность и др.

Внастоящее время при высоких тарифах на электроэнергию СЭО целесообразно применять в районах крупных электростанций или при отсутствии местного топлива (Восточная Сибирь, Крайний Север, сельская местность и др.).

Широкое распространение получили электрические воздушнотепловые завесы в зданиях различного назначения.

15.2.Электрические отопительные приборы

Электрические приборы (ЭП) с прямым преобразованием подразделяются на: радиационные, конвективные и радиационно-конвективные.

ЭП по температуре греющей поверхности подразделяются на: низкотемпературные (до 70 С) и высокотемпературные (свыше 100 С).

ЭП могут быть: стационарными и переносными (напольные, настенные, настольные, потолочные); безынерционными и с аккумуляцией теплоты; нерегулируемыми и со ступенчатым, бесступенчатым и автоматическим регулированием.

В зависимости от конструкции ЭП подразделяются на: электрокамины; электроконвекторы; электрорадиаторы; электрокалориферы; электротепловентиляторы.

129

Выпускаются также электрические печи; электрические воздушнотепловые завесы; греющие обои; панели с греющим кабелем.

15.3. Панели электрического отопления с греющим кабелем

Панели с греющим кабелем:

совмещенные (заделан кабель в конструкцию здания);

приставные (к строительным конструкциям здания). Преимуществами таких кабелей являются простота конструкции, высо-

кая технологичность, низкая стоимость. Кабель с определенным шагом и длиной может укладываться на поверхностях или внутри стен, полов, потолков.

Кабели применяются для панельного отопления и являются низкотемпературными с температурой на поверхности до 100 С.

Греющие кабели имеют токопроводящую жилу, выполненную из материала с низким температурным коэффициентом сопротивления.

В настоящее время широкое распространение получили напольные системы отопления, при которых греющий кабель или провод закладывается в межэтажное перекрытие (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Греющий кабель в перекрытиях зданий:

а – замоноличенный; б – в воздушной прослойке; в – замоноличенный под воздушной прослойкой;

1 – покрытие пола; 2 – стяжка толщиной 20..30 мм; 3 – песочно-цементная стяжка; 4 –греющий кабель; 5 – звуко-теплоизоляция; 6 – несущая железобетонная плита; 7 – воздушная прослойка толщиной 40…50 мм;

8 – лага 50 50 мм; 9 – настил пола толщиной 20 мм; 10 – датчик температуры; 11 – воздушная прослойка толщиной 30 мм

Замоноличенные греющие кабели в конструкциях пола (рис.15.1, а) применяют в зданиях с бетонными перекрытиями.

Взданиях с полами на лагах (рис. 15.1,б) греющий кабель располагают

ввоздушной прослойке для выравнивания температуры поверхности пола. В зданиях с полами на лагах могут применяться также замоноличенные в массив бетона греющие кабели (рис. 15.1,в).

130