29. Система опалювання, вентиляції і кондиціювання повітря з використанням сонячної енергії
енергії Сонячну енергію використовують для опалювання будівель і нагрівання води. Сонячна енергія сама по собі є безкоштовною, але надходить дуже нерівномірно, вимагаючії витрат на акумулювання та допоміжні джерела енергії для створення надійного обслуговування. При відповідному регулювання можна звести до мінімуму використання допоміжних нагрівачів:
Плоскі сонячні колектори
Для опалення будинків і підігріву води найчастіше використовують нерухомі сонячні колектори плоского типу. Поверхню,поглинаючу енергію випромінювання, орієнтують таким чином, щоб кількість сонячної радіації, що падає на неї протягом дня було максимально можливим. У північних широтах колектор повинен бути орієнтований на південь і нахилений до горизонту на кут, рівний широті місця розташування. Щоб забезпечити максимальне поглинання в межах сезону, кут нахилу слід збільшувати на 15 ° взимку і зменшувати на 15 ° влітку з порівнянні з кутом нахилу в весняно-осішгій період.
Зазвичай теплоприймальну поверхню ізолюють від навколишнього повітря двома, напівпрозорими покриттями, розділеними повітряним проміжком. Ці покриття пропускають видиме світло, але непрозорі для інфрачервоного випромінювання, що зводить до мінімуму втрати тепла від колектора за рахунок зворотного випромінювання. Теплоприймальна поверхня охолоджується повітрям або водою, яка може проходити як по каналах, гак і обмивати поверхню знизу або зверху. З тіньової сторони колектор приховується шаром теплової ізоляції.
2.)Теплообмін тя акумулювання •■..-.; . ,
Зарядження акумулятора здійснюється у тому випадку, коли його температура стає нижчою за температуру у колекторі, а розрядження - коли температура в колекторі стає нижчою температури в акумуляторі і температури циркуляційного повітря.
Відсік, заповнений щебенем або каменями приблизно однакового розміру, використовується як теплоакумулюючий елемент. Два диференціальних термовимикачі дозволяють максимально збільшити відвід тепла з колектора. Коли температура в колекторі вища, ніж в акумуляторі, обидві двопозиційні заслінки відкриті і повітря, що нагрівається в колекторі, переносить тепло в акумулятор. Коли різниця температур колектора та акумулятора стає від'ємною, заслінка на вході в акумулятор повністю закривається, припиняє подачу в нього повітря. Проте pуx повітрі через колектор в приміщення, яке нагрівається може тривати до тих пір, коки температура з колекторі вища за температуру циркулюючого повітря. Коли ця різниця температур стає від'ємна, заслінка на виході з колектора закривається, вентилятор в контурі "колектор - акумулятор" вимикається і знову відкривається заслінка на виході акумулятора. У цьому випадку тепло відводиться з акумулятора.'
Як показано на схемі, регулятор температури послідовно керує нагріванням і атмосферним охолодженням. Якщо вихідний сигнал регулятора досягає граничного значення і зберігається таким протягом певного періоду часу, вказуючи на брак сонячного тепла для підтримки заданої температури, то спрацьовує пневматичний вимикач, ідо працює в парі з реле часу і включає допоміжний нагрівач. У багатозонних системах зі змінною витратою повітря температура в каналі може задаватися з допомогою регулятора положення клапана, що діє за сигналом про становище
найбільш відкритої заслінки. Подібні методи збереження енергії є важливими з економічної точки зору для успішного використання таких низькопотенціальних джерел тепла, як сонячні колектори.
Рис. 8.13 ФСА з плоским колектором для нагрівання повітря. ТС -регулятор температури; PS - пневматичне реле; TDR - реле часу.
Для систем, в яких циркулює вода, потрібно захист від замерзання. Можна додавати до води антифриз, але його висока вартість перешкоджає його застосування для захисту всієї системи акумулювання, яка містить іноді десятки тисяч літрів води. З іншого боку цей спосіб захисту може бути застосований лише до води, що циркулює через колектор, причому теплообмінник, розташований в акумуляторі, відокремлює її від води, акумулюючої тепло. Вартість теплообмінника становить істотну частину загальних капітальних витрат на систему і, крім того, знижує її ефективність. Кожен градус перепаду температур у теплообміннику знижує ефективність колектора на 1 - 2% (при більш високих температурах колектора знижується поглинання і збільшуються теплові втрати).
Рис. 8.14 ФСА регулювання системи водяного опалення.
ТС -регулятор температури; PS - пневматичне реле(пневматичний вимикач); TDR - реле часу; -
диференційний термовимикач
Інший спосіб запобігання замерзання полягає в тому, що колектор розміщують вище акумулятора, в результаті чого вода може вільно стікати з колектора після того, як зупинений
циркуляційний насос. У цьому випадку насос повинен мати більший напір, проте витрата енергії на прокачування настільки малий у порівнянні з виробленням тепла в системі, що не призводить до помітного збільшення витрат.
Вода з баку-акумулятора йде в обхід, коли її температура вища, ніж температура в колекторі, до тих пір, доки температура в колекторі не стане нижче за температуру циркуляційної води.
Коли температура в колекторі вища, ніж в баку-акумуляторі, вода циркулює в контурі "колектор-акумулятор '. Коли температура в колекторі падає нижче температури води в акумуляторі, остання направляється в перепускний канал. Коли, нарешті, температура в колекторі опускається нижче температури зворотної води, її нагрів в колекторі, стає неможливим; в цьому випадку циркуляційний насос, що подає воду в колектор, вимикається і перепускні вентилі повертаються в нормальне положення. Після цього колектор дренується і тепло відводиться тільки з акумулятора. Коли сонце сходить знову і температура в колекторі стає вище температури в акумуляторі, поновлюється циркуляція води через колектор. Додатковий нагрів забезпечується таким же чином, як і в системах повітряного опалення.