МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ
Розрахунок установок сонячного
гарячого водопостачання
Методичні рекомендації
до практичних занять,
курсового та дипломного проектування
з курсу «Використання альтернативних джерел енергії»
для студентів спеціальності 7.092108
«Теплогазопостачання і вентиляція » всіх форм навчання
Київ КНУБА 2004
Розрахунок установок сонячного гарячого водопостачання,
Методичні рекомендації до практичних занять, курсового та дипломного проектування з курсу «Використання альтернативних джерел енергії» для студентів спеціальності 7.092108 «Теплогазопостачання і вентиляція» всіх форм навчання. / Укл. М.Д.Рабінович,– Київ: КНУБА, 2004. – 24с.
Укладачі:
М.Д. Рабінович, д.т.н., проф.
Рецензент:
1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ
1.1. Рекомендації розповсюджуються на проектування установок сонячного гарячого водопостачання (УСГВ), які підлягають будівництву та реконструкції для господарсько-побутових потреб житлових та громадських будівель, а також санітарно-побутових приміщень підприємств.
1.2. Вибір установок сонячного гарячого водопостачання рекомендується проводити згідно таблиці 1.
Таблиця 1
Тип будівлі |
Установки сонячного гарячого водопостачання |
Житлові будинки з котельнею для опалення; кемпінги, літні душові приміщення |
Сезонні без дублера |
Пансіонати сезонної дії |
Сезонні з дублером для покриття витрат гарячої води на технологічні потреби |
Лікарні, готелі, санаторії, дитячі садки, лазні, пральні, підприємства громадського харчування |
Сезонні з 100% забезпеченістю гарячою водою від дублера
|
Будівлі, які підключені до постійно діючих систем теплопостачання |
Сезонні та цілорічні з використанням теплової мережі, як догрівача |
Житлові будинки з автономним теплопостачанням |
Сезонні та цілорічні з дублюванням від автономного джерела теплоти |
1.3. В установках сонячного гарячого водопостачання застосовується таке обладнання:
плоскі проточні сонячні колектори з прозорою ізоляцією із скла або пластмаси;
водяні насоси, які використовуються в системах гарячого водопостачання та опалення будинків;
баки-акумулятори;
швидкісні теплообмінники та баки-акумулятори з теплообмінниками для передачі теплоти в багатоконтурних системах.
При розрахунках теплообмінників для систем гарячого водопостачання слід приймати величину середньологарифмічного температурного напору, але не більш 5оС.
1.4. Кут нахилу сонячних колекторів до горизонту слід приймати для установок, працюючих цілий рік, рівним широті місцевості; в літній період – широті місцевості мінус 15о у разі наявності дублера, при відсутності - широті місцевості; в опалювальний період – широті місцевості плюс 15о. Відстань між рядами сонячних колекторів повинна бути не менше 1,2 висоти ряду для установок літньої дії і 1,7 для установок цілорічної дії.
1.5. Термічний опір теплової ізоляції теплопроводів та обладнання слід приймати таким, щоб втрата теплоти була не більшою за 5% від добової потужності УСГВ.
1.6. Деаеровану воду або нетоксічний антифриз необхідно застосовувати як теплоносії у теплоприймальному контурі двоконтурних установок.
1.7. Напрям циркуляції теплоносія сонячних колекторів слід передбачати «знизу». Для УСГВ, які мають поверхню сонячних колекторів більшу за 25 м2, слід передбачати резервний насос у теплоприймальному контурі.
1.8. УСГВ з природною циркуляцією теплоносія слід застосовувати при загальній поверхні сонячних колекторів до 50 м2.
2. ОСНОВНІ ПРИНЦИПОВІ СХЕМИ УСТАНОВОК СОНЯЧНОГО ГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ
2.1. Сезонні установки сонячного гарячого водопостачання без дублюючого джерела теплоти, тобто такі, що працюють тільки влітку, можуть бути з природною та примусовою циркуляцією теплоносія.
УСГВ з природною циркуляцією теплоносія не обладнуються приладами автоматичного регулювання, а з примусовою циркуляцією повинні бути обладнані регуляторами температури.
Технологічні схеми УСГВ сезонної дії без дублера з природною циркуляцією теплоносія мають дві модифікації:
а) коли є водопровідний напірний потенціал (рис.1а);
б) коли водопроводу немає (рис.1б).
Згідно схеми «б» відбір гарячої води здійснюється з верхнього шару води баку-акумулятора. Для цього використовується поплавок, до якого закріплюють гнучкі рукави, які приєднуються до трубопроводів подачі та відбору гарячої води.
2.2. УСГВ сезонної дії без дублера з примусовою циркуляцією (рис.2) складаються з сонячних колекторів, баків-акумуляторів, циркуляційних насосів, регулюючої та водорозбірної арматури. Холодна вода нагрівається в сонячних колекторах до постійної температури за рахунок зміни її витрати регулятором температури і зливається до баків-акумуляторів. Із баків-акумуляторів насосами гарячого водопостачання подається до споживачів, або, якщо це потрібно, до сонячних колекторів для доведення її до потрібної температури.
2.3. УСГВ сезонної та цілорічної дії з 100% забезпеченням гарячою водою з використанням дублера можуть бути виконані по двох схемах: з періодичною роботою дублера (рис.3) та з використанням постійно працюючого дублера-догрівача (рис.4).
Установка включає в себе два контури циркуляції:
теплоприймальний контур в складі сонячних колекторів, циркуляційних насосів і насосів внутрішньої циркуляції;
контур гарячого водопостачання в складі баків-акумуляторів, циркуляційних насосів та насосу внутрішньої циркуляції.
а) б)
Рис.1. Установка сонячного гарячого водопостачання з природною циркуляцією теплоносія:
а) при наявності водопроводу;
б) при відсутності водопроводу;
1 – сонячний колектор; 2 – бачок з поплавковим клапаном;
3 – циркуляційний трубопровід;
4 – трубопроводи подачі холодної води та відбору гарячої води;
5 – бак-акумулятор; 6 – гнучкі рукави; 7 - поплавок
Рис. 2. Установка сонячного гарячого водопостачання сезонної дії без дублера з примусовою циркуляцією
1 – сонячний колектор; 2 - регулятор температури;
3 – бак-акумулятор гарячої води;
4 – насос гарячого водопостачання
Рис. 3. Установка сонячного гарячого водопостачання з періодичною роботою дублера:
1 – сонячний колектор; 2 – бак-розширювач;
3 – циркуляційні насоси теплоприймального контура;
4 – бак-акумулятор; 5 – насоси контура гарячої води
Рис. 4. Установка сонячного гарячого водопостачання з постійною роботою дублера:
1 – сонячний колектор; 2 – бак-розширювач;
3 – циркуляційні насоси теплоприймального контура;
4 – швидкісний водопідігрівач;
5 – бак-акумулятор; 6 – сітьові насоси;
7 – електроводопідігрівач
6
Обладнання з’єднане між собою трубопроводами з регулюючою арматурою. Установка обладнана системою автоматичного регулювання, яка забезпечує початок циркуляції теплоносія та її виключення при заданому рівні температур в теплоприймальному контурі та в баках-акумуляторах.
Установка працює таким чином: теплоносій теплоприймального контура, нагріваючись в сонячних колекторах і потім у швидкісному водонагрівачі, направляється в теплообмінники баків-акумуляторів, а після них до циркуляційних насосів теплоприймального контура, які повертають його в сонячні колектори.
При розігріванні водопровідної води в баках-акумуляторах до 50оС автоматично вмикається в роботу насос (основний або резервний), який розміщений на зворотньому трубопроводі установки гарячого водопостачання. У випадках, коли інтенсивність сонячної радіації недостатня для підігріву водопровідної води до заданої температури, в установку гарячого водопостачання автоматично, за допомогою регулятора додається гаряча вода із додаткового бака-акумулятора, яка постійно підігрівається від теплової мережі. Заповнення теплоприймаючого контура відбувається з теплової мережі.
2.4. Усгв сезонної та цілорічної дії з дублюванням від автономного джерела (для житлових будинків з автономним теплопостачанням) (рис.5).
Установка виконана за двохконтурною схемою, циркуляція в теплоприймальному контурі влітку природна. Підживлення теплоносія водопровідною водою через розширюючий бак з поплавковим клапаном. Підігрів холодної води для гарячого водопостачання відбувається в теплообміннику, який розміщується на горищі будинку. Різниця відміток його та колекторів не менша за 0,6 м. Теплоносієм для нього є вода, яка влітку підігрівається в сонячних колекторах, а в опалювальний період – зворотній теплоносій системи опалення. Відбір води з теплообмінника на потреби гарячого водопостачання відбувається з верхнього рівня плаваючим водорозбором.
Рис. 5. Установка сонячного гарячого водопостачання сезонної та цілорічної дії з дублюванням від автономного джерела:
1 – теплообмінник; 2 – сонячний колектор;
3 – бак-розширювач; 4 – підживлювальний бачок
7
2.5. В цілорічних УСГВ в теплоприймальному контурі слід застосовувати антифризи – незамерзаючі рідини: водяні розчини етиленгліколя С2Н4(ОН)2, хлористого кальцію СаСl2, хлористого натрію, етилового спирту С2Н5ОН.
Якщо застосовуються водяні розчини СаСl2 та NaCl, то вони повинні обов’язково застосовуватись з інгібіторами корозії (сілікатами).
2.6. Для теплової ізоляції баків-акумуляторів, теплообмінників та трубопроводів слід, по можливості, використовувати теплоізоляцийні конструкції заводського виробництва.
2.7. УСГВ можуть бути:
розміщені незалежно від будівлі;
включені в структуру будівлі без суміщення або з суміщенням геліотехнічного обладнання з архітектурно-конструктивними елементами.
2.8. При включенні УСГВ в структуру будівлі (похилі покрівлі, стіни, огорожі лоджій, балконів та терас і т. і.) баки-акумулятори рекомендується розміщувати на технічних поверхах, а також окремо від будівлі.
2.9. Плоскі сонячні колектори УСГВ складаються з чотирьох основних елементів (рис.6.):
поглинаючої панелі з каналами для теплоносія, на поверхні якої нанесене покриття, яке забезпечує поглинання не менш 92% падаючого сонячного випромінювання;
прозорої ізоляції в складі одного або двох шарів засклення;
теплової ізоляції нижньої сторони колектора;
корпусу, де розміщені елементи колектора.
Рис. 6. Плоский сонячний колектор:
1 – корпус; 2 – прозора ізоляція;
3 – канали для теплоносія; 4 – поглинаюча панель;
5 – теплова ізоляція
8
Поглинаючі панелі з каналами для теплоносія можуть бути найрізноманітніших конструкцій (рис.7).
Рис. 7. Конструкції поглинаючих панелей колекторів:
а) стандартний панельний опалювальний радіатор; б) панель з двох стальних листів - гофрованого і плоского; в) прокатно-сварна алюмінєва панель; г) регістр з труб із прикріпленим до них листом; д) способи з'єднання металевого листа і труби; е) регістр з труб з металевими пластинами, що розпирають; ж) регістр з труб із поперечними ребрами; з) регістр з труб із подовжніми ребрами
2.10. Технічні характеристики деяких плоских сонячних колекторів, які випускаються промисловістю України наведені в таблиці 2.
Таблиця 2