Перенос солнечного тепла
Перенос солнечного тепла
Одним из первых решений, применяемых при выборе системы солнечного энергоснабжения, является выбор типа рабочего тела для переноса тепловой энергии. Обычно рассматриваются две основных системы переноса тепла. Первая из них соединяет солнечный коллектор с аккумулятором солнечного тепла, другая переносит тепло (или прохладу) от аккумулятора в здание. Эти две системы могут дополняться второстепенными системами.
Выбор теплоносителя
В качестве теплоносителей могут рассматриваться жидкости и газы. В настоящее время преобладают жидкие теплоносители: вода, водные растворы этилен- и пропиленгликоля, масло. Единственным газом, получившим распространение в качестве теплоносителя, является воздух.
При определении типа теплоносителя учитываются следующие аспекты:
Если для комфорта человека требуется только отопление, то на первое место выступают воздушные системы переноса тепла благодаря своей сравнительной простоте. Это также является хорошим аргументом в пользу выбора простейших систем пассивного типа. Однако, когда требуется горячее водоснабжение в дополнение к отоплению, выбор между воздушной и жидкостной системами становится затруднительным. Воду можно подогревать по пути к водонагревателю, где ее температура повышается (при необходимости) до требуемого уровня. При осуществлении подогрева в сочетании с кондиционированием воздуха подающий трубопровод обычно пропускается через теплообменник, находящийся внутри аккумулятора солнечного тепла. В случае применения жидкостных систем теплоаккумулятор, как правило, представляет собой бак с водой, который обычно совместим с традиционными теплообменниками. В воздушной системе сравнительно небольшой бак (115...230 л) можно поместить внутрь заполненного камнями теплоаккумулятора. Нагретые камни в свою очередь будут нагревать воду в баке. Оттуда вода поступает в водонагреватель для дополнительного нагрева.
Внимание! Для жидкостных систем, использующих раствор антифриза, необходимо принять меры для недопущения отравления бытовой горячей воды. Это осуществляется путем полной изоляции раствора антифриза от бытовой горячей воды.
При необходимости охлаждения здания жидкостная система предпочтительнее воздушной. Тем не менее и воздушные системы могут успешно применяться для охлаждения.
На выбор теплоносителя может также повлиять тип систем отопления и охлаждения. Например, некоторые люди чувствуют себя неуютно при принудительном воздушном отоплении или охлаждении, которое наиболее совместимо с обычными системами солнечного теплоснабжения воздушного типа.
В системах лучистого отопления, как правило, применяется горячая вода, хотя существуют системы, в которых теплый воздух циркулирует через стену или плиты перекрытия, излучающие тепло. Радиационные системы с горячей водой, такие, плинтусные радиационные конвекторы, достаточно хорошо совместимы с жидкостными солнечными тепловыми системами. Горячая жидкость, поступающая из коллектора, циркулирует через отопительную систему или через теплообменники в баках-аккумуляторах солнечного тепла.
Принудительные воздушно-распределительные системы можно сочетать с жидкостными солнечными коллекторами. Теплая или холодная вода из бака-аккумулятора циркулирует через теплообменники или змеевиковые устройства с вентилятором. Одновременно через них пропускается воздух, который при этом нагревается или охлаждается. Затем воздух поступает в здание. В Системе Солярис, разработанной д-ром Гарри Томасоном, тепло от бака с водой нагревает окружающие бак камни. В свою очередь камни нагревают циркулирующий через них воздух.
Хотя разным людям могут нравиться разные типы отопительных и охлаждающих систем, однако выбор можно себе позволить, как правило, в небольших зданиях. Поскольку коллекторы работают наиболее эффективно при низких температурах, это в свою очередь определяет температурный уровень циркулирующего теплоносителя. Чем ниже температура теплоносителя, тем большее его количество должно участвовать в циркуляции, чтобы обеспечить нужный уровень тепла или прохлады. Чем больше здание, тем вероятнее использование жидкостных систем, в которых распределительные трубопроводы занимают сравнительно немного места. Чтобы достичь того же КПД с воздушными системами, необходимо предусматривать воздуховоды большого сечения или обеспечивать высокие скорости воздуха в сочетании с мощными вентиляторами. Увеличение размеров воздуховодов вызывает рост затрат и уменьшение полезной площади. Мощные вентиляторы, обеспечивающие более высокую скорость воздуха по воздуховодам, требуют повышенных первоначальных и эксплуатационных расходов и увеличения потребления энергии. Более высокие скорости воздуха требуют также повышения его температуры с тем, чтобы люди не ощущали холодных сквозняков. Один из способов эффективного использования коллекторов воздушного типа заключается в непосредственной подаче воздуха к отсасывающим вентиляторам в качестве добавочного воздуха или к вентиляционному оборудованию в качестве подогретого всасываемого воздуха.
В зданиях, в которых солнечные коллекторы размещаются только на крыше, предпочтительнее применять жидкостные системы из-за значительного расстояния до массивного теплоаккумулятора, находящегося обычно вблизи уровня земли. Увеличение расстояния приводит к увеличению объема, занимаемого воздуховодами. Таким образом, предпочтительнее выбор жидкости, которая требует трубопроводов меньшего сечения. Для всех теплоносителей система каналов и труб должна быть простой, предельно короткой и хорошо изолированной.
На выбор теплоносителя может оказывать влияние и климат. Например, в районах с холодным климатом при необходимости только отопления здания предпочтительнее воздушные коллекторы.
Коллекторы воздушного типа обычно дешевле жидкостных. Другие компоненты системы также обходятся дешевле, да и издержки на оплату рабочей силы ниже. Кроме того, расходы на текущее обслуживание могут быть также меньше, поскольку утечка воздуха не является столь разрушительной, как просачивание воды. С другой стороны, воздушные системы (но только активные) по сравнению с жидкостными требуют более высоких эксплуатационных расходов из-за большего количества электроэнергии, потребляемой вентиляторами.
Интересно почитать