Влияние климатических условий на выбор режима работы установки

Следовательно, для каждого объекта проекты  размещения элементов солнечной системы будут отличаться в большей или меньшей степени друг от друга при сохранении общей принципиальной схемы.  

В связи  с этим невозможно привести исчерпывающий  и законченный перечень комплектующих  элементов системы, как это делается для бытовых солнечных водонагревателей, поэтому ниже приводится перечень и описание оборудования, из которых может быть скомпонована любая система произвольной производительности в пределах выбранного диапазона.  

К сожалению, единственным отечественным нормативным документом, который можно использовать при разработке солнечной системы, остается ВСН 52–86 «Установки солнечного горячего водоснабжения. Нормы проектирования», в котором изложены общие принципы создания таких систем и основные строительные требования к ним. Современных нормативных документов в России пока нет.

Принципиальная  схема двухконтурной ССТ  

Рассмотрим  подробнее принципиальную схему  двухконтурной системы солнечного теплоснабжения (рис. 2).  
 
 

Рис. 2. Принципиальная схема  системы солнечного водоснабжения

Коллекторный  контур системы является замкнутым  и заполняется каким-либо незамерзающим  и нетоксичным теплоносителем. Нетоксичность  теплоносителя является обязательным требованием, которое дает возможность  при создании схемы установки  обойтись более простыми техническими решениями и избежать «правила двух стенок», разделяющих токсичный теплоноситель и питьевую воду. Низкие температуры замерзания теплоносителя позволяют не сливать его из СК в зимнее время, что также удешевляет эксплуатацию и повышает коррозионную устойчивость системы.  

В настоящее  время в связи с развернувшимся строительством на рынке появилось  большое количество систем отопления  для индивидуальных односемейных зданий. Теплоносители систем соответствуют  требованиям, предъявляемым к теплоносителям солнечных систем. Эти теплоносители, как зарубежные, так и разработанные в России, имеют сбалансированный набор ингибиторов коррозии для основных конструкционных металлов коллекторов. Выбор теплоносителя осуществляется по их теплофизическим свойствам и стоимости.  

Коллекторы  устанавливаются, как правило, на кровле здания, хотя в каждом конкретном случае возможны и другие места установки. Условия размещения и ориентации СК выбираются в соответствии с нормативными документами.  

На выходе из СК в верхней точке контура устанавливается автоматический клапан-воздухоотводчик. Затем нагретый в СК теплоноситель проходит через опускной трубопровод и поступает в нижний теплообменник БА, где охлаждается, передавая тепло расходной воде бака. После выхода из бака теплоноситель по трубопроводу поступает через насос в нижнюю часть СК.  

Верхний теплообменник БА подключен к  отопительному котлу, соединенному с отопительным контуром здания. Циркуляция горячей воды из котла для нагрева  БА осуществляется с помощью отдельного насоса.  

Отбор расходной горячей воды из БА выполняется  в верхней точке бака подачей  снизу в бак холодной воды (то есть всегда расходуется самая горячая  вода, имеющаяся в баке). Эта вода по магистрали подается к точкам отбора. Для обеспечения постоянного наличия в точках отбора горячей воды в систему может быть включена циркуляционная магистраль со своим насосом.  

Фактически  БА всегда находится под давлением  водопроводной сети.  

Включение циркуляционного насоса коллекторного  контура производится блоком управления, который по своей функции является дифференциальным реле, сравнивающим показания двух датчиков температуры: датчика, установленного на выходе теплоносителя из СК, и датчика, установленного в БА. Место установки датчика в баке может быть различным по высоте, и это влияет на параметры работы регулятора, а следовательно, на теплопроизводительность системы и ее безопасность.  

Если  температура теплоносителя на выходе из СК выше, чем температура воды в баке, то включается циркуляционный насос и тепло передается воде в баке. При использовании современных насосов при работе может производиться регулировка частоты вращения насоса, чтобы, по возможности, поддерживать постоянной установленную разность температур управляющих датчиков.  

Многие  зарубежные блоки управления имеют  функции защиты установки от перегрева. Так, если температура СК превышает  установленный уровень, то блок управления принудительно включает насос, пока температура коллекторов не понизится  на 10°С, несмотря на то что сам бак будет разогреваться выше установленной предельной температуры. Но при достижении в баке максимальной температуры 95°С насос выключается обязательно. 

Расчет  основных характеристик солнечных установок.

Расчет  производится по ВСН 52-86.

Под солнечным теплоснабжением понимается использование солнечной энергии для обеспечения горячего водоснабжения и отопления в жилищно-коммунальной, бытовой или производственной сферах. Для определения эффективности солнечного теплоснабжения в том или ином пункте или регионе недостаточно только информации о климатических условиях. Необходимо иметь количественные данные, характеризующие эффективность применения солнечных установок (как правило, с плоскими СК).  

Существующие  методы расчета активных систем позволяют  на основе использования климатической информации и с учетом характеристик применяемого оборудования определять их основные параметры, которыми являются:

коэффициент замещения тепловой нагрузки объекта (доля солнечной энергии в покрытии нагрузки) за некоторый рассматриваемый период времени (месяц, сезон, год);

полезная  теплопроизводительность установки за этот период;

площадь СК в установке.  

Удобной величиной для сравнения различных  вариантов использования установок  является удельная теплопроизводительность q, отнесенная к 1 м2 площади СК в установке.  

Проведены расчеты по определению указанных основных характеристик в различных регионах России по 39 расчетным пунктам, относительно равномерно расположенным на территории страны. В расчетном плане рассматривались следующие режимы работы установок:

• участие в покрытии нагрузки отопления и ГВС (режим теплоснабжения);
• участие в покрытии нагрузки только ГВС в течение всего года (режим круглогодичного горячего водоснабжения);
• участие в покрытии нагрузки только ГВС и только в неотопительный период (режим сезонного горячего водоснабжения).

Первые  два режима требуют исполнения установки  по двухконтурной схеме, когда в  первом коллекторном контуре теплоносителем является антифриз, а тепло к потребителю  в бак-аккумулятор (БА) отводится через теплообменник. Сезонные установки могут быть и одноконтурными, заполненными водой.  

Одним из параметров расчета является тепловая нагрузка. Нагрузка ГВС унифицирована  СНиП и определяется в расчете  на одного человека. Соответственно и расчет параметров солнечной установки ГВС удобно производить исходя из удельной нагрузки (в расчете на одного человека). При этом результаты будут универсальными, так как значения полученные в расчете на одного человека, остаются постоянными при любом количестве людей, обеспечиваемых горячей водой, и лишь площадь коллекторов увеличивается кратно этому количеству.  

Гораздо более сложным является определение  отопительной нагрузки, которая, помимо климатических характеристик, зависит  от объема здания, его конфигурации, термического сопротивления стен и перекрытий и других факторов. Какой-либо универсальный подход здесь невозможен, и отопительная нагрузка должна определяться для каждого конкретного объекта (или однотипных объектов).  

Другую  группу параметров, вводимых в расчет как исходная информация, составляют климатические данные, а именно – средние за месяц значения суммарной и рассеянной радиации на горизонтальную поверхность и среднемесячная температура воздуха. В качестве исходных данных в расчет закладываются и тепловые характеристики СК, используемых в данной установке.  

Реальным  положительным эффектом от использования  солнечной установки (кроме экологического) является экономия топлива. При определении  таковой в результате использования  солнечной установки существенно знать КПД замещаемого топливного устройства. В условиях децентрализованного теплоснабжения (мелкие котельные и индивидуальные отопительно-водогрейные котлы) этот КПД можно принимать равным 0,5. При этом в зависимости от режима использования установки и климатических условий в данном пункте удельная годовая (сезонная) экономия топлива (согласно расчетам) составляет от 0,05 до 0,2 т. у. т.

Волгоградский Архитектурно-строительный

университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Системы солнечного теплоснабжения 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: Проверил:

Марченков Д. С. Зеляковский Д. В.

Группа ЭОП-1-08 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Волгоград 2010