Жидкостные системы солнечного теплоснабжения

В жидкостных системах солнечного теплоснабжения в качестве теплоносителя используется жидкость (чаще всего вода или раствор антифриза), а в качестве аккумулирующей среды — вода. Преобразование падающей солнечной радиации в тепловую энергию осуществляется в плоских солнечных коллекторах. Эта энергия аккумулируется в баке-аккумуляторе за счёт теплоёмкости жидкости и используется по мере необходимости для обеспечения тепловой нагрузки отопления и горячего водоснабжения. Если коллекторы не дренируют ночью и в пасмурную погоду, то в качестве теплоносителя в контуре коллектора, как правило, используют раствор антифриза, чтобы избежать замерзания. В этом случае коллектор и аккумулятор разделяют промежуточным жидкостно-жидкостным теплообменником, что более выгодно, чем применение раствора антифриза в качестве аккумулирующей среды. Для передачи тепла от аккумулятора в здание используют водо-воздушный теплообменник, а от аккумулятора в систему горячего водоснабжения дома — дополнительный водо-водяной теплообменник. Система горячего водоснабжения включает бак предварительного нагрева, в котором вода подогревается за счёт солнечного тепла и подаётся затем в обычные водонагреватели. В качестве дублирующего источника энергии используют обычный котёл, обеспечивающий отопление в тех случаях, когда запас энергии в баке-аккумуляторе истощается. В комплект оборудования системы солнечного теплоснабжения входят регуляторы, предохранительные клапаны, насосы и трубопроводы. В результате расчётных исследований с помощью математических моделей, а также экспериментов и многолетнего практического опыта удалось сформулировать некоторые рекомендации для проектирования систем солнечного теплоснабжения. Эти рекомендации могут отличаться от рекомендаций производителей оборудования систем.

Рекомендации по проектированию жидкостных систем солнечного теплоснабжения

Расход жидкости через коллектор (50%-ный раствор этиленгликоля в воде)

0,015 л/(м²*с)

Наклон коллектора к горизонту и ориентация

Оптимальны: южная ориентация и угол наклона, равный широте местности плюс 10°; отклонение до 15° оказывает слабое влияние

Поправочный коэффициент, учитывающий влияние теплообменника

F_R¹/F_R>0,9

Вместимость основного бака-аккумулятора

50–100 л/м²

Теплообменник системы отопления

1<_εLC_min/UA<5

Вместимость бака предварительного нагрева воды

В 1,5–2 раза больше вместимости стандартного водонагревателя

Обычно в практике проектирования расход жидкости через коллектор принимается равным 0,015 л/c на 1 м² площади коллектора. Экономические исследования показали, что оптимальный объём водяного бака-аккумулятора лежит в пределах 50–100 л на 1 м² площади коллектора. Для дома с площадью солнечных коллекторов 50 м² потребовался бы бак-аккумулятор объёмом примерно 3750 л. Тепловые характеристики систем солнечного теплоснабжения слабо зависят от количества воды в аккумуляторе, когда оно превышает 50 л/м². Таким образом, вместимость аккумулятора не является решающим фактором при проектировании. Размеры водо-воздушного теплообменника системы отопления следует выбирать так, чтобы не ухудшить существенно характеристики всей системы солнечного теплоснабжения. Если этот теплообменник слишком мал, то средняя температура воды в баке-аккумуляторе будет выше необходимой, а теплопроизводительность коллектора будет соответственно ниже. Например, стандартные отопительные приборы обычно непригодны для систем солнечного теплоснабжения, т.к. они требуют значительно более высоких температур, чем это можно эффективно обеспечить с помощью солнечных коллекторов.