|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Солнечные водонагревательные установки. Реферат солнечные водонагревательные установкиСолнечные водонагревательные установкиФизика Солнечные водонагревательные установкиКоличество просмотров публикации Солнечные водонагревательные установки - 118
Солнечные водонагревательные установки получили довольно широкое распространение благодаря простоте их конструкции, надежности, быстрой окупаемости. Даже в средней полосе России в течение 6-7 месяцев (апрель - октябрь) использование солнечной водонагревательной установки площадью 2 - 3 м2 позволяет нагреть за день 100 литров воды до температуры 45°С. По принципу работы солнечные водонагревательные установки можно разделить на два типа: установки с естественной (рис. 6.2А) и принудительной циркуляцией теплоносителя (рис. 6.2Б). Рисунок 6.2 В последние годы все больше производится пассивных водонагревателей, которые работают без насоса, следовательно, не потребляют электроэнергию. Οʜᴎ проще в конструктивном отношении, надежнее в эксплуатации, почти не требуют ухода, а по своей эффективности практически не уступают солнечным водонагревательным установкам с принудительной циркуляцией. Солнечная водонагревательная установка с естественной циркуляцией содержит коллектор солнечной энергии. В бак-аккумулятор подводится холодная вода (ХВ), и изего верхней части отводится потребителям горячая вода (ГВ). Перечисленные элементы образуют контур естественной циркуляции воды. По подъемной трубе горячая вода из коллектора солнечной энергии поступает в бак-аккумулятор, а по опускной трубе из бака в коллектор поступает более холодная вода для нагрева за счёт поглощенной солнечной энергии. Поскольку средняя температура воды в подъемной трубе выше, чем в опускной, плотность воды, ниже во второй трубе И вследствие этого возникает разность давлений, вызывающая движение воды в контуре циркуляции. Очевидно, что чем больше разность температур воды, тем больше разность давлений и интенсивнее движение воды. Аналогичное влияние оказывает увеличение разности высот контура циркуляции. Непременным условием эффективной работы солнечной водонагревательной установки термосифонного типа является тепловая изоляция всех нагретых поверхностей - прежде всего бака-аккумулятора, подъемной и опускной труб, патрубка для отвода горячей воды к водоразборным кранам. Во избежание обратного тока воды через коллектор в ночное время днище бака-аккумулятора должно располагаться выше верхней части солнечного коллектора. Теплота в аккумуляторе сохраняется от нескольких часов до нескольких дней. В условиях холодного климата в солнечном коллекторе следует использовать незамерзающий теплоноситель - смесь воды с этилен- или пропиленглиголем. глизантин (смесь воды с глицерином) и др. Установки с принудительной циркуляцией теплоносителя целесообразно использовать для горячего водоснабжения крупных объектов. В них солнечный коллектор представляет собой большой массив модулей КСЭ (коллекторов солнечной энергии). Эти установки имеют большую теплопроизводительность, но, как правило, они довольно сложны. В подобной установке циркуляция воды в контуре КСЭ происходит с помощью насоса, подачей холодной воды в бак-аккумулятор и регулированием температуры горячей воды, поступающей к потребителю, путем подмешивания холодной воды в смесительном клапане. Солнечные водонагревательные установки - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Солнечные водонагревательные установки" 2014, 2015. referatwork.ru Солнечные водонагревательные установки | Солнечные водонагревательные установки. Княжев В.В. Лаборатория нетрадиционной энергетики Институт проблем морских технологий ДВО РАН Солнечная энергия может использоваться для горячего водоснабжения и отопления в установках различных типов и схем. Основной элемент солнечной водонагревательной установки – солнечный коллектор, в котором происходит нагрев воды или теплоносителя. Пример самой примитивной конструкции – это зачерненный бак для душа на дачах, в нем совмещены функции коллектора и бака-аккумулятора. Недостатки такой конструкции в том, что из-за относительно большого объема воды в баке она медленно нагревается. А так как поверхность бака не теплоизолирована, то много тепла теряется. Еще в древнем Китае для уменьшения таких потерь сосуды для солнечного нагрева воды накрывали колпаками из промасленной бумаги. Современный плоский солнечный коллектор представляет собой зачерненную нагреваемую солнцем поверхность, для эффективной теплопередачи она выполняется из тонкого медного или алюминиевого листа, но иногда используется более дешевый лист из стали или пластмассы. Теплоноситель для отбора тепла циркулирует по трубкам, плотно прикрепленным к листу или в узком пространстве образованном двумя соединенными и герметизированными по краям листами. Так как на единицу поверхности теплообменника приходится небольшой объем теплоносителя, то этим обеспечивается быстрый его нагрев. Коллектор помещен в теплоизолированный корпус, закрытый с лицевой стороны одним или более слоев остекления. При обеспечении хорошей теплоизоляции тыльной стороны коллектора основные потери тепла происходят через стекло. Это потери из-за теплового излучения коллектора и из-за конвекции и теплопередачи. Потери на излучение уменьшаются при использовании селективных покрытий поверхности коллектора. Такие покрытия ведут себя как черное тело в основной области солнечного спектра, т.е. практически полностью его поглощают, но очень слабо переизлучают в диапазоне инфракрасного теплового излучения. А также используются селективное покрытие остекление, такое покрытие беспрепятственно пропускает солнечный свет, но задерживает тепловое излучение. Для устранения конвективных теплопотерь в коллекторе корпус его герметизируется и из него откачивается воздух, обычно такие вакуумные коллектора выполняются в виде длинных колб – трубок загерметизированных на концах, одинарных или двойных концентрических. Такие трубки могут выдерживать давление атмосферы. В самом простом варианте вода, нагретая в коллекторе, прямо подается потребителю. Расход воды при этом мал, но постоянный. Так как при его отключении в солнечный день вода быстро перегреется и закипит. Для аккумулирования тела и сглаживания неравномерности поступления солнечной энергии применяют теплоизолированные баки-теплоаккумуляторы. В одноконтурной схеме (рис.1) солнечной водонагревательной установки (СВНУ) нагретая вода прямо от коллектора подается в бак-аккумулятор, и из него же отбирается потребителем. При всей простоте этой схемы основной недостаток ее в том, что в зимний период возможно замерзание воды в коллекторах по ночам и в пасмурные дни, в этом случае их необходимо отключать и осушать. Или чтобы избежать этого создают отдельный контур для циркуляции теплоносителя-антифриза (рис.2). Вода в баке нагревается через теплообменник от теплоносителя. В качестве теплоносителя может использоваться Тосол, но так как этиленгликоль, из которого он изготовлен, ядовит, то для бытовых солнечных водонагревательных систем рекомендуют и широко используют теплоносители на основе пропиленгликоля. Чтобы гарантировать качество горячей воды для потребителя она нагревается в теплообменнике от горячей воды из бака-аккумулятора (рис.3.). При этом Рисунок 1. Термосифонная одноконтурная СВНУ. На рисунке: 1 –солнечный коллектор, 2 – бак аккумулятор, 3 – возврат нагретой воды в бак, 4 – подача воды на коллектор, 5 – подача горячей воды потребителям, 6 – подпитка бака-аккумулятора. Рисунок 2. Двухконтурная СВНУ. На рисунке: 1 –солнечный коллектор, 2 – бак аккумулятор, 3 – возврат нагретого теплоносителя в бак, 4 – подача теплоносителя на коллектор, 5 – подача горячей воды потребителям, 6 – подпитка бака-аккумулятора, 7 – теплообменник для теплоносителя, 8 – насос. также можно использовать более дешевые материалы и покрытия для бака-аккумулятора, чем в одноконтурных и двухконтурных схемах. Циркуляция воды или теплоносителя между коллекторами и баком аккумулятором может осуществляться по термосифонному принципу. При этом необходимо, чтобы коллектора находились ниже бака-аккумулятора, тогда нагретый в коллекторе теплоноситель будет сам подниматься вверх, а его будет замещать более холодный теплоноситель из бака. Такая схема проста и надежна, не требует электроэнергии для насосов, но часто сложно разместить коллектора ниже бака-аккумулятора. А также из-за большого веса баков аккумуляторов с водой их сложно и дорого размещать на верху. Поэтому в больших системах для циркуляции теплоносителя обычно используют насосы. Кроме того, это позволяет увеличить эффективность коллекторов благодаря увеличению отбора тепла при больших скоростях циркуляции теплоносителя. Рисунок 3. Трехконтурная СВНУ. На рисунке: 1 –солнечный коллектор, 2 – бак аккумулятор, 3 – возврат нагретого теплоносителя в бак, 4 – подача теплоносителя на коллектор, 5 – подача горячей воды потребителям, 6 – подпитка бака-аккумулятора, 7 – теплообменник для теплоносителя, 8 – насос, 9 – теплообменник для нагрева воды. В декабре 2006 г., в г. Владивостоке, пущена в эксплуатацию крупнейшая (на тот момент) в Приморском крае солнечная водонагревательная установка, предназначенная для горячего водоснабжения здания ИПМТ ДВО РАН. Суммарная площадь солнечных коллекторов 105 м2, емкость бака горячей воды – 6 м3 (рис. 4). В состав установки входят 35 размещенных на крыше здания вакуумных трубчатых коллекторов производства КНР. Коллектора установлены под углом 45о к горизонту и ориентированы на юг (рис.5). Установка надежно работает с момента запуска. Кроме получения горячей воды установка позволяет практически исследовать процессы преобразования и аккумулирования солнечной энергии. Выявлены отдельные недостатки конструкции и некоторых узлов, это позволяет совершенствовать новые разработки лаборатории нетрадиционной энергетики. Рисунок 4. Солнечная водонагревательная установка СВНУ-105. Рисунок 5. Вакуумные солнечные коллекторыНа крыше здания института установлена также солнечная фотоэлектрическая батарея в составе 4 панелей, от которой заряжается аккумуляторная батарея. Через преобразователь от этой батареи может осуществляться электропитание насосов и системы управления установкой. Схема СВНУ-105 представлена на рис. 6. Теплоноситель Tyfocore LS подается насосами по трубопроводу из подвального помещения на коллектора на крыше. Горячий теплоноситель возвращается вниз, где в пластинчатом теплообменнике передает тепло воде из бака. Накопленное в баке-аккумуляторе тепло расходуется для нагрева воды в системе горячего водоснабжения (рис.7). Избыток тепла поступает в систему отопления. Рисунок 6. Схема СВНУ-105 для горячего водоснабжения и отопления здания ИПМТ ДВО РАН. На рисунке: 1 – солнечные вакуумные коллекторы, 2 – бак аккумулятор, 3 – трубопровод подачи горячего теплоносителя от коллекторов, 4 - трубопровод подачи охлажденного теплоносителя к коллекторам, 5 – возврат нагретой воды в бак-аккумулятор, 6 – подача воды из бака аккумулятора на теплообменник, 7 – подача горячей воды из бака-аккумулятора на теплообменник горячего водоснабжения, 8 – возврат охлажденной воды в бак-аккумулятор, 9 – подача горячей воды из бака-аккумулятора на теплообменник системы отопления, 10 - – возврат охлажденной воды в бак-аккумулятор, 11 - подача нагретой воды в систему горячего водоснабжения, 12 – подача холодной воды из водопровода, 13 - возврат нагретой воды в систему отопления, 14 - подача воды из системы отопления, 15- расширительный бак,16- пластинчатые теплообменники, 17 – насосы,18 – вентиль шаровый, 19- расходомер,20- система учета тепловой энергии , 23 – фильтр, 21 – счетчик горячей воды , 22 – блок управления, 24 – датчик температуры, 25 – мембранный бак. Рисунок 7. Бак-аккумулятор, система подачи воды и теплообменники нагрева воды для горячего водоснабжения и отопления в здании ИПМТ ДВО РАН (перед установкой теплоизоляции труб).Солнечные водонагревательные целесообразно, прежде всего, использовать для горячего водоснабжения школ Приморского края не имеющих подключения к сети горячего водоснабжения. Климат Приморского края отличается тем что именно во время учебного года он числу часов солнечного сияния значительно превосходит другие регионы России. Это позволяет достаточно надежно обеспечивать школьные объекты горячей водой. Экономия средств на электроэнергию или топливо может быть значительным подспорьем бюджетов школ. Кроме того практическое участие школьников в эксплуатации и обслуживании современных солнечных установок позволяет глубже усваивать им знания по физике, экологии и другим предметам. Лаборатория нетрадиционной энергетики имеет опыт монтажа и эксплуатации СВНУ для горячего водоснабжения Центра социальной реабилитации несовершеннолетних в г. Владивосток, которая нами разработана, изготовлена и пущена в эксплуатацию в декабре 2003 г (рис. 8). Площадь плоских коллекторов, разработанных в лаборатории – 40 м2, объем баков горячей воды 2,8 м3. Работа выполнена в рамках проекта «Повышение энергоэффективности элементов социальной инфраструктуры Владивостока» грантовой программы "США-Дальний Восток России: активное партнерство", поддерживаемой Фондом Российско-Американского Делового Сотрудничества (FRAEC). Основные технические характеристики этой установки и практические результаты приведены в таблицах 1 и 2. Эксплуатация установки позволила обеспечить горячей водой душевые и столовую центра. Рисунок 8. СВНУ для горячего водоснабжения Центра социальной реабилитации несовершеннолетнихТаблица 1 ^ Площадь тепловоспринимающей поверхности, м2 40 Количество баков горячей воды, шт. 2 Суммарная емкость баков горячей воды, м3 2,7 Емкость расширительного бака первого контура, л 50 Максимальная тепловая мощность, кВт: - зимой 14 - летом 22 Температура нагрева воды в баке горячей воды, °С до 75 Суточный расход горячей воды, м3, до 2 Срок службы СВНУ (кроме электрокотла) лет, более 10 Таблица 2.
|
Параметры | Вне отопительный сезон |
Суточный расход горячей воды,л/сут | 1800 |
Стоимость СВНУ, руб | 762000 |
Общие затраты с СВНУ, руб/сезон | 18890 |
Общие затраты без СВНУ, руб/сезон | 141240 |
Экономия, руб/сезон | 122350 |
Окупаемость (без учета инфляции), лет | менее 6 |
stud24.ru
Солнечные водонагреватели производят горячую воду, поглощая ультрафиолетовое излучение. Они преобразуют солнечное тепло, аккумулируют его и передают потребителю нагретую воду.
Наиболее эффективными являются устройства с вакуумными коллекторами, состоящие из наружного и внутреннего блока. Наружный блок, собственно является коллектором, а внутренний выполняет функцию резервуара-теплообменника.
В конструкции коллектора есть вакуумные трубки, которые изнутри обрабатываются несколькими слоями селективного покрытия и отражающим слоем. От типа селективного покрытия зависит эффективность работы системы. Всего различают два вида Al-N/SS/CU, а также Al-N-Al.
Солнечные водонагреватели способны аккумулировать энергию в независимости от погодных условий. Они обладают коэффициентом поглощения ультрафиолетовой радиации на уровне 98%, однако по причине потерь тепла из-за отражения световых потоков стеклянными трубками и слабой светопроницаемостью он снижается.
Различают два основных типа солнечных водонагревателей: пассивные; активные. Пассивные системы, иначе называемые термосифонными, способствуют перемещению готового теплоносителя посредством естественной гравитации, образуемой разностью охлаждаемой и нагретой воды. Конвекционные пассивные солнечные водонагреватели не столь эффективны в сравнении с активными нагревателями по причине замедленной циркуляции. Если в конструкции присутствуют тепловые трубы, то такие системы обладают меньшими эксплуатационными затратами. Они обеспечивают перекачивание тепла в нижнюю точку, противодействуя силам конвекции.
В конструкции активных систем присутствуют электрические насосы с контроллерами и клапанами, обеспечивающими посредством коллектора циркуляцию теплоносителя. Эти водонагреватели бывают с открытым и закрытым контуром. Солнечные водонагреватели, оснащённые открытым контуром, обладают циркуляционными насосами, обеспечивающими циркуляцию теплоносителя минуя коллекторы.
Оборудование может эксплуатироваться при температурном режиме −25 °C, в целом рекомендуется его использовать в тёплом климатическом поясе или применять сезонно.
У водонагревателей, оснащаемых закрытым контуром, в качестве теплоносителя применяется гликолевый водный антифриз. Это обеспечивает передачу теплообменниками высоких температур от первого контурного теплоносителя воде, запасённой в тепловых аккумуляторах. Эти системы востребованы в климатическом поясе с низкими температурами, так как обладают великолепной защитой, предотвращающей замораживание системы.
Наиболее популярными являются панельные солнечные водонагреватели с плоскими коллекторами. Роль абсорбента здесь отводится стальным или алюминиевым пластинам, по этой причине КПД подобных систем невысокий. Это удаётся компенсировать избыточной величиной облучения солнцем поверхности устройства. В условиях России обеспечение инсоляции, то есть объёма солнечной облучённости, возможно, обеспечить, установив в водонагреватель медную коллекторную пластину со специализированным покрытием. Обладающая высокими показателями теплопроводности медь, повышает КПД и показатели теплопередачи теплоносителю электроэнергии.
Но у солнечных водонагревателей есть и свои минусы. Во-первых, это стоимость монтажа. Такие работы выполняются только лицензированными специалистами с соблюдением всех правил эксплуатации. Кроме того, свой отпечаток накладывает и цена на составные компоненты (нагреватели, панели, трубки и пр.). Также стоит учесть и стоимость самого водонагревателя.
Во-вторых, это отсутствие разнообразия. Солнечные водонагревательные панели мало популярны в холодных и дождливых регионах, где энергия солнца вырабатывается слабо. Поэтому и нет широты выбора моделей и конструкций приборов. Магазины представляют всего пару видов таких водонагревателей, а ремонтные и запасные части встречаются еще реже.
В-третьих, это сложность монтажа. Принцип обустройства и оснащения приводит не только к увеличению стоимость проводимых работ, но и к увеличению продолжительности. При этом надо помнить о постоянных профилактических работах, на период которых пользователь перестает получать горячую воду. Поэтому потребители в итоге выбирают иные способы нагрева жидкости.
Выбор солнечного водонагревателя, во многом определяется регионом его эксплуатации, в зависимости от количества солнечных дней и инсоляции, стоит отдать предпочтение той или иной конструкции прибора.
aquagroup.ru
|
..:::Счетчики:::.. |
|
|
|
|