НАГРЕТЫЙ ВОЗДУХ

lir..........................

Рис. 16.3. Пассиввая солнечная система отопления здании с естественной циркуляцией воздуха в простравстве между остеклением южного фасада я теплоаккумулирующей стеной

/-здание; 2-1еплоаккумулнрующая стена; i-остекление

Рис. 16.6. Пр

схемы гелнотеплонасоснон системы

теплоснабженнн с последовательным (в) н параллельным (б) подключением теплового насоса

У-коллектор солнечной энергии; 2-аккумулятор теплоты; i-тепловой потребитель (здание); 4-тепловой насос

Рис. 16.7. Схема комбинированной гелнотеплонасосной системы отопления здании с использованием теплового насоса с двумн испарителями

/-коллектор солнечной энергии; 2-аккумулятор тепла; 3-насос; 4-испарители теплового насоса; 5-компрессор; 6-дроссельный вентиль; 7-вентилятор; конденсатор; 9-здание

Рис. 16.4. Принципиальная схема воздушной гелиосистемы отопления

/-коллектор солнечной энергии; 2-галечный аккумулятор тепла; i-вентилятор; ./-переключающий клапан; 5-резервный (дополнительный) источник энергии

ХОЛОДНАЯ ВОДА

ГОРЯЧАЯ ВОДА

Ряс. 16.5. Схема жидкостиой геляоснстемы отопления я горячего водоснабжевня

/-коллектор солнечной энергии; 2-теплообменник в контуре КСЭ; i-аккумулятор тепла; 4-резервный (дополнительный) источник энергии; J-здание; б-насос; 7-смесительный вентиль; S-теплообменник в контуре горячего водоснабжения; 9-бак горячей воды; УО-дублер-доводчик

(вода, 40-50%-ный раствор этилен- или пропи-ленгликоля, органические теплоносители и др.) или газ (воздух). Каждый из теплоносителей имеет определенные преимущества и недостатки. Так, использование воздуха позволяет исключить проблемы замерзания и коррозии, снизить массу установки, уменьшить возможный ущерб от утечки жидкого теплоносителя и т.д., но теплотехнически воздушные ССО менее эффективны, чем жидкостные. Поэтому в большинстве эксплуатируемых ССО теплоносителем служит вода.

На рис. 16.4 и 16.5 предстарлены принципиальные схемы воздушной и водяной гелиосистем отопления. Распределение теплоты в здании осуществляется с помощью вентиляционной системы (воздушные ССО), посредством излучающих панелей со встроенными змеевиками с горячей водой, радиаторов и конвекторов, рассчитанных на низкотемпературный теплоноситель (жидкостные ССО).

Возможно применение гибридных систем, объединяющих элементы активных и пассивных систем.

Значительные преимущества имеет комбинированная гелиотеплонасосная система теплоснабжения с последовательной (рис. 16.6, а) и параллельной (рис. 16.6,6) схемами подключения теплового насоса. В первом случае испаритель теплового насоса получает теплоту от аккумулятора, а во втором источником теплоты служит окружающая среда. Возможно также использование теплового насоса с двумя испарителями (рис. 16.7). При совмещении испарителя теплового насоса и неостекленного КСЭ с ограждающей конструкцией здания получается «энергетическая крыша» или «энергетический фасад», которые позволяют использовать солнечную энергию, явную и скрытую теплоту окружающей среды.

Солнечные установки для отопления и горячего водоснабжения зданий входят в состав комбинированных гелиотопливных систем теплоснабжения, при этом за счет солнечной энергии обеспечивается частичное покрытие годовой тепловой нагрузки потребителя. Резервный источник теплоты должен обеспечивать полное покрытие расчетной тепловой нагрузки. В отдельных случаях допустимо неполное резервирование производительности гелиоустановки. Здание должно отвечать современным требованиям теплозащиты и сохранения энергии, а все элементы и оборудование гелиотопливной системы должны быть спроектированы особо тщательно. При соблюдении этих условий может быть обеспечена высокая эффективность использования солнечной энергии.

16.2. Оценка располагаемого количества солнечной энергии

Плотность потока солнечной радиации у верхней границы атмосферы на поверхность, расположенную перпендикулярно направлению солнечных лучей, равна = 1,353 кВт/м (солнечная постоянная), а среднее количество энергии, поступающей за 1 ч на 1 м этой поверхности, равно = 4,871 МДж/(м • ч).

В системах солнечного теплоснабжения (ССТ) обычно используются плоские КСЭ, устанавливаемые в наклонном положении. Среднемесячное дневное количество суммар-

ной солнечной энергии, МДжДм • день), поступающей на наклонную поверхность КСЭ, равно:

= RE, (16.1)

где £-среднемесячное дневное количество суммарного солнечного излучения, поступающего на горизонтальную поверхность, МДжДм день); Л-отно-щение среднемесячных дневных количеств солнечной радиации, поступающих на наклонную и горизонтальную поверхности.

Для наклонной поверхности с южной ориентацией

1 -h cos В £•„ 1 - cos В (16.2)

где £д-среднемесячное дневное количество диффузной (рассеянной) солнечной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность, МДЖ/(м • день); Л„-коэффициент пересчета прямого излучения с горизонтальной на наклонную поверхность; Р-угол наклона КСЭ к горизонту, град; р-коэффициент отражения для подстилающей поверхности Земли. Обычно летом р = 0,2, а зимой при наличии снежнего покрова р = 0,7.

Среднемесячная величина коэффициента Л„ (рис. 16.8)

cos (ф - Р) COS 6 sin соз + -соз sin (ф - Р) sin 5 180

cos ф cos 5 sin СО3 + sin ф sin 5-CO3

180

(16.3)

где ф-широта местности, град; 5-склонение Солнца, град; СО3 и юз - часовой угол захода Солнца на горизонтальной и наклонной поверхностях, град.

Угол склонения Солнца в данный день и равен:

/ 284 + п\

5 = 23,45sin 360--- . (16.4)

\ 365 /

На рис. 16.9 показаны основные углы, используемые в приведенных формулах.

Для среднего дня I-XII месяцев величина 8 равна:

Месяцы 8, град

I II III

-20,9 -13 -2,4

18,8

23,1

VII 21,2

VIII

13,5

-9,6

-18,9

ТАБЛИЦА 16.1

СРЕДНЕМЕСЯЧНОЕ СУТОЧНОЕ ПОСТУПЛЕНИЕ СУММАРНОЙ Е И ДИФФУЗННОЙ Е СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ, МД)ц/(м ДЕНЬ), НА ГОРИЗОНТАЛЬНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ, КОЭФФИЦИЕНТ ЯСНОСТИ АТМОСФЕРЫ К, И ТЕМПЕРАТУРА НАРУЖНОГО ВОЗДУХА Т., "С