Солнечный коллектор своими руками из конденсаторов от кондиционеров

Солнечный коллектор для отопления: бесплатное тепло или бесполезные расходы

Приветствую, камрады! Как вы думаете, насколько выгоден солнечный коллектор для отопления? Я познакомлю вас с устройством и разновидностями коллекторов, а затем выполню несложный расчет эффективности солнечного отопления, который позволит дать ему однозначную оценку. Итак, в путь.

Вакуумные коллекторы отопления и солнечные батареи на крыше частного дома.

Что это такое

Солнечный коллектор — это несложное устройство, использующее видимый свет и инфракрасное излучение Солнца для нагрева рабочей среды. Принцип его работы основан на поглощении тепла поверхностью с низкой отражающей способностью.

От ближайшего собрата — фотоэлектрической солнечной батареи, коллектор отличает куда более высокая эффективность: если фотоэлектрические элементы преобразуют в электроэнергию не более 15% солнечной энергии, то коллекторы позволяют утилизировать до 80%.

Основная проблема, мешающая использовать солнечные коллекторы для отопления дома в качестве основного источника тепла — непостоянная тепловая мощность. Она связана:

• С суточными циклами освещенности. Ночью по понятным причинам выработка тепла падает до нуля. Больше того: поддержание положительной температуры циркулирующей через коллектор воды требует дополнительных энергозатрат;
• С погодой. При плотной облачности освещенность (и, соответственно, тепловая мощность прибора) снижается.

Солнечные коллекторы востребованы в областях страны с максимальной инсоляцией. На снимке — крыша коттеджа в Ялте.

Зимой , когда работает отопление, преобладает пасмурная погода. Кроме того, зимой выработка тепла коллектором падает примерно на четверить даже в ясные дни. Это происходит из-за изменения угла падения солнечных лучей, вызывающего зимнее похолодание.

Разновидности

В продаже можно встретить две разновидности приборов для утилизации солнечной энергии:

Плоские коллекторы конструктивно проще вакуумных, но несколько менее эффективны. Теплоноситель нагревается, проходя через трубки, закрепленные на теплопроводной металлической подложке — медном или алюминиевом листе.

Снизу подложка теплоизолирована, сверху — защищена прозрачным для солнечной радиации материалом (закаленным стеклом с низким содержанием металлов или поликарбонатом).

Устройство плоского солнечного коллектора.

Наиболее эффективен плоский коллектор с медными трубками, припаянными к формованной медной подложке. Коллектор с трубками из сшитого полиэтилена поглощает меньше тепла за счет их более низкой теплопроводности.

Ключевые характеристики плоских коллекторов выглядят так:

• Максимальная температура нагрева теплоносителя — 200-210 °С;
• Поглощение солнечного тепла — до 70%;
• Падение эффективности в снежную погоду — минимально. Прозрачный лист, защищающий абсорбер (подложку с трубками), нагревается при работе, и снег быстро тает;

Плоский коллектор самоочищается при нагреве: снег быстро тает на поверхности защитного стекла.

• Теплопотери — до 30% за счет непосредственного контакта нагретого в коллекторе воздуха с защитным стеклом;

Потери тепла плоским коллектором увеличиваются по мере падения уличной температуры. При -20 °С и ниже прибор полностью прекращает вырабатывать тепло.

• Парусность — высокая, что может привести к проблемам с установкой в регионах с ветреными зимами;
• Установка — под произвольным углом к горизонту. Положение прибора должно лишь обеспечить его максимальную освещенность в течение светового дня.

Коллектор можно установить на плоской или скатной кровле, а также смонтировать на раме во дворе дома.

Вакуумный коллектор объединяет несколько трубок — термосов. Внутренняя колба каждой трубки покрыта высокоселективным (поглощающим максимальное количество тепла) покрытием, внешняя колба прозрачна. Благодаря вакууму между ними теплопотери за счет непосредственного контакта с воздухом минимальны — не более 5%.

Быстрый нагрев теплоносителя обеспечивается переносом тепла по принципу тепловой трубки. Теплоноситель испаряется в нижней части колбы и в виде пара поднимается вверх в конденсатор, где при возвращении в жидкое состояние отдает накопленное тепло, а потом самотеком опускается вниз.

Каждая колба вакуумного коллектора представляет собой тепловую трубку и обеспечивает быструю передачу тепла теплоносителю.

Чем вакуумный коллектор отличается от плоского в практическом плане?

• Максимальная температура теплоносителя: до 300 °С;
• Поглощение солнечного тепла: до 80%. Высокая эффективность обеспечивается максимальным поглощением тепла адсорбирующим слоем на внутренних стенках колб и вакуумом между стенками, исключающим перенос энергии за счет конвекции;
• Падение эффективности в снег — есть, поскольку благодаря минимальным теплопотерям поверхность колб почти не нагревается;
• Парусность: минимальна, поэтому приборы подходят для регионов с сильными ветрами;
• Установка: под углом не меньше 15-20 градусов к горизонту. При меньших углах наклона колбы перестанут выполнять роль тепловых трубок: конденсирующийся теплоноситель перестанет самотеком возвращаться в их нижнюю часть.

Исследование образцов

Давайте ближе познакомимся с несколькими образцами коллекторов обоих типов.

Плоский коллектор российского производства ЯSolar.

Источник: http://otoplenie-gid.ru/istochnik-nagreva/solnechnoe/solnechnyj-kollektor-dlya-otopleniya-802

Вакуумный солнечный коллектор: принцип работы + как собрать самому

На горячее водоснабжение и отопление помещений тратятся немалые средства. Но существует альтернативный источник энергии – вакуумный солнечный коллектор. Слышали о таком? Он позволяет существенно снизить финансовые затраты на поддержание комфорта и обеспечивает максимальный греющий эффект при минимальных теплопотерях.

Этот прибор можно купить у производителей бытового оборудования или собрать самостоятельно в домашних условиях. А для того чтобы выбрать подходящую модель, предстоит изучить немало информации. Мы поможем вам определиться с основными критериями выбора.

Поэтому, в статье речь пойдет о принципе работы и устройстве вакуумного коллектора, мы расскажем вам о конструкционных особенностях различных моделей. Нами будут рассмотрены все плюсы и минусы этих устройств. Материал сопровождается видеороликами, из которых вы узнаете о важных особенностях и принципах работы вакуумных коллекторов.

Принцип работы вакуумного агрегата

От обычных гелиосистем вакуумный солнечный коллектор отличается способом переработки солнечной энергии. Классическая батарея просто принимает свет и преобразовывает его в электричество. Коллектор же состоит из стеклянных трубок с воссозданным внутри вакуумом. В единую систему они объединяются посредством специальных стыковочных узлов.

Внутри каждой трубки располагается канал из одного или двух медных стержней с теплоносителем. Улавливая солнечные лучи, действующий элемент нагревает материал-теплоноситель, таким способом обеспечивая работу коллектора.

За счет такой конструкции уровень энергоотдачи значительно возрастает, а теплопотеря существенно снижается, так как вакуумная прослойка позволяет сохранить около 95 % улавливаемой солнечной энергии.

Кроме того, уменьшается зависимость производительности коллектора от сезонности, температуры окружающей среды и различных погодных условий, как то: порывы ветра, переменная облачность, выпадение осадков и пр.

Как устроен коллектор вакуумного типа?

Современные вакуумные приборы, обеспечивающие помещения теплом и горячей водой за счет солнечной энергии, технологически несколько разнятся и подразделяются на такие виды, как:

• трубчатый без стеклянного защитного покрытия;
• модуль с редуцированной конверсией;
• стандартный плоский вариант;
• устройство с прозрачной теплоизоляцией;
• воздушный агрегат;
• плоский вакуумный коллектор.

Все они имеют общее конструктивное сходство, так состоят из:

• внешней прозрачной трубы, откуда полностью выкачан воздух;
• нагреваемого патрубка, расположенного в большой трубе, где перемещается жидкий или газообразный теплоноситель;
• одного или двух сборных распределителей, к которым присоединяются трубы большего калибра и входит циркуляционный контур тонких, размещенных внутри, трубок.

Целиком конструкция чем-то напоминает термос с прозрачными стенками, в котором выдержан беспрецедентно высокий уровень тепловой изоляции. Благодаря этой особенности корпус внутренней трубки приобретает способность качественно прогреваться и полноценно отдавать энергетический ресурс циркулирующему внутри теплоносителю.

Конструкционные нюансы и классификация

Коллекторы вакуумного типа классифицируют по виду стеклянных трубок, установленных в конструкции, либо по характеристикам тепловых каналов. Трубки обычно бывают коаксиальными и перьевыми, а тепловые каналы – U-образными прямоточными и heat pipe типа. .

Характеристика коаксиальных трубок

Коаксиальные трубки представляют собой двойную стеклянную колбу-термос с искусственно созданным между стенками вакуумным пространством. Внутренняя поверхность трубки имеет слой специального теплопоглащающего покрытия, поэтому фактическая передача тепла происходит непосредственно от стенок стеклянной колбы.

В качестве поглощающего элемента в стеклянную трубку впаивают медную трубку, содержащую эфирный состав. В процессе нагревания он испаряется, эффективно отдает свое тепло, конденсируется и стекает на нижнюю часть трубки. Затем цикл повторяется, создавая таким образом непрерывный процесс теплообмена.

Особенности перьевых трубок

Вакуумные перьевые трубки имеют большую толщину стенок, нежели коаксиальные, и состоят не из двух, а из одной колбы. Внутренний абсорбционный элемент из меди снабжается по всей длине прочным усилителем — гофрированной пластиной с высокоуровневым энергопоглощающим напылением.

Благодаря такой конструкционной особенности вакуум располагается непосредственно в тепловом канале, часть которого вместе с абсорбентом интегрируется непосредственно в колбу.

Коллекторы, изготовленные на основе перьевых вакуумных трубок, считаются наиболее эффективными в своем классе, отлично справляются с поставленными задачами и надежно служат в течение многих лет.

Принцип работы теплового канала heat pipe

Тепловые каналы heat pipe состоят из закрытых трубок, содержащих легко испаряющийся жидкий состав. Под воздействием солнечных лучей он прогревается, переходит в верхнюю область канала и сосредотачивается там в специальном теплосборнике (manifold).

Рабочая жидкость в этот момент отдает все накопленное тепло и снова опускается вниз для возобновления процесса.

Гильза теплообменника heat-pipe соединяется с теплообменником manifold’а посредством специального гнезда, впаянного в сам в 1-трубный теплообменник, либо огибается 2-трубным теплообменником.

Выделенную энергию из теплового резервуара отбирает теплоноситель и переносит ее дальше по системе, обеспечивая таким способом наличие горячей воды в кранах и отопления в батареях. Система heat pipe легко монтируется и демонстрирует высокую эффективность при работе.

В случае поломки или выхода из строя без всяких сложностей существует возможность заменить испорченный узел на новый, не прибегая к реконструкции всей системы.

Ремонтные работы можно легко осуществить прямо на месте расположения коллектора, не демонтируя агрегат и не прикладывая к работе излишних усилий.

Описание U-образного прямоточного теплообменника

Трубка прямоточного теплообменника имеет форму буквы U. Внутри циркулирует вода или рабочий теплоноситель греющей системы. Одна часть элемента предназначается для холодного теплоносителя, а вторая корректно отводит уже нагретый.

При накаливании действующий состав расширяется и поступает в бак накопления, создавая таким образом естественную циркуляцию жидкости в системе. Специальное селективное покрытие, нанесенное на внутренние стенки, увеличивает теплопоглощающую способность и повышает эффективность системы в целом.

Трубки U-типа демонстрируют высокую производительность и дают солидную теплоотдачу, но при этом имеют один существенный недостаток. Они составляют одну целостную конструкцию с manifold’ом и всегда монтируются вместе с ним.

Заменить отдельную одиночную трубку, вышедшую из строя, не получится. Для ремонта потребуется демонтировать весь комплекс полностью и на его место поставить новый.

Модификационные особенности приборов

При изготовлении гелиоагрегатов тепловые каналы и вакуумные стеклянные трубки для солнечных коллекторов комбинируют в самых разных сочетаниях.

Самой большой популярностью у потребителей пользуются коаксиальные модели с тепловым каналом heat pipe. Покупателей привлекает лояльная цена приборов и очень простое, доступное обслуживание в течение всего срока эксплуатации.

Вакуумные приборы с каналами heat pipe демонстрируют высокую надежность и не имеют никаких ограничений по использованию даже в высоконапорных гелиотермальных комплексах.

Приборы с коаксильной колбой, содержащей прямоточные U-образные каналы, тоже входят в перечень востребованных. Их характеризуют такие параметры, как низкая теплопотеря и КПД от 70% и выше.

Ситуацию несколько портят сложный процесс ремонта, специфическое обслуживание в процессе эксплуатации и невозможность заменить отдельный испорченный узел. Если с прибором что-то случается, его демонтируют и на место ставят абсолютно новый коллектор.

Перьевые трубки конструкционно представляют собой одинарный цилиндр из стекла с утолщенными прочными стенками (в зависимости от производителя от 2,5 мм и выше). Содержащаяся внутри вставка из перьевого абсорбента плотно облегает рабочий канал, изготовленный из теплопроводящего металла.

Почти безупречную изоляцию создает вакуумное пространство внутри стеклянной емкости. Абсорбент передает поглощенное тепло без потерь и обеспечивает системе КПД до 77%.

Модели с перьевым элементом стоят несколько дороже, нежели коаксиальные, но за счет высокой эффективности обеспечивают полноценный комфорт в помещении и быстро окупаются.

Наиболее эффективными и производительными являются перьевые колбы с внутренними прямоточными каналами. Их фактический КПД порой достигает рекордных показателей в 80%.

Цена изделий довольно высока, а при проведении ремонта обязательно требуется сливать из системы весь теплоноситель и только потом приступать к устранению неполадок.

Каким должен быть теплосборник?

Теплосборник – еще один очень важный рабочий элемент вакуумного коллектора. Посредством этого узла осуществляется передача накопленного тепла от трубок к теплоносителю.

Теплосборник располагают в верхней части прибора. Один из его компонентов, медный сердечник, принимает энергию и передает ее основному теплоносителю, циркулирующему в замкнутой системе «теплообменник бака-коллектор».

Корректную циркуляцию гарантирует подключенный к системе малогабаритный насос. Управляющая греющим комплексом автоматика четко следит за уровнем температуры в каналах и, в случае ее падения ниже допустимого критического минимума (например, в ночное время суток), останавливает работу насоса.

Это позволяет избежать обратного прогрева, когда теплоноситель начинает забирать тепло горячей воды, собравшейся в накопительном баке.

Плюсы и минусы коллекторов вакуумного типа

Главным достоинством агрегатов называют практически полное отсутствие теплопотерь в процессе эксплуатации. Это обеспечивает вакуумная среда, являющаяся одним из самых качественных естественных изоляторов. Но на этом список преимуществ не заканчивается. Устройства имеют и другие ярко выраженные плюсы, например:

• эффективность работы при низких температурных показателях (до -30 °С);
• способность к аккумулированию температуры до 300°С;
• максимальное возможное поглощение тепловой энергии, включая невидимый спектр;
• эксплуатационная устойчивость;
• низкая восприимчивость к агрессивным атмосферным проявлениям;
• малая парусность, обусловленная конструкционными особенностями трубчатых систем, способных пропускать сквозь себя воздушные массы разной плотности;
• высокий уровень эффективности в регионах с умеренным и прохладным климатом с малым количеством ясных и солнечных дней;
• долговечность при соблюдении основных правил эксплуатации;
• доступность для ремонта и возможность менять не всю систему, а только один вышедший из строя фрагмент.

К недостаткам относят неспособность коллекторов к самоочищению от инея, льда, снега и высокую цену комплектующих деталей, необходимых для сбора агрегата в домашних условиях.

Как своими руками собрать агрегат?

Процесс сборки вакуумного коллектора начинают с изготовления рамы-подложки для рабочих элементов. Ее монтируют сразу в том месте, которое выделено под агрегат.

Размер и габариты рамы целиком и полностью зависят от модели, которую планируется сделать, и обычно прописываются в инструкции, находящейся среди сопроводительных документов к компонентам.

Места прилегания рамы к поверхности крыши дополнительно фиксирую герметиком, чтобы в будущем через отверстия в дом не попадала вода. Затем к месту монтажа доставляют накопительный бак и шурупами крепят его на верхней части рамы.

На следующем этапе собирают ТЭН, температурный датчик и автоматизированный воздухоотвод. Все вспомогательные узлы и сопутствующие детали ставят на идущие в комплекте смягчающие прокладки. Для крепления температурного датчика используют торцевой ключ.

Далее обустраивают подвод водопроводных коммуникаций. Для этой цели берут трубы из любого материала, стойкого к низким температурным показателям и способного выдерживать до 95 градусов тепла.

Подключив водопровод, накопительный бак наполняют водой и тестируют на герметичность. Если в течение 3-4 часов где-то обнаружились утечки, их устраняют.

В конце устанавливают греющие элементы. Для этого медную трубку оборачивают алюминиевым листом и помещают в вакуумную трубку из стекла. Снизу на колбу одевают фиксирующую чашку и пыльник из прочной, гибкой резины.

Верхний медный наконечник трубки до упора вдвигают в латунный конденсатор. Вязкую термоконтактную смазку с труб не удаляют. Защелкивают фиксирующий механизм на кронштейне и по этому же принципу монтируют все оставшиеся стеклянные трубки.

На конструкцию ставят монтажный блок, подводят к нему электропитание в 220 вольт и присоединяют к системе три вспомогательных блока – ТЭН, воздухоотвод и температурный датчик.

Последним подключают контроллер, предназначенный для корректного управления комплексом. В меню контроллера вносят желаемые параметры работы и запускают систему в стандартном режиме.

Как правильно разместить прибор?

Чтобы вакуумный коллектор мог полноценно работать и эффективно обеспечивал жилое помещение необходимой энергией, для него необходимо найти наиболее удачное место и правильно сориентировать прибор относительно частей света.

Для населенных пунктов северного полушария актуально разместить коллектор в южной части крыши дома или на солнечной стороне участка. Желательно обеспечить для плоскости прибора минимальное отклонение.

Если возможности направить поверхность на юг нет, стоит выбрать среди запада и востока максимально светлый ракурс на открытом пространстве.

Энергетический солнечный комплекс не должны закрывать дымоходы, декоративные фрагменты кровельного покрытия, раскидистые ветви деревьев и высокие жилые или технические строения. Это понизит эффективность работы и уменьшит уровень прогрева действующих элементов.

Если агрегат расположен правильно, он обеспечит практически одинаковую теплоотдачу в течение всего года, независимо от сезона.

Если большого опыта осуществления сложных ремонтно-монтажных и слесарных работ нет, делать в домашних условиях вакуумирование трубок нерационально. Этот процесс очень трудоемкий и требует наличия специальных знаний и профильного оборудования.

Кроме того, элементы вакуумного типа, сделанные самостоятельно, имеют гораздо более низкий уровень КПД, нежели заводские детали. Поэтому разумнее всего приобрести продукцию у профильного производителя, а потом уже дома попробовать собрать несколько секций.

Выводы и полезное видео по теме

Подробное, детальное описание вакуумной трубки, принципа ее работы и особенностей функционирования солнечного коллектора в целом. Автор рассказывает о некоторых интересных нюансах и показывает, что установка может стать реальной альтернативой газовому котлу.

Интересная информация о работе солнечного коллектора в зимний период времени.

Как правильно смонтировать вакуумный солнечный коллектор своими руками в домашних условиях. Все нюансы процесса, рекомендации и полезные советы.

Зная базовый принцип работы трубчатого вакуумного солнечного коллектора, очень легко собрать своими руками агрегат, полностью соответствующий личным индивидуальным требования и нуждам. Это не слишком трудное занятие, однако оно требует повышенного внимания, скрупулезности и определенных навыков, иначе риск повредить целостность колбы и нарушить ее герметичность значительно возрастает.

Источник: http://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/vakuumnyj-solnechnyj-kollektor.html

Солнечный коллектор своими руками из конденсаторов от кондиционеров

Новое устройство Water Seer, которое использует метод обычной конденсации для получения питьевой воды из атмосферы, может обеспечить до 11 литров чистой воды без привлечения внешнего источника питания, выбросов парниковых газов или неблагоприятного воздействия на окружающую среду.

Более того, это инновационное устройство может работать десятилетиями, обеспечивая поколения людей «жидким золотом» в тех районах мира, где суровый климат или отсутствие инфраструктуры создают проблемы для доступа к чистой питьевой воде.

Water Seer питается энергией от простой ветряной турбины и может стать первым шагом на пути к экологичному и надежному решению проблемы нехватки воды во всем мире. В разработке системы принимали участие VICI-Labs, Калифорнийский университет в Беркли и Корпус мира.

Устройство уходит вглубь земли на шесть или более футов, над землей закреплена вертикальная ветряная турбина, которая приводит в движение лопасти внутреннего вентилятора, направляющего воздух в подземную камеру.

Поскольку подземная камера Water Seer охлаждается окружающей землей, вода конденсируется в резервуаре, представляющем собой своего рода искусственный колодец, из которого люди могут получать чистую безопасную питьевую воду круглосуточно.

Недорогое устройство было разработано Vici-Labs в сотрудничестве с UC Berkeley и National Peace Corps Association в качестве возможного решения для 2,3 миллиона человек на планете, которые не имеют постоянного доступа к безопасной питьевой воде.

Один конденсатор Water Seer может собрать до 11 литров чистой воды каждый день без внешнего источника питания, а несколько устройств могут обеспечить достаточное количество воды для жителей небольшой деревни.

Создатели проекта запустили кампанию на Indiegogo. За пожертвование в размере $268 организация установит от имени спонсора три системы Water Seer в развивающихся странах. Пока проект собрал чуть больше $5000 из заявленных $77 000, но у него впереди еще два месяца.

Прототип прибора уже был испытан, а разработка последней модели была завершена в августе 2016 года, полевые испытания с National Peace Corps Association начнутся, как только пройдет кампания по сбору средств.

Фильтрующие системы на основе конденсата не единственное решение проблемы нехватки воды. Инженеры, дизайнеры и ученые предлагают различные концепции — от сбора тумана и электромагнитного опреснения до наночипов и использования энергии солнца.

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Источник: http://ecotechnica.com.ua/technology/1521-razrabotana-avtonomnaya-sistema-polucheniya-vody-iz-vozdukha-water-seer.html

Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы

За последние годы технология производства тепловых насосов значительно усовершенствовалась. Первые варианты могли лишь частично удовлетворить потребности в тепловой энергии. Современные разновидности более эффективны и могут применяться для систем отопления.

Именно поэтому смонтировать тепловой насос своими руками пытаются многие домовладельцы.

Функциональные особенности и классификация

Под термином тепловой насос понимается набор определенного оборудования. Основной функцией этого оборудования является сбор тепловой энергии и ее транспортировка к потребителю. Источником такой энергии может стать любое тело или среда, обладающая температурой от +1º и более градусов.

В окружающей нас среде источников низкотемпературного тепла более чем достаточно. Это промышленные отходы предприятий, тепловых и атомных электростанций, канализационные стоки и пр. Для работы тепловых насосов в сфере отопления дома нужны три самостоятельно восстанавливающихся природных источника — воздух, вода, земля.

Три перечисленных потенциальных поставщика энергии напрямую связаны с энергией солнца, которое путем нагревания приводит в движение воздух с ветром и сообщает тепловую энергию земле. Именно выбор источника является основными критерием, согласно которому классифицируют тепловые насосные системы.

Принцип действия тепловых насосов базируется на способности тел или сред передавать тепловую энергию другому телу или среде. Получатели и поставщики энергии в тепловых насосных системах работают обычно в паре. Так различают следующие виды тепловых насосов:

• Воздух — вода.
• Грунт — вода.
• Вода — воздух.
• Вода — вода.
• Грунт — воздух.
• Вода — вода.

При этом первое слово определяет тип среды, у которой система отбирает низкотемпературное тепло. Второе указывает на вид носителя, которому и передается эта тепловая энергия. Так, в тепловых насосах вода — вода, тепло отбирается у водной среды и в качестве теплоносителя используется жидкость.

Современные тепловые насосы используют три основных источника тепловой энергии. Это — грунт, вода и воздушная среда. Самый простой из этих вариантов — воздушный тепловой насос. Популярность таких систем связана с их довольно несложной конструкцией и простотой монтажа.

Однако несмотря на такую популярность, эти разновидности имеют довольно низкую производительность. К тому же КПД нестабилен и зависим сезонных колебаний температурного режима. С понижением температуры их производительность значительно падает. Такие варианты тепловых насосов можно рассматривать как дополнение к имеющемуся основному источнику тепловой энергии.

Варианты оборудования, использующего тепло грунта, считаются более эффективными. Грунт получает и аккумулирует тепловую энергию не только от Солнца, он постоянно подогревается за счет энергии земного ядра. То есть грунт является своеобразным тепловым аккумулятором, мощность которого, практически, не ограничена. Причем температура грунта, особенно на некоторой глубине, постоянна и колеблется в незначительных пределах.

Сфера применения энергии, вырабатываемой тепловыми насосами:

Постоянство температуры источника является важным фактором стабильной и эффективной работы данного вида энергетического оборудования. Аналогичными характеристиками обладают системы, в которых водная среда является основным источником тепловой энергии. Коллектор таких насосов располагают либо в скважине, где он оказывается в водоносном слое, либо в водоеме.

Среднегодовая температура таких источников, как грунт и вода, варьируется от +7º до + 12º С. Такой температуры вполне достаточно для того, чтобы обеспечить эффективную работу системы.

Основные элементы конструкции тепловых насосов

Для того чтобы установка получения энергии работала согласно принципам работы теплового насоса, в его конструкции должны присутствовать 4 основных агрегата, это:

• Компрессор.
• Испаритель.
• Конденсатор.
• Дроссельный клапан.

Важным элементом конструкции теплового насоса является компрессор. Его основная функция — повышение давления и температуры паров, образующихся в результате кипения хладагента. Для климатической техники и тепловых насосов в частности применяются современные спиральные компрессоры.

Такие компрессоры рассчитаны на эксплуатацию при минусовых температурах. В отличие от других разновидностей спиральные компрессоры производят мало шума и работают, как при низких температурах кипения газа, так и при высоких температурах конденсации. Несомненным преимуществом считаются их компактные размеры и небольшой удельный вес.

Испаритель как конструктивный элемент представляет собой емкость, в которой происходит превращение в пар жидкого хладагента. Хладагент, циркулируя по замкнутому контуру, проходит через испаритель. В нем хладагент разогревается и превращается в пар. Образующийся пар под низким давлением направляется в сторону компрессора.

В компрессоре пары хладагента подвергаются действию давления и их температура возрастает. Компрессор перекачивает под большим давлением разогретый пар в сторону конденсатора.

Следующий конструктивный элемент системы — конденсатор. Его функция сводится к отдаче тепловой энергии внутреннему контуру отопительной системы. Серийные образцы, изготавливаемые промышленными предприятиями, оснащаются пластинчатыми теплообменниками. Основным материалом для таких конденсаторов служит легированная сталь или медь.

Терморегулирующая арматура теплового насоса

Терморегулирующий, или иначе дроссельный, клапан устанавливается в начале той части гидравлического контура, где циркулирующая среда высокого давления преобразуется в среду с низким давлением. Точнее дроссель в паре с компрессором делят контур теплового насоса на две части: одну с высокими параметрами давления, другую — с низкими.

При прохождении через расширительный дроссельный вентиль циркулирующая по замкнутому контуру жидкость частично испаряется, вследствие чего давление вместе с температурой падают. Затем поступает в теплообменник, сообщающийся с окружающей средой. Там захватывает энергию среды и переносит ее обратно в систему.

С помощью дроссельного клапана происходит регулирование потока хладагента в сторону испарителя. При выборе клапана нужно учитывать параметры системы. Клапан должен соответствовать этим параметрам.

Выбор типа теплового насоса

Основным показателем этой системы обогрева является мощность. От мощности в первую очередь будут зависеть и финансовые затраты на покупку оборудования и выбор того либо иного источника низкотемпературного тепла. Чем выше мощность тепловой насосной системы, тем больше стоимость комплектующих элементов.

В первую очередь имеется в виду мощность компрессора, глубина скважин для геотермических зондов, либо площадь для размещения горизонтального коллектора. Правильные термодинамические расчеты являются своеобразной гарантией того, что система будет эффективно работать.

Для начала следует изучить участок, который планируется для монтажа насоса. Идеальным условием будет наличие на этом участке водоема. Использование варианта типа вода-вода значительно сократит объем земляных работ. Использование тепла Земли напротив предполагает большое количество работ, связанных с выемкой грунта. Системы, которые в качестве низкопотенциального тепла используют водную среду, считаются наиболее эффективными.

Использовать тепловую энергию грунта можно двумя способами. Первый предполагает бурение скважин диаметром 100-168 мм. Глубина таких скважин, в зависимости от параметров системы, может достигать 100 м и более. В эти скважины помещают специальные зонды. При втором способе используется коллектор из труб. Такой коллектор размещается под землей в горизонтальной плоскости. Для этого варианта необходимо достаточно большая площадь.

Для укладки коллектора идеальными считаются участки с влажным грунтом. Естественно, бурение скважин обойдется дороже, нежели горизонтальное расположение коллектора. Однако не на каждом участке есть свободные площади. На один кВт мощности теплового насоса нужно от 30 до 50м² площади.

В случае с наличием на участке высоко залегающего горизонта грунтовых вод, теплообменники можно устроить в двух расположенных на расстоянии около 15 м друг от дружки скважинах. Отбор тепловой энергии в таких системах путем перекачивания грунтовой воды по замкнутому контуру, части которого расположены в скважинах. Такая система нуждается в установке фильтра и периодической чистке теплообменника.

Самая простая и дешевая схема теплового насоса основана на извлечении тепловой энергии из воздуха. Некогда она стала базой для устройства холодильников, позже согласно ее принципам разработаны были кондиционеры.

Оценка эффективности тепловых насосов

Эффективность различных типов данного оборудования неодинакова. Наименьшими показателями обладают насосы, использующие воздушную среду. К тому же эти показатели напрямую зависят от погодных условий.

Грунтовые разновидности тепловых насосов имеют стабильные показатели. Коэффициент эффективности данных систем варьируется в пределах 2,8 -3,3. Наибольшей эффективность обладают системы вода-вода. Это связано, в первую очередь, со стабильностью температуры источника.

Надо заметить, что чем глубже расположен в водоеме коллектор насоса, тем стабильнее будет температура. Для получения мощности системы в 10КВт, необходимо около 300 метров трубопровода.

Основным параметром, характеризующим эффективность работы теплового насоса, считается его коэффициент преобразования. Чем выше коэффициент преобразования, тем эффективнее считается тепловой насос.

Самостоятельная сборка теплового насоса

Зная схему действия и устройство теплового насоса, собрать и смонтировать самостоятельно подобную систему вполне возможно. Перед началом работ необходимо рассчитать все основные параметры будущей системы. Для расчета параметров будущего насоса можно воспользоваться программным обеспечением , предназначенным для оптимизации систем охлаждения.

Наиболее простым в сооружении вариантом является система воздух-вода. Она не требует сложных работ по устройству внешнего контура, который присущ водным и грунтовым разновидностям тепловых насосов. Для монтажа понадобятся лишь два канала, по одному из которых будет подаваться воздух, по второму отводиться отработанная масса.

Кроме вентилятора необходимо обзавестись компрессором нужной мощности. Для такого агрегата вполне подойдет компрессор, которым оснащаются обычные сплит-системы. Необязательно покупать новый агрегат. Можно снять его со старого оборудования. Желательно применять спиральную разновидность. Эти варианты компрессоров помимо обладания достаточной эффективностью создают высокое давление, обеспечивающее повышение температуры.

Для устройства конденсатора понадобится емкость и медная труба. Из трубы делается змеевик. Для его изготовления используется любое цилиндрическое тело нужного диаметра. Намотав на него медную трубу можно легко и быстро изготовить этот элемент конструкции.

Готовый змеевик монтируется в предварительно разрезанную пополам емкость. Для изготовления емкости лучше использовать материалы, стойкие к коррозионным процессам. После помещения в него змеевика, половинки бака свариваются.

Площадь змеевика рассчитывается по следующей формуле:

МТ/0,8 РТ

• МТ — мощность тепловой энергии, которая выдает система.
• 0,8 — коэффициент теплопроводности при взаимодействии воды с материалом змеевика.
• РТ — разница температур воды на входе и на выходе.

Выбирая медную трубу для самостоятельного изготовления змеевика, нужно обратить внимание на толщину стенок. Она должна быть не менее 1 мм. В противном случае при намотке труба будет деформироваться. Трубу, по которой осуществляется вход хладагента, располагают в верхней части емкости.

Испаритель теплового насоса можно выполнить в двух вариантах — в виде емкости с находящимся в ней змеевиком и в виде трубы в трубе. Поскольку, температура жидкости в испарителе небольшая, емкость можно выполнить из пластиковой бочки. В эту емкость помещается контур, который выполняется из медной трубы.

В отличие от конденсатора, спираль змеевика испарителя должна соответствовать диаметру и высоте выбранной емкости. Второй вариант испарителя: труба в трубе. В таком варианте трубка с хладагентом размещается в пластиковой трубе большего диаметра, по которой циркулирует вода. Длинна такой трубы зависит от планируемой мощности насоса. Она может быть от 25 до 40 метров. Такую трубу сворачивают в спираль.

Терморегулирующий клапан относится к запорно-регулирующей трубопроводной арматуре. В качестве запорного элемента в ТРВ используется игла. Положение запорного элемента клапана обуславливается температурой в испарителе. Это важный элемент системы имеет довольно сложную конструкцию. В ее состав входят:

• Термоэлемент.
• Диафрагма.
• Капиллярная трубка.
• Термобаллон.

Эти элементы могут прийти в негодность при высокой температуре. Поэтому во время работ по пайке системы клапан следует изолировать при помощи асбестовой ткани. Регулирующий клапан должен соответствовать производительности испарителя.

После проведения работ по изготовлению основных конструкционных частей наступает ответственный момент сборки всей конструкции в единый блок. Наиболее ответственным этапом является процесс закачки хладагента или теплоносителя в систему. Самостоятельное проведение подобной операции вряд ли по силам простому обывателю. Тут придется обратиться к профессионалам, которые занимаются ремонтом и обслуживанием климатического оборудования.

У работников этой сферы, как правило, имеется необходимое оборудование. Помимо заправки хладагента они могут протестировать работу системы. Самостоятельная закачка хладагента может привести не только к поломке конструкции, но и к тяжелым травмам. Кроме того, для запуска системы так же необходимо специальное оборудование.

При запуске системы происходит пиковая пусковая нагрузка, составляющая 40 А. Поэтому запуск системы без пускового реле невозможен. После первого пуска необходима регулировка клапана и давления хладагента.

К выбору хладагента стоит отнестись со всей серьезностью. Ведь именно это вещество по сути считается основным «переносчиком» полезной тепловой энергии. Из существующих современных хладагентов наибольшей популярностью пользуются фреоны. Это производные углеводородных соединений, в которых часть атомов углерода замещается на другие элементы.

В результате проведения этих работ получилась система с замкнутым контуром. В нем будет циркулировать хладагент, обеспечивая отбор и перенос тепловой энергии от испарителя к конденсатору. При подключении тепловых насосов к системе теплоснабжения дома следует учитывать, что температура воды на выходе из конденсатора не превышает 50 — 60 градусов.

В связи небольшой температурой тепловой энергии, вырабатываемой тепловым насосом, в качестве потребителя тепла нужно выбирать специализированные приборы отопления. Это может быть теплый пол или же объемные низко-инерционные радиаторы из алюминия или стали с большой площадью излучения. Самодельные варианты тепловых насосов наиболее уместно рассматривать в качестве вспомогательного оборудования, которое поддерживает и дополняет работу основного источника.

С каждым годом конструкции тепловых насосов совершенствуются. В промышленных образцах, предназначенных для бытового использования, используются более эффективные теплопередающие поверхности. В результате производительность систем постоянно растет.

Немаловажным фактором, который стимулирует развитие подобной технологии производства тепловой энергии, является экологическая составляющая. Подобные системы помимо того, что являются довольно эффективными, не загрязняют окружающую среду. Отсутствие открытого пламени делает его работу абсолютно безопасной.

Выводы и полезное видео по теме

Как сделать простейший самодельный тепловой насос с теплообменником из РЕХ трубы:

В качестве альтернативных систем отопления довольно давно используются тепловые насосы. Эти системы обладают надежностью, длительным сроком службы и, что немаловажно, безвредны для окружающей среды. Они всерьез начинают рассматриваться, как очередной шаг на пути развития эффективных и безопасных систем отопления.

Источник: http://sovet-ingenera.com/eco-energy/teplovye-nasosy/teplovoj-nasos-svoimi-rukami.html

СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ХЛАДОПОСТАВКИ

Абсорбционные солнечные кондиционеры

Использование солнечной энергии для кондиционирования воздуха — привлекательная идея не только для южных регионов, где расходы на охлаждение являются определяющими в расходах тепла на поддержание в помещениях комфортных условий, но и для кондиционирования воздуха в общественных зданиях средних и даже северных регионов. Использование солнечной энергии для кондиционирования заманчиво и потому, что график прихода солнечной энергии совпадает с графиком потребления холода и потому, что добавление солнечного охлаждения к отоплению позволяет значительно улучшить экономику солнечного теплоснабжения.

Известны методы использования солнечной энергии для охлаждения могут быть разбиты на три класса: солнечный абсорбционное охлаждения, солнечно-механические системы и относительно солнечные системы, которые не работают от солнца, но используют для охлаждения некоторые компоненты солнечных систем. Внутри каждого класса систем можно было бы выделить свои подклассы, когда используются различные хладагентом, различные температурные уровни, а. следовательно, различные солнечные коллекторы, различные системы контроля.

Абсорбционное кондиционирования, основанное на поглощении хладоагентов растворами абсорбентов или адсорбентов, возможно осуществлять за счет солнечной энергии, если ее достаточно для осуществления основного этапа процесса регенерации рабочего вещества. Это могут быть закрыты циклы, например, с растворами бромистого лития в воде или растворами аммиака в воде, или открытые циклы, в которых хладагентом является вода, сочетаются с атмосферой. Остановимся кратко на некоторых абсорбционных солнечных охладителях, основанных на использовании водного раствора бромистого лития, раствора аммиака в воде и на осушительно-уволожнювальном кондиционировании воздуха. На сегодня абсорбционное кондиционирования за счет энергии от солнечных коллекторов и систем, аккумулирующих — наиболее простой подход к использованию солнечной энергии для кондиционирования (рис. 2.11). Сущность этой системы или ее разновидностей заключается в том, что генератор абсорбционных холодильников обеспечивается тепло от коллекторно-аккумуляторной системы.

Большинство используемых установок — бромистолитиеви машины водоохлаждаемый абсорбером и конденсатором. Поддержка температур в генераторе в пределах, обусловленных характеристиками плоских коллекторе) является решающим фактором, определяющим наряду с другими такие параметры, я эффективность теплообменников, температура охладителя.

Рис. 2.11. Схема абсорбирующего кондиционера воздуха с использованием солнечной энергии: / — солнечный коллектор; 2 — бак-аккумулятор; 5 — дополнительный источник энергии; 4 — конденсатор; 5 — испаритель; б — абсорбер; 7 — теплообменник; 8 — генератор; 9 — трехпозиционный кран

Обычно в процессе солнечного кондиционирования используется водоохлаждаемый абсорбер и конденсатор, вызывает необходимость в градирни.

Разности давлений между линиями высшего и низшего уровней в системе ИлВг-Н20 весьма ограничены, так что эти системы могут использовать паровоздушные насосы и гравитационное возврата раствора из абсорбера в генератор. Поэтому отпадает необходимость в механических нагнетателях раствора с линии низкого в линию высокого давления.

Многие машины показывают достаточно стабильные значения коэффициента полезного действия, представляющий собой отношение холодопроизводительности к энергии, подведенной к генератору, как функцию изменения температуры генератора от рабочего уровня, обеспечиваемого минимумом соответствующих условий. Коэффициент полезного действия бромистолитиевих холодильников находится в пределах 0,6 . 0,8. Если вода используется как охладитель, температуры в генераторе могут находиться в пределах 348 . 368 К. Изменение температуры в генераторе, обеспечиваемая за счет солнечной энергии, приводит к изменению производительности холодильника. Температура теплоносителя, греющей должна быть выше, чем температура в генераторе. Здесь кроется некоторая несовместимость между необходимостью повышения температурного уровня и верхней границей температуры воды в накопителе танкера системы солнечного водонагревателя, не рассчитаны на высокое давление. К тому же температура 373 К является предельной для многих солнечных коллекторов и, кроме того, возникает необходимость в охлаждающих башнях.

В ранних экспериментах по созданию бромистолитиевих холодильников использовались промышленные абсорбционные машины без каких-либо переделок с учетом использования солнечной энергии. В дальнейшем холодильники стали меняться путем реконструкции генератора. Специальные эксперименты по применению солнечных установок большой производительности для обеспечения комфортных условий школы в Атланте были проведены Вестингхаузською электрической корпорацией. Исследование технико-экономических показателей подобных систем показали, что в южных районах комбинированное использование и охлаждения экономически более выгодно, чем отдельное отопление и охлаждение. Дальнейшие исследования направлялись на упрощение системы, облегчение ЕЕ эксплуатацию.

Система водоаммиачного холодильника похожа на ту, что изображена на рис. 2.11, за исключением того, что ректификационные секции должны быть соединены с верхней частью генератора для улавливания водяных паров, идущих от испарителя в конденсатор. Основные процессы в растворе сходны с процессами, происходящими в системе ЬиВг-Н20, однако давление и перепад давлений в системе намного выше. Для перекачки раствора из абсорбера в генератор нужны механические насосы. Во многих случаях у испытуемых установках конденсатор и абсорбер охлаждаются воздухом, при этом в генераторе температура находится в пределах 398 . 443 К. Температура конденсации для кондиционеров с воздушным охлаждением соответствует более высоким температурам в генераторе, чем соответствующие параметры для системы с жидкостным охлаждением.

Есть достаточно совершенные установки, работающие за счет солнечной энергии с водоаммиачных системами. Температуры, которые необходимо создать в генераторах коммерческих холодильников, слишком высокие для современных плоских коллекторов, поэтому нужны фокусируя коллекторы и возникает необходимость создания как дешевых коллекторов такого типа, так и систем наблюдения за солнцем. Работы по водоаммиачных солнечными установками является продолжением исследований циклов, используют растворы с высокой концентрацией 1ч * Нз и направленных на уменьшение температур в генераторах. При создании солнечных холодильников наметились два пути: первый — прямое копирование существующих до сих пор холодильных машин, в том числе и абсорбционных, заменяя только энергетический источник, обеспечивающий работу генератора, второй — реконструкция генератора позволило уменьшить уровень температуры, обеспечивающей его работу и тем самым увеличить коэффициент использования солнечной энергии.

Институтом технической теплофизики НАН Украины было предложено осуществить регенерацию водно-солевых растворов абсорбционных холодильных установок путем испарения воды из них в окружающую среду, то есть сделать установки раздельного типа. При этом нагретый раствор приводится в соприкосновение с атмосферным воздухом в контактном массообменных аппарата, и испарение происходит за счет подвода тепла от внешнего источника. Потери хладагента при этом заполняют водопроводной водой. Величины потерь примерно эквивалентны потерям воды при отводе тепла конденсации в градирне. Применение такого способа регенерации (воздушной десорбции) позволяет уменьшить температуру раствора при регенерации на 12 . 14 К, соответственно увеличивает КПД гелионагривача (солнечного коллектора с однослойным остекление и нейтральным поглотителем) на 30%.

Дальнейшим усовершенствованием установок с воздушной десорбцией появилось предложение до совмещения процессов нагрева солнечными лучами раствора и восстановление его концентрации. При этом раствор стекает тонкой пленкой по зачерненный поверхности (например, по кровле дома), омываемой наружным воздухом. В этом случае уменьшения температуры регенерации упрощает и, следовательно, удешевляет гелионагривачи и всю систему в целом. Для таких устройств как абсорбент обычно выбирают водный раствор хлористого лития. В отличие от раствора бромистого лития его использование позволяет получить холодную воду с температурой ниже 283 . 285 К. Он обладает рядом преимуществ: меньшим удельным весом и рабочей концентрацией, пониженной коррозионной активностью, химической стабильностью (в процессе воздушной десорбции при контакте с воздухом в бромистолитиевому растворе возможно образование карбоната лития).

Принципиальная технологическая схема абсорбционной холодильной солнечной установки показана на рис. 2.12. Эта установка предназначена для охлаждения трехэтажного жилого дома. Как регенератор раствора используется односкатная крыша, ориентированный на юг, угол наклона его к горизонту около 5 °, площадь 180 м2.

Рис. 2.12. Принципиальная технологическая схема абсорбционно-холодильной солнечной установки: / — регенератор абсорбента; 2 — фильтр; С — теплообменник; 4 — вакуумный насос; 5,6- абсорбер — испаритель; 7-кондиционер; 8 — устройство вододобавкы; 9 — насос для кондиционной воды; 10- насос для перекачки хладагента (воды); 11 — линейный ресивер; 12- насос раствора абсорбента; 13 — градирня; 14 — насос для охлаждающей воды

Установка состоит из генератора раствора /, фильтра 2, теплообменника 3, абсорбера-испарителя 5-6 с линейным ресивером //, дренажного бака, поплавки регулятора, устройства вододобавкы в испаритель 8, вакуумнасоса 4, насосов для раствора, для хладагента (вода), для охлаждающей воды, для кондиционной воды, а также с запорных, регулирующих арматурных органов и др.

Установка работает следующим образом: кондиционная вода охлаждается в теплообменных трубах испарителя 6, паровая поверхность которого орошается кипящей при вакууме водой — хладагентом. Водяные пары, образующиеся абсорбируются в абсорбере 5 раствором хлористого лития, который при этом разбавляется. Теплота абсорбции отводится оборотной водой, поступающей из градирни. Воздух и другие газы, не конденсируются, удаляются из блока испарителя вакуумным насосом 4. Для восстановления концентрации слабый раствор подается на солнечный регенератор / через теплообменник 5, где предварительно нагревается. Крепкий раствор после регенерации сливается через воронку и направляется на абсорбцию. Он предварительно охлаждается в теплообменнике С, отдавая теплоту встречному потоку слабого раствора и воде с градирни. После этого слабый раствор поступает на орошение охлаждаемых трубок воздухоохладителя. Парогазовая смесь, удаляется из блока абсорбер-испаритель, перед поступлением в вакуумный насос омывает эти трубки и обогащается воздухом.

Раствор поступает в систему из регенератора, очищается от загрязнений в гравитационном фильтре 2. Кроме того, в схеме предусмотрены фильтры тонкой очистки от взвешенных частиц, продуктов коррозии и др. Как регенератор используется специальным образом оборудована поверхность крыши.

Устройство над поверхностью регенератора прозрачного экрана хотя и удорожает его, но предохраняет раствор от загрязнения, исключает отнесение раствора и позволяет нагреть его до более высокой температуры (не ухудшая условия регенерации). В этой установке кровля дома, орошаемая раствором, накрытая однослойным остеклением, образующей с кровлей щелевой канал для прохода воздуха. На входе в канал воздух очищается в фильтрах и, двигаясь против движения пленки, увлажняется поглощая воду, которая испаряется из раствора.

После регенерации раствор, имеет температуру около 338 К охлаждается в теплообменнике водопроводной водой используемой затем для горячего водоснабжения. Предварительно эта вод; нагревается в специально выделенной секции охладителя абсорбера. ^ Этом случае сокращается расход охлаждающей воды и соответственно потерь «теплоты в окружающую среду. Кровля имеет довольно значительный уклон, таи что движение воздуха осуществляется за счет разницы удельных весов нагревающего и наружного воздуха.

В открытом регенераторе в абсорбент попадает и некоторое количество воздуха, что негативно сказывается на процессе абсорбции и вызывает усиление коррозии аппаратов, поэтому холодный крепкий раствор после теплообменника поступает в деаэратор, из которого газы, не сконденсировались, постоянно удаляются небольшим насосом. Деаэратор соединяется с абсорбером. После деаэрации крепкий раствор смешивается со слабым и направляется на орошение теплообменных труб абсорбера.

Покрытие регенератора выполняется с гидрофильных материалов, обеспечивает образование тонкой сплошной пленки стекающего абсорбента. Даже на материалах, смачиваются хорошо, минимальная площадь орошения составляет 80 . 100 кг / п. м, что вызывает необходимость рециркуляции раствора в регенераторе, которая осуществляется специальным насосом.

Во время дождя установка не работает, раствор поступает в абсорбер. Первые порции дождевой воды, содержащие много хлористого лития, собираются в баке емкостью 4 м остальная вода направляется в канализацию.

Используется аккумулятор тепла или холода большой емкости, рассчитанной примерно на 2 часа.

Другой класс абсорбционных кондиционеров использует комбинацию теплообменников, испарительных холодильников и осушителей. Эти системы берут воздуха или снаружи, или из помещения, осушают и затем охлаждают при испарении. Теплообменники используются в качестве устройств для сохранения энергии.

Основная идея осушительных-охлаждающих циклов может быть проиллюстрирована на примере «системы контроля окружающей среды» (рис. 2.13 а). Наиболее удобным способом визуализации процессов, происходящих в системе, является изображение в Психрометрический диаграмме изменения состояния воздуха, прошедшего через систему.

Рис. 2. 13. Солнечная система обработки воздуха раствором: а — схема солнечной системы; б — солнечная система в Психрометрический диаграмме для идеальных условий; / — Вентилятор; // — Роторный теплообменник; /// — Роторный теплообменник; IV- роторный теплообменник; V- увлажнитель

Система в описываемом случае использует 100% наружного воздуха. Модификация этой системы, так называемый рециркуляционный вариант, пропускает на рециркуляцию через систему кондиционные выходящего воздуха из помещения.

В Психрометрический диаграмме обработки воздуха (рис. 2.13 6) наружный воздух, что параметры точки /, проходит через роторный теплообменник, после чего имеет более высокую температуру и более низкую влажность — точка 2. Охлаждение воздуха, прошедшего роторный теплообменник, осуществляется в соответствии с точки 3. Затем оно входит в испарительный теплообменник (холодильник) и охлаждается до состояния 4. Воздух входит в дом, тепловая нагрузка которого определяется разницей состояний точки 4 и точки 5. Воздух, покидает дом в состоянии и входит в испарительный холодильник и охлаждается к состоянию 6. При идеальных условиях температура в состоянии бы будет такой же, как и в состоянии и. Воздух входит в роторный теплообменник и нагревается до состояния 7, что при идеальных условиях будет соответствовать температуре состояния 2.

Дополнительно в этом случае солнечная энергия используется для нагрева воздуха от состояния 7 до состояния точки 8. Воздух с параметрами точки 8 входит в роторный теплообменник и охлаждается до состояния точки 9, при этом содержание влаги увеличивается.

Это диаграмма идеального процесса, в котором в испарительных холодильниках процесс идет по линии насыщения и эффективность тепло- и массообмена одинакова. Процесс тепло- массообмена в роторном теплообменнике достаточно сложный. В отечественной практике кондиционирования метод осушки воздуха с помощью солеводяних растворов хлористого лития и хлористого кальция включает такие процессы. Воздух обрабатывается в камере с насадкой концентрированными растворами указанных солей. В результате поглощения водяных паров оно осушается, а раствор становится менее концентрированным слабым. Для повторного применения слабый раствор необходимо восстанавливать до заданной концентрации путем выпаривания — регенерации раствора. Для этих целей используются кипятильники, после чего раствор должен быть охлажден.

Схема осушительно-увлажняющей установки представлена на рис. 2.14. Она состоит из камеры с раствором / и водой 2 с вентилятором 8, теплообменника С, градирни 4 с вентилятором 10 емкости для раствора 5 и воды 6, солнечного регенератора 7, теплообменника 8 с резервуаром для воды 15 насосов для раствора 11 и для воды 12.

Рис. 2.14. Схема солнечной осушительно-увлажняющей установки для кондиционирования воздуха: 1,2 камеры соответствии с раствором и водой; 3,8 — теплообменники; 4 — градирня и 5, б — емкости для раствора и воды; 7 — солнечный регенератор; 9,10 — вентиляторы; //, 12 — насосы; 13, 14, 16,17- вентиляторы; 15 — емкость для сбора горячей воды 18 — застекленная часть регенератора

Установка работает следующим образом. Обрабатываемую приточный воздух, проходя последовательно камеры 1-2, поступает в охлаждаемое помещение. В камере / за счет передачи раствора воздуха явной и скрытой теплоты температура его снижается и при адиабатическом увлажнении в камере 2 его температура снижается до 288 . 293 К при относительной влажности 85 — 90%. Смешиваясь с внутренним воздухом, приточный воздух приобретает среднюю для помещения температуру 297 . 298 К, при этом его относительная влажность снижается до 50 — 60%. За счет тепла, полученного от воздуха, температура раствора в камере / увеличивается до 303 . 308 К, а его концентрация снижается и раствор поступает в емкость 5, откуда с помощью насоса прогоняется через теплообменник 3 и снова в камеру /. Другая небольшая часть тем же насосом подается в солнечный регенератор 7. До поступления в камеру / раствор в теплообменнике С охлаждается водой, которая в свою очередь передает полученное от раствора тепло окружающему пространству с помощью обработки ее в градирне 4. Часть раствора после регенерации и нагрева поступает в емкость 5 с раствором повышенной концентрации.

Нагретая в резервуаре 15 вода может использоваться для бытовых нужд. Объединение устройств различного назначения в одной установке повышает ее энергетическую эффективность.

Источник: http://studbooks.net/70604/tehnika/sistemy_solnechnogo_hladopostavki

Pandora: Экопоселение — тепло — Pandora

• Pandora
• » Экология
• » Экопоселение

• Активные темы
• Правила форума

Экопоселение — тепло Отопление, горячая вода, приготовление пищи.

• 
• Собеседник

• Группа: Пользователи
• Сообщений: 499
• Регистрация: 11 Март 11
• Skin: na’vi night
• Город Ярославль
• Время онлайн: 32 дн. 19 час. 7 мин. 12 сек.

В этой теме предлагаю обсуждать получение хранение и использование тепловой энергии.

Начну с теплового насоса.

Информация о тепловых насосах:

Тепловой насос

Воздушный тепловой насос.(Кондиционер)

Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой. Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель — теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии.
Общие сведения

Основу эксплуатируемого сегодня в мире парка теплонасосного оборудования составляют парокомпрессионные тепловые насосы, но применяются также и абсорбционные, электрохимические и термоэлектрические. Эффективность тепловых насосов принято характеризовать величиной безразмерного коэффициента трансформации энергии К тр, определяемого для идеального цикла Карно по следующей формуле:

где T_out и T_in — температуры соответственно на выходе и на входе насоса.

где: Т_оut-температурный потенциал тепла, отводимого в систему отопления или теплоснабжения, К; _Тіn -температурный потенциал источника тепла , К. Коэффициент трансформации теплового насоса, или теплонасосной системы теплоснабжения (ТСТ) К_тр представляет собой отношение полезного тепла, отводимого в систему теплоснабжения потребителю, к энергии, затрачиваемой на работу теплонасосной системы теплоснабжения, и численно равен количеству полезного тепла, получаемого при температурах Т_оut и Т_in, на единицу энергии, затраченной на привод ТН или ТСТ. Реальный коэффициент трансформации отличается от идеального, описанного формулой, на величину коэффициента h, учитывающего степень термодинамического совершенства ГТСТ и необратимые потери энергии при реализации цикла.

Как и холодильная машина, тепловой насос потребляет энергию на реализацию термодинамического цикла (привод компрессора). Коэффициент преобразования теплового насоса — отношение теплопроизводительности к электропотреблению — зависит от уровня температур в испарителе и конденсаторе и колеблется в различных системах в диапазоне от 2,5 до 5, то есть на 1 кВт затраченной электрической энергии тепловой насос производит от 2,5 до 5 кВт тепловой энергии. Температурный уровень теплоснабжения от тепловых насосов 35 — 55 °C. Экономия энергетических ресурсов достигает 70 %. Промышленность технически развитых стран выпускает широкий ассортимент парокомпрессионных тепловых насосов тепловой мощностью от 5 до 1000 кВт.

Эффективность

В процессе работы компрессор потребляет электроэнергию. Соотношение вырабатываемой тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом трансформации (или коэффициентом преобразования теплоты) и служит показателем эффективности теплового насоса. Эта величина зависит от разности уровня температур в испарителе и конденсаторе: чем больше разность, тем меньше эта величина.

По этой причине тепловой насос должен использовать по возможности большее количество источника низкопотенциального тепла, не стремясь добиться его сильного охлаждения. В самом деле, при этом растёт эффективность теплового насоса, поскольку при слабом охлаждении источника тепла не происходит значительного роста разницы температур. По этой причине тепловые насосы делают так, чтобы масса низкотемпературного источника тепла была значительно большей, чем нагреваемая масса. Для этого, также, необходимо увеличивать площади теплообмена, чтобы перепад температур между источником тепла и холодным рабочим телом, а также между горячим рабочим телом и отапливаемой средой был поменьше. Это снижает затраты энергии на отопление, но приводит к росту габаритов и стоимости оборудования.

Типы тепловых насосов

Схема компрессионного теплового насоса.
1) конденсатор, 2) дроссель, 3) испаритель, 4) компрессор.

В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются на компрессионные и абсорбционные. Компрессионные тепловые насосы всегда приводятся в действие с помощью механической энергии (электроэнергии), в то время как абсорбционные тепловые насосы могут также использовать тепло в качестве источника энергии (с помощью электроэнергии или топлива).
В зависимости от источника отбора тепла тепловые насосы подразделяются на :

Геотермальные (используют тепло земли, наземных либо подземных грунтовых вод)

а) замкнутого типа

Горизонтальный геотермальный тепловой насос

Коллектор размещается кольцами или извилисто в горизонтальных траншеях ниже глубины промерзания грунта (обычно от 1,20 м и более)[8]. Такой способ является наиболее экономически эффективным для жилых объектов при условии отсутствия дефицита земельной площади под контур.

Коллектор размещается вертикально в скважины глубиной до 200 м[9]. Этот способ применятся в случаях, когда площадь земельного участка не позволяет разместить контур горизонтально или существует угроза повреждения ландшафта.

Коллектор размещается извилисто либо кольцами в водоеме (озере, пруду, реке) ниже глубины промерзания. Это наиболее дешевый вариант, но есть требования по минимальной глубине и объёму воды в водоеме для конкретного региона.

б) открытого типа

Подобная система использует в качестве теплообменной жидкости воду, циркулирующую непосредственно через систему геотермального теплового насоса в рамках открытого цикла, то есть вода после прохождения по системе возвращается в землю. Этот вариант возможно реализовать на практике лишь при наличии достаточного количества относительно чистой воды и при условии, что такой способ использования грунтовых вод не запрещен законодательством.

Воздушные (источником отбора тепла является воздух)
Использующие производное (вторичное) тепло (например, тепло трубопровода центрального отопления). Подобный вариант является наиболее целесообразным для промышленных объектов, где есть источники паразитного тепла, которое требует утилизации.

По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: «грунт—вода», «вода—вода», «воздух—вода», «грунт—воздух», «вода—воздух», «воздух—воздух».

Типы промышленных моделей

Тепловой насос «солевой раствор — вода»

По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: «грунт—вода», «вода—вода», «воздух—вода», «грунт—воздух», «вода—воздух», «воздух—воздух». Почти все вновь выходящие на рынок устройства используют тепло выпускаемого из помещения воздуха. Также фильтруют и увлажняют при необходимости всасываемый извне воздух.
Отбор тепла от воздуха

Эффективность и выбор определённого источника тепловой энергии сильно зависит от климатических условий, особенно, если источником отбора тепла является атмосферный воздух. По сути этот тип более известен в виде кондиционера. В жарких странах таких устройств десятки миллионов. Для северных стран наиболее актуален именно обогрев зимой. Системы «воздух-воздух» используются и зимой при температурах до минус 25 градусов, некоторые модели продолжают работать до −40 градусов. Но их эффективность резко падает. При более сильных морозах нужно дополнительное отопление.

Отбор тепла от горной породы

Скальная порода требует бурения скважины на достаточную глубину (100 −200 метров) или нескольких таких скважин. В скважину опускается U-образный груз с двумя пластиковыми трубками, составляющими контур. Трубки заполняются антифризом. По экологическим соображениям это 30 % раствор этилового спирта. Скважина заполняется грунтовыми водами естественным путём, и вода проводит тепло от камня к теплоносителю. При недостаточной длине скважины или попытке получить от грунта сверхрасчётную мощность, эта вода и даже антифриз могут замёрзнуть что и ограничивает максимальную тепловую мощность таких систем. Именно температура возвращаемого антифриза и служит одним из показателей для схемы автоматики. Ориентировочно на 1 погонный метр скважины приходится 50-60 Вт тепловой мощности. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной около 170 м. Нецелесообразно бурить глубже 200 метров, дешевле сделать несколько скважин меньшей глубины через 10 — 20 метров друг от друга. Даже для маленького дома в 110—120 кв.м. при небольшом энергопотреблении срок окупаемости 10 — 15 лет.[11] Почти все имеющиеся на рынке установки работают и летом, при этом тепло (по сути солнечная энергия) отбирается из помещения и рассеивается в породе или грунтовых водах. В скандинавских странах со скальным грунтом гранит выполняет роль массивного радиатора, получающего тепло летом/днём и рассеивающего его обратно зимой/ночью. Также тепло постоянно приходит из недр Земли и от грунтовых вод.

Отбор тепла от грунта

Самые эффективные но и самые дорогие схемы предусматривают отбор тепла от грунта, чья температура не меняется в течение года уже на глубине нескольких метров, что делает установку практически независимой от погоды. По данным[источник не указан 343 дня] 2006 года в Швеции полмиллиона установок, в Финляндии 50 000, в Норвегии устанавливалось в год 70 000. При использовании в качестве источника тепла энергии грунта трубопровод, в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на 30-50 см ниже уровня промерзания грунта в данном регионе. На практике 0,7 — 1,2 метра[источник не указан 343 дня]. Минимальное рекомендуемое производителями расстояние между трубами коллектора — 1,5 метра, минимум — 1,2. Здесь Не требуется бурение, но требуются более обширные земельные работы на большой площади, и трубопровод более подвержен риску повреждения. Эффективность такая же, как при отборе тепла из скважины. Специальной подготовки почвы не требуется. Но желательно использовать участок с влажным грунтом, если же он сухой, контур надо сделать длиннее. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 м трубопровода: в глине — 50-60 Вт, в песке — 30-40 Вт для умеренных широт, на севере значения меньше.[12] Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длиной 350—450 м, для укладки которого потребуется участок земли площадью около 400 м² (20х20 м). При правильном расчёте контур мало влияет на зелёные насаждения[источник не указан 343 дня].

Отбор тепла от водоёма

При использовании в качестве источника тепла близлежащего водоёма контур укладывается на дно. Глубина не менее 2 метров. Коэффициент преобразования энергии тепловым насосом такой же как при отборе тепла от грунта. Ориентировочное значение тепловой мощности на 1 м трубопровода — 30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длиной 300 м. Чтобы трубопровод не всплывал, на 1 пог. м устанавливается около 5 кг груза. Промышленные образцы: 70 — 80 кВт*ч/м в год.[14]

Если тепла из внешнего контура всё же недостаточно для отопления в сильные морозы, практикуется эксплуатация насоса в паре с дополнительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использовании бивалентной схемы отопления). Когда уличная температура опускается ниже расчётного уровня (температуры бивалентности), в работу включается второй генератор тепла — чаще всего небольшой электронагреватель.

Преимущества и недостатки

К преимуществам тепловых насосов в первую очередь следует отнести экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВт·ч тепловой энергии установке необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт·ч электроэнергии. Так как преобразование тепловой энергии в электрическую на крупных электростанциях происходит с кпд до 50 %, эффективность использования топлива при применении тепловых насосов повышается. Упрощаются требования к системам вентиляции помещений и повышается уровень пожарной безопасности. Все системы функционируют с использованием замкнутых контуров и практически не требуют эксплуатационных затрат, кроме стоимости электроэнергии, необходимой для работы оборудования.

Ещё одним преимуществом тепловых насосов является возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом: просто вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фэн-койлы или системы «холодный потолок».

Тепловой насос надежен, его работой управляет автоматика. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют особых навыков и описаны в инструкции.

Важной особенностью системы является её сугубо индивидуальный характер для каждого потребителя, который заключается в оптимальном выборе стабильного источника низкопотенциальной энергии, расчете коэффициента преобразования, окупаемости и прочего.

Теплонасос компактен (его модуль по размерам не превышает обычный холодильник) и практически бесшумен.

Хотя идея, высказанная лордом Кельвином в 1852 году, была реализована уже спустя четыре года, практическое применение теплонасосы получили только в 30-х годах прошлого века. В западных странах тепловые насосы применяются давно — и в быту, и в промышленности. Сегодня в Японии, например[источник не указан 128 дней], эксплуатируется около 3 миллионов установок, в Швеции около 500 000 домов обогревается тепловыми насосами различных типов.

К недостаткам тепловых насосов, используемых для отопления, следует отнести большую стоимость установленного оборудования.

Перспективы

Для установки теплового насоса необходимы высокие первоначальные затраты: стоимость насоса и монтажа системы составляет $300-1200 на 1 кВт необходимой мощности отопления. Время окупаемости теплонасосов составляет 4-9 лет, при сроке службы по 15-20 лет до капитального ремонта[источник не указан 546 дней].

Существует и альтернативный взгляд на экономическую целесообразность установки теплонасосов. Так, если установка теплонасоса производится на средства взятые в кредит, экономия от использования теплонасоса может быть меньше, чем стоимость использования кредита. Поэтому массовое использования теплонасосов в частном секторе можно ожидать, если стоимость теплонасосного оборудования будет сопоставима с затратами на установку газового отопления и подключения к газовой сети.

Ещё более многообещающей является система, комбинирующая в единую систему теплоснабжения геотермальный источник и тепловой насос. При этом геотермальный источник может быть как естественного (выход геотермальных вод), так и искусственного происхождения (скважина с закачкой холодной воды в глубокий слой и выходом на поверхность нагретой воды).

Другим возможным применением теплового насоса может стать его комбинирование с существующими системами централизованного теплоснабжения. К потребителю в этом случае может подаваться относительно холодная вода, тепло которой преобразуется тепловым насосом в тепло с потенциалом, достаточным для отопления. Но при этом вследствие меньшей температуры теплоносителя потери на пути к потребителю (пропорциональные разности температуры теплоносителя и окружающей среды) могут быть значительно уменьшены. Также будет уменьшен износ труб центрального отопления, поскольку холодная вода обладает меньшей коррозионной активностью, чем горячая.

Ограничения применимости тепловых насосов

Основным недостатком теплового насоса является обратная зависимость его эффективности от разницы температур между источником теплоты и потребителем. Это накладывает определенные ограничения на использование систем типа «воздух — вода». Реальные значения эффективности современных тепловых насосов составляют порядка СОР=2.0 при температуре источника −20 °C, и порядка СОР=4.0 при температуре источника +7 °C. Это приводит к тому, что для обеспечения заданного температурного режима потребителя при низких температурах воздуха необходимо использовать оборудование со значительной избыточной мощностью, что сопряжено с нерациональным использованием капиталовложений (впрочем, это касается и любых других источников тепловой энергии). Решением этой проблемы является применение так называемой бивалентной схемы отопления, при которой основную (базовую) нагрузку несет тепловой насос, а пиковые нагрузки покрываются вспомогательным источником (газовый или электрокотел). Оптимальная мощность теплонасосной установки составляет 60…70 % от необходимой установленной мощности. В этом случае тепловой насос обеспечивает не менее 95 % потребности потребителя в тепловой энергии за весь отопительный сезон. При такой схеме среднесезонный коэффициент преобразования энергии для климатических условий Центральной Европы равен порядка СОР=3. Коэффициент использования первичного топлива для такой системы легко определить, исходя из того, что КПД тепловых электростанций составляет от 40 % (тепловые электростанции конденсационного типа) до 55 % (парогазовые электростанции). Соответственно, для рассматриваемой теплонасосной установки коэффициент использования первичного топлива лежит в пределах 120 %…165 %, что в 2…3 раза выше, чем соответствующие эксплуатационные характеристики газовых котлов (65 %) или систем центрального отопления (50…60 %). Понятно, что системы, использующие геотермальный источник теплоты или теплоту грунтовых вод, свободны от этого недостатка. Следствием этого же недостатка является необходимость использования низкотемпературных систем отопления (системы поверхностного нагрева типа «теплый пол», воздушные системы отопления с применением фен-койлов и т. п.). Однако это ограничение касается только устаревших радиаторных систем отопления, практически не находящих применения в современных технологиях строительства.

Тепловой насос своими руками

Источник

С начала имелся только строющийся дом на 2,5 этажа. Площадь:

С самого начала был куплен б/у газогенерационный котёл на дровах мощностью 40 к.в. Но как подошло время инсталляции совсем меня перестала радовать перспектива заготовки дров, извечная борьба с мусором, да и по натуре я больше дервиш, могу запросто пару дней дома не появляться.

И тогда я склонился к сжиженному газу. Замечу, что труба природного газа низкого давления проходит в 1,5 км от дома. Но плотность заселения у нас маленькая, и тянуть трубу ради меня одного + проект + инсталляция просто ввергает меня в ужас.

Ставить бочку на несколько кубов на участке я тоже не могу. Не хочется портить внешний вид. Решил установить пару шкафов с батареей 80-литровых пропановых баллонов из 6 штук в каждом.

Газовый оператор уверял, что сами приезжают, сами меняют, вы лишь только нам позвоните. К неудобствам относил лишь головную боль раз в три недели, а также возможность несанкционированного заезда газовой машины на мою бедующую брусчато-легковую стоянку, качения-волочения баллонов по ней же. В общем человеческий фактор. Но проблему разрешил случай:

Идея построить тепловой насос своими руками

Идею строительства теплового насоса вынашивал давно. Но камнем преткновения было однофазное электричество и допотопный счётчик на 20 ампер максимальной нагрузки. Поменять эклектическое питание на трёхфазное или прибавить мощность в нашем районе пока нет. Но неожиданно мне планово поменяли счётчик на новый, 40 амперный.

Прикинув, решил, что этого хватит на частичный обогрев (2,5 этаж я не планировал использовать зимой), взялся зондировать рынок тепловых насосов. Запрошенные в одной фирме цены (однофазные ТН на 12 киловат) заставили задуматься:

Thermia Diplomat TWS 12 к.в.ч. 6797 евро

Thermia Duo 12 к.в.ч. 5974 евро

Требовалось не менее 45 ампер на пусковой ток.

К тому же, так как планировалось брать теплосъём со скважинной воды, не было уверенности в дебете моей скважины. Чтобы не рисковать такой суммой решил собрать ТН сам, благо какие-то навыки были из жизни. Работал в бытность менеджером по распространению вентиляционно-кондиционерного оборудования.

Концепция самодельного теплового насоса:

Решил делать ТН из двух однофазных компрессоров по 24000 БТУ (7 кв.ч. по холоду). Так получался каскад общей тепловой мощностью 16-18 киловат при потреблении электричества при СОP3 около 4-4,5 киловат/часа. Выбор двух компрессоров был обусловлен меньшими стартовыми токами, так как их запуски думано не синхронизировать. А также поэтапность ввода в эксплуатацию. Пока обжит только второй этаж и хватит одного компрессора. Да и поэкспериментировав на одном, потом будет смелее доделать вторую секцию.

Отказался от использования пластинчатых теплообменников. Во первых, из соображения экономии, не хотелось выкладывать за Данфос по 389 евро за штуку. А во вторых, совместить теплообменник с ёмкостью теплоакомулятора, то есть, увеличив инерционность системы, убив тем самым двух зайцев. Да и не хотелось делать водоподготовку для нежных пластинчатых теплообменников, снижая тем самым КПД. А вода у меня плохая, с железом.

Первый этаж уже оснащён обвязкой тёплого пола с примерным шагом 15 см.

Второй этаж радиаторы (слава Богу, хватило скупости поставить их с 1,5 тепловым запасом ранее). Забор теплоносителя из скважины (12,5 м. Установлена на первый слой доломита. +5,9 замер на 03.2008). Утилизация отработанной воды в общедомовую канализацию (двух камерный отстойник + инфильтрационный грунтовый поглотитель). Принудительная циркуляция в контурах теплосъема.

Вот, принципиальная схема:

1. Компрессор (пока один).

4. Терморегулирующий клапан (ТРВ)

От других устройств безопасности решено отказаться (фильтр-осушитель, смотровое окно, пресостат, ресивер). Но если кто видит смысл их использования, буду рад услышать советы!

Для расчёта системы скачал из Интернета программу расчёта CoolPack 1,46.

И неплохую программку по подбору компрессоров Copeland.

Удалось закупить у старого знакомого холодильщика, мало б/у-шный компрессор от 7 киловатной сплит системы какого-то корейского кондиционера. Достался практически даром, да и не соврал, масло оказалось внутри совсем прозрачным, поработал всего сезон и был демонтирован в связи изменением концепции помещения заказчиком.

Компрессор оказался на мощность 25500 Бту, а это около 7,5 к.в. по холоду и около 9-9,5 по теплу. Что обрадовало, в корейском сплите стоял добротный компрессор американской фирмы Текумсет. Вот его данные:

Компрессор на R22 фреоне, а это значит чуть больший коэффициент полезного действия. Температура кипения -10с, конденсации +55с.

Ляпсус номер 1: По старой памяти думал, что на бытовых сплит системах ставятся только компрессоры Скрол типа (спиральные). Мой же оказался поршневым. (Выглядит чуть овальным и внутри болтается обмотка двигателя). Плохо, но не смертельно. К его минусам на четверть меньший ресурс, на четверть меньший коэффициент полезного действия, на четверть более шумный. Но ничего, опыт сын ошибок трудных.

Важно: Фреон R22 по Монреальскому протоколу полностью будет выведен из эксплуатации к 2030 году. С 2001 года запрещён ввод в эксплуатацию ввод новых установок (но я ввожу не новую, а модернизировал старую). С 2010 года использование R22–го фреона только бывшего в эксплуатации. НО в любой момент можно перевести систему с R22 на его заменитель R422. И не испытывать затруднений далее.

Закрепил компрессор на стене кронштейнами L-300мм. Если буду потом монтировать второй, удлиняю имеющиеся с помощью U-профиля.

2. Конденсатор:

У знакомого сварщика удачно приобрёл бак из нержавейки примерно на 120 литров.

(Кстати, все сварные манипуляции с баком безвозмездно произвел уважаемый сварщик. Но просил упомянуть и его скромную роль для истории!)

Было решено разрезать его на две части вставить змеевик из медной трубы фреоновода, и сварить его обратно. Заодно и вварить несколько технических дюймово-резьбовых соединений.

Формула расчёты площади поверхности трубы медного змеевика:

M2 — площадь трубы змеевика в квадратных метрах.

kW – Мощность тепловыделения системой (с компрессором) в киловатах.

0,8 – коофициент теплопроводности меди/воды при условии противотока сред.

∆t – разность температуры воды на входе и выходе системы (см. Схему). У меня это 35с-30с= +5 градусов Цельсия.

Так получается около 2 квадратных метров площади теплообмена змеевика. Я чуть уменьшил, так как температура на входе фреона около +82с градуса, на этом чуть можно сэкономить. Но как писал ранее Дед Морос, не более чем в размере 25% от размера испарителя.

Смоделированная системы в CoolPack показала Cop 2,44 на штатных диаметрах труб теплообменника. И Cop 2,99 при диаметре на шаг выше. А это мне и на руку, так как в будущем рассчитываю присоединить и второй компрессор на эту ветку. Решил использовать медную трубу ½’ дюйма (или 12,7 мм наружного диаметра), холодильную. Но, думаю, можно и обычную сантехническую, не так там и много грязи внутри будет.

Ляпсус номер 2: Использовал трубу со стенкой 0,8 мм. На деле она оказалась очень нежной, чуть передавил и уже она заминается. Сложно работать, тем более без особых навыков. Поэтому рекомендую брать трубу 1мм или 1,2 мм стенки. Так и по долговечности будет дольше.

Важно: Фреоновод змеевика входит в конденсатор сверху, выходит снизу. Так конденсируя жидкий фреон будет скапливаться внизу и уходит без пузырьков.

Взяв, таким образом, 35 метров трубы свернул её в змеевик, намотав на удобный цилиндрический предмет (баллон).

По краям зафиксировал витки двумя алюминиевыми рейками для прочности и равношаговости петель.

Концы вывел наружу с помощью сантехнических переходов на медную тубу на скрутку. Чуть рассверлит их с диаметра 12 на 12,7мм, и вместо обжимного кольца после сборки намотал льна на герметике и зажал контргайкой.

3. Испаритель:

Для испарителя не требовалось высокой температуры, и я выбрал пластмассовую ёмкость типа бочки на 127 литров с широкой горловиной.

Важно: Идеально подошла бы бочка на 65 литров. Но побоялся, труба ¾ очень плохо гнётся, поэтому взял размер побольше. Если у кого другие размеры или есть хороший трубогиб и навыки работы, то можно рискнуть и на этот размер. С бочкой 127 литров размеры моего ТН повысили ожидаемые габариты на 15 см вверх, 5 см в глубину и 10 см в ширину.

Рассчитал и изготовил испаритель по такому же принципу как и у конденсатора. Понадобилось 25 метров трубы ¾’ дюйма (19,2мм наружный) со стенкой 1,2мм. Как рёбра жёсткости использовал отрезки UD профиля для монтажа регипса. Скрутил обычной медной электротехнической проволокой без изоляции.

Важно: Испаритель затопленного типа. То есть жидкая фаза фреона заходит в охлаждаемую воду снизу, испаряется и в газообразном состоянии поднимается вверх к компрессору. Так лучше для теплопередачи.

Переходы можно взять пластмассовые от питьевой трубы PE 20*3/4’ с наружной резьбой, свинтив из с бочкой контргайками и уплотнением из льна и герметика. Подачу и сток воды сделал из обычных канализационных труб и резиновых уплотняющих манжет вставленных враспор.

Испаритель также был установлен на кронштейны L-400мм.

4. ТРВ:

Приобрёл ТРВ фирмы Honeywell (бывшая FLICA). На мою мощность потребовалась дюза к нему 3мм. И наличие выравнивателя давления.

Важно: ТРВ во время пайки нельзя перегреть выше +100с! Поэтому обматал его тряпочкой пропитанной водой для охлаждения. Прошу не ужасаться, после налёт почистил мелкой наждачной.

Припаял трубку линии выравнивания как положено к инструкции по монтажу ТРВ.

Сборка:

Прикупил комплект для жёсткой пайки Rotenberg. И электроды 3 штуки с 0% содержания серебра и 1 штуку с 40% содержания серебра для пайки в стороне компрессора (вибростойкий). С их помощью собрал всю систему.

Важно: Берите сразу баллон Максигаз 400 (жёлтый баллон)! Он не многим дороже Мультигаза 300 (красный), но производитель обещает до +2200с пламени. Но и этого недостаточно для ¾’ трубы. Паялось из рук вон плохо. Приходилось изловчаться, использовать тепловой экран, и т.д. В идеале конечно иметь кислородную горелку.

Да, и надо впаять в систему заправочный пипсик с ниппелем для подсоединения шланга. Не помню с головы его точное название.

Его впаял на входе в компрессор. Рядом же видна и входная труба выравнивателя ТРВ. Она впаивается после испарителя, термобаллона ТРВ, но до компрессора.

Важно: Заправочный пипсик паяем предварительно вывернув из него ниппель. Ни то от жары уплотнитель ниппеля однозначно выйдет из строя.

Редукционные тройники не использовал, так как боялся уменьшения надёжности от дополнительных паечных швов вблизи компрессора. Да и давление в этом месте не большое.

Заправка фреоном:

Собранную, но не заполненную водой систему надо вакуумировать. Лучше использовать вакуумный насос, если нет, то умельцы приспосабливают обычный компрессор от старого холодильника. Можно и просто, продуть-продавить систему фреоном выдавив воздух, но я вам этого не говорил, потому что так делать нельзя!

Баллон фреона самой небольшой ёмкости. Для системы вообще не нужно будет более 2 кг. фреона. Но чем богаты.

Также я приобрёл манометр для замера давления. Но не специальный фреоновый за 10 у.е., а обычный для насосной станции за 3,5 у.е. По нему и ориентировался при заполнении.

Заправил систему, на сколько возможно с помощью внутреннего давления фреона в баллоне. Дал постоять пару дней, давление не упало. Значит, утечки нет. Дополнительно промазал все соединения мыльной пеной, не пузырило.

Важно: Так как в моём случае заправочный ниппель впаян сразу перед компрессором (в дальнейшем будет замеряться давление в этом месте при настройке) ни в коем случае не заправлять систему с работающим компрессором жидким фреоном. Компрессор наверняка выйдет из строя. Только газообразной фазой — баллоном вверх!

Автоматика:

Необходимо однофазное пусковое реле, и при этом, на очень приличный пусковой ток около 40 А! Автоматический предохранитель С группы на 16А. Электрический щиток с DIN рейкой.

Также установил два реле температуры с копелярными термодатчиками. Один поставил на воду на выходе из конденсатора. Выставил примерно на 40 градусов, чтобы отключал систему при достижении водой этой температуры. И на выход воды из испарителя на 0 градусов, чтобы аварийно отключал систему и не разморозил её случаем.

В будущем думаю приобрести простейший контроллер, который учитывает эти две температуры. Но кроме внешнего вида и наглядности пользования у него есть и недостаток – запрограмированные значения сбиваются при даже кратковременном перебои электроснабжения. Пока в раздумьях.

Перед запуском напумповал в систему примерно 6 бар давления из баллона. Больше не получалось, да и незачем. Кинул временный провод, подсоединил пусковой конденсатор. Наполнил ёмкости водой предварительно. Они постояли с сутки, наполненные и потому, на момент запуска имели комнатную температуру около +15с.

Торжественно включил автомат. Его сразу же выбило. Ещё, то же самое. В этот небольшой промежуток слышно как двигатель гудит, но не запускается. Перебросил клеммы на конденсаторе (их почему-то три). Включил снова автомат. Приятный рокот работающего компрессора приласкал мой слух.

Давление на всасывании сразу упало до 2 бар. Открыл баллон с фреоном, чтобы система заполнялась. По табличке рассчитал необходимое давление кипения фреона.

Для моих необходимых на входе +6 и выходе воды +1, требуется температура кипения -4с. Фреон кипит при такой температуре при давлении 4,3 кг.см. (бар) (атмосфер). Таблицу можно найти и в Интернете.

Как не пытался выставить точное это давление, ничего не получалось. Система пока ещё не выведена на рабочий режим температур. Потому преждевременные регулировки лишь примерны.

Через минут пять подача достигла примерно +80 градусов. Пока не изолированная труба испарения покрылась лёгким инеем. Вода в конденсаторе через минут десять на ощупь уже нагрелась до +30 — +35. Вода в испарителе приблизилась к 0с. Чтобы чего не разморозить отключил систему.

Резюме: Пробный запуск показал полную работоспособность системы. Аномалий не замечено. Потребуется дальнейшие регулировки ТРВ и давления фреона после подключения контура отопления и охлаждения скважинной водой. Поэтому продолжение фоторепортажа и отчёта примерно через две-три недели, когда разберусь с этой частью работы.

К тому моменту, думаю:

1. Подсоединить контур обогрева помещений и контур теплообмена скважинной водой.

2. Произвести полный цикл пусконаладочных работ.

3. Изготовить какой-то корпус.

4. Сделать выводы и дать небольшое резюме.

Важно: ТН получился не такой уж маленький по размерам. Применив за место ёмкостных теплообменников пластинчатые, можно очень сильно сэкономить пространство.

Затраты на изготовление Теплового насоса примерной мощностью 9 киловат час по теплу:

Бак нержавейка 100 литров — 25 у.е.

Электроды нержавейка – 6 у.е.

Муфты нержавейка – 5 у.е.

Услуги сварщика (обед) – 5 у.е.

Медная труба 12,7 (1/2”)*0,8мм. 35 метров – 105 у.е.

Медная труба 10*1 мм. 1 метр – 3 у.е.

Переходы на медь (комплект) – 3 у.е.

Отвоздушиватель Ду 15 – 5 у.е.

Предохранительный клапан 2,5 бар – 4 у.е.

Кран сливной Ду 15 – 2 у.е.

Итого: 163 у.е. (к сравнению, пластинчатый теплообменник Данфос 389 у.е)

Бочка пласм. 120 литров — 12 у.е.

Медная труба 19.2 (3/4”)*1.2мм. 25 метров – 130 у.е.

Медная труба 6*1мм. 1 метр – 2 у.е.

Терморегулирующий вентиль Honeywell (дюза 3мм.) – 42 у.е.

Кронштейны L-400 2 штуки – 9 у.е.

Кран сливной Ду 15 – 2 у.е

Переходы на медь (комплект) – 3 у.е.

РВС труба 50-1м. 2 штуки – 4 у.е.

Резиновые переходы 75*50 2 штуки – 2 у.е.

Итого: 206 у.е. (к сравнению, пластинчатый теплообменник Данфос 389 у.е)

Компрессор мало б/у 7,2 к.в. (25500 бту) – 30 у.е.

Кронштейны L-300 2 штуки – 8 у.е.

Фреон R22 2 кг. – 8 у.е.

Комплект монтажный – 4 у.е.

Паяльная лампа ROTENBERG (комплект) – 20 у.е.

Электроды жёсткой пайки (40% серебра) 3 штуки – 3,5 у.е.

Электроды жёсткой пайки (0% серебра) 3 штуки – 0,5 у.е.

Манометр для фреона 7 бар – 4 у.е.

Шланг заправочный — 7 у.е.

Реле пускателя однофазное 20 А – 10 у.е.

Щиток электрический встраиваемый – 8 у.е.

Предохранитель однофазный С16 А – 4 у.е.

Итого в целом 476 у.е.

Важно: Потребуются на следующем этапе ещё циркуляционные насосы Calpada 25/60-180 60 у.е. и Calpeda 32/60-180 78 у.е. Они хоть и будут вынесены за приделы моего котла, но обычно относятся к самому котлу.

• Автор темы
• 
• Собеседник

• Группа: Пользователи
• Сообщений: 499
• Регистрация: 11 Март 11
• Skin: na’vi night
• Город Ярославль
• Время онлайн: 32 дн. 19 час. 7 мин. 12 сек.

Популярное сообщение!

Солнечный коллектор

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя.

Типы солнечных коллекторов

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбером; он связан с теплопроводящей системой. Прозрачный элемент (стекло) обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов.

При отсутствии разбора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—200 °C.

Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности. (можно оспорить такое «распространенное» утверждение, поскольку применение меди против алюминия дает выигрыш 4% (хотя теплопроводность алюминия вдвое меньше, что означает значительное превышение «запаса мощности» по теплопередаче), что незначительно в сравнении с ценой)

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие улавливающее солнечную энергию. между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка дает возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При облучении установки солнечным светом, жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Повышение эксплуатационных температур до 120—250 °C возможно путём введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.

Применение

Солнечный водонагреватель на жилом доме. Мальта.

Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. Наибольшее количество производственных процессов, в которых используется тёплая и горячая вода (30—90 °C), проходят в пищевой и текстильной промышленности, которые таким образом имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов.

В Европе в 2000 году общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн м², а во всём мире — 71,341 млн м².

Солнечные коллекторы — концентраторы могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга.

Солнечные коллекторы могут использоваться в установках для опреснения морской воды. По оценкам Германского аэрокосмического центра (DLR) к 2030 году себестоимость опреснённой воды снизится до 40 евроцентов за кубический метр воды

Распространение

В 2010 году во всём мире работало 1170 МВт. солнечных термальных электростанций. Из них в Испании 582 МВт. и в США 507 МВт. Планируется строительство 17,54 ГВт. солнечных термальных электростанций. Из них в США 8670 МВт., в Испании 4460 МВ., в Китае 2500 МВт[6].

Солнечный коллектор своими руками

Если на небе — солнце, и дрова не нужны

И на селе сегодня не обойтись без горячей воды. В самом деле, как без неё помыть посуду или автомобиль, принять душ или вымыть полы?
Хорошо тому, у кого дом централизованно снабжается от теплоцентрали. Но на селе такое — редкость. Как же быть?
Можно, конечно, соорудить котельную. Од-нако, она будет потреблять немало дорогого, по нынешним временам, топлива.
Между тем, не только летом, но даже в прохладную пору осени или весны можно обеспечить себя горячей водой без лишних затрат.
Достаточно сделать водонагреватель, рабо-тающий от солнца. Познакомим вас с конструкцией, разработанной болгарским инженером Станиславом Станиловым.
Конструктивно он не слишком сложен — состоит из двух коллекторов, накопителя и аванкамеры.

В основу водогрейки положены хорошо из-вестные в технике принципы. Сам нагреватель использует «парниковый эффект».
Солнечные лучи беспрепятственно проходят сквозь прозрачное стекло и, превратившись в тепловую энергию, уже не могут покинуть замкнутое пространство.
В гидравлической системе работает термосифонный эффект. Жидкость, при нагревании, поднимается вверх, вытесняет более холодную воду и перемещает её к месту нагрева.
Как видите, здесь и насос не нужен. А кроме того, «уловленная» солнечная энергия аккумулируется и сохраняется в установке длительное время.
Основные элементы нагревателя используются готовые. В большинстве своём, их можно приобрести в магазине, либо подобрать в металлоломе. Расскажем об устройстве нагревателя подробнее.

Коллектор представляет собой трубчатый радиатор, заключённый в короб, одна из сторон которого застеклена.
Радиатор сварен из стальных труб. Для подводящей и отводящей, используются водопроводные на 1 или 3/4 дюйма, а для решётки — тонкостенные меньшего диаметра, например, 16х1,5 мм.

Всего для одной решётки потребуется 15 таких труб длиной около 1600 мм.
Короб коллектора — деревянный, собран из досок толщиной 25-35 мм и шириной 120 мм. Днище — из фанеры или оргалита, усиленное рейками сечением 50х30 мм.
Короб тщательно теплоизолируется с помощью упаковочного или строительного пенопласта, шлако- или стекловаты, уложенных на дно.
Поверх теплоизоляции закрепляется лист оцинкованного кровельного железа, и сверху укладывается сам радиатор. Крепится он в коробе хомутами из стальной полосы.
Трубы радиатора и металлический лист на дне короба окрашиваются чёрной матовой краской. Покровное стекло герметизируется, чтобы потери тепла из-за конвекции были минимальными.

С внешней стороны, короб желательно окрасить белой или иной светлой краской, чтобы снизить потери на теплоизлучение.
Соединение труб — стандартное, с помощью муфт, тройников и уголков с герметизацией пенькой и масляной краской.
Накопителем тепла служит бак ёмкостью 200-400 литров. Для этой цели годятся стальные бочки.
Если невозможно подобрать ёмкость нужной вместимости, используйте несколько меньших, соединив их трубами в единую систему.
Накопитель также желательно теплоизолировать. Идеальный вариант — разместить ёмкости в дощатом или же фанерном коробе и заполнить межстенное пространство строительным пенопластом, шлаковатой, сухими опилками или торфом.

Аванкамера предназначена для создания в гидросистеме постоянного избыточного давления в пределах 80-100 см водяного столба.
Изготовить её можно из любого подходящего сосуда ёмкостью 30-40 литров, например, большого бидона.
Аванкамера оснащена подпитывающим устройством, позволяющим ей работать в автоматическом режиме. Его основа — поплавковый клапан, который применяется для сливных бачков.
Сборку солнечного водонагревателя начните с размещения на чердаке накопителя и аванкамеры.
Масса воды в них собирается довольно значительная, поэтому, убедитесь, чтобы перекрытия потолка в выбранном месте были достаточно прочны.
Аванкамера размещается поблизости от накопителя так, чтобы уровень воды в ней превышал уровень в накопителе на 0.8-1 м.
Солнечные коллекторы располагаются с южной стороны дома под углом 35. 45 градусов к горизонту. Устанавливать их лучше всего так, чтобы панели были, как бы, естественным продолжением кровли.

Для соединения элементов водогрейки в единую систему понадобятся трубы двух видов — «дюймовые» и «полудюймовые».
С помощью последних, монтируется высоконапорная часть системы — от водопроводного ввода до аванкамеры, а также вывод нагретой воды из накопителя.
Дюймовые трубы используются для низконапорной части системы.
Работоспособность установки в значительной степени зависит от её герметичности, отсутствия воздушных пробок. Потому, к монтажу трубопроводов отнеситесь особенно аккуратно.
Все трубы желательно окрасить светлой краской и тщательно теплоизолировать с помощью поролона, перебинтовав их полиэти-леновой плёнкой, а потом ещё ткаными лентами.
Забинтованную трубу также выкрасьте в белый цвет.

Заполнение установки водой осуществляется через дренажные вентили в нижней части радиаторов.
Тогда в системе не возникнут воздушные пробки. Заканчивается операция, когда из дренажной трубы аванкамеры польётся вода.
Далее, аванкамеру подсоединяют к водопроводному вводу и открывают расходный вентиль.
Уровень воды в приборе, при этом, начнёт снижаться, пока не сработает поплавковый клапан. Подгибая держатель поплавка, можно добиться его оптимального значения.
Заполненные водой радиаторы будут нагре-ваться даже в пасмурную погоду. Тёплая вода, поднимаясь по трубам вверх, даст толчок вышеописанным процессам.
Отбирают её из самой верхней части накопителя.

При расходовании воды, уровень её в аванкамере будет понижаться. Тогда сработает поплавковый клапан и дольет её до полного объёма.
Ночью, когда температура окружающей среды меньше, чем у нагретой воды, может случиться, что солнечный нагреватель начнёт. отапливать воздух, перекачивая тепло в обратном направлении.

Поэтому, в гидросистеме должен быть предусмотрен вентиль, препятствующий обратной циркуляции. Его надо перекрывать в вечернее время.
Подводить воду к мойке или душу лучше с помощью смесителей. Мера эта отнюдь не лишняя: в солнечную погоду температура воды может достигать 75 градусов. Смесители позволят не только добиться нужной температуры, но и сэкономят горячую воду.
Ну а если производительность нашего нагревателя вас не устроит, её можно увеличить, вводя в тепловую цепь дополнительные секции коллекторов. Блочная конструкция установки вполне позволяет это.

В. РОТОВ, инженер. Журнал «Левша» 5’94.
Дмитрий Кобзев.

На рисунке — солнечный нагреватель:
1 — поплавковый клапан;
2 — дренажная труба накопителя;
3 — трубопровод для подвода холодной воды к аванкамере;
4 — теплоизоляционный короб накопите-ля;
5 — труба ввода холодной воды;
6 — труба подвода холодной воды к сме-сителям;
7 — труба подвода горячей воды к смеси-телям;
8 — труба подвода горячей воды к нако-пителю;
9 — коллекторы;
10 — сливной вентиль;
11 — вентиль доя залива системы;
12 — «горячая» труба коллектора;
13 — труба подпитки накопителя;
14 — аванкамера;
15 — дренажная труба аванкамеры.

На рисунке — гидрав-лическая система на-гре¬вателя:
1 — солнечный коллек-тор;
2 — «горя¬чая» труба коллектора;
3 — заборная труба для выхода горячей воды из накопителя;
4 — дренажная труба аванкамеры;
5 — дренаж¬ная труба накопителя;
6 — поплавковый кла-пан;
7 — аванкамера;
8 — труба подвода хо-лодной воды к аванка-мере;
9 — трубопро¬вод под-питки накопителя;
10 — водопровод¬ный ввод;
11 — подвод холодной воды к смеси¬телям;
12 — подвод го¬рячей воды к смесите¬лям;
13 — «холодная» труба солнечного кол¬лектора.

На рисунке — солнечный коллектор:
1 — стекло;
2 — рама (стальной уго-лок);
3 — дно (оргалит, тол-щиной S мм);
4, 7 — стенки короба коллектора (доска, сече-нием 120х25 мм);
5 — стальная накладка (полоса, сечением 20х2,5 мм);
6 — накладка- уголок;
8 — усиление днища де-ревянным бруском, се-чением 50х30 мм);
9 — соединительная муфта;
10 — труба радиатора;
11 — приемная труба радиатора;
12 — хомут крепления радиатора;
13 — теплоотражатель (оцинкованное железо);
14 — теплоизоляция (пенопласт, стекло, или шлаковата).

• Автор темы
• 
• Собеседник

• Группа: Пользователи
• Сообщений: 499
• Регистрация: 11 Март 11
• Skin: na’vi night
• Город Ярославль
• Время онлайн: 32 дн. 19 час. 7 мин. 12 сек.

Вот два, на мой взгляд самых эффективных, способа преобразования электрической энергии непосредственно в тепловую.

Электродные котлы

Электродный котел представляет собой отопительный электродный котел проточного типа, из чего сразу начинает проявляться его преимущество перед другими нагревательными приборами — он не требует согласование на установку с органами котлонадзора («Правила устройства и эксплуатации электродных котлов»). Процесс нагрева теплоносителя в электроводонагревателе происходит за счет его ионизации, т. е. расщепления молекул теплоносителя на положительные и отрицательно заряженные ионы, которые двигаются, соответственно, к отрицательному и положительному электродам, электроды меняются полюсами 50 раз в секунду, ионы колеблются, выделяя при этом энергию, т. е. процесс нагрева теплоносителя идет напрямую, без «посредника» (например ТЭНа). Ионизационная камера, где происходит этот процесс, небольшого размера, поэтому следует резкий разогрев теплоносителя и, как следствие, повышение его давления (при максимальной мощности прибора — до 2 атмосфер). Таким образом, электроводонагреватель «Галан» является одновременно нагревательным прибором и циркуляционным насосом, что экономит потребителю немало средств.

К преимуществам электродных котлов можно отнести высокую энергоэффективность и не высокую стоимость. К недостаткам, чувствительность к качеству теплоносителя и потенциальную электрическую опасность, при отсутствии хорошего заземления или отказе автоматики, также не рекомендуется использование котлов вместе с алюминиевыми радиаторами и оцинкованными трубами.

Инфракрасные плёночные системы отопления

Что такое пленочный инфракрасный обогреватель?

Инфракрасное излучение присутствует повсюду и исходит от любого нагретого тела, просто мы, как правило, не задумываемся о том, откуда берётся эта энергия, которая греет нас. Например, если поднести руки к костру в 40 градусный мороз, то сразу чувствуется тепло — это инфракрасное излучение, так как воздух холодный, и он не может греть.

Или вы когда-нибудь задумывались, как солнце греет землю, несмотря на огромное расстояние? Основная часть тепла к нам доходит именно в виде инфракрасного излучения, в большом количестве присутствующего в солнечном свете, который и является источником тепла и всего живого на земле.

Инфракрасное излучение — это невидимая часть солнечного света. Вспомните, как вы загорали на курорте, используя крем от солнца. Было ли вам жарко? Конечно! Ведь защитный крем останавливает только ультрафиолет. Инфракрасные волны беспрепятственно проникают через кожу, давая великолепное ощущение солнечного тепла. Под воздействием инфракрасных лучей можно находиться в течение многих часов без всякого вреда для кожи.

Инфракрасное тепло настолько безопасно, что его используют даже для новорожденных в родильных домах.

Даже сам человек является источником инфракрасного излучения и если люди находятся близко друг к другу, то они обмениваются своей энергией и чувствуют тепло друг друга.

Пленочные электронагреватели излучают тепло в диапазоне «Лучей Жизни» инфракрасной части солнечного спектра.

Принцип действия и конструкция пленочных инфракрасных обогревателей

С самого начала существования человечества, наши предки стали задумываться об одной жизненно важной вещи: как отопить свои жилища. Народы, проживающие в теплых районах, не уделяют нужного внимания данному вопросу, из-за того что, располагаются в теплых районах.

Для нашей страны, и в большей степени для областей, где мороз может достичь 35-55 градусов по Цельсию, проблема отопления – это жизненно важный вопрос. Не нужно ничего выдумывать. Достаточно понаблюдать за окружающим нас миром. Лучшую систему отопления создала сама природа.

Инфракрасная система отопления — это наша попытка повторить природный теплообмен. Праобразом пленочных электронагревателей был костёр, затем камин и печь.

Принцип действия пленочных инфракрасных обогревателей:

В основу работы пленочных инфракрасных обогревателей заложен принцип, в соответствии с которым, при протекании тока через резистивную греющую фольгу, происходит её нагрев до температуры 45°С. Выделенная проводником теплота нагревает алюминиевую фольгу, экран, которая, в свою очередь, излучает мягкий инфракрасный спектр с длиной волны 9,4 мкм.
Монтируемый на потолке инфракрасный обогреватель даёт Вам ощущение теплового комфорта тем же самым способом, каким его даёт его вам солнце. Пленочный электронагреватель, являясь источником тепла, направляет тепловой поток в зону обогрева. Он попадает на ограждающие конструкции (пол, стены ) , технологическое оборудование, людей, находящихся в зоне обогрева, поглощается ими и нагревает их, они в свою очередь также отдают тепло.

Конструкция пленочных инфракрасных обогревателей:

Активный элемент пленочных инфракрасных обогревателей представляет собой гибкую сэндвич-ленту, состоящую из трёх слоев лавсановой плёнки. В первом слое между двумя полотнами лавсановой плёнки заламинирован резистивный греющий слой из металлической нити. Вторым слоем является алюминиевая фольга и снова плёнка. Толщина полученной ленты не превышает 1-1,5мм.
Отличие конвективного отопления от пленочных инфракрасных

Отличие конвективного отопления от пленочных инфракрасных обогревателей

Как мы видим при обычном, конвективном отоплении (будь то газовое, отопление электро котлами или печь) потоки тепла поднимаются вверх. Разница температур между полом и потолком ощутима. При альтернативном, инфракрасном отоплении тепловые потоки направлены вниз, разница температур между полом и потолком 2-3°C, таким образом сохраняется старинная русская поговорка: «держи голову в холоде, а ноги в тепле».
Принцип работы пленочных инфракрасных обогревателей

В случаях использования пленочных инфракрасных обогревателей как основное отопление для вашего загородного дома закрывается 65-80% потолков ваших помещений. Максимальная высота прогрева для бытовых инфракрасных обогревателей — 3-3,5м.

Система инфракрасного отопления после установки входит в нормальный режим после 7-14 дней включения. Данное время необходимо, чтобы прогреть конструкцию здания. Длительность выхода системы на рабочий режим зависит от температуры внешней среды, высоты потолка, на сколько процентов, покрыт потолок пленкой инфракрасного обогревателя, декора, толщины стен, количества окон, утепленности здания и материала стен — эти характеристики влияют и на общее потребление электроэнергии.

Из практики известно, что при надлежащем утеплении помещения, количество потребляемой электроэнергии снизиться, за счет того, что инфракрасное отопление будет включаться меньше, чем раз в сутки и сократится продолжительность единоразового включения. Новые технологии постройки жилых домов (дач, коттеджей), превышают по утепленности СНИП-2003, что позволяет существенно снизить энергозатраты по отоплению.

Большую часть своего времени система инфракрасного обогрева не активна, так как нагретая конструкция, предметы, в помещении после прогрева, медленно остывают и выступают в качестве энергоаккумуляторов (батарей).

• Автор темы
• 
• Собеседник

• Группа: Пользователи
• Сообщений: 499
• Регистрация: 11 Март 11
• Skin: na’vi night
• Город Ярославль
• Время онлайн: 32 дн. 19 час. 7 мин. 12 сек.

Пиролизные котлы (Газогенераторы)

Газогенератор — устройство для преобразования твёрдого или жидкого топлива в газообразную форму. Наиболее распространены газогенераторы, работающие на дровах, древесном угле, каменном угле, буром угле, коксе и топливных пеллетах. Газогенераторы, использующие в качестве топлива мазут и другие виды жидкого топлива, применяются значительно реже.

Обеспечивая более полное сгорание отходов деревообработки и сельскохозяйственной продукции (опилки, лузга семечек и т. д.), использование газогенератора позволяет сократить выбросы в атмосферу.
Газогенератор позволяет газифицировать твёрдое топливо что делает его использование более удобным и эффективным, будь-то отопительный котёл, двигатель внутреннего сгорания, газовая турбина или химическая промышленность.

В газогенераторе протекает несколько основных химических реакций. При горении с обедненным количеством кислорода (пиролиз) протекают реакции окисления угля и углеводородов:
C+O2 → CO2
2H2+O2 → 2H2O
с выделением тепловой энергии

После чего реакции восстановления:
C+CO2 → 2CO
C+H2O → CO+H2
с потреблением тепловой энергии

Активная часть газогенератора состоит из трёх перетекающих участков: термического разложения топлива, окисления, восстановления. Кроме устройств с внешним подводом тепла, где зоны окисления нет.

Калорийность генераторного газа зависит от состава газа обдува:Воздух 3,8 — 4,5 Мдж/м3
Воздух + водяной пар 5 — 6,7 Мдж/м3
Кислород + водяной пар 5 — 8,8 Мдж/м3
Водяной пар 10 — 13,4 Мдж/м3

Существуют три основных типа газогенераторного процесса: прямого, обращённого и горизонтального. Также известны и газогенераторы двухзонного процесса, которые представляют собой комбинацию прямого и обратного процессов.

Прямой процесс

Преимущество прямого процесса — простота исполнения. Недостаток — большое содержание влаги и смол. Данный недостаток можно устранить, используя очищенное топливо: древесный уголь или кокс.

Обращённый процесс

Обратный процесс имеет самое меньшее содержание смол потому, что газ разложения топлива проходит самую высокотемпературную зону «окисления», что приводит его к практически полному разложению. На практике исполняется немого сложнее, чем прямой.

Горизонтальный процесс

Горизонтальный процесс имеет умеренное количество смол. Газ разложения проходит зону восстановления, но часть его не полностью разлагается, Преимущество — простая конструкция.

Водяной пар подается отдельно от газа обдува, предварительно разогретым, в зону восстановления. Генераторный газ при этом имеет большую калорийность но общая тепловая мощность установки падает, поэтому в тепловых котлах подача пара не используется.

Газогенераторы различаются системой загрузки топлива и отбора золы. Беспрерывная система подачи и отбора более технологична, часто используется в промышленности (в основном на лесопилках).

• Автор темы
• 
• Собеседник

• Группа: Пользователи
• Сообщений: 499
• Регистрация: 11 Март 11
• Skin: na’vi night
• Город Ярославль
• Время онлайн: 32 дн. 19 час. 7 мин. 12 сек.

Не так давно нам прислал работы один интересный человек, инжинер из Омска. Он предлагает дешёвый и экономичный способ использования тепловой энергии солнца, для различных нужд. Ниже представлены его работы.

Солнечный соляной пруд — базовый элемент
индивидуальных солнечных установок

Осадчий Г.Б., инженер

Бытует мнение, что в России солнечного излучения недостаточно, и использовать его нецелесообразно. Однако детальные исследования специалистов Института высоких температур РАН (в том числе с использованием спутниковых данных NASA) показали, что более 60 % территории России, включая многие северные районы, характеризуются существенными среднегодовым поступлением солнечной энергии 3,5 – 4,5 кВт∙ч/м2 день.
Наиболее «солнечными» являются регионы Дальнего Востока, кроме Камчатки, и юг Сибири (от 4,5 до 5,0 кВт∙ч/м2 день). А большая часть Сибири, включая Якутию, (до 62 – 65⁰ северной широты) по среднегодовому поступлению солнечной радиации относятся к той же зоне, что и районы Северного Кавказа и Сочи (4,0 – 4,5 кВт∙ч/м2 день)

В целом, технический потенциал солнечной энергии в России примерно в два раза превышает сегодняшнее, суммарное энергопотребление по стране.
При рассмотрении технического потенциала использования солнечной энергии на юге Западной Сибири в конце XX века исходили из тех технологических решений, которые применялись на 35 – 40 широтах территории СССР. Где отличительным признаком был и остается более продолжительный (по количеству дней) период повышенной инсоляции, при практически одинаковых значениях в летние месяцы. Однако, в настоящее время, на базе солнечных соляных прудов, для 50 – 60⁰ северной широты разработаны новые технологии. Эти технологии, используют не одну только солнечную энергии, но и её производные (в частности неиспользованную теплоту термодинамического цикла), что позволяет вырабатывать энергию круглый год или запасать, например, посредством биогаза, вырабатываемого для зимнего периода летом с использованием солнечной энергии. Да и сам солнечный соляной пруд зимой можно использовать как источник (аккумулятор) низкопотенциальной теплоты для повышения температуры пара хладагента теплового насоса непосредственно перед компрессором.

Что такое солнечный соляной пруд и его характеристики.

Солнечный соляной пруд (рисунок 1) [1] — это неглубокий (2 – 4 м) бассейн с крутым рассолом в нижней его части, у которого в нижнем придонном слое температура под действием солнечной радиации достигает 100 ⁰С и даже выше.

Рисунок 1 – Схема солнечного соляного пруда и изменение температуры жидкости по глубине пруда

Физической основой возможности получения таких высоких температур вблизи дна пруда (рис. 1) является подавление гравитационной конвекции — всплытия нагретой Солнцем вблизи дна жидкости вверх под действием архимедовой силы, если плотность жидкости падает с ростом температуры. Чистая и слабосоленая (в том числе морская) вода подчиняется этому закону: по мере нагрева из-за термического расширения плотность уменьшается и нагретая вода всплывает вверх, отдавая тепло воздуху, а её место замещает холодная. Устанавливается непрерывный процесс конвекции с переносом теплоты от нагретого солнцем дна вверх и отдача ее воздуху. Именно поэтому вода в море не нагревается выше 25 – 30 ⁰С.
В солнечном пруду такой конвекции нет, потому что у крутосоленого рассола большой плотности, находящегося у дна, по мере нагрева плотность повышается из-за роста растворимости соли в воде и этот эффект пересиливает действие расширения жидкости. Соль в горячей воде растворяется быстрее, чем в холодной, в основном благодаря диффузии. Следовательно, при нагреве придонного слоя кристаллы соли быстрее переходят в рассол, увеличивая его плотность.

Механизм отдачи тепла от нагреваемого дна и придонного слоя — это только теплопроводность через грунт вниз, через боковые откосы и слой неподвижной воды вверх. Основную часть энергии в солнечном спектре несут коротковолновые — видимые — и ультрафиолетовые лучи, которые слабо поглощаются в толще воды и достигают дна. Итак, в таком пруду часть солнечного излучения — инфракрасного спектра полностью поглощается верхним слоем пресной воды, коротковолнового начнет поглощаться более низкими слоями воды, а не поглощенная часть излучения, прошедшего сквозь воду, — темным дном. Энергия, отраженная от дна, частично поглотится водой на обратном пути.

Теплопроводность существенно слабее конвекции, так что вблизи дна рассол будет нагреваться до упомянутых величин. Имеются сведения о получении температуры 102 и 109 ⁰С и расчетные предположения о возможности достичь 150 ⁰С в насыщенных рассолах. Разумеется, эти температуры зависят от географической широты, прозрачности атмосферы, пресной воды, изолирующего слоя и рассола пруда, теплоизоляции дна и боковых стенок наличия концентраторов (отражателей солнечного излучения в акваторию пруда) и ветра.

Верхний слой пруда состоит из пресной воды, с толщиной обычно 0,1 – 0,3 м, где подавить перемешивание жидкости не удается. Сказывается действие ветра, неравномерного загрязнения поверхности и других причин. Этот слой называется верхней конвективной зоной, и его толщина должна быть как можно меньше и чище, и поверхность без ряби, чтобы снизить потери излучения, входящего в воду. То, солнечное излучение, что поглотилось в верхней конвективной зоне, — потери энергии, ибо она легко уносится с поверхности ветром и за счет испарения воды.
Ниже находится градиентный слой (изолирующий слой с увеличивающейся книзу концентрацией рассола), именно здесь создается «термоклин» и «галоклин» — резко неравномерное распределение и температуры, и солености при полном отсутствии перемешивания, если пруд работает устойчиво. От толщины этого слоя — не конвективной зоны — сильно зависят все характеристики пруда. Термическое сопротивление изолирующего слоя воды составляет примерно 1,7 м2∙⁰С∙Вт-1, в то время как сопротивление современного типичного плоского пластинчатого солнечного приемника 0,4 м2∙⁰С∙Вт-1. В ранее построенных зданиях средней полосы России сопротивление теплопередаче стен составляет 0,9 – 1,1 м2∙⁰С∙Вт-1, окон — 0,39 – 0,42 м2∙⁰С∙Вт-1, покрытий — около 1,5 м2∙⁰С∙Вт-1. Принятые новые нормативные требования увеличили требуемые значения сопротивления теплопередаче: для стен до 3,0 –3,5 м2∙⁰С∙Вт-1, для окон — до 0,55 – 0,60 м2∙⁰С∙Вт-1, для покрытий — до 4,5 – 5,0 м2∙⁰С∙Вт-1. А самое существенное в этой «конструкции» пруда, это то, что термическое сопротивление градиентного слоя в 1000 раз выше сопротивления пресной воды при наличии свободной конвекции (0,0018 м2∙⁰С∙Вт-1).

Рисунок 2 – Зависимость КПД солнечного соляного пруда, не имеющего теплоизоляции дна и боковых стенок, от температуры рассола (⁰С) и глубины не конвективной зоны [Янтовский].

Наконец, в придонном слое находится зона накопления энергии, состоящая из слоя горячего рассола, или конвективная зона, где допустимо перемешивание. Её толщина также влияет на показатели пруда — в основном на его тепловую инерцию.
Полезной энергией пруда является теплота, аккумулированная в этим слоем. Её можно использовать как для целей теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии путем пропускания рассола из этой зоны через какие-либо теплообменники. На рисунке 2 показана величина КПД пруда — отношение отводимой теплоты к падающей на поверхность солнечной энергии [2].

Для солнечных соляных прудов в настоящее время используют отходы соляных производств, содержащие большую долю хлорида магния, не пригодную для питания. А чтобы предотвратить утечки поверхность дна покрывают пластмассовой пленкой или слоем фурановой смолы. Иногда достаточно того, что дно «убивается» водонепроницаемой глиной.

Существенным преимуществом солнечных соляных прудов является то, что наряду с прямым солнечным излучением они воспринимают (аккумулируют) рассеянное излучение, отраженное от облаков, предметов и т.п.
Солнечный соляной пруд представляет собой одновременно коллектор и аккумулятор теплоты, причем по сравнению с обычными коллектора и аккумуляторами он является более дешевой системой

Исследовательские работы по изучению солнечных соляных прудов начались с середины 50-х годов XX века в Чили и Израиле, затем в США, Индии, Саудовской Аравии, Австралии, Египте.
В странах расположенных в низких широтах применяются СЭС, использующие теплоту, аккумулированную и сконцентрированную в солнечном соляном пруде.
Данные о фактическом состоянии дел в данном секторе солнечной энергетики автору недоступны, но о нем можно судить по известным ему сведениям из литературы.
По состоянию на 80-е годы наибольший по площади пруд создан в Израиле вблизи Мертвого моря. Его площадь 250 тыс. м2. На нем построена и испытана паротурбинная фреоновая энергетическая установка мощностью 5 МВт. Там же создан экспериментальный солнечный пруд с насыщенным
раствором 95 % хлорида магния и 5 % хлорида кальция площадью 4 4,5 м, глубиной 0,9 м. Летом 1984 г. получена температура 98 ⁰С. Утверждается, что пруд такого типа может давать температуру в интервале 120 – 150 ⁰С. В 1978 г. с пруда площадью 7500 м2 получена электрическая мощность 150 кВт.
В Австралии возле Мельбурна (38 ⁰ южной широты) построены два пруда глубиной 3 м, площадью по 1000 м2 на грунте из водонепроницаемой глины. Один из прудов оставлен без теплоизоляции, другой имеет изоляцию из пенополистирола с пленкой из бутинола. Рассол представляет отходы от опреснения морской воды — смесь хлоридов магния и натрия.

Приведем результаты испытаний упомянутой выше энергетической установки с паровой фреоновой турбиной, созданной вблизи Мертвого моря. Пруд собирает солнечную энергию на площади 0,25 км2, а горячий рассол из нижней конвективной зоны пруда подается в теплообменник-испаритель — аналог котла на обычной ТЭС, где нагревается фреон. В турбине фреон передает мощность электрогенератору, затем конденсируется, отдавая сбросную теплоту циркуляционной воде, и насосом закаивается в испаритель. Это обычный цикл Ренкина всех низкотемпературных энергетических установок — геотермальных, океанских, утилизационных на влажном паре.

При испытаниях такой установки мощностью 5 МВт в реальных условиях работы солнечного пруда получены следующие результаты:
Температура рассола, ⁰С 85 Расход рассола, м3/с 3,66
Температура охлаждающей воды, ⁰С 28 Расход охлаждающей воды, м3/с 3,66
Температура фреона перед турбиной, ⁰С 75 Давление перед турбиной, атм. 8,2
Температура конденсации, ⁰С 34 Тепловая мощность испарителя, МВт60
Тепловая мощность конденсатора, МВт 55 КПД турбинной ступени, % 93
Мощность генератора, МВт 5,07 Общий КПД, % 7,12–
Мощность насоса для фреона, кВт 350 Мощность насоса рассола, кВт 370
Мощность водяного насоса, кВт 320 Мощность прочих устройств, кВт 30
Расчетные значения:
КПД цикла Карно 41/348 = 0,17
Эксергетический КПД 0,0712/0,117 = 0,60

Эти испытания показали, что солнечный соляной пруд действительно может стать одним из лучших устройств энергетики ВИЭ. Удельная электрическая мощность, полученная с 1 м2 поверхности пруда составила 20 Вт. Среднегодовой коэффициент использования установленной мощности (Киум) 73 – 90 %. Удельные капитальные затраты на создание энергогенерирующей установки составили 4500 $/кВт, что в среднем в 2 раза выше чем соответствующие показатели по ТЭС на органическом топливе.

В те же годы в СССР рассматривалось проектирование подобной энергетической установки на заливе Сиваш, т. к. хозяйственной деятельности в заливе нет из-за значительного засоления. А циркуляционная вода в изобилии имеется вблизи — в Феодосийском заливе. Оценка масштаба максимальной летней мощности, при допущениях:
Температура рассола, ⁰С 100 Температура воды, ⁰С 8
Температура кипения, ⁰С 94 Температура конденсации, ⁰С 16
КПД цикла Карно +273 = 0,21 Эксергетический КПД 0,5
Общий КПД 0,117 Средняя летняя инсоляция, Вт/м2 250
КПД пруда 0,3 Плотность потока теплоты, Вт/м2 75
Удельная электрическая мощность, Вт/м2 75∙0,117 = 8

Максимальную мощность получаем, принимая возможность использования 50 % площади залива Сиваш. Полная площадь 2560 км2, следовательно, возможная площадь пруда 1250 км2 и максимальная электрическая мощность 10 ГВт.

Для справки: площадь водохранилища Красноярской ГЭС — 2000 км2, при мощности ГЭС в 6 ГВт, а значит удельная электрическая мощность равна всего 3 Вт/м2. За год на ГЭС вырабатывается около 20 млрд кВт∙ч электроэнергии, следовательно среднегодовой Киум составляет около 38 %.
При реализации проекта в заливе Сиваш, возможно, наращивать мощность постепенно, начиная с небольших южных участков залива.

Сопоставление цифр с полученными при испытании энергоустановки вблизи Мертвого моря показывает, что эти оценки реалистичны, а принятый эксергетический КПД 0,5 существенно ниже, чем достигнутый в эксперименте — 0,6. Сезонность выдачи электроэнергии в летне-осеннее полугодие не лишает этот проект интереса, поскольку ГЭС фактически также сезонны — летом, осенью и зимой воды гораздо меньше, чем весной.

Если для приближенной оценки принять, что летняя выработка в заливе компенсирует зимнее потребление электроэнергии по расходу топлива, в итоге окажется, что все теплоснабжение региона осуществлено без затрат топлива — только за счет солнечной энергии.

Наличие действующих тепловых электростанций, которые должны работать только в базовом постоянном режиме, не противоречит применению рассматриваемой схемы, поскольку и прямой и обратный циклы весьма маневренны. Температура их невысока, и отсутствуют массивные детали, требующие длительного прогрева.

Площадка возле Сиваша представлялась наилучшей для реализации, в первую очередь для решения задач энергоснабжения Крыма.
С экологической точки зрения проект представлял одним из наилучших способов энергоснабжения, ибо полностью исключает горение органического топлива летом, снижает его до минимума зимой. Проект свободен от риска аварий, поскольку температура и давление рабочего тела не превышают 100 ⁰С и 30 кгс/см2.

Как показали подобные расчеты шведских и финских авторов, солнечный пруд с ТН способен эффективно аккумулировать и выдавать тепло при минимальной температуре 20 ⁰С даже на 60-й параллели при замерзании его поверхности зимой (или покрытии её слоем полистирола).

В отличие от обычной солнечной электростанции с гелиостатами, где концентрация энергии достигается оптическими методами, солнечный пруд обеспечивает гидродинамическую концентрацию энергии. При средней плотности притока солнечной теплоты в отводимый нагретый рассол 75 Вт/м2 плотность потока используемой энтальпии (произведение плотности рассола — 1500 кг/м3, его скорость в трубе 1 м/с, теплоемкости — 2,3 кДж/кг∙⁰С и перепада температуры 10 ⁰С) составляет 3,5∙107 Вт/м2. Отсюда видно, что гидродинамическая концентрация повышает плотность потока энергии более чем на пять порядков, т. е. в сотни тысяч раз.

Способность к совершению работы характеризуется не потоком энергии, а потоком эксергии и поэтому следует обратить внимание на концентрацию эксергии солнечным прудом.

Плотность потока эксергии солнечного излучения не намного ниже плотности энергии (примерно вдвое), так что его можно оценить средней величиной δо = 100 Вт/м2. Это подводимая к пруду эксергия. Отводимой является эксергия горячего рассола, оцениваемая только по его температуре, т. е. термическая а не химическая эксергия. При температуре горячего рассола 100 ⁰С и температуре холодного источника 10 ⁰С имеем
δэ = 3,5∙107∙(100 — 10)/(100 + 273) = 0,93∙107 Вт/м2.

Отношение плотностей потоков подводимой и отводимой эксергии
λ = δэ/δо = 107/102 = 105.
Иными словами, при отводе горячего рассола мы получаем гидродинамическую концентрацию потока эксергии в сто тысяч раз. Плотность потока эксергии в горячем рассоле много выше, чем при передаче энергии от горячих газов в хвостовых частях котельного агрегата, и выше, чем в океанских тепловых электростанциях. Поэтому солнечный пруд и представляется эффективным ВИЭ благодаря высокой концентрации эксергии и ему уделяется так много внимание Е. И. Янтовским.

Критическим сечением для потока энергии остаются теплообменники, в которых удельный тепловой поток составляет около 104 Вт/м2.
Удельная масса крупных теплообменников вода — фреон составляет 45 кг/м2 для высокого давления и 20 кг/м2 — для низкого. Следовательно, для КПД = 0,1 их масса на 1 кВт электрической мощности составит (45 + 20)/(0,1∙10) = 65 кг/кВт. Масса компрессоров, турбины, насосов, паропроводов относительно невелика, и в сумме можно принять удельную массу оборудования
m = M/Nе = 100 кг/кВт = 0,1 кг/Вт.

Для оценки срока энергетической окупаемости (tок) приравняем количество сэкономленного за счет работы солнечной электростанции топлива (Nе/η) tок и затраты топлива на создание оборудования массой М: М∙Э. Здесь η — КПД замещаемой ТЭС, Э — удельная энергоемкость оборудования (для стали 80 МДж/кг). Отсюда tок = η∙m∙Э = 0,4∙0,1∙80∙106 = 3,2∙106 с 0,1 года. Срок этот существенно меньше срока службы, следовательно возместит затраты энергии на её оборудование; но затраты энергии на трубопроводы могут быть очень велики, поэтому отдается предпочтение керамическим трубам, обычно применяемым в системах орошения.

Следует отметить, что во многих проектах рекомендуется применять не фреон, а изобутан — легкодоступную фракцию нефти или природного газа. Тогда возможно использование контактного теплообменника, в котором струи горячего рассола непосредственно контактируют с жидким изобутаном и испаряют его.

В сравнении с обычными ТЭС по металлоемкости оборудования прудовая солнечная электростанция проигрывает немного, ибо удельная масса пылеугольных энергетических котлов составляет 30 кг/кВт. Если же учесть все затраты металла, а значит, и энергии на топливный цикл и транспорт топлива, то преимущество прудовой электростанции по этому критерию налицо.

Интересные данные по естественным Антарктическим солнечным соляным озерам, которые могут лечь в основу разработки технологии вывода (прогрева) солнечного пруда после зимней «спячки» в России.

По результатам исследований новозеландских ученых К. Уэллмана и А. Уилсона озеро Ванда (Антарктида) прогревается за счет лучистой энергии Солнца до самого дна на глубину 70 м через прозрачный лед толщиной 4 м. Температура воды у дна составляет 27 ⁰С или на 47 ⁰С больше среднегодовой температуры воздуха. Объяснить то, что называют феноменом Антарктиды, можно так. Известно, что коротковолновая солнечная радиация сравнительно хорошо проходит через атмосферу, содержащую водяные пары. Достигнув земной поверхности, она преобразуется в длинноволновую, которая на обратном пути уже поглощается, хотя и не полностью атмосферой. Атмосфера служит как бы ловушкой для солнечной энергии. Это явление хорошо известно под названием парникового эффекта. Благодаря ему фактическая средняя температура поверхности Земли на 18 ⁰С выше, чем она была бы без атмосферы.

А теперь посмотрим, что происходит с солнечной энергией на озере Ванда. На поверхности озера снега нет из-за сильного ветра и высокого испарения. Коротковолновая солнечная радиация поэтому практически беспрепятственно проникает через очень прозрачный лед и воду и нагревает дно почти так же как и окружающее озеро скалы. От дна отражается уже длинноволновая радиация, которая почти вся поглощается водой, нагревая её. А поскольку озеро не вскрывается ото льда, то ветер не перемешивает воду. Не перемешивается она и под влиянием тепловой конвекции, т.к. нагретая у дна вода очень соленая и оказывается все же тяжелей верхней холодной, но пресной воды.

На примере озер Антарктиды подтверждается колоссальная роль вынужденной конвекции в энерго-и массообмене. Действительно, в районах сезонного промерзания верхних слоев горных пород в неглубоких поверхностных водоемах не наблюдается подобной стратификации ни в температуре, ни в химическом составе воды. Её нет потому, что в периоды отсутствия ледяного покрова вся вода перемешивается конвективным путем под влиянием ветра. При наличии круглый год ледяного покрова условий для вынужденной конвекции нет. Перемешивание происходит только под влиянием свободной (тепловой) конвекции, но лишь на первых порах, пока из-за расслоения вод по минерализации (гравитационного, например) вода нижних слоев не окажется настолько тяжелой, что не сможет подниматься вверх даже при нагревании на десятки градусов выше, чем верхние пресные слои воды. Примечательно, что несмотря, на колоссальные градиенты концентрации и температуры, возникающие в таких условиях, роль молекулярной и тепловой диффузии вместе взятых остается настолько ничтожной, что они не могут привести к миграции химических ингредиентов из донных слоев воды в верхние и к выравниванию минерализации в толще озерной воды [3].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки/Н.В. Харченко М.: Энергоатомиздат, 1991. 208 с.
2. Янтовский Е.И. Потоки энергии и эксергии/ Е.И. Янтовский М.: Наука, 1988. 144 с.
3. Фролов Н.М. Основы гидрогеотермии / Н.М. Фролов. М.: Недра, 191. 335 с.

Автор: Осадчий Геннадий Борисович, инженер, автор 140 изобретений СССР.

Концентратор солнечной энергии – важнейший элемент системы холодотеплоснабжения

Г.Б. Осадчий, инженер

Эффективность работы любой энергогенерирующей системы использующей солнечную энергию напрямую зависит от того применяется ли в её составе концентратор солнечной энергии и каков он. Меняющий свою ориентацию в пространстве, отслеживающий перемещение Солнца по небосводу или неподвижный, его форма и материал из которого изготовлены отражающие поверхности и многое другое.
Проведенные исследования данных по инсоляции показывают, что прямое солнечное излучение (летом «продуктивное» с 8 – 9 ч до 15 – 16 ч) может являться основным, но не единственным источником поступления в солнечный соляной пруд солнечной энергии. Так для малых прудов крайне важно использовать прямое солнечное излучение, отраженное от концентраторов — для увеличения поступления солнечного излучения в пруд, за временными границами, так называемой наибольшей дневной «продуктивности» Солнца. С учетом того, что максимальное время подъема Солнца с 10 до 20⁰ на экваторе, северном тропике и, например, на широте Омска 21 июня составляет 45, 46 минут и 1 час 14 минут соответственно. В Омске утром Солнце поднимается в 1,64 раза медленнее, чем на экваторе. Это расширит также и границы месячной «продуктивности» к которым относятся 4 – 5 месяцев летнего периода.
Для решения этой проблемы найдено техническое решение, которое исследовано применительно к широте города Омска начиная с 23 апреля ( = 10⁰), когда Солнце стоит строго на востоке (рисунок 1).

1 – солнечный луч; 1′, 1″ – направления движения солнечного луча 1 после отражения от концентратора и после вхождения в воду; 2 – солнечный луч; 2′, 2″, 2Δ,2+ – направления движения солнечного луча 2 после отражения от водной поверхности пруда, концентратора и после вхождения в воду; a, r – угол наклона отраженных солнечных лучей (высота «отраженного» Солнца); ђ – угол наклона концентратора солнечной энергии; ξ – угол вхождения солнечных лучей в воду.

Рисунок 1 – Схема концентрации солнечного излучения в солнечный соляной пруд летним утром за счет изменения наклона концентратора солнечной энергии (схема направлений движений солнечных лучей, поступающих в солнечный пруд).

Угол наклона отраженного солнечного луча 1′ ( , высота «отраженного» Солнца, рисунок 1) связан с высотой Солнца и углом наклона концентратора солнечного излучения.

При высоте Солнца 10⁰ и угле наклона концентратора солнечного излучения 10⁰ высота «отраженного» Солнца будет равна 30⁰.
Как видно из рисунка 1 наклон концентратора увеличивает «высоту» отраженного луча 1′ с 10 до 30⁰, угол ξ¹ становится равным 49,5⁰ (для луча 2 ξ² равно 42,5⁰), а значит водная (оптическая) масса изменяется с 1,48 до 1,32.

Отраженные солнечные лучи вступают в воду уже под углом, уменьшающим отражение солнечного излучения водной поверхностью и поглощение солнечного излучения на пути к слою горячего рассола. Поскольку доля от концентрации луча 2′ значительна только при очень малых высотах Солнца, здесь её не рассматриваем. Наклон концентратора солнечной энергии при малых высотах Солнца позволяет главное — использовать всю высоту концентратора для увеличения поступления солнечного излучения в пруд в наиболее проблемные утренние и вечерние часы. Использование отраженного прямого солнечного излучения является мощным инструментом аккумулирования прудом солнечной теплоты. Коэффициент концентрации солнечного излучения в пруд может составить 5,0 при высоте Солнца 10⁰. При высоте Солнца 15⁰ он составляет — 3,3, и 2,6 — при 19⁰, уменьшаясь с увеличением высоты Солнца. Важнейшим фактором в пользу такой схемы концентрации солнечной энергии является то, что в сутках полдень один, а утро и вечер это два временных периода. В летний период в России продолжительность дня 16 – 17 часов, против 12 – 13 часов на экваторе и в тропиках. Концентратор будет отражать дополнительно в акваторию пруда и рассеянное солнечное излучение, которое утром и вечером имеет наибольшую интенсивность с той стороны небосвода, где в это время находится Солнце.

Исходя из этого исследования, разработана, конструктивная схема концентратора солнечной энергии (рис.2), которая будет актуальна утром и вечером и для низких широт (экватор, тропики)

Рисунок 2 – Конструктивная схема концентрирования солнечной энергии в солнечный соляной пруд концентратором солнечной энергии за счет слежения за движением Солнца по небосводу.

Применение наклонного концентратора солнечного излучения (рисунок 2) с избытком компенсирует низкую инсоляцию весной и осенью в средней полосе России. Без учета того, что для малых прудов потери теплоты через дно и боковые стенки могут быть снижены надлежащей теплоизоляцией.

Ранней весной и поздней осенью на вертикальную поверхность, ориентированную на юг в средней полосе России при малой высоте Солнца приходит больше солнечной энергии чем на восточную и западную вертикальные поверхности. Поэтому это техническое решение по концентрации солнечного излучения и для этих временных периодов перспективно.
Для увеличения поступления в пруд солнечного излучения в полуденные часы, когда высота Солнца наибольшая, без затенения акватории пруда ранним утром и поздним вечером, когда высоты Солнца незначительны, можно, использовать в качестве отражателя выступающие «чердачные» части здания в соответствии с рисунком 3.

Рисунок 3 – Конструктивная схема дополнительной концентрации солнечного излучения в солнечный соляной пруд в полуденное время.

Использование солнечных соляных прудов малых площадей с концентрацией энергии от концентратора и дополнительного «чердачного» отражателя для российских просторов является наиболее оптимальным.

Такое техническое решение (концентратор) в России может быть эффективно реализовано при использовании солнечной энергии для локального холодотеплоснабжения, поскольку неэффективность традиционного централизованного теплоснабжения в малых поселениях, подтверждается математической моделью управления аварийными запасами материально-технических ресурсов на их объектах в случае аварийного ремонта[1].

Предлагаемая гелиосистема холодотеплоснабжения (рисунки 4, 5), разработанная в КБАЭ «ВоДОмёт» (г.Омск), как никакая другая учитывает климатические условия средней полосы и юга России. Принципиально не отличаясь от ранее описанных систем [2, 3], она конкретизирована в деталях и содержит основные данные по выполненному экономическому расчету, с учетом экологического фактора.

Принцип работы гелиосистемы холодоснабжения (гелиохолодильника), обеспечивающей поддержание летом соответствующей температуры в холодильной камере, рассмотрен в качестве примера, в виде системы, входящей в отдельно стоящее здание (для упрощения, без привязки в предлагаемому концентратору), и состоит в следующем. Теплота солнечного излучения 1 (рисунок 4), аккумулируемая солнечным прудом 16, по тепловой трубе (термосифону) 14 подается к хладомёту 12 (двигателю Стирлинга с компрессором), где в термодинамических циклах преобразуется в поток хладагента. Неиспользованная в термодинамических циклах хладомёта теплота по тепловой трубе 11 отводится в котлован 9, заполненный льдом, вызывая его таяние, или рассеивается в окружающее пространство. Концентратор 2 обеспечивают увеличение поступления солнечной энергии в пруд. А теплоизоляционное покрытие 6 предотвращает таяние льда котлована 9 от наружного воздуха.

1 – солнечное излучение; 2 – концентратор солнечного излучения; 3 – испаритель холодильника; 4 – дроссель, 5 – конденсатор холодильника; 6 – теплоизоляционное покрытие; 7 – регулятор потока пара хладагента; 8 – воздуховод; 9 – котлован со льдом; 10 – маслопровод; 11, 14 – тепловые гравитационные трубы (термосифоны); 12 – хладомёт (двигатель Стирлинга с компрессором); 13 – водопровод; 15 – грунт; 16 – солнечный соляной пруд

Рисунок 4 – Схема системы среднетемпературного холодоснабжения (гелиохолодильника)

Система предназначена для охлаждения замкнутых объемов посредством циркуляции хладагента по рабочему контуру гелиохолодильника: конденсатор 5 – дроссель 4 – испаритель 3. В испарителе 3 происходит парообразование низкокипящего рабочего тела – хладагента. Образующийся пар хладагента сжимается в хладомёте (компрессоре) с повышением температуры (зависит от степени сжатия) и затем поступает в конденсатор, где конденсируется, отдавая теплоту фазового перехода хладагента в котлован со льдом или в окружающее пространство (воздух). Образующийся при этом жидкий хладагент подается в дроссель 4; за ним давление понижается, и хладагент поступает в испаритель 3. Цикл повторяется.
Теплота, забираемая из помещений будет или аккумулироваться котлованом 9 посредством части конденсатора 5, расположенной в котловане 9 и под ним, что обеспечивает наиболее полное аккумулирование низкопотенциальной теплоты для использования её в будущем (зимой), или часть теплоты может рассеиваться в окружающую среду через его (конденсатора 5) верхнюю наружную часть, расположенную на открытом воздухе. Выбор режима работы определяется положением заслонок в регуляторе потока 7, в зависимости от температуры окружающего воздуха (день — ночь, весна — осень) и состояния котлована — температуры в нем. А также от объема котлована, количества теплоты, которую, он может принять. Преобладающее, естественное направление потока пара хладагента при открытом регуляторе потока 7 в конденсаторе 5 определяется тем, какая из его частей; расположенная в котловане или на открытом воздухе имеет более низкую температуру. Температурой частей конденсатора определяется скорость конденсации в них пара хладагента, а значит и понижение в них давления. Часть конденсатора 5, расположенная над котлованом летом будет иметь наименьшую температуру с 23 до 5 ч, когда разность дневных и ночных температур для средней полосы России составляет 11 – 16 ⁰С (на Северном Кавказе, Нижнем Поволжье и юге Дальнего Востока она ещё больше). Такое разветвление конденсатора очень актуально, т.к. как показывают исследования, у нас нарастает изменчивость погоды — изменчивость температуры и всех сопутствующих элементов. Изменчивость суточная, годовая — какая угодно.
Вода (воздух), проходящая по водопроводу (воздуховоду) 13, нагревается до 50 – 90 ⁰С (в зависимости от скорости движения) удовлетворяя потребности в горячей воде (воздухе) в течение всего лета, до глубокой осени. Кондиционирование помещений можно осуществлять охлажденным до 5 – 8 ⁰С воздухом, поступающим в помещения через воздуховод 8, расположенный во льду котлована.
Охлаждение помещений можно осуществлять также за счет циркуляции масла; маслопровод 10 — охлаждаемое помещение.

Как видим при производстве холода и теплоты данная система имеет минимальное количество технологических переделов.

К осени температура талой воды в котловане поднимается до 10 ⁰С.
Актуальность разработки системы холодоснабжения связана и с существующим прогнозом изменений климата России до 2015 г. В среднем за 10 лет наши климатологи ожидают повышение температуры на 0,6 ⁰С, и уменьшение количества осадков. В связи с этим появятся проблемы с водностью рек. Это скажется на работе ГЭС. В летнее время участятся опасные для здоровья крупные волны тепла. А это в свою очередь повлияет на работу учреждений социальной сферы и медицины.

Система среднетемпературного холодоснабжения на зиму может быть преобразована в систему теплоснабжения согласно рисунку 5.

1 – солнечное излучение; 2, 7 – теплоизоляционное покрытие; 3 – конденсатор теплового насоса; 4 – дроссель; 5, 10 – регулятор потока хладагента; 6 – испаритель теплового насоса; 8 – воздуховод; 9 – котлован с талой водой; 11 – хладомёт (двигатель Стирлинга с компрессором); 12 – тепловая гравитационная труба (термосифон); 13 –грунт; 14 – солнечный соляной пруд

Рисунок 5 – Схема системы теплоснабжения (теплоприводного теплового насоса — ТНТП)

Принцип работы системы теплоснабжения, обеспечивающей зимой поддержание соответствующей температуры в помещениях отдельно стоящего здания, происходит следующим образом. Хладомёт 11 (двигатель Стирлинга с компрессором) обеспечивает обогрев помещений посредством циркуляции хладагента по рабочему контуру ТНТП: конденсатор 3 – дроссель 4 – испаритель 6. Хладомёт 11 работает от энергии сгорания биометана, обогревающего укороченную тепловую трубу 12 (конструкция топок-форсунок условно не показана), или другого источника. В качестве органического топлива для обогрева тепловой трубы 12 может быть использован торф, высушенный с использованием солнечной энергии.
В испарителе 6 за счет тепловой энергии воды 9 происходит парообразование хладагента, пар далее подогревается от теплоты грунтов, расположенных под котлованом, зданием и под прудом (13) и рассола пруда 14. Подогретый пар сжимается в компрессоре с повышением температуры, затем горячий пар хладагента поступает в конденсатор 3, где он, вначале частично охлаждается, затем конденсируясь, отдает теплоту фазового перехода на обогрев помещений. Конденсат хладагента поступает в дроссель 4, где его давление понижается, а затем – в испаритель 6. Цикл повторяется.
Перед дросселем 4 конденсат хладагента может переохлаждаться за счет поступающего в здание холодного воздуха или воды.
После дросселя 4 теплота на испарение хладагента в испарителе 6 может забираться как из котлована, так и из окружающего воздуха, соответственно через части испарителя 6, расположенные в котловане или над котлованом 9. Это зависит от положения заслонок регулятора потока 5 хладагента. При движении испаряющегося жидкого хладагента по части испарителя, расположенной в котловане обеспечивается быстрое охлаждение воды котлована и образование в нем льда — аккумулирование холода для использования летом. При движении испаряющегося хладагента по части испарителя, расположенной над котлованом (осенью, в оттепели, теплым зимним днем или когда колебания температуры напоминают «пилу») экономится низкопотенциальная теплота котлована для морозного периода. Выбор режима работы определяется положением заслонок в регуляторе потока 5 в зависимости от температуры окружающего воздуха (день — ночь, осень — весна) и состояния котлована — температуры в нем. А также от объема воды в котловане, количества теплоты, которую она может отдать. Преобладающее, естественное направление потока жидкого хладагента при открытом регуляторе потока 5 в конденсаторе 6 определяется тем, какая из его частей; расположенная в котловане или на открытом воздухе имеет более высокую температуру. Температурой этих частей испарителя определяется скорость испарения в них хладагента, а значит и повышение давления. Осенью прохладная вода в котловане может быть подогрета, если воздух из здания удалять через воздуховод 8 или заменена на теплую воду, с температурой до 20 – 25 ⁰С. Подогрев воды в котловане можно осуществить за счет её циркуляции через плоский солнечный коллектор в период «бабьего лета».

Кода на улице тепло тогда потребность в отоплении уменьшается; так что пониженная теплопередача (теплоотдача) уличный воздух — наружный испаритель будет обеспечивать меньший (для исключения перетопа) забор теплоты из атмосферы. Так зима 2006-2007 гг. на юге Сибири была экстремально теплая. Она пришла на 2 – 3 декады позже обычных сроков. Средняя температура декабря была минус 6 ⁰С, а средняя температура января минус 9 ⁰С (вместо среднегодовой минус 19 – 20 ⁰С). Практически зимы как таковой на юге Сибири не было. Жили в условиях предзимья. За всю зиму было всего два холодных периода: третьи декады ноября и февраля. Все остальные периоды были экстремально теплыми. В конце января наступила оттепель. Температура поднялась до + 6 и + 12 ⁰С. А вот зима 2005-2006 гг. была совершенно жуткая.

В процессе работы ТНТП (системы) температура воды в котловане понижается, образуется лед (котлован «готовится» к приему теплоты летом), может замерзнуть и грунт под котлованом. Заметно снижается температура грунта 13 и рассола пруда 14, обеспечивая обогрев помещений аккумулированной солнечной энергий и сбросным теплом системы работавшей летом в режиме солнечной холодильной установки.
В рассматриваемом случае, на испарителе 6, расположенном в котловане 9 и под котлованом образования ледяных наростов не является непреодолимым препятствием для эксплуатации системы. Когда вся вода в котловане 9 замерзнет, и дальнейшая эксплуатация ТНТП с этим участком станет малоэффективной из-за понижения температуры в испарителе, то за счет управления заслонкой регулятора потока 10 можно обеспечить движение хладагента, по контуру испарения, минуя котлован 9. Этот режим работы ТНТП может быть эффективен весной, когда пруд освободился ото льда, и идет аккумулирование солнечной энергии придонным слоем пруда, и когда дальнейшее охлаждение котлована не целесообразно. Однако этот режим можно применять и зимой для восстановления (выравнивания по массиву) температуры котлована. Кроме того, если в системе применить электроприводной компрессор, то этот режим, с присущим ему более высоким коэффициентом трансформации, можно использовать для теплоснабжения ночью, когда более холодно, когда потребность в тепле больше, а стоимость электроэнергии низкая. Днем же, когда стоимость электроэнергии высокая, но требуется меньше тепла на отопление можно применять ТНТП с использованием теплоты котлована, при более низком коэффициенте трансформации.
Или наоборот. Режимы работы зависят от конкретных значений приведенных параметров.
При продолжительных морозных зимах, а также для объектов с малым объемом котлована пополнять его теплотой зимой можно за счет отвода «отработавшего» воздуха из здания по воздуховоду 8. И при этом «подогревать» поступающий в помещения свежий морозный воздух можно в параллельно расположенном в котловане воздуховоде, соединенном с системой вентиляции.

Для повышения теплоизоляции котлована и одновременного аккумулирования холода, для летнего периода, снег, убираемый с прилегающих территорий можно складировать над котлованом. Также ранней весной снег с акватории пруда можно использовать для увеличения запасов холода котлована, накрыв его (снег) демонтированным теплоизоляционным покрытием пруда.

Такая выработка энергий — это, по существу, комбинированный способ производства холода и теплоты. Только холод, аккумулированный водой котлована зимой, расходуется летом (рисунок 6), а теплота, аккумулированная водой котлована летом, расходуется зимой посредством ТНТП.

Рисунок 6 – Схемы всех генерируемых гелиосистемой холодоснабжения (летом) и системой теплоснабжения (зимой) видов энергий

На рисунке 6 приведены все дифференцированные виды энергии, которые можно получать летом за счет солнечного соляного пруда, котлована со льдом и окружающего воздуха системой холодоснабжения и те, которые можно получать зимой системой теплоснабжения.
Как видно из рисунка 6 разнообразие генерируемых видов энергии системой холодотеплоснабжения обеспечивается в основном за счет энергий всего двух основных сооружений — пруда и котлована и биометана. Это позволяет при эксплуатации системы вырабатывать напрямую тот вид энергии, который нужен в конкретное время в конкретном месте без переналадки оборудования.

В данной статье, из-за наложенных на её объем ограничений, не раскрыта оригинальная установка выработки биометана (биогаза) с использованием энергии солнечного соляного пруда. Это техническое решение, при заинтересованности читателей данным направлением энергетики ВИЭ, будет представлено в дальнейшем.
Рассмотренная гелиосистема холодотеплоснабжения наглядно показывает, что у российской энергетики ВИЭ, основанной на использовании особенностей климатических условий средней полосы России, имеется хорошая обоснованность её будущего.

1 Кузнецов П.А. Организационная надежность управления ресурсным обеспечением при переустройстве аварийных объектов // Жилищное строительство. 2006. № 1. С. 5 – 6.
2 Осадчий Г.Б. Нетрадиционные варианты хладотеплоснабжения зданий // Технология машиностроения. 2004. № 1. С. 50 – 54.
3 Осадчий Г.Б. Солнечная энергия, её производные и технологии их использования (Введение в энергетику ВИЭ). Омск: ИПК Макшеевой Е.А., 2010. 572 с.
4 Копылов А.Е. Экономические аспекты выбора системы поддержки использования возобновляемых источников энергии в России // Энергетик. 2008. № 1– С. 7 – 10.

Автор: Осадчий Геннадий Борисович, инженер, автор 140 изобретений СССР.

Источник: http://pandoraworld.su/index.php?/topic/1377-%D1%8D%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE/