WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 

«Тема 2. Классификация Солнечных энергетических установок и систем отопления Солнечная энергия на Земле используется с помощью солнечных энергетических установок, ...»

Тема 2. Классификация Солнечных энергетических установок и систем

отопления

Солнечная энергия на Земле используется с помощью солнечных

энергетических установок, которые можно классифицировать по следующим

признакам:

по виду преобразования солнечной энергии в другие виды энергии – тепло или

электричество;

по концентрированию энергии – с концентраторами и без концентраторов;

по технической сложности – простые (нагрев воды, сушилки, нагревательные

печи, опреснители и т. д.) и сложные.

по стационарности: переносные, передвижные и стационарные СЭУ, отличаются друг от друга как по массо-габаритным характеристикам, так и по сложности конструктивного исполнения.

по виду ориентации на солнце -с постоянной (неизменной) ориентацией на поверхности земли и с системой слежения за Солнцем с целью максимизации прихода СИ на поглощающую поверхность.

Сложные солнечные энергетические установки можно разделитьна два подвида.

Первый базируется в основном на системе преобразования солнечного излучения в тепло, которое далее чаще всего используется вобычных схемах тепловых электростанций. К таким установкам относятся башенные солнечные электрические станции, солнечные пруды,солнечные энергетические установки с параболоцилиндрическими концентраторами. Сюда же относятся и солнечные коллекторы, в которыхпроисходит нагрев воды с помощью солнечного излучения.

Второй подвид солнечных энергетических установок базируетсяна прямом преобразовании солнечного излучения в электроэнергию спомощью солнечных фотоэлектрических установок.



В настоящее время в мире и в России наиболее перспективнымиявляются два вида солнечных энергетических установок:

– солнечные коллекторы;

– солнечные фотоэлектрические преобразователи.

Системами солнечного отопления называются системы, использующие в качестве теплоисточника энергию солнечной радиации. Их характерным отличием от других систем низкотемпературного отопления является применение специального элемента – гелиоприемника, предназначенного для улавливания солнечной радиации и преобразования ее в тепловую энергию.

По способу использования солнечной радиации системы солнечного низкотемпературного отопления подразделяют на пассивные и активные.

Пассивными называются системы солнечного отопления, в которых в качестве элемента, воспринимающего солнечную радиацию и преобразующего ее в теплоту, служат само здание или его отдельные ограждения (здание-коллектор, стенаколлектор, кровля-коллектор и т. п. рис. 2.1.).

Рисунок 2.1.

Пассивная низкотемпературная система солнечного отопления «стена-коллектор»: 1 – солнечные лучи; 2 – лучепрозрачный экран; 3 – воздушная заслонка; 4 – нагретый воздух; 5 – охлажденный воздух из помещения; 6 – обственное длинноволновое тепловое излучение массива стены; 7 – черная лучевоспринимающая поверхность стены; 8 –жалюзи.

Активными называются системы солнечного низкотемпературного отопления, в которых гелиоприемник является самостоятельным отдельным устройством, не относящимся к зданию.

Активные гелиосистемы могут быть подразделены:

по назначению (системы горячего водоснабжения, отопления, комбинированные системы для целей теплохолодоснабжения);

по виду используемого теплоносителя (жидкостные – вода, антифриз и воздушные);

по продолжительности работы (круглогодичные, сезонные);

по техническому решению схем (одно-, двух-, многоконтурные).

Сезонные гелиосистемы горячего водоснабжения обычно одноконтурные и функционируют в летние и переходные месяцы, в периоды с положительной температурой наружного воздуха. Они могут иметь дополнительный источник теплоты или обходиться без него в зависимости от назначения обслуживаемого объекта и условий эксплуатации.

Гелиосистемы отопления зданий обычно двухконтурные или чаще всего многоконтурные, причем для разных контуров могут быть применены различные теплоносители (например, в гелиоконтуре – водные растворы незамерзающих жидкостей, в промежуточных контурах – вода, а в контуре потребителя – воздух).

Комбинированные гелиосистемы круглогодичного действия для целей теплохолодоснабжения зданий многоконтурные и включают дополнительный источник теплоты в виде традиционного теплогенератора, работающего на органическом топливе, или трансформатора теплоты.

Солнечный коллектор Является основным компонентом солнечной энергетической системы, преобразует лучистую энергию солнца в полезную тепловую энергию и отдает это тепло теплоносителю. Теплоноситель переносит тепло в здание или в аккумулятор для дальнейшего использования. Его также можно использовать в цикле охлаждения (кондиционирования воздуха) или в нагреве воды для хозяйственных нужд.

Существует весьма много моделей простых и эффективных коллекторов.

Среди пассивных систем такими устройствами являются окна и сочетание коллектор-аккумулятор.

Типы солнечных коллекторов для систем отопления:

1) жидкостной плоский коллектор;

2) вакуумный коллектор;

3) воздушный коллектор;

4) солнечный пруд;

5) плавающий коллектор;

6) солнечный коллектор с пирамидальной оптической системой.

Рассмотрим конструкции каждого типа коллекторов по отдельности.

Плоские солнечные коллекторы–наиболее распространённый тип коллекторов, производящийся в огромном количестве вариаций (воздушные, вакуумные, водяные, трубчатые и т.д.). Основным элементом коллектора является поглощающая пластина (теплоприемник), которая задерживает солнечный свет, преобразует его в тепло и передает его теплоносителю. Поверхность теплоприемника обычно окрашена в черный цвет. Для уменьшения потери тепла с поверхности пластины над ней устанавливается прозрачное покрытие. Потери тепла с тыльной стороны теплоприемника уменьшают при помощи тепловой изоляции.

Все эти элементы обычно помещаются в деревянные или металлические контейнеры. На рис. 2.2 показан типичный коллектор, содержащий все вышеописанные элементы.

Рисунок 2.2. Прототип плоского солнечного коллектора:

1 – прозрачное покрытие; 2 – пластина, поглощающая солнечную радиацию; 3 – отражающая поверхность; 4 – изоляция; 5 – ящик Воздух является широко распространенным незамерзающим во всем диапазоне рабочих параметров теплоносителем. При применении его в качестве теплоносителя возможно совмещение систем отопления с системой вентиляции.

Однако воздух – малотеплоемкий теплоноситель, что ведет к увеличению расхода металла на устройство систем воздушного отопления по сравнению с водяными системами.

Вода является теплоемким и широкодоступным теплоносителем. Однако при температурах ниже 0°С в нее необходимо добавлять незамерзающие жидкости.

Кроме того, нужно учитывать, что вода, насыщенная кислородом, вызывает коррозию трубопроводов и аппаратов. Но расход металла в водяных гелиосистемах значительно ниже, что в большой степени способствует более широкому их применению.

В рабочем режиме накопленное тепло расходуется на нагрев воздуха или воды, которые циркулируют через CК. Для CК основной технической характеристикой является объем воды или воздуха, нагретых до заданной температуры в течение светового дня квадратным метром коллектора. В средней полосе Европы в летний период производительность таких CК может достигать 50литров воды, нагретой до 60°С -70°С с каждого квадратного метра в день. К.п.д.

солнечного коллектора составляет порядка 70% и зависит от температуры окружающей среды, плотности потока солнечной энергии и температуры, до которой необходимо нагревать воду в коллекторе.

Плоские коллекторы рис. 2.3 собирают как прямое, так и рассеянное излучение и поэтому могут работать также и в облачную погоду. В связи сэтим, а также с учетом относительно невысокой стоимости, плоские коллекторы являются предпочтительными при нагревании жидкостей до температур ниже 100°С.

Рисунок 2.3.

Плоский солнечный коллектор: 1 – солнечные лучи; 2 – остекление; 3 – корпус; 4 – тепловоспринимающая поверхность; 5 – теплоизоляция;6 – собственное длинноволновое излучение тепловоспринимающей пластины.

Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности. Для достижения более высоких температур теплоносителя поверхность пластины покрывают спектрально-селективными слоями, активно поглощающими коротковолновое излучение солнца и снижающими ее собственное тепловое излучение в длинноволновой части спектра. Такие конструкции на основе «черного никеля», «черного хрома», окиси меди на алюминии, окиси меди на меди и другие дорогостоящи (их стоимость часто соизмерима со стоимостью самой тепловоспринимающей панели).





Другим способом улучшения характеристик плоских коллекторов является создание вакуума между тепловоспринимающей панелью и прозрачной изоляцией для уменьшения тепловых потерь (солнечные коллекторы четвертого поколения).

Устройство теплоизоляции удорожает и утяжеляет конструкцию гелиоприемника.

Вакуумные коллекторы рис. 2.4. имеет наилучший теплоизолятор – вакуум.

Общие потери тепла в коллекторе минимальны, так как в вакууме не происходит потерь на теплопроводность и конвекцию. Поэтому КПД вакуумного коллектора сохраняется стабильно высоким даже при неблагоприятных погодных условиях.

При температуре воздуха -45°С и рассеянном солнечном свете, производительность вакуумного коллектора на 40% выше, чем у других видов коллекторов.

Рисунок 2.4. Вакуумный солнечный коллектор

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.

Опыт эксплуатации коллекторов в условиях Европы и европейской части России при высокой доле диффузной радиации (до 50%) показал невозможность создания круглогодичной автономной системы горячего водоснабжения и отопления. Все гелиосистемы с солнечными коллекторами в средних широтах требуют устройства больших по объему баков-аккумуляторов и включения в систему дополнительного источника энергии (рис. 6), что снижает экономический эффект от их применения. В связи с этим наиболее целесообразно их использование в районах с высокой средней интенсивностью солнечной радиации (не ниже 300 Вт/м2).

Воздушные солнечные коллекторы рис.2.5.применяются в основном для отопления и обеспечения вентиляции в помещениях. Принцип действия воздушного коллектора идентичен принципу действия обычного плоского коллектора лишь с тем исключением, что в качестве теплоносителя используется воздух. Для обеспечения наилучшей его циркуляции коллекторы попутно оборудуются вентиляторами, которые в свою очередь приводятся в действие небольшим солнечным фотоэлементом.

Рисунок 2.5. Схема солнечного воздушного коллектора

Воздушный солнечный коллектор - главный элемент системы воздушного солнечного обогрева. Его конструкция очень проста. Теплоизолированная снизу зачерненная поверхность является дном плоского ящика. Сверху этот ящик закрыт стеклом или другим прозрачным материалом (в настоящее время часто применяются двухслойные пластиковые покрытия). Видимый свет поглощается зачерненной поверхностью, нагревает ее, а она, в свою очередь, нагревает воздух в коллекторе. Нагретый воздух подается в помещение. Площадь воздушных коллекторов, необходимая для нагрева помещений в доме, определяется его теплотехническими параметрами.

В общем виде при заданной величине СИ (прямого, диффузного и отраженного для плоского СК) эффективность процесса преобразования СИ в тепло будет зависеть от произведения четырех КПД всех основных элементов СК. Иными словами общий коэффициент полезного использования СИ в СК, т.е. скси будет равен скси =спптмтик, где спп, % - коэффициент пропускания СИ через свето-прозрачное покрытие;

тм, % - КПД теплопоглащающего материала абсорбера;

ти, % - КПД теплоизоляции ;

к, % - КПД корпуса СК.

Расчет КПД современных коллекторов производится по формуле:

где Eg - плотность суммарного падающего на коллектор солнечного излучения (Вт/м2), а Т-разность между средней температурой теплоносителя в коллекторе и температурой окружающей среды. Величина 0 представляет собой КПД солнечного коллектора при Т=0 и, в большинстве случаев, равна произведению пропускной способности стекла и поглощательной способности абсорбера As. В физическом смысле, КПД выражает отношение (полезной) тепловой энергии, отведенной от абсорбера с помощью циркулирующего через коллектор теплоносителя, к падающей на абсорбер суммарной лучистой энергии.

Теплопроизводимость солнечного коллектора - количество тепла, отводимого от коллектора за фиксированный период времени (час, сутки, месяц, год).

Солнечные абсорберы состоят из тепловоспринимающей панели с каналами, по которым циркулирует теплоноситель. Тепловоспринимающая панель не изолируется остеклением со стороны, обращенной к солнцу, а частично и теплоизоляцией с обратной стороны. В связи с этим отпадает необходимость в корпусе, что значительно снижает стоимость данной конструкции по сравнению с солнечными коллекторами. Теплоноситель подается с постоянной температурой на 3-5 °С ниже температуры окружающего воздуха. Охлаждение теплоносителя производится с помощью теплового насоса. За счет этого возможно полезное использование не только прямой и рассеянной солнечной радиации, но и теплоты атмосферы, осадков, фазовых превращений при конденсации и инееобразовании на их поверхности. Возможна также утилизация теплопотерь через ограждающие конструкции при совмещении с ними абсорбера.

Солнечные абсорберы фактически не имеют потерь тепла. Лишь 5-10% падающей на их поверхность солнечной радиации отражается от нее в зависимости от цвета и качества покрытия. Собственное тепловое излучение абсорбера на небосвод и окружающие поверхности также или отсутствует, или абсорбер сам воспринимает длинноволновое излучение небосвода и окружающих поверхностей.

Абсорберы не требуют очистки от пыли, так как она увеличивает коэффициент поглощения солнечной радиации.

К устройству солнечных абсорберов предъявляются следующие требования:

высокие поглотительные свойства поверхности за счет ее структуры, цвета, ориентации, высокие теплопроводность, долговечность (коррозионностойкость), низкая стоимость.

В качестве абсорбционных гелиоприемников чаще всего используются тепловоспринимающие панели двух типов: типа лист-труба и штампованные панели из алюминия к стали. Конструкция типа лист-труба обычно включает металлический лист, к которому привариваются! трубы круглого сечения.

Недостатками этой конструкции являются небольшая площадь контакта труб с листом и разрушение их металла при сварке, что приводит к ускорению коррозии в местах сварки. Недостаток второго типа тепловоспринимающей панели – низкая долговечность, так как такая панель быстро коррозирует с внутренней стороны.

Солнечные абсорберы рис.2.6 устанавливаются на кровле или могут служить ее конструктивным элементом, а также применяются в виде облицовочных стен, балконных ограждений или элементов ограды. При этом из-за их небольшого веса в отличие от солнечных коллекторов не требуется усиления несущих конструкций. На кровле здания абсорберы монтируются под утлом к горизонту, равным географической широте местности ±15°.

Основной недостаток солнечных абсорберов – необходимость поддержания постоянно низкого температурного уровня теплоносителя, из-за чего невозможно его использование для отопления и горячего водоснабжения зданий в зимний период. Для повышения потенциала низкотемпературного теплоносителя применяется тепловой насос.

Рисунок 2.6.

Солнечный абсорбер Вопросы для самоконтроля

1. Классификация солнечных энергетических установок, виды сложных ЭУ.

2. Понятие систем солнечного отопления, активные и пассивные системы.

3. Определение солнечного коллектора, типы коллекторов.

4. Плоский солнечный коллектор, его основные конструкционные элементы.

5. Вакуумный солнечный коллектор, понятие теплопроводности коллектора.

6. Воздушные солнечные коллекторы, расчет КПД коллектора.



Похожие работы:

«ПОДЗЕМНАЯ КЛАДОВАЯ СТРАНЫ Сайын Кыдырманов родился в ауле Бакалы Алматинской области. Там в совхозе работал на стройучастке. Потом служба в Советской Армии. Затем пять лет студент горного факультета Казахского политехнического ин...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования 1отЯ1 Пермский национальный исследовательский |пнип политехнический университет Гуманитарный факультет кафедра "Экономическая теория" УТВЕРЖДАЮ Проректор по уче...»

«Предлагаемая система телемеханики Общество с ограниченной ответственностью “ТМ системы “ г. Екатеринбург Предприятие ООО "ТМ системы" осуществляет комплекс работ "под ключ" по проектированию, монтажу и пусконаладке автоматизированных систем диспетчерского управления энергообъектов с 1994...»

«6303 6973 – 06/2004 RU Сервисный уровень Инструкция по пуску в эксплуатацию и техническому обслуживанию Горелка голубого пламени Logatop BE 1.3 и 2.3 Внимательно прочитайте перед пуском в эксплуатацию и техническим обслуживанием Пре...»

«Тарутина Наталья Вячеславовна ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ РЕАКТОРОВ C МЕМБРАННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКОГО ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА 05.17.08 Процессы и аппараты химической технологии 05.13.01 Системный анализ, упра...»

«ISSN 1994-0351. Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. 2011. Вып. 4 (19). www.vestnik.vgasu.ru УДК 725/.727(470.4)''18'' Ю. В. Посвятенко ОСОБЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА СОЦИАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ В ВЕРХНЕМ ПОВОЛЖЬЕ В XIX — XX ВВ. Статья посвящена влиянию социально-экономических процессов XIX — начала ХХ вв. на строительство объектов...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Свердловской области "Екатеринбургский политехникум" (ГБПОУ СО "ЕПТ") РАБОЧАЯ ПРОГРАММА...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.