Використання відновлюваних джерел теплоти для теплопостачання

Шляхи економії теплоти:

• зменшення опалювання площі;

• вибір ефективного обладнання для системи теплопостачання (конденсаційні котли, насоси с регуляторами частоти обертів, опалювальні пристрої та інше)

• використання автоматики та контролю за температурою в будівлі;

• утеплення огороджувальних конструкцій (стін, вікон, даху та підвалу);

• використання теплоти витяжного повітря для нагрівання припливного повітря в системах вентиляції;

• використання відновлюваних джерел теплоти;

До відновлюваних джерел теплоти відносять:

1. гідроенергетика;

2. енергію вітру;

3. сонячну енергію;

4. теплоту навколишнього середовища (теплові насоси);

5. біомаса.

Гідроенергетика

Вичерпана на 90%. Перспектива в малій енергетиці.

Енергія вітру

Енергію вітру використовують для виробництва електричної енергії. Доцільно використовувати енергію вітру там, де середня швидкість вітру більше або дорівнює 7 м/с.

Вітрові електростанції мають шкідливі фактори, які впливають на навколишнє середовище (низькочастотні шуми).

Сонячна енергія

Використовують для нагрівання води в систему теплопостачання, для нагрівання повітря в систему вентиляції, для виробництва електроенергії.

На території України доцільно використовувати сонячну енергію.

Системи сонячного теплопостачання поділяються на:

• активні;

• пасивні.

Пасивні системи – це системи в яких огороджувальні конструкції використовуються для нагрівання теплоносія в системі теплопостачання.

Рис.15.1. Пасивна сонячна система опалення (стіна Мішеля Тромба).

1 – приміщення, яке опалюється;

2 – стіна Тромба з отворами для повітря;

3 – скло;

4 – сонячне випромінювання;

5 – селекційне покриття, яке поглинається в спектрі сонячного випромінювання і має невеликий коефіцієнт випромінювання в тепловому спектрі.

Така система дає невеликий відсоток покриття навантаження на опалення.

Активні системи – складаються з колектора сонячної енергії, бака-акумулятора, трубопроводів, насосів, додаткового джерела теплоти та автоматики.

Активні системи поділяють на:

• повітряні;

• водяні.

Колектори сонячної енергії поділяють на:

• пласкі;

• вакуумовані;

• фокусуючі.

Плаский колектор сонячної енергії

Рис.15.2. Плаский геліоприймач.

1 – корпус колектора;

2 – канали для теплоносія;

3 – ребра з селекційним покриттям;

4 – теплова ізоляція;

5 – прозоре покриття.

Вакуумований колектор

Рис.15.3. Вакуумований геліоприймач.

Фокусуючий колектор

Рис.15.4. Фокусуючий геліоприймач.

Сонячні колектори встановлюють на землі або на даху будинку, та орієнтують на південь ±90^о.

Кут нахилу плоского або вакуумованого колектора вибирають:

• якщо система працює тільки влітку: α=φ-15^о, φ – широта місцевості;

• якщо система працює протягом року: α=φ+1^о;

• якщо система працює взимку: α=φ+15^о;

Геліосистеми поділяють на:

• з природною циркуляцією теплоносія;

• з примусовою циркуляцією теплоносія.

Геліосистема з примусовою циркуляцією:

Рис.15.5. Активна сонячна система гарячого водопостачання.

1 – геліоприймач (колектор сонячної енергії);

2 – насос;

3 – водяний бак-акумулятор;

4 – вода системи ГВП;

5 – холодна вода з водопроводу.

Об’єм баку акумулятора рекомендується приймати в межах від 50 до 100 л на 1 м площі колектора сонячної енергії.

Геліосистеми з примусовою циркуляцією поділяють на:

• одноконтурні;

• багатоконтурні.

Р ис.15.6. Одноконтурна та двоконтурна геліосистеми

з природньою циркуляцією

Рис.15.6. Двоконтурна геліосистема з примусовою циркуляцією

Система автоматики включає циркуляційний насос, якщо сонячне випромінення є достатнім і незамерзаюча рідина нагрівається в колекторі сонячної енергії. Після чого віддає теплоту, через нижній змійовик, воді в баку акумуляторі. Нагріта вода піднімається в верхню частину баку (стратифікація).

Якщо температура води в верхній частині баку недостатня, то включається верхнє джерело теплоти і догріває воду.

Якщо температура води в баці акумуляторі збільшується до 90 ^о, автоматично виключається насос і в колекторі сонячної енергії не починається скипання пропіленгліколя, таким чином автоматика захищає систему ГВП від кипіння. Тому дуже важливим є вибір площі колектора, яка максимально зменшить імовірність скипання теплоносія.

Розрахунок системи сонячного теплопостачання

Сонячне випромінення поділяють на:

• пряме– це короткохвильове, ультрафіолетове випромінення.;

• розсіяне – те що відбивається від будівель, землі і т.д., а також розсіюється в атмосфері.

КСЕ поглинає пряме та розсіяне сонячне випромінення.

Для кожного КСЕ існує критичне значення сонячної радіації, починаючи з якого він нагріває воду. Плаский колектор 300 Вт/м², вакуумований 150 Вт/м².

Метою розрахунку сонячної системи теплопостачання є вибір площі КСЕ, об’єму баку акумулятора та інших складових частин системи.

Баки-акумулятори поділяють на:

• сезонні;

• добові.

Сезонний – призначений для накопичення сонячної теплоти за теплий період року, з метою використання її протягом року(об’єм сезонного баку приблизно дорівнює об’єм опалювального приміщення для північної України).

Добовий – призначений для вирівнювання теплового навантаження системи теплопостачання протягом декількох діб.

Вихідні дані до розрахунку геліосистеми ГВП:

1. кліматичні дані по температурі зовнішнього повітря та по надходженню прямої та розсіяної сонячної радіації на горизонтальну поверхню протягом року.

Розрахунок сонячної системи рекомендується проводити для найбільш теплого місяця року. В інші місяці догрівання води здійснюється за допомогою додаткових джерел теплоти. Для запобігання пошкоджень геліосистеми та зменшення її терміну окупності рекомендується вибирати систему, яка покриває більш ніж 60% річного навантаження на ГВП. При збільшені цього відсотку скипання теплоносія в колекторі(стагнація) пошкоджує роботу системи.

2. добова витрати гарячої води споживачем, об’єм бака-акумулятора розрізняють за умови забезпечення споживача протягом 2-3 діб, на 1 люд/добу 50л.

Площу колектора визначають з відповідних таблиць кожного виробника геліосистем в залежності від швидкості і витрати теплоносія, який проходить через теплообмінник в баці-акумуляторі(=1 м² на 1 людину).

Термін окупності геліосистеми ГВП визначається як:

, (15.1)

де Z –вартість геліосистеми, Z_гвп – вартість зекономленого палива для ГВП за рік.

Геліосистеми також виконують для нагрівання води в басейнах, а також для нагрівання теплоносія в системах опалення. Для покриття навантаження системи опалення рекомендується вибирати за умови покриття не більше 20% річного навантаження системи опалення.

Площу колектора сонячної енергії для геліосистеми рекомендується приймати приблизно в 2,5 більше, ніж площа колектора для системи ГВП.

Принцип роботи геліосистеми для системи опалення полягає в тому, що спочатку сонце нагріває воду на ГВП, після чого сонячна система є першою ступеню нагрівання води для системи опалення. В якості другого ступеня працює котел або інше джерело теплоти. Ідеальною системою для використання сонячної енергії на опалення буде система, яка влітку використовує геліополе системи опалення для нагрівання води для нагрівання води в басейні.