Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


ГЕЛИОУСТАНОВКА

Гелиустановка - устройство, улавливающее солнечную энергию и преобразующее ее в другие, удобные для практического использования виды энергии. Различают пассивное и активное использование солнечной энергии. Пассивное — возведение зданий, имеющих такие конструктивно-планировочные решения, при которых солнечная энергия воспринимается и аккумулируется самими строительными конструкциями (стенами, полами, перекрытием здания). Активное предусматривает наличие систем, в которых солнечная энергия нагревает теплоноситель, направляемый далее для обогрева помещений или горячего водоснабжения. При пассивном использовании солнечной энергии наряду с комплексом конструктивно-планировочных решений используют простейшую гелиустановку, получившую название "солнечной стены". В системах активного использования солнечной энергии применяют низкотемпературные (без концентрации солнечной энергии) и высокотемпературные гелиустановки с различными гелиоконцентраторами. Низкотемпературные гелиустановки — застекленные наклонные поверхности значительной площади называют плоскими солнечными коллекторами. Полученная в них теплота переносится теплоносителем (жидкостью или воздухом) в зону непосредственого использования или аккумулирования. Основная функция солнечного коллектора — передача лучистой энергии Солнца теплоносителю. Такие коллекторы используют в системах теплоснабжения, отопления и опреснения. В зависимости от вида теплоносителя применяют жидкостные или воздушные коллекторы. Наиболее распространена конструкция типа "горячий ящик", основным элементом которой является теплоприемник. Удвоение размеров коллектора не всегда приводит к двукратному увеличению количества полезно поглощенной теплоты. Количествово энергии, полученное поверхностью, будет наибольшим, если она обращена строго на юг. Практически коллекторы устанавливают с отклонением 15—20° от оптимальной ориентации, и это не значительно уменьшает его производительностьсть. Для круглогодичной максимальной облученности угол, равный широте местности, является оптимальным. При использовании коллектора преимущественно летом максиальная плотность радиации будет при угле наклона, равном широте местности, минус 15°, а зимой — при угле наклона на 15° больше широты местности.
В современных коллекторах применяют теплоприемники для жидкостных систем трех конструктивных типов: волнистый лист с открытой поверхностью, по которой течет жидкость; использующие принцип "труба в листе", в которых каналы отформованы в теле теплоприемника; устраиваемые наложением труб на пластину с лицевой или тыльной стороны по отношению к солнцу. Плоские коллекторы воздушного типа, в которых в качестве теплоносителя используют воздух, применяют для теплоснабжения зданий и отопления помещений всех типов, особенно в случаях, когда не предусматривается или предусматривается в незначительной степени охлаждение или подогрев воды для бытовых нужд. Воздушные системы обходятся дешевле, т.к. требуют меньше трубопроводов и деталей. Они свободны от сложностей жидкостных систем: проблемы возможного замерзания жидкости в коллекторе; необходимости учета ее расширения при нагреве в системе, включая возможность парообразования; течи системы и коррозии металлических поверхностей. Применение селективных покрытий коллекторов воздушного типа при прочих равных условиях повышает эффективность его работы на 50—65% при низких рабочих температурах и на 15—35% при повышенных температурах.
"Солнечные элементы" — гибкие сворачиваемые в рулой полотнища толщиной 6 мм, состоят из двух профилированных слоев специальной пластмассы черного цвета. Между слоями образуются плоские каналы, по которым протекает вода. Такими полотнищами покрывают крыши зданий или газоны вблизи них. Для улавливания и аккумулирования солнечной энергии получили распространение "солнечные водоемы", представляющие собой мелкие бассейны с темным дном. В них часть солнечного излучения поглощается водой, а часть, прошедшая сквозь воду темным дном. Энергия, отраженная от него, частично поглощается водой на обратном пути. В таких водоемах вода сильнее всего нагревается в нижнем слое, откуда она поднимается на поверхность, вызывая конвективные токи. Тепловые потери возрастают, так как самым теплым оказывается верхний слой воды. При использовании солевого раствора более нагретый слой жидкости находится около дна так как в нем содержится больше соли. При глубине водоема 1 м и площади 25x25 м температуpa его дна достигает 93°С.
Плоский коллектор наиболее применим при использовании солнечной энергии для отопления, горячего водоснабжения и охлаждения зданий. Однако при необходимости получения более высоких температур оптимальны высокотемпературные солнечные коллекторы. При этом в качестве концентраторов энергии солнечного излучения применяют зеркала различной формы и линзы, однако последние из-за высокой стоимости не нашли широкого применения. Модифицированный солнечный коллектор с отражающей пирамидной оптической системой позволяет достичь концентрации, в 2—4 раза превышающей обычную плотность солнечной радиации. Удорожание стоимости такого коллектора компенсируется более высокой температурой теплоносителя без уменьшения кпд коллектора. Концентрирующий коллектор другого типа состоит из параболических желобов, концентрирующих солнечный свет на сравнительно небольшой части поверхности теплоприемника. Одна из наиболее распространенных конструкций фокусирующей солнечной панели состоит из отдельных стеклянных трубок длиной около 1 метра и диаметром 7 см. В нее вложены две трубки, в которых циркулирует жидкость. Солнечная энергия отражается внутренней зеркальной стороной большой трубы и концентрируется в двух черных трубах. При увеличении плотности солнечной радиации не только повышается кпд, но и уменьшается площадь поверхности теплоприемника, что особенно важно в случае, когда он выполнен из дорогостоящих фотоэлементов, предназначенный для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Применение в качестве концентратора энергии солнечного излучения параболоида позволяет получить температуру 250—650°С при кпд 60—75%. Параболоцилиндр создает среднюю степень концентрации солнечного излучения с диапазоном рабочих температур 150—400°С и кпд 50—70%. Простейший концентратор в виде плоской пластины позволяет получить температуру 60— 140°С при кпд 30— 50%. Преимущества концентрирующих устройств не только в возможности получения более высокой температуры, но и в сборе теплоты с меньшими теплопотерями. Недостаток таких устройств в том, что в них используется только прямая солнечная радиация без диффузной составляющей. Температуру 200—500 С можно получить даже при слабой концентрации солнечной радиации, а фокусирующие коллекторы с высокой ее концентрацией позволяют получить температуру до 5000°С. Концентрирующие коллекторы должны находиться под постоянным контролем, так как они очень чувствительны к различным загрязнениям, что снижает их оптические качества.

Экспертиза

на главную