Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Использование при квартирном отоплении солнечной энергии и тепла геотермальных вод

Вопрос об использовании солнечной энергий для теплоснабжения зданий изучается давно и особенно интенсивно в последние годы в связи с энергетическим кризисом, который охватил многие страны. Однако практически солнечная энергия пока используется в основном для горячего водоснабжения.

Солнечный водоподогрев широко применяется в Индии 116]; он устраивается с помощью облучаемых солнцем регистров, по которым циркулирует подогреваемая вода.

Разработанная Центральным исследовательским институтом по строительству (г. Рурке) установка (рис. 1.38) имеет два регистра, каждый из которых состоит из семи Труб диаметром 25 мм и длиной 1,5 м, объединенных сверху и снизу коллекторными трубами диаметром 32 мм. Регистры присоединены к покрашенному в черный цвет алюминиевому листу размером 1X16 М который снизу покрыт эффективной теплоизоляцией. Регистры устанавливают под углом 45° к горизонтальной плоскости и закрывают сверху стеклом, которое должно периодически очищаться от пыли. По данным института, установка в ясную погоду, например в феврале, обеспечивает подогрев 140 л воды до 60° С за 2,5 ч. Подогреваемая вода поступает в расположенный над регистрами бак, из которого она может по циркуляционной линии снова возвращаться в регистры. В баке установлен электрический водоподогреватель, который автоматически включается при недостаточном нагреве воды из-за отсутствия или недостатка солнечной радиации.

Подобные солнечные водоподбгревателн применяют в Японии. В СССР также были применены такие установки, например в санатории «Золотой берег» под Гудаутой, где они подогревали воду для расположенных на пляже душей.

Используемые в солнечных водоподогревателях теплоприемники могут применяться для квартирного отопления малоэтажных зданий, поскольку регистры, воспринимающие тепло от солнца, в этом случае можно располагать на крыше отапливаемого дома.

Так, если описанный выше простейший теплоприемник воспринимает до 700 Вт тепла, то теплоприемник для квартирной системы отопления с площадью поверхности нагрева 35 — 50 м2, размещенный на одном скате крыши, перекрывающей одноквартирный дом общей площадью 60 м2, может воспринять 25 — 35 кВт тепла. Поскольку теплопотери указанного дома равны 3,5 кВт, теплоприемник должен работать 2,5 — 3,5 ч в сутки. Такие теплопотери (при увеличенном сопротивлении теплопередачи ограждающих конструкций) соответствуют наружной температуре минус 5 — 7° С.


Теплоприемники, аналогичные представленным на рис. 1.38, могут изготовляться из труб и листовой стали на месте строительства с помощью сварки, используемой как для соединения труб, так и для создания контакта между трубами и воспринимающим тепло листом.

При отсутствии солнца и тепла в аккумуляторе снижается температура в отапливаемых помещениях и автоматически включаются установленные в них электрические отопительные приборы, автоматически выключающиеся При превышении заданной температуры.

Дополнительный электроподогрев можно было бы выполнять с помощью электронагревателя, установленного в жидкостном аккумуляторе тепла, При этом не потребовалась бы установка электроотопнтельных приборов в помещении. Однако надежность действия такого устройства была бы меньше надежности действия двух независимых систем, в которых к тому же наличие малоинерционных электроотопнтельных приборов будет способствовать более полному использованию солнечной энергии и поддержанию в отапливаемых помещениях более равномерных температур.



Систему отопления, использующую энергию солнца, можно автоматически выключать с помощью датчика, настроенного на 0,5—1° С больше, чем датчики, выключающие электроотопнтельные приборы.

Рассматриваемую систему отопления целесообразно применять в экспериментальном строительстве в южных и юго-восточных районах с большим числом солнечных дней в зимнее время года.

При большой стоимости незамерзающей жидкости в качестве теплоаккумулирующей жидкости и теплоносителя, обогревающего теплонзлучающую панель, целесообразнее принимать воду. В этом случае в жидкостном аккумуляторе тепла должен размещаться змеевнк, через который тепло от незамерзающей жидкости передается воде. Последняя будет циркулировать по замкнутому контуру между аккумулятором и теплонзлучающей панелью в результате действия гравитационных сил.

Известны действующие экспериментальные системы отопления с использованием солнечной энергии с теплоносителем воздухом (рис. 1.41). В теплопрнемниках этой системы воздух циркулирует с помощью вентилятора. Аккумулирование тепла производится в емкости, заполненной галькой. При отсутствии поступления тепла от солнца воздух, проходя через пространства между галькой, отбирает аккумулированное галькой тепло и передает его в отапливаемое помещение; теплопрнемники в это время не работают. При наличии солнечной радиации и работе теплоприемников в отапливаемое помещение поступает воздух, нагретый непосредственно в теплоприемниках.

Подобная система отопления осуществлена, по разработкам физико-технического института АН УзССР, в 1975 г. в одноэтажном здании площадью 102 м2 и объемом 314 м3 При общей площади теплоприемников (гелио-воздухонагревателей) 74 м2 и объеме теплоаккумулятора с гравием 10 м3. Проведенные исследования показали, что При наружных температурах 0—5° С экспериментальное здание не нуждается в дополнительном отоплении.

Для возможности использования теплоприемников, в которых тепло воспринимается жидкостью и, в частности, водой, предлагаются воздушно-водяные системы

Отопления (рис. 1.42). В них теплоаккумулятор представляет собой емкость, заполненную галькой, внутри которой расположен бак с водой. Циркулирующая с помощью иасоса вода при наличии солнца подогревается в теплоприемннках. Тепло через стенки бака с водой передается гальке и от нее воздуху, обогревающему помещение и циркулирующему под действием вентилятора.

Рассмотренные системы отопления с использованием солнечной энергии требуют дублирующего источника тепла, так как при использовании только солнечной энергии размеры теплоприемннков и аккумуляторов получаются пока чрезмерно большими. Однако имеются попытки создания систем без дублера, в частности с поворачивающимся за солнцем теплоприемннком (чтобы лучи его падали на тепловосприннмающую поверхность всегда перпендикулярно), вследствие чего увеличивается эффективность использования солнечной энергии.

С целью более полного использования тепла солнечной энергии имеются предложения по включению в схему отопления тепловых насосов, которые нагревают воду в баках-аккумуляторах тепла в ночное время, когда электроэнергия отпускается по льготной цене.

В числе новейших научно-технических разработок, направленных на снижение стоимости систем отопления с использованием солнечной энергии, следует назвать разработку солевых (латентных) тепло аккумуляторов. В ннх в качестве среды, аккумулирующей тепло, применяются соли, которые При определенной сравнительно невысокой температуре изменяют свое агрегатное состояние. При нагревании и переходе из твердой фазы в жидкую такие вещества поглощают значительное количество тепла. Это тепло вновь отдается При охлаждении (переходе соли в твердое состояние). При применении в теплоаккумуляторах среды с фазовым превращением их размеры значительно уменьшаются по сравнению с размерами водяных или галечных теплоаккумуляторов. Так, по данным фирмы «Solar Incorporation», для дома площадью 140 м2 объем теплоаккумулятор а занимает 3,1 мз [41].

Представляют интерес разработанные в США для индивидуального строительства упрощенные конструкции солнечного теплоприемника в комбинации с латентным теплоаккумулятором. Одна из схем такого устройства представлена на рис. 1.43 [41]. Это устройство устанавливается с наружной стороны наружной стены и работает без каких-либо побудителей. Оно состоит из вертикальной латентной теплоаккумулнрующей панели 1 и прозрачного для солнечных лучей кожуха 2; с помещением это устройство соединяется через верхнее и нижнее отверстия 3 и 4. Солнечное тепло воспринимается непосредственно теплоаккумулнрующей панелью и передается в помещение воздухом, проходящим через пространства между панелью и кожухом и стеной. Частично тепло в помещение передается через стену, нагреваемую лучеиспусканием и конвекцией теплоаккумулнрующей панелью. Количество проходящего около тепловоспринимающей и теплоаккумулирующей панели воздуха автоматически регулируется клапаном 5.


Имеются и другие научно-технические разработки по использованию солнечной энергии для отопления и охлаждения зданий. Онн ведутся не только в США, где среднее поступление тепла от солнца за год в южных штатах составляет 7,6 гДж/м2, но также в Англии, ФРГ и других странах, находящихся в северной Европе, где среднее поступление тепла от солнца составляет 3,1— 3,8 гДж/м2 в год.

Другим бестопливным источником тепла, который может использоваться для теплоснабжения зданий, видимо, с меньшими затратами, чем При использовании солнечной энергии, являются геотермальные воды, имеющиеся во многих местах территории СССР. Геотермальные воды в различных районах встречаются на разной глубине и имеют различные температуры и химический состав. В областях активной вулканической деятельности (Камчатка, Курильские острова) подземные термы проявляются наиболее бурно. Периодически действующие паровидные фонтаны — гейзеры, выбросы нагретых газов — фумароллы, горячие ключи, источники и озера ежегодно выносят здесь на поверхность огромное количество тепла.

Однако наиболее целесообразно получать горячие подземные воды, даже в местах естественного излива их на поверхность, через специально пробуренные артезианские скважины. Дебит и температура воды, выводимой на поверхность скважиной, как правило, отличаются постоянством для любого времени года.

Геотермальные воды классифицируются по температуре, кислотности, степени минерализации, жесткости и некоторым другим свойствам.

Генезис геотермальных вод определяется классификацией по газовому составу. Различают пять основных типов геотермальных вод: сероводоуглеродные, углекислые, азотноуглекнслые, азотные, метановые. Кроме того, геотермальные воды часто называют по преобладающим в ннх химическим солям, например, хлорндонатриевые, сульфатнокальцневые, кремнеземистые и т.д.

Геотермальные воды можно комплексно использовать для выработки электроэнергии, теплоснабжения и добычи химически ценных веществ.

Использование геотермальных вод весьма целесообразно для горячего водоснабжения, поскольку При этом они максимально отдают свое тепло, а При подаче геотермальных вод на непосредственный водоразбор (без теплообменников) снимаются вопросы их отведения. При наличии потребителей горячей воды геотермальные воды следует подавать для горячего водосиабжения даже в те здания, которые отапливаются от другого источника тепла, например от котельной (так делается в Будапеште, где использование геотермальных вод особенно развито и давно применяется).

Особенно выгодно использовать тепло подземных вод в районах, удаленных от мест добычи топлива, где геотермальная вода является почти единственным местным источником тепловой энергии. При использовании геотермальных вод для теплоснабжения исключается тяжелый труд шахтеров и кочегаров, не требуется транспорта для перевозки топлива и золы и не происходит загрязнения воздушного бассейна продуктами сгорания, как при теплоснабжении от котельных, ТЭЦ или отопительных печей, если они работают на твердом или жидком топливе.

Целесообразность использования тепла геотермальных вод для теплоснабжения определяется многими факторами, например, местными условиями района добычи, необходимой глубиной бурения, температурой и дебитом воды.

Даже При следующих сравнительно неблагоприятных условиях использования тепла геотермальных вод:


Для решения многих специфических вопросов, связанных с устройством систем отопления, работающих на геотермальных водах, необходимо проведение ряда экспериментальных и экономических исследований, часто различных в зависимости от свойств геотермальной воды. Однако некоторые рекомендации по устройству систем отопления на геотермальных водах могут быть даны уже сейчас.

Во всех случаях прежде всего должна быть оценена возможность непосредственной подачи геотермальной воды (без предварительной ее обработки) в систему отопления. Это определяется коррозионными свойствами воды, а также количеством и плотностью выпадающего из нее осадка; указанные факторы должны определяться для каждого месторождения. При этом в ряде случаев окажется целесообразным удаление агрессивных газов на приемном пункте геотермальных вод с помощью механических и химических дегазационных устройств. Для предотвращения выпадения солей в системах отопления возможно применение поверхностно-активных веществ (гексаметиефосфат, органические добавки Я др.), удерживающих выпадающие соли в коллоидной

Ливчак И.Ф./ Квартирное отопление.: Стройиздат, 1976г.

Экспертиза

на главную