Системы солнечного тепло- и хладо- снабжения

Вопросы
1. Классификация установок солнечного тепло- и
хладоснабжения.
2. Схемы систем солнечного тепло- и хладоснабжения.
3. Классификация солнечных коллекторов.
4. Конструкции солнечных коллекторов.
5. Типы поглотителей коллекторов.

Классификация установок
солнечного тепло- и хладоснабжения
Системы, использующие солнечную энергию для
выработки тепла или холода, классифицируются по
следующим признакам:
1. Назначение
2. Функциональное время работы
3. Степень охвата потребителей
4. Время аккумулирования энергии
5. Характер движения теплоносителя в процессе нагрева
6. Число контуров
7. Наличие дублирующего источника энергии

Классификация установок
солнечного тепло- и хладоснабжения
Назначение: системы горячего водоснабжения,
отопления,
хладоснабжения; комбинированные - системы теплоснабжения (отопление и горячее водоснабжение), теплохладоснабжения (отопление, горячее водоснабжение и хладоснабжение);
время работы: в течение года
сезонные
круглогодичные;
степень охвата потребителей: индивидуальные,
групповые,
централизованные;

Классификация установок
солнечного тепло- и хладоснабжения
время аккумулирования энергии:
без аккумулятора,
с краткосрочным аккумулированием (1 ... 2 сут.),
с долгосрочным (сезонным) аккумулированием;
характер движения теплоносителя в процессе нагрева:
без циркуляции
с естественной (термосифонной) циркуляцией
принудительной циркуляцией;
Число контуров: одно-, двух- и многоконтурные;
режим отбора тепла: с постоянной или
переменной температурой теплоносителя;
Наличие дублирующего источника энергии:
с дублером
без дублера (автономные).

Одноконтурная схема солнечного нагревателя с естественной циркуляцией
1 - солнечные коллектор;
2 - бак-аккумулятор;
3 - горячая вода к потребителю;
4 - холодная вода из водопроводной сети;

Двухконтурная схема солнечного теплоснабжения
1 - солнечные коллектор; 2 - бак-аккумулятор; 3 - дополнительный нагреватель; 4 -система горячего водоснабжения; 5 - система отопления; 6 - подпитка;

Тепло, отводимое от солнечного коллектора промежуточным теплоносителем, передается в поверхностном теплообменнике нагреваемой воде, поступающей непосредственно к потребителю.
В качестве промежуточного теплоносителя используется антифриз.
Особенностями системы является также искусственная циркуляция теплоносителя как в первом, так и во втором контуре и наличие дублирующего источника энергии.
Особенности конструкции

Схема системы отопления и охлаждения с использованием солнечной энергии и теплового насоса
1 - солнечный коллектор;
2 - бак-аккумулятор;
3 - вентиляторы; 4 - компрессор; 5 - испаритель; 6 - конденсатор; 7 - редуктор;
8 - ввод наружного воздуха; 9 - ввод воздуха из помещения; 10 - выход воздуха в помещение; 11 - сброс воздуха

Схема системы отопления и охлаждения на основе комбинированного использования солнечной энергии и теплового насоса
Для термотрансформации энергии применена компрессионная установка с электроприводом.
Работа зимой - в режиме теплового насоса
Работа летом - в режиме холодильной машины.
Теплоносителем как в контуре гелиоколлектора, так и для непосредственного нагрева либо охлаждения помещений служит воздух.
Особенности функционирования

Схема АХСУ открытого типа
1 - регенератор;
2 - теплоизоляция;
3 - сливная емкость;
4 -поплавковый регулятор;
5 - вентиль;
6 - теплообменник;
7 - испаритель;
8 - абсорбер;
9 - теплообменник абсорбера;
10 - вакуум-насос;
11 - насос перекачки раствора

Абсорбционная солнечная холодильная установка (АХСУ) открытого типа
Основные элементы
испаритель,
абсорбер
регенератор
//регенератор (десорбер) представляет собой открытую наклонную плоскость, принимающую солнечное излучение//.

Водный раствор бромистого лития подается в регенератор, в котором нагревается до 45 °С.
За счет испарения воды повышается концентрация раствора.
Крепкий раствор подается в абсорбер, где он поглощает водяные пары, выделяющиеся в испарителе.
При этом вода в испарителе охлаждается до 5 ... 15 °С и подается потребителю холода.
Принцип работы АХСУ:

Теплота абсорбции отводится охлаждающей водой, протекающей по трубам абсорбера, а воздух, выделившийся в абсорбере из солевого раствора, удаляется вакуум-насосом.
В испарителе-абсорбере поддерживается остаточное давление 800 ... 1000 Па.
Принцип работы
АХСУ:

-засорение раствора бромистого лития, а также возможность смыва его дождями.
-наличие аппаратов с вакуумом, что значительно усложняет их эксплуатацию.
Недостатки АХСУ открытого типа

Схема солнечной установки для охлаждения воздуха
1 - теплообменник;
2 - регенератор;
3 - камера адиабатического охлаждения;
4- камера осушения;
5 - бак с раствором абсорбера;
6 - насос;
7 - вентилятор

Схема солнечной установки для охлаждения воздуха
Разбавленный раствор
абсорбента подается
в регенератор открытого
или застекленного типа,
где нагревается.
При этом за счет испарения воды
повышается его концентрация.
Нагретый концентрированный раствор
после регенератора охлаждается в теплообменнике
водой из градирни.
Особенности функционирования

Схема солнечной установки для охлаждения воздуха
Наружный воздух, поступающий с помощью насоса в контактную камеру, обрабатывается концентрированным раствором абсорбента (хлористого лития) и осушается.
Затем осушенный воздух поступает во вторую контактную камеру, где адиабатически увлажняется и охлаждается.
Особенности функционирования

Комбинированная схема "Рида Крик"
1- компрессор; 2- турбина; 3- генератор; 4- котел-утилизатор; 5- солнечная батарея (фотоэлементы); 6- солнечный коллектор; 7- бак-аккумулятор с теплообменником; 8- насос; 9- конденсатор АБХМ; 10- генератор АБХМ; 11-абсорбер АБХМ; 12-испаритель АБХМ

Комбинированная схема "Рида Крик"
Высокая эффективность работы тепло- и хладоснабжающих систем достигается при комплексом использовании различных возобновляемых источников энергии в сочетании с прогрессивными термодинамическими циклами при производстве электроэнергии, тепла и холода.
Примером современной теплоэнергетической установки подобного типа может служить схема энергоснабжения фирмы "Рида Крик" предприятий и павильонов в парке "Мир Уолта Диснея" во Флориде.
Особенности схемы

Комбинированная схема "Рида Крик"
топливо
воздух
вода
отработавший пар
конденсат
в систему электроснабжения
отходящие газы
пар
в систему горячего водоснабжения
в систему хладоснабжения

Солнечный коллектор (гелиоколлектор) - основной элемент любой установки, в котором солнечное излучение преобразуется в тепловую энергию.
Солнечный
коллектор

Классификация солнечных коллекторов (СК)
По виду поглотителя тепла:
- проточные СК
- СК с тепловым аккумулятором.
По виду теплоносителя:
- жидкостные,
- воздушные.
По режиму работы:
- низкотемпературные (до 100 °С),
- среднетемпературные (до 200 °С),
- высокотемпературные (до 3500 °С).

Конструкции солнечных коллекторов
Плоский коллектор
1 - корпус;
2 - прозрачная изоляция;
3 - каналы для теплоносителя;
4 - поглощающая панель;
5 - тепловая изоляция

Плоский коллектор
Солнечный коллектор с поглощающей панелью плоской конфигурации и плоской прозрачной изоляцией
ГОСТ Р 51594-2000
Flat-plate solar collector
Absorber plate
Поглощающая панель -элемент СК, в котором происходит поглощение солнечной энергии и преобразование её в тепловую энергию
ГОСТ Р 51594-2000

а - стандартный панельный отопительный радиатор;
б - панель из двух оцинкованных стальных листов - гофрированного и плоского;
в - прокатно-сварная алюминиевая панель;
г - регистр из труб с прикрепленным к ним листом;
Поглощающие панели плоских коллекторов

Поглощающие панели плоских коллекторов
д - способы соединения металлического листа и трубы;
е - регистр из труб с распирающими металлическими пластинами;
ж - регистр из труб с поперечными ребрами;
з - регистр из труб с продольными ребрами

Конструкции солнечных коллекторов
Трубчатый вакуумированный коллектор
Эффективное уменьшение тепловых потерь может быть достигнуто при совместном применении селективного поглощающего покрытия на поверхности приемника и глубокого вакуума в замкнутом пространстве, содержащем приемник.
При вакуумировании внутреннего пространства оболочки до давления Р=10-3 Па, перенос тепла конвекцией становится пренебрежимо малым и может не учитываться.
Создание и сохранение требуемого уровня вакуума в коллекторах плоского типа технически затруднено.
ПОЭТОМУ, в вакуумированных коллекторах в качестве оболочки применяют цилиндрические трубки из стекла.
Такие коллекторы называются СТВК (солнечный трубчатый вакуумированный коллектор).

Конструкции солнечных коллекторов
Трубчатый вакуумированный коллектор
Солнечный коллектор, поглощающая панель которого
находится в вакуумированном пространстве, ограниченном трубчатой прозрачной изоляцией
ГОСТ Р 51594-2000
Evacuated tube solar collector

Покрытия солнечных теплогенераторов
Черное поглощающее покрытие
Селективное поглощающее покрытие
Покрытие поглощающей панели, характеризующееся
высокой поглощающей способностью относительно
солнечного излучения и высокой степенью черноты
Покрытие поглощающей панели, характеризующееся
высокой поглощающей способностью относительно
солнечного излучения и низкой степенью черноты
при рабочих температурах
Selective absorptive coating
Black absorptive coating

Покрытия солнечных теплогенераторов
Теплоотражающее покрытие
Покрытие, прозрачное в области солнечного спектра
и отражающее в области инфракрасного спектра
Heat reflected coating

Варианты отвода теплоты от СТВК
Б, В, Г - разработки Сиднейского университета; 1 - колба; 2 - перегородка; 3 - муфта; 4 - гидравлический коллектор
I. Сосуд Дьюара (теплоноситель в стекле)
А - "Оуэнс Иллинойс";

Варианты отвода теплоты от СТВК
А - цилиндрическое ребро;
Б - тепловая труба в теплопроводной пасте;
II. Сосуд Дьюара (теплоноситель в металлическом устройстве)

Варианты отвода теплоты от СТВК
III. Спай металл-стекло
А - U-образная труба;
Б - труба в трубе;
В - тепловая труба;
Г - прямоток, спай с двух торцов

Типы поглотителей проточных коллекторов
а - панельный из пластмассы;
б - штампосварной панельный с каналами;
в - штампосварной панельный;
г - трубчатый;

Типы поглотителей проточных коллекторов
д - листотрубный;
е - трубчатый с поглощающими вставками;
ж - трубчатый с продольными ребрами

Типы поглотителей воздушных коллекторов
а - плоский с ребрами;
б - из наклонных прозрачных пластин;

Типы поглотителей воздушных коллекторов
в - сетчатый многослойный;
г - V-образный;