| Монтаж отопления частного дома: следующая статья | Монтаж отопления частного дома: следующая статья |
|
| Энергоресурсы, которые наша планета накапливала миллионы лет, человечество в обозримом будущем истощит. Поэтому уже сейчас люди пристально присматриваются к возобновляемым видам топлива. Все топливо, имеющееся на Земле, и возобновляемое, и невозобновляемое, представляют собой накопленную энергию Солнца. Это и дрова, и уголь, и нефть, и газ. Электричество от ветро-, волно- и гидроэлектростанций также не исключение – ветра, течение рек и вообще круговорот воды в природе невозможны без Солнца. Обратимся к первоисточнику, который посылает на каждый квадратный метр поперечника нашей планеты излучение в 1366 ватт. Много это или мало? Чтобы не возвращаться более к этому вопросу, сразу скажем, что Солнце посылает нам за ПЯТЬ МИНУТ столько энергии, сколько все вместе взятые электростанции мира вырабатывают ЗА ГОД. Однако часть этой энергии поверхности Земли не достигает, и растрачивается на полярные сияния, на закручивание ветров в атмосфере и на прочие подобные эффекты. Другая часть достигает, но, отраженная, возвращается вновь в атмосферу. Оставшуюся часть можно использовать. Одним из способов такого использования является применение солнечного коллектора с жидким теплоносителем. Стандартный расчет солнечного коллектора основан на приблизительно известном из метеорологических наблюдений числе солнечных дней в году для данной местности, и позволяет определить только максимальную мощность, которую можно снять с коллектора заданной площади в полдень. Но 1366 Вт на квадратный метр поперечника планеты - это очень условная величина. Земля наша вращается, днем Солнце светит нам, ночью Америке. Зимой наиболее эффективно не у нас, а в южном полушарии. Между этими пиками и минимумами значение солнечной активности для конкретного квадратного метра Земной поверхности меняется от нуля, причем очень быстро и малопредсказуемо. Для точного рассчета эффективности солнечного коллектора, кроме смены зимы и лета, нам пришлось бы учитывать нарастание солнечной активности от нуля утром до максимума днем и обратного падения до нуля к ночи, постоянно изменяющуюся продолжительность светового дня, наличие/отсутствие облачности, порывы ветра, налипшую листву, покрывший коллектор снег и т.п. многообразные случайные факторы. Таким образом, даже самый точный расчет может дать только среднегодовую теплопроизводительность. Между тем, наиболее интересный для инженеров параметр теплогенераторов - постоянная среднечасовая теплопроизводительность (КВт*час). А ее точного значения как раз у солнечного коллектора и не существует - она постоянно меняется от времени дня, от времени года и еще от множества случайных параметров. Из сказанного следует первый важный вывод: солнечный коллектор не может являться основным источником теплоснабжения здания. Следует стараться наиболее эффективно использовать энергию, поступающую от коллектора в те моменты времени, когда он в состоянии ее подать. Далее возникает вопрос: оправдано ли поворачивание солнечного коллектора вслед за солнцем? Коэффициент отражения для границы воздух-стекло близок к нулю для углов от 0 до 15 градусов. Для углов от 15 до 35 градусов он составляет 0...7%. Для углов от 35 до 70 градусов коэффициент отражения составляет 7...40%. То есть, если Солнце в некоторый день пройдет по небу от восхода до заката 1800, то из них 700 будут использованы неподвижным коллектором наиболее эффективно, еще 700 будут использованы с эффективностью 93...60%, и оставшиеся 400 будут использованы с эффективностью 60...0%. Следует заметить, что оставшиеся 40% приходятся на малоэффективное утреннее и вечернее Солнце. Сравнительные замеры показывают, что максимальная прибавка теплопроизводительности коллектора от слежения за Солнцем в безоблачный летний день не превышает 30%. Во все облачные дни и более короткие дни года прибавка будет значительно меньше. Из сказанного следует второй практический вывод: поворот коллектора вслед за Солнцем нецелесообразен, т.к. значительно удорожает конструкцию коллектора, его техническое обслуживание, и не ведет при этом к заметному увеличению эффективности коллектора. Третий возникающий вопрос - куда должен быть направлен неподвижный солнечный коллектор в данной конкретной местности? В горизонтальной плоскости - на полдневное Солнце. В вертикальной плоскости: если дом предназначен только для летнего проживания - то на летний максимум Солнца для данной местности (полуденную высоту Солнца для конкретной местности без труда можно найти в интернете) минус угол начала заметного отражения светопрозрачного материала коллектора. Так, для Москвы Солнце летом поднимается на 58,50, вычитаем 150 для стекла, получаем 43,50. Если дом предназначен для круглогодичного проживания - то на зимний максимум плюс угол начала заметного отражения светопрозрачного материала коллектора. Для Москвы зимнее Солнце поднимается на 11,50, прибавляем 150, получаем 26,50. При невозможности выдержать указанные углы по архитектурным соображениям, вертикальное размещение коллектора в центральной России предпочтительнее горизонтального. Четвертый вопрос: на какое количество тепла можно рассчитывать, используя солнечный коллектор? Мы в нашей компании для подбора коллекторов используем следующие значения (для Москвы):
Подчеркнем, что в таблице указаны максимальные возможные значения для полудня. При этом не следует забывать про рост значения от нуля утром до максимума днем и последующий спад до нуля к вечеру. Каким же образом можно использовать солнечный коллектор, чтобы он был наиболее эффективен? По данным компании BUDERUS КПД солнечного коллектора 76…80%, из них 3…7% составляют потери на отражение, 17% - теплопотери с конвектора (конвекция, излучение, теплопередача сквозь стенки в т.ч. в моменты, когда солнце зашло за тучу, или подул ветерок). Очевидно, что при неизменной температуре окружающего воздуха теплопотери с конвектора и его трубопроводной обвязки тем ниже, чем ниже температура вытекающего из него теплоносителя. Из этого следует третий важный вывод: чем меньшая температура теплоносителя нас устраивает, тем эффективнее будет использование солнечного коллектора. По порядку возрастания температуры теплоносителя классические системы располагаются следующим образом:
Пятый вопрос - какая автоматизация требуется при использовании солнечного коллектора? Простейшей конструкцией является дачный душ из черной бочки. Вода в нем нагревается от зачерненных стен, поднимается в верхнюю часть бочки и догревается там опять-таки от зачерненных стен. Таким образом, имеет место усреднение температуры воды во всем объеме бочки, и нет возможности быстро получить нагретую до нужной температуры воду, хотя бы в малом количестве. Этим недостатком обладает значительное количество представленных на рынке солнечных коллекторов. Очевидно, что в ясный зимний день (днем 450 вт/м2) никакой коллектор не успеет нагреть накопительный бак объёмом 200 л. Между тем для нагрева 1 грамма воды на 1 градус необходимо количество энергии всего в 1 калорию или 0,001 Вт. Т.е. за один только полдневный час ясного зимнего дня с солнечного коллектора площадью всего 1 квадратный метр вполне реально получить 6 литров нагретой до 600 воды (с учетом КПД коллектора 80% и без учета теплопотерь при транспортировании тепла от коллектора до накопителя). Таким образом, на наш взгляд, гораздо правильнее было бы не греть фиксированный объем до заданной температуры, а выпускать теплоноситель из коллектора малыми порциями только после достижения им заданной температуры, и направлять в хорошо изолированную емкость-накопитель, или непосредственно в требуемую систему. На наш взгляд, именно в этом и должна заключаться автоматизация коллектора - в установке термостата, или насоса, включающегося по датчику температуры. Касательно производительности коллектора: может показаться, что 6 литров горячей воды за час - это немного. Однако нас никто не ограничивает в наращивании площади коллектора и во времени его работы. Еще раз вспомним, что солнце посылает нам за ПЯТЬ МИНУТ столько энергии, сколько все вместе взятые электростанции мира вырабатывают ЗА ГОД. При площади стандартного коллектора от 2 квадратных метров батарея из трех коллекторов обеспечит 36 литров горячей воды за час. Если те же 36 литров нагревать в накопительном электронагревателе, то при цене электроэнергии 3,62 р/Квт коллектор ЗА ОДИН ЧАС РАБОТЫ ЗИМОЙ сэкономит Вам 10 рублей. Естественно, летом экономия будет значительно больше. Основной вывод из сказанного и основное правило использования солнечных коллекторов, на наш взгляд, заключается в следующем: Солнце является мощным, но для конкретного места на Земле неравномерным источником энергии. На данном этапе развития техники представляется наиболее рациональным проектировать классические системы отопления и горячего водоснабжения, а непосредственное солнечное излучение использовать для значительной (до 80%) экономии основного вида топлива.
Назад к списку статей Контакты |
| Из нашего опыта по сантехническим работам: | ||
Использование материалов сайта допускается только при наличии письменного разрешения администрации ООО "Сантехник-Ф".