Оборудование солнечных водонагревательных систем

 

Комбинированные системы теплоснабжения

Комбинированная система теплоснабжения: 1 – солнечный коллектор; 2. рабочая станция (циркуляционный насос, индикатор давления, защитный клапан, измеритеоь потока и пр); 3 – бак-аккумулятор; 4. контроллер управления системой водонагревания и отопления; 5 – расширительный бак; 6 – отопительный котел; 7. тепловой насос (воздух-вода).

 

Установки солнечного теплоснабжения состоят из солнечного коллектора, системы управления с насосами и бака-аккумулятора, соединительных элементов и арматуры, расширительного бака и опорных конструкций.

Коллектор. Именно в поглощающей панели гелиоколлектора под воздействием солнечного излучения (инфракрасной составляющей) происхо- дит преобразование солнечной энергии в тепло- вую, в результате, панель разогревается, а про- качиваемый через ее каналы жидкий тепло- носитель отбирает полученное тепло.
Солнечные коллекторы желательно ориенти- ровать в южном направлении, (допустимо откло- нение без существенного снижения эффектив- ности до 60°), но возможен вариант монтажа одной группы коллекторов на Запад, а другой на Восток. Угол наклона коллектора 25-35° позволяет достичь максимальной эффективности в летний период; 40-60° – целесообразен для солнечных коллекторов, которые эксплуатируются кругло- годично (снижается эффективность в летний период, а увеличивается в остальной период года); под углом 90° коллекторы устанавливаются в системах рассчитанных на зимний период работы, в частности для систем отопления с целью снижения эффективности работы солнечных коллекторов в летний период.

Бак-теплообменник-аккумулятор. Специфика работы систем солнечного теплоснабжения заключается в необходимости аккумулирования солнечной тепловой энергии с целью ее использования в различное время суток, следовательно, в необходимости использования бака-аккумулятора. Данная необходимость обусловлена нестабильностью солнечного излучения в течение суток, в то время, как горячая вода и тепловая энергия для целей отопления необходима, в т.ч. когда солнечное излучение вообще отсутствует. Эффективность гелиосистемы значительно зависит от правильности выбора объема баков-аккумуляторов.

Все бойлеры должны устанавливаться в помещении, защищенном от атмосферных воздействий (не предназначены для работы на открытом воздухе).
С точки зрения использования водонагревателей в гелиосистемах можно выделить несколько типов:

1.Вертикальные баки косвенного нагрева. Могут использоваться как в системах с естественной, так и с принудительной циркуляцией теплоносителя.
С одним теплообменником. Применяются в гелиосистемах, когда площадь одного теплообменника достаточна для отбора тепловой энергии устанавливаемой площади солнечных коллекторов и нет необходимости догрева от одноконтурных котлов (в качестве дублирующего источника устанавливается электрический ТЭН или догрев осуществляется с помощью двухконтурных котлов).
С двумя теплообменниками. Применяется в гелиосистемах, для дублирования от одноконтурных котлов, а также, если есть необходимость отбора тепловой солнечной энергии на отопление. Если Вы монтируете котельную и планируете в будущем установить гелиосистему, целесообразно использовать одноконтурный котел и бак с двумя теплообменниками (на верхний подключить котел).

Контроллер - обязательный элемент гелиосистем с принудительной циркуляцией теплоносителя. Он предназначен для управления процессом нагрева от солнца и контроля состояния гелиосистемы, а также, в зависимости от контроллера, может управлять и другими теплотехническими процессами в общей системе. Контроллер получает информацию от датчиков температуры (один из которых обязательно находится в солнечном коллекторе) и выбирает необходимый режим работы.

Эффективность и безопасность гелиосистемы в значительной мере зависят от контроллера: правильности заложенных алгоритмов работы гелиосистемы, надежности элементов.

Насосная станция используется в гелиосистемах с принудительной циркуляцией (такая система на 30% эффективнее системы с естественной циркуляцией) и предназначена для обеспечения циркуляции теплоносителя в коллекторном круге (бак-коллекторы-бак).

Гидравлическое сопротивление коллекторного круга достаточно мало, это даёт возможность использовать маломощные насосы, потребляемая мощность которых ничтожно мала по сравнению с полученной тепловой энергией от солнечных коллекторов.

Мощность необходимого насоса зависит от нескольких факторов:

  1. количество коллекторов;
  2. используемый теплоноситель;
  3. длина и диаметр трубопровода от солнечных коллекторов до бака.

Соединительные элементы (трубы и теплоизоляция). Трубы необходимо использовать металлические (медь, нержавеющая сталь), т.к. все известные нам пластиковые трубы не выдерживают возможные температуры (максимальная температура пара в контуре, даже неэффективных солнечных коллекторов, может достигать 150°С, а рабочая температура теплоносителя - 110°С). По этой же причине повышенные требования и к трубной теплоизоляции, которая должна выдерживать высокие температуры, а также не впитывать влагу и не давать усадку.

Удовлетворяет всем необходимым требованиям теплоизоляция из вспененного каучука. Для обеспечения достаточного снижения тепловых потерь в трубопроводе, а также в целях безопасности необходимо применять теплоизоляцию толщиной не менее 19 мм.

Запрещено использовать теплоизоляцию из вспененного полиэтилена, надетую непосредственно на трубу без температуроподавительного слоя.

Диаметры труб подбираются индивидуально, исходя из необходимого гидравлического сопротивления системы и расхода теплоносителя. Выбираемые параметры системы и диаметры труб должны быть согласованы с параметрами насосных станций.

Расширительные баки. Контур солнечных коллекторов – замкнутый, при изменении температуры изменяется объем жидкости и, чтобы компенсировать изменения в объемах, необходимо использовать расширительные баки.

Необходимые требования:

  • рабочее давление 6 атм., максимальное 10 атм.
  • для увеличения срока службы мембраны, необходимо создать азотную подушку.

Арматура.Основные требования к арматуре для систем солнечного теплоснабжения как и для любых других элементов системы - длительный срок эксплуатации и надежность.

Опорные металлоконструкции. Все конструкции и крепежные элементы изготавливаются из коррозионно-устойчивых материалов (нержавеющая сталь или анодированный алюминий) и рассчитаны на скорость ветра 30 м/с. 

СОЛНЕЧНЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛИ ПАССИВНОГО ТИПА

Солнечные водонагреватели пассивного типа являются термосифонными системами.
Термосифон — приспособление для нагревания воды, основанное на законе равновесия жидкостей в сообщающихся сосудах. Представим себе большой резервуар с холодной водой, сообщающийся снизу с такой же вышины трубкою: вода установится в них на одном уровне. Если трубку сильно нагреть, плотность воды в ней станет меньше, чем в резервуаре, а уровень ее поднимется выше, и она станет переливаться в резервуар, если верх трубки с ним сообщается. Движение будет происходить, пока вся вода не согреется до одной и той же температуры, и будет продолжаться непрерывно, если вода по пути охлаждается. системами, работающими за счет конвекции возникающей при движении слоев воды с разной плотностью. В данном типе установок, бак должен быть расположен выше коллектора.

Теплоаккумулирующий бак и трубки коллектора объединены вместе. Горячая вода, нагревшись в трубках коллектора, поднимается в бак, а более тяжелая холодная вода из бака опускается в трубки. Таким образом, происходит нагрев воды в теплоаккумулирующем баке. Холодная вода поступает в нижнюю часть бака, а горячая вода расходуется из верхней части бака.
Системы «Компакт» имеют устройства регулирования уровня воды в баке и не рассчитаны на прямое подключение к напорной магистрали без этих устройств.

Системы пассивного водонагревания устанавливаются обычно выше места расхода горячей воды. Если при установке таких систем требуется большее давление горячей воды, то достаточно установить небольшой подкачивающий насос, рассчитанный на работу с горячей водой.

Системы пассивного водонагревания используются как сезонно, так и круглогодично (при плюсовой температуре), они легко оборудуются дополнительным электронагревателем и автоматизируются. Используя автоматику, Вы сможете следить за температурой, уровнем воды и состоянием системы, а также обеспечите ее дополнительную надежность в зимний период.

Системы пассивного водонагревания с успехом используются на дачах, базах отдыха, кафе и барах, рабочих домиках и мастерских и др.
Установки имеют все преимущества солнечных установок с вакуумными коллекторами – быстрый нагрев, высокую температуру, высокую эффективность в прохладную погоду. Системы пассивного водонагревания просты в эксплуатации, практически не требуют обслуживания, дешевле систем с отдельными баками и активной циркуляцией.

Основные особенности:

  • Надежная и эффективная система с вакуумными трубками;
  • Простая установка;
  • Многослойное PVDF полимерное покрытие;
  • Материал бака – нержавеющая пищевая сталь;
  • Низкие теплопотери – теплоизоляция толщиной 60мм.