Pandora: Экопоселение - тепло - Pandora

Перейти к содержимому

Страница 1 из 1

Экопоселение - тепло Отопление, горячая вода, приготовление пищи.

#1
Пользователь офлайн   Jak Arc Zoreon 

  • Соратник
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • Вставить ник
  • Цитировать
  • Раскрыть информацию
  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 513
  • Регистрация: 11 Март 11
  • Skin:na'vi night
  • ГородЯрославль
  • Время онлайн: 33 дн. 4 час. 54 мин. 10 сек.
Репутация: 647
Гениальный
В этой теме предлагаю обсуждать получение хранение и использование тепловой энергии.

Начну с теплового насоса.

Информация о тепловых насосах:
Скрытый текст




Тепловой насос своими руками

Источник

С начала имелся только строющийся дом на 2,5 этажа. Площадь:

1 этаж 64 м2,

2 этаж 94 м2,

2,5 этаж 55 м2,

гараж 30 м2.


С самого начала был куплен б/у газогенерационный котёл на дровах мощностью 40 к.в. Но как подошло время инсталляции совсем меня перестала радовать перспектива заготовки дров, извечная борьба с мусором, да и по натуре я больше дервиш, могу запросто пару дней дома не появляться.


И тогда я склонился к сжиженному газу. Замечу, что труба природного газа низкого давления проходит в 1,5 км от дома. Но плотность заселения у нас маленькая, и тянуть трубу ради меня одного + проект + инсталляция просто ввергает меня в ужас.


Ставить бочку на несколько кубов на участке я тоже не могу. Не хочется портить внешний вид. Решил установить пару шкафов с батареей 80-литровых пропановых баллонов из 6 штук в каждом.


Газовый оператор уверял, что сами приезжают, сами меняют, вы лишь только нам позвоните. К неудобствам относил лишь головную боль раз в три недели, а также возможность несанкционированного заезда газовой машины на мою бедующую брусчато-легковую стоянку, качения-волочения баллонов по ней же. В общем человеческий фактор. Но проблему разрешил случай:


Идея построить тепловой насос своими руками


Идею строительства теплового насоса вынашивал давно. Но камнем преткновения было однофазное электричество и допотопный счётчик на 20 ампер максимальной нагрузки. Поменять эклектическое питание на трёхфазное или прибавить мощность в нашем районе пока нет. Но неожиданно мне планово поменяли счётчик на новый, 40 амперный.


Изображение


Прикинув, решил, что этого хватит на частичный обогрев (2,5 этаж я не планировал использовать зимой), взялся зондировать рынок тепловых насосов. Запрошенные в одной фирме цены (однофазные ТН на 12 киловат) заставили задуматься:


Thermia Diplomat TWS 12 к.в.ч. 6797 евро

Thermia Duo 12 к.в.ч. 5974 евро


Требовалось не менее 45 ампер на пусковой ток.

К тому же, так как планировалось брать теплосъём со скважинной воды, не было уверенности в дебете моей скважины. Чтобы не рисковать такой суммой решил собрать ТН сам, благо какие-то навыки были из жизни. Работал в бытность менеджером по распространению вентиляционно-кондиционерного оборудования.


Концепция самодельного теплового насоса:


Решил делать ТН из двух однофазных компрессоров по 24000 БТУ (7 кв.ч. по холоду). Так получался каскад общей тепловой мощностью 16-18 киловат при потреблении электричества при СОP3 около 4-4,5 киловат/часа. Выбор двух компрессоров был обусловлен меньшими стартовыми токами, так как их запуски думано не синхронизировать. А также поэтапность ввода в эксплуатацию. Пока обжит только второй этаж и хватит одного компрессора. Да и поэкспериментировав на одном, потом будет смелее доделать вторую секцию.


Отказался от использования пластинчатых теплообменников. Во первых, из соображения экономии, не хотелось выкладывать за Данфос по 389 евро за штуку. А во вторых, совместить теплообменник с ёмкостью теплоакомулятора, то есть, увеличив инерционность системы, убив тем самым двух зайцев. Да и не хотелось делать водоподготовку для нежных пластинчатых теплообменников, снижая тем самым КПД. А вода у меня плохая, с железом.


Первый этаж уже оснащён обвязкой тёплого пола с примерным шагом 15 см.

Изображение

Второй этаж радиаторы (слава Богу, хватило скупости поставить их с 1,5 тепловым запасом ранее). Забор теплоносителя из скважины (12,5 м. Установлена на первый слой доломита. +5,9 замер на 03.2008). Утилизация отработанной воды в общедомовую канализацию (двух камерный отстойник + инфильтрационный грунтовый поглотитель). Принудительная циркуляция в контурах теплосъема.

Вот, принципиальная схема:

Изображение

1. Компрессор (пока один).

2. Конденсатор.

3. Испаритель.

4. Терморегулирующий клапан (ТРВ)


От других устройств безопасности решено отказаться (фильтр-осушитель, смотровое окно, пресостат, ресивер). Но если кто видит смысл их использования, буду рад услышать советы!


Для расчёта системы скачал из Интернета программу расчёта CoolPack 1,46.


И неплохую программку по подбору компрессоров Copeland.

Компрессор:


Удалось закупить у старого знакомого холодильщика, мало б/у-шный компрессор от 7 киловатной сплит системы какого-то корейского кондиционера. Достался практически даром, да и не соврал, масло оказалось внутри совсем прозрачным, поработал всего сезон и был демонтирован в связи изменением концепции помещения заказчиком.



Изображение


Компрессор оказался на мощность 25500 Бту, а это около 7,5 к.в. по холоду и около 9-9,5 по теплу. Что обрадовало, в корейском сплите стоял добротный компрессор американской фирмы Текумсет. Вот его данные:

Компрессор на R22 фреоне, а это значит чуть больший коэффициент полезного действия. Температура кипения -10с, конденсации +55с.

Ляпсус номер 1: По старой памяти думал, что на бытовых сплит системах ставятся только компрессоры Скрол типа (спиральные). Мой же оказался поршневым... (Выглядит чуть овальным и внутри болтается обмотка двигателя). Плохо, но не смертельно. К его минусам на четверть меньший ресурс, на четверть меньший коэффициент полезного действия, на четверть более шумный. Но ничего, опыт сын ошибок трудных.

Важно: Фреон R22 по Монреальскому протоколу полностью будет выведен из эксплуатации к 2030 году. С 2001 года запрещён ввод в эксплуатацию ввод новых установок (но я ввожу не новую, а модернизировал старую). С 2010 года использование R22–го фреона только бывшего в эксплуатации. НО в любой момент можно перевести систему с R22 на его заменитель R422. И не испытывать затруднений далее.


Закрепил компрессор на стене кронштейнами L-300мм. Если буду потом монтировать второй, удлиняю имеющиеся с помощью U-профиля.

Изображение

2. Конденсатор:


У знакомого сварщика удачно приобрёл бак из нержавейки примерно на 120 литров.

(Кстати, все сварные манипуляции с баком безвозмездно произвел уважаемый сварщик. Но просил упомянуть и его скромную роль для истории!)

Изображение

Было решено разрезать его на две части вставить змеевик из медной трубы фреоновода, и сварить его обратно. Заодно и вварить несколько технических дюймово-резьбовых соединений.


Формула расчёты площади поверхности трубы медного змеевика:

M2 = kW/0,8 x ∆t


Где,


M2 - площадь трубы змеевика в квадратных метрах.

kW – Мощность тепловыделения системой (с компрессором) в киловатах.

0,8 – коофициент теплопроводности меди/воды при условии противотока сред.

∆t – разность температуры воды на входе и выходе системы (см. Схему). У меня это 35с-30с= +5 градусов Цельсия.


Так получается около 2 квадратных метров площади теплообмена змеевика. Я чуть уменьшил, так как температура на входе фреона около +82с градуса, на этом чуть можно сэкономить. Но как писал ранее Дед Морос, не более чем в размере 25% от размера испарителя!!!

Смоделированная системы в CoolPack показала Cop 2,44 на штатных диаметрах труб теплообменника. И Cop 2,99 при диаметре на шаг выше. А это мне и на руку, так как в будущем рассчитываю присоединить и второй компрессор на эту ветку. Решил использовать медную трубу ½’ дюйма (или 12,7 мм наружного диаметра), холодильную. Но, думаю, можно и обычную сантехническую, не так там и много грязи внутри будет.

Ляпсус номер 2: Использовал трубу со стенкой 0,8 мм. На деле она оказалась очень нежной, чуть передавил и уже она заминается. Сложно работать, тем более без особых навыков. Поэтому рекомендую брать трубу 1мм или 1,2 мм стенки. Так и по долговечности будет дольше.

Важно: Фреоновод змеевика входит в конденсатор сверху, выходит снизу. Так конденсируя жидкий фреон будет скапливаться внизу и уходит без пузырьков.


Взяв, таким образом, 35 метров трубы свернул её в змеевик, намотав на удобный цилиндрический предмет (баллон).

Изображение

По краям зафиксировал витки двумя алюминиевыми рейками для прочности и равношаговости петель.

Изображение

Концы вывел наружу с помощью сантехнических переходов на медную тубу на скрутку. Чуть рассверлит их с диаметра 12 на 12,7мм, и вместо обжимного кольца после сборки намотал льна на герметике и зажал контргайкой.

Изображение


3. Испаритель:


Для испарителя не требовалось высокой температуры, и я выбрал пластмассовую ёмкость типа бочки на 127 литров с широкой горловиной.

Важно: Идеально подошла бы бочка на 65 литров. Но побоялся, труба ¾ очень плохо гнётся, поэтому взял размер побольше. Если у кого другие размеры или есть хороший трубогиб и навыки работы, то можно рискнуть и на этот размер. С бочкой 127 литров размеры моего ТН повысили ожидаемые габариты на 15 см вверх, 5 см в глубину и 10 см в ширину.


Рассчитал и изготовил испаритель по такому же принципу как и у конденсатора. Понадобилось 25 метров трубы ¾’ дюйма (19,2мм наружный) со стенкой 1,2мм. Как рёбра жёсткости использовал отрезки UD профиля для монтажа регипса. Скрутил обычной медной электротехнической проволокой без изоляции.

Важно: Испаритель затопленного типа. То есть жидкая фаза фреона заходит в охлаждаемую воду снизу, испаряется и в газообразном состоянии поднимается вверх к компрессору. Так лучше для теплопередачи.


Переходы можно взять пластмассовые от питьевой трубы PE 20*3/4’ с наружной резьбой, свинтив из с бочкой контргайками и уплотнением из льна и герметика. Подачу и сток воды сделал из обычных канализационных труб и резиновых уплотняющих манжет вставленных враспор.

Изображение

Испаритель также был установлен на кронштейны L-400мм.

Изображение



4. ТРВ:


Приобрёл ТРВ фирмы Honeywell (бывшая FLICA). На мою мощность потребовалась дюза к нему 3мм. И наличие выравнивателя давления.

Изображение

Важно: ТРВ во время пайки нельзя перегреть выше +100с! Поэтому обматал его тряпочкой пропитанной водой для охлаждения. Прошу не ужасаться, после налёт почистил мелкой наждачной.


Припаял трубку линии выравнивания как положено к инструкции по монтажу ТРВ.

Изображение



Сборка:


Прикупил комплект для жёсткой пайки Rotenberg. И электроды 3 штуки с 0% содержания серебра и 1 штуку с 40% содержания серебра для пайки в стороне компрессора (вибростойкий). С их помощью собрал всю систему.

Изображение

Важно: Берите сразу баллон Максигаз 400 (жёлтый баллон)! Он не многим дороже Мультигаза 300 (красный), но производитель обещает до +2200с пламени. Но и этого недостаточно для ¾’ трубы. Паялось из рук вон плохо. Приходилось изловчаться, использовать тепловой экран, и т.д. В идеале конечно иметь кислородную горелку.


Да, и надо впаять в систему заправочный пипсик с ниппелем для подсоединения шланга. Не помню с головы его точное название.

Изображение

Его впаял на входе в компрессор. Рядом же видна и входная труба выравнивателя ТРВ. Она впаивается после испарителя, термобаллона ТРВ, но до компрессора.

Важно: Заправочный пипсик паяем предварительно вывернув из него ниппель. Ни то от жары уплотнитель ниппеля однозначно выйдет из строя.


Редукционные тройники не использовал, так как боялся уменьшения надёжности от дополнительных паечных швов вблизи компрессора. Да и давление в этом месте не большое.

Изображение



Заправка фреоном:


Собранную, но не заполненную водой систему надо вакуумировать. Лучше использовать вакуумный насос, если нет, то умельцы приспосабливают обычный компрессор от старого холодильника. Можно и просто, продуть-продавить систему фреоном выдавив воздух, но я вам этого не говорил, потому что так делать нельзя!


Баллон фреона самой небольшой ёмкости. Для системы вообще не нужно будет более 2 кг. фреона. Но чем богаты.

Изображение

Также я приобрёл манометр для замера давления. Но не специальный фреоновый за 10 у.е., а обычный для насосной станции за 3,5 у.е. По нему и ориентировался при заполнении.

Изображение

Заправил систему, на сколько возможно с помощью внутреннего давления фреона в баллоне. Дал постоять пару дней, давление не упало. Значит, утечки нет. Дополнительно промазал все соединения мыльной пеной, не пузырило.

Важно: Так как в моём случае заправочный ниппель впаян сразу перед компрессором (в дальнейшем будет замеряться давление в этом месте при настройке) ни в коем случае не заправлять систему с работающим компрессором жидким фреоном. Компрессор наверняка выйдет из строя. Только газообразной фазой - баллоном вверх!


Автоматика:


Необходимо однофазное пусковое реле, и при этом, на очень приличный пусковой ток около 40 А! Автоматический предохранитель С группы на 16А. Электрический щиток с DIN рейкой.


Также установил два реле температуры с копелярными термодатчиками. Один поставил на воду на выходе из конденсатора. Выставил примерно на 40 градусов, чтобы отключал систему при достижении водой этой температуры. И на выход воды из испарителя на 0 градусов, чтобы аварийно отключал систему и не разморозил её случаем.


В будущем думаю приобрести простейший контроллер, который учитывает эти две температуры. Но кроме внешнего вида и наглядности пользования у него есть и недостаток – запрограмированные значения сбиваются при даже кратковременном перебои электроснабжения. Пока в раздумьях.

Запуск (пробный):


Перед запуском напумповал в систему примерно 6 бар давления из баллона. Больше не получалось, да и незачем. Кинул временный провод, подсоединил пусковой конденсатор. Наполнил ёмкости водой предварительно. Они постояли с сутки, наполненные и потому, на момент запуска имели комнатную температуру около +15с.


Торжественно включил автомат. Его сразу же выбило. Ещё, то же самое. В этот небольшой промежуток слышно как двигатель гудит, но не запускается. Перебросил клеммы на конденсаторе (их почему-то три). Включил снова автомат. Приятный рокот работающего компрессора приласкал мой слух!!!


Давление на всасывании сразу упало до 2 бар. Открыл баллон с фреоном, чтобы система заполнялась. По табличке рассчитал необходимое давление кипения фреона.

Изображение

Для моих необходимых на входе +6 и выходе воды +1, требуется температура кипения -4с. Фреон кипит при такой температуре при давлении 4,3 кг.см. (бар) (атмосфер). Таблицу можно найти и в Интернете.


Как не пытался выставить точное это давление, ничего не получалось. Система пока ещё не выведена на рабочий режим температур. Потому преждевременные регулировки лишь примерны.


Через минут пять подача достигла примерно +80 градусов. Пока не изолированная труба испарения покрылась лёгким инеем. Вода в конденсаторе через минут десять на ощупь уже нагрелась до +30 - +35. Вода в испарителе приблизилась к 0с. Чтобы чего не разморозить отключил систему.

Резюме: Пробный запуск показал полную работоспособность системы. Аномалий не замечено. Потребуется дальнейшие регулировки ТРВ и давления фреона после подключения контура отопления и охлаждения скважинной водой. Поэтому продолжение фоторепортажа и отчёта примерно через две-три недели, когда разберусь с этой частью работы.


К тому моменту, думаю:


1. Подсоединить контур обогрева помещений и контур теплообмена скважинной водой.

2. Произвести полный цикл пусконаладочных работ.

3. Изготовить какой-то корпус.

4. Сделать выводы и дать небольшое резюме.

Важно: ТН получился не такой уж маленький по размерам. Применив за место ёмкостных теплообменников пластинчатые, можно очень сильно сэкономить пространство.


Затраты на изготовление Теплового насоса примерной мощностью 9 киловат час по теплу:

Конденсатор:


Бак нержавейка 100 литров - 25 у.е.

Электроды нержавейка – 6 у.е.

Муфты нержавейка – 5 у.е.

Услуги сварщика (обед) – 5 у.е.

Медная труба 12,7 (1/2”)*0,8мм. 35 метров – 105 у.е.

Медная труба 10*1 мм. 1 метр – 3 у.е.

Переходы на медь (комплект) – 3 у.е.

Отвоздушиватель Ду 15 – 5 у.е.

Предохранительный клапан 2,5 бар – 4 у.е.

Кран сливной Ду 15 – 2 у.е.


Итого: 163 у.е. (к сравнению, пластинчатый теплообменник Данфос 389 у.е)

Испаритель:


Бочка пласм. 120 литров - 12 у.е.

Медная труба 19.2 (3/4”)*1.2мм. 25 метров – 130 у.е.

Медная труба 6*1мм. 1 метр – 2 у.е.

Терморегулирующий вентиль Honeywell (дюза 3мм.) – 42 у.е.

Кронштейны L-400 2 штуки – 9 у.е.

Кран сливной Ду 15 – 2 у.е

Переходы на медь (комплект) – 3 у.е.

РВС труба 50-1м. 2 штуки – 4 у.е.

Резиновые переходы 75*50 2 штуки – 2 у.е.


Итого: 206 у.е. (к сравнению, пластинчатый теплообменник Данфос 389 у.е)

Компрессор:


Компрессор мало б/у 7,2 к.в. (25500 бту) – 30 у.е.

Кронштейны L-300 2 штуки – 8 у.е.

Фреон R22 2 кг. – 8 у.е.

Комплект монтажный – 4 у.е.


Итого: 50 у.е.

Монтажный комплект:


Паяльная лампа ROTENBERG (комплект) – 20 у.е.

Электроды жёсткой пайки (40% серебра) 3 штуки – 3,5 у.е.

Электроды жёсткой пайки (0% серебра) 3 штуки – 0,5 у.е.

Манометр для фреона 7 бар – 4 у.е.

Шланг заправочный - 7 у.е.


Итого: 35 у.е.

Автоматика:


Реле пускателя однофазное 20 А – 10 у.е.

Щиток электрический встраиваемый – 8 у.е.

Предохранитель однофазный С16 А – 4 у.е.


Итого: 22 у.е.

Итого в целом 476 у.е.


Важно: Потребуются на следующем этапе ещё циркуляционные насосы Calpada 25/60-180 60 у.е. и Calpeda 32/60-180 78 у.е. Они хоть и будут вынесены за приделы моего котла, но обычно относятся к самому котлу.
4

#2
Пользователь офлайн   Jak Arc Zoreon 

  • Автор темы
  • Соратник
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • Вставить ник
  • Цитировать
  • Раскрыть информацию
  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 513
  • Регистрация: 11 Март 11
  • Skin:na'vi night
  • ГородЯрославль
  • Время онлайн: 33 дн. 4 час. 54 мин. 10 сек.
Репутация: 647
Гениальный

*
Популярное сообщение!

Солнечный коллектор

Изображение

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя.

Типы солнечных коллекторов

Плоские


Изображение


Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбером; он связан с теплопроводящей системой. Прозрачный элемент (стекло) обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов.

При отсутствии разбора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—200 °C.

Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности. (можно оспорить такое "распространенное" утверждение, поскольку применение меди против алюминия дает выигрыш 4% (хотя теплопроводность алюминия вдвое меньше, что означает значительное превышение "запаса мощности" по теплопередаче), что незначительно в сравнении с ценой)

Вакуумные

Изображение

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие улавливающее солнечную энергию. между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка дает возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При облучении установки солнечным светом, жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Солнечные коллекторы-концентраторы

Повышение эксплуатационных температур до 120—250 °C возможно путём введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.

Применение

Изображение
Солнечный водонагреватель на жилом доме. Мальта.

Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. Наибольшее количество производственных процессов, в которых используется тёплая и горячая вода (30—90 °C), проходят в пищевой и текстильной промышленности, которые таким образом имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов.

В Европе в 2000 году общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн м², а во всём мире — 71,341 млн м².

Солнечные коллекторы — концентраторы могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга.

Солнечные коллекторы могут использоваться в установках для опреснения морской воды. По оценкам Германского аэрокосмического центра (DLR) к 2030 году себестоимость опреснённой воды снизится до 40 евроцентов за кубический метр воды

Распространение

В 2010 году во всём мире работало 1170 МВт. солнечных термальных электростанций. Из них в Испании 582 МВт. и в США 507 МВт. Планируется строительство 17,54 ГВт. солнечных термальных электростанций. Из них в США 8670 МВт., в Испании 4460 МВ., в Китае 2500 МВт[6].




Солнечный коллектор своими руками

Изображение Изображение

Если на небе — солнце, и дрова не нужны

И на селе сегодня не обойтись без горячей воды. В самом деле, как без неё помыть посуду или автомобиль, принять душ или вымыть полы?
Хорошо тому, у кого дом централизованно снабжается от теплоцентрали. Но на селе такое — редкость. Как же быть?
Можно, конечно, соорудить котельную. Од-нако, она будет потреблять немало дорогого, по нынешним временам, топлива.
Между тем, не только летом, но даже в прохладную пору осени или весны можно обеспечить себя горячей водой без лишних затрат.
Достаточно сделать водонагреватель, рабо-тающий от солнца. Познакомим вас с конструкцией, разработанной болгарским инженером Станиславом Станиловым.
Конструктивно он не слишком сложен — состоит из двух коллекторов, накопителя и аванкамеры.

В основу водогрейки положены хорошо из-вестные в технике принципы. Сам нагреватель использует «парниковый эффект».
Солнечные лучи беспрепятственно проходят сквозь прозрачное стекло и, превратившись в тепловую энергию, уже не могут покинуть замкнутое пространство.
В гидравлической системе работает термосифонный эффект. Жидкость, при нагревании, поднимается вверх, вытесняет более холодную воду и перемещает её к месту нагрева.
Как видите, здесь и насос не нужен. А кроме того, «уловленная» солнечная энергия аккумулируется и сохраняется в установке длительное время.
Основные элементы нагревателя используются готовые. В большинстве своём, их можно приобрести в магазине, либо подобрать в металлоломе. Расскажем об устройстве нагревателя подробнее.

Коллектор представляет собой трубчатый радиатор, заключённый в короб, одна из сторон которого застеклена.
Радиатор сварен из стальных труб. Для подводящей и отводящей, используются водопроводные на 1 или 3/4 дюйма, а для решётки — тонкостенные меньшего диаметра, например, 16х1,5 мм.

Всего для одной решётки потребуется 15 таких труб длиной около 1600 мм.
Короб коллектора — деревянный, собран из досок толщиной 25-35 мм и шириной 120 мм. Днище — из фанеры или оргалита, усиленное рейками сечением 50х30 мм.
Короб тщательно теплоизолируется с помощью упаковочного или строительного пенопласта, шлако- или стекловаты, уложенных на дно.
Поверх теплоизоляции закрепляется лист оцинкованного кровельного железа, и сверху укладывается сам радиатор. Крепится он в коробе хомутами из стальной полосы.
Трубы радиатора и металлический лист на дне короба окрашиваются чёрной матовой краской. Покровное стекло герметизируется, чтобы потери тепла из-за конвекции были минимальными.

С внешней стороны, короб желательно окрасить белой или иной светлой краской, чтобы снизить потери на теплоизлучение.
Соединение труб — стандартное, с помощью муфт, тройников и уголков с герметизацией пенькой и масляной краской.
Накопителем тепла служит бак ёмкостью 200-400 литров. Для этой цели годятся стальные бочки.
Если невозможно подобрать ёмкость нужной вместимости, используйте несколько меньших, соединив их трубами в единую систему.
Накопитель также желательно теплоизолировать. Идеальный вариант — разместить ёмкости в дощатом или же фанерном коробе и заполнить межстенное пространство строительным пенопластом, шлаковатой, сухими опилками или торфом.

Аванкамера предназначена для создания в гидросистеме постоянного избыточного давления в пределах 80-100 см водяного столба.
Изготовить её можно из любого подходящего сосуда ёмкостью 30-40 литров, например, большого бидона.
Аванкамера оснащена подпитывающим устройством, позволяющим ей работать в автоматическом режиме. Его основа — поплавковый клапан, который применяется для сливных бачков.
Сборку солнечного водонагревателя начните с размещения на чердаке накопителя и аванкамеры.
Масса воды в них собирается довольно значительная, поэтому, убедитесь, чтобы перекрытия потолка в выбранном месте были достаточно прочны.
Аванкамера размещается поблизости от накопителя так, чтобы уровень воды в ней превышал уровень в накопителе на 0.8-1 м.
Солнечные коллекторы располагаются с южной стороны дома под углом 35...45 градусов к горизонту. Устанавливать их лучше всего так, чтобы панели были, как бы, естественным продолжением кровли.

Для соединения элементов водогрейки в единую систему понадобятся трубы двух видов — «дюймовые» и «полудюймовые».
С помощью последних, монтируется высоконапорная часть системы — от водопроводного ввода до аванкамеры, а также вывод нагретой воды из накопителя.
Дюймовые трубы используются для низконапорной части системы.
Работоспособность установки в значительной степени зависит от её герметичности, отсутствия воздушных пробок. Потому, к монтажу трубопроводов отнеситесь особенно аккуратно.
Все трубы желательно окрасить светлой краской и тщательно теплоизолировать с помощью поролона, перебинтовав их полиэти-леновой плёнкой, а потом ещё ткаными лентами.
Забинтованную трубу также выкрасьте в белый цвет.

Заполнение установки водой осуществляется через дренажные вентили в нижней части радиаторов.
Тогда в системе не возникнут воздушные пробки. Заканчивается операция, когда из дренажной трубы аванкамеры польётся вода.
Далее, аванкамеру подсоединяют к водопроводному вводу и открывают расходный вентиль.
Уровень воды в приборе, при этом, начнёт снижаться, пока не сработает поплавковый клапан. Подгибая держатель поплавка, можно добиться его оптимального значения.
Заполненные водой радиаторы будут нагре-ваться даже в пасмурную погоду. Тёплая вода, поднимаясь по трубам вверх, даст толчок вышеописанным процессам.
Отбирают её из самой верхней части накопителя.

При расходовании воды, уровень её в аванкамере будет понижаться. Тогда сработает поплавковый клапан и дольет её до полного объёма.
Ночью, когда температура окружающей среды меньше, чем у нагретой воды, может случиться, что солнечный нагреватель начнёт... отапливать воздух, перекачивая тепло в обратном направлении.

Поэтому, в гидросистеме должен быть предусмотрен вентиль, препятствующий обратной циркуляции. Его надо перекрывать в вечернее время.
Подводить воду к мойке или душу лучше с помощью смесителей. Мера эта отнюдь не лишняя: в солнечную погоду температура воды может достигать 75 градусов. Смесители позволят не только добиться нужной температуры, но и сэкономят горячую воду.
Ну а если производительность нашего нагревателя вас не устроит, её можно увеличить, вводя в тепловую цепь дополнительные секции коллекторов. Блочная конструкция установки вполне позволяет это.

В. РОТОВ, инженер. Журнал «Левша» 5’94.
Дмитрий Кобзев.

Изображение
На рисунке — солнечный нагреватель:
1 — поплавковый клапан;
2 — дренажная труба накопителя;
3 — трубопровод для подвода холодной воды к аванкамере;
4 — теплоизоляционный короб накопите-ля;
5 — труба ввода холодной воды;
6 — труба подвода холодной воды к сме-сителям;
7 — труба подвода горячей воды к смеси-телям;
8 — труба подвода горячей воды к нако-пителю;
9 — коллекторы;
10 — сливной вентиль;
11 — вентиль доя залива системы;
12 — «горячая» труба коллектора;
13 — труба подпитки накопителя;
14 — аванкамера;
15 — дренажная труба аванкамеры.


Изображение
На рисунке — гидрав-лическая система на-гре¬вателя:
1 — солнечный коллек-тор;
2 — «горя¬чая» труба коллектора;
3 — заборная труба для выхода горячей воды из накопителя;
4 — дренажная труба аванкамеры;
5 — дренаж¬ная труба накопителя;
6 — поплавковый кла-пан;
7 — аванкамера;
8 — труба подвода хо-лодной воды к аванка-мере;
9 — трубопро¬вод под-питки накопителя;
10 — водопровод¬ный ввод;
11 — подвод холодной воды к смеси¬телям;
12 — подвод го¬рячей воды к смесите¬лям;
13 — «холодная» труба солнечного кол¬лектора.


Изображение
На рисунке - солнечный коллектор:
1 — стекло;
2 — рама (стальной уго-лок);
3 — дно (оргалит, тол-щиной S мм);
4, 7 — стенки короба коллектора (доска, сече-нием 120х25 мм);
5 — стальная накладка (полоса, сечением 20х2,5 мм);
6 — накладка- уголок;
8 — усиление днища де-ревянным бруском, се-чением 50х30 мм);
9 — соединительная муфта;
10 — труба радиатора;
11 — приемная труба радиатора;
12 — хомут крепления радиатора;
13 — теплоотражатель (оцинкованное железо);
14 — теплоизоляция (пенопласт, стекло, или шлаковата).

Источник
6

#3
Пользователь офлайн   Jak Arc Zoreon 

  • Автор темы
  • Соратник
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • Вставить ник
  • Цитировать
  • Раскрыть информацию
  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 513
  • Регистрация: 11 Март 11
  • Skin:na'vi night
  • ГородЯрославль
  • Время онлайн: 33 дн. 4 час. 54 мин. 10 сек.
Репутация: 647
Гениальный
Вот два, на мой взгляд самых эффективных, способа преобразования электрической энергии непосредственно в тепловую.

Электродные котлы

Электродный котел представляет собой отопительный электродный котел проточного типа, из чего сразу начинает проявляться его преимущество перед другими нагревательными приборами - он не требует согласование на установку с органами котлонадзора ("Правила устройства и эксплуатации электродных котлов"). Процесс нагрева теплоносителя в электроводонагревателе происходит за счет его ионизации, т. е. расщепления молекул теплоносителя на положительные и отрицательно заряженные ионы, которые двигаются, соответственно, к отрицательному и положительному электродам, электроды меняются полюсами 50 раз в секунду, ионы колеблются, выделяя при этом энергию, т. е. процесс нагрева теплоносителя идет напрямую, без "посредника" (например ТЭНа). Ионизационная камера, где происходит этот процесс, небольшого размера, поэтому следует резкий разогрев теплоносителя и, как следствие, повышение его давления (при максимальной мощности прибора - до 2 атмосфер). Таким образом, электроводонагреватель "Галан" является одновременно нагревательным прибором и циркуляционным насосом, что экономит потребителю немало средств.


Изображение



К преимуществам электродных котлов можно отнести высокую энергоэффективность и не высокую стоимость. К недостаткам, чувствительность к качеству теплоносителя и потенциальную электрическую опасность, при отсутствии хорошего заземления или отказе автоматики, также не рекомендуется использование котлов вместе с алюминиевыми радиаторами и оцинкованными трубами.


Инфракрасные плёночные системы отопления

Источник: www.teploplan.ru

Что такое пленочный инфракрасный обогреватель?

Изображение

Инфракрасное излучение присутствует повсюду и исходит от любого нагретого тела, просто мы, как правило, не задумываемся о том, откуда берётся эта энергия, которая греет нас. Например, если поднести руки к костру в 40 градусный мороз, то сразу чувствуется тепло - это инфракрасное излучение, так как воздух холодный, и он не может греть.

Или вы когда-нибудь задумывались, как солнце греет землю, несмотря на огромное расстояние? Основная часть тепла к нам доходит именно в виде инфракрасного излучения, в большом количестве присутствующего в солнечном свете, который и является источником тепла и всего живого на земле.

Инфракрасное излучение - это невидимая часть солнечного света. Вспомните, как вы загорали на курорте, используя крем от солнца. Было ли вам жарко? Конечно! Ведь защитный крем останавливает только ультрафиолет. Инфракрасные волны беспрепятственно проникают через кожу, давая великолепное ощущение солнечного тепла. Под воздействием инфракрасных лучей можно находиться в течение многих часов без всякого вреда для кожи.

Инфракрасное тепло настолько безопасно, что его используют даже для новорожденных в родильных домах.

Даже сам человек является источником инфракрасного излучения и если люди находятся близко друг к другу, то они обмениваются своей энергией и чувствуют тепло друг друга.

Пленочные электронагреватели излучают тепло в диапазоне «Лучей Жизни» инфракрасной части солнечного спектра.


Принцип действия и конструкция пленочных инфракрасных обогревателей


С самого начала существования человечества, наши предки стали задумываться об одной жизненно важной вещи: как отопить свои жилища. Народы, проживающие в теплых районах, не уделяют нужного внимания данному вопросу, из-за того что, располагаются в теплых районах.

Для нашей страны, и в большей степени для областей, где мороз может достичь 35-55 градусов по Цельсию, проблема отопления – это жизненно важный вопрос. Не нужно ничего выдумывать. Достаточно понаблюдать за окружающим нас миром. Лучшую систему отопления создала сама природа.

Инфракрасная система отопления - это наша попытка повторить природный теплообмен. Праобразом пленочных электронагревателей был костёр, затем камин и печь.


Принцип действия пленочных инфракрасных обогревателей:

В основу работы пленочных инфракрасных обогревателей заложен принцип, в соответствии с которым, при протекании тока через резистивную греющую фольгу, происходит её нагрев до температуры 45°С. Выделенная проводником теплота нагревает алюминиевую фольгу, экран, которая, в свою очередь, излучает мягкий инфракрасный спектр с длиной волны 9,4 мкм.
Монтируемый на потолке инфракрасный обогреватель даёт Вам ощущение теплового комфорта тем же самым способом, каким его даёт его вам солнце. Пленочный электронагреватель, являясь источником тепла, направляет тепловой поток в зону обогрева. Он попадает на ограждающие конструкции (пол, стены ) , технологическое оборудование, людей, находящихся в зоне обогрева, поглощается ими и нагревает их, они в свою очередь также отдают тепло.

Конструкция пленочных инфракрасных обогревателей:

Активный элемент пленочных инфракрасных обогревателей представляет собой гибкую сэндвич-ленту, состоящую из трёх слоев лавсановой плёнки. В первом слое между двумя полотнами лавсановой плёнки заламинирован резистивный греющий слой из металлической нити. Вторым слоем является алюминиевая фольга и снова плёнка. Толщина полученной ленты не превышает 1-1,5мм.
Отличие конвективного отопления от пленочных инфракрасных

Отличие конвективного отопления от пленочных инфракрасных обогревателей

Изображение

Как мы видим при обычном, конвективном отоплении (будь то газовое, отопление электро котлами или печь) потоки тепла поднимаются вверх. Разница температур между полом и потолком ощутима. При альтернативном, инфракрасном отоплении тепловые потоки направлены вниз, разница температур между полом и потолком 2-3°C, таким образом сохраняется старинная русская поговорка: "держи голову в холоде, а ноги в тепле".
Принцип работы пленочных инфракрасных обогревателей

В случаях использования пленочных инфракрасных обогревателей как основное отопление для вашего загородного дома закрывается 65-80% потолков ваших помещений. Максимальная высота прогрева для бытовых инфракрасных обогревателей - 3-3,5м.

Система инфракрасного отопления после установки входит в нормальный режим после 7-14 дней включения. Данное время необходимо, чтобы прогреть конструкцию здания. Длительность выхода системы на рабочий режим зависит от температуры внешней среды, высоты потолка, на сколько процентов, покрыт потолок пленкой инфракрасного обогревателя, декора, толщины стен, количества окон, утепленности здания и материала стен - эти характеристики влияют и на общее потребление электроэнергии.

Из практики известно, что при надлежащем утеплении помещения, количество потребляемой электроэнергии снизиться, за счет того, что инфракрасное отопление будет включаться меньше, чем раз в сутки и сократится продолжительность единоразового включения. Новые технологии постройки жилых домов (дач, коттеджей), превышают по утепленности СНИП-2003, что позволяет существенно снизить энергозатраты по отоплению.

Большую часть своего времени система инфракрасного обогрева не активна, так как нагретая конструкция, предметы, в помещении после прогрева, медленно остывают и выступают в качестве энергоаккумуляторов (батарей).


1

#4
Пользователь офлайн   Jak Arc Zoreon 

  • Автор темы
  • Соратник
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • Вставить ник
  • Цитировать
  • Раскрыть информацию
  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 513
  • Регистрация: 11 Март 11
  • Skin:na'vi night
  • ГородЯрославль
  • Время онлайн: 33 дн. 4 час. 54 мин. 10 сек.
Репутация: 647
Гениальный
Пиролизные котлы (Газогенераторы)

Газогенератор — устройство для преобразования твёрдого или жидкого топлива в газообразную форму. Наиболее распространены газогенераторы, работающие на дровах, древесном угле, каменном угле, буром угле, коксе и топливных пеллетах. Газогенераторы, использующие в качестве топлива мазут и другие виды жидкого топлива, применяются значительно реже.

Обеспечивая более полное сгорание отходов деревообработки и сельскохозяйственной продукции (опилки, лузга семечек и т. д.), использование газогенератора позволяет сократить выбросы в атмосферу.
Газогенератор позволяет газифицировать твёрдое топливо что делает его использование более удобным и эффективным, будь-то отопительный котёл, двигатель внутреннего сгорания, газовая турбина или химическая промышленность.

В газогенераторе протекает несколько основных химических реакций. При горении с обедненным количеством кислорода (пиролиз) протекают реакции окисления угля и углеводородов:
C+O2 → CO2
2H2+O2 → 2H2O
с выделением тепловой энергии

После чего реакции восстановления:
C+CO2 → 2CO
C+H2O → CO+H2
с потреблением тепловой энергии

Активная часть газогенератора состоит из трёх перетекающих участков: термического разложения топлива, окисления, восстановления. Кроме устройств с внешним подводом тепла, где зоны окисления нет.

Калорийность генераторного газа зависит от состава газа обдува:Воздух 3,8 — 4,5 Мдж/м3
Воздух + водяной пар 5 — 6,7 Мдж/м3
Кислород + водяной пар 5 — 8,8 Мдж/м3
Водяной пар 10 — 13,4 Мдж/м3


Существуют три основных типа газогенераторного процесса: прямого, обращённого и горизонтального. Также известны и газогенераторы двухзонного процесса, которые представляют собой комбинацию прямого и обратного процессов.

Прямой процесс

Изображение

Преимущество прямого процесса — простота исполнения. Недостаток — большое содержание влаги и смол. Данный недостаток можно устранить, используя очищенное топливо: древесный уголь или кокс.

Обращённый процесс

Изображение

Обратный процесс имеет самое меньшее содержание смол потому, что газ разложения топлива проходит самую высокотемпературную зону «окисления», что приводит его к практически полному разложению. На практике исполняется немого сложнее, чем прямой.

Горизонтальный процесс

Изображение

Горизонтальный процесс имеет умеренное количество смол. Газ разложения проходит зону восстановления, но часть его не полностью разлагается, Преимущество — простая конструкция.

Водяной пар подается отдельно от газа обдува, предварительно разогретым, в зону восстановления. Генераторный газ при этом имеет большую калорийность но общая тепловая мощность установки падает, поэтому в тепловых котлах подача пара не используется.

Газогенераторы различаются системой загрузки топлива и отбора золы. Беспрерывная система подачи и отбора более технологична, часто используется в промышленности (в основном на лесопилках).


2

#5
Пользователь офлайн   Jak Arc Zoreon 

  • Автор темы
  • Соратник
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • Вставить ник
  • Цитировать
  • Раскрыть информацию
  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 513
  • Регистрация: 11 Март 11
  • Skin:na'vi night
  • ГородЯрославль
  • Время онлайн: 33 дн. 4 час. 54 мин. 10 сек.
Репутация: 647
Гениальный
Не так давно нам прислал работы один интересный человек, инжинер из Омска. Он предлагает дешёвый и экономичный способ использования тепловой энергии солнца, для различных нужд. Ниже представлены его работы.

Солнечный соляной пруд — базовый элемент
индивидуальных солнечных установок


Осадчий Г.Б., инженер

Бытует мнение, что в России солнечного излучения недостаточно, и использовать его нецелесообразно. Однако детальные исследования специалистов Института высоких температур РАН (в том числе с использованием спутниковых данных NASA) показали, что более 60 % территории России, включая многие северные районы, характеризуются существенными среднегодовым поступлением солнечной энергии 3,5 – 4,5 кВт∙ч/м2 день.
Наиболее «солнечными» являются регионы Дальнего Востока, кроме Камчатки, и юг Сибири (от 4,5 до 5,0 кВт∙ч/м2 день). А большая часть Сибири, включая Якутию, (до 62 – 65⁰ северной широты) по среднегодовому поступлению солнечной радиации относятся к той же зоне, что и районы Северного Кавказа и Сочи (4,0 – 4,5 кВт∙ч/м2 день)

В целом, технический потенциал солнечной энергии в России примерно в два раза превышает сегодняшнее, суммарное энергопотребление по стране.
При рассмотрении технического потенциала использования солнечной энергии на юге Западной Сибири в конце XX века исходили из тех технологических решений, которые применялись на 35 – 40 широтах территории СССР. Где отличительным признаком был и остается более продолжительный (по количеству дней) период повышенной инсоляции, при практически одинаковых значениях в летние месяцы. Однако, в настоящее время, на базе солнечных соляных прудов, для 50 – 60⁰ северной широты разработаны новые технологии. Эти технологии, используют не одну только солнечную энергии, но и её производные (в частности неиспользованную теплоту термодинамического цикла), что позволяет вырабатывать энергию круглый год или запасать, например, посредством биогаза, вырабатываемого для зимнего периода летом с использованием солнечной энергии. Да и сам солнечный соляной пруд зимой можно использовать как источник (аккумулятор) низкопотенциальной теплоты для повышения температуры пара хладагента теплового насоса непосредственно перед компрессором.

Что такое солнечный соляной пруд и его характеристики.

Солнечный соляной пруд (рисунок 1) [1] — это неглубокий (2 – 4 м) бассейн с крутым рассолом в нижней его части, у которого в нижнем придонном слое температура под действием солнечной радиации достигает 100 ⁰С и даже выше.


Изображение
Рисунок 1 – Схема солнечного соляного пруда и изменение температуры жидкости по глубине пруда


Физической основой возможности получения таких высоких температур вблизи дна пруда (рис. 1) является подавление гравитационной конвекции — всплытия нагретой Солнцем вблизи дна жидкости вверх под действием архимедовой силы, если плотность жидкости падает с ростом температуры. Чистая и слабосоленая (в том числе морская) вода подчиняется этому закону: по мере нагрева из-за термического расширения плотность уменьшается и нагретая вода всплывает вверх, отдавая тепло воздуху, а её место замещает холодная. Устанавливается непрерывный процесс конвекции с переносом теплоты от нагретого солнцем дна вверх и отдача ее воздуху. Именно поэтому вода в море не нагревается выше 25 – 30 ⁰С.
В солнечном пруду такой конвекции нет, потому что у крутосоленого рассола большой плотности, находящегося у дна, по мере нагрева плотность повышается из-за роста растворимости соли в воде и этот эффект пересиливает действие расширения жидкости. Соль в горячей воде растворяется быстрее, чем в холодной, в основном благодаря диффузии. Следовательно, при нагреве придонного слоя кристаллы соли быстрее переходят в рассол, увеличивая его плотность.

Механизм отдачи тепла от нагреваемого дна и придонного слоя — это только теплопроводность через грунт вниз, через боковые откосы и слой неподвижной воды вверх. Основную часть энергии в солнечном спектре несут коротковолновые — видимые — и ультрафиолетовые лучи, которые слабо поглощаются в толще воды и достигают дна. Итак, в таком пруду часть солнечного излучения — инфракрасного спектра полностью поглощается верхним слоем пресной воды, коротковолнового начнет поглощаться более низкими слоями воды, а не поглощенная часть излучения, прошедшего сквозь воду, — темным дном. Энергия, отраженная от дна, частично поглотится водой на обратном пути.

Теплопроводность существенно слабее конвекции, так что вблизи дна рассол будет нагреваться до упомянутых величин. Имеются сведения о получении температуры 102 и 109 ⁰С и расчетные предположения о возможности достичь 150 ⁰С в насыщенных рассолах. Разумеется, эти температуры зависят от географической широты, прозрачности атмосферы, пресной воды, изолирующего слоя и рассола пруда, теплоизоляции дна и боковых стенок наличия концентраторов (отражателей солнечного излучения в акваторию пруда) и ветра.

Верхний слой пруда состоит из пресной воды, с толщиной обычно 0,1 – 0,3 м, где подавить перемешивание жидкости не удается. Сказывается действие ветра, неравномерного загрязнения поверхности и других причин. Этот слой называется верхней конвективной зоной, и его толщина должна быть как можно меньше и чище, и поверхность без ряби, чтобы снизить потери излучения, входящего в воду. То, солнечное излучение, что поглотилось в верхней конвективной зоне, — потери энергии, ибо она легко уносится с поверхности ветром и за счет испарения воды.
Ниже находится градиентный слой (изолирующий слой с увеличивающейся книзу концентрацией рассола), именно здесь создается «термоклин» и «галоклин» — резко неравномерное распределение и температуры, и солености при полном отсутствии перемешивания, если пруд работает устойчиво. От толщины этого слоя — не конвективной зоны — сильно зависят все характеристики пруда. Термическое сопротивление изолирующего слоя воды составляет примерно 1,7 м2∙⁰С∙Вт-1, в то время как сопротивление современного типичного плоского пластинчатого солнечного приемника 0,4 м2∙⁰С∙Вт-1. В ранее построенных зданиях средней полосы России сопротивление теплопередаче стен составляет 0,9 – 1,1 м2∙⁰С∙Вт-1, окон — 0,39 – 0,42 м2∙⁰С∙Вт-1, покрытий — около 1,5 м2∙⁰С∙Вт-1. Принятые новые нормативные требования увеличили требуемые значения сопротивления теплопередаче: для стен до 3,0 –3,5 м2∙⁰С∙Вт-1, для окон — до 0,55 – 0,60 м2∙⁰С∙Вт-1, для покрытий — до 4,5 – 5,0 м2∙⁰С∙Вт-1. А самое существенное в этой «конструкции» пруда, это то, что термическое сопротивление градиентного слоя в 1000 раз выше сопротивления пресной воды при наличии свободной конвекции (0,0018 м2∙⁰С∙Вт-1).


Изображение
Рисунок 2 – Зависимость КПД солнечного соляного пруда, не имеющего теплоизоляции дна и боковых стенок, от температуры рассола (⁰С) и глубины не конвективной зоны [Янтовский].

Наконец, в придонном слое находится зона накопления энергии, состоящая из слоя горячего рассола, или конвективная зона, где допустимо перемешивание. Её толщина также влияет на показатели пруда — в основном на его тепловую инерцию.
Полезной энергией пруда является теплота, аккумулированная в этим слоем. Её можно использовать как для целей теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии путем пропускания рассола из этой зоны через какие-либо теплообменники. На рисунке 2 показана величина КПД пруда — отношение отводимой теплоты к падающей на поверхность солнечной энергии [2].

Для солнечных соляных прудов в настоящее время используют отходы соляных производств, содержащие большую долю хлорида магния, не пригодную для питания. А чтобы предотвратить утечки поверхность дна покрывают пластмассовой пленкой или слоем фурановой смолы. Иногда достаточно того, что дно «убивается» водонепроницаемой глиной.

Существенным преимуществом солнечных соляных прудов является то, что наряду с прямым солнечным излучением они воспринимают (аккумулируют) рассеянное излучение, отраженное от облаков, предметов и т.п.
Солнечный соляной пруд представляет собой одновременно коллектор и аккумулятор теплоты, причем по сравнению с обычными коллектора и аккумуляторами он является более дешевой системой

Исследовательские работы по изучению солнечных соляных прудов начались с середины 50-х годов XX века в Чили и Израиле, затем в США, Индии, Саудовской Аравии, Австралии, Египте.
В странах расположенных в низких широтах применяются СЭС, использующие теплоту, аккумулированную и сконцентрированную в солнечном соляном пруде.
Данные о фактическом состоянии дел в данном секторе солнечной энергетики автору недоступны, но о нем можно судить по известным ему сведениям из литературы.
По состоянию на 80-е годы наибольший по площади пруд создан в Израиле вблизи Мертвого моря. Его площадь 250 тыс. м2. На нем построена и испытана паротурбинная фреоновая энергетическая установка мощностью 5 МВт. Там же создан экспериментальный солнечный пруд с насыщенным
раствором 95 % хлорида магния и 5 % хлорида кальция площадью 4 4,5 м, глубиной 0,9 м. Летом 1984 г. получена температура 98 ⁰С. Утверждается, что пруд такого типа может давать температуру в интервале 120 – 150 ⁰С. В 1978 г. с пруда площадью 7500 м2 получена электрическая мощность 150 кВт.
В Австралии возле Мельбурна (38 ⁰ южной широты) построены два пруда глубиной 3 м, площадью по 1000 м2 на грунте из водонепроницаемой глины. Один из прудов оставлен без теплоизоляции, другой имеет изоляцию из пенополистирола с пленкой из бутинола. Рассол представляет отходы от опреснения морской воды — смесь хлоридов магния и натрия.

Приведем результаты испытаний упомянутой выше энергетической установки с паровой фреоновой турбиной, созданной вблизи Мертвого моря. Пруд собирает солнечную энергию на площади 0,25 км2, а горячий рассол из нижней конвективной зоны пруда подается в теплообменник-испаритель — аналог котла на обычной ТЭС, где нагревается фреон. В турбине фреон передает мощность электрогенератору, затем конденсируется, отдавая сбросную теплоту циркуляционной воде, и насосом закаивается в испаритель. Это обычный цикл Ренкина всех низкотемпературных энергетических установок — геотермальных, океанских, утилизационных на влажном паре.


При испытаниях такой установки мощностью 5 МВт в реальных условиях работы солнечного пруда получены следующие результаты:
Температура рассола, ⁰С 85 Расход рассола, м3/с 3,66
Температура охлаждающей воды, ⁰С 28 Расход охлаждающей воды, м3/с 3,66
Температура фреона перед турбиной, ⁰С 75 Давление перед турбиной, атм. 8,2
Температура конденсации, ⁰С 34 Тепловая мощность испарителя, МВт60
Тепловая мощность конденсатора, МВт 55 КПД турбинной ступени, % 93
Мощность генератора, МВт 5,07 Общий КПД, % 7,12–
Мощность насоса для фреона, кВт 350 Мощность насоса рассола, кВт 370
Мощность водяного насоса, кВт 320 Мощность прочих устройств, кВт 30
Расчетные значения:
КПД цикла Карно 41/348 = 0,17
Эксергетический КПД 0,0712/0,117 = 0,60


Эти испытания показали, что солнечный соляной пруд действительно может стать одним из лучших устройств энергетики ВИЭ. Удельная электрическая мощность, полученная с 1 м2 поверхности пруда составила 20 Вт. Среднегодовой коэффициент использования установленной мощности (Киум) 73 – 90 %. Удельные капитальные затраты на создание энергогенерирующей установки составили 4500 $/кВт, что в среднем в 2 раза выше чем соответствующие показатели по ТЭС на органическом топливе.

В те же годы в СССР рассматривалось проектирование подобной энергетической установки на заливе Сиваш, т. к. хозяйственной деятельности в заливе нет из-за значительного засоления. А циркуляционная вода в изобилии имеется вблизи — в Феодосийском заливе. Оценка масштаба максимальной летней мощности, при допущениях:
Температура рассола, ⁰С 100 Температура воды, ⁰С 8
Температура кипения, ⁰С 94 Температура конденсации, ⁰С 16
КПД цикла Карно +273 = 0,21 Эксергетический КПД 0,5
Общий КПД 0,117 Средняя летняя инсоляция, Вт/м2 250
КПД пруда 0,3 Плотность потока теплоты, Вт/м2 75
Удельная электрическая мощность, Вт/м2 75∙0,117 = 8

Максимальную мощность получаем, принимая возможность использования 50 % площади залива Сиваш. Полная площадь 2560 км2, следовательно, возможная площадь пруда 1250 км2 и максимальная электрическая мощность 10 ГВт.

Для справки: площадь водохранилища Красноярской ГЭС — 2000 км2, при мощности ГЭС в 6 ГВт, а значит удельная электрическая мощность равна всего 3 Вт/м2. За год на ГЭС вырабатывается около 20 млрд кВт∙ч электроэнергии, следовательно среднегодовой Киум составляет около 38 %.
При реализации проекта в заливе Сиваш, возможно, наращивать мощность постепенно, начиная с небольших южных участков залива.

Сопоставление цифр с полученными при испытании энергоустановки вблизи Мертвого моря показывает, что эти оценки реалистичны, а принятый эксергетический КПД 0,5 существенно ниже, чем достигнутый в эксперименте — 0,6. Сезонность выдачи электроэнергии в летне-осеннее полугодие не лишает этот проект интереса, поскольку ГЭС фактически также сезонны — летом, осенью и зимой воды гораздо меньше, чем весной.

Если для приближенной оценки принять, что летняя выработка в заливе компенсирует зимнее потребление электроэнергии по расходу топлива, в итоге окажется, что все теплоснабжение региона осуществлено без затрат топлива — только за счет солнечной энергии.

Наличие действующих тепловых электростанций, которые должны работать только в базовом постоянном режиме, не противоречит применению рассматриваемой схемы, поскольку и прямой и обратный циклы весьма маневренны. Температура их невысока, и отсутствуют массивные детали, требующие длительного прогрева.

Площадка возле Сиваша представлялась наилучшей для реализации, в первую очередь для решения задач энергоснабжения Крыма.
С экологической точки зрения проект представлял одним из наилучших способов энергоснабжения, ибо полностью исключает горение органического топлива летом, снижает его до минимума зимой. Проект свободен от риска аварий, поскольку температура и давление рабочего тела не превышают 100 ⁰С и 30 кгс/см2.

Как показали подобные расчеты шведских и финских авторов, солнечный пруд с ТН способен эффективно аккумулировать и выдавать тепло при минимальной температуре 20 ⁰С даже на 60-й параллели при замерзании его поверхности зимой (или покрытии её слоем полистирола).

В отличие от обычной солнечной электростанции с гелиостатами, где концентрация энергии достигается оптическими методами, солнечный пруд обеспечивает гидродинамическую концентрацию энергии. При средней плотности притока солнечной теплоты в отводимый нагретый рассол 75 Вт/м2 плотность потока используемой энтальпии (произведение плотности рассола — 1500 кг/м3, его скорость в трубе 1 м/с, теплоемкости — 2,3 кДж/кг∙⁰С и перепада температуры 10 ⁰С) составляет 3,5∙107 Вт/м2. Отсюда видно, что гидродинамическая концентрация повышает плотность потока энергии более чем на пять порядков, т. е. в сотни тысяч раз.

Способность к совершению работы характеризуется не потоком энергии, а потоком эксергии и поэтому следует обратить внимание на концентрацию эксергии солнечным прудом.

Плотность потока эксергии солнечного излучения не намного ниже плотности энергии (примерно вдвое), так что его можно оценить средней величиной δо = 100 Вт/м2. Это подводимая к пруду эксергия. Отводимой является эксергия горячего рассола, оцениваемая только по его температуре, т. е. термическая а не химическая эксергия. При температуре горячего рассола 100 ⁰С и температуре холодного источника 10 ⁰С имеем
δэ = 3,5∙107∙(100 — 10)/(100 + 273) = 0,93∙107 Вт/м2.

Отношение плотностей потоков подводимой и отводимой эксергии
λ = δэ/δо = 107/102 = 105.
Иными словами, при отводе горячего рассола мы получаем гидродинамическую концентрацию потока эксергии в сто тысяч раз. Плотность потока эксергии в горячем рассоле много выше, чем при передаче энергии от горячих газов в хвостовых частях котельного агрегата, и выше, чем в океанских тепловых электростанциях. Поэтому солнечный пруд и представляется эффективным ВИЭ благодаря высокой концентрации эксергии и ему уделяется так много внимание Е. И. Янтовским.

Критическим сечением для потока энергии остаются теплообменники, в которых удельный тепловой поток составляет около 104 Вт/м2.
Удельная масса крупных теплообменников вода — фреон составляет 45 кг/м2 для высокого давления и 20 кг/м2 — для низкого. Следовательно, для КПД = 0,1 их масса на 1 кВт электрической мощности составит (45 + 20)/(0,1∙10) = 65 кг/кВт. Масса компрессоров, турбины, насосов, паропроводов относительно невелика, и в сумме можно принять удельную массу оборудования
m = M/Nе = 100 кг/кВт = 0,1 кг/Вт.

Для оценки срока энергетической окупаемости (tок) приравняем количество сэкономленного за счет работы солнечной электростанции топлива (Nе/η) tок и затраты топлива на создание оборудования массой М: М∙Э. Здесь η — КПД замещаемой ТЭС, Э — удельная энергоемкость оборудования (для стали 80 МДж/кг). Отсюда tок = η∙m∙Э = 0,4∙0,1∙80∙106 = 3,2∙106 с 0,1 года. Срок этот существенно меньше срока службы, следовательно возместит затраты энергии на её оборудование; но затраты энергии на трубопроводы могут быть очень велики, поэтому отдается предпочтение керамическим трубам, обычно применяемым в системах орошения.

Следует отметить, что во многих проектах рекомендуется применять не фреон, а изобутан — легкодоступную фракцию нефти или природного газа. Тогда возможно использование контактного теплообменника, в котором струи горячего рассола непосредственно контактируют с жидким изобутаном и испаряют его.

В сравнении с обычными ТЭС по металлоемкости оборудования прудовая солнечная электростанция проигрывает немного, ибо удельная масса пылеугольных энергетических котлов составляет 30 кг/кВт. Если же учесть все затраты металла, а значит, и энергии на топливный цикл и транспорт топлива, то преимущество прудовой электростанции по этому критерию налицо.

Интересные данные по естественным Антарктическим солнечным соляным озерам, которые могут лечь в основу разработки технологии вывода (прогрева) солнечного пруда после зимней «спячки» в России.

По результатам исследований новозеландских ученых К. Уэллмана и А. Уилсона озеро Ванда (Антарктида) прогревается за счет лучистой энергии Солнца до самого дна на глубину 70 м через прозрачный лед толщиной 4 м. Температура воды у дна составляет 27 ⁰С или на 47 ⁰С больше среднегодовой температуры воздуха. Объяснить то, что называют феноменом Антарктиды, можно так. Известно, что коротковолновая солнечная радиация сравнительно хорошо проходит через атмосферу, содержащую водяные пары. Достигнув земной поверхности, она преобразуется в длинноволновую, которая на обратном пути уже поглощается, хотя и не полностью атмосферой. Атмосфера служит как бы ловушкой для солнечной энергии. Это явление хорошо известно под названием парникового эффекта. Благодаря ему фактическая средняя температура поверхности Земли на 18 ⁰С выше, чем она была бы без атмосферы.

А теперь посмотрим, что происходит с солнечной энергией на озере Ванда. На поверхности озера снега нет из-за сильного ветра и высокого испарения. Коротковолновая солнечная радиация поэтому практически беспрепятственно проникает через очень прозрачный лед и воду и нагревает дно почти так же как и окружающее озеро скалы. От дна отражается уже длинноволновая радиация, которая почти вся поглощается водой, нагревая её. А поскольку озеро не вскрывается ото льда, то ветер не перемешивает воду. Не перемешивается она и под влиянием тепловой конвекции, т.к. нагретая у дна вода очень соленая и оказывается все же тяжелей верхней холодной, но пресной воды.

На примере озер Антарктиды подтверждается колоссальная роль вынужденной конвекции в энерго-и массообмене. Действительно, в районах сезонного промерзания верхних слоев горных пород в неглубоких поверхностных водоемах не наблюдается подобной стратификации ни в температуре, ни в химическом составе воды. Её нет потому, что в периоды отсутствия ледяного покрова вся вода перемешивается конвективным путем под влиянием ветра. При наличии круглый год ледяного покрова условий для вынужденной конвекции нет. Перемешивание происходит только под влиянием свободной (тепловой) конвекции, но лишь на первых порах, пока из-за расслоения вод по минерализации (гравитационного, например) вода нижних слоев не окажется настолько тяжелой, что не сможет подниматься вверх даже при нагревании на десятки градусов выше, чем верхние пресные слои воды. Примечательно, что несмотря, на колоссальные градиенты концентрации и температуры, возникающие в таких условиях, роль молекулярной и тепловой диффузии вместе взятых остается настолько ничтожной, что они не могут привести к миграции химических ингредиентов из донных слоев воды в верхние и к выравниванию минерализации в толще озерной воды [3].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки/Н.В. Харченко М.: Энергоатомиздат, 1991. 208 с.
2. Янтовский Е.И. Потоки энергии и эксергии/ Е.И. Янтовский М.: Наука, 1988. 144 с.
3. Фролов Н.М. Основы гидрогеотермии / Н.М. Фролов. М.: Недра, 191. 335 с.

Автор: Осадчий Геннадий Борисович, инженер, автор 140 изобретений СССР.




Концентратор солнечной энергии – важнейший элемент системы холодотеплоснабжения

Г.Б. Осадчий, инженер

Эффективность работы любой энергогенерирующей системы использующей солнечную энергию напрямую зависит от того применяется ли в её составе концентратор солнечной энергии и каков он. Меняющий свою ориентацию в пространстве, отслеживающий перемещение Солнца по небосводу или неподвижный, его форма и материал из которого изготовлены отражающие поверхности и многое другое.
Проведенные исследования данных по инсоляции показывают, что прямое солнечное излучение (летом «продуктивное» с 8 – 9 ч до 15 – 16 ч) может являться основным, но не единственным источником поступления в солнечный соляной пруд солнечной энергии. Так для малых прудов крайне важно использовать прямое солнечное излучение, отраженное от концентраторов — для увеличения поступления солнечного излучения в пруд, за временными границами, так называемой наибольшей дневной «продуктивности» Солнца. С учетом того, что максимальное время подъема Солнца с 10 до 20⁰ на экваторе, северном тропике и, например, на широте Омска 21 июня составляет 45, 46 минут и 1 час 14 минут соответственно. В Омске утром Солнце поднимается в 1,64 раза медленнее, чем на экваторе. Это расширит также и границы месячной «продуктивности» к которым относятся 4 – 5 месяцев летнего периода.
Для решения этой проблемы найдено техническое решение, которое исследовано применительно к широте города Омска начиная с 23 апреля ( = 10⁰), когда Солнце стоит строго на востоке (рисунок 1).


Изображение

1 – солнечный луч; 1', 1" – направления движения солнечного луча 1 после отражения от концентратора и после вхождения в воду; 2 – солнечный луч; 2', 2", 2Δ,2+ – направления движения солнечного луча 2 после отражения от водной поверхности пруда, концентратора и после вхождения в воду; a, r – угол наклона отраженных солнечных лучей (высота «отраженного» Солнца); ђ – угол наклона концентратора солнечной энергии; ξ – угол вхождения солнечных лучей в воду.

Рисунок 1 – Схема концентрации солнечного излучения в солнечный соляной пруд летним утром за счет изменения наклона концентратора солнечной энергии (схема направлений движений солнечных лучей, поступающих в солнечный пруд).

Угол наклона отраженного солнечного луча 1' ( , высота «отраженного» Солнца, рисунок 1) связан с высотой Солнца и углом наклона концентратора солнечного излучения.

При высоте Солнца 10⁰ и угле наклона концентратора солнечного излучения 10⁰ высота «отраженного» Солнца будет равна 30⁰.
Как видно из рисунка 1 наклон концентратора увеличивает «высоту» отраженного луча 1' с 10 до 30⁰, угол ξ¹ становится равным 49,5⁰ (для луча 2 ξ² равно 42,5⁰), а значит водная (оптическая) масса изменяется с 1,48 до 1,32.

Отраженные солнечные лучи вступают в воду уже под углом, уменьшающим отражение солнечного излучения водной поверхностью и поглощение солнечного излучения на пути к слою горячего рассола. Поскольку доля от концентрации луча 2' значительна только при очень малых высотах Солнца, здесь её не рассматриваем. Наклон концентратора солнечной энергии при малых высотах Солнца позволяет главное — использовать всю высоту концентратора для увеличения поступления солнечного излучения в пруд в наиболее проблемные утренние и вечерние часы. Использование отраженного прямого солнечного излучения является мощным инструментом аккумулирования прудом солнечной теплоты. Коэффициент концентрации солнечного излучения в пруд может составить 5,0 при высоте Солнца 10⁰. При высоте Солнца 15⁰ он составляет — 3,3, и 2,6 — при 19⁰, уменьшаясь с увеличением высоты Солнца. Важнейшим фактором в пользу такой схемы концентрации солнечной энергии является то, что в сутках полдень один, а утро и вечер это два временных периода. В летний период в России продолжительность дня 16 – 17 часов, против 12 – 13 часов на экваторе и в тропиках. Концентратор будет отражать дополнительно в акваторию пруда и рассеянное солнечное излучение, которое утром и вечером имеет наибольшую интенсивность с той стороны небосвода, где в это время находится Солнце.

Исходя из этого исследования, разработана, конструктивная схема концентратора солнечной энергии (рис.2), которая будет актуальна утром и вечером и для низких широт (экватор, тропики)

Изображение
Рисунок 2 – Конструктивная схема концентрирования солнечной энергии в солнечный соляной пруд концентратором солнечной энергии за счет слежения за движением Солнца по небосводу.


Применение наклонного концентратора солнечного излучения (рисунок 2) с избытком компенсирует низкую инсоляцию весной и осенью в средней полосе России. Без учета того, что для малых прудов потери теплоты через дно и боковые стенки могут быть снижены надлежащей теплоизоляцией.

Ранней весной и поздней осенью на вертикальную поверхность, ориентированную на юг в средней полосе России при малой высоте Солнца приходит больше солнечной энергии чем на восточную и западную вертикальные поверхности. Поэтому это техническое решение по концентрации солнечного излучения и для этих временных периодов перспективно.
Для увеличения поступления в пруд солнечного излучения в полуденные часы, когда высота Солнца наибольшая, без затенения акватории пруда ранним утром и поздним вечером, когда высоты Солнца незначительны, можно, использовать в качестве отражателя выступающие «чердачные» части здания в соответствии с рисунком 3.

Изображение
Рисунок 3 – Конструктивная схема дополнительной концентрации солнечного излучения в солнечный соляной пруд в полуденное время.


Использование солнечных соляных прудов малых площадей с концентрацией энергии от концентратора и дополнительного «чердачного» отражателя для российских просторов является наиболее оптимальным.

Такое техническое решение (концентратор) в России может быть эффективно реализовано при использовании солнечной энергии для локального холодотеплоснабжения, поскольку неэффективность традиционного централизованного теплоснабжения в малых поселениях, подтверждается математической моделью управления аварийными запасами материально-технических ресурсов на их объектах в случае аварийного ремонта[1].

Предлагаемая гелиосистема холодотеплоснабжения (рисунки 4, 5), разработанная в КБАЭ «ВоДОмёт» (г.Омск), как никакая другая учитывает климатические условия средней полосы и юга России. Принципиально не отличаясь от ранее описанных систем [2, 3], она конкретизирована в деталях и содержит основные данные по выполненному экономическому расчету, с учетом экологического фактора.

Принцип работы гелиосистемы холодоснабжения (гелиохолодильника), обеспечивающей поддержание летом соответствующей температуры в холодильной камере, рассмотрен в качестве примера, в виде системы, входящей в отдельно стоящее здание (для упрощения, без привязки в предлагаемому концентратору), и состоит в следующем. Теплота солнечного излучения 1 (рисунок 4), аккумулируемая солнечным прудом 16, по тепловой трубе (термосифону) 14 подается к хладомёту 12 (двигателю Стирлинга с компрессором), где в термодинамических циклах преобразуется в поток хладагента. Неиспользованная в термодинамических циклах хладомёта теплота по тепловой трубе 11 отводится в котлован 9, заполненный льдом, вызывая его таяние, или рассеивается в окружающее пространство. Концентратор 2 обеспечивают увеличение поступления солнечной энергии в пруд. А теплоизоляционное покрытие 6 предотвращает таяние льда котлована 9 от наружного воздуха.


Изображение

1 – солнечное излучение; 2 – концентратор солнечного излучения; 3 – испаритель холодильника; 4 – дроссель, 5 – конденсатор холодильника; 6 – теплоизоляционное покрытие; 7 – регулятор потока пара хладагента; 8 – воздуховод; 9 – котлован со льдом; 10 – маслопровод; 11, 14 – тепловые гравитационные трубы (термосифоны); 12 – хладомёт (двигатель Стирлинга с компрессором); 13 – водопровод; 15 – грунт; 16 – солнечный соляной пруд

Рисунок 4 – Схема системы среднетемпературного холодоснабжения (гелиохолодильника)

Система предназначена для охлаждения замкнутых объемов посредством циркуляции хладагента по рабочему контуру гелиохолодильника: конденсатор 5 – дроссель 4 – испаритель 3. В испарителе 3 происходит парообразование низкокипящего рабочего тела – хладагента. Образующийся пар хладагента сжимается в хладомёте (компрессоре) с повышением температуры (зависит от степени сжатия) и затем поступает в конденсатор, где конденсируется, отдавая теплоту фазового перехода хладагента в котлован со льдом или в окружающее пространство (воздух). Образующийся при этом жидкий хладагент подается в дроссель 4; за ним давление понижается, и хладагент поступает в испаритель 3. Цикл повторяется.
Теплота, забираемая из помещений будет или аккумулироваться котлованом 9 посредством части конденсатора 5, расположенной в котловане 9 и под ним, что обеспечивает наиболее полное аккумулирование низкопотенциальной теплоты для использования её в будущем (зимой), или часть теплоты может рассеиваться в окружающую среду через его (конденсатора 5) верхнюю наружную часть, расположенную на открытом воздухе. Выбор режима работы определяется положением заслонок в регуляторе потока 7, в зависимости от температуры окружающего воздуха (день — ночь, весна — осень) и состояния котлована — температуры в нем. А также от объема котлована, количества теплоты, которую, он может принять. Преобладающее, естественное направление потока пара хладагента при открытом регуляторе потока 7 в конденсаторе 5 определяется тем, какая из его частей; расположенная в котловане или на открытом воздухе имеет более низкую температуру. Температурой частей конденсатора определяется скорость конденсации в них пара хладагента, а значит и понижение в них давления. Часть конденсатора 5, расположенная над котлованом летом будет иметь наименьшую температуру с 23 до 5 ч, когда разность дневных и ночных температур для средней полосы России составляет 11 – 16 ⁰С (на Северном Кавказе, Нижнем Поволжье и юге Дальнего Востока она ещё больше). Такое разветвление конденсатора очень актуально, т.к. как показывают исследования, у нас нарастает изменчивость погоды — изменчивость температуры и всех сопутствующих элементов. Изменчивость суточная, годовая — какая угодно.
Вода (воздух), проходящая по водопроводу (воздуховоду) 13, нагревается до 50 – 90 ⁰С (в зависимости от скорости движения) удовлетворяя потребности в горячей воде (воздухе) в течение всего лета, до глубокой осени. Кондиционирование помещений можно осуществлять охлажденным до 5 – 8 ⁰С воздухом, поступающим в помещения через воздуховод 8, расположенный во льду котлована.
Охлаждение помещений можно осуществлять также за счет циркуляции масла; маслопровод 10 — охлаждаемое помещение.

Как видим при производстве холода и теплоты данная система имеет минимальное количество технологических переделов.

К осени температура талой воды в котловане поднимается до 10 ⁰С.
Актуальность разработки системы холодоснабжения связана и с существующим прогнозом изменений климата России до 2015 г. В среднем за 10 лет наши климатологи ожидают повышение температуры на 0,6 ⁰С, и уменьшение количества осадков. В связи с этим появятся проблемы с водностью рек. Это скажется на работе ГЭС. В летнее время участятся опасные для здоровья крупные волны тепла. А это в свою очередь повлияет на работу учреждений социальной сферы и медицины.

Система среднетемпературного холодоснабжения на зиму может быть преобразована в систему теплоснабжения согласно рисунку 5.

Изображение

1 – солнечное излучение; 2, 7 – теплоизоляционное покрытие; 3 – конденсатор теплового насоса; 4 – дроссель; 5, 10 – регулятор потока хладагента; 6 – испаритель теплового насоса; 8 – воздуховод; 9 – котлован с талой водой; 11 – хладомёт (двигатель Стирлинга с компрессором); 12 – тепловая гравитационная труба (термосифон); 13 –грунт; 14 – солнечный соляной пруд

Рисунок 5 – Схема системы теплоснабжения (теплоприводного теплового насоса — ТНТП)

Принцип работы системы теплоснабжения, обеспечивающей зимой поддержание соответствующей температуры в помещениях отдельно стоящего здания, происходит следующим образом. Хладомёт 11 (двигатель Стирлинга с компрессором) обеспечивает обогрев помещений посредством циркуляции хладагента по рабочему контуру ТНТП: конденсатор 3 – дроссель 4 – испаритель 6. Хладомёт 11 работает от энергии сгорания биометана, обогревающего укороченную тепловую трубу 12 (конструкция топок-форсунок условно не показана), или другого источника. В качестве органического топлива для обогрева тепловой трубы 12 может быть использован торф, высушенный с использованием солнечной энергии.
В испарителе 6 за счет тепловой энергии воды 9 происходит парообразование хладагента, пар далее подогревается от теплоты грунтов, расположенных под котлованом, зданием и под прудом (13) и рассола пруда 14. Подогретый пар сжимается в компрессоре с повышением температуры, затем горячий пар хладагента поступает в конденсатор 3, где он, вначале частично охлаждается, затем конденсируясь, отдает теплоту фазового перехода на обогрев помещений. Конденсат хладагента поступает в дроссель 4, где его давление понижается, а затем – в испаритель 6. Цикл повторяется.
Перед дросселем 4 конденсат хладагента может переохлаждаться за счет поступающего в здание холодного воздуха или воды.
После дросселя 4 теплота на испарение хладагента в испарителе 6 может забираться как из котлована, так и из окружающего воздуха, соответственно через части испарителя 6, расположенные в котловане или над котлованом 9. Это зависит от положения заслонок регулятора потока 5 хладагента. При движении испаряющегося жидкого хладагента по части испарителя, расположенной в котловане обеспечивается быстрое охлаждение воды котлована и образование в нем льда — аккумулирование холода для использования летом. При движении испаряющегося хладагента по части испарителя, расположенной над котлованом (осенью, в оттепели, теплым зимним днем или когда колебания температуры напоминают «пилу») экономится низкопотенциальная теплота котлована для морозного периода. Выбор режима работы определяется положением заслонок в регуляторе потока 5 в зависимости от температуры окружающего воздуха (день — ночь, осень — весна) и состояния котлована — температуры в нем. А также от объема воды в котловане, количества теплоты, которую она может отдать. Преобладающее, естественное направление потока жидкого хладагента при открытом регуляторе потока 5 в конденсаторе 6 определяется тем, какая из его частей; расположенная в котловане или на открытом воздухе имеет более высокую температуру. Температурой этих частей испарителя определяется скорость испарения в них хладагента, а значит и повышение давления. Осенью прохладная вода в котловане может быть подогрета, если воздух из здания удалять через воздуховод 8 или заменена на теплую воду, с температурой до 20 – 25 ⁰С. Подогрев воды в котловане можно осуществить за счет её циркуляции через плоский солнечный коллектор в период «бабьего лета».

Кода на улице тепло тогда потребность в отоплении уменьшается; так что пониженная теплопередача (теплоотдача) уличный воздух — наружный испаритель будет обеспечивать меньший (для исключения перетопа) забор теплоты из атмосферы. Так зима 2006-2007 гг. на юге Сибири была экстремально теплая. Она пришла на 2 – 3 декады позже обычных сроков. Средняя температура декабря была минус 6 ⁰С, а средняя температура января минус 9 ⁰С (вместо среднегодовой минус 19 – 20 ⁰С). Практически зимы как таковой на юге Сибири не было. Жили в условиях предзимья. За всю зиму было всего два холодных периода: третьи декады ноября и февраля. Все остальные периоды были экстремально теплыми. В конце января наступила оттепель. Температура поднялась до + 6 и + 12 ⁰С. А вот зима 2005-2006 гг. была совершенно жуткая.

В процессе работы ТНТП (системы) температура воды в котловане понижается, образуется лед (котлован «готовится» к приему теплоты летом), может замерзнуть и грунт под котлованом. Заметно снижается температура грунта 13 и рассола пруда 14, обеспечивая обогрев помещений аккумулированной солнечной энергий и сбросным теплом системы работавшей летом в режиме солнечной холодильной установки.
В рассматриваемом случае, на испарителе 6, расположенном в котловане 9 и под котлованом образования ледяных наростов не является непреодолимым препятствием для эксплуатации системы. Когда вся вода в котловане 9 замерзнет, и дальнейшая эксплуатация ТНТП с этим участком станет малоэффективной из-за понижения температуры в испарителе, то за счет управления заслонкой регулятора потока 10 можно обеспечить движение хладагента, по контуру испарения, минуя котлован 9. Этот режим работы ТНТП может быть эффективен весной, когда пруд освободился ото льда, и идет аккумулирование солнечной энергии придонным слоем пруда, и когда дальнейшее охлаждение котлована не целесообразно. Однако этот режим можно применять и зимой для восстановления (выравнивания по массиву) температуры котлована. Кроме того, если в системе применить электроприводной компрессор, то этот режим, с присущим ему более высоким коэффициентом трансформации, можно использовать для теплоснабжения ночью, когда более холодно, когда потребность в тепле больше, а стоимость электроэнергии низкая. Днем же, когда стоимость электроэнергии высокая, но требуется меньше тепла на отопление можно применять ТНТП с использованием теплоты котлована, при более низком коэффициенте трансформации.
Или наоборот. Режимы работы зависят от конкретных значений приведенных параметров.
При продолжительных морозных зимах, а также для объектов с малым объемом котлована пополнять его теплотой зимой можно за счет отвода «отработавшего» воздуха из здания по воздуховоду 8. И при этом «подогревать» поступающий в помещения свежий морозный воздух можно в параллельно расположенном в котловане воздуховоде, соединенном с системой вентиляции.

Для повышения теплоизоляции котлована и одновременного аккумулирования холода, для летнего периода, снег, убираемый с прилегающих территорий можно складировать над котлованом. Также ранней весной снег с акватории пруда можно использовать для увеличения запасов холода котлована, накрыв его (снег) демонтированным теплоизоляционным покрытием пруда.

Такая выработка энергий — это, по существу, комбинированный способ производства холода и теплоты. Только холод, аккумулированный водой котлована зимой, расходуется летом (рисунок 6), а теплота, аккумулированная водой котлована летом, расходуется зимой посредством ТНТП.


Изображение

Рисунок 6 – Схемы всех генерируемых гелиосистемой холодоснабжения (летом) и системой теплоснабжения (зимой) видов энергий

На рисунке 6 приведены все дифференцированные виды энергии, которые можно получать летом за счет солнечного соляного пруда, котлована со льдом и окружающего воздуха системой холодоснабжения и те, которые можно получать зимой системой теплоснабжения.
Как видно из рисунка 6 разнообразие генерируемых видов энергии системой холодотеплоснабжения обеспечивается в основном за счет энергий всего двух основных сооружений — пруда и котлована и биометана. Это позволяет при эксплуатации системы вырабатывать напрямую тот вид энергии, который нужен в конкретное время в конкретном месте без переналадки оборудования.

В данной статье, из-за наложенных на её объем ограничений, не раскрыта оригинальная установка выработки биометана (биогаза) с использованием энергии солнечного соляного пруда. Это техническое решение, при заинтересованности читателей данным направлением энергетики ВИЭ, будет представлено в дальнейшем.
Рассмотренная гелиосистема холодотеплоснабжения наглядно показывает, что у российской энергетики ВИЭ, основанной на использовании особенностей климатических условий средней полосы России, имеется хорошая обоснованность её будущего.

Список литературы

1 Кузнецов П.А. Организационная надежность управления ресурсным обеспечением при переустройстве аварийных объектов // Жилищное строительство. 2006. № 1. С. 5 – 6.
2 Осадчий Г.Б. Нетрадиционные варианты хладотеплоснабжения зданий // Технология машиностроения. 2004. № 1. С. 50 – 54.
3 Осадчий Г.Б. Солнечная энергия, её производные и технологии их использования (Введение в энергетику ВИЭ). Омск: ИПК Макшеевой Е.А., 2010. 572 с.
4 Копылов А.Е. Экономические аспекты выбора системы поддержки использования возобновляемых источников энергии в России // Энергетик. 2008. № 1– С. 7 – 10.

Автор: Осадчий Геннадий Борисович, инженер, автор 140 изобретений СССР.
3

#6
Пользователь офлайн   pandorskiy kot 

  • pängkxo tireahu eltuä lefngap
  • PipPipPipPipPipPipPipPip
  • Вставить ник
  • Цитировать
  • Раскрыть информацию
  • Группа: Администраторы
  • Сообщений: 9 717
  • Регистрация: 01 Март 11
  • Skin:na'vi night
  • ГородKharkov
  • Время онлайн: 249 дн. 12 час. 17 мин. 8 сек.
Репутация: 4 776
Мудрец
Бегло глянул - интересно, почитаю потом подробнее а то голова сегодня уже ни бум-бум :)
Изображение
...I want to go where they are going
Into the world they've been
Can I open up my mind enough to see... ©
0

#7
Пользователь офлайн   Eveng 

  • Менестрель клана
  • PipPipPipPipPipPipPipPip
  • Вставить ник
  • Цитировать
  • Раскрыть информацию
  • Группа: Модераторы
  • Сообщений: 1 752
  • Регистрация: 05 Март 11
  • Skin:na'vi night
  • ГородРечица
  • Время онлайн: 39 дн. 3 час. 38 мин. 24 сек.
Репутация: 922
Душа форума
Солнечный коллектор неплох, очень неплох) А как быть зимой, где отрицательные температуры на воздухе? вода не будет мерзнуть несмотря на нагрев?
Человечество - самый бессердечный из всех существующих видов на Земле..
0

#8
Пользователь офлайн   Jak Arc Zoreon 

  • Автор темы
  • Соратник
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • Вставить ник
  • Цитировать
  • Раскрыть информацию
  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 513
  • Регистрация: 11 Март 11
  • Skin:na'vi night
  • ГородЯрославль
  • Время онлайн: 33 дн. 4 час. 54 мин. 10 сек.
Репутация: 647
Гениальный

 Eveng сказал:

Солнечный коллектор неплох, очень неплох) А как быть зимой, где отрицательные температуры на воздухе? вода не будет мерзнуть несмотря на нагрев?



Есть модели расчитанные на работу при температурах воздуха до минус 33. А как поведут себя самодельные, можно узнать только на практике. В заводских коллекторах совершенно иной уровень технологий.
0

#9
Пользователь офлайн   Коммунар 

  • Гость
  • PipPipPip
  • Вставить ник
  • Цитировать
  • Раскрыть информацию
  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 64
  • Регистрация: 15 Апрель 13
  • Skin:
  • ГородНовосибирск
  • Время онлайн: 1 дн. 22 час. 50 мин. 17 сек.
Репутация: 2
Обычный
Дом южная стена пенопласт крашеный сажей, 3 см зазор, лист поликорбоната. В ноябре на юге сибири дом к вечеру прогревается до + 18-20 С. http://vk.com/id4351...Fphotos43510647
Колекторы промышленные, летом 1 м3 зимой 3 м3 хватает для душа и быта.
Сезонный тепловой акумулятор штуеа прикольная, но дорогая. Солёные озёра заинтересовали.
0

#10
Пользователь офлайн   Jak Arc Zoreon 

  • Автор темы
  • Соратник
  • PipPipPipPipPipPipPip
  • Вставить ник
  • Цитировать
  • Раскрыть информацию
  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 513
  • Регистрация: 11 Март 11
  • Skin:na'vi night
  • ГородЯрославль
  • Время онлайн: 33 дн. 4 час. 54 мин. 10 сек.
Репутация: 647
Гениальный


В паре с тепловым насосом можно и для отопления и прямого водоснобжения дома использовать, это гораздо эффективнее и дешевле варианта со скважинами (конструкция, судя по видео, простая до безобразия). При этом оно не зависит от солнца или ветра, по сути химический реактор, работающий минимум сезон на одной закладке. А топлива для неко как... Кхм... Ну да. :)
4

#11
Пользователь офлайн   Tirea 

  • Ку!
  • PipPipPipPipPipPipPipPip
  • Вставить ник
  • Цитировать
  • Раскрыть информацию
  • Группа: Пользователи
  • Сообщений: 1 681
  • Регистрация: 02 Март 11
  • Skin:na'vi night
  • Городгде-то на Плюке
  • Время онлайн: 125 дн. 2 час. 44 мин. 52 сек.
Репутация: 878
Душа форума
Интересно. Но не ясно КПД. И навоз у нас денег стоит, а не бесплатный, особенно конский, хотя по идее от любых травоядных должен подойти.
А на основе тепла от перегноя травы, есть старый способ как палатку обогревать по осени например. Видео найду ссылку добавлю.
Изображение
0

Поделиться темой:


Страница 1 из 1
  • Вы не можете создать новую тему
  • Вы не можете ответить в тему

2 человек читают эту тему
0 пользователей, 2 гостей, 0 скрытых пользователей





Фильм АВАТАР фан-сайт фильма аватар Эко-товары и экотуризм земной Пандоры - Горного Алтая. Частичка природы земли, увлекательные материалы о загадочном крае Вольный Ветер Waterfall.su Радиосвязь в походе, рации. Сайт UA3AQL Pandora.Space