Процессы отопления и горячего водоснабжения административных и жилых зданий агрогородков на основе гибридных высокоэффективных технологий использования традиционных видов топлива и возобновляемых источников энергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Национальная академия наук Беларуси

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ИНСТИТУТ ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ»

Институт жилищно-коммунального хозяйства НАН Беларуси

Отчёт

О научно-исследовательской работе

Минск 2022



Разработать проект рекомендаций по использованию возобновляемых источников энергии ВИЭ на горячее водоснабжение с использованием гелиосистем с естественной циркуляцией по теме:

Исследование и обоснование процессов отопления и горячего водоснабжения административных и жилых зданий агрогородков на основе гибридных высокоэффективных технологий использования традиционных видов топлива и возобновляемых источников энергии (промежуточный, подэтап 2.2, этап 2)

ГПНИ «Энергетические и ядерные процессы и технологии»

Книга 1

Научный руководитель, заместитель директора

по научной работе, канд. техн. наук _______________ И.В. Барановский подпись, дата

Список исполнителей

Научный руководитель НИР, заместитель директора по научной работе, канд. техн. наук		И.В. Барановский
Исполнители:	подпись, дата	(заключение)
Заведующий отделом жилищного хозяйства		Ю.А. Башко
Зав. сектором информатизации ЖКХ, канд. техн. наук	подпись, дата	(введение) Е.В. Тернов
Младший научный сотрудник	подпись, дата	(подраздел 1.1, 1.2) И.В. Тимошкевич
Ведущий инженер	подпись, дата	(раздел 2) Н.В. Вратил
Стажер младшего научного сотрудника	подпись, дата	(раздел 3) К.А. Полтавцев
Нормоконтроль	подпись, дата	(подраздел 1.3, 1.4) Н.В. Вратил
	подпись, дата



Реферат

Отчёт 46 с., 1 кн., 13 рис., 14 табл., 25 источника солнечная радиация, природно-климатические условия, солнечная энергетика, Возобновляемые источники энергии, гелиосистема, горячее водоснабжение

Энергетическая ситуация во всем мире характеризуется ограниченными запасами природного газа и нефти при растущем их потреблении и ощутимом росте цен. Кроме того, увеличение выбросов СО2 приводит к негативным изменениям климата. Указанные обстоятельства вынуждают нас обращаться с энергией очень ответственно. Для этого необходимо увеличение эффективности работы систем энергоснабжения и расширение использования возобновляемых источников энергии. Для теплоснабжения различных зданий расходуется огромное количество энергии. Существенной экономии энергии и сокращения выбросов CO2 можно добиться за счет использования инновационного отопительного оборудования.

Интеграция солнечных установок в системы теплоснабжения требует применения четко согласованных системных компонентов с целью получения максимума тепловой энергии из солнечной. В основе этого должно лежать правильное проектирование системы теплоснабжения.

В стране количество ясных дней в году колеблется от 30-35 на северо-западе до 40-42 на юго-востоке. В общей сложности открытое солнечное сияние продолжается от 1730 до 1950 часов в год. Почти половину «годового запаса» приносят май, июнь и июль, когда в безоблачном небе солнце светит до 16 часов в сутки.

Цель исследований - разработать проект рекомендаций по использованию возобновляемых источников энергии ВИЭ на горячее водоснабжение с использованием гелиосистем с естественной циркуляцией.

Объект исследований - проектирование и расчет гелиосистем с естественной циркуляцией для горячего водоснабжения.

В результате проведенных исследований разработан проект рекомендаций по использованию возобновляемых источников энергии ВИЭ на горячее водоснабжение с использованием гелиосистем с естественной циркуляцией, с учетом проектирования и расчетом данных гелиосистем.



Содержание

Введение

1. Проект рекомендаций по использованию возобновляемых источников энергии ВИЭ на горячее водоснабжение с использованием гелиосистем с естественной циркуляцией

1.1 Указание интенсивности солнечной радиации по трем основным физико-географическим зонам: северо-восточной, средней и южной

1.2 Выбор оптимальной ориентации и наклони гелиоколлектора

1.3 Расчет влияния метеорологических и конструктивных характеристик на эффективность работы гелиосистемы с естественной циркуляцией теплоносителя

1.4 Общие положения расчета систем солнечного горячего водоснабжения

2. Проектирование и расчет гелиосистем с естественной циркуляцией для горячего водоснабжения

2.1 Общее описание вакуумных гелиоколлекторов

2.2 Определение площади солнечных коллекторов

2.3 Расчет диаметра труб

2.4 Рекомендация по скорости потока

2.5 Гидродинамическое сопротивление гелиоустановки

2.6 Эксплуатация теплоносителя

2.7 Трубопровод (трубы и теплоизоляция)

2.8 Баки-аккумуляторы

Заключение

Список использованных источников



Введение

Солнечная радиация - практически неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии. Мощность потока солнечной энергии у верхней границы атмосферы равна 1,7 ? 1014 кВт, а на поверхности Земли - 1,2 ? 1014 кВт. Общее годовое количество поступающей на Землю солнечной энергии составляет 1,05 ? 1018 кВт ? ч, в том числе на поверхность суши приходится 2 ? 1017 кВт ? ч. Это в 320 раз больше энергии, которую потребляют люди на Земле. Поэтому без ущерба для экологической среды может быть использовано в производственных целях до 1,5% всей поступающей солнечной энергии.

Изменение климата на нашей планете в последнее время - повышение общей температуры, увеличение интенсивности солнечной радиации способствуют увеличению популярности солнечных коллекторов, солнечных батарей и других устройств альтернативной энергетики. Использование солнечной энергии при помощи устройств гелиотехнологии позволяет сократить затраты на энерго- и теплоснабжение за счет эффективного энергосбережения. Такое оборудование как солнечные коллекторы поможет существенно снизить текущие расходы на отопление и нагрев горячей воды. Солнечный коллектор является одним из самых популярных в мире устройств альтернативной энергетики.

С помощью солнечных коллекторов потребитель получает тепло и горячую воду по нулевому тарифу. При постоянном росте тарифов на энергоносители решение вопроса горячего водо- и теплоснабжения практически любых объектов, за счет преобразования энергии излучения солнца, становится всё более актуальным.

От совершенства конструкции солнечного коллектора в значительной степени зависит эффективность работы всей системы. Все конструктивные особенности солнечного коллектора сводятся к обеспечению максимального поглощения солнечной энергии и минимальным тепловым потерям. Чем больше солнечной энергии поглотит гелиоколлектор, чем быстрее преобразует ее в тепловую энергию и чем меньше потеряет по пути к теплоаккумулирующему баку, тем эффективнее будет работать гелиосистема отопления или горячего водоснабжения.

Гелиоколлектор является основным элементом системы солнечного теплоснабжения, но для надежного функционирования всей системы необходим правильный подбор и расчет других элементов системы, таких как теплоаккумулирующий и расширительный баки, теплоизоляция и трубопроводы, блок автоматики и прочие комплектующие. Количество солнечных коллекторов, их способ соединения и размеры, сконструированные для конкретной системы, также значительно влияют на эффективность, надёжность и бесперебойную работу солнечных коллекторов и гелиосистемы в целом.

Энергоэффективность использования гелиосистем оценивается уровнем удельного годового теплопотребления здания, отнесенной к 1 м2 общей отапливаемой площади или 1 м3 объема. Для энергетического анализа вариантов проектного решения определяется тепловая мощность системы отопления и годовое потребление теплоты, вычисляемое по тепловым балансам каждого месяца. Полное обеспечение дома тепловой энергией возможно только при площади солнечного коллектора больше 12 м2. Хотя это зависит еще и от размеров самого дома и насколько эффективно он утеплен. Если же солнечной энергии, в какой-то период для отопления будет недостаточно, например при значительном похолодании или отсутствии солнечной погоды, то для этого в отопительный контур параллельно подключают резервный котел: электрический, газовый или другой, в зависимости от доступности того или иного вида топлива.

1. Проект рекомендаций по использованию возобновляемых источников энергии ВИЭ на горячее водоснабжение с использованием гелиосистем с естественной циркуляцией

1.1 Указание интенсивности солнечной радиации по трем основным физико-географическим зонам: северо-восточной, средней и южной

Исследование потенциала солнечной энергии показало, что разность в высоте стояния солнца на территории Беларуси летом и зимой составляет около 47о, а в продолжительности дня - свыше 10 часов. На севере Беларуси самый длинный день в 2,5 раза длиннее наиболее короткого, на юге - в 2,1 раза. Разница в продолжительности дня между ее северной и южной частями, как летом, так и зимой примерно 1 час. Летом на севере Белоруссии день, длиннее, чем на юге, но солнце стоит ниже; это несколько уменьшает различия в климатических условиях между южными и северными районами, особенно в температурном режиме. Зимой же, когда и продолжительность дня, и высота стояния солнца над горизонтом на юге больше, чем на севере, юг оказывается в более выгодных условиях, чем север, что также выражается частично в ходе температуры воздуха.

Годовые суммы суммарной радиации меняются от 4100 Мдж/м2 на юге республики до 3500 Мдж/м2 на севере. Общий приход радиации на юге примерно на 16% больше, чем на севере. В среднем на каждые 100 км продвижения к югу приход радиации увеличивается на 100 Мдж/м2.

Суммы прямой радиации на горизонтальную поверхность близки на севере в Витебской области, на юге Гомельской и в центре республики в Минске - 1720-1750 Мдж/м2. На западе, в Гродно, и на востоке, в Могилеве эти значения равны 1750-1770 Мдж/м2. Минимальные годовые суммы сум-марной радиации в р-не Вилейки - 1530 Мдж/м2, наибольшие - на крайнем юге, в районе Брагина (2005 Мдж/м2).

Годовые суммы радиационного баланса по территории республики изменяются в пределах 1500 до 1800 Мдж/м2. Общая тенденция: увеличение от северо-востока к юго-западу. Однако ландшафтные особенности, режим облачности и другие местные условия приводят к существенным отступлениям от этой общей тенденции. В частности, сравнительно малой суммой (1500 Мдж/м2) выделяются районы Вилейки, Славгорода. Суммы баланса около наибольших значений характерны не только для района Бреста, но и Новогрудка. Таким образом, годовые суммы радиационного баланса деятельной поверхности земли довольно велики. Согласно метеорологическим наблюдениям, среднегодовой поступление солнечной радиации на территорию Республики Беларусь составляет 2,8 кВт·ч/м2 [1]. Интенсивность поступления радиации неравномерна на территории страны и зависит от географической широты и средней облачности. Согласно количеству поступающей от солнца энергии территорию страны можно подразделить на радиационно-климатические пояса, примеры которых приведены на рисунке 1. солнечный радиация коллектор

Рисунок 1 - Годовая суммарная солнечная радиация, МДж/м2 [1]



Основными климатическими показателями, влияющими на работу систем солнечного теплоснабжения, являются интенсивность и продолжительность солнечной радиации, температура наружного воздуха, скорость ветра. Из всех факторов, от которых зависит возможность эффективного использования гелиоэнергетического оборудования, обязательным и определяющим является интенсивность солнечной радиации. Она, в свою очередь, зависит от географической широты и облачности.

Для расчета систем гелиоводонагрева необходимо располагать данными по суммарной солнечной радиации. Ее величина изменяется в течение дня и года, и от года к году, однако среднее многолетнее значение достаточно устойчиво. Периодичность поступления солнечной радиации и ее зависимость от большого числа случайных факторов обусловливают трудности, возникающие при расчете и проектировании гелиоустановок.

Облачность является важным климатообразующим фактором, оказывающим влияние на приход-расход лучистой энергии и продолжительность солнечного сияния, от которого, в свою очередь, зависят степень освещенности земной поверхности, прогревание воздуха, а, значит, и эффективное функционирование гелиотехнических устройств [2].

В условиях Республики Беларусь характеристика радиационного режима проводится по трем основным физико-географическим зонам: северо-восточной, средней и южной -- Орша, Минск и Пинск.

ПИНСК.

В Пинск средний процент неба, покрытого облаками, испытывает значительные сезонные колебания в течение года.

Более ясная часть года в Пинск начинается примерно 12 апреля и длится 6,1 месяца, заканчиваясь примерно 16 октября (рисунок 2, таблица 1).

Самый ясный месяц в году в Пинск - август, во время которого небо в среднем ясное, преимущественно ясное или имеет переменную облачность 59 % времени.

Более облачная часть года начинается примерно 16 октября и длится 5,9 месяца, заканчиваясь примерно 12 апреля.

Самый пасмурный месяц в году в Пинск - декабрь, во время которого небо в среднем пасмурное или преимущественно облачное 74 % времени [3].

Рисунок 2 - Категории облачности в Пинск [3]

Таблица 1 - Процент продолжительности по времени каждого диапазона облачности, с разбивкой по проценту неба, покрытого облаками [3]

Доля	янв.	февр.	март	апр.	май	июнь	июль	авг.	сент.	окт.	нояб.	дек.
Более облачно	73 %	71 %	64 %	55 %	49 %	46 %	41 %	41 %	48 %	58 %	71 %	74 %
Более ясно	27 %	29 %	36 %	45 %	51 %	54 %	59 %	59 %	52 %	42 %	29 %	26 %

Наибольшее количество солнечных дней отмечено в сентябре, июле, августе когда 23 ясных дня. Меньше всего солнца в январе, феврале, декабре когда минимальное количество ясных дней (таблица 2) [4].



Таблица 2 - Сводные данные о климате г. Пинск

Месяц	Температура воздуха днем	Температура воздуха ночью	Солнечных дней	Дождей
1	2	3	4	5
январь	-5.3°C	-8°C	3	0 дней (28.3мм)
февраль	-1.2°C	-6.2°C	3	2 дня (20.8мм)
март	+11.2°C	+3.2°C	10	2 дня (34.0мм)
апрель	+15°C	+5.8°C	9	1 день (37.8мм)
май	+21°C	+9.5°C	16	5 дней (41.0мм)
июнь	+22.8°C	+12°C	15	3 дня (43.4мм)
июль	+23.4°C	+15.5°C	20	3 дня (48.1мм)
август	+24.2°C	+13.8°C	23	3 дня (32.3мм)
сентябрь	+18.2°C	+9.2°C	18	1 день (37.9мм)
октябрь	+10.5°C	+5.5°C	14	2 дня (22.0мм)
ноябрь	+4.8°C	+1.2°C	9	0 дней (23.7мм)
декабрь	-0.5°C	-2.2°C	7	2 дня (29.8мм)

МИНСК. Более яркий период года длится 3,5 месяца (рисунок 2), с 2 мая по 19 августа, со среднесуточной падающей коротковолновой энергией на квадратный метр выше 5,1 кВт?ч (таблица 3). Самый яркиймесяц на Loshitsa / Minsk International 1 - июнь со средним значением 6,2 кВт?ч.

Более темный период года длится 3,9 месяца, с 21 октября по 19 февраля, со среднесуточной падающей коротковолновой энергией на квадратный метр ниже 1,6 кВт?ч. Самый темный месяц на Loshitsa / Minsk International 1 - декабрь со средним значением 0,5 кВт?ч [5].

В Loshitsa / Minsk International 1 средний процент неба, покрытого облаками, испытывает значительные сезонные колебания в течение года.

Более ясная часть года в Loshitsa / Minsk International 1 начинается примерно 6 апреля и длится 6,1 месяца, заканчиваясь примерно 9 октября.

Самый ясный месяц в году на Loshitsa / Minsk International 1 - июль, во время которого небо в среднем ясное, преимущественно ясное или имеет переменную облачность 57 % времени [5].

Более облачная часть года начинается примерно 9 октября и длится 5,9 месяца, заканчиваясь примерно 6 апреля.

Самый пасмурный месяц в году на Loshitsa / Minsk International 1 - декабрь, во время которого небо в среднем пасмурное или преимущественно обласное 79 % времени.

Рисунок 3 - Количество часов дневного света и сумерек в Loshitsa / Minsk International 1 [5]

Количество часов, в течение которых видно солнце (черная линия). Цветные полосы обозначают: полный дневной свет, сумерки и полную ночь.

Продолжительность дня в Loshitsa / Minsk International 1 очень сильно меняется в течение года. Cамый короткий день месяца - 22 декабря, когда светлое время суток составляет 7 часов 24 минуты, а самый длинный - 21 июня со светлым временем суток 17 часов 7 минут (таблица 3).

Самый ранний восход приходится на 4:37 18 июня, а самый поздний на 4 часа 50 минут позже в 9:28 30 декабря. Самый ранний закат приходится на 16:48 13 декабря, а самый поздний на 4 часа 57 минут позже в 21:45 24 июня.

Таблица 3 - Количество часов, в течение которых видно солнце [5]

Часы

янв.

февр.

март

апр.

май

июнь

июль

авг.

сент.

окт.

нояб.

дек.

Дневной свет

8,1 ч.

9,8 ч.

11,9 ч.

14,1 ч.

16,0 ч.

17,0 ч.

16,5 ч.

14,7 ч.

12,6 ч.

10,5 ч.

8,5 ч.

7,5 ч.

Более яркий период года длится 3,5 месяца, с 2 мая по 19 августа, со среднесуточной падающей коротковолновой энергией на квадратный метр выше 5,1 кВт?ч. Самый яркиймесяц на Loshitsa / Minsk International 1 - июнь со средним значением 6,2 кВт?ч (таблица 3).

Более темный период года длится 3,9 месяца, с 21 октября по 19 февраля, со среднесуточной падающей коротковолновой энергией на квадратный метр ниже 1,6 кВт?ч. Самый темныймесяц на Loshitsa / Minsk International 1 - декабрь со средним значением 0,5 кВт?ч.

Таблица 4 - Среднесуточная падающая коротковолновая солнечная энергия [5]

Солнечная энергия (kWh)	янв.	февр.	март	апр.	май	июнь	июль	авг	сент	окт	нояб	дек
	0.7	1.5	2.8	4.3	5.6	6.2	6.0	5.1	3.4	1.9	0.8	0.5

ОРША. В Орше средний процент неба, покрытого облаками, испытывает значительные сезонные колебания в течение года.

Более ясная часть года в Орше начинается примерно 10 апреля и длится 5,9 месяца, заканчиваясь примерно 6 октября (Рисунок 4, таблица 5) [6].

Самый ясный месяц в году в Орше - июль, во время которого небо в среднем ясное, преимущественно ясное или имеет переменную облачность 56 % времени. Более облачная часть года начинается примерно 6 октября и длится 6,1 месяца, заканчиваясь примерно 10 апреля.

Самый пасмурный месяц в году в Орша - декабрь, во время которого небо в среднем пасмурное или преимущественно облачное 79 % времени.

Среднесуточная падающая коротковолновая солнечная энергия испытывает экстремальные сезонные колебания в течение года. Рассчитана с полным учетом сезонных колебаний продолжительности дня, высоты Солнца над горизонтом и поглощения облаками и других составляющих атмосферы. Коротковолновое излучение включает видимый свет и ультрафиолетовое излучение.



Рисунок 4 - Категории облачности в Орша [6]

Таблица 5 - Процент продолжительности по времени каждого диапазона облачности, с разбивкой по проценту неба, покрытого облаками [6]

Доля	янв.	февр.	март	апр.	май	июнь	июль	авг.	сент.	окт.	нояб.	дек.
Более облачно	79 %	77 %	69 %	58 %	51 %	48 %	44 %	45 %	56 %	66 %	77 %	79 %
Более ясно	21 %	23 %	31 %	42 %	49 %	52 %	56 %	55 %	44 %	34 %	23 %	21 %

Более яркий период года длится 3,5 месяца, с 2 мая по 18 августа, со среднесуточной падающей коротковолновой энергией на квадратный метр выше 5,0 кВт/ч. Самый яркий месяц в Орша - июнь со средним значением 6,1 кВт/ч. Более темный период года длится 4,0 месяца, с 20 октября по 19 февраля, со среднесуточной падающей коротковолновой энергией на квадратный метр ниже 1,6 кВт/?ч. Самый темный месяц в Орша - декабрь со средним значением 0,5 кВт/ч (рисунок 5, таблица 6) [6].



Рисунок 5 - Среднесуточная падающая коротковолновая солнечная энергия в Орша [6]

Среднесуточная падающая коротковолновая солнечная энергия, достигающая земли на квадратный метр (оранжевая линия), в диапазонах 25-75 и 10-90 процентилей

Таблица 6 - Среднесуточная падающая коротковолновая солнечная энергия

Солнечная энергии (kWh)	янв.	февр.	март	апр.	май	июнь	июль	авг.	сент.	окт.	нояб.	дек.
	0.7	1.5	2.8	4.2	5.6	6.1	6.0	5.0	3.3	1.7	0.8	0.5

По проведенным исследования можно сделать сравнительные выводы по основным трем зонам республики (таблицы 7, 8, 9).

Таблица 7 - Продолжительность солнечного сияния*

Станция	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Пинск	*47	63	160	212	258	286	281	256	201	119	37	31
	**20	24	45	53	56	60	59	59	56	38	15	14
Минск	*40	60	146	193	261	286	272	238	170	92	32	25
	**17	23	41	48	55	58	55	54	47	30	13	12
Орша	*50	66	129	198	267	302	294	246	152	84	44	28
	**22	26	37	49	56	61	60	56	41	27	19	13

*Первая строка - продолжительность солнечного сияния в часах;

**вторая - отношение фактической продолжительности солнечного сияния к возможной при отсутствии облачности (%)

Таблица 8 - Число дней без солнца

Станция	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Пинск	17	13	7	3	2	1	0	2	2	8	19	20
Минск	18	14	8	4	2	1	1	1	3	10	19	23
Орша	16	13	10	3	2	1	0	1	5	12	17	22

Таблица 9 - Месячные суммы суммарной радиации, МДж/мІ

Станция	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Пинск	87	152	306	418	592	657	629	506	358	187	71	57
Минск	69	131	303	402	571	634	610	483	318	157	61	41
Орша	70	130	305	415	579	657	634	496	320	160	64	42

Представленные результаты исследований позволяют выполнять расчеты, конструировать и использовать солнечные коллекторы, связанные с воздействием солнечного излучения.

В качестве исходных параметров принимается:

- суммарное суточное количество солнечной радиации, поступающей на расчетную поверхность, что позволяет вычислять тепловые балансы объекта за задаваемый период (месяц, год):

- изменение суммарной интенсивности солнечного излучения на расчетную поверхность в течение суток для выявления расчетного значения, требуемого при конструировании гелиотехнических устройств и определении их расчетной тепловой мощности [7, 8].

Анализ показывает, что плотность потока солнечной радиации изменяется от 0 в темное время суток до максимума в полдень. Месячные суммы суммарной радиации, излучаемые в исследуемых городах, находящихся в разных климатических зонах Беларуси, показывают, что данного излучения достаточно как в южной, так и в северной части страны использовать гелиосистемы для нужд отопления и горячего водоснабжения.

1.2 Выбор оптимальной ориентации и наклони гелиоколлектора

Коллектор должен быть расположен в положении, обеспечивающем беспрепятственный проход солнечных лучей от 9 до 15 часов, т. к. в это время солнечная энергия максимальная. Частичная тень от проводов и небольших предметов не существенна. Необходимо устанавливать коллектор лицом на юг под углом соответствующим широте установки. Отклонение на 20 градусов от направления на юг допустимы и не влияют на производительность тепла коллектора [9].

Рама и монтажные крепления проверяются на скорость ветра 160 км/час, тем не менее, производитель не может отвечать за ошибки монтажника, который не затянул все точки крепления. Снежные нагрузки должны быть минимальными, так как круглая конструкция вакуумных труб не образует большую площадь для накопления снега. Тем не менее, из-за того, что вакуумные трубки коллектора не излучают тепло, большой слой снега не расплавится и может незначительно влиять на работу системы. В регионах с глубоким снежным покровом рекомендуется устанавливать коллектор, таким образом, чтобы снег не блокировал лицевую часть коллектора.

Коллектор должен быть установлен по возможности как можно ближе к накопительному баку, так как удлинение линии передачи уменьшает эффективность и увеличивают затраты при установке.

Чтобы увеличить потенциальный выход тепла в зимний период (например, при использовании для нагрева помещения), рекомендуется, чтобы коллектор был установлен на угол 150 - 200 больше, чем соответствующая широта. Это даст максимальную площадь коллектора, встречающуюся с солнцем в течение зимних месяцев, уменьшая эту область в течение летних месяцев. Это обратная сторона медали для летних месяцев. Уменьшение возможного тепла - приблизительно 1% для каждого 10 отклонения угла от угла с максимальным эффектом.

Самого высокого коэффициента энергоотдачи солнечной установки за год можно добиться при ее расположении в южном направлении с наклоном 30 - 35о к горизонтали. Но даже при значительном отклонении от этих условий (от юго-запада до юговостока с наклоном от 25 до 55о) целесообразен монтаж тепловой солнечной установки.

На рисунке 6 наглядным образом демонстрируется потеря энергоотдачи в том случае, если коллекторная панель расположена не оптимально. Из рисунка видно, что меньший наклон эффективнее, если площадь коллектора нельзя сориентировать на юг.

Рисунок 6 - Потеря энергоотдачи в случае не оптимального расположения коллекторной панели [9]

К примеру, тепловая коллекторная установка с наклоном 30° даже при 45° юго-западного направления дает еще почти 95% оптимальной энергоотдачи. Даже и при ориентации солнечной установки в восточном или западном направлении можно еще рассчитывать на 85% отдачи, если скат крыши составляет 25° - 40°.

Зимой более крутой угол был бы эффективнее, но две трети энергоотдачи солнечная установка дает в летнее полугодие. Угла атаки менее 20°, напротив, следует избегать, так как в этом случае увеличивается степень загрязнения коллектора.

Если площадь коллектора должна распределяться по различным площадям крыши, то в этом случае требуется выполнение трудоемкого гидравлического соединения коллекторных площадей. Каждая панель должна быть оснащена датчиком температуры коллектора и иметь отдельный насосный узел. Получаемая благодаря этому большая энергоотдача в значительной степени ухудшает соотношение затрат и результатов [9, 10].

Для оптимизации восприятия коллекторами энергии они должны быть ориентированы в направлении Солнца. Критериями ориентации коллекторов являются угол наклона и азимут.

В таблице 10 приведен оптимальный угол наклона коллекторов в зависимости от назначения системы.

Таблица 10 - Оптимальный угол наклона коллекторов

Использование солнечного тепла для	Оптимальный угол наклона гелиоколлекторов
Приготовление горячей воды	От 30 до 45
Приготовление горячей воды+отопление помещений	От 45 до 53
Приготовление горячей воды+нагрев бассейна	От 30 до 45
Приготовление горячей воды+нагрев бассейна+отопление помещений	От 45 до 53

Угол наклона б (рисунок 7) - это угол между горизонталью и коллектором. При установке на скатной крыше угол наклона задается скатом кровли. Наибольшее количество энергии воспринимается поглотителем коллектора при расположении плоскости коллектора под прямым углом к направлению инсоляции. Поскольку угол инсоляции зависит от времени суток и года, ориентацию плоскости коллектора следует выполнять в соответствии с высотой Солнца в период поступления наибольшего количества солнечной энергии.

Азимут описывает отклонение плоскости коллектора от направления на юг; если плоскость коллектора ориентирована на юг, то азимут равен 0° [9, 10]. Поскольку наиболее интенсивная инсоляция наблюдается в середине дня, плоскость коллектора должна быть ориентирована по возможности на юг. Приемлемы также отклонения от направления на юг до 45° на юго-восток или юго-запад (рисунок 8).

Рисунок 7 - Угол наклона [9]

Рисунок 8 - Отклонение с южного направления: 15° на восток

А - плоскость коллектора; В - азимут



1.3 Расчет влияния метеорологических и конструктивных характеристик на эффективность работы гелиосистемы с естественной циркуляцией теплоносителя

Теоретические расчеты проводятся с целью оценки влияния метеорологических или конструктивных параметров на эффективность работы гелиосистемы при изменении поочередно одного из них.

Расчеты проводятся для среднего летнего дня при изменении в течение дня суммарной солнечной радиации от 250 до 670 Вт/м , температуры воздуха от 17 до 290С, скорости ветра от 1.5 до 3 м/с, для гелиоустановки, состоящей из гелиоколлектора площадью 0.8 м2 с теплоприемником параллельного типа из поглощающих ПВХ-трубок диаметрам 20 мм и теплоизолированного бака--аккумулятора емкостью 75 литров, начальная температура воды в баке и коллекторе - 14 0С.

Для удовлетворения бытовых нужд населения, а также технологических потребностей в горячей воде был выбран следующий диапазон выходных характеристик гелиоустановки; температура потребляемой воды находится в диапазоне 40 -- 50 0С, при этом термический КПД конкурентноспособной гелиосистемы должен быть не менее 40% [11].

Для того, чтобы выходные характеристики гелиоустановки соответствовали выбранным, метеорологические и конструктивные параметры должны изменяться в следующих пределах по: среднедневной интенсивности суммарной солнечной радиации, среднедневной температуре окружающего воздуха, скорость ветра в исследованном диапазоне не оказывает существенного влияния на выходные характеристики, по объему бака--аккумулятора, внутреннему диаметру поглощающих труб, ширине и длина теплоприемника, степени поглощения и степень излучения, толщине теплоизоляции дна корпуса.

Зависимость эффективности гелиоустановки от теплопроводности материала теплопоглощающей поверхности показала, что теплопроводность материала теплопоглощающей поверхности не оказывает существенного влияния на эффективность работы гелиосистемы, и использование полимерных материалов для теплопоглощающей поверхности существенно не снижает эффективность работы.

Одним из возможных путей снижения теплопотерь гелиоколлекторов является применение трехстекольной защиты. В тепловом отношении трехстекольная конструкция более эффективна, однако она значительно дороже. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо оценивать экономические показатели различных типов остекления.

Степень стратификации, т.е. зависимости распределения температуры воды от высоты бака в течение дня показывает, что благодаря различию температур повышается эффективность работы гелиосистемы, так как теплоноситель в гелиоколлекторы подается с более низкой температурой, чем в случае, когда нет стратификации, при той же средней температуре аккумулированной воды. Результаты расчетов среднедневной теплопроизводительности гелиосистемы при постоянном объеме воды в баке (150 л), различной площади гелиоколлекторов в зависимости от высоты бака-аккумулятора доказывают, что с ростом площади гелиоколлекторов возрастает температурная стратификация по высоте бака. При этом для каждой площади гелиолектора существует некоторое оптимальное значение высоты бака, свыше которой эффективность гелиосистемы существенно не возрастает [12].

Произведенные исследования дают основание сделать следующие выводы:

1. Теплопроводность материала теплопоглощающей поверхности в предлагаемой конструкции гелиоколлектора не оказывает существенного влияния на эффективность работы гелиосистемы, так как основное влияние на коэффициент теплопроводности оказывает термическое сопротивление воды внутри трубки (80 - 90%), а термическое сопротивление стенки трубки, которое зависит от теплопроводности материала, значительно меньше (10 -- 20%). Следовательно, использование полимерных материалов в качестве теплопоглощамщей поверхности не снижает эффективности работы гелиоколлекторов.

2. Тепловая эффективность тройного остекления выше на S - 10% однослойного и на 4 - 5% двуслойного. Однако, трехслойное остекление значительно дороже, поэтому в каждом конкретном случае необходимо оценивать экономические показатели различных типов остекления. Для получения более высокой температуры воды в баке гелиосистемы, эффективно ступенчатое остекление, когда в нижней части гелиосистемы (первый ряд гелиоколлекторов) -- одно стекло, в средней, более горячей (второй ряд) - два, в верхней (третий ряд) - три.

3. С ростом площади и эффективности гелиоколлекторов возрастает эффективность температурной стратификации по секции бака. При этом для каждой площади гелиоколлекторов существует некоторое оптимальное число секций (высота бака), свыше которой эффективность гелиосистемы существенно не возрастает.

1.4 Общие положения расчета систем солнечного горячего водоснабжения

Цель теплового расчета ССГВ состоит в определении: удельной суточной тепловой производительности системы q0; площади Sn лучепоглощающей поверхности гелиоколлектора; объема теплового аккумулятора Vак; удельного массового расхода теплоносителя в контуре гелиоколлектора mк; угла наклона в гелиоколлектора к горизонту; площади поверхностей нагрева теплообменников в контурах гелиоколлектора и потребителя; годовой степени замещения топлива fгод и расхода дополнительной энергии Qд [9].

Исходные данные для расчета ССГВ включают:

а) местоположение гелиосистемы - широта, долгота и высота местности над уровнем моря;

б) климатические данные; среднемесячное дневное количество суммарной Е и диффузной Ед солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность; температура наружного воздуха tо.с;

в) характеристики гелиоколлектора з0 и k, геометрические размеры модуля гелиоколлектора, число слоев остекления, вид теплоносителя;

г) месячную тепловую нагрузку отопления Q0 (или данные для ее расчета); д) значения температур холодной tх.в и горячей tг.в воды;

е) суточное общее потребление горячей воды Vг.в.

В соответствии с п. 1.1 СНиП выбирают тип гелиоколлектора и схему ССГВ. Температура горячей воды в ССГВ должна быть в пределах 45-75°, кроме случаев, указанных в СНиП. Системы ССГВ с естественной циркуляцией следует применять при площади гелиоколлектора до 20 м2 для индивидуальных потребителей. В гелиосистемах ССГВ с большей площадью гелиоколлектора необходимо использовать принудительную циркуляцию теплоносителя. При естественной циркуляции нагреватель должен находиться ниже накопителя нагретой воды (рисунок 9), так как циркуляция осуществляется вследствие различия плотностей холодной (плотной) и горячей (менее плотной воды). Такое расположение устройств в сиcтеме солнечного теплоснабжения, как правило, затруднительно и поэтому системы с естественной циркуляцией теплоносителя применяют редко [13].

Перепад давления между столбом горячей и охлажденной воды можно определить по формуле

Дp = g?Дсdz

где Дс - изменение плотности при изменении температуры для геометрической высоты z.

1 - гелиоприемник; 2 - тепловой аккумулятор

Рисунок 9 - Одноконтурная гелиосистема с естественной циркуляцией

Зависимость изменения плотности Дс от изменения температуры Дt имеет следующий вид [9]:

,

где в - коэффициент температурного расширения жидкости, который для воды при температурах от 0 до 100°С практически постоянен и равен 3,5 ? 10-4 1/К.

Тогда перепад давления можно определить по формуле

Дp = с gв?Дtdz

При условии, что температура в трубопроводах постоянна и равна соответственно tг и tв, имеем



где z3 , z4 - верхняя и нижняя геодезическая точка резервуара соответственно; z2 , z1 - верхняя и нижняя геодезическая точка приемника соответственно.

При проектировании ССГВ вначале выбирают решение и оборудование ССГВ, затем последовательно выполняют тепловой и гидравлический расчеты.

В отличие от традиционных систем теплоснабжения, при проектировании которых для выбора оборудования достаточно определить часовые расходы теплоты, при расчете ССГВ необходимо вычислять месячные расходы теплоты. Расход теплоты, кДж, на горячее водоснабжение в данном месяце выражается следующим образом [14]:

Qг.в = Qг.в Nnд = cвVг.в (tг.в ? tх.в )Nnд

где Vг.в - суточный расход горячей воды на 1 человека по нормам, м3/(день ? чел.); N - число жителей, чел.; nд - число дней в данном месяце, дни; св - теплоемкость воды, Дж/(кг ? °С); tг.в и tх.в - температуры горячей и холодной воды, °С (значения tх.в и nд изменяются по месяцам, а остальные величины постоянные); Q сут г.в - суточный расход теплоты на горячее водоснабжение, Дж.

Средний график потребления горячей воды в течение суток показан на рисунке 10.

При проектировании гелиосистем теплоснабжения необходимо исходить из того, что экономически целесообразно покрывать за счет солнечной энергии лишь определенную долю fгод годовой тепловой нагрузки год Qгод„~ горячего водоснабжения, остальную часть тепловой нагрузки должен обеспечивать дополнительный источник энергии [14]:

Рисунок 10 - Средний график потребления горячей воды в течение суток [14]

Годовая доля солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки (или степень замещения топлива):

Месячная степень замещения топлива:

где - месячные величины тепловой нагрузки, теплоты, обеспечиваемой солнечной и дополнительной энергией, ГДж/мес.

Удельный объемный расход теплоносителя Vк для жидкостных гелиоколлекторов следует принимать как Vк = 0,01-0,02 л/(м2 ? с), удельный объем водяного аккумулятора теплоты Vак = (0,06-0,08) Sп, м3.

Годовая экономия топлива, т.у.т., обеспечиваемая использованием солнечной энергии,

где fгод - годовая степень замещения; - годовая нагрузка теплоснабжения, ГДж/год; Qт - теплота сгорания топлива, отнесенная к 1 т условного топлива, Дж/кг у.т.; зтг - КПД теплогенерирующей установки, равный 0,45 и 0,60 для индивидуальных теплогенераторов на твердом и жидком (газообразном) топливе и 0,6-0,7 и 0,7-0,8 для котельных производительностью 20-100 ГДж/ч и более на твердом и жидком (газообразном) топливе [14].



2. Проектирование и расчет гелиосистем с естественной циркуляцией для горячего водоснабжения

2.1 Общее описание вакуумных гелиоколлекторов

В вакуумном коллекторе с прямой теплопередачей воде, изображенном на рисунке 12, вакуумные трубки соединены с накопительным баком. Из контура теплообменника вода течёт прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно. Такие системы еще называют термосифонными. К преимуществам этих систем относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов.

Термосифонные системы работают на принципе явления естественной конвекции, когда теплая вода стремится вверх. В термосифонных системах бак должен быть расположен выше коллектора. Когда вода в трубках коллектора нагревается, она становится легче и естественно поднимается в верхнюю часть бака. Более прохладная вода в баке течет вниз в трубки, таким образом, обеспечивается циркуляция во всей системе. В маленьких системах бак объединен с коллектором и не рассчитан на магистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо с подачей воды из вышерасположенной емкости, либо через уменьшающие давление редукторы. Такая система имеет минимальное гидравлическое сопротивление [9].



Рисунок 11 - Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником (рисунок 12) имеет все преимущества и особенности предыдущего типа коллектора. Отличием является наличие встроенного в бак эффективного теплообменника, что позволяет подсоединить коллектор с баком к напорной сети водоснабжения. При этом в трубках по-прежнему практически нет давления. Одним из преимуществ также является возможность заполнения водонагревательного контура незамерзающей жидкостью, что позволяет использовать его и при небольших минусовых температурах (до -5 - -100С). Другим преимуществом является то, что в коллекторе не откладываются соли жесткости и другие загрязнения, так как объем теплоносителя один и тот же, а расходуемая вода проходит только по внутреннему медному теплообменнику [9].



Рисунок 12- Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником

Главным элементом солнечных коллекторов с термотрубками (рисунок 13) является термотрубка - закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости [16].

Рисунок 13- Вакуумный коллектор с термотрубками



Работа высокотехнологичных вакуумных трубок основана на простом принципе тепловой трубы, которая представляет собой полый медный стержень, запаянный с обоих концов с расширением в верхней части. Внутри него находиться нетоксичная жидкость (иноргатик). При нагревании жидкости до температуры кипения она закипает и в парообразном состоянии поднимается в верхнюю часть - наконечник (конденсатор), температура на котором может достигать 250-380°С. И там конденсируется, отдавая тепло. А конденсат стекает по стенкам трубки вниз и процесс повторяется. Тепловая трубка вставляется в стеклянную трубу и фиксируется между двумя алюминиевыми ребрами. Форма ребер такова, что площадь их контакта с тепловой трубкой и внутренней поверхностью вакуумной трубы максимальна. Такая модель ребер обеспечивает максимальную передачу тепла к медной тепловой трубке, а потом теплоносителю в проточном теплообменнике. Внутренняя полость тепловой трубки - вакуумирована, поэтому эта жидкость испаряется даже при температуре около 30°С. При меньшей температуре трубка «запирается» и дополнительно сохраняет тепло.

Тепло от головки термотрубки передается основанию коллектора - приемнику.

Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим корпусом или корпусом из алюминиевого сплава. Передача тепла происходит через медную «гильзу» приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок. При повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Вакуумная труба состоит из двух стеклянных труб. Конструкция стеклянных вакуумных труб похожа на конструкцию термоса, одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Внешняя труба выполнена из прозрачного сверхпрочного боросиликатного стекла. Внутренняя труба также сделана из прозрачного боросиликатного стекла, покрытого специальным селективным нанопокрытием, которое обеспечивает максимальное поглощение тепла при минимальном отражении. Во избежание кондуктивных и конвективных теплопотерь из пространства между двумя трубами выкачан воздух и создан вакуум. Для поддержания вакуума между двумя стеклянными трубами используется бариевый газопоглотитель (такой же, как в телевизионных трубках). При производстве газопоглотитель подвергается воздействию высоких температур, вследствие чего нижний конец вакуумной трубы покрывается слоем чистого бария. Этот слой бария поглощает вещества, которые выделяются из трубы в процессе хранения и эксплуатации, поддерживая таким образом состояние вакуума. Слой бария также является четким визуальным индикатором состояния вакуума. Когда вакуум исчезает, серебристый бариевый слой становится белым. Это дает возможность легко определить, исправна ли труба, внутри которой закреплена медная тепловая трубка с алюминиевыми ребрами для передачи тепла.

Основные требования к вакуумной трубе [9]:

* материал: боросиликатное стекло соответствует ISO3585: 1991;

* коэффициент пропускания боросиликатного стекла: ? 0,92;

* поглощаемая способность селективного абсорбирующего покрытия: а ? 0,94;

* излучательная способность полусферы: е ? 0,08;

* стартовая температура: +30°С (при данной температуре тепловая трубка начинает работать);

* время запуска в работу: не более 2-х минут при нормальном солнечном освещении;

* морозостойкость: выдерживает -50°С;

* термостойкость: нет повреждений после трех раз поочередного воздействия холодной воды до 25°С и горячей воды свыше 90°С;

* сопротивление граду: выдерживает град Ш25 мм;

* стандарт внешнего вида: цвет селективного абсорбирующего покрытия должен быть равномерным, покрытие не должно шелушиться или морщиться. Поддерживающие части внутри трубы должны быть правильно и прочно закреплены.

* выгиб трубы из боросиликатного стекла не должен превышать 0,3%;

* поперечное сечение трубы из боросиликатного стекла, находящееся на 40-60 мм от её конца, должно быть круглым. Соотношение между самым коротким и самым длинным радиальными размерами стеклянной трубы не должно превышать 1,02.

Вакуумные трубки показывают превосходные результаты и в облачные дни, потому что трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через облака. Благодаря изоляционным свойствам вакуума воздействие ветра и низких температур на работу вакуумных труб незначительно.

2.2 Определение площади солнечных коллекторов

Основная задача определение площади солнечного коллектора сводится к определению количества тепла необходимого для системы. Когда будет получена цифра, определяющая необходимое тепло, можно приступать к расчету количества трубок вакуумного солнечного коллектора. Данную задачу сначала решим на базе тепла, которое необходимо для системы горячего водоснабжения [16].

Подсчет количества тепла необходимого для обеспечения семьи из 4 человек горячей водой [9].

1) Определение, на сколько градусов должна повыситься температура воды и ее объем. Семья - 4 человека (2 взрослых и 2 ребенка).

По эмпирическим данным на среднего человека расходуется в день 50 литров воды. Суммарный объем емкостного нагревателя надо рассчитывать из расчета 1,5…2 суточной потребности.

Соответственно (50*4) х 1,5=300 л

Средняя температура входящей воды = 15°С. Она должна быть нагрета до 50°С. 50-15=35°С.

2) Необходимо определить количество энергии необходимой для нагревания этого количества воды. Учитываем, что для нагрева одного литра воды на один градус надо затратить энергию равную 1 ккал.

300 л x 35°C = 10500 ккал.

Для перевода данной энергии в кВт*ч воспользуемся следующей формулой

10500 / 859,8 = 12,21 кВт*ч (1 кВт*ч = 859,8 ккал)

3) Определяем количество энергии, которая может поглощаться и преобразовываться в тепло солнечными коллекторами различных производителей. В зависимости от технических характеристик гелиоколлектора, сколько % он способен поглощать энергии солнца будет зависеть значение передачи поглощенной энергии вакуумными трубками кВт*ч/день площади поглощения коллектора для самого теплого дня (июля) и значение передачи поглощенной энергии вакуумными трубками кВт*ч/день площади поглощения коллектора для холодного месяца (февраля). Площадь поглощения вакуумной трубки диаметром 58 и длиной 1800 мм составляет 0,08 м2. Соответственно несложно подсчитать, что одна трубка способна получать и передавать солнечное тепло ориентировочно в размере 0,365 кВт*ч и 0,127 кВт*ч соответственно в июле и феврале.

4) Определяем необходимое число трубок.

Используя значение, вычисленное выше, определяем количество трубок, которое надо установить.

Энергия, которую необходимо затратить на нагрев нужного количества воды составляет 12,21 кВт*ч.

Энергия, которую может передать одна вакуумная трубка, в зависимости от месяца, составляет 0,365 кВт*ч и 0,127 кВт*ч.

Июль - 12,21 / 0,365 = 33 трубок.

Февраль - 12,21 / 0,127= 96 трубок.

Подсчитав, количество трубок в составе коллекторов, мы видим, что в зависимости от месяца использования для приготовления нужного количества воды, количество трубок может существенно отличаться.

Применение солнечных коллекторов направлено, прежде всего, на экономию финансовых средств, а во вторую - на экономию природных ресурсов. Поэтому необходимо использовать то количество солнечных коллекторов, которое экономически целесообразно.

В данном случае, чтобы обеспечить горячей водой семью из 4 человек, будет считаться подбор количества трубок коллектора в зависимости от месяца, в котором максимальная солнечная эффективность, то есть для семьи из четырех человек необходим бак-накопитель на 300 литров и солнечный коллектор на 33 трубки [9].

2.3 Расчет диаметра труб

Объемный поток в коллекторной панели. Коллекторные установки могут работать с различными удельными объемными расходами. Размерностью при этом является расход в л/(ч*м2). При равной инсоляции, т. е. равной мощности коллектора, большой объемный поток означает малый разброс температур в коллекторном контуре, а низкий объемный поток большой разброс температур [17].

При большом разбросе температур средняя температура коллектора возрастает, т. е. КПД коллекторов соответствующим образом снижается. Однако при малых объемных потоках уменьшается использование вспомогательной энергии (поток от насоса), и можно использовать соединительный трубопровод меньшего диаметра. Чтобы обеспечить надежное протекание и турбулентный поток, при трубчатых коллекторах необходим расход минимум 25 л/(ч*м2). В целом при расчете объемных потоков коллекторов должен быть также принят во внимание необходимый объемный поток подсоединенных теплообменников.

* Режим минимального расхода - режим с объемным расходом примерно до 30 л/(ч*м2).

* Режим максимального расхода - режим с объемным расходом свыше 30 л/(ч*м2).

* Режим регулируемого расхода - режим с переменным объемным расходом.

С точки зрения использования первичной энергии «режим минимального расхода» для коллекторов обеспечивает некоторые преимущества в сравнении с «режимом максимального расхода», если обеспечиваются надежное протекание теплоносителя через всю панель и турбулентный поток.

Пример: 4,8 м2 площадь поглотителя (2 коллектора по 30 труб)

Необходимый объемный расход: 40 л/(ч*м2)

Отсюда следует: 192 л/ч, т. е. приблизительно 3,2 л/мин

Это значение должно достигаться при производительности насоса 100%. Регулировка может быть выполнена посредством ступеней производительности насоса. Положительный эффект с точки зрения использования первичной энергии теряется, если требуемый поток в коллекторе достигается за счет повышенных потерь давления (что означает больший расход электроэнергии). Следует выбрать ступень производительности насоса, превышающую требуемое значение. В этом случае контроллер автоматически уменьшает объемный поток путем снижения подачи электроэнергии на насос контура гелиоустановки [9].

2.4 Рекомендация по скорости потока

Для минимизации потерь давления в системе труб гелиоустановок, скорость потока теплоносителя в медной трубе не должна превышать 1 м/с. Рекомендуемая нами скорость потока составляет от 0,4 до 0,7 м/с. При таких скоростях потока имеют место потери давления от 100 до 250 Па на 1 м длины трубопровода. При более высокой скорости потока возрастают потери давления, а при значительно более низкой затрудняется вентиляция [9].

Для установки коллекторов необходимо рассчитать диаметр труб, как для обычной отопительной установки, по объемному расходу и скорости потока (Таблица 11).

Таблица 11 - Рекомендуемый размер труб [9]

2.5 Гидродинамическое сопротивление гелиоустановки

Полное гидродинамическое сопротивление гелиоустановки складывается из:

* сопротивления коллектора

* сопротивления трубопроводов

* сопротивлений отдельных фитингов

* сопротивления теплообменника в емкостном водонагревателе.

Определение полного гидродинамического сопротивления

* при последовательной схеме установки коллекторов: полное гидравлическое сопротивление равно сумме местных гидравлических сопротивлений;

* при параллельной схеме установки коллекторов: полное гидравлическое сопротивление равно местному гидравлическому

сопротивлению (предполагается, что все местные гидравлические сопротивления равны) [18].

2.6 Эксплуатация теплоносителя

После монтажа установки ее следует надлежащим образом промыть. После наполнения установки теплоносителем необходимо убедиться в том, что из установки надлежащим образом удален воздух и в ней происходит отбор тепла, т.е. будут предотвращены продолжительные застои. Теплоноситель запрещается в течение длительного времени подвергать температурам выше 170 єC. Более высокие температуры в сочетании с инородными веществами, например, кислородом, окалиной и стружкой, могут привести к медленному термическому распаду теплоносителя, на что указывает его потемнение. Следствием этого может явиться зашламление и засорение контура гелиоустановки [9].

В случае режима простоя установки за счет соответствующего исполнения гидравлической системы должно быть обеспечено следующее:

* теплоноситель после достижения температуры кипения должен как можно более полно вытесняться из коллекторов образующимися при этом первыми пузырьками пара;

* теплоноситель должен быть собран в мембранный расширительный бак или во входной сосуд;

* ежегодно проверять теплоноситель в рамках технического обслуживания гелиоустановки.