Использование солнечного коллектора для отопления помещения
Представлены схемотехнические решения и оценочные расчеты основных параметров системы теплоснабжения административного помещения с использованием солнечного и грунтового коллекторов. Представленo схемотехнічні рішення і оціночні розрахунки основних параметрів системи теплопостачання адміністративног...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60623 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Использование солнечного коллектора для отопления помещения / А.Н. Недбайло, Н.Е. Ляшенко // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 66-70. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860255612926951424 |
|---|---|
| author | Недбайло, А.Н. Ляшенко, Н.Е. |
| author_facet | Недбайло, А.Н. Ляшенко, Н.Е. |
| citation_txt | Использование солнечного коллектора для отопления помещения / А.Н. Недбайло, Н.Е. Ляшенко // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 66-70. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Представлены схемотехнические решения и оценочные расчеты основных параметров системы теплоснабжения административного помещения с использованием солнечного и грунтового коллекторов.
Представленo схемотехнічні рішення і оціночні розрахунки основних параметрів системи теплопостачання адміністративного приміщення з використанням сонячного і ґрунтового колекторів.
Technical decisions and estimated calculations of key parameters system of a heat supply an administrative premise with use solar and soil collectors are presented.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:48:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №566
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
УДК 662.997
Недбайло А.Н., Ляшенко Н.Е.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЯ
Представленo схемотехнічні
рішення і оціночні розрахунки
основних параметрів системи теп-
лопостачання адміністративного
приміщення з використанням со-
нячного і ґрунтового колекторів.
Представлены схемотехничес-
кие решения и оценочные расчеты
основных параметров системы теп-
лоснабжения административного
помещения с использованием сол-
нечного и грунтового коллекторов.
Technical decisions and estimated
calculations of key parameters system
of a heat supply an administrative
premise with use solar and soil
collectors are presented.
Как известно, потенциальные возможно-
сти альтернативной энергетики, основанной
на солнечной инсоляции, чрезвычайно велики.
Международным энергетическим агентством
в 2007 году установлено, что использование
только 1,5 % количества излучаемой энергии
Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние
потребности мировой энергетики, а реализация
5,0 % – полностью покрыть потребности на
перспективу [1]. Один из эффективных и широ-
ко распространенных в мире способов произ-
водства энергии – это преобразование падаю-
щего на Землю солнечного излучения в теплоту.
Перспективность использования теплоты
солнечной радиации определяется ее доступ-
ностью и малым сроком окупаемости внедряе-
мых проектов по сравнению с традиционными
способами получения энергии. Результаты об-
работки статистических метеорологических
данных представлены на рис. 1 в виде рас-
пределения потенциала солнечной энергии по
территории Украины [2]. Эти данные свиде-
тельствуют о её повсеместной доступности и
достаточном количестве для решения энерге-
тических проблем.
В системах солнечного теплоснабжения,
как правило, применяются солнечные коллек-
торы, которые предназначены для нагревания
теплоносителя при инсоляции. При этом тем-
пературный потенциал солнечных коллекто-
ров колеблется в пределах (50…60) °С. Тепло-
носитель с такими параметрами рационально
Рис. 1. Потенциал солнечной энергии по территории Украины.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №5 67
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
использовать для нужд коммунальной тепло-
энергетики – низкотемпературных систем ото-
пления (теплый водяной пол, стены) и горячего
водоснабжения.
В Институте технической теплофизики
НАН Украины создан Центр теплонасосных
технологий, в котором проводятся исследо-
вания энергетической и экономической эф-
фективности использования теплонасосных
систем теплоснабжения, в т.ч. с применением
солнечных коллекторов. Специалистами Цен-
тра разработаны принципиальные гидравличе-
ские схемы и проведен подбор оборудования
для системы теплоснабжения лабораторного
помещения площадью 18 м2 с использованием
плоского солнечного коллектора Roth Heliostar
252 апертурной площадью 2,3 м2. Его КПД со-
ставляет, соответственно, оптический 95 %, а
тепловой 65 %, что достигается за счет исполь-
зования в конструкции высокоизбирательного
покрытия и селективного одинарного остекле-
ния. При этом расчетный годовой вклад кол-
лектора по данным производителя может быть
не менее 525 кВт·ч/м2 при рекомендуемом угле
установки 50°.
На рис. 2 представлена комбинированная
гидравлическая схема экспериментальной си-
стемы отопления. Особенностью схемы явля-
ется отсутствие в ней бака-аккумулятора.
Возможны следующие технологические ва-
рианты работы системы:
1. Циркуляция теплоносителя через СК и
ГТО. При этом открыты краны: 1, 3, 4, 15, 17,
22, 23, 18, 14; закрыты краны: 5, 6, 7, 16, 19,
20, 21. При работе центрального насоса осу-
ществляется прямое поступление теплоты от
солнечного коллектора в вертикальный грун-
товый коллектор. Данный режим может быть
использован для исследования процессов рас-
пространения теплоты в грунтовом массиве, а
также для компенсации теплового состояния
последнего в теплый период года.
2. Циркуляция теплоносителя через СК и
ТН. В таком режиме открыты краны: 1, 3, 4,
5, 8, 20, 18, 14, 24, 11, 19, 10, 12; закрыты кра-
ны: 6, 7, 13, 21, 22, 23, 17, 16, 15, 19, 13. ЦН
– выключен. При этом происходит повышение
температурного потенциала теплоносителя в
системе теплоснабжения. Режим предназначен
для теплоснабжения помещения в холодный
Рис. 2. Комбинированная гидравлическая
схема экспериментальной системы
теплоснабжения без использования
бака-аккумулятора:
СК – солнечный коллектор, Д – дренаж,
Б – бачок расширительный мембранный,
П – потребитель, ТН – тепловой насос,
ЦН – циркуляционный насос,
ГТО – грунтовый теплообменник,
ТО – пластинчатый теплообменник,
Т – тепломер, Т1 ≥ Т2 – насос выключен.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №568
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
период года.
3. Циркуляция теплоносителя через ГТО
и ТН. При этом открыты краны: 22, 23, 18, 14,
6, 7, 16, 1, 24, 12, 11, 10, 9; закрыты краны:
19, 20, 21, 15, 17, 8, 5, 3, 4, 13. ЦН должен
быть выключен. Происходит извлечение как
естественной, так и возобновляемой теплоты
грунтового массива с последующим повыше-
нием ее температурного потенциала в тепло-
вом насосе. Использование такого режима це-
лесообразно при недостатке солнечного из-
лучения для развития необходимой тепловой
мощности.
4. Циркуляция теплоносителя через СК и
П. Открытыми должны быть краны: 1, 2, 3,
4, 15, 17, 21, 11, 12, 13, 20, 18, 14; закрытыми
краны: 22, 23 ,16, 19, 9, 10, 7, 8, 24, 5, 6. При
этом работает ЦН. Осуществляется тепло-
снабжение потребителя (отопление) непосред-
ственно. Возможно использование такого ре-
жима работы системы в переходные периоды
отопительного сезона с небольшой тепловой
нагрузкой.
Циркуляция теплоносителя (воды) в отопи-
тельном контуре осуществляется в вариантах
2, 3, 4. Теплоносителем во всех, кроме отопи-
тельного, контурах является 28%-ый водный
раствор этиленгликоля. Для измерения количе-
ства теплоты в каждом из режимов применен
тепломер Apator LQM-III-K с возможностью
компьютерной обработки и анализа данных. В
качестве пластинчатого теплообменника был
выбран SWEP E12T.
Недостатком такой схемы является слож-
ность согласования расходов теплоносителя в
теплообменных устройствах для достижения
эффективного теплообмена, а также необхо-
димость усложнения автоматической системы
контроля и управления измерительной техни-
кой и запорно-регулирующей арматуры.
В связи с этим был разработан вариант си-
стемы отопления с использованием теплоизоли-
рованного трехконтурного бака-аккумулятора
Roth BW 300 емкостью 300 л. Площадь его
теплообменников змеевикового типа, соответ-
ственно контуров, системы отопления 1,0 м2 и
солнечного коллектора 1,5 м2. Гидравлическая
схема этого решения показана на рис. 3.
Схема состоит из трех контуров (отопле-
ния, солнечного коллектора и теплового насо-
са), проходящих через бак-аккумулятор, кото-
рый позволяет гидравлически развязать их с
осуществлением теплообмена, а также конту-
ра вертикального грунтового коллектора. В
холодный период года происходит накопление
Рис. 3. Гидравлическая схема системы
теплоснабжения помещения
с баком-аккумулятором: СК – солнечный
коллектор, БА – бак-аккумулятор, Б – бачок
расширительный мембранный,
П – потребитель, ТН – тепловой насос,
ЦН – циркуляционный насос,
ГТО – грунтовый теплообменник,
Т – тепломер, Т1…Т10 – датчики
температуры, Т1 ≥ Т2 – насос выключен.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №5 69
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
теплоты в баке-аккумуляторе за счет исполь-
зования теплоты инсоляции и возобновляе-
мой теплоты грунтового массива при помощи
теплового насоса.
Посредством регулирования расхода тепло-
носителей в контурах и коммутацией послед-
них поддерживается необходимая температура
в баке-аккумуляторе и отопительном контуре.
В зависимости от тепловой нагрузки отопле-
ния возможны варианты совместного или оди-
ночного использования источников теплоты.
При этом схема позволяет, как и в первом слу-
чае, исследовать динамику распространения
теплоты в грунтовом массиве, а также ком-
пенсировать его тепловое состояние в теплый
период года. Измерение количества теплоты
обеспечивается установкой во всех контурах
тепломеров, реализующих автоматическую ре-
гистрацию показаний с различной периодично-
стью на компьютере.
В обоих вариантах системы, при достиже-
нии теплоносителем возвратной в солнечный
коллектор температуры равной температуре,
выходящей из коллектора, циркуляционный
насос автоматически должен выключаться.
Теплового насоса мощностью 2 кВт вполне
достаточно для эффективной работы системы.
Все датчики температуры предлагается ис-
пользовать с вторичными приборами, позво-
ляющими в режиме реального времени вести
запись показаний и их последующий анализ.
Для компенсации объема при температурном
расширении жидкости в каждом контуре пре-
дусмотрены мембранные бачки. Вертикальный
грунтовый сдвоенный U-образный теплооб-
менник, изготовленный из полипропиленовых
труб 32х3 мм, располагается в скважине глуби-
ной 28 м на территории института.
Результаты предварительных оценочных
расчетов основных тепловых показателей, про-
веденных по методике [3, 4], представлены
ниже. Тепловые потери лабораторного поме-
щения по расчетам [5] составили 1328 Вт. При
этом принимались среднемесячные темпера-
туры для города Киева [6]: январь = -4,3 ˚С,
февраль = -3,3 ̊ С, март = 1,3 ̊ С, апрель = 8,9 ̊ С,
май = 15,1 ˚С, июнь = 18,3 ˚С, июль = 19,5 ˚С,
август = 18,9 ˚С, сентябрь = 13,8 ˚С, октябрь =
= 7,9 ˚С, ноябрь = 1,8 ˚С, декабрь = -2,0 ˚С.
Полученные значения среднемесячного по-
ступление теплоты от солнечного коллектора
в систему отопления сравнивались с данны-
ми из [7]. Гистограммы сравнения приведены
на рис. 4. Сравнение показало, что различие
в холодный период года составляет в среднем
21 %, в то время как в теплый период – около
15 %. Такую разность можно объяснить тем, что
в методике [7] тепловой КПД и угол наклона
к горизонту рассчитывается для каждого меся-
ца по отдельности, а в методике [3, 4] принима-
ются, соответственно, постоянными. Следует
отметить, что среднее значение угла в холод-
ный период года равно 49,9˚, в теплый период
21,6˚, а среднегодовой 35,0˚ [7].
На рис. 5 показаны графики тепловых по-
терь помещения в холодный период года и оста-
точных тепловых потерь с учетом компенса-
ции их солнечной энергией. Площадь под кри-
вой 1 интегрально равна тепловым потерям по-
мещения, а площадь под кривой 2 показывает
остаточные потери при отоплении солнечным
коллектором. Видно, что в октябре и апреле
возможно полное покрытие тепловой нагрузки
за счет использования инсоляции.
Рис. 4. Среднемесячное поступление
теплоты от солнечного коллектора
в систему отопления.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №570
НЕТРАДИЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА
По результатам расчетов приходим к выво-
ду, что с помощью одного солнечного коллекто-
ра апертурой 2,30 м2 можно покрыть тепловые
потери лабораторного помещения площадью
18 м2 на 35 % в холодный период года, а также
получить тепловую энергию 2142,7 кВт·ч/ме-
сяц в теплый период года, которая может быть
направлена в грунтовый теплообменник для
компенсации теплового состояния грунта или
для исследований динамики теплообмена.
Авторы выражают глубокую благодар-
ность д.т.н., проф. Накорчевскому А.И. за кон-
сультативную помощь в работе над материа-
лами статьи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Key Word Energy Statistics from the IEA,
2008 edition / OECD (IEA), 2008. – P. 17 – 18.
2. Атлас енергетичного потенціалу
відновлювальних та нетрадиційних джерел
енергії України / Державний комітет України з
енергозбереження. – К.: «Юг», 2006. – 41 с.
3. Пуховой И.И. Разработка и тепловые рас-
четы систем солнечного отопления. К.: Поли-
техника, 1992. – 24 с.
4. Chateauminois M. Calcul d’installutions
solaires a eau. – Marseille, EDISUD, 1998/ Rus.
edition. – 205 p.
5. Боженко М.Ф., Сало В.П. Джерела те-
плопостачання та споживачі теплоти. К.:
Політехніка, 2004. – 94 с.
6. Центральна геофізична обсерваторія,
м. Київ. http://www.cgo.kiev.ua/index.php?fn=
fac&f=facilities&p=1 – Кліматичний кадастр
України. Стандартні кліматичні норми за період
1961 – 1990 рр.
7. Накорчевский А.И. Расчет тепловоспри-
нимающей способности солнечных коллекто-
ров / Пром. телотехника, 2009. – Т. 31, № 2. –
С. 70-75.
Получено 20.09.2010 г.
Рис. 5. Тепловые потери помещения.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60623 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:48:41Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Недбайло, А.Н. Ляшенко, Н.Е. 2014-04-17T20:16:45Z 2014-04-17T20:16:45Z 2010 Использование солнечного коллектора для отопления помещения / А.Н. Недбайло, Н.Е. Ляшенко // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 6. — С. 66-70. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60623 662.997 Представлены схемотехнические решения и оценочные расчеты основных параметров системы теплоснабжения административного помещения с использованием солнечного и грунтового коллекторов. Представленo схемотехнічні рішення і оціночні розрахунки основних параметрів системи теплопостачання адміністративного приміщення з використанням сонячного і ґрунтового колекторів. Technical decisions and estimated calculations of key parameters system of a heat supply an administrative premise with use solar and soil collectors are presented. Авторы выражают глубокую благодарность д.т.н., проф. Накорчевскому А.И. за консультативную помощь в работе над материалами статьи. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Нетрадиционная энергетика Использование солнечного коллектора для отопления помещения Using solar collectors for heating Article published earlier |
| spellingShingle | Использование солнечного коллектора для отопления помещения Недбайло, А.Н. Ляшенко, Н.Е. Нетрадиционная энергетика |
| title | Использование солнечного коллектора для отопления помещения |
| title_alt | Using solar collectors for heating |
| title_full | Использование солнечного коллектора для отопления помещения |
| title_fullStr | Использование солнечного коллектора для отопления помещения |
| title_full_unstemmed | Использование солнечного коллектора для отопления помещения |
| title_short | Использование солнечного коллектора для отопления помещения |
| title_sort | использование солнечного коллектора для отопления помещения |
| topic | Нетрадиционная энергетика |
| topic_facet | Нетрадиционная энергетика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60623 |
| work_keys_str_mv | AT nedbailoan ispolʹzovaniesolnečnogokollektoradlâotopleniâpomeŝeniâ AT lâšenkone ispolʹzovaniesolnečnogokollektoradlâotopleniâpomeŝeniâ AT nedbailoan usingsolarcollectorsforheating AT lâšenkone usingsolarcollectorsforheating |