Проект горячего водоснабжения с солнечным коллектором

Горячее Отопление Тепловой насос Гибридная система Отопление Прайс Контакты Энергия Солнца — Инвестиции в будущее водоснабжение

Системы горячего водоснабжения на основе солнечных коллекторов

По расчетам ученых солнечная энергия поступающая на землю, в год в 30 000 раз превышает энергопотребление всего населения планеты за год и намного больше всех запасов не возабновляеммых источников энергии на планете (нефть, газ, уголь и. т. д.)

Даже на севере нашей страны количество солнечной инсоляции составляет 550-1200 квт/ч на 1м2 поверхности земли в год. На юге нашей страны плотность солнечной инсоляции составляет 1400-1600 квт/ч на 1м2 в год.

Конечно человечество на протяжении тысяч лет использовало энергию Солнца и для нагрева воды в том числе, но эффективность этих действий была очень низкой. Но с развитием технологий эффективность использования солнечной энергии существенно возросла.

Сегодня использование энергии солнца для горячего водоснабжения и отопления -это не миф, а самая настоящая реальность. Купить солнечный водонагреватель (коллектор) сегодня может абсолютно любой и влюбое удобное время.
Современные системы, которые применяют солнечные коллекторы, дают возможность по разумной стоимости, справиться с решением следующих проблем:

• Обустройство горячего водоснабжения в загородном доме, коттедже, гостиннице, промышленном объекте.
• Осуществить полноценное или частичное отопление частного дома, коттеджа и. т. д.
• Осуществить подогрев бассейна.
• Осуществить подогрев теплиц.
• Использовать горячее водоснабжение для технологических нужд.

Типовая схема подключения солнечных коллекторов для горячего водоснабжения.

1. Накопительный бак
2. Контроллер SR-868
3. Насосная станция
4. Солнечный коллектор
5. Воздухоотводчик
6. Датчик температуры в солнечный коллектор
7. Датчик температуры перегрева накопительного бака
8. Датчик температуры в накопительном баке
9. Сливной/заливной кран
10. Нагрузка горячего водоснабжения

Данная схема является типовой универсальной схемой подключения солнечных коллекторов. При использовании в качестве теплоносителя антифриз для гелиосистем — эта схема работоспособна круглый год. Для круглогодичного использования данной схемы очень важно устроить хорошую теплоизоляцию трубопроводов от солнечных коллекторов до накопительного бака и нагрузки. Солнечные коллекторы могут быть установлены как на крыше, так и на стене здания. Нагрузкой может выступать бойлер горячего водоснабжения, система отопления, бассейн. Так же возможны схемы с комбинированными нагрузками, где солнечные коллекторы интегрируются с системами ГВС и отопления.

На рынке легко найти любой из перечисленных компонентов в различных вариантах, поэтому реально собрать систему любой конфигурации из купленных по отдельности частей. Однако мы предлагаем более простые удобные решения — готовые пакеты, включающие гелиоколлекторы, накопительные ёмкости, насосное оборудование, автоматику и т. д. — вплоть до теплоносителя. Такой комплект не только сэкономит время (потому что не придётся подбирать все детали поштучно), но и даст определённую гарантию, что компоненты подобраны специалистами и их характеристики соответствуют тем задачам, которые будет выполнять именно данная система.

Система солнечного горячего водоснабжения на 75-150л с принудительной циркуляцией.

Система солнечного горячего водоснабжения на 150-230л с принудительной циркуляцией.

Система солнечного горячего водоснабжения на 300л с принудительной циркуляцией.

Система солнечного горячего водоснабжения на 400л с принудительной циркуляцией.

Схема интеграции солнечных коллекторов в систему отопления и ГВС

1. Солнечный коллектор
2. Накопительный бак ГВС
3. Контроллер SR-868
4. Насосная станция
5. Воздухоотводчик
6. Датчик температуры перегрева накопительного бака
7. Датчик температуры в накопительном баке
8. Датчик температуры в солнечный коллектор
9. Тепловой насос
10. Буферный бак — тепловой аккумулятор
11. Теплый пол
12. Циркуляционный насос

Простейшая схема подключения солнечного коллектора для летнего душа

Это простейшая схема летнего душа. Состоящая из солнечного коллектора, бака для душа и трубопроводов. Бак должен располагаться выше солнечного коллектора для обеспечения естественной циркуляции. Трубопроводы необходимо утеплить. Контроль уровня жидкости в баке можно обустроить с помощью поплавка от бачка унитаза, соединив его с водопроводом.

Простейшая схема подключения солнечного коллектора для подогрева бассейна

В данной схеме в качестве насоса используется простой насос для фонтанов и таймер на 24 часа. В качестве емкости может быть бассейн, бак, бочка и. т. д. Расположение коллектора относительно емкости любое так как для циркуляции используется насос. Стоимость компонентов на сегодняшний день такова:

• Насос для фонтанов 20Вт напор 1,7м — 1400 руб.
• Таймер на 24 часа — 320 руб.
• Шланги Gardena Classic, 3/4 дюйма — 105 руб. м./п.
• Хомуты шт. — 10 руб.
• Утеплитель для труб 22мм -22 руб. м./п.

Простейшая схема подключения солнечного коллектора для горячего водоснабжения

Если в системе не используется циркуляционный насос, то накопительный бак должен располагаться выше солнечных коллекторов. Чем больше диаметр трубопроводов соединяющих бак и солнечный коллектор тем сильнее автоциркуляция. Диаметр трубопроводов должен быть не менее 3/4 дюйма (20мм). Трубопроводы необходимо утеплить.

Простейшая круглогодичная схема подключения солнечного коллектора для горячего водоснабжения

Если солнечная система используеться круглогодично, то необходимо заменить обычный бак на бак косвенного нагрева (бойлер), а в качестве рабочего тела необходимо использовать антифриз (незамерзающую жидкость). Чем больше диаметр трубопроводов соединяющих бак и солнечный коллектор тем сильнее автоциркуляция. Диаметр трубопроводов должен быть не менее 3/4 дюйма (20мм). Трубопроводы необходимо утеплить.

Особенности проектирования источника систем горячего водоснабжения на основе солнечной энергии

К.т.н. А.С. Штым, профессор,
И.А.Журмилова, аспирант, ассистент,
А.О. Калинин, аспирант, ассистент,
кафедра Инженерных систем зданий и сооружений,
Дальневосточный Федеральный Университет, г. Владивосток

Общие вопросы проектирования

Приморский край относится к таким регионам РФ, где целесообразно использование солнечной энергии для целей энергообеспечения. Число солнечных дней в среднем по Приморскому краю составляет 310, продолжительность солнечного сияния — более 2000 ч, следовательно, один солнечный коллектор, номинальной мощностью 1,5 кВт в год может выработать более 3 МВт.ч (2,58 Гкал) тепловой энергии [2].

В городе Уссурийске по программе «Энергоресурсосбережение и повышение энергетической эффективности» разработаны проекты систем ГВС на основе солнечных коллекторов для спортивных и оздоровительных комплексов, таких как плавательный бассейн «Чайка», спортивные комплексы «Локомотив» и «Ледовая арена».

Основным недостатком существующей системы ГВС является отсутствие горячей воды при плановых отключениях, ремонте и профилактике тепловых сетей и оборудования, что для существующего круглогодичного режима работы этих комплексов не приемлемо. Как правило, плановые отключения начинаются с окончанием отопительного периода и заканчиваются к его началу. Следует отметить, что в существующей системе ГВС, если водоразборные приборы зданий закрыты, то часть горячей воды по циркуляционному трубопроводу снова подается в подогреватели ГВС, поэтому из-за постоянных тепловых потерь в циркуляционной линии возрастают эксплуатационные затраты.

Система ГВС на основе солнечных коллекторов была запроектирована как альтернатива существующей [1].

При установке солнечных коллекторов придерживаются некоторых рекомендаций:

■ оптимальной ориентацией солнечных коллекторов считается юг с возможными отклонениями на восток до 20 О , на запад до 30 О ;

■ угол наклона солнечных коллекторов к горизонту следует принимать для установки, работающей круглый год, равным широте местности.

Выполненные теоретические расчеты показывают, что для максимального сбора солнечной энергии, необходимо менять угол наклона солнечного коллектора в зависимости от времени года (рис. 1). И для того чтобы солнечные лучи падали в полдень на поверхность строго перпендикулярно, необходимо эту поверхность ориентировать под углом β=90-α (где α — угол высоты Солнца), что позволит получить максимальный теплосъем [3]. Анализ расчетов показывает, что зимой на вертикально ориентированные поверхности солнечной радиации поступает в 2 раза больше, чем на горизонтальные участки. А с апреля по сентябрь, наоборот, максимум приходится на горизонтальные поверхности.

Для Приморского края произведены расчеты эффективной работы солнечных коллекторов для целей горячего водоснабжения, учитывающие ориентацию и угол наклона коллектора к горизонту. При ориентации солнечного коллектора, согласно правил, т.е. на юг и при наклоне 45 О к горизонту, имеет место избыток тепловой энергии в период с марта по сентябрь, что крайне нежелательно в данной системе (рис. 2). Теплоизбытки необходимо утилизировать, а это значит затраты, например, на дополнительные аккумулирующие емкости, т.к. сброс в канализацию производить нельзя. В данной ситуации можно изменить угол наклона к горизонту солнечного коллектора, ориентированного на юг. Если угол наклона составляет 65 О , то избытки солнечной радиации в летний период сокращаются (рис. 3). Годовая выработка тепловой энергии солнечным коллектором при наклоне 45 О к горизонту составляет 109,3% относительно требуемой по нормам, а при наклоне 65 О к горизонту — 88,2%, в этом случае догрев воды производится с помощью электронагревателя, встроенного в бак-аккумулятор [3].

Плавательный бассейн «Чайка» и спортивный комплекс «Ледовая арена» — существующие здания, «Локомотив» — новое сооружение, но их строительные конструкции нельзя использовать для размещения и крепления солнечных коллекторов. Поэтому было принято решение установить коллекторы со стороны южного фасада зданий на специальном сооружении из стального профиля (уголка), закрепленном на фундаменте и в расчетных точках к стене (для создания жесткости конструкции), что не влияет на несущую способность конструкции самих зданий (рис. 4).

Плавательный бассейн (800 м 3 ) является достаточной емкостью, куда можно сбрасывать все теплоизбытки, возникающие в летнее время. В схеме системы ГВС от солнечных коллекторов для спорткомплекса «Ледовая арена» предусмотрена защита от перегрева теплоносителя в солнечном контуре, путем сброса избытка теплоты в систему отопления, т.к. из-за особенностей работы этого объекта, в летний период требуется обогрев административных и служебных помещений, который осуществляется за счет установки электрических отопительных приборов. В спортивном комплексе «Локомотив» монтаж солнечных коллекторов выполнен под углом 60 О — это оптимизирует их производительность в зимний и переходный период, а также уменьшает излишки теплоты летом.

В проектах предусмотрены солнечные коллекторы зарубежного производства с селективным абсорбером змеевикового типа, сваренным по лазерной технологии. Масса коллектора в пустом состоянии составляет всего 32,5 кг а его высокий КПД (80,6%) обеспечивается изоляционным решением. Благодаря сочетанию устойчивой к высоким температурам PIR-панели (сэндвич-панели с наполнителем из пенополиизоцианурата) и минеральной изоляции толщина плоского коллектора составляет всего 81 мм. Технические характеристики солнечных коллекторов представлены в таблице.

Особенности системы ГВС спортивного комплекса «Ледовая арена»

Для системы ГВС спортивного комплекса «Ледовая арена» необходимое количество солнечных коллекторов указанного типа определено в количестве 30 шт. (общая тепловая мощность — 51 кВт).

В случае отсутствия солнечной энергии или повышенном расходе горячей воды, в системе происходит дополнительный подогрев теплоносителя при помощи электронагревателей, установленных в существующих баках-аккумуляторах [4].

В тепловом пункте создано дополнительное циркуляционное кольцо, для минимизации вмешательства в существующую систему ГВС (рис. 5). Установленные дополнительно два бака-аккумулятора 7 системы ГВС объемом 500 л каждый объединены с существующими баками 8. Для циркуляции незамерзающей жидкости в контуре солнечных коллекторов применяется циркуляционный насос 2. Пластинчатый теплообменник 5 мощностью 45 кВт служит для сброса избыточной теплоты от солнечных коллекторов в систему отопления. Насос 9 используется для циркуляции теплоносителя в системе ГВС. Клапан трехходовой с электрическим приводом 4 служит для переключения потока теплоносителя от солнечных коллекторов в бак-аккумулятор ГВС или на теплообменник для утилизации избытков теплоты в систему отопления. На трубопроводах предусмотрена группа безопасности 6 с автоматическим воздухосбросным устройством, установлена защита от превышения давления и предусмотрен сброс воды от предохранительного клапана в напорный дренажный приямок. Применяются медные трубопроводы с теплоизоляцией из вспененного каучука.

Особенности системы ГВС спортивного комплекса «Локомотив»

Для приготовления горячей воды в хозяйственно-бытовых и технологических целях в спорткомплексе «Локомотив» в проекте предусмотрено 24 солнечных коллектора, общая мощность системы составляет 40,8 кВт. При хороших погодных условиях данная система может выработать около 260-300 (кВтч)/сут.

Для аккумуляции тепловой энергии от солнечных коллекторов предусмотрены два бака- аккумулятора, емкостью по 500 л каждый. Контур баков-аккумуляторов и солнечных коллекторов выполнен медными трубами, по схеме с попутным движением теплоносителя. При этом движение теплоносителя осуществляется таким образом, чтобы подача его в систему солнечных коллекторов выполнялась в самой удаленной точке от теплового пункта и, соответственно, возврат теплоносителя непосредственно вблизи теплового пункта. При таком методе соединения тепловые потери магистральных трубопроводов сводятся к минимуму. Заполнение контура солнечных коллекторов произведено водным раствором этиленгликоля (концентрация — 30%).

Так как система приготовления горячей воды является дополнительной, одним из условий при проектировании было максимально возможное сохранение основной системы. На основе этого условия было запроектировано циркуляционное кольцо между баками-аккумуляторами, и существующими двумя баками для хранения и приготовления горячей воды [5].

Таким образом, в баках-аккумуляторах системы солнечных коллекторов вода подогревается, далее подается по рециркуляционной линии в существующие баки, из которых происходит отбор воды в систему ГВС. Рециркуляционная линия обеспечивает циркуляцию воды между баками-аккумуляторами и существующими баками. В баки-аккумуляторы осуществляется подача (подпитка) воды из системы ХВС, где происходит ее смешивание с горячей водой и подогрев за счет солнечной энергии.

Для безопасной эксплуатации данной системы были приняты следующие решения.

1. В случае превышения температуры горячей воды в баках-аккумуляторах более 70 О С происходит автоматическое переключение трехходового клапана, установленного на обратном трубопроводе системы солнечных коллекторов, на пластинчатый теплообменник для сброса тепловых избытков в систему отопления северной стороны здания.

2. Если температура горячей воды в баке-аккумуляторе свыше 80 О С, то происходит автоматическое включение дренажной линии от баков в дренажный приямок.

3. В случае падения температуры горячей воды в существующих баках ниже 55 О С, происходит автоматическое включение электрических водонагревателей, общей мощностью 24 кВт, установленных в существующих баках системы ГВС.

Особенности системы ГВС бассейна «Чайка»

В летний период для горячего водоснабжения бассейна «Чайка» ранее устанавливали модульную котельную на жидком топливе, поэтому цена горячей воды возрастала в несколько раз.

Для покрытия необходимой нагрузки на систему ГВС бассейна «Чайка» достаточно 27 плоских солнечных коллекторов указанного выше типа. Основное оборудование, устанавливаемое в тепловом пункте, включает: 6 баков-аккумуляторов системы ГВС емкостью 500 л каждый и циркуляционный насос, обеспечивающий циркуляцию незамерзающей жидкости в контуре солнечных коллекторов. В схеме ГВС предусмотрен редукционный клапан, служащий для подпитки баков- аккумуляторов при водоразборе. Трехходовой клапан переключает поток теплоносителя от солнечных коллекторов на теплообменник для передачи излишков теплоты и подогрева воды в бассейне (это происходит при достижении температуры воды в баках-аккумуляторах 70 О С).

В летний период при снижении температуры воды в баках-аккумуляторах до 40 О С, а это происходит при недостаточном потоке солнечной энергии, подогрев воды до нормативной температуры осуществляется за счет электронагревателей, встроенных в баки-аккумуляторы. В отопительный сезон дополнительный подогрев воды производится по существующей схеме ГВС, но при этом предварительный ее нагрев происходит за счет солнечной энергии [4, 5].

Стоимость 1 м 3 горячей воды, полученной за счет солнечной энергии в 4 раза ниже, чем при использовании модульной жидко-топливной котельной.

В заключение следует отметить основные достоинства запроектированных теплоисточников:

■ малая эксплуатационная стоимость вырабатываемой теплоты;

■ взаимозаменяемость источников, что обеспечивает бесперебойность теплоснабжения объекта;

■ минимальное влияние оборудования на окружающую среду.

Данные проекты прошли экспертизу, были составлены сметы на производство работ и оборудование. Заказчик находится в поиске спонсоров и средств для выполнения этих работ.

Литература

1. Лабейш В.Г. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Учебное пособие. СПб.: СЗТУ, 2003. 79 с.

2. Штым А.С., Журмилова И.А. Анализ поступления солнечной радиации в Приморском крае и г. Владивосток // ЭПИ «Вестник инженерной школы ДВФУ». 2012. № 1 (10).

3. Штым А.С., Журмилова И.А., Путилина Е.О., Савина Т.Г. Влияние на эффективность работы солнечного коллектора угла его установки. Научное издание «Теплоэнергетика и энергосбережение». Владивосток, 2011.

4. ВСН-52-86 Ведомственные строительные нормы. Установки солнечного горячего водоснабжения. Нормы проектирования. М.: Госгражданстрой, 1988.

5. СНиП 2.04.01.85 . Внутренний водопровод и канализация зданий / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986.