Системы нагрева воды при помощи солнечной энергии
Если вы когда-нибудь жили возле озера, то знаете, что температура воды в нем день ото дня остается почти постоянной, даже если погодные условия при этом все время меняются. Это потому, что вода имеет прекрасные характеристики теплоаккумулирующей массы, превышающие даже характеристики камня, кирпича и бетона. Замечали ли вы, что нужно много времени, чтобы вода в бассейне нагрелась от солнца, но столь же долго она будет остывать в пасмурные дни или в холодную погоду?
КАК ЭТО РАБОТАЕТ
Воду можно нагреть, пропуская ее через трубы, вмонтированные в черные металлические панели со стеклом, которое освещается прямым солнечным светом. Эти запаянные панельно-стеклянные сборки известны как плоско-пластинчатые коллекторы или плоскопанельные коллекторы. Самым лучшим местом для монтажа таких коллекторов являются плоские крыши или крыши с крутыми скатами, обращенными на юг и хорошо защищенными от ветра, который мог бы сбросить коллекторы с такой крыши. Кроме того, они могут быть размещены на плоских поверхностях, перпендикулярных линии, направленной в небо к полуденному солнцу в середине зимы. Это может быть сделано во дворе или в поле, на плоской крыше или на крыше со средним наклоном. Благодаря сочетанию эффекта парника, вследствие которого длинноволновое ИК-излучение аккумулируется внизу под стеклом, и того факта, что черные панели поглощают (и преобразуют в теплоту) всю лучистую энергию, попадающую на них, панели сильно нагреваются, и их температура может подниматься выше точки кипения воды в солнечные дни даже в середине зимы.
Если нагретая вода должна использоваться для мытья или принятия ванны, лучше использовать схему вторичного нагрева, чем не- 82 посредственное пропускание воды через плоско-пластинчатые коллек-
 |
торы. Специальные жидкости-теплоносители обеспечивают накопление тепловой энергии в резервуаре для горячей воды, похожем на бак обычного водонагревателя. Жидкость-теплоноситель не замерзает в панелях в холодную погоду или в ночные заморозки. Точка ее замерзания существенно понижена добавлением этанола (этилового спирта) к обычной воде или использованием антифриза, подобного смесям, применяемым в автомобилях и грузовиках. Бак для накопления воды большой (по крайней мере несколько сотен литров, или 100 галлонов), таким образом, его содержимое представляет собой существенную теплоаккумулирующую массу. Бак хорошо теплоизолирован, поэтому он не отдает свою тепловую энергию, пока не потребуется горячая вода.
На рисунке 4.5 представлена упрощенная схема системы нагрева воды, в которой используются плоско-пластинчатые коллекторы. С точки зрения теории она классифицируется как активная система и считается законченной, потому что в ней имеется электрический насос для жидкости-теплоносителя.
Если энергия, забираемая от плоско-пластинчатых коллекторов, предназначена для обогрева дома, не нужно никакого водяного или накопительного бака. Жидкость-теплоноситель может проходить непосредственно через коллекторы и прокачиваться через трубы, встроенные в бетонные тепловые массы в полу или в стенах здания. В этом случае плоско-пластинчатые коллекторы играют ту же роль, что и бойлеры на газе, пропане или солярке, а жидкость-теплоноситель играет роль воды. Насос, обеспечивающий циркуляцию, выключается ночью или в пасмурные дни, но теплоаккумулирующая масса продолжает излучать тепло в жилое пространство.
ПРЕИМУЩЕСТВА СИСТЕМ НАГРЕВА ВОДЫ ПРИ ПОМОЩИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
• Мощность, потребляемая системой, незначительна. Только насос требует электричества, но не потребляет много мощности.
• Это замкнутая система, в ней нет никакой утечки и не требуется добавления каких-либо внешних веществ.
• Она не создает никаких загрязнений, кроме тех, которые могут возникнуть вследствие необходимости обеспечения насоса электричеством, если электростанция работает на ископаемом топливе.
• Этот тип системы практически бесшумен. Электродвигатель насоса небольшого размера и малошумный, он может быть размещен на фундаменте или в другом месте, где никому не будет мешать.
• В такой системе мало движущихся частей, которые могли бы сломаться.
НЕДОСТАТКИ СИСТЕМ НАГРЕВА ВОДЫ ПРИ ПОМОЩИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
• Эта система не сможет работать, если погода длительное время остается пасмурной и слишком холодной.
• Плоско-пластинчатые коллекторы могут быть повреждены или разрушены сильным градом, скопившимся льдом (если вода проникла между пластинами и поверхностью крыши и замерз-
|
|
ла), падающими ветками деревьев или в результате других неблагоприятных обстоятельств.
• Если плоско-пластинчатые коллекторы не встроены заподлицо в крышу или в другую поверхность, их может сбросить сильный ветер.
• Плоско-пластинчатые коллекторы необходимо очищать от снега для того, чтобы обеспечить их работу. Если коллекторы расположены в верхней части крыши, то удаление снега с них может оказаться неудобным.
• Для систем обогрева жилых помещений потребуется много плоско-пластинчатых коллекторов, что вызовет большие расходы. Эти расходы будут особенно велики в холодном климате.
• Плоско-пластинчатые коллекторы неэффективны в местностях, где облачная погода стоит большую часть года.
Задача 4.3
Можно ли использовать систему, которая была описана выше, для подогрева плавательного бассейна? Кажется логичным сделать это.
Решение 4.3
Плоско-пластинчатые коллекторы уже несколько десятилетий используются для подогрева плавательных бассейнов. Если плавательный бассейн находится на улице и не используется, когда температура опускается ниже нуля, вода из бассейна может непосредственно циркулировать через плоско-пластинчатые коллекторы. В очень жарких местностях, таких как американские пустыни на юго-западе, цикл может быть обратным. Плоско-пластинчатые коллекторы могут использоваться для того, чтобы излучать излишнее тепло ночью, а днем система может быть перекрыта.