Verwarmingssystemen zijn als volgt onderverdeeld: passief (zie hoofdstuk 5); actief, die meestal vloeibare zonnecollectoren en opslagtanks gebruiken; gecombineerd.

In het buitenland worden luchtverwarmingssystemen veel gebruikt, waarbij bouwconstructies of speciale steenvulling eronder als batterijen worden gebruikt. In ons land werken het Fysicotechnisch Instituut van de Academie van Wetenschappen van de Oezbeekse SSR en TbilZNIIEP in deze richting, maar de resultaten van het werk zijn duidelijk onvoldoende en er zijn geen foutopsporingsoplossingen gecreëerd, hoewel luchtsystemen theoretisch efficiënter zijn dan vloeibare, waarbij het verwarmingssysteem zelf is gemaakt van paneel met lage temperatuur, straling of hoge temperatuur met conventionele verwarmingsapparaten. In ons land zijn gebouwen met vloeistofsystemen ontwikkeld door IVTAN, FTI AN UzSSR, TashZNIIEP, TbilZNIIEP, KievZNIIEP en anderen en in sommige gevallen opgericht.

Een grote hoeveelheid informatie over actieve zonneverwarmingssystemen wordt gegeven in een boek dat in 1980 werd gepubliceerd. Verder worden twee individuele woongebouwen beschreven die zijn ontwikkeld door KievZNIIEP, gebouwd en getest met autonome zonnewarmtetoevoersystemen: met een lage temperatuur paneel-stralingsverwarmingssysteem (een woongebouw in het dorp Kolesnoye, regio Odessa) en met een warmtepomp (een woongebouw in het dorp Bucuria, Moldavische SSR).

Bij het ontwikkelen van het systeem zonne-energie woongebouw in Kolesnoe werden een aantal wijzigingen aangebracht in het architecturale en constructieve deel van het huis (project van UkrNIIPgrazhdanselskstroy), gericht op aanpassing aan de vereisten van zonneverwarming: efficiënt metselwerk met isolatie voor de buitenmuren en driedubbele beglazing werden gebruikt raamopeningen; spoelen van het verwarmingssysteem worden gecombineerd met vloerplafonds; er is een kelder voorzien voor het plaatsen van apparatuur; er werden extra zolderisolatie en warmteterugwinning uit de luchtafvoer uitgevoerd.

Qua architectuur en indeling is de woning gemaakt op twee niveaus. Op de begane grond is er een voorgevel, gemeenschappelijke ruimte, slaapkamer, keuken, badkamer en pantry's, en op de tweede - twee slaapkamers en een badkamer, is een elektrisch fornuis voorzien om te koken. De uitrusting van het zonnesysteem (behalve collectoren) bevindt zich in de kelder; Elektrische boilers dienen als een understudy van het systeem, wat het mogelijk maakt om een ​​enkele energietoevoer naar het gebouw uit te voeren en de comfortabele eigenschappen van woningen te verbeteren.

Zonneverwarmingssysteem voor woningbouw (Afb. 4.1) bestaat uit Van drie circuits: warmte-ontvangende circulatie; en verwarmings- en warmwatercircuits. De eerste hiervan omvat: zonneboilers, spoel-warmtewisselaar van de opslagtank, circulatiepomp en een tube-in-pipe warmtewisselaar om het systeem in zomertijd in natuurlijke circulatiemodus. De apparatuur is verbonden door een systeem van pijpleidingen met fittingen, instrumentatie en automatiseringsapparatuur. Een tweedelige spoelwarmtewisselaar met een oppervlakte van 4,6 m2 voor de warmtedrager van het circulatiecircuit en een eendelige warmtewisselaar met een oppervlakte van 1,2 m2 voor de warmwatervoorziening zijn gemonteerd in een opslagtank met een inhoud van 16 m3. De warmtecapaciteit van de tank met een watertemperatuur van +45 °C zorgt voor een driedaagse warmtebehoefte voor een woongebouw. Onder de nok van het dak van de woning bevindt zich een tube-in-pipe type warmtewisselaar met een oppervlakte van 1,25 m2.

Het verwarmingscircuit bestaat uit twee in serie geschakelde secties: paneelradiator met aanvoerverwarmingspanelen die zorgen voor de werking van het systeem in basismodus met een watertemperatuurverschil van 45 ... 35 ° C, en verticale eenpijps met comfortconvectoren die voorzien in pieksysteembelastingen verwarming met een watertemperatuurverschil van 75 ... 70 ° C. Spoelen van buizen van verwarmingspanelen zijn ingebed in de pleisterlaag van rond-holle panelen plafond. Onder de ramen worden convectoren geïnstalleerd. De circulatie in het verwarmingssysteem is stimulerend. Piekwaterverwarming wordt uitgevoerd door een stromende elektrische boiler EPV-2 met een vermogen van 10 kW; Het dient ook als een understudy voor het verwarmingssysteem.

Het warmwatercircuit omvat een warmtewisselaar die in de opslagtank is ingebouwd en een tweede elektrische doorstroomverwarmer als afsluiter en back-upsysteem.

Tijdens de verwarmingsperiode wordt de warmte van de collectoren door het koelmiddel (45% waterige oplossing van ethyleenglycol) overgedragen aan het water in de opslagtank, dat naar de verwarmingspaneelbatterijen wordt gepompt en vervolgens teruggevoerd naar de opslagtank.

De vereiste luchttemperatuur in het huis wordt gehandhaafd door de automatische regelaar PPT-2 door het in- en uitschakelen van de elektrische boiler in het convectorgedeelte van het verwarmingssysteem.

In de zomer voorziet het systeem in de behoefte aan warmwatervoorziening via een "pipe in pipe"-warmtewisselaar met natuurlijke circulatie van de koelvloeistof in het warmteontvangende circuit. De overgang naar stimuleringscirculatie wordt uitgevoerd met behulp van een elektronische differentiële regelaar РРТ-2.

Het zonnesysteem van een woongebouw met vier kamers in het dorp. Bucuria van de Moldavische SSR is ontworpen door het Moldgiprograzhdanselstroy Institute onder de wetenschappelijke begeleiding van KievZNIIEP.

Woongebouw - mansardetype. Op de eerste verdieping is er een gemeenschappelijke ruimte, een keuken, een wasruimte, een bijkeuken en op de tweede verdieping zijn er drie slaapkamers. In de kelder is er een garage, een kelder is ook een ruimte voor het uitrusten van het zonneverwarmingssysteem. Een bijgebouw is geblokkeerd met het huis, dat een zomerkeuken, een douche, een schuur, een inventaris en een werkplaats omvat.

Autonoom zonnesysteem (afb. 4.2) is een gecombineerde zonnewarmtepomp die is ontworpen om te voldoen aan de behoeften van verwarming (berekend warmteverlies van het huis is 11 kW) en warmwatervoorziening gedurende het hele jaar. Het gebrek aan zonnewarmte en warmte van de compressor van de warmtepompinstallatie wordt opgevangen door elektrische verwarming. Het systeem bestaat uit vier circuits: een warmteontvangend circulatiecircuit, circuits van een warmtepompinstallatie, verwarming en warmwatervoorziening.

De uitrusting van het warmteontvangende circuit omvat zonnecollectoren, een "pipe-in-pipe" warmtewisselaar en een opslagtank met een inhoud van 16 m3 met daarin een warmtewisselaar ingebouwd met een oppervlakte van 6 m2. Door KyivZNIIEP ontworpen zonnecollectoren met dubbellaagse beglazing met een totale oppervlakte van 70 m2 zijn in een frame geplaatst op de zuidelijke helling van het dak van de woning onder een hoek van 55° met de horizon. 45 werd gebruikt als koelvloeistof. % een waterige oplossing van ethyleenglycol. De warmtewisselaar bevindt zich onder de nok van het dak en de rest van de apparatuur bevindt zich in de kelder van het huis.

Het compressor-condensatie-koelaggregaat AK1-9 met een warmtevermogen van 11,5 kW en een opgenomen vermogen van 4,5 kW dient als warmtepomp. De werkzame stof van de warmtepompinstallatie is freon-12. Compressor - piston sealless, condensor en verdamper - shell-and-tube met waterkoeling.

De uitrusting van het verwarmingscircuit omvat een circulatiepomp, verwarmingstoestellen type "Comfort" stromende elektrische boiler EPV-2 als deurdranger en understudy. De uitrusting van het warmwatercircuit omvat een capacitieve (0,4 m3) STD-waterverwarmer met een warmtewisselaaroppervlak van 0,47 m2 en een elektrische eindverwarmer BAS-10/M 4-04 met een vermogen van 1 kW. Circulatiepompen van alle circuits zijn van het TsVTs-type, natloper, verticaal, geluidsarm, funderingsloos.

Het systeem werkt als volgt. Het koelmiddel draagt ​​warmte van de collectoren over aan het water in de opslagtank en aan de freon in de warmtepompverdamper. Verdampte freon condenseert na compressie in de compressor in de condensor, terwijl het water in het verwarmingssysteem wordt verwarmd en kraanwater in het warmwatersysteem.

bij afwezigheid zonnestraling en de warmte die is opgeslagen in de opslagtank wordt opgebruikt, de warmtepompeenheid wordt uitgeschakeld en de warmtetoevoer naar het huis wordt volledig uitgevoerd door elektrische boilers (elektrische boilers). In de winter werkt de warmtepompunit slechts op een bepaald niveau negatieve temperaturen buitenlucht (niet lager dan -7 °C) om bevriezing van water in de opslagtank te voorkomen. In de zomer wordt de warmwatervoorziening voornamelijk van warmte voorzien door de natuurlijke circulatie van het koelmiddel door een "pipe in pipe" warmtewisselaar. Als gevolg van verschillende modi werking kan met een gecombineerde zonne-warmtepompinstallatie ongeveer 40 GJ/jaar aan warmte worden bespaard (de resultaten van de werking van deze installaties staan ​​in hoofdstuk 8).

De combinatie van zonne-energie en warmtepompen werd ook weerspiegeld in de technische apparatuur ontwikkeld door TsNIIEP

Rijst. 4.3. Schematisch diagram van het warmtetoevoersysteem in Gelendzhik 1 - zonnecollector; 2 - naverwarming warmtewisselaar met warmtedrager uit het condensorcircuit van warmtepompen; 3 - naverwarming warmtewisselaar met warmtedrager uit het warmtenet; 4 - condensorcircuitpomp; 5 - Warmtepomp; 6 - verdamper circuit pomp; 7 - warmtewisselaar voor verwarming (koel)water in het verdamper (condensor) circuit; 8 - Warmtewisselaar voor het verwarmen van het bron (ruw) water; 9 - warmwaterpomp; 10 - Batterijtanks; 11 - zonnecircuit warmtewisselaar; 12 - zonnecircuitpomp

Warmteleveringsproject voor het hotelcomplex "Privetlivy Bereg" in Gelendzhik (Afb. 4.3).

De basis van de zonnewarmtepompinstallatie is: platte zonnecollectoren met een totale oppervlakte van 690 m2 en drie in serie geproduceerde koelmachines MKT 220-2-0 in warmtepompmodus. Geschatte jaarlijkse warmteproductie is ongeveer 21.000 GJ, inclusief 1.470 GJ van de zonne-installatie.

Zeewater dient als laagwaardige warmtebron voor warmtepompen. Om een ​​corrosie- en kalkvrije werking van de verwarmingsoppervlakken van collectoren, leidingen en condensors te garanderen, worden deze gevuld met onthard en ontlucht water uit het verwarmingsnet. Vergeleken met het traditionele schema van warmtelevering vanuit een ketelhuis, is de betrokkenheid van niet-traditionele warmtebronnen:

Met zon en zeewater kunt u ongeveer 500 ton conventionele eenheden besparen. brandstof / jaar.

Een ander kenmerkend voorbeeld van het gebruik van nieuwe energiebronnen is het project van warmtevoorziening van een herenhuis met behulp van

Installatie van zonnewarmtepomp. Het project voorziet het hele jaar door in volledige bevrediging van de behoeften aan verwarming en warmwatervoorziening van een mansardewoning met een bewoonbare oppervlakte van 55 m2. De bodem dient als een laagpotentiële warmtebron voor de warmtepomp. Het geschatte economische effect van de introductie van het systeem is minstens 300 roebel. per appartement in vergelijking met de traditionele optie van warmtelevering uit een toestel voor vaste brandstoffen.

MINISTERIE ENERGIE EN ELEKTRIFICATIE USSR

BELANGRIJKSTE WETENSCHAPPELIJKE EN TECHNISCHE AFDELING
ENERGIE EN ELEKTRIFICATIE

METHODOLOGISCHE INSTRUCTIES
VOOR BEREKENING EN ONTWERP
ZONNE-VERWARMINGSSYSTEMEN

RD 34.20.115-89

SERVICE VAN BESTE ERVARING VOOR "SOYUZTEKHENERGO"

Moskou 1990

ONTWIKKELD Staatsorde van de Rode Vlag van Labor Research Power Engineering Institute. GM Krzhizhanovsky

PERFORMERS MN EGAI, OM Korshunov, A.S. Leonovich, V.V. NUSHTAIKIN, VK RYBALKO, B.V. Tarnizhevsky, V.G. BOELYCHEV

GOEDGEKEURD Hoofd Wetenschappelijke en Technische Afdeling Energie en Elektrificatie 07.12.89

Hoofd VI GORY

De houdbaarheidsdatum is ingesteld

vanaf 01.01.90

tot 01.01.92

Deze richtlijnen leggen de procedure vast voor het uitvoeren van de berekening en bevatten aanbevelingen voor het ontwerp van zonnewarmtetoevoersystemen voor residentiële, openbare en industriële gebouwen en constructies.

De richtlijnen zijn bedoeld voor ontwerpers en ingenieurs die betrokken zijn bij de ontwikkeling van zonneverwarmings- en warmwatersystemen.

. ALGEMENE BEPALINGEN

waar f - aandeel in de totale gemiddelde jaarlijkse warmtelast door zonne-energie;

waar F - SC oppervlakte, m 2 .

waarbij H de gemiddelde jaarlijkse totale zonnestraling op een horizontaal oppervlak is, kWh / m2 ; gelegen vanuit de applicatie;

een, b - parameters bepaald uit de vergelijking () en ()

waar r - kenmerkend voor de warmte-isolerende eigenschappen van de gebouwschil bij een vaste waarde van de tapwaterlast is de verhouding van de dagelijkse stooklast bij een buitentemperatuur van 0 °C tot de dagelijkse tapwaterlast. Meer r , hoe groter het aandeel van de verwarmingsbelasting ten opzichte van het aandeel van de warmwaterbelasting en hoe minder perfect het gebouwontwerp in termen van warmteverliezen; r = 0 wordt alleen in de berekening geaccepteerd SWW-systemen. Het kenmerk wordt bepaald door de formule

waarbij λ het specifieke warmteverlies van het gebouw is, W / (m 3 ° С);

m - het aantal uren in een dag;

k - frequentie van ventilatie luchtverversing, 1/dag;

in - luchtdichtheid bij 0 °С, kg/m3;

f - vervangingsratio, ongeveer genomen van 0,2 tot 0,4.

Waarden λ , k , V , t in , s vastgelegd bij het ontwerp van de STS.

Waarden van de coëfficiënt α voor zonnecollectoren II en III typen

	Coëfficiëntwaarden
	1	α2	3	α4	α5	α6	α7	8	α9
	607,0	80,0		1340,0	437,5	22,5	1900,0	1125,0	25,0
	298,0	148,5	61,5	150,0	1112,0	337,5	700,0	1725,0	775,0

Waarden van de coëfficiënt β voor zonnecollectoren II en III typen

	Coëfficiëntwaarden
	β1	β2	3	β4	β5	β6	β7	β8	β9
	1,177	0,496	0,140			0,995	3,350	5,05	1,400
	1,062	0,434	0,158	2,465	2,958	1,088	3,550	4,475	1,775

De waarden van de coëfficiënten a en bzijn van de tafel. .

De waarden van de coëfficiënten a en b afhankelijk van het type zonnecollector

	Coëfficiëntwaarden
		0,75
		0,80

waar q i - specifieke jaarlijkse warmteafgifte van tapwater bij waarden f verschillend van 0,5;

q - verandering in het jaarlijkse specifieke warmtevermogen van SWW, %.

Verandering in de waarde van de specifieke jaarlijkse warmteafgifte q van de jaarlijkse instroom van zonnestraling op een horizontaal oppervlak H en coëfficiënt f

. AANBEVELINGEN VOOR HET ONTWERP VAN ZONNEVERWARMINGSSYSTEMEN waarbij Z c - specifieke lagere kosten per eenheid opgewekte thermische energie CST, rub./GJ; З b - specifieke verlaagde kosten per eenheid opgewekte thermische energie door de basisinstallatie, rub./GJ. waar C c - lagere kosten voor FTA en understudy, rub./jaar; waarbij k c - kapitaalkosten voor FTA, rub.; k in - kapitaalkosten voor een understudy, wrijven.; E n - normatieve coëfficiënt van vergelijkende efficiëntie van kapitaalinvesteringen (0,1); E c - het aandeel van de bedrijfskosten uit kapitaalkosten voor SST; E in - het aandeel van de bedrijfskosten van kapitaalkosten voor een understudy; P is de kosten van een eenheid thermische energie opgewekt door een understudy, rub./GJ; N d - de hoeveelheid thermische energie die de student in de loop van het jaar heeft opgewekt, GJ; k e - het effect van het verminderen van milieuvervuiling, wrijven.; k n is het sociale effect van het besparen van de lonen van personeel dat de understudy bedient, rub. Specifieke verlaagde kosten worden bepaald door de formule waar C b - lagere kosten voor de basisinstallatie, roebel / jaar;	Definitie van de term
	zonnepaneel	Een apparaat om zonnestraling op te vangen en om te zetten in warmte en andere soorten energie
Warmteafgifte per uur (dagelijks, maandelijks, enz.)	De hoeveelheid thermische energie die per uur (dag, maand, enz.) aan de collector wordt onttrokken
Platte plaat zonnecollector	Niet-focusserende zonnecollector met een absorberend element van een vlakke configuratie (van het type "pipe in sheet", alleen van buizen, enz.) en vlakke transparante isolatie
Warmteopnemend oppervlak	Het oppervlak van het absorberende element verlicht door de zon onder omstandigheden van normale inval van stralen
Warmteverliescoëfficiënt door transparante isolatie (bodem, collectorzijwanden)	De warmtestroom naar de omgeving door de transparante isolatie (bodem, zijwanden van de collector), verwijst naar het eenheidsoppervlak van het warmteopnemende oppervlak, met een verschil in de gemiddelde temperaturen van het absorberende element en de buitenlucht van 1 °C
Specifiek verbruik koelvloeistof in een platte zonnecollector	Koelvloeistofdebiet in de collector, verwezen naar het eenheidsoppervlak van het warmteontvangende oppervlak
efficiëntie verhouding:	De waarde die de efficiëntie van warmteoverdracht van het oppervlak van het absorberende element naar het koelmiddel kenmerkt en gelijk is aan de verhouding van de werkelijke warmteafgifte tot de warmteafgifte, op voorwaarde dat alle thermische weerstanden van warmteoverdracht van het oppervlak van het absorberende element naar de koelvloeistof is gelijk aan nul
Oppervlakte-emissiviteit	Verhouding van de stralingsintensiteit van het oppervlak tot de stralingsintensiteit van het zwarte lichaam bij dezelfde temperatuur
beglazingscapaciteit	Percentage zonnestraling (infrarood, zichtbaar) uitgezonden door transparante isolatie die invalt op het oppervlak van transparante isolatie
Understuderen	Conventionele thermische energiebron die de warmtebelasting gedeeltelijk of volledig dekt en werkt in combinatie met een zonnesysteem
Zonne-verwarmingssysteem	Een systeem dat de belasting van verwarming en warmwatervoorziening dekt met behulp van zonne-energie

Bijlage 2

Thermische eigenschappen van zonnecollectoren

	type verzamelaar:
Totale warmteverliescoëfficiënt U L, W / (m 2 ° )
Absorptiecapaciteit van het warmteopnemende oppervlak α	0,95	0,90	0,95
De mate van emissiviteit van het absorberende oppervlak in het bedrijfstemperatuurbereik van de collector ε	0,95	0,10	0,95
Beglazingscapaciteit τ p	0,87	0,87	0,72
efficiëntie verhouding: F R	0,91	0,93	0,95
Maximale koelvloeistoftemperatuur, °С
Opmerkingen bijv. I - enkelglas niet-selectieve collector; II - enkel glas selectieve collector; III - twee glazen niet-selectieve collector.

Bijlage 3

Specificaties van zonnecollectoren

	Fabrikant
	Bratsk fabriek van verwarmingsapparatuur	Spetsgelioteplomontazh GSSR	KievZNIIEP	Bukhara-fabriek voor zonne-apparatuur
Lengte, mm	1530	1000 - 3000	1624	1100
Breedte, mm			1008
Hoogte, mm		70 - 100
Gewicht (kg	50,5	30 - 50
Warmteopnemend oppervlak, m		0,6 - 1,5		0,62
Werkdruk, MPa		0,2 - 0,6

Bijlage 4

Technische kenmerken stromingswarmtewisselaars type TT

	Buiten-/binnendiameter, mm		stroomgebied:		Verwarmingsoppervlak van één sectie, m 2	Sectielengte, mm	Gewicht van één sectie, kg
			binnenpijp, cm2	ringvormig kanaal, cm 2
	binnenpijp	buitenste pijp
TT 1-25/38-10/10	25/20	38/32	3,14	1,13		1500
TT 2-25/38-10/10	25/20	38/32	6,28	6,26		1500

Bijlage 5

Jaarlijkse aankomst van totale zonnestraling op een horizontaal vlak (H), kWh/m 2

Azerbeidzjan SSR
Baku	1378
Kirovobad	1426
Mingachevir	1426
Armeense SSR
Jerevan	1701
Leninakan	1681
Sevan	1732
Nachitsjevan	1783
Georgische SSR
Telavi	1498
Tbilisi	1396
Tshakaya	1365
Kazachse SSR
Alma-Ata	1447
Guryev	1569
Fort Shevchenko	1437
Dzjezkazgan	1508
Ak-Kum	1773
Aralmeer	1630
Birsa-Kelmes	1569
Kustanay	1212
Semipalatinsk	1437
Dzjanybek	1304
Kolmykovo	1406
Kirgizische SSR
Frunze	1538
Tien Shan	1915
RSFSR
regio Altaj
Blagovesjtsjenka	1284
regio Astrachan
Astrakan	1365
regio Wolgograd
Volgograd	1314
regio Voronezj
Voronezh	1039
stenen steppe	1111
Regio Krasnodar
Sotsji	1365
Kuibyshev-regio
Kuibyshev	1172
regio Koersk
Koersk	1029
Moldavische SSR
Kishinev	1304
regio Orenburg
Buzuluk	1162
regio Rostov
Tsimlyansk	1284
Reusachtig	1314
regio Saratov
Ersjov	1263
Saratov	1233
Stavropol-regio
Essentuki	1294
Oezbeekse SSR
Samarkand	1661
Tamdybulak	1752
Takhnatash	1681
Tasjkent	1559
Termez	1844
Fergana	1671
Churuk	1610
Tadzjiekse SSR
Dushanbe	1752
Turkmeense SSR
Ak-Molla	1834
Asjchabad	1722
Gasan-Kuli	1783
Kara-Bogaz-Gol	1671
Chardjou	1885
Oekraïense SSR
regio Cherson
Cherson	1335
Askania Nova	1335
regio Sumy
Konotop	1080
Poltava-regio
Poltava	1100
regio Volyn
Kovel	1070
regio Donetsk
Donetsk	1233
Transkarpaten regio
Berehove	1202
regio Kiev
Kiev	1141
regio Kirovograd
Znamenka	1161
Krim regio
Evaptoria	1386
Karadag	1426
regio Odessa
	30,8	39,2	49,8	61,7	70,8	75,3	73,6	66,2	55,1	43,6	33,6	28,7
	28,8	37,2	47,8	59,7	68,8	73,3	71,6	64,2	53,1	41,6	31,6	26,7
	26,8	35,2	45,8	57,7	66,8	71,3	69,6	62,2	51,1	39,6	29,6	24,7
	24,8	33,2	43,8	55,7	64,8	69,3	67,5	60,2	49,1	37,6	27,6	22,7
	22,8	31,2	41,8	53,7	62,8	67,3	65,6	58,2	47,1	35,6	25,6	20,7
	20,8	29,2	39,8	51,7	60,8	65,3	63,6	56,2	45,1	33,6	23,6	18,7
	18,8	27,2	37,8	49,7	58,8	63,3	61,6	54,2	43,1	31,6	21,6	16,7
	16,8	25,2	35,8	47,7	56,8	61,3
Kookpunt, °С	106,0	110,0	107,5	105,0	113,0
Viscositeit, 10 -3 Pa.s:
bij 5 °C		5,15		6,38
bij 20 °C					7,65
bij -40 °C	7,75	35,3		28,45
Dichtheid, kg / m 3				1077	1483 - 1490
Warmtecapaciteit kJ / (m 3 ° С):
bij 5 °C	3900	3524
bij 20 °C				3340	3486
Corrosiviteit	krachtig	Medium	Zwak	Zwak	krachtig
Toxiciteit	Niet	Medium	Niet	Zwak	Niet

Opmerkingen: e Warmtedragers op basis van kaliumcarbonaat hebben de volgende samenstellingen (massafractie):

Recept 1 Recept 2

Kaliumcarbonaat, 1,5-waterig 51,6 42,9

Natriumfosfaat, 12-water 4,3 3,57

Natriumsilicaat, 9-waterig 2.6 2.16

Natriumtetraboraat, 10-waterig 2,0 1,66

Fluorescentie 0,01 0,01

Water Tot 100 Tot 100

Beschrijving:

Van bijzonder belang bij het ontwerp van de Olympische locaties in Sochi is het gebruik van milieuvriendelijke hernieuwbare energiebronnen en vooral de energie van zonnestraling. In dit opzicht zal de ervaring met het ontwikkelen en implementeren van passieve zonneverwarmingssystemen in woningen en openbare gebouwen in de provincie Liaoning (China) van belang zijn, aangezien de geografische ligging en klimaat omstandigheden van dit deel van China zijn vergelijkbaar met die van Sochi.

Ervaring van de Volksrepubliek China

Zhao Jinling, kan. techniek. Sci., Dalian Polytechnic University (PRC), stagiair bij het Department of Industrial Heat and Power Systems,

A. Ya Shelginsky, doctor in de techniek. wetenschappen, prof., wetenschappelijk. Hoofd, MPEI (TU), Moskou

Van bijzonder belang bij het ontwerp van de Olympische locaties in Sochi is het gebruik van milieuvriendelijke hernieuwbare energiebronnen en vooral de energie van zonnestraling. In dit opzicht zal de ervaring met het ontwikkelen en implementeren van passieve zonneverwarmingssystemen in woningen en openbare gebouwen in de provincie Liaoning (China) van belang zijn, aangezien de geografische ligging en klimatologische omstandigheden van dit deel van China vergelijkbaar zijn met die van Sotsji .

Het gebruik van hernieuwbare energiebronnen (RES) voor warmtevoorzieningssystemen is momenteel relevant en veelbelovend, afhankelijk van een competente benadering van dit probleem, aangezien traditionele energiebronnen (olie, gas, enz.) niet onbeperkt zijn. In dit opzicht schakelen veel landen, waaronder China, over op het gebruik van milieuvriendelijke hernieuwbare energiebronnen, waaronder de warmte van zonnestraling.

Het vermogen om de warmte van zonnestraling in de Volksrepubliek China effectief te gebruiken, hangt af van de regio, aangezien de klimatologische omstandigheden in verschillende delen van het land zeer verschillend zijn: van gematigd continentaal (west en noord) met hete zomers en strenge winters, subtropische in de centrale regio's van het land tot tropische moesson aan de zuidkust en eilanden, wordt bepaald door de geografische ligging van het gebied waar het object zich bevindt (tabel).

Tafel Distributie van zonne-energiebronnen in China

Zone Jaarlijks looptijd zonnestraling, h Zonnig straling, MJ / (m 2 .jaar) Gebied China Relevante gebieden in andere landen van de wereld l 2 800-3 300 7 550-9 250 Tibet enz. noordelijke regio's Pakistan en India II 3 000-3 200 5 850-7 550 Hebei, enz. Jakarta, Indonesië) III 2 200-3 000 5 000-5 850 Peking, Dalian, enz. Washington (VS) IV 1 400-2 200 4 150-5 000 Hubji, Hunan, enz. Milaan (Italië), Duitsland, Japan V 1 000-1 400 3 350-4 150 Sichuan en Guizhou Parijs (Frankrijk), Moskou (Rusland)

In de provincie Liaoning varieert de intensiteit van de zonnestraling van 5.000 tot 5.850 MJ/m2 per jaar (in Sochi ongeveer 5.000 MJ/m2 per jaar), wat het actieve gebruik van verwarmings- en koelsystemen voor gebouwen mogelijk maakt op basis van het gebruik van zonnestralingsenergie. Dergelijke systemen die warmte omzetten zonnestraling en buitenlucht, kan worden onderverdeeld in actief en passief.

Passieve zonneverwarmingssystemen (PSST) gebruiken natuurlijke bloedsomloop verwarmde lucht (Fig. 1), d.w.z. zwaartekracht.

In actieve zonneverwarmingssystemen (Fig. 2) worden extra energiebronnen gebruikt om de werking ervan te garanderen (bijvoorbeeld elektriciteit). De warmte van zonnestraling komt de zonnecollectoren binnen, waar het gedeeltelijk wordt geaccumuleerd en overgebracht naar een tussenliggende warmtedrager, die door pompen wordt getransporteerd en door het hele gebouw wordt verdeeld.

Er zijn systemen mogelijk zonder verbruik van warmte en koude, waarbij de overeenkomstige parameters van de binnenlucht worden geleverd zonder extra energiekosten vanwege:

• noodzakelijke thermische isolatie;
• selectie van structurele bouwmaterialen met geschikte warmte- en koudeopslageigenschappen;
• gebruik in het systeem van extra warmte- en koudeaccu's met de juiste kenmerken.

Op afb. Figuur 3 toont een verbeterd werkingsschema van het passieve warmtetoevoersysteem van het gebouw met elementen (gordijnen, kleppen) die het mogelijk maken om de binnenluchttemperatuur nauwkeuriger te regelen. Aan de zuidkant van het gebouw is de zogenaamde Trombe-muur geplaatst, die bestaat uit een massieve muur (beton, baksteen of steen) en een glazen scheidingswand, die op korte afstand van de muur van buitenaf is geplaatst. Het buitenoppervlak van de massieve muur is geschilderd in donkere kleur. De massieve wand en de lucht tussen de glazen wand en de massieve wand worden verwarmd door de glazen wand. De verwarmde massieve wand brengt de opgehoopte warmte door straling en convectieve warmteoverdracht naar de kamer. Dit ontwerp combineert dus de functies van een collector en een warmteaccumulator.

De lucht in de tussenlaag tussen de glazen scheidingswand en de wand wordt gebruikt als koelmiddel om warmte aan de ruimte te leveren tijdens de koude periode en op een zonnige dag. Om warmteoverdracht naar omgeving tijdens de koude periode 's nachts en overtollige warmtewinsten op zonnige dagen van de warme periode, worden gordijnen gebruikt, die de warmte-uitwisseling tussen de massieve muur en de externe omgeving aanzienlijk verminderen.

Gordijnen zijn gemaakt van non-woven materialen met een zilveren coating. Om voor de nodige luchtcirculatie te zorgen, worden luchtventielen gebruikt, die zich in de boven- en lagere delen massieve muur. Automatische regeling van de werking van luchtkleppen stelt u in staat om de benodigde warmte-instroom of warmte-uitstroom in de serviceruimte te handhaven.

Het passieve zonneverwarmingssysteem werkt als volgt:

1. Tijdens de koude periode (verwarming):

• zonnige dag - het gordijn gaat omhoog, de kleppen zijn open (Fig. 3a). Dit leidt tot verwarming van de massieve wand door de glazen wand en verwarming van de lucht in de tussenlaag tussen de glazen wand en de wand. Warmte komt de kamer binnen vanuit de verwarmde muur en de lucht die in de laag wordt verwarmd, circuleert door de laag en de kamer onder invloed van zwaartekrachten veroorzaakt door het verschil in luchtdichtheden bij verschillende temperaturen (natuurlijke circulatie);
• nacht, avond of bewolkte dag - het gordijn is naar beneden, de kleppen zijn gesloten (Fig. 3b). Warmteoverdracht naar de externe omgeving wordt aanzienlijk verminderd. De temperatuur in de kamer wordt op peil gehouden door de ontvangst van warmte van een massieve muur, die deze warmte heeft verzameld door zonnestraling;

2. In de warme periode (afkoeling):

• zonnige dag - het gordijn is neergelaten, de onderste kleppen zijn open, de bovenste zijn gesloten (Fig. 3c). Het gordijn beschermt de verwarming van de massieve muur tegen zonnestraling. Buitenlucht komt de kamer binnen vanuit de schaduwzijde van de woning en gaat door de laag tussen de glazen scheidingswand en de muur naar de omgeving;
• nacht, avond of bewolkte dag - het gordijn gaat omhoog, de onderste kleppen zijn open, de bovenste zijn gesloten (Fig. 3d). Buitenlucht komt de kamer binnen vanaf de andere kant van het huis en verlaat de omgeving via een laag tussen de glazen scheidingswand en de massieve muur. De wand wordt gekoeld door convectieve warmte-uitwisseling met lucht die door de tussenlaag gaat en door de uitstroom van warmte door straling naar de omgeving. De gekoelde wand overdag ondersteunt het nodige temperatuur regime in Kamer.

Om passieve zonneverwarmingssystemen voor gebouwen te berekenen, zijn wiskundige modellen van niet-stationaire warmteoverdracht tijdens natuurlijke convectie ontwikkeld om de gebouwen te voorzien van de nodige temperatuuromstandigheden, afhankelijk van de thermofysische eigenschappen van de gebouwschil, dagelijkse veranderingen in zonnestraling en buitenluchttemperatuur .

Om de betrouwbaarheid en verfijning van de in de Dalian verkregen resultaten te bepalen polytechnische universiteit ontwikkelde, vervaardigde en onderzocht een experimenteel model van een woongebouw in Dalian, met passieve zonneverwarmingssystemen. De Trombe-muur bevindt zich alleen aan de zuidelijke gevel, met automatische luchtkleppen en gordijnen (afb. 3, foto).

Tijdens het experiment gebruikten we:

• klein weerstation;
• apparaten voor het meten van de intensiteit van zonnestraling;
• anemografie RHAT-301 om de luchtsnelheid in de kamer te bepalen;
• thermometer TR72-S en thermokoppels voor het meten van kamertemperatuur.

Experimentele studies werden uitgevoerd in warme, overgangs- en koude perioden van het jaar onder verschillende meteorologische omstandigheden.

Het algoritme voor het oplossen van het probleem wordt gepresenteerd in Fig. 1. vier.

De resultaten van het experiment bevestigden de betrouwbaarheid van de berekende relaties en maakten het mogelijk om individuele afhankelijkheden te corrigeren, rekening houdend met specifieke randvoorwaarden.

Op dit moment zijn er veel woongebouwen en scholen in de provincie Liaoning die passieve zonneverwarmingssystemen gebruiken.

Een analyse van passieve zonneverwarmingssystemen toont aan dat ze veelbelovend zijn in bepaalde klimatologische regio's in vergelijking met andere systemen om de volgende redenen:

• goedkoopheid;
• Gemak van onderhoud;
• betrouwbaarheid.

De nadelen van passieve zonneverwarmingssystemen zijn onder meer dat de parameters van de binnenlucht kunnen afwijken van de vereiste (berekende) wanneer de buitentemperatuur buiten de in de berekeningen genomen limieten verandert.

Om een ​​goed energiebesparend effect te bereiken in de warmte- en koudetoevoersystemen van gebouwen met een nauwkeuriger handhaving van de temperatuurcondities binnen de gespecificeerde limieten, is het raadzaam om passieve en actieve zonnewarmte- en koudetoevoersystemen te combineren.

In dit opzicht zijn verdere theoretische studies en experimenteel werk aan fysieke modellen nodig, rekening houdend met eerder verkregen resultaten.

Literatuur

1. Zhao Jinling, Chen Bin, Liu Jingjun, Wang Yongxun Dynamische thermische prestatiesimulatie van een verbeterd passief zonnehuis met trombemuur ISES Solar word Congress, 2007, Beijing China, Vols 1-V: 2234-2237.

2. Zhao Jinling, Chen Bin, Chen Cuiying, Sun Yuanyuan Studie over dynamische thermische respons van de passieve zonne verwarmingssystemen. Journal of Harbin Institute of Technology (nieuwe serie). 2007 Vol. 14:352-355.

Zonneverwarmingssystemen

4.1. Classificatie en belangrijkste elementen van zonnestelsels

Zonneverwarmingssystemen zijn systemen die zonnestraling gebruiken als bron van thermische energie. Hun kenmerkende verschil met andere systemen verwarming op lage temperatuur is het gebruik van een speciaal element - een zonne-ontvanger, ontworpen om zonnestraling op te vangen en om te zetten in thermische energie.

Volgens de methode om zonnestraling te gebruiken, zijn zonne-verwarmingssystemen met lage temperatuur verdeeld in passief en actief.

Zonneverwarmingssystemen worden passief genoemd, waarbij het gebouw zelf of de afzonderlijke hekken (collectorgebouw, collectormuur, collectordak, enz.) dienen als een element dat zonnestraling ontvangt en omzet in warmte (Fig. 4.1.1 )) .

Rijst. 4.1.1 Passief lage temperatuur zonne-energiesysteem "collector wall": 1 - zonnestralen; 2 – doorschijnend scherm; 3 - luchtklep; 4 - verwarmde lucht; 5 - gekoelde lucht uit de kamer; 6 - eigen langgolvige warmtestraling van het wandarray; 7 - zwart-straal-ontvangend oppervlak van de muur; 8 - jaloezieën.

Zonne-lage-temperatuurverwarmingssystemen worden actief genoemd, waarbij de zonne-ontvanger een onafhankelijk afzonderlijk apparaat is dat niet gerelateerd is aan het gebouw. Actieve zonnestelsels kunnen worden onderverdeeld:

per doel (warmwatervoorziening, verwarmingssystemen, gecombineerde systemen voor warmte- en koudevoorziening);

per type koelmiddel dat wordt gebruikt (vloeistof - water, antivries en lucht);

naar duur van het werk (het hele jaar door, seizoensgebonden);

volgens de technische oplossing van de schema's (één-, twee-, multi-loop).

Lucht is een veelgebruikte koelvloeistof die niet bevriest over het hele bereik van bedrijfsparameters. Bij toepassing als warmtedrager is het mogelijk om verwarmingssystemen te combineren met een ventilatiesysteem. Lucht is echter een koelmiddel met een lage warmtecapaciteit, wat leidt tot een hoger metaalverbruik voor de installatie van systemen luchtverwarming vergeleken met watersystemen.

Water is een warmte-intensief en algemeen verkrijgbaar koelmiddel. Bij temperaturen onder 0°C is het echter noodzakelijk antivriesvloeistoffen toe te voegen. Bovendien moet er rekening mee worden gehouden dat met zuurstof verzadigd water corrosie van pijpleidingen en apparaten veroorzaakt. Maar het verbruik van metaal in waterzonnesystemen is veel lager, wat in grote mate bijdraagt ​​aan het bredere gebruik ervan.

Seizoensgebonden zonne-energiesystemen voor warm water zijn meestal eencircuit en werken in de zomer en overgangsmaanden, tijdens perioden met een positieve buitentemperatuur. Afhankelijk van het doel van het onderhouden object en de bedrijfsomstandigheden kunnen ze een extra warmtebron hebben of juist niet.

Zonnesystemen voor het verwarmen van gebouwen zijn meestal dubbelcircuit of, meestal, multicircuit, en verschillende warmtedragers kunnen worden gebruikt voor verschillende circuits (bijvoorbeeld waterige oplossingen van antivriesvloeistoffen in een zonnecircuit, water in tussencircuits en lucht in een consumentencircuit).

Gecombineerde zonnestelsels voor het hele jaar door voor warmte- en koudevoorziening van gebouwen zijn multicircuit en bevatten een extra warmtebron in de vorm van een traditionele warmtegenerator op organische brandstof of een warmtetransformator.

Een schematisch diagram van een zonneverwarmingssysteem is weergegeven in figuur 4.1.2. Het omvat drie circulatiecircuits:

het eerste circuit, bestaande uit zonnecollectoren 1, circulatiepomp 8 en vloeistofwarmtewisselaar 3;

het tweede circuit, bestaande uit een voorraadvat 2, een circulatiepomp 8 en een warmtewisselaar 3;

het derde circuit, bestaande uit een voorraadvat 2, een circulatiepomp 8, een water-lucht-warmtewisselaar (verwarmer) 5.

Rijst. 4.1.2. Schematisch diagram van het zonneverwarmingssysteem: 1 - zonnecollector; 2 - opslagtank; 3 - warmtewisselaar; 4 - gebouw; 5 - verwarming; 6 - understudy van het verwarmingssysteem; 7 - back-upsysteem van warmwatervoorziening; 8 - circulatiepomp; 9 - ventilator.

Het zonnesysteem werkt als volgt. Het koelmiddel (antivries) van het warmteontvangende circuit, dat wordt verwarmd in de zonnecollectoren 1, komt de warmtewisselaar 3 binnen, waar de warmte van het antivriesmiddel wordt overgedragen aan het water dat circuleert in de ringvormige ruimte van de warmtewisselaar 3 onder de werking van de pomp 8 van het secundaire circuit. Het verwarmde water komt de voorraadtank 2 binnen. Water wordt door de warmwatervoorzieningspomp 8 uit de opslagtank gehaald, zo nodig op de gewenste temperatuur gebracht in de verdubbelaar 7 en komt in de warmwatervoorziening van het gebouw. De voorraadtank wordt gevoed vanuit de waterleiding.

Voor verwarming wordt water uit de opslagtank 2 door de pomp van het derde circuit 8 toegevoerd aan de verwarming 5, waardoor lucht wordt geleid met behulp van een ventilator 9 en na verwarming het gebouw 4 binnenkomt. afwezigheid van zonnestraling of een gebrek aan thermische energie opgewekt door zonnecollectoren, het werk zet back-up 6 aan.

De keuze en indeling van de elementen van het zonneverwarmingssysteem wordt in elk geval bepaald door klimatologische factoren, het doel van het object, de wijze van warmteverbruik en economische indicatoren.

4.2. Zonne-ontvangers concentreren

Concentrerende zonnecollectoren zijn bolvormige of parabolische spiegels (Fig. 4.2.1) van gepolijst metaal, in het brandpunt waarvan een warmte-ontvangend element (zonneboiler) is geplaatst, waardoor het koelmiddel circuleert. Als warmtedrager worden water of niet-bevriezende vloeistoffen gebruikt. Bij gebruik van water als warmtedrager 's nachts en tijdens een koude periode moet het systeem geleegd worden om bevriezing te voorkomen.

Voorzien hoge efficiëntie het proces van het opvangen en omzetten van zonnestraling, moet de concentrerende zonne-ontvanger constant strikt op de zon worden gericht. Voor dit doel is de zonne-ontvanger uitgerust met een volgsysteem, inclusief een sensor voor de richting van de zon, een elektronische signaalomzettingseenheid, een elektromotor met een versnellingsbak om de structuur van de zonne-ontvanger in twee vlakken te roteren.

Rijst. 4.2.1. Concentrerende zonne-ontvangers: a - parabolische concentrator; b – parabolische trogconcentrator; 1 - zonnestralen; 2 - warmteontvangend element (zonnecollector); 3 - spiegel; 4 – volgsysteem aandrijfmechanisme; 5 - pijpleidingen die de koelvloeistof aan- en afvoeren.

Het voordeel van systemen met concentrerende zonnecollectoren is de mogelijkheid om op relatief hoge temperatuur (tot 100 °C) warmte en zelfs stoom op te wekken. De nadelen zijn de hoge bouwkosten; de noodzaak van constante reiniging van reflecterende oppervlakken van stof; werk alleen overdag en daarom zijn er grote batterijen nodig; hoog energieverbruik voor de aandrijving van het volgsysteem voor de baan van de zon, evenredig met de opgewekte energie. Deze tekortkomingen belemmeren het wijdverbreide gebruik van actieve lagetemperatuur-zonneverwarmingssystemen met concentrerende zonne-ontvangers. BIJ recente tijden meestal worden voor zonne-laplatte zonnecollectoren gebruikt.

4.3. Platte zonnecollectoren

Vlakke plaat zonnecollector - een apparaat met een vlak absorberend paneel en vlakke transparante isolatie om de energie van zonnestraling te absorberen en om te zetten in warmte.

Vlakke plaat zonnecollectoren (Fig. 4.3.1) bestaan ​​uit glas of kunststof coating(enkel, dubbel, driedubbel), warmtegevoelig paneel zwart geverfd aan de zijde die naar de zon is gericht, isolatie aan achterkant en carrosserie (metaal, kunststof, glas, hout).

Rijst. 4.3.1. Platte zonnecollector: 1 - zonnestralen; 2 - beglazing; 3 - lichaam; 4 - warmteopnemend oppervlak; 5 - thermische isolatie; 6 - afdichtmiddel; 7 - eigen langgolvige straling van de warmteontvangende plaat.

Als warmte-ontvangend paneel kunt u elke metalen of plastic plaat met kanalen voor de koelvloeistof gebruiken. Warmte-ontvangende panelen zijn gemaakt van aluminium of staal van twee soorten: plaatbuis en gestempelde panelen (buis in plaat). Kunststof panelen vanwege de kwetsbaarheid en snelle veroudering onder invloed van zonlicht, evenals vanwege de lage thermische geleidbaarheid, worden ze niet veel gebruikt.

Onder invloed van zonnestraling worden warmteontvangende panelen verwarmd tot temperaturen van 70-80 °C, die hoger zijn dan de omgevingstemperatuur, wat leidt tot een toename van de convectieve warmteoverdracht van het paneel naar de omgeving en zijn eigen straling naar de lucht. Om meer te bereiken hoge temperaturen koelmiddel, is het oppervlak van de plaat bedekt met spectraal selectieve lagen die actief de kortegolfstraling van de zon absorberen en de eigen thermische straling in het langegolfgedeelte van het spectrum verminderen. Dergelijke ontwerpen op basis van "zwart nikkel", "zwart chroom", koperoxide op aluminium, koperoxide op koper en andere zijn duur (de kosten ervan zijn vaak evenredig met de kosten van het warmteontvangende paneel zelf). Een andere manier om de prestaties van vlakke plaatcollectoren te verbeteren, is door een vacuüm te creëren tussen het warmteabsorberende paneel en de transparante isolatie om warmteverlies te verminderen (vierde generatie zonnecollectoren).

De ervaring met het exploiteren van zonne-installaties op basis van zonnecollectoren heeft een aantal belangrijke nadelen van dergelijke systemen aan het licht gebracht. Allereerst zijn dit de hoge kosten van verzamelaars. Het verhogen van de efficiëntie van hun werk door selectieve coatings, het vergroten van de transparantie van beglazing, evacuatie en het apparaat van het koelsysteem blijken economisch onrendabel te zijn. Een belangrijk nadeel is de noodzaak van frequente reiniging van glas van stof, wat het gebruik van een collector in industriële gebieden praktisch uitsluit. Bij langdurig gebruik van zonnecollectoren, vooral in winterse omstandigheden, is er een frequent falen van deze vanwege de ongelijke uitzetting van verlichte en donkere delen van het glas als gevolg van schending van de integriteit van de beglazing. Er is ook een groot percentage collectorstoringen tijdens transport en installatie. Een belangrijk nadeel van de systemen met collectoren is ook de ongelijke belasting gedurende het jaar en de dag. De ervaring met het gebruik van collectoren in de omstandigheden van Europa en het Europese deel van Rusland met een hoog aandeel diffuse straling (tot 50%) toonde de onmogelijkheid om het hele jaar door een autonoom systeem van warmwatervoorziening en verwarming te creëren. Alle zonnesystemen met zonnecollectoren op de middelste breedtegraden vereisen de installatie van grote opslagtanks en de opname van een extra energiebron in het systeem, wat het economische effect van het gebruik ervan vermindert. In dit opzicht is het het meest geschikt om ze te gebruiken in gebieden met een hoge gemiddelde intensiteit van zonnestraling (niet lager dan 300 W/m2).

Potentiële kansen voor het gebruik van zonne-energie in Oekraïne

Op het grondgebied van Oekraïne is de energie van zonnestraling voor een gemiddelde jaarlijkse lichtdag gemiddeld 4 kW ∙ uur per 1 m 2 (in zomerdagen- tot 6 - 6,5 kW uur) d.w.z. ongeveer 1,5 duizend kW ∙ uur per jaar voor elk vierkante meter. Dit is ongeveer hetzelfde als in Midden-Europa, waar het gebruik van zonne-energie het meest voorkomt.

Naast gunstige klimatologische omstandigheden in Oekraïne, is er hooggekwalificeerd wetenschappelijk personeel op het gebied van zonne-energiegebruik. Na de terugkeer van prof. Boyko BT van UNESCO, waar hij leiding gaf aan het internationale programma van UNESCO over het gebruik van zonne-energie (1973-1979), begon hij een intensieve wetenschappelijke en organisatorische activiteit aan het Kharkov Polytechnic Institute (nu de National Technical University - KhPI) over de ontwikkeling van een nieuw wetenschappelijk en educatief gebied van materiaalkunde voor zonne-energie. Al in 1983, in overeenstemming met de bestelling van het USSR Ministerie van Hoger Onderwijs N 885 van 13 juli 1983, aan het Kharkov Polytechnic Institute, voor de eerste keer in de praktijk van het hoger onderwijs in de USSR, de opleiding van natuurkundigen met profilering op het gebied van materiaalkunde voor zonne-energie in het kader van de specialiteit "Physics of Metals" begon. Hiermee werd de basis gelegd voor de oprichting in 1988 van de afstudeerafdeling “Physical Materials Science for Electronics and Solar Energy” (FMEG). De afdeling FMEG in samenwerking met het Research Institute of Instrument Engineering Technology (Kharkov) in het kader van het ruimteprogramma van Oekraïne nam deel aan de creatie van siliciumzonnecellen met efficiëntie. 13 - 14% voor Oekraïens ruimtevaartuig.

Sinds 1994 is de afdeling FMEG, met de steun van de Universiteit van Stuttgart en de Europese Gemeenschap, evenals de Technische Universiteit van Zürich en de Zwitserse Nationale Wetenschappelijke Vereniging, actief betrokken bij wetenschappelijk onderzoek naar de ontwikkeling van filmzonnecellen .

Classificatie en belangrijkste elementen van zonnestelsels

Zonneverwarmingssystemen zijn systemen die zonnestraling gebruiken als bron van thermische energie. Hun kenmerkende verschil met andere lais het gebruik van een speciaal element - een zonne-ontvanger, ontworpen om zonnestraling op te vangen en om te zetten in thermische energie.

Volgens de methode om zonnestraling te gebruiken, zijn zonne-verwarmingssystemen met lage temperatuur verdeeld in passief en actief.

Zonneverwarmingssystemen worden passief genoemd, waarbij het gebouw zelf of de afzonderlijke hekken (collectorgebouw, collectormuur, collectordak, enz.) Als een element dienen dat zonnestraling ontvangt en omzet in warmte (Fig. 3.4)).

Rijst. 3.4. Passief lage temperatuur zonne-energiesysteem “collector wall”: 1 – zonnestralen; 2 – doorschijnend scherm; 3 - luchtklep; 4 - verwarmde lucht; 5 - gekoelde lucht uit de kamer; 6 - eigen langgolvige warmtestraling van het wandarray; 7 - zwartstraal-ontvangend oppervlak van de muur; 8 - jaloezieën.

Zonne-lage-temperatuurverwarmingssystemen worden actief genoemd, waarbij de zonne-ontvanger een onafhankelijk afzonderlijk apparaat is dat niet gerelateerd is aan het gebouw. Actieve zonnestelsels kunnen worden onderverdeeld:

- per doel (warmwatervoorziening, verwarmingssystemen, gecombineerde systemen voor warmte- en koudevoorziening);

- per type koelvloeistof (vloeistof - water, antivries en lucht);

- naar arbeidsduur (jaarrond, seizoensgebonden);

- volgens de technische oplossing van de schema's (één-, twee-, multi-loop).

Lucht is een veelgebruikte koelvloeistof die niet bevriest over het hele bereik van bedrijfsparameters. Bij gebruik als warmtedrager is het mogelijk om verwarmingssystemen te combineren met een ventilatiesysteem. Lucht is echter een warmtedrager met een lage warmtecapaciteit, wat leidt tot een hoger metaalverbruik voor de installatie van luchtverwarmingssystemen in vergelijking met watersystemen.

Water is een warmte-intensief en algemeen verkrijgbaar koelmiddel. Bij temperaturen onder 0°C is het echter noodzakelijk antivriesvloeistoffen toe te voegen. Bovendien moet er rekening mee worden gehouden dat met zuurstof verzadigd water corrosie van pijpleidingen en apparaten veroorzaakt. Maar het verbruik van metaal in waterzonnesystemen is veel lager, wat in grote mate bijdraagt ​​aan het bredere gebruik ervan.

Seizoensgebonden zonne-energiesystemen voor warm water zijn meestal eencircuit en werken in de zomer en overgangsmaanden, tijdens perioden met een positieve buitentemperatuur. Afhankelijk van het doel van het onderhouden object en de bedrijfsomstandigheden kunnen ze een extra warmtebron hebben of juist niet.

Zonnesystemen voor het verwarmen van gebouwen zijn meestal dubbelcircuit of, meestal, multicircuit, en verschillende warmtedragers kunnen worden gebruikt voor verschillende circuits (bijvoorbeeld waterige oplossingen van antivriesvloeistoffen in een zonnecircuit, water in tussencircuits en lucht in een consumentencircuit).

Gecombineerde zonnestelsels voor het hele jaar door voor warmte- en koudevoorziening van gebouwen zijn multicircuit en bevatten een extra warmtebron in de vorm van een traditionele warmtegenerator op organische brandstof of een warmtetransformator.

Een schematisch diagram van een zonneverwarmingssysteem wordt getoond in figuur 3.5. Het omvat drie circulatiecircuits:

- het eerste circuit, bestaande uit zonnecollectoren 1, circulatiepomp 8 en vloeistofwarmtewisselaar 3;

- het tweede circuit, bestaande uit een voorraadvat 2, een circulatiepomp 8 en een warmtewisselaar 3;

- het derde circuit, bestaande uit een opslagtank 2, een circulatiepomp 8, een water-lucht-warmtewisselaar (verwarmer) 5.

Rijst. 3.5. Schematisch diagram van het zonneverwarmingssysteem: 1 - zonnecollector; 2 - opslagtank; 3 - warmtewisselaar; 4 - gebouw; 5 - verwarming; 6 - understudy van het verwarmingssysteem; 7 - back-upsysteem van warmwatervoorziening; 8 - circulatiepomp; 9 - ventilator.

Het zonnesysteem werkt als volgt. Het koelmiddel (antivries) van het warmteontvangende circuit, dat wordt verwarmd in de zonnecollectoren 1, komt de warmtewisselaar 3 binnen, waar de warmte van het antivriesmiddel wordt overgedragen aan het water dat circuleert in de ringvormige ruimte van de warmtewisselaar 3 onder de werking van de pomp 8 van het secundaire circuit. Het verwarmde water komt de voorraadtank 2 binnen. Water wordt door de warmwatervoorzieningspomp 8 uit de opslagtank gehaald, zo nodig op de gewenste temperatuur gebracht in de verdubbelaar 7 en komt in de warmwatervoorziening van het gebouw. De voorraadtank wordt gevoed vanuit de waterleiding.

Voor verwarming wordt water uit de opslagtank 2 door de pomp van het derde circuit 8 aan de verwarming 5 toegevoerd, waardoor lucht wordt geleid door middel van een ventilator 9 en, na te zijn opgewarmd, het gebouw 4 binnenkomt. zonnestraling of een gebrek aan opgewekte thermische energie zonnecollectoren, de verdubbelaar 6 is bij het werk inbegrepen.

De keuze en indeling van de elementen van het zonneverwarmingssysteem wordt in elk geval bepaald door klimatologische factoren, het doel van het object, de wijze van warmteverbruik en economische indicatoren.

Zonne-ontvangers concentreren

Concentrerende zonne-ontvangers zijn bolvormige of parabolische spiegels (Fig. 3.6), gemaakt van gepolijst metaal, in het brandpunt waarvan een warmte-ontvangend element (zonneboiler) is geplaatst, waardoor het koelmiddel circuleert. Als warmtedrager worden water of niet-bevriezende vloeistoffen gebruikt. Bij gebruik van water als warmtedrager 's nachts en tijdens een koude periode moet het systeem geleegd worden om bevriezing te voorkomen.

Om de hoge efficiëntie van het proces van het opvangen en omzetten van zonnestraling te garanderen, moet de concentrerende zonne-ontvanger constant strikt op de zon worden gericht. Voor dit doel is de zonne-ontvanger uitgerust met een volgsysteem dat een richtingsensor naar de zon bevat, de elektronische eenheid signaalomzetting, een elektromotor met een versnellingsbak voor het roteren van de zonne-ontvangerstructuur in twee vlakken.

Het voordeel van systemen met concentrerende zonnecollectoren is de mogelijkheid om op relatief hoge temperatuur (tot 100 °C) warmte en zelfs stoom op te wekken. De nadelen zijn de hoge bouwkosten; de noodzaak van constante reiniging van reflecterende oppervlakken van stof; werk alleen overdag en daarom zijn er grote batterijen nodig; hoog energieverbruik voor de aandrijving van het volgsysteem voor de baan van de zon, evenredig met de opgewekte energie. Deze tekortkomingen belemmeren het wijdverbreide gebruik van actieve lagetemperatuur-zonneverwarmingssystemen met concentrerende zonne-ontvangers. Onlangs worden platte zonne-ontvangers het vaakst gebruikt voor laop zonne-energie.

Platte zonnecollectoren

Vlakke plaat zonnecollector - een apparaat met een vlak absorberend paneel en vlakke transparante isolatie om de energie van zonnestraling te absorberen en om te zetten in warmte.

Vlakke plaat zonnecollectoren (Fig. 3.7) bestaan ​​uit een glazen of kunststof afdekking (enkel, dubbel, driedubbel), een warmteabsorberend paneel aan de zongerichte zijde, isolatie aan de achterzijde en een behuizing (metaal, kunststof, glas , houten).

Als warmte-ontvangend paneel kunt u elke metalen of plastic plaat met kanalen voor de koelvloeistof gebruiken. Warmte-ontvangende panelen zijn gemaakt van aluminium of staal van twee soorten: plaatbuis en gestempelde panelen (buis in plaat). Kunststof panelen als gevolg van kwetsbaarheid en snelle veroudering onder invloed van zonlicht, evenals vanwege de lage thermische geleidbaarheid, worden niet veel gebruikt.

Rijst. 3.6 Concentrerende zonne-ontvangers: a - parabolische concentrator; b – parabolische trogconcentrator; 1 - zonnestralen; 2 - warmteontvangend element (zonnecollector); 3 - spiegel; 4 – volgsysteem aandrijfmechanisme; 5 - pijpleidingen die de koelvloeistof aan- en afvoeren.

Rijst. 3.7. Platte zonnecollector: 1 - zonnestralen; 2 - beglazing; 3 - lichaam; 4 - warmteopnemend oppervlak; 5 - thermische isolatie; 6 - afdichtmiddel; 7 - eigen langgolvige straling van de warmteontvangende plaat.

Onder invloed van zonnestraling worden warmteontvangende panelen verwarmd tot temperaturen van 70-80 °C, die hoger zijn dan de omgevingstemperatuur, wat leidt tot een toename van de convectieve warmteoverdracht van het paneel naar de omgeving en zijn eigen straling naar de lucht. Om hogere koelvloeistoftemperaturen te bereiken, is het oppervlak van de plaat bedekt met spectraal selectieve lagen die actief kortegolfstraling van de zon absorberen en de eigen thermische straling in het langegolfgedeelte van het spectrum verminderen. Dergelijke ontwerpen op basis van "zwart nikkel", "zwart chroom", koperoxide op aluminium, koperoxide op koper en andere zijn duur (de kosten ervan zijn vaak evenredig met de kosten van het warmteontvangende paneel zelf). Een andere manier om de prestaties van vlakke plaatcollectoren te verbeteren, is door een vacuüm te creëren tussen het warmteabsorberende paneel en de transparante isolatie om warmteverlies te verminderen (vierde generatie zonnecollectoren).

De ervaring met het exploiteren van zonne-installaties op basis van zonnecollectoren heeft een aantal belangrijke nadelen van dergelijke systemen aan het licht gebracht. Allereerst zijn dit de hoge kosten van verzamelaars. Het verhogen van de efficiëntie van hun werk door selectieve coatings, het vergroten van de transparantie van beglazing, evacuatie en het apparaat van het koelsysteem blijken economisch onrendabel te zijn. Een belangrijk nadeel is de noodzaak van frequente reiniging van glas van stof, wat het gebruik van een collector in industriële gebieden praktisch uitsluit. Bij langdurig gebruik van zonnecollectoren, vooral in winterse omstandigheden, is er een frequent falen van deze vanwege de ongelijke uitzetting van verlichte en donkere delen van het glas als gevolg van schending van de integriteit van de beglazing. Er is ook een groot percentage collectorstoringen tijdens transport en installatie. Een belangrijk nadeel van de systemen met collectoren is ook de ongelijke belasting gedurende het jaar en de dag. De ervaring met het gebruik van collectoren in de omstandigheden van Europa en het Europese deel van Rusland met een hoog aandeel diffuse straling (tot 50%) toonde de onmogelijkheid om het hele jaar door een autonoom systeem van warmwatervoorziening en verwarming te creëren. Alle zonnesystemen met zonnecollectoren op de middelste breedtegraden vereisen de installatie van grote opslagtanks en de opname van een extra energiebron in het systeem, wat het economische effect van het gebruik ervan vermindert. In dit opzicht is het het meest geschikt om ze te gebruiken in gebieden met een hoge gemiddelde intensiteit van zonnestraling (niet lager dan 300 W/m2).