Việc sử dụng hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời càng tốt. Hướng dẫn tính toán và thiết kế hệ thống sưởi năng lượng mặt trời

19.10.2019

Hệ thống sưởi ấm được chia như sau: thụ động (xem Chương 5); hoạt động, chủ yếu sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời và bể chứa chất lỏng; kết hợp.

Hệ thống sưởi ấm không khí đã trở nên phổ biến ở nước ngoài, nơi các công trình xây dựng hoặc nền đá đặc biệt bên dưới được sử dụng làm pin. Ở nước ta, Viện Kỹ thuật Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học UzSSR và TbilZNIIEP đang làm việc theo hướng này, nhưng kết quả của công việc rõ ràng là chưa đủ và chưa có giải pháp vững chắc nào được tạo ra, mặc dù về mặt lý thuyết, hệ thống không khí hiệu quả hơn so với các hệ thống không khí khác. hệ thống chất lỏng, trong đó bản thân hệ thống sưởi là bức xạ nhiệt độ thấp hoặc nhiệt độ cao với các thiết bị sưởi thông thường. Ở nước ta, các tòa nhà có hệ thống chất lỏngđược phát triển bởi IVTAN, Viện Kỹ thuật Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học UzSSR, TashZNIIEP, TbilZNIIEP, KievZNIIEP và vân vân. và trong một số trường hợp được dựng lên.

Một lượng lớn thông tin về hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời đang hoạt động được đưa ra trong một cuốn sách xuất bản năm 1980. Phần sau đây mô tả hai tòa nhà dân cư riêng lẻ do KievZNIIEP phát triển, được xây dựng và thử nghiệm với hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời tự động: với hệ thống sưởi bức xạ nhiệt độ thấp (tòa nhà dân cư ở làng Kolesnoe, vùng Odessa) và với máy bơm nhiệt (tòa nhà dân cư ở làng Bucuria, Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Xô viết Moldavian).

Khi phát triển một hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời tòa nhà dân cư ở Kolesnoye, một số thay đổi đã được thực hiện đối với phần kiến trúc và xây dựng của ngôi nhà (dự án UkrNIIPgrazhdanselskstroy), nhằm mục đích điều chỉnh nó cho phù hợp với yêu cầu sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời: sử dụng khối xây hiệu quả với khả năng cách nhiệt cho các bức tường bên ngoài và kính ba lớp cửa sổ mở; cuộn dây hệ thống sưởi ấm được kết hợp với trần nhà; một tầng hầm được cung cấp để đặt thiết bị; Việc cách nhiệt bổ sung cho tầng áp mái và thu hồi nhiệt khí thải đã được thực hiện.

Về mặt bố trí kiến trúc, ngôi nhà được thiết kế theo hai tầng. Tầng trệt có mặt tiền, phòng sinh hoạt chung, phòng ngủ, bếp, phòng tắm và kho chứa đồ, tầng 2 có hai phòng ngủ và một phòng tắm, có bếp điện để nấu ăn. Thiết bị của hệ thống sưởi năng lượng mặt trời (trừ bộ thu) được đặt ở tầng hầm; Hệ thống được hỗ trợ bởi các máy nước nóng điện, cho phép cung cấp một nguồn năng lượng duy nhất vào tòa nhà và cải thiện chất lượng tiện nghi của nhà ở.

Hệ thống sưởi ấm năng lượng mặt trời cho một tòa nhà dân cư (Hình 4.1) bao gồm Từ ba mạch: tuần hoàn nhận nhiệt Và mạch cấp nước nóng và sưởi ấm. Đầu tiên trong số họ bao gồm máy nước nóng năng lượng mặt trời, cuộn trao đổi nhiệt của bể chứa, bơm tuần hoàn và một bộ trao đổi nhiệt “ống trong ống” để vận hành hệ thống trong thời gian mùa hèở chế độ tuần hoàn tự nhiên. Thiết bị được kết nối bằng hệ thống đường ống với các phụ kiện, thiết bị đo đạc và thiết bị tự động hóa. Bể chứa có dung tích 16 m3 chứa bộ trao đổi nhiệt dạng cuộn hai phần có diện tích bề mặt 4,6 m2 cho chất làm mát mạch tuần hoàn và bộ trao đổi nhiệt một phần có diện tích bề mặt 1,2 m2 cho phần nóng. hệ thống cấp nước. Công suất nhiệt của bể có nhiệt độ nước +45 ° C cung cấp yêu cầu sưởi ấm trong ba ngày cho một tòa nhà dân cư. Một bộ trao đổi nhiệt “ống trong ống” có diện tích bề mặt 1,25 m2 được đặt dưới sườn mái nhà.

Mạch sưởi bao gồm hai phần được nối nối tiếp: một phần bức xạ với các tấm gia nhiệt dòng chảy đảm bảo hệ thống hoạt động ở chế độ cơ bản với chênh lệch nhiệt độ nước là 45 ... 35 ° C và một ống đơn thẳng đứng có Bộ đối lưu loại “thoải mái” cung cấp khả năng sưởi ấm cho tải hệ thống tối đa với chênh lệch nhiệt độ nước là 75 ... 70 ° C. Các cuộn ống của tấm sưởi được nhúng vào lớp thạch cao và lớp hoàn thiện của tấm lõi rỗng tròn trần nhà. Bộ đối lưu được cài đặt dưới cửa sổ. Tuần hoàn trong hệ thống sưởi ấm được kích thích. Việc làm nóng nước cao điểm được thực hiện bằng máy nước nóng chạy điện EPV-2 có công suất 10 kW; nó cũng phục vụ như một bản sao lưu cho hệ thống sưởi ấm.

Mạch cấp nước nóng bao gồm một bộ trao đổi nhiệt được tích hợp trong bể chứa và một máy nước nóng điện tức thời thứ hai như một hệ thống gần gũi và dự phòng hơn.

Trong thời gian gia nhiệt, nhiệt từ các bộ thu nhiệt được truyền bằng chất làm mát (dung dịch ethylene glycol 45%) sang nước trong bể chứa, chất này được bơm dẫn đến cuộn dây của tấm sưởi, sau đó quay trở lại bể chứa. .

Nhiệt độ không khí cần thiết trong nhà được duy trì bởi bộ điều chỉnh tự động RPT-2 bằng cách bật và tắt máy nước nóng điện trong phần đối lưu của hệ thống sưởi.

Vào mùa hè, hệ thống đáp ứng nhu cầu cung cấp nước nóng từ bộ trao đổi nhiệt “ống trong ống” với sự tuần hoàn tự nhiên của chất làm mát trong mạch nhận nhiệt. Việc chuyển đổi sang lưu thông khuyến khích được thực hiện bằng bộ điều chỉnh vi sai điện tử RPT-2.

Hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời cho một tòa nhà dân cư bốn phòng trong làng. Bucuria của Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Moldavian được thiết kế bởi Viện Moldgiprograzhdanselstroy dưới sự giám sát khoa học của KievZNIIEP.

Tòa nhà dân cư thuộc loại gác mái. Tầng trệt có phòng sinh hoạt chung, bếp, phòng giặt, phòng tiện ích, tầng 2 có 3 phòng ngủ. Tầng hầm có gara và hầm để lắp đặt hệ thống sưởi năng lượng mặt trời. Ngôi nhà được kết nối với một tòa nhà phụ, bao gồm nhà bếp mùa hè, vòi sen, nhà kho, kho và xưởng.

Hệ thống sưởi ấm năng lượng mặt trời tự động (Hình 2). 4.2) là hệ thống lắp đặt máy bơm nhiệt năng lượng mặt trời kết hợp được thiết kế để cung cấp nhu cầu sưởi ấm (tổn thất nhiệt tính toán của ngôi nhà là 11 kW) và cung cấp nước nóng quanh năm. Việc thiếu nhiệt mặt trời và nhiệt từ máy nén của hệ thống bơm nhiệt được bù đắp bằng hệ thống sưởi điện. Hệ thống bao gồm bốn mạch: mạch tuần hoàn nhận nhiệt, mạch bơm nhiệt, hệ thống sưởi và cung cấp nước nóng.

Các thiết bị của mạch thu nhiệt bao gồm bộ thu năng lượng mặt trời, bộ trao đổi nhiệt “ống trong ống” và bể chứa có dung tích 16 m3 với bộ trao đổi nhiệt tích hợp có diện tích bề mặt 6 m2. Các bộ thu năng lượng mặt trời do KievZNIIEP thiết kế với kính hai lớp có tổng diện tích 70 m2 được đặt trong khung ở sườn phía nam của mái nhà ở góc 55° so với đường chân trời. 45 được sử dụng làm chất làm mát % dung dịch nước ethylene glycol. Bộ trao đổi nhiệt được đặt dưới sườn mái, phần còn lại của thiết bị được đặt ở tầng hầm của ngôi nhà.

Bộ làm lạnh máy nén-ngưng tụ AK1-9 có công suất nhiệt 11,5 kW và mức tiêu thụ điện năng 4,5 kW đóng vai trò là bộ phận bơm nhiệt. Tác nhân làm việc của việc lắp đặt bơm nhiệt là freon-12. Máy nén là máy nén piston không bịt kín, thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi là dạng vỏ và ống làm mát bằng nước.

Thiết bị mạch sưởi ấm bao gồm một máy bơm tuần hoàn, thiết bị sưởi ấm Máy nước nóng tức thời loại "Comfort" EPV-2 như một thiết bị gần gũi và dự phòng hơn. Thiết bị của mạch cấp nước nóng bao gồm máy nước nóng điện dung (0,4 m3) loại STD có bề mặt trao đổi nhiệt 0,47 m2 và máy sưởi điện cuối BAS-10/M 4-04 có công suất 1 kW. Bơm tuần hoàn tất cả các mạch - loại TsVT, không kín, thẳng đứng, độ ồn thấp, không nền móng.

Hệ thống hoạt động như sau. Chất làm mát truyền nhiệt từ bộ thu vào nước trong bể chứa và freon trong thiết bị bay hơi của bơm nhiệt. Freon hơi, sau khi bị nén trong máy nén, ngưng tụ trong bình ngưng, do đó làm nóng nước trong hệ thống sưởi và nước máy trong hệ thống cấp nước nóng.

Với sự vắng mặt bức xạ năng lượng mặt trời và khi nhiệt lượng dự trữ trong bể chứa bị tiêu hao, bộ phận bơm nhiệt sẽ tắt và ngôi nhà được cung cấp nhiệt hoàn toàn từ máy nước nóng điện (nồi hơi điện). Vào mùa đông, hệ thống bơm nhiệt chỉ hoạt động ở mức nhất định. nhiệt độ âm không khí bên ngoài (không thấp hơn -7°C) để tránh đóng băng nước trong bể chứa. Vào mùa hè, hệ thống cấp nước nóng được cung cấp nhiệt chủ yếu thông qua sự tuần hoàn tự nhiên của chất làm mát thông qua bộ trao đổi nhiệt “ống trong ống”. Là kết quả của việc thực hiện chế độ khác nhau vận hành, lắp đặt bơm nhiệt năng lượng mặt trời kết hợp cho phép tiết kiệm nhiệt khoảng 40 GJ/năm (kết quả vận hành các lắp đặt này được trình bày ở Chương 8).

Sự kết hợp giữa năng lượng mặt trời và bơm nhiệt còn được thể hiện trong thiết bị kỹ thuật do TsNIIEP phát triển

Cơm. 4.3. Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiệt ở Gelendzhik

1 - bộ thu năng lượng mặt trời; 2 - hâm nóng bộ trao đổi nhiệt bằng chất làm mát từ mạch ngưng tụ bơm nhiệt; 3 - hâm nóng bộ trao đổi nhiệt với chất làm mát từ mạng lưới sưởi ấm; 4 - bơm mạch ngưng tụ; 5 - Bơm nhiệt; 6 - bơm mạch bay hơi; 7 - bộ trao đổi nhiệt để làm nóng (làm mát) nước trong mạch bay hơi (bình ngưng); 8 - Bộ trao đổi nhiệt để sưởi ấm nguồn nước (thô); 9 - máy bơm nước nóng; 10 - Bình ắc quy; 11 - bộ trao đổi nhiệt mạch năng lượng mặt trời; 12 - bơm mạch năng lượng mặt trời

Dự án cung cấp nhiệt cho khu phức hợp khách sạn "Bãi biển thân thiện" ở Gelendzhik (Hình 4.3).

Cơ sở lắp đặt bơm nhiệt năng lượng mặt trời bao gồm: bộ thu năng lượng mặt trời phẳng với tổng diện tích 690 m2 và ba bộ thu năng lượng mặt trời được sản xuất hàng loạt. máy lạnh MKT 220-2-0, hoạt động ở chế độ bơm nhiệt. Sản lượng nhiệt hàng năm ước tính là khoảng 21.000 GJ, bao gồm 1.470 GJ từ việc lắp đặt năng lượng mặt trời.

Nước biển là nguồn nhiệt cấp thấp cho máy bơm nhiệt. Để đảm bảo hoạt động không bị ăn mòn và không có cặn của các bề mặt gia nhiệt của bộ thu gom, đường ống và bình ngưng, chúng được đổ đầy nước làm mềm và khử khí từ mạng lưới sưởi ấm. So với sơ đồ cung cấp nhiệt truyền thống từ lò hơi, sự tham gia của các nguồn nhiệt phi truyền thống là

Mặt trời và nước biển, cho phép bạn tiết kiệm khoảng 500 tấn thông thường. nhiên liệu/năm

Một ví dụ điển hình khác về việc sử dụng các nguồn năng lượng mới là dự án cung cấp nhiệt cho trang viên với sự trợ giúp của

Lắp đặt máy bơm nhiệt năng lượng mặt trời. Dự án cung cấp sự đáp ứng đầy đủ quanh năm về nhu cầu sưởi ấm và cung cấp nước nóng của một ngôi nhà kiểu mansard với diện tích sinh hoạt 55 m2. Nguồn nhiệt cấp thấp cho bơm nhiệt là đất. Hiệu quả kinh tế ước tính từ việc giới thiệu hệ thống ít nhất là 300 rúp. mỗi căn hộ so với phương án cung cấp nhiệt truyền thống từ thiết bị nhiên liệu rắn.

BỘ NĂNG LƯỢNG VÀ ĐIỆN TỬ Liên Xô

PHÒNG KHOA HỌC KỸ THUẬT CHÍNH
NĂNG LƯỢNG VÀ ĐIỆN TỬ

HƯỚNG DẪN PHƯƠNG PHÁP
ĐỂ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
HỆ THỐNG SƯỞI MẶT TRỜI

RD 34.20.115-89

DỊCH VỤ TUYỆT VỜI CHO SOYUZTEKHENERGO

Mátxcơva 1990

ĐÃ PHÁT TRIỂN Huân chương Cờ đỏ Nhà nước của Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Điện Lao động. G.M. Krzhizhanovsky

NGƯỜI BIỂU TƯỢNG M.N. EGAI, O.M. KORSHUNOV, A.S. LEONOVICH, V.V. NUSHTAYKIN, V.K. RYBALKO, B.V. TARNIZHEVSKY, V.G. BULYCHEV

TÁN THÀNH Tổng cục Khoa học kỹ thuật Năng lượng và Điện khí hóa 07/12/89

Trưởng V.I. tin đồn

Thời hạn hiệu lực được thiết lập

từ 01.01.90

cho đến 01.01.92

Hướng dẫn này thiết lập quy trình thực hiện tính toán và đưa ra các khuyến nghị cho việc thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời cho các tòa nhà và công trình dân dụng, công cộng và công nghiệp.

Hướng dẫn này dành cho các nhà thiết kế và kỹ sư tham gia vào việc phát triển hệ thống cung cấp nước nóng và sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời.

. CÁC QUY ĐỊNH CHUNG

ở đâu - tỷ trọng trong tổng tải nhiệt trung bình hàng năm do năng lượng mặt trời cung cấp;

ở đâu F - diện tích bề mặt của SC, m2.

trong đó H là tổng bức xạ mặt trời trung bình hàng năm trên bề mặt nằm ngang, kWh/m2 ; nằm từ ứng dụng;

một, b - các thông số xác định từ phương trình () và ()

ở đâu r - đặc tính cách nhiệt của lớp vỏ công trình ở một giá trị cố định của tải DHW, là tỷ số giữa tải sưởi ấm hàng ngày ở nhiệt độ không khí bên ngoài 0 °C với tải DHW hàng ngày. Nhiều hơn r , tỷ lệ tải sưởi ấm càng lớn so với tỷ lệ tải DHW và thiết kế tòa nhà càng kém hoàn hảo về mặt tổn thất nhiệt; r = 0 chỉ được tính đến hệ thống DHW. Tính chất được xác định theo công thức

trong đó λ là tổn thất nhiệt riêng của tòa nhà, W/(m 3 °C);

tôi - số giờ trong ngày;

k - tỷ lệ trao đổi không khí thông gió, 1/ngày;

ρ trong - mật độ không khí ở 0°C, kg/m3;

f - tỷ lệ thay thế, xấp xỉ lấy từ 0,2 đến 0,4.

Các giá trị λ, k, V, t in, s đặt ra khi thiết kế SST.

Giá trị hệ số α cho bộ thu năng lượng mặt trời Loại II và III

Giá trị hệ số
α 1	α 2	α 3	α 4	α 5	α 6	α 7	α 8	α 9
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

Giá trị hệ số β cho bộ thu năng lượng mặt trời Loại II và III

Giá trị hệ số
β 1	β 2	β 3	β 4	5	β6	7	8	β 9
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

Giá trị của hệ số a và blà từ bảng. .

Giá trị của các hệ số a và b tùy thuộc vào loại bộ thu năng lượng mặt trời

	Giá trị hệ số

		0,75
		0,80

khí ở đâu - công suất sưởi ấm cụ thể hàng năm của SGVS ở các giá trị f khác 0,5;

∆q - thay đổi sản lượng nhiệt riêng hàng năm của SGVS, %.

Thay đổi sản lượng nhiệt riêng hàng năm∆q từ lượng bức xạ mặt trời hấp thụ hàng năm trên bề mặt nằm ngang H và hệ số f

. KIẾN NGHỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG SƯỞI MẶT TRỜI trong đó З с - chi phí giảm cụ thể trên một đơn vị năng lượng nhiệt được tạo ra SST, rub./GJ; Zb - chi phí giảm cụ thể trên một đơn vị nhiệt năng được tạo ra bởi hệ thống lắp đặt cơ bản, rub./GJ. ở đâu C c - giảm chi phí thuế TTĐB và chi phí dự phòng, rub./năm; trong đó k c - chi phí vốn cho thuế TTĐB, rúp.; k in - chi phí vốn cho việc dự phòng, chà.; E n - hệ số chuẩn so sánh hiệu quả đầu tư vốn (0,1); E s là phần chi phí vận hành từ chi phí vốn của thuế TTĐB; E in - phần chi phí vận hành từ chi phí vốn dự phòng; C là chi phí của một đơn vị nhiệt năng được tạo ra bởi dự phòng, rub./GJ; N d - lượng nhiệt năng được tạo ra từ dự phòng trong năm, GJ; k e - tác dụng giảm thiểu ô nhiễm môi trường, chà.; kn - hiệu ứng xã hội từ việc tiết kiệm tiền lương của nhân viên phục vụ dự phòng, chà. Chi phí giảm cụ thể được xác định theo công thức trong đó C b - giảm chi phí cho việc lắp đặt cơ bản, rub./năm;	Định nghĩa của thuật ngữ
	đâu thu mặt trơi	Thiết bị thu bức xạ mặt trời và chuyển đổi thành nhiệt năng và các dạng năng lượng khác
Sản lượng sưởi ấm hàng giờ (hàng ngày, hàng tháng, v.v.)	Lượng năng lượng nhiệt được loại bỏ khỏi bộ thu mỗi giờ (ngày, tháng, v.v.) hoạt động
Bộ thu năng lượng mặt trời phẳng	Bộ thu năng lượng mặt trời không tập trung với bộ phận hấp thụ có cấu hình phẳng (chẳng hạn như “ống trong tấm”, chỉ từ đường ống, v.v.) và lớp cách nhiệt phẳng trong suốt
Diện tích bề mặt nhận nhiệt	Diện tích bề mặt của phần tử hấp thụ được chiếu sáng bởi mặt trời trong điều kiện tia tới bình thường
Hệ số tổn thất nhiệt qua lớp cách nhiệt trong suốt (đáy, thành bên của bộ thu)	Nhiệt truyền vào môi trường thông qua lớp cách nhiệt trong suốt (đáy, thành bên của bộ thu), trên một đơn vị diện tích bề mặt nhận nhiệt, với chênh lệch nhiệt độ trung bình của bộ phận hấp thụ và không khí bên ngoài là 1 ° C
Tiêu thụ cụ thể chất làm mát trong bộ thu năng lượng mặt trời phẳng	Lưu lượng chất làm mát trong bộ thu trên một đơn vị diện tích bề mặt nhận nhiệt
yếu tố hiệu quả	Giá trị đặc trưng cho hiệu suất truyền nhiệt từ bề mặt của phần tử hấp thụ đến chất làm mát và bằng tỷ lệ giữa nhiệt lượng tỏa ra thực tế và lượng nhiệt tỏa ra, với điều kiện là tất cả nhiệt trở của quá trình truyền nhiệt từ bề mặt của phần tử hấp thụ đến chất làm mát. chất làm mát bằng không
Độ đen bề mặt	Tỷ số giữa cường độ bức xạ bề mặt và cường độ bức xạ vật đen ở cùng nhiệt độ
Độ truyền kính	Tỷ lệ bức xạ mặt trời (hồng ngoại, nhìn thấy) tới bề mặt cách điện trong suốt được truyền qua cách điện trong suốt
Học việc	Một nguồn năng lượng nhiệt truyền thống cung cấp khả năng bao phủ một phần hoặc toàn bộ tải nhiệt và hoạt động kết hợp với hệ thống sưởi bằng năng lượng mặt trời
Hệ thống sưởi năng lượng mặt trời	Một hệ thống bao gồm tải sưởi ấm và nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời

Phụ lục 2

Đặc tính nhiệt của bộ thu năng lượng mặt trời

	Loại sưu tập

Tổng hệ số tổn thất nhiệt U L, W/(m2°C)
Khả năng hấp thụ của bề mặt nhận nhiệt α	0,95	0,90	0,95
Mức độ phát xạ của bề mặt hấp thụ trong khoảng nhiệt độ hoạt động của bộ thu ε	0,95	0,10	0,95
Độ truyền qua kính τ p	0,87	0,87	0,72
yếu tố hiệu quả F R	0,91	0,93	0,95
Nhiệt độ nước làm mát tối đa, ° C
Lưu ý, tôi - bộ thu không chọn lọc bằng kính đơn; II - bộ thu chọn lọc một kính; III - Bộ thu không chọn lọc hai kính.

Phụ lục 3

Đặc tính kỹ thuật của bộ thu năng lượng mặt trời

	nhà chế tạo
	Nhà máy thiết bị sưởi ấm Bratsk	Spetsgelioteplomontazh GSSR	KievZNIIEP	Nhà máy thiết bị năng lượng mặt trời Bukhara
Chiều dài, mm	1530	1000 - 3000	1624	1100
Chiều rộng, mm			1008
Chiều cao, mm		70 - 100
Trọng lượng, kg	50,5	30 - 50
Bề mặt nhận nhiệt, m		0,6 - 1,5		0,62
Áp suất làm việc, MPa		0,2 - 0,6

Phụ lục 4

Đặc tính kỹ thuật của bộ trao đổi nhiệt dòng chảy TT

	Đường kính ngoài/trong, mm		Vùng chảy		Bề mặt gia nhiệt của một phần, m 2	Chiều dài phần, mm	Trọng lượng một phần, kg
	Đường kính ngoài/trong, mm		bên trong ống,cm2	kênh hình khuyên, cm 2
	bên trong ống	ống ngoài	bên trong ống,cm2	kênh hình khuyên, cm 2
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

Phụ lục 5

Tổng lượng bức xạ mặt trời đến hàng năm trên bề mặt nằm ngang (N), kW h/m 2


Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Azerbaijan
Baku	1378
Kirovobad	1426
Mingachevir	1426
Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Armenia
Yerevan	1701
Lênin	1681
Sevan	1732
Nakhchivan	1783
Cộng hoà Xã hội chủ nghĩa Xô viết Gruzia
Telavi	1498
Tbilisi	1396
Tskhakaya	1365
Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Kazakhstan
Almaty	1447
Guryev	1569
Pháo đài Shevchenko	1437
Dzhezkazgan	1508
Ak-Kum	1773
biển Aral	1630
Birsa-Kelmes	1569
Kustanay	1212
Semipalatinsk	1437
Dzhanybek	1304
Kolmykovo	1406
Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Kirghiz
Frunze	1538
Tiên Sơn	1915
RSFSR
vùng Altai
Blagoveshchenka	1284
vùng Astrakhan
Astrakhan	1365
Vùng Volgograd
Volgograd	1314
vùng Voronezh
Voronezh	1039
Thảo nguyên đá	1111
vùng Krasnodar
Sochi	1365
vùng Kuibyshev
Kuibyshev	1172
vùng Kursk
Vòng cung Kursk	1029
Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Moldavia
Kishinev	1304
vùng Orenburg
Buzuluk	1162
Vùng Rostov
Tsimlyansk	1284
Người khổng lồ	1314
vùng Saratov
Ershov	1263
Saratov	1233
vùng Stavropol
tinh chất	1294
Cộng hoà Xã hội chủ nghĩa Xô viết Uzbekistan
Samarkand	1661
Tamdybulak	1752
takhnatash	1681
Tashkent	1559
Termez	1844
Fergana	1671
churuk	1610
Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Tajik
Dushanbe	1752
Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Turkmenistan
Ak-Molla	1834
Ashgabat	1722
Hasan-Kuli	1783
Kara-Bogaz-Gol	1671
Chardzhou	1885
Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Xô viết Ukraine
vùng Kherson
Kherson	1335
Askania Nova	1335
vùng Sumy
Konotop	1080
vùng Poltava
Poltava	1100
vùng Volyn
Kovel	1070
vùng Donetsk
Donetsk	1233
Vùng xuyên qua
Beregovo	1202
vùng Kiev
Kiev	1141
Vùng Kirovograd
Znamenka	1161
vùng Crimea
Evpatoria	1386
Karadag	1426
vùng 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
Điểm sôi, °C	106,0	110,0	107,5	105,0	113,0
Độ nhớt, 10 -3 Pa·s:
ở nhiệt độ 5°C		5,15		6,38
ở nhiệt độ 20°C					7,65
ở nhiệt độ -40°C	7,75	35,3		28,45
Mật độ, kg/m 3				1077	1483 - 1490
Nhiệt dung kJ/(m3°C):
ở nhiệt độ 5°C	3900	3524
ở nhiệt độ 20°C				3340	3486
Ăn mòn	Mạnh	Trung bình	Yếu đuối	Yếu đuối	Mạnh
Độc tính	KHÔNG	Trung bình	KHÔNG	Yếu đuối	KHÔNG

Ghi chú e. Chất làm mát dựa trên kali cacbonat có thành phần sau (phần khối lượng):

Công thức 1 Công thức 2

Kali cacbonat, 1,5-nước 51,6 42,9

Natri photphat, 12-hydrat 4,3 3,57

Natri silicat, 9-hydrat 2,6 2,16

Natri tetraborat, 10-hydrat 2,0 1,66

Fluoreszoin 0,01 0,01

Nước Lên đến 100 Lên đến 100

Sự miêu tả:

Điều đặc biệt quan trọng khi thiết kế các địa điểm tổ chức Olympic ở Sochi là việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường và trước hết là năng lượng bức xạ mặt trời. Về vấn đề này, kinh nghiệm phát triển và triển khai hệ thống sưởi năng lượng mặt trời thụ động trong các tòa nhà dân cư và công cộng ở tỉnh Liêu Ninh (Trung Quốc) sẽ rất đáng quan tâm, vì vị trí địa lý và điều kiện khí hậu phần này của Trung Quốc có thể so sánh với những đặc điểm tương tự của Sochi.

Kinh nghiệm của Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa

Triệu Kim Lăng, Bằng tiến sĩ. tech. Khoa học, Đại học Bách khoa Đại Liên (PRC), thực tập sinh tại Khoa Hệ thống Nhiệt điện Công nghiệp,

A. Ya. Shelginsky, Tiến sĩ Khoa học Kỹ thuật khoa học, giáo sư, khoa học. Giám đốc, MPEI (TU), Moscow

Điều đặc biệt quan trọng khi thiết kế các địa điểm tổ chức Olympic ở Sochi là việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường và trước hết là năng lượng bức xạ mặt trời. Về vấn đề này, kinh nghiệm phát triển và triển khai hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời thụ động trong các tòa nhà dân cư và công cộng ở tỉnh Liêu Ninh (Trung Quốc) sẽ rất đáng quan tâm vì vị trí địa lý và điều kiện khí hậu của khu vực này của Trung Quốc tương đương với Sochi.

Việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (RES) cho các hệ thống cung cấp nhiệt hiện nay là phù hợp và rất hứa hẹn, tùy thuộc vào cách tiếp cận phù hợp với vấn đề này, vì các nguồn năng lượng truyền thống (dầu, khí đốt, v.v.) không phải là vô hạn. Về vấn đề này, nhiều quốc gia, trong đó có Trung Quốc, đang chuyển sang sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường, một trong số đó là sức nóng của bức xạ mặt trời.

Khả năng sử dụng hiệu quả sức nóng của bức xạ mặt trời ở Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa phụ thuộc vào khu vực, vì điều kiện khí hậu ở các vùng khác nhau của đất nước rất khác nhau: từ ôn đới lục địa (tây và bắc) với mùa hè nóng bức và mùa đông khắc nghiệt, cận nhiệt đới ở vùng miền Trung của đất nước chịu ảnh hưởng nhiệt đới gió mùa ở bờ biển và hải đảo phía Nam, được xác định bởi vị trí địa lý của lãnh thổ nơi có đối tượng (bảng).

Bàn
Phân bổ nguồn năng lượng mặt trời ở Trung Quốc

Vùng	Hàng năm khoảng thời gian sự xấc xược, h	Mặt trời sự bức xạ, MJ/(m 2 .năm)	Khu vực Trung Quốc	Các lĩnh vực liên quan ở các nước khác trên thế giới
TÔI	2 800-3 300	7 550-9 250	Tây Tạng, v.v.	Miền Bắc Pakistan và Ấn Độ
II	3 000-3 200	5 850-7 550	Hà Bắc, v.v.	Thủ đô Jakarta của Indonesia)
III	2 200-3 000	5 000-5 850	Bắc Kinh, Đại Liên, v.v.	Washington (Mỹ)
IV	1 400-2 200	4 150-5 000	Hồ Chí, Hồ Nam, v.v.	Milan (Ý), Đức, Nhật Bản
V.	1 000-1 400	3 350-4 150	Tứ Xuyên và Quý Châu	Paris (Pháp), Moscow (Nga)

Tại tỉnh Liêu Ninh, cường độ bức xạ mặt trời dao động từ 5.000 đến 5.850 MJ/m2 mỗi năm (ở Sochi - khoảng 5.000 MJ/m2 mỗi năm), giúp có thể chủ động sử dụng hệ thống sưởi và làm mát cho các tòa nhà dựa trên việc sử dụng năng lượng bức xạ mặt trời. Những hệ thống như vậy chuyển đổi nhiệt bức xạ năng lượng mặt trời và không khí ngoài trời, có thể được chia thành chủ động và thụ động.

Sử dụng hệ thống sưởi năng lượng mặt trời thụ động (PSST) tuần hoàn tự nhiên không khí nóng (Hình 1), tức là lực hấp dẫn.

Các hệ thống nhiệt mặt trời đang hoạt động (Hình 2) sử dụng các nguồn năng lượng bổ sung để đảm bảo hoạt động của nó (ví dụ như điện). Nhiệt của bức xạ mặt trời đi vào các bộ thu năng lượng mặt trời, nơi nó được tích lũy một phần và chuyển sang chất làm mát trung gian, chất này được vận chuyển và phân phối khắp cơ sở bằng máy bơm.

Có thể sử dụng các hệ thống không tiêu thụ nhiệt và lạnh, trong đó các thông số không khí trong nhà thích hợp được cung cấp mà không cần tiêu thụ thêm năng lượng do:

cách nhiệt cần thiết;
lựa chọn vật liệu xây dựng có tính chất bảo quản nhiệt, lạnh thích hợp;
sử dụng trong hệ thống bình ắc quy nóng lạnh bổ sung có đặc tính phù hợp.

Trong bộ lễ phục. Hình 3 cho thấy sơ đồ cải tiến về hoạt động của hệ thống sưởi thụ động cho một tòa nhà với các bộ phận (rèm, van) cho phép điều chỉnh chính xác hơn nhiệt độ không khí trong phòng. Ở phía nam của tòa nhà, một cái gọi là bức tường Trombe được lắp đặt, bao gồm một bức tường lớn (bê tông, gạch hoặc đá) và một vách ngăn bằng kính được lắp đặt cách bức tường bên ngoài một khoảng ngắn. Bề mặt bên ngoài của bức tường lớn được sơn bằng màu tối. Thông qua vách ngăn kính, bức tường lớn và không khí nằm giữa vách ngăn kính và bức tường lớn được làm nóng. Một bức tường lớn được làm nóng, do bức xạ và trao đổi nhiệt đối lưu, truyền nhiệt tích lũy vào phòng. Do đó, thiết kế này kết hợp các chức năng của bộ thu và bộ tích nhiệt.

Không khí nằm ở lớp giữa vách ngăn kính và tường được sử dụng làm chất làm mát để cung cấp nhiệt cho căn phòng trong thời kỳ lạnh giá và những ngày nắng. Để ngăn chặn sự mất nhiệt trong môi trường trong thời gian lạnh vào ban đêm và lượng nhiệt dư thừa vào những ngày nắng của thời kỳ ấm áp, rèm được sử dụng, giúp giảm đáng kể sự trao đổi nhiệt giữa bức tường kiên cố và môi trường bên ngoài.

Rèm được làm bằng vật liệu không dệt với lớp phủ bạc. Để đảm bảo sự lưu thông không khí cần thiết, van khí được sử dụng, được đặt ở phía trên và phần dưới bức tường đồ sộ. Điều khiển tự động hoạt động của van khí cho phép bạn duy trì dòng nhiệt vào hoặc dòng nhiệt cần thiết trong phòng được bảo trì.

Một hệ thống sưởi năng lượng mặt trời thụ động hoạt động như sau:

1. Trong thời kỳ lạnh (sưởi ấm):

ngày nắng - rèm kéo lên, van mở (Hình 3a). Điều này dẫn đến việc làm nóng bức tường lớn thông qua vách ngăn kính và làm nóng không khí nằm ở lớp giữa vách ngăn kính và tường. Nhiệt đi vào phòng từ bức tường được làm nóng và không khí được làm nóng trong lớp xen kẽ, lưu thông qua lớp xen kẽ và căn phòng dưới tác động của nó. lực hấp dẫn do sự khác biệt về mật độ không khí ở các nhiệt độ khác nhau (lưu thông tự nhiên);
đêm, buổi tối hoặc ngày nhiều mây - rèm buông xuống, các van đóng lại (Hình 3b). Sự truyền nhiệt ra môi trường bên ngoài giảm đáng kể. Nhiệt độ trong phòng được duy trì nhờ dòng nhiệt từ một bức tường lớn đã tích tụ lượng nhiệt này từ bức xạ mặt trời;

2. Vào thời kỳ ấm áp (làm mát):

ngày nắng - rèm hạ xuống, van dưới mở, van trên đóng (Hình 3c). Bức màn bảo vệ bức tường khổng lồ khỏi bị nóng từ bức xạ mặt trời. Không khí bên ngoài đi vào phòng từ phía có bóng râm của ngôi nhà và thoát ra ngoài qua lớp giữa vách ngăn kính và tường ra môi trường;
đêm, buổi tối hoặc ngày nhiều mây - rèm được kéo lên, các van phía dưới mở, các van phía trên đóng lại (Hình 3d). Không khí bên ngoài đi vào phòng từ phía đối diện của ngôi nhà và thoát ra môi trường qua lớp giữa vách ngăn kính và tường kiên cố. Bức tường được làm mát do sự trao đổi nhiệt đối lưu với không khí đi qua lớp và do sự thoát nhiệt bằng bức xạ vào môi trường. Bức tường được làm mát vào ban ngày duy trì mức độ cần thiết chế độ nhiệt độ trong phòng.

Để tính toán hệ thống sưởi năng lượng mặt trời thụ động cho các tòa nhà, các mô hình toán học về truyền nhiệt không cố định trong quá trình đối lưu tự nhiên đã được phát triển để cung cấp cho các phòng điều kiện nhiệt độ cần thiết tùy thuộc vào đặc tính nhiệt vật lý của các cấu trúc bao quanh, sự thay đổi hàng ngày của bức xạ mặt trời và nhiệt độ không khí bên ngoài.

Để xác định độ tin cậy và làm rõ các kết quả thu được ở Đại Liên Đại học Bách khoa một mô hình thử nghiệm của một tòa nhà dân cư ở Đại Liên với hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời thụ động đã được phát triển, sản xuất và nghiên cứu. Bức tường Trombe chỉ được đặt ở mặt tiền phía Nam, có van điều hòa và rèm tự động (Hình 3, ảnh).

Khi tiến hành thí nghiệm chúng tôi đã sử dụng:

trạm thời tiết nhỏ;
dụng cụ đo cường độ bức xạ mặt trời;
máy đo gió RHAT-301 để xác định tốc độ không khí trong nhà;
Nhiệt kế TR72-S và cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ phòng.

Các nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện vào các thời kỳ ấm áp, chuyển tiếp và lạnh giá trong năm dưới các điều kiện khí tượng khác nhau.

Thuật toán giải quyết vấn đề được trình bày trong Hình. 4.

Các kết quả thử nghiệm đã xác nhận độ tin cậy của các mối quan hệ được tính toán thu được và cho phép hiệu chỉnh các phụ thuộc riêng lẻ có tính đến các điều kiện biên cụ thể.

Hiện nay, có nhiều tòa nhà dân cư và trường học ở tỉnh Liêu Ninh sử dụng hệ thống sưởi ấm năng lượng mặt trời thụ động.

Phân tích các hệ thống cung cấp nhiệt năng lượng mặt trời thụ động cho thấy chúng khá hứa hẹn ở một số vùng khí hậu nhất định so với các hệ thống khác vì những lý do sau:

sự rẻ tiền;
dễ bảo trì;
độ tin cậy.

Nhược điểm của hệ thống sưởi bằng năng lượng mặt trời thụ động bao gồm thực tế là các thông số không khí trong nhà có thể khác với thông số yêu cầu (được tính toán) khi nhiệt độ không khí bên ngoài thay đổi vượt quá giới hạn được chấp nhận trong tính toán.

Để đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng tốt trong hệ thống sưởi và làm mát cho các tòa nhà với việc duy trì điều kiện nhiệt độ chính xác hơn trong giới hạn quy định, nên kết hợp hệ thống sưởi và làm mát năng lượng mặt trời thụ động và chủ động.

Về vấn đề này, cần phải nghiên cứu lý thuyết sâu hơn và thực nghiệm trên các mô hình vật lý, có tính đến các kết quả thu được trước đó.

Văn học

1. Zhao Jinling, Chen Bin, Liu Jingjun, Wang Yongxun Mô phỏng hiệu suất nhiệt động của một ngôi nhà năng lượng mặt trời thụ động được cải tiến với bức tường trombe ISES Solar word Congress, 2007, Bắc Kinh Trung Quốc, Tập 1-V: 2234–2237.

2. Zhao Jinling, Chen Bin, Chen Cuiying, Sun Yuanyuan Nghiên cứu phản ứng nhiệt động của thụ động hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời. Tạp chí Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân (Bộ mới). 2007. Tập. 14: 352–355.

Hệ thống nhiệt mặt trời

4.1. Phân loại và các yếu tố chính của hệ mặt trời

Hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời là hệ thống sử dụng bức xạ mặt trời làm nguồn năng lượng nhiệt. Sự khác biệt đặc trưng của chúng so với các hệ thống khác là sưởi ấm nhiệt độ thấp là việc sử dụng một bộ phận đặc biệt - một bộ thu năng lượng mặt trời, được thiết kế để thu bức xạ mặt trời và chuyển nó thành năng lượng nhiệt.

Theo phương pháp sử dụng bức xạ mặt trời, hệ thống sưởi ấm nhiệt độ thấp bằng năng lượng mặt trời được chia thành thụ động và chủ động.

Hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời thụ động là hệ thống trong đó bản thân tòa nhà hoặc các khu vực riêng biệt của nó (bộ thu của tòa nhà, bộ thu trên tường, bộ thu trên mái, v.v.) đóng vai trò là bộ phận nhận bức xạ mặt trời và chuyển nó thành nhiệt (Hình 4.1.1 )).

Cơm. 4.1.1 Hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời nhiệt độ thấp thụ động “bộ thu trên tường”: 1 – tia mặt trời; 2 – màn mờ; 3 – van điều tiết không khí; 4 – không khí nóng; 5 - không khí mát từ phòng; 6 - bức xạ nhiệt sóng dài của mảng tường; 7 – bề mặt tiếp nhận chùm tia màu đen của tường; 8 – rèm.

Hoạt động là các hệ thống sưởi ấm nhiệt độ thấp bằng năng lượng mặt trời, trong đó bộ thu năng lượng mặt trời là một thiết bị riêng biệt độc lập không liên quan đến tòa nhà. Các hệ thống năng lượng mặt trời đang hoạt động có thể được chia thành:

theo mục đích (cung cấp nước nóng, hệ thống sưởi ấm, hệ thống kết hợp cho mục đích cung cấp nhiệt và lạnh);

theo loại chất làm mát được sử dụng (lỏng - nước, chất chống đông và không khí);

theo thời gian làm việc (quanh năm, thời vụ);

về giải pháp kỹ thuật mạch (một, hai, nhiều mạch).

Không khí là chất làm mát được sử dụng rộng rãi, không bị đóng băng trong toàn bộ phạm vi thông số vận hành. Khi sử dụng nó làm chất làm mát, có thể kết hợp hệ thống sưởi với hệ thống thông gió. Tuy nhiên, không khí là chất làm mát có nhiệt độ thấp, dẫn đến tăng tiêu thụ kim loại khi lắp đặt hệ thống. sưởi ấm không khí so với hệ thống nước.

Nước là chất làm mát tốn nhiều nhiệt và được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, ở nhiệt độ dưới 0°C, cần bổ sung thêm chất lỏng chống đông vào. Ngoài ra, phải tính đến việc nước bão hòa oxy gây ra sự ăn mòn đường ống và thiết bị. Nhưng mức tiêu thụ kim loại trong hệ thống nước năng lượng mặt trời thấp hơn nhiều, điều này góp phần rất lớn vào việc sử dụng rộng rãi hơn.

Hệ thống cung cấp nước nóng năng lượng mặt trời theo mùa thường là mạch đơn và hoạt động vào mùa hè và những tháng chuyển tiếp, trong những khoảng thời gian có nhiệt độ bên ngoài dương. Họ có thể có nguồn nhiệt bổ sung hoặc không có nguồn nhiệt, tùy thuộc vào mục đích của đối tượng được bảo trì và điều kiện hoạt động.

Hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời cho các tòa nhà thường là mạch kép hoặc thường xuyên nhất là đa mạch và các chất làm mát khác nhau có thể được sử dụng cho các mạch khác nhau (ví dụ, trong mạch năng lượng mặt trời - dung dịch nước của chất lỏng không đóng băng, trong các mạch trung gian - nước và trong mạch tiêu dùng - không khí).

Các hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp quanh năm nhằm mục đích cung cấp nhiệt và lạnh cho các tòa nhà là hệ thống đa mạch và bao gồm một nguồn nhiệt bổ sung dưới dạng máy phát nhiệt truyền thống chạy bằng nhiên liệu hóa thạch hoặc máy biến nhiệt.

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sưởi năng lượng mặt trời được thể hiện trên hình 4.1.2. Nó bao gồm ba mạch tuần hoàn:

mạch thứ nhất, bao gồm bộ thu năng lượng mặt trời 1, bơm tuần hoàn 8 và bộ trao đổi nhiệt lỏng 3;

mạch thứ hai, bao gồm bể chứa 2, bơm tuần hoàn 8 và bộ trao đổi nhiệt 3;

mạch thứ ba, bao gồm bể chứa 2, bơm tuần hoàn 8, bộ trao đổi nhiệt nước-không khí (lò sưởi) 5.

Cơm. 4.1.2. Sơ đồ hệ thống sưởi năng lượng mặt trời: 1 – bộ thu năng lượng mặt trời; 2 – bể chứa; 3 – bộ trao đổi nhiệt; 4 – tòa nhà; 5 – lò sưởi; 6 – hệ thống sưởi dự phòng; 7 – dự phòng hệ thống cấp nước nóng; 8 – bơm tuần hoàn; 9 – người hâm mộ.

Hệ thống sưởi năng lượng mặt trời hoạt động như sau. Chất làm mát (chất chống đông) của mạch nhận nhiệt, nóng lên trong bộ thu năng lượng mặt trời 1, đi vào bộ trao đổi nhiệt 3, tại đây nhiệt của chất chống đông được truyền sang nước tuần hoàn trong không gian giữa các ống của bộ trao đổi nhiệt 3 dưới tác dụng của bơm 8 của mạch thứ cấp. Nước nóng đi vào bể chứa 2. Từ bể chứa, nước được bơm cấp nước nóng 8 lấy ra, nếu cần, đưa đến nhiệt độ cần thiết trong dự phòng 7 và đi vào hệ thống cấp nước nóng của tòa nhà. Bể chứa được nạp lại từ nguồn cung cấp nước.

Để sưởi ấm, nước từ bể chứa 2 được cung cấp bởi bơm mạch thứ ba 8 đến lò sưởi 5, qua đó không khí được truyền qua nhờ sự trợ giúp của quạt 9 và khi được làm nóng, sẽ đi vào tòa nhà 4. Trong trường hợp không có năng lượng mặt trời bức xạ hoặc thiếu năng lượng nhiệt do bộ thu năng lượng mặt trời tạo ra, nguồn dự phòng 6 được bật.

Việc lựa chọn và bố trí các bộ phận của hệ thống sưởi bằng năng lượng mặt trời trong từng trường hợp cụ thể được xác định bởi các yếu tố khí hậu, mục đích của cơ sở, chế độ tiêu thụ nhiệt và các chỉ số kinh tế.

4.2. Máy thu năng lượng mặt trời tập trung

Bộ thu năng lượng mặt trời tập trung là gương hình cầu hoặc gương parabol (Hình 4.2.1), được làm bằng kim loại đánh bóng, tại tiêu điểm đặt một bộ phận nhận nhiệt (nồi hơi năng lượng mặt trời), qua đó chất làm mát lưu thông. Nước hoặc chất lỏng không đóng băng được sử dụng làm chất làm mát. Khi sử dụng nước làm chất làm mát vào ban đêm và trong thời gian lạnh, hệ thống phải được làm trống để tránh bị đóng băng.

Cung cấp hiệu quả cao Trong quá trình thu và chuyển đổi bức xạ mặt trời, máy thu năng lượng mặt trời tập trung phải liên tục hướng thẳng về phía Mặt trời. Với mục đích này, bộ thu năng lượng mặt trời được trang bị hệ thống theo dõi, bao gồm cảm biến hướng về Mặt trời, bộ chuyển đổi tín hiệu điện tử và động cơ điện có hộp số để quay cấu trúc bộ thu năng lượng mặt trời theo hai mặt phẳng.

Cơm. 4.2.1. Bộ thu năng lượng mặt trời tập trung: a – bộ tập trung parabol; b – bộ tập trung hình trụ parabol; 1 – tia nắng; 2 - bộ phận thu nhiệt (bộ thu năng lượng mặt trời); 3 – gương; 4 – cơ cấu truyền động của hệ thống theo dõi; 5 - đường ống cung cấp và xả chất làm mát.

Ưu điểm của hệ thống thu năng lượng mặt trời tập trung là khả năng tạo ra nhiệt ở nhiệt độ tương đối cao (lên tới 100°C) và thậm chí cả hơi nước. Những nhược điểm bao gồm chi phí xây dựng cao; nhu cầu làm sạch liên tục các bề mặt phản chiếu khỏi bụi; chỉ hoạt động vào ban ngày và do đó cần có pin lớn; chi phí năng lượng lớn để điều khiển hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời, tương xứng với năng lượng được tạo ra. Những nhược điểm này cản trở việc sử dụng rộng rãi các hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời ở nhiệt độ thấp đang hoạt động với các bộ thu năng lượng mặt trời tập trung. TRONG Gần đây Máy thu năng lượng mặt trời phẳng thường được sử dụng nhất cho các hệ thống sưởi ấm nhiệt độ thấp bằng năng lượng mặt trời.

4.3. Bộ thu năng lượng mặt trời phẳng

Bộ thu năng lượng mặt trời phẳng là một thiết bị có tấm hấp thụ cấu hình phẳng và lớp cách nhiệt phẳng trong suốt để hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời và chuyển đổi thành nhiệt.

Bộ thu năng lượng mặt trời dạng tấm phẳng (Hình 4.3.1) bao gồm thủy tinh hoặc lớp phủ nhựa(đơn, đôi, ba), tấm hấp thụ nhiệt, mặt chống nắng sơn đen, mặt cách nhiệt mặt sau và thân máy (kim loại, nhựa, thủy tinh, gỗ).

Cơm. 4.3.1. Bộ thu năng lượng mặt trời phẳng: 1 - tia nắng; 2 – kính; 3 – cơ thể; 4 - bề mặt nhận nhiệt; 5 – cách nhiệt; 6 – con dấu; 7 – bức xạ sóng dài của tấm nhận nhiệt.

Bất kỳ tấm kim loại hoặc nhựa nào có rãnh làm mát đều có thể được sử dụng làm tấm nhận nhiệt. Tấm nhận nhiệt được làm bằng nhôm hoặc thép gồm 2 loại: dạng tấm và dạng tấm dập (ống dạng tấm). Tấm nhựa do dễ vỡ và nhanh lão hóa dưới tác động của ánh sáng mặt trời, cũng như do tính dẫn nhiệt kém nên chúng không được sử dụng rộng rãi.

Dưới tác động của bức xạ mặt trời, các tấm nhận nhiệt nóng lên đến nhiệt độ 70-80 ° C, vượt quá nhiệt độ môi trường, dẫn đến sự truyền nhiệt đối lưu của tấm nhận nhiệt ra môi trường và bức xạ của chính nó ra bầu trời. . Để đạt được nhiều hơn nhiệt độ cao Bề mặt chất làm mát của tấm được phủ các lớp quang phổ chọn lọc, hấp thụ tích cực bức xạ sóng ngắn từ mặt trời và giảm bức xạ nhiệt của chính nó trong phần sóng dài của quang phổ. Những thiết kế như vậy dựa trên “niken đen”, “crom đen”, oxit đồng trên nhôm, oxit đồng trên đồng và các loại khác rất đắt tiền (giá thành của chúng thường tương đương với giá thành của chính tấm nhận nhiệt). Một cách khác để cải thiện hiệu suất của bộ thu tấm phẳng là tạo chân không giữa tấm nhận nhiệt và lớp cách nhiệt trong suốt để giảm thất thoát nhiệt (bộ thu năng lượng mặt trời thế hệ thứ tư).

Kinh nghiệm vận hành lắp đặt năng lượng mặt trời dựa trên bộ thu năng lượng mặt trời đã cho thấy một số nhược điểm đáng kể của các hệ thống như vậy. Trước hết, đây là chi phí cao của người thu gom. Việc tăng hiệu quả hoạt động của họ thông qua các lớp phủ chọn lọc, tăng độ trong suốt của kính, tản nhiệt, cũng như lắp đặt hệ thống làm mát, hóa ra lại không mang lại lợi nhuận về mặt kinh tế. Một nhược điểm đáng kể là cần phải thường xuyên làm sạch kính khỏi bụi, điều này thực tế loại trừ việc sử dụng bộ thu gom trong các khu công nghiệp. Trong quá trình hoạt động lâu dài của các bộ thu năng lượng mặt trời, đặc biệt là trong điều kiện mùa đông, chúng thường xuyên bị hỏng do sự giãn nở không đều của các vùng được chiếu sáng và tối của kính do vi phạm tính toàn vẹn của kính. Ngoài ra còn có một tỷ lệ lớn các bộ thu gom bị hỏng trong quá trình vận chuyển và lắp đặt. Một nhược điểm đáng kể của hệ điều hành có bộ thu gom là tải không đều trong suốt cả năm và ngày. Kinh nghiệm vận hành các nhà thu gom ở Châu Âu và khu vực Châu Âu của Nga với tỷ lệ bức xạ khuếch tán cao (lên tới 50%) đã cho thấy không thể tạo ra hệ thống cung cấp và sưởi ấm nước nóng tự trị quanh năm. Tất cả các hệ thống năng lượng mặt trời có bộ thu năng lượng mặt trời ở vĩ độ trung bình đều yêu cầu lắp đặt các bể chứa dung tích lớn và đưa nguồn năng lượng bổ sung vào hệ thống, điều này làm giảm hiệu quả kinh tế của việc sử dụng chúng. Về vấn đề này, tốt nhất nên sử dụng chúng ở những khu vực có cường độ bức xạ mặt trời trung bình cao (không thấp hơn 300 W/m2).

Tiềm năng sử dụng năng lượng mặt trời ở Ukraine

Trên lãnh thổ Ukraine, năng lượng bức xạ mặt trời trong một giờ ban ngày trung bình hàng năm là 4 kW ∙ giờ trên 1 m 2 (tính bằng những ngày hè– lên tới 6 – 6,5 kW ∙ giờ) tức là khoảng 1,5 nghìn kW ∙ giờ mỗi năm cho mỗi mét vuông. Điều này cũng tương tự như ở Trung Âu, nơi sử dụng năng lượng mặt trời nhiều nhất.

Ngoài điều kiện khí hậu thuận lợi, Ukraine còn có đội ngũ cán bộ khoa học có trình độ cao trong lĩnh vực sử dụng năng lượng mặt trời. Sau sự trở lại của Prof. Boyko B.T. từ UNESCO, nơi ông đứng đầu chương trình quốc tế của UNESCO về sử dụng năng lượng mặt trời (1973-1979), ông bắt đầu các hoạt động tổ chức và khoa học chuyên sâu tại Viện Bách khoa Kharkov (nay là Đại học Kỹ thuật Quốc gia). - KhPI) về việc phát triển một hướng khoa học và giáo dục mới về khoa học vật liệu cho năng lượng mặt trời. Ngay từ năm 1983, theo lệnh của Bộ Giáo dục Đại học Liên Xô số 885 ngày 13 tháng 7 năm 1983, lần đầu tiên trong thực tiễn giáo dục đại học ở Liên Xô, Viện Bách khoa Kharkov bắt đầu đào tạo các kỹ sư vật lý có trình độ chuyên môn cao. trong lĩnh vực khoa học vật liệu cho năng lượng mặt trời thuộc chuyên ngành “Vật lý kim loại”. Điều này đặt nền móng cho việc thành lập khoa tốt nghiệp “Khoa học vật liệu vật lý cho điện tử và năng lượng mặt trời” (PMEG) vào năm 1988. Cục FMEG, phối hợp với Viện Nghiên cứu Công nghệ Kỹ thuật Dụng cụ (Kharkov), trong khuôn khổ chương trình không gian của Ukraine, đã tham gia chế tạo pin mặt trời silicon một cách hiệu quả. 13 - 14% cho tàu vũ trụ Ukraine.

Từ năm 1994, khoa FMEG, với sự hỗ trợ của Đại học Stuttgart và Cộng đồng Châu Âu, cũng như Đại học Kỹ thuật Zurich và Hiệp hội Khoa học Quốc gia Thụy Sĩ, đã tích cực tham gia nghiên cứu khoa học về phát triển tế bào quang điện dạng màng.

Phân loại và các yếu tố chính của hệ mặt trời

Hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời là hệ thống sử dụng bức xạ mặt trời làm nguồn năng lượng nhiệt. Sự khác biệt đặc trưng của chúng so với các hệ thống sưởi ấm nhiệt độ thấp khác là việc sử dụng một bộ phận đặc biệt - bộ thu năng lượng mặt trời, được thiết kế để thu bức xạ mặt trời và chuyển nó thành năng lượng nhiệt.

Theo phương pháp sử dụng bức xạ mặt trời, hệ thống sưởi ấm nhiệt độ thấp bằng năng lượng mặt trời được chia thành thụ động và chủ động.

Cơm. 3.4. Hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời ở nhiệt độ thấp thụ động “bộ thu nhiệt trên tường”: 1 – tia mặt trời; 2 – màn mờ; 3 – van điều tiết không khí; 4 – không khí nóng; 5 - không khí mát từ phòng; 6 - bức xạ nhiệt sóng dài của mảng tường; 7 - bề mặt tiếp nhận tia đen của tường; 8 – rèm.

- theo mục đích (cung cấp nước nóng, hệ thống sưởi ấm, hệ thống kết hợp cung cấp nhiệt và lạnh);

- theo loại chất làm mát được sử dụng (lỏng - nước, chất chống đông và không khí);

- theo thời gian làm việc (quanh năm, theo mùa);

- Theo giải pháp kỹ thuật mạch (một, hai, nhiều mạch).

Không khí là chất làm mát được sử dụng rộng rãi, không bị đóng băng trong toàn bộ phạm vi thông số vận hành. Khi được sử dụng làm chất mang nhiệt, có thể kết hợp hệ thống sưởi ấm với hệ thống thông gió. Tuy nhiên, không khí là chất mang nhiệt có công suất nhiệt thấp, dẫn đến tiêu thụ kim loại để lắp đặt hệ thống sưởi ấm không khí tăng lên so với hệ thống nước.

Nước là chất làm mát tốn nhiều nhiệt và được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, ở nhiệt độ dưới 0°C cần bổ sung thêm chất lỏng chống đông. Ngoài ra, phải tính đến việc nước bão hòa oxy gây ra sự ăn mòn đường ống và thiết bị. Nhưng mức tiêu thụ kim loại trong hệ thống nước năng lượng mặt trời thấp hơn nhiều, điều này góp phần rất lớn vào việc sử dụng rộng rãi hơn.

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sưởi năng lượng mặt trời được thể hiện trên hình 3.5. Nó bao gồm ba mạch tuần hoàn:

- mạch thứ nhất, bao gồm bộ thu năng lượng mặt trời 1, bơm tuần hoàn 8 và bộ trao đổi nhiệt lỏng 3;

- mạch thứ hai, bao gồm bể chứa 2, bơm tuần hoàn 8 và bộ trao đổi nhiệt 3;

- mạch thứ ba, bao gồm bể chứa 2, bơm tuần hoàn 8, bộ trao đổi nhiệt nước-không khí (lò sưởi) 5.

Cơm. 3.5. Sơ đồ hệ thống sưởi năng lượng mặt trời: 1 – bộ thu năng lượng mặt trời; 2 – bể chứa; 3 – bộ trao đổi nhiệt; 4 – tòa nhà; 5 – lò sưởi; 6 – hệ thống sưởi dự phòng; 7 – dự phòng hệ thống cấp nước nóng; 8 – bơm tuần hoàn; 9 – người hâm mộ.

Để sưởi ấm, nước từ bể chứa 2 được cung cấp bởi bơm mạch thứ ba 8 đến lò sưởi 5, qua đó không khí được truyền qua nhờ sự trợ giúp của quạt 9 và khi được làm nóng, sẽ đi vào tòa nhà 4. Trong trường hợp không có năng lượng mặt trời bức xạ hoặc thiếu năng lượng nhiệt được tạo ra Bộ thu năng lượng mặt trời, bản sao lưu thứ 6 đi vào hoạt động.

Máy thu năng lượng mặt trời tập trung

Bộ thu năng lượng mặt trời tập trung là gương hình cầu hoặc gương parabol (Hình 3.6), được làm bằng kim loại đánh bóng, tại tiêu điểm đặt một bộ phận nhận nhiệt (nồi hơi năng lượng mặt trời), qua đó chất làm mát lưu thông. Nước hoặc chất lỏng không đóng băng được sử dụng làm chất làm mát. Khi sử dụng nước làm chất làm mát vào ban đêm và trong thời gian lạnh, hệ thống phải được làm trống để tránh bị đóng băng.

Để đảm bảo hiệu quả cao cho quá trình thu và chuyển đổi bức xạ mặt trời, máy thu năng lượng mặt trời tập trung phải liên tục hướng thẳng về phía Mặt trời. Với mục đích này, bộ thu năng lượng mặt trời được trang bị hệ thống theo dõi, bao gồm cảm biến hướng tới Mặt trời, đơn vị điện tử chuyển đổi tín hiệu, động cơ điện có hộp số để quay cơ cấu thu năng lượng mặt trời theo hai mặt phẳng.

Ưu điểm của hệ thống thu năng lượng mặt trời tập trung là khả năng tạo ra nhiệt ở nhiệt độ tương đối cao (lên tới 100°C) và thậm chí cả hơi nước. Những nhược điểm bao gồm chi phí xây dựng cao; nhu cầu làm sạch liên tục các bề mặt phản chiếu khỏi bụi; chỉ hoạt động vào ban ngày và do đó cần có pin lớn; chi phí năng lượng lớn để điều khiển hệ thống theo dõi năng lượng mặt trời, tương xứng với năng lượng được tạo ra. Những nhược điểm này cản trở việc sử dụng rộng rãi các hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời ở nhiệt độ thấp đang hoạt động với các bộ thu năng lượng mặt trời tập trung. Gần đây, máy thu năng lượng mặt trời dạng phẳng thường được sử dụng nhiều nhất cho các hệ thống sưởi ấm nhiệt độ thấp bằng năng lượng mặt trời.

Bộ thu năng lượng mặt trời phẳng

Bộ thu năng lượng mặt trời dạng tấm phẳng (Hình 3.7) bao gồm một tấm kính hoặc nhựa (đơn, đôi, ba), tấm nhận nhiệt được sơn màu đen ở mặt hướng về phía mặt trời, lớp cách nhiệt ở mặt sau và vỏ (kim loại, nhựa, thủy tinh, gỗ).

Bất kỳ tấm kim loại hoặc nhựa nào có rãnh làm mát đều có thể được sử dụng làm tấm nhận nhiệt. Tấm nhận nhiệt được làm bằng nhôm hoặc thép gồm 2 loại: dạng tấm và dạng tấm dập (ống dạng tấm). Các tấm nhựa do dễ vỡ và nhanh lão hóa dưới tác động của ánh sáng mặt trời cũng như tính dẫn nhiệt thấp nên không được sử dụng rộng rãi.

Cơm. 3.6 Bộ thu năng lượng mặt trời tập trung: a – bộ tập trung parabol; b – bộ tập trung hình trụ parabol; 1 – tia nắng; 2 - bộ phận thu nhiệt (bộ thu năng lượng mặt trời); 3 – gương; 4 – cơ cấu truyền động của hệ thống theo dõi; 5 - đường ống cung cấp và xả chất làm mát.

Cơm. 3.7. Bộ thu năng lượng mặt trời phẳng: 1 - tia nắng; 2 – kính; 3 – cơ thể; 4 - bề mặt nhận nhiệt; 5 – cách nhiệt; 6 – con dấu; 7 – bức xạ sóng dài của tấm nhận nhiệt.

Dưới tác động của bức xạ mặt trời, các tấm nhận nhiệt nóng lên đến nhiệt độ 70-80 ° C, vượt quá nhiệt độ môi trường, dẫn đến sự truyền nhiệt đối lưu của tấm nhận nhiệt ra môi trường và bức xạ của chính nó ra bầu trời. . Để đạt được nhiệt độ chất làm mát cao hơn, bề mặt của tấm được phủ các lớp chọn lọc quang phổ giúp hấp thụ tích cực bức xạ sóng ngắn từ mặt trời và giảm bức xạ nhiệt của chính nó trong phần sóng dài của quang phổ. Những thiết kế như vậy dựa trên “niken đen”, “crom đen”, oxit đồng trên nhôm, oxit đồng trên đồng và các loại khác rất đắt tiền (giá thành của chúng thường tương đương với giá thành của chính tấm nhận nhiệt). Một cách khác để cải thiện hiệu suất của bộ thu tấm phẳng là tạo chân không giữa tấm nhận nhiệt và lớp cách nhiệt trong suốt để giảm thất thoát nhiệt (bộ thu năng lượng mặt trời thế hệ thứ tư).

lượt xem

Lưu VKontakte