Системы солнечного отопления.

Системами солнечного отопления называются системы, использующие в качестве тепло­источника энергию солнечной радиации. Их характерным отличием от других систем низкотемпературного отопления является применение гелиоприемника, предназначенного для улавливания солнечной радиации и преобразования ее в тепловую энергию.

По способу использования солнечной радиации системы солнечного отопления подразделяют на пассивные и активные. Пассивными называются системы солнечного отопления, в которых в качестве элемента, воспринимающего солнечную ра­диацию и преобразующего ее в теплоту, служат само здание или его отдельные огражде­ния.

В пассивной системе солнечная радиация, проникая через световые проемы в помещение, попадает в те­пловую ловушку. Коротковолновое солнечное излучение свободно проходит через окон­ное стекло и, попадая на внутренние ограждения и мебель, преобразуется в теплоту. Температура поверхностей повышается, и теплота отдается воздуху и необлученным поверхностям помещения конвекцией и излу­чением. Собственное излучение поверхностей при этом происходит в длинноволновом диапазоне и плохо пропускается оконным стеклом, которое отражает его внутрь помещения. Таким образом, солнечная радиация, попавшая в помещение, преобразуется в нем в теплоту и способна частично или полно­стью компенсировать его тепловые потери. Массивные внутренние ограждения способны аккумулировать часть теплоты и отдавать ее помещению постепенно. Для повышения эффективности работы световые проемы большой площади помещают на южном фасаде, снабжая их жалюзи, которые при закрытии должны препятствовать в темное время суток потерям, а в жаркий период - перегреву помещения. Внутренние поверхности окрашивают в темные тона.

Задачей расчета при солнечном отоплении является определение минимально необхо­димой площади световых проемов для пропускания в помещение потока солнечной ра­диации. Обычно, мощности пассивной системы оказывается недостаточно и в здании устанавливают дополнительный тепло­источник, превращая систему отопления в комбинированную. Расчетом определяют экономически целесообразные площади световых проемов и мощность дополнительного теплоисточника. Пассивная система солнечного отопления включает в себя массивную наружную стену, перед которой на небольшом расстоянии устанавливают лучепрозрачный экран с жалюзи. У пола и под потолком в сте­не устраивают щелевидные отверстия с клапанами. Солнечные лучи, пройдя через луче­прозрачный экран, поглощаются поверхностью массивной стены и преобразуются в теп­лоту, которая конвекцией передается воздуху, находящемуся в пространстве между экра­ном и стеной. Воздух нагревается и поднимается вверх, попадая через щелевое отверстие под потолком в обслуживаемое помещение, а его место занимает остывший воздух из по­мещения, проникающий в пространство между стеной и экраном через щелевое отверстие у пола помещения. Подачу нагретого воздуха регулируют открытием клапа­на. Если клапан закрыт, происходит аккумуляция теплоты массивом стены. Эту теплоту можно отобрать открывая клапан в ночное время или в пасмурную погоду.

При расчете такой системы определяют необходимую площадь поверхности стены и расчитывают саму стену как вентилируемую воздушную прослойку с лучепрозрачным экраном. Данную систему, дублируют дополнительным источником теплоты.

Активными называются системы солнечного отопления, в которых гелиоприемник является самостоятельным отдельным устройством, не относящимся к зданию. В настоящее время для активных систем солнечного отопления применяют гели-оприемники двух типов: концентрирующие и плоские.

Концентрирующие гелиоприемники представляют собой сферические или параболические зеркала, выполненные из полированного металла, в фокус которых помещают тепловоспринимающий элемент заполненный теп­лоносителем. В качестве теплоносителя используют незамерзающие жидкости. Для обеспечения высокой эффективности процесса гелиоприемник должен быть постоянно направлен строго на Солнце и снабжают системой слежения, включаю­щей датчик направления на Солнце, электронный блок преобразования сигналов, электро­двигатель с редуктором для поворота конструкции гелиоприемника в двух плоскостях.

Преимуществом систем с концентрирующими гелиоприемииками является способность выработки теплоты с высокой температурой (40...80 °С). К недостаткам следует отнести высокую стоимость конструкции, работу только в светлое вре­мя суток. Плоские гелиоприемники, бывают двух видов: плоские коллекторы и плоские абсорберы.

Плоские коллекторы изготовляют в виде пластины с каналами для теплоносителя, помещаемой в металлический или пластмассовый корпус и покрывают с наружной стороны одним или несколькими слоями остекления на расстоянии 30...50 мм от пластины и между слоя­ми, а с обратной стороны теплоизолируют. В качестве теплоносителя используют воду, антифризы, воздух..

Для лучшего поглощения солнечной радиации коллекторы устанавливают на кровле зда­ния или рядом с ним зимой под углом 80...90° к горизонту, летом - 20...30°, а при кругло­годичной эксплуатации под углом, равным широте местности. Коллекторы позволяют на­гревать теплоноситель максимально до 90 °С.

Для повышения эффективности коллекторов поверхность теплопоглощающей пластины покрывают спектрально-селективными слоями, хорошо пропускающими коротковолновое излучение и препятствующими собственному длинноволновому излучению, а также ва-куумируют межстекольное пространство.

При расчете таких систем обязательно учитывают несущую способность конструкции.

Плоские абсорберы не имеют остекления, а часто и теплоизоляции с обратной стороны. В них подают теплоноситель с температурой на 3...5 °С ниже температуры окружающего воздуха. За счет этого не только сводятся к минимуму бесполезные потери теплоты в ок­ружающую среду, но и дополнительно усваивается теплота атмосферного воздуха, осад­ков. В качестве абсорберов используют различные металлические конструкции, штампован­ные алюминиевые или стальные радиаторы. Теплоносителем для них служит глизантин. Плоские абсорберы в 5 раз легче и в 8 раз дешевле коллекторов. Они обладают более вы­сокой суточной и годовой эффективностью, не требуют очистки от пыли. Абсорберы можно использовать в качестве элементов наружных ограждений - покрытия кровли, облицовки фасадов, балконных ограждений, элементов ограды. Абсорберы устанавливают под углом, близким к 90°, к горизонту, так как макси­мум теплопотребления приходится на зимние месяцы. Вертикальное положение способст­вует также удалению конденсата, инея и снега с их поверхности. Единственным недостатком абсорберов является низкий уровень температуры нагревае­мого теплоносителя, что требует при их применении обязательного включения в схему системы отопления теплового насоса. Регулирование тепловой мощности осуществляют отключением части абсорберов или сбросом избыточной теплоты в теплоаккумуляторы.