Размещено на http://www.allbest.ru/

Воздушные гелиоустановки

Д.т.н. В.А. Бутузов, директор,

ООО «Энерготехнологии», г. Краснодар

В современной гелиотехнике наряду с жидкостными солнечными коллекторами [1, 2] широко применяют воздушные солнечные коллекторы (ВСК). Особенностью таких коллекторов является возможность использования для отопления объектов в регионах с отрицательными температурами без специальных дорогостоящих теплоносителей, а также меньшая по сравнению с жидкостными коллекторами стоимость (на 30-50%).

В соответствии с обзором [3] по данным на конец 2011 г. в мире эксплуатировались воздушные гелиоустановки общей площадью 2213434 м², в том числе большинство (71%) с неостекленными коллекторами, а оставшаяся часть - с остеклением (см. табл.).

солнечный коллектор гелиоустановка двухступенчатый

Таблица. Площадь воздушных солнечных коллекторов по типу остекления.

Из таблицы видно, что воздушные гелиоустановки нашли применение в странах с достаточно холодным климатом, таких как Канада, Дания, Норвегия, а, следовательно, имеют все шансы на перспективное развитие и в нашей стране.

На рис. 1 приведена диаграмма распределения установленной площади воздушных гелиоустановок по странам с наибольшим количеством установленных ВСК.

Конструктивно ВСК состоит из тех же основных элементов, что и жидкостный коллектор: абсорбер, прозрачная изоляция, теплоизоляция, корпус. Абсорберы ВСК подразделяются по его материалу (алюминий, сталь с покрытиями, пластик), по схеме движения воздуха (над, под и через абсорбер (перфорированный)). ВСК выпускаются с прозрачной изоляцией (как правило, стеклом), так и без нее. Воздушные коллекторы изготавливаются отдельными модулями с различными габаритами (рис. 2), их также интегрируют в вертикальные ограждения зданий (рис. 3).

Центром производства этого оборудования является Канада, где производится более половины мирового количества ВСК [4, 5].

На рис. 4 представлена одна из крупнейших в Европе воздушная гелиоустановка SolarWall («солнечная стена») в г. Свидница (Польша) с перфорированным абсорбером с площадью 2000 м². Она отапливает цеха завода с объемом помещений 55000 м². Применение ВСК позволяет повысить температуру наружного воздуха, подаваемого в систему отопления и вентиляции на 30 ^ОС в солнечную погоду и на 10 ^ОС - в облачную [6].

Стоимость таких гелиоустановок составляет 100-120 евро/м², срок окупаемости - около 5 лет. В Канаде и США построено 34 гелиоустановки с перфорированными ВСК с общей площадью 32400 м², из них самая большая в мире для производственного здания в г. Монреале (Канада) площадью 10000 м² [7].

Следующим этапом развития ВСК в Канаде стала разработка двухступенчатой воздушной гелиоустановки (рис. 5, 6). На первой стадии происходит нагрев наружного воздуха при прохождении через перфорированный абсорбер ВСК без остекления. На второй стадии предварительно нагретый воздух проходит через перфорированный абсорбер ВСК с поликарбонатным остеклением и дополнительно подогревается. Такой вариант больше подходит для солнечных систем отопления помещений, т.к. позволяет нагреть наружный воздух на 20-50 ^ОС. Солнечный КПД двухступенчатого ВСК достигает 80%. Даже в пасмурные дни, система обеспечивает значительную экономию энергии. Конструкция «солнечной стены» позволяет также снизить тепловые потери через наружное ограждение здания в осенне-зимний период, а в летний период снизить затраты на систему кондиционирования, т.к. защищает стену от воздействия прямых солнечных лучей (воздух, проходящий через фальшстену и затем выбрасываемый наружу, предотвращает перегрев стены здания).

Производительность ВСК составляет 1,5 - 3,5 ГДж/м² тепловой энергии в год (500 - 700 Вт/м²). Рекомендуемый расход воздуха - 50-100 м³/ч в расчете на 1 м² коллектора.

Система солнечного воздушного отопления может обеспечивать до 50% потребностям здания в тепловой энергии. Ежегодные расходы на отопление снижаются на 20-80 долл. США в расчете на 1 м² коллектора, в зависимости от типа и стоимости основного топлива, применяемого для отопления. Каждые 5 м² обеспечивают снижение выбросов CO₂ на 1 т/год.

Среди перспективных разработок следует также отметить конструкцию гибридного воздушного коллектора, верхняя часть которого представляет собой фотоэлектрическую панель, а нижняя - канал для нагреваемого воздуха, что позволяет повысить общий КПД использования солнечной энергии. Возможные области применения таких коллекторов - это системы сушки различных материалов или, например, помещения плавательных бассейнов, которые имеют высокий спрос на теплый воздух даже летом.

Анализ возможностей применения ВСК в России показал перспективность их для отопления на значительной части территории России. В 2005 г. Ковровский механический завод разработал и выпустил опытную партию ВСК [8]. Конструкция ВСК с габаритами 1000x985x225 мм имела стальной ребристый абсорбер площадью 2,8 м², стекло толщиной 3 мм, теплоизоляцию из пергаминового короба. Испытания данного ВСК были выполнены институтом «Ростовтеплоэлектропроект» в Таганроге, которые подтвердили основные расчетные характеристики ВСК.

С учетом изложенного одним из перспективных видов гелиотехнического оборудования для российского рынка является воздушный солнечный коллектор, при разработке которого необходимо учесть отечественный и зарубежный опыт.

Литература

1. Бутузов В.А., Шетов В.Х., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И. С. Солнечные коллекторы. Тенденции совершенствования конструкций //Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 10.

2. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Вакуумные трубчатые коллекторы. Мировые производители и перспективы производства в России //Альтернативная энергетика и экология. 2010. № 5.

3. Mauthner F., Weiss W. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply. 2011 / Solar Heating & Cooling Programme Jnternational Energy Agency.

4. Banse S. Standardization paves the way to the mass market // Sun & Wind Energy. 2010. № 9.

5. Banse S. Upswing for hot air// Sun & Wind Energy. 2010. № 12.

6. Berner J. Air collectors in commercial buildings: ventilation systems that save energy // Sun & Wind Energy. 2008. № 5.

7. Berner J. Manufacturer founds air collector associations // Sun & Wind Energy. 2009. № 7.

8. Лычагин А.А. Солнечное теплоснабжение в регионах Сибири и Приморья //Промышленная энергетика. 2009. № 1.

Размещено на Allbest.ru