Система солнечного отопления с рефлекторами, устанавливаемыми с северной стороны здания | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Имомов Ш. Б., Узаков Г. Н., Хайриддинов Б. Э. Система солнечного отопления с рефлекторами, устанавливаемыми с северной стороны здания // Молодой ученый. — 2011. — №10. Т.1. — С. 67-70. — URL https://moluch.ru/archive/33/3774/ (дата обращения: 20.08.2018).

Приведена система солнечного воздушного отопления для здания с системой рефлекторов, с водяным аккумулятором тепла на основе пластиковых бутылок. Определены требуемая масса воды, количество пластиковых бутылок и объем аккумулятора тепла.

В настоящее время существует большое разнообразие систем солнечного отопления (ССО). Выбор конструктивного решения ССО определяется многими факторами: радиационно-метеорологическими ресурсами региона, тепло-гидродинамическими и экономическими показателями. Как водяные, так и воздушные ССО имеют положительные и отрицательные стороны. Определяющим фактором использования воздушных ССО, при всех своих недостатках, является их простота и низкая стоимость.

Основной особенностью воздушных систем ССО является то, что тепло должно передаваться от твердого тела воздуху или обратно в трех точках:

- от теплоприемника к воздуху в воздухонагревателе–коллекторе;

- от нагретого воздуха к аккумулятору в период зарядки;

- от аккумулятора воздуху в период разрядки.

При этом определяющими показателями аккумулятора тепла являются:

- высокая теплоемкость;

- большая поверхность теплообмена.

Высокой теплоемкостью обладает вода. Применение воды в воздушных ССО ограничивается необходимостью применения коррозийностоких емкостей, конструктивными трудностями создания больших поверхностей теплообмена.

Большую поверхность теплообмена обеспечивают галечные насадки. Такие насадки позволяют конструктивно компоновать их горизонтально и вертикально в массивах различной формы. При равной энергоемкости галечные аккумуляторы имеют больший объем в 3 раза, чем водяные.

Применение пластиковых бутылок (ПБ), заполненных водой, в качестве теплоаккумулирующих элементов в ССО позволяет совместить свойства воды и галечной насадки: высокую теплоемкость, большую поверхность теплообмена, создание аккумуляторов любой емкости и конфигурации.

Авторами разработана воздушная ССО для здания [2] с водяным аккумулятором тепла на основе ПБ (рис. 1).

Теплопоступления в помещения идут за счет солнечной радиации, поступающей через окна и систему отопления. Режим работы системы солнечного отопления зависит от отопительной нагрузки и количества поступления солнечной радиации.


Врезка1





Врезка3Врезка2

Врезка4

Врезка6Врезка7Врезка8Врезка5

Врезка9



Врезка10

Врезка11

Врезка16Врезка14Врезка15Врезка13Врезка12


Врезка17

Врезка18

Врезка19

Врезка20


Врезка24Врезка22Врезка23Врезка21



Врезка25



Врезка26



Врезка27

Врезка29Врезка28

Врезка30Врезка31

Врезка34Врезка33Врезка32


Врезка35

Врезка36



Врезка37


Рис. 1. Схема системы солнечного отопления:

авид в плане; б – поперечный разрез



Врезка40Врезка38Врезка39




Врезка41

Врезка44Врезка43Врезка42

Врезка46Врезка45


Врезка48Врезка47



Врезка49Врезка50Врезка51



Рис. 1а. Схема системы солнечного отопления:

фронтальный вид

А и В – опытная и контрольная комнаты; Dтамбур;

Е – аккумуляторное помещение; С – северный светопроем;

Оa и Ob - окна; Д и Д1 – наружная и внутренние двери;

Д2 – двери аккумуляторного помещения; 1, 1л, 1п – рефлекторы;

2 – теплоприемник; 2а – кожух-короб теплоприемника воздухонагревателя; 3 – канал воздуховод; 3а – входной канал; 4а и 4bобратные (вытяжные) каналы; 5а и 5bотопительные каналы с обрешеткой в помещениях;

6 – теплоаккумулирующие элементы; 7 – теплоизоляция;

8 – отопительные каналы в аккумуляторе; 9 – дополнительный

источник тепла - калорифер; 10 – вентилятор;

S3, S4a, S4bшиберы


1. В период инсоляции теплоприемник 2 нагревается за счет поглощения солнечной радиации, поступающей через светопроем С от рефлекторов 1. Теплоприемник со стороны комнаты изолирован кожухом-коробом 2а. Через нижнюю часть короба воздух из комнаты поступает в канал теплоприемника, где он нагревается от теплоприемника 2. Нагретый воздух через воздуховод 3 и входной канал 3а поступает в тепловой аккумулятор Е. В аккумуляторе горячий воздух, проходя сквозь теплоаккумулирующие элементы 6, нагревает их и частично охлаждается. Далее теплый воздух вентилятором 10 через отопительные воздуховоды 8 и обрешетки 5а и 5b подается в помещения. Расход воздуха через теплоприемник регулируется шибером S3.

Воздух из комнаты А циркулирует через теплоприемник 2, воздуховод 3, входной канал 3а, тепловой аккумулятор Е, отопительные каналы 8 и обрешетку 5а. При этом канал 4а закрыт шибером S4a. За счет частичного охлаждения циркулирующего горячего воздуха теплоаккумулирующие элементы 6 нагреваются, аккумулируют избытки тепла энергии солнечного излучения.

та = ту Fo = Ст f Fo = 3×50×5,07 = 760 кг. (5)

Определим число ПБ емкостью VПБ=1,5 л. Для воды можно принять эквивалентность массы и объема VПБ=1,5 л = тПБ=1,5 кг.

Требуемое количество ПБ

пПБ = та / тПБ = 760 / 1,5 = 507 шт. (6)

Площадь помещения теплового аккумулятора составляет

FA = bA hA = 1,55×1,35 = 2,1 м2 .

При установке ПБ на стеллажах в 4 ряда, число ПБ в каждом ряду

пПБ1 = пПБ / 4 = 507 / 4 = 126 шт. (7)

Диаметр ПБ емкостью VПБ=1,5 л равен dПБ = 0,094 м.

Площадь ячейки по горизонтали, приходящейся на одну ПБ, составляет

FПБ1 = FA / пПБ1 = 2,1 / 127 = 0,0165 м2.

Длина стороны квадратной ячейки

а = = = 0,128 м.

При коридорном расположении ПБ расстояние между ними будет составлять

b= a – dПБ = 0,128-0,094 = 0,034 м .

Высота ПБ hПБ=0,32 м; толщина стеллажей δст=0,05 м. Тогда высота каждого

слоя ПБ с учетом толщины стеллажей

hc = hПБ + δст = 0,32 + 0,05 = 0,37 м.

Общая высота теплового аккумулятора

HA = 4 hc = 4×0,37 = 1,48 м.

Тепловая эффективность теплового аккумулятора будет определяться тепловыми и гидродинамическими показателями, которые устанавливаются на основе гранулометрической характеристики ПБ. Слой ПБ рассматривается как крупнозернистая дисперсная насадка. Воздух из комнаты В через верхний канал 4b поступает в тепловой аккумулятор Е. Проходя через теплоаккумулирующие элементы 6 нагревается и вентилятором 10 через канал 8 и обрешетку 5b подается в помещение. Расход воздуха поступающего из комнаты В регулируется шибером S4b.

Таким образом, происходит отопление помещений за счет поступающей солнечной энергии.

2. При отсутствии солнечной радиации воздух из помещений через вытяжные каналы 4а и 4b поступает в тепловой аккумулятор. Шибер S3 закрыт. Воздух, проходя сквозь теплоаккумулирующие элементы, нагревается, за счет аккумулированного тепла. Теплый воздух вентилятором 10 через каналы 8 и обрешетки 5а и 5b подается в помещения. Расход воздуха через помещения регулируется шиберами S4a и S4b.

3. При нехватке тепла солнечной энергии воздух циркулирует аналогично режима 2. Воздух нагревается калорифером 9 - дополнительным источником тепла.

Кожух - короб с внутренней стороны имеет теплоизоляцию толщиной 3…5 см. Такая изоляция необходима для устранения теплопотерь и перегрева воздуха в комнате А.

Для снижения теплопотерь от циркулирующего воздуха между наружными стенами и тепловым аккумулятором, а так же отопительными воздуховодами имеется теплоизоляция толщиной 5 см.

Тепловой аккумулятор Е от тамбура D отделен двойными дверями Д2.

В качестве дополнительного дублирующего источника тепла можно использовать электрокалорифер мощность 2 кВт. При использовании газового отопления необходимо установить газо-воздушный калорифер и вытяжную трубу.

В качестве теплоаккумулирующих элементов используются ПБ емкостью 1,5 литра. Заполненные водой они устанавливаются на решетках – стеллажах в 4 ряда.

Определим требуемую массу воды аккумулятора тепла

Площадь поверхности светопроема составляет

Fc = bc hc = 1,3×1,3 = 1,69 м2 . (1)

Так как в светопроем поступает солнечная радиации от 3 рефлекторов, эквивалентная расчетная площадь остекленной поверхности принимается равной:

Fo = 3Fc = 3×1,69 = 5,07 м2 . (2)

Удельная масса и объем теплоаккумулирующих элементов, приходящихся на 1 м2 поверхности остекления, определяются коэффициентом замещения f, в зависимости от доли солнечной энергии, покрывающей тепловую нагрузку на отопление. Величина f соответствует процентному снижению расхода тепла от традиционного источника тепла за счет тепла солнечного излучения.

По данным [3] удельные масса ту и объем Vy теплоаккумулирующих элементов определяются по формулам

ту = Ст f ; Vy = СV f ; (3)

где Ст - удельная масса теплового аккумулятора на 1 м2 поверхности остекления, кг/(% м2);

СV - удельный объем теплового аккумулятора на 1 м2 поверхности остекления, м3/(% м2).

Значения Ст и СV определяются видом теплоаккумулирующего материала. Например, для емкости с водой [3]

Ст = 3 кг/(% м2); СV = 0,003 м3/(% м2); (4а)

для бетона и камня

Ст = 15 кг/(% м2); СV = 0,075 м3/(% м2). (4б)

Как видно из (4а) и (4б), при прочих равных условиях, масса водяного аккумулятора будет в 5 раз меньше бетонного.

Для рассматриваемого здания принимаем f=50 %. Тогда общая масса водяного аккумулятора тепла будет составлять


Литература:
  1. Полиэтилентерефталат. Материал из Википедии. http:wikipedia. Org/wiki, 2007.
  2. Имомов Ш. Б., Ким В. Д. Тепловой баланс здания с системой солнечных рефлекторов, устанавливаемых с северной стороны //Гелиотехника, 2008, №3, с. 77-82
  3. Масса и место размещения теплоаккумулятора. mensh. ru. 2006

Врезка52

Основные термины (генерируются автоматически): тепловой аккумулятор, солнечная радиация, поверхность теплообмена, высокая теплоемкость, солнечное отопление, водяной аккумулятор тепла, поверхность остекления, расход воздуха, воздух, элемент.


Похожие статьи

Аккумулирование тепла в системах солнечного отопления

теплоаккумулирующий материал, тепловая масса, поверхность теплообмена, аккумулятор тепла, солнечная радиация, разнообразие компоновки, емкость, емкостный тип, вода, удельная масса.

Способы получения электрики и тепла из солнечного излучения

Солнечная тепловая энергия в качестве активного солнечного отопления. Типичная конструкция бытовой солнечной системы отопления состоит из солнечной панели

Модель динамического режима системы солнечного отопления с водяным аккумулятором тепла.

Модель динамического режима системы солнечного отопления...

Приведена модель динамического режима теплового баланса системы солнечного отопления, включающего солнечный коллектор-воздухонагреватель, водяной аккумулятор тепла и рефлекторы, устанавливаемые с северной стороны здания.

Методика расчета определения количества теплоты в пассивной...

Любая система солнечного отопления имеет три основные функции: – поглощении и превращение солнечной радиации в теплоту

Модель динамического режима системы солнечного отопления с водяным аккумулятором тепла.

Возможности использования грунта в качестве аккумулятора...

Основные термины (генерируются автоматически): солнечная энергия, атмосферный воздух, отбор тепла, глубина, суточный цикл, максимальная разность

Эксергетическая эффективность систем увлажнения воздуха на основе водяного аккумулятора солнечной энергии.

Свойства энергетического поля солнечной радиации...

тепловой поток, солнечная радиация, длинноволновый спектр, часть радиации, технологический проект, суммарная радиация, помещение, поверхность планеты, площадь пола, печ, остальная часть...

Аккумуляторы тепловой энергии и их применение

Работа солнечного теплового двигателя обеспечивается подведением энергии с помощью внешней концентрирующей системы к поглощающей поверхности приемника двигателя.

Аладьев И. Т., Рзаев А. И., Филатов Л. Л. Аккумуляторы тепла фазового перехода для...

Эксергетическая эффективность систем увлажнения воздуха на...

5) Средняя плотность потока солнечной радиации на поверхности атмосферы (солнечная постоянная) составляет 1370 Вт/м2 [8]

Авезов Р. Р., Орлов А. Ю. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. — Ташкент.: Фан, 1988.

Расчёт температурного и влажностного режима внутри...

Перенос теплоты от воздуха к поверхности и наоборот определяется закономерностями конвективного переноса и радиационного теплообмена поверхности с

Методика расчета температурного режима гелиотеплицы с подпочвенными аккумуляторами тепла.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Аккумулирование тепла в системах солнечного отопления

теплоаккумулирующий материал, тепловая масса, поверхность теплообмена, аккумулятор тепла, солнечная радиация, разнообразие компоновки, емкость, емкостный тип, вода, удельная масса.

Способы получения электрики и тепла из солнечного излучения

Солнечная тепловая энергия в качестве активного солнечного отопления. Типичная конструкция бытовой солнечной системы отопления состоит из солнечной панели

Модель динамического режима системы солнечного отопления с водяным аккумулятором тепла.

Модель динамического режима системы солнечного отопления...

Приведена модель динамического режима теплового баланса системы солнечного отопления, включающего солнечный коллектор-воздухонагреватель, водяной аккумулятор тепла и рефлекторы, устанавливаемые с северной стороны здания.

Методика расчета определения количества теплоты в пассивной...

Любая система солнечного отопления имеет три основные функции: – поглощении и превращение солнечной радиации в теплоту

Модель динамического режима системы солнечного отопления с водяным аккумулятором тепла.

Возможности использования грунта в качестве аккумулятора...

Основные термины (генерируются автоматически): солнечная энергия, атмосферный воздух, отбор тепла, глубина, суточный цикл, максимальная разность

Эксергетическая эффективность систем увлажнения воздуха на основе водяного аккумулятора солнечной энергии.

Свойства энергетического поля солнечной радиации...

тепловой поток, солнечная радиация, длинноволновый спектр, часть радиации, технологический проект, суммарная радиация, помещение, поверхность планеты, площадь пола, печ, остальная часть...

Аккумуляторы тепловой энергии и их применение

Работа солнечного теплового двигателя обеспечивается подведением энергии с помощью внешней концентрирующей системы к поглощающей поверхности приемника двигателя.

Аладьев И. Т., Рзаев А. И., Филатов Л. Л. Аккумуляторы тепла фазового перехода для...

Эксергетическая эффективность систем увлажнения воздуха на...

5) Средняя плотность потока солнечной радиации на поверхности атмосферы (солнечная постоянная) составляет 1370 Вт/м2 [8]

Авезов Р. Р., Орлов А. Ю. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. — Ташкент.: Фан, 1988.

Расчёт температурного и влажностного режима внутри...

Перенос теплоты от воздуха к поверхности и наоборот определяется закономерностями конвективного переноса и радиационного теплообмена поверхности с

Методика расчета температурного режима гелиотеплицы с подпочвенными аккумуляторами тепла.

Задать вопрос