Эффективность работы солнечного коллектора в зимний период

Принимая решение о целесообразности перехода на альтернативные источники энергии и, прежде всего, на самый доступный из них – энергию солнечного излучения, Вы задаете себе следующие простые и в то же время очень важные для принятия решения вопросы:
• Какая стоимость такого устройства, и через какое время оно окупится?
• Насколько долговечен вакуумный солнечный коллектор, требует ли он технического обслуживания?
• Насколько безопасна такая система, если нарушится целостность стеклянной трубки? Что про-изойдет с тепловым коллектором? Какая жидкость используется в качестве теплоносителя, насколько она безопасна?
• Каким образом поддерживается температура в системе горячего водоснабжения здания в ночное время?
• Можно ли с помощью солнечного коллектора решить проблему отопления здания и в каком объеме?
• Можно ли использовать гелиосистему для обеспечения здания электроэнергией?
• Насколько эффективно работает гелиосистема зимой, необходим ли уход за системой в зимнее время?
Мы постараемся в доступной широкому кругу читателей форме ответить на них в последующих выпусках журнала и таким образом помочь Вам принять правильное и обоснованное решение! А сегодня дадим ответ на последний вопрос – насколько эффективно работает гелиосистема зимой, необходим ли уход за системой в зимнее время?


Лабораторией инновационных технологий УкрГГРИ на действующей гелиоустановке были произведены измерения основных параметров системы в течение трех зимних месяцев 2009 – 2010 гг. Полученные результаты измерений, проведенные расчеты и сделанные выводы мы приводим в данной статье.

Цель, место и время проведения эксперимента

Цель проводимого нами исследования заключался в том, чтобы экспериментально определить эффективность работы устройства для нагрева воды в системе горячего водоснабжения здания, с использованием энергии солнечного излучения, в зимний период. Дать практические рекомендации по повышению эффективности работы гелиосистемы в данный период года.
Эксперимент проводился на одной из двух действующих гелиосистем для подогрева воды в системе горячего водоснабжения УкрГГРИ установленной стационарно. Конструктивно вся гелиосистема предприятия состоят из двух независимых гелиосистем одной стационарной, другой установленной на поворотном устройстве. Суммарным объемом приготовления горячей воды 400 л в сутки, два бака-накопителя по 200 л. Основные и дополнительные датчики установленные в контрольных точках системы позволяют с помощью специально разработанного программного обеспечения и контроллера круглосуточно фиксировать параметры работы системы. Что позволяет как эффективно управлять работой системы, так и проводить научно исследовательскую работу, направленную на повышение эффективности работы системы в целом.

Место проведения эксперимента – г. Киев (район площади Шевченко).
Дата проведения эксперимента 1 декабря 2009 года – 28 февраля 2010 года.
Солнечный коллектор IM-HP-O58-1800-30, установленный стационарно.
Угол наклона обоих коллекторов – 45 градусов.
Бак-накопитель гелиосистемы № 1 – 200 л.
Теплоноситель – пропиленгликоль 30 %.
Внешний вид гелиосистемы приведен на рис. 1

Рис.1

 Места установки датчиков и измеряемые параметры приведены на рис. 2

 Рис.2

 Графические результаты полученных измерений изображены на приведенных ниже рисунках

Рис.3

 

Рис.4

Рис.5

Описание полученных данных в ходе проведения исследования:

Рис. 3
Период 1 декабря 2009 г. – 1 января 2010 г.
Средняя температура воздуха, tв = 5°С
Средняя температура на выходе из бака-аккумулятора, tб = 23°С
Средняя температура на выходе гелиоколлектора, tб = 17°С
Температура воды на входе в систему ГВС, tв = 7°С
Мощность гелиосистемы КВт/день в декабре, Qд = mc (tб – tв) / 3600
м – масса воды, кг;
с – теплоемкость воды, 4,183 кДж/(кг°С),
tб – температура воды в баке-накопителе после окончания нагрева, °С;
tв – температура воды в баке-накопителе до начала нагрева, °С;
Qд = 200 х 4,18 х 10 / 3600 = 2,32 КВт/день
Необходимая мощность для нагрева воды до 60°С в системе ГВС
Q = mc (60 – 7) / 3600
Q = 200 х 4,18 х 53 / 3600 = 12,3 КВт/день
Покрытие необходимой загрузки, Z = Qф х 100 / Q %
Z = 2,32 x 100 / 12,3 = 18,9 %

Рис. 4
Период 1 января – 1 февраля 2010 г.
Средняя температура воздуха tв = 0°С
Средняя температура на выходе из бака-акумулятора tб = 27°С
Средняя температура на выходе гелиоколлектора tб = 36°С
Температура воды на входе в систему ГВС tв = 7°С
Мощность гелиосистемы КВт/день в январе Qя = mc (tб – tв) / 3600
Qя = 200 х 4,18 х 20 / 3600 = 4,64 КВт / день
Необходимая мощность для нагрева воды до 60°С в системе ГВС
Q = mc (60 – 7) / 3600
Q = 200 х 4,18 х 53 / 3600 = 12,3 КВт/день
Покрытие необходимой загрузки, Z = Qф х 100 / Q %
Z = 4,64 x 100 / 12,3 = 38 %

Рис. 5
Период 1 февраля 2010 года –1 марта 2010 года
Средняя температура воздуха tв = 0°С
Средняя температура на выходе из бака-аккумулятора tб = 35°С
Средняя температура на выходе гелиоколлектора tб = 40°С
Температура воды на входе в систему ГВС tв = 7°С
Мощность гелиосистемы КВт/день в феврале Qф = mc (tб – tв) / 3600
Qф = 200 х 4,18 х 28 / 3600 = 6,50 КВт/день
Необходимая мощность для нагрева воды до 60°С в системе ГВС
Q = mc (60 – 7) / 3600
Q = 200 х 4,18 х 53 / 3600 = 12,3 КВт/день
Покрытие необходимой загрузки, Z = Qф х 100 / Q %
Z = 6,50 x 100 / 12,3 = 52,8 %
Полученные данные сведены в таблицу 1.

Особенностями эксплуатации гелиосистемы в зимний период являются:

1. Уменьшение полезной площади гелиоколлектора за счет покрытия снегом и появления инея в утреннее время, рис. 6.
2. Увеличение потерь тепла за счет дополнительного охлаждения теплоносителя в коллекторе, в местах, где он проходит на открытых участках, рис. 7.

Выводы:
1. Гелиосистема в зимнее время работает.
2. Экономия энергоресурсов при использовании гелиосистемы в зимнее время составляет более 30 %.
3.  Гелиосистема в зимний период эксплуатации требует ухода по очистке солнечного коллектора от снега.
4. Автоматика управления работой гелиосистемы должна быть адаптирована под условия эксплуатации в зимний период.

Заведующий лабораторией инновационных технологий УкрГГР
Алексей Зурьян

Источник: http://www.altenergo.info

В продолжение темы эффективности солнечных коллекторов в зимний период, посмотрите сюжет компании Атмосфера:




Похожие посты:
- Как работает солнечный коллектор
- Дом на солнечных батареях: сколько стоит и как расчитать