Рве. 2.14. Аккумулятор в грунтовой впадине в Студвике ООвецкя)

1 — поворотная крышка; 2 — солнечные коллекторы; 3 — теплоизоляция; 4 — подача нагретой воды; 5 - защитное покрытие

но, как правило, очень дороги. При рабочем диапазоне температур 45 ... 95 ОС их теплоемкость составляет около 200 Дж/См^ • °С), а при использовании тепловых насосов может быть удвоена за счет охлаждения воды до 5 °С.

Резервуар для воды может быть выполнен в виде ямы в грунте (рис. 2.14). По дну и боковым сторонам ямы укладывают тепло- и гидроизоляцию; поверхность воды защищают теплоизолирующей плавающей крышкой, на которой устанавливают солнечные коллекторы. Вместимость таких аккумуляторов измеряется сотнями и десятками тысяч кубометров.

Аккумулирование тепла в естественных водоемах основано на отделении части озера или морского залива с помощью теплоизолирующего занавеса. Поверхность воды защищают плавающей теплоизоляцией таким же образом, как и в случае ямы-аккумулятора. Этот вариант относится к высокоэффективным, поскольку есть возможность организовать аккумуляторы больших размеров и при этом избежать расходов на выемку грунта.

В мировой практике имеется опыт строительства в скальных выемках хранилищ для нефти и сжиженного газа. Подобные скальные выемки могут быть использованы и для аккумулирования горячей воды. В Швеции в нос. Ликебю оборудована в скальных породах полость для сезонного аккумулирования вместимостью 10 ООО м^. Полость не имеет теплоизоляции; интервал рабочих температур составляет 90 ... 40 "С. Окружающие слои скальной породы также служат для аккумулирования тепла.

Возможен вариант аккумулирования, когда нагретую воду прокачивают через систему буровых скважин глубиной до 100 ... 150 м.

Аккумулятор разряжают, пропуская более холодную воду, которая извлекает из грунта тепло. Наиболее пригодны для таких целей скальные породы и глина, так как в них не происходит переноса тепла грунтовыми водами. В скальных породах скважины располагают на расстоянии 3,5 ... 4 м одна от другой, так что на 1 м скважины приходится от 11 до 16 м^ нагреваемой породы.

Для аккумулирования тепла могут быть использованы водоносные горизонты, расположенные между двумя слоями с низкой водопроницаемостью. Наиболее удобны в этом отношении естественно ограниченные по периферии "водяные линзы", так как здесь отсутствуют теплопотери с утечкой воды. Уменьшить потери теплой воды из водоносного слоя можно, откачивая воду с напорной стороны водоносного горизонта и возвращая ее с низкой стороны. Аккумулятор в водоносном слое объемом около 800 ООО м^ создан в г. Скарборо в Канаде [5]. Он имеет центральную скважину и четыре краевых. При зарядке холодную грунтовую воду откачивают из краевых скважин, а нагретую подают через центральную. Когда горячая вода достигает краевых скважин, аккумулятор заполнен. При разрядке горячую воду откачивают из центральной скважины, а отработанную закачивают в краевые. Диапазон рабочих температур аккумулятора - 70 ... 15 "С.

При аккумулировании тепла солнечной энергии с помощью прудов их используют и как солнечный коллектор. Солнечный пруд - это объем воды с различной концентрацией соли: в верхних слоях она меньше, чем в нижних. Солнечное излучение вызывает более интенсивный нагрев нижних плотных слоев. Перепад плотности достигается искусственным или естественным путем. Например, затопление водой засоленной почвы приводит к диффузии солей в нижние слои и соответственно к перепаду концентрации. Образующийся при этом градиент плотности подавляет конвекцию и вызывает температурный перепад по глубине пруда. При этом верхние, менее нагретые слои воды служат теплоизоляцией. Существуют и другие способы уменьшения теплопотерь с поверхности, аналогичные открытым коллекторам, например, остекление. Пруд глубиной 1 м аккумулирует 15 ... 25 % теплоты падающего излучения. Большая глубина обеспечивает лучшую изоляцию, но до нижних слоев доходит меньшее количество теплоты. Оптимальная глубина пруда составляет 1 ... 2 м. Солнечные пруды дают большое количество низкотемпературного тепла, устойчивы к дневным изменениям климатических параметров и способны поддерживать положительную температуру в течение зимы.

Несмотря на значительное число экспериментальных сезонных аккумуляторов солнечного тепла экономическая эффективность их применения не всегда очевидна. Для решения вопроса о целесообразности их сооружения необходимо, чтобы затраты на устройство и

эксплуатацию аккумулятора были существенно меньше стоимости запасенной энергии. Этому критерию крупные аккумуляторы отвечают в большей степени, чем мелкие, так как они имеют меньшие удельные потери тепла. Поэтому в настоящее время создаются сезонные аккумулирующие системы вместимостью Ю... 10^ м^

2J. СОЛНЕЧНЫЕ УСТАНОВКИ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

В СССР и за рубежом наибольшее распространение получили установки солнечного горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, а также бытовых помещений промышленных предприятий. Это объясняется тем, что к системам горячего водоснабжения не предъявляются такие жесткие требования по надежности, как к системам отопления, и поэтому установки могут быть использованы во многих случаях автономно, что улучшает их экономические показатели. Кроме того, в районах южнее 50 ° с.ш. в годовом балансе расхода тепла жилыми и общественными зданиями на горячее водоснабжение приходится 40 ... 75 %. Исходя из этого,применение солнечных установок горячего водоснабжения может дать значительную экономию топлива при относительно небольших затратах.

Простейшая солнечная установка горячего водоснабжения представляет собой плоский бак, заполненный водой и закрытый стеклом. Летом в ясную погоду такая установка обеспечивает нагрев на 1 м^ 50 ... 100 л воды до температуры 40 ... 50 "С. Из-за горизонтального расположения такие установки работают удовлетворительно только при большой высоте стояния солнца. Кроме того, они имеют высокие потери вследствие тепломассообмена между водой и остеклением. В Киевской области с 1977 г. действуют две такие установки в лагерях труда и отдыха школьников [6].

Устройство теплоизоляции дна и боковых стенок бака несколько повышает эффективность установки. НПО "Солнце" АН Туркменской ССР разработан ряд душевых установок простейшего типа площадью 1... 1,4 м^, позволяющих получить летом с I м^ теплоприемной поверх-кости 85 л воды с температурой 65 "С [17].

В 1976 г. в одном из подмосковных пионерских лагерей смонтирована солнечная установка горячего водоснабжения спального корпуса на 100 человек [9] {рис. 2.15). Установка состоит из 252 солнечных коллекторов общей площадью 176 м^, бака-аккумулятора диаметром 2 м и высотой 2,5 м, циркуляционных насосов. Солнечные коллекторы выполнены из алюминиевых плакированных стальных панелей размером 1650x500 мм, закрытых стеклом. Поскольку установка предназначена для работы в летний период, применена одноконтурная схема. Солнечные коллекторы размещены на плоской кровле здания, а бак-

Рж. 2.15. Псншцитшкная схема со11нечш>й установки горячего вояоаабжешн шкяер-лагеря

1 - солнечные коллекторы; 2 - циркуляционный насос; 3 — бак-аккумуляаор; 4 — водомер; 5 — насос горячего водоснабжения

аккумулятор и циркуляционные насосы - на площадке рядом с корпусом. В летний период установка нагревала около 9 ... 10 воды в сутки до температуры 45-50 ос. Опыт эксплуатации этой установки показал, что в средней полосе СССР установки без дублера можно использовать для горячего водоснабжения сезонных потребителей.

Значительное число солнечных установок горячего водоснабжения внедрено в СРР и БНР.

Так, с 1984 г. работает установка горячего водоснабжения гостиницы "Акация" в Варне. Солнечные коллекторы площадью 170 смонтированы на плоской кровле. Баки-аккумуляторы вместимостью 9,6 установлены рядом со зданием. Дублирующим источником тепла служат электрические бойлеры мошдостью 18 кВт.

В Бухаресте эксплуатируется крупная установка с солнечными Коллекторами общей площадью 5 тыс.м^, которые установлены на

водопровод

tiK. 2.16. принципиальная схема CHcresvai ropsnero водоснабжения микрорайона в г. Бухаресте

1 — солнечные коллекторы на зданиях; 2 — теплообменники солнечного контура; 3 — теплообменники дублера; 4 - насос солнечного контура; 5 - насос для подачи холодной воды; 6 — баки-аккумуляторы; 7 — расширительный сосуд

J ГОРЯЧАЯ ВОДА

ХОЛОДНАЯ ВОДА из 80ДОПР0В0ДД

Рис. 2.17. ТЦншципиальная cxevia систем горячего водоснабжения курорта Мамайя

1 — солнечный коллектор; 2 — теплообменник солнечного контура; 3 — теплообменник дублера; 4 - бак-аккумулятор; 5 - насос

крышах 45 зданий. Аккумуляторы имеют общую вместимость 200 • Насосы, теплообменники и другое оборудование размещены в специальной станции. В установке использована двухконтурная система (рис. 2.16), причем для организации первого контура используют сети

отопления. В летнее время установка обеспечивает 50.% энергии, необходимой для нагрева воды.

На курорте Мамайя эксплуатируется несколько систем горячего водоснабжения комплекса гостиниц. Солнечные коллекторы общей площадью около 2,5 тыс-м^ установлены на плоских кровлях зданий, а также выполнены в виде солнцезащитных навесов над стоянками для автомашин. Системы двухконтурные (рис. 2.17). Насосы и теплообменники размещены в специальных тепловых пунктах, вблизи которых установлены вертикальные напорные аккумуляторы общей вместимостью около 1000 м^. Дублирующим источником тепла служит котельная на жидком топливе.

2.4. СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ И ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Во многих странах мира ведутся интенсивные поиски эффективных технических решений систем солнечного отопления, в основном малоэтажных зданий, с использованием в качестве теплоносителя как жидкостей, так и воздуха.

В Армении с 1982 г. эксплуатируется двухэтажный жилой дом площадью 102,6 м^ с системой солнечного отопления и горячего водоснабжения [7]. Система отопления - водяная с использованием чугунных радиаторов М-140-АО. С целью снижения температуры воды на входе в солнечные коллекторы площадь отопительных приборов увеличена в 1,4 раза по сравнению с обычной системой отопления, рассчитанной на параметры теплоносителя 85 ... 65 °С, а расход теплоносителя в отопительном контуре снижен в 2 раза. Солнечные коллекторы, площадью 32,5 м^ с поглотителем из алюминиевых плакированных сплавов расположены под остекленным южным скатом кровли с углом наклона 60 ° к горизонту (рис. 2.18). Установка имеет два контура - солнечный и отопительный с горячим водоснабжением. Циркуляция воды в отопительном контуре - естественная, обусловленная размещением бака-аккумулятора вместимостью 0,5 м^ в полуподвальном помещении. Там же установлен дублирующий источник тепла - газовый автоматический водонагреватель АГВ-120.

Для предотвращения замерзания первый контур автоматически опорожняется при снижении температуры воды до 3 °С или заполняется водопроводной водой при нагреве коллекторов до 15 ... 20 "С. Теплопотребности дома на отопление и горячее водоснабжение в отопительный период обеспечиваются на 40 % за счет солнечной энергии. Летом мощность солнечной установки значительно превышает Потребность в тепле.

Опыт эксплуатации этого дома и подобных объектов показал, что за счет солнечной энергии обеспечивается 55 ... 70 % годового теплопот-

\