ком положении бака, когда горячая вода из верхней части бака ночью поступает в коллектор, там она охлаждается за счет излучения энергии в окружающее пространство и конвекции и возвращается в нижнюю часть бака. Естественно, это нежелательный процесс, так как он вызывает потери энергии, и для его предотвращения бак-аккумулятор должен быть установлен так, чтобы его днище было выше верхней отметки наклонного коллектора солнечной энергии на 300—600 мм.

Солнечные водонагревательные установки с естественной циркуляцией теплоносителя являются саморегулирующимися системами, и расход жидкости в них полностью определяется интенсивностью поступающего солнечного излучения, а также теплотехническими и гидравлическими характеристиками солнечного коллектора, бака-аккумулятора н соединительных трубопроводов.

В условиях холодного климата в солнечном коллек-1 торе следует использовать незамерзающий теплоноси- * тель — смесь воды с этилен- или пропиленгликолем, гли-зантин (смесь воды с глицерином) и др. В этом случае схема становится двухконтурной. Пример конструктивного выполнения водонагревателя с антифризом в контуре коллектора показан на рис. 24, б. Теплота, полученная незамерзающим теплоносителем в коллекторе, передается воде посредством теплообменника, размещенного в нижней части бака-аккумулятора. По санитарно-гигиеническим нормам вода должна быть надежно защищена от попадания теплоносителя, содержащего токсические вещества.

Возвращаясь к рассмотрению компактных интегрированных водонагревателей, обратим внимание на исходную конструкцию, схематически показанную нарис. 25, а. В теплоизолированном корпусе с остекленной верхней крышкой 2 размещена емкость 3 с черной или селективной наружной поверхностью. Для подвода холодной и отвода горячей воды предусмотрены патрубки. Эффективность водонагревателя можно повысить с помощью отражателя, имеющего специальную форму и помещенного внутри корпуса (рис. 25,6). КПД компактных водонагревателей достигает 60%. На рис. 26 и 27 показана конструкция компактного водонагревателя с солнечным коллектором, выполненным из тепловых труб с надетыми на них с помощью пружинящих прижимов плоскими ребрами, имеющими селективное покрытие в виде фоль-

ги, приклееваемой к ребрам. Теплота от абсорбера коллектора передается баку-аккумулятору контактным способом с помощью листа, приваренного к ребрам и соприкасающегося со всей поверхностью днища бака. Площадь солнечного коллектора составляет всего 1,4—1,6 м^ объем аккумулятора равен 60—100 л, КПД водонагревателя равен 60 %. Благодаря применению тепловых труб эффективность теплообмена достаточна высока, и вода.

Рис. 25. Компактный солнечный водонагреватель емкостного типа:

а —с одной нли несколькими емкостями с водой; б —с отражателем солнечной энергии; / — корпус; 2 — остекление; 3 — емкость; 4 — подвод холодной воды; 5 —отвод горячей воды; 6 —отражатель

поступающая в бак, нагревается за счет теплоты, подводимой от коллектора с помощью контактного листа. В этом случае полностью исключается возможность загрязнения воды рабочей жидкостью, находящейся в тепловых трубах.

Водонагревательные установки с принудительной циркуляцией. Установки с принудительной циркуляцией теплоносителя целесообразно использовать для горячего водоснабжения крупных объектов. В них солнечный коллектор представляет собой большой массив модулей КСЭ. Эти установки имеют большую теплопроизводительность, но, как правило, они довольно сложны. Прин-

Рис. 26. Компактный солнечный водонагреватель:

/ — корпус- 2 — остекление; 3 — теплоизоляция: 4 — тепловая труба; 5 —ребро; S — бак; 7 — контактный лист

4V

i 2

1

1-

г

Рнс. 27. Типичная конфигурация бака-аккумулятора компактного

водонагревателя:

/ — автоматический воздушный клапан; 2—подвод воды через поплавковый loianan; 3 —вода в коллектор; 4 —нагретая вода из. коллектора; 5 —горячая вода к потребителям

Ципиальная схема установки с циркуляцией воды в контуре КСЭ с помощью насоса подачей холодной воды в бак-аккумулятор и регулированием температуры горячей воды, поступающей к потребителю, путем подмешивания холодной воды в смесительном клапане показана на рис. 28.

В холодном климате, как правило, применяются двухконтурные схемы водонагревательных установок (рис. 29). В первом контуре, состоящем из солнечного коллектора и теплообменника с циркуляционным насосом и рас-

ширительным баком, используется незамерзающий теплоноситель. Второй контур образуют бак-аккумулятор, теплобменник и электрический или газовый котел. Холодная вода подводится в нижнюю часть бака-аккумулятора, а вода, нагретая в теплобменнике, поступает в верхнюю часть бака, а оттуда через автоматический смесительный клапан и котел подается к потребителям. Все оборудование, кроме солнечного коллектора, устанавливаемого снаружи, размещается в зданяи, поэтому

Рис. 28. Солнечная водонагревательная установка с принудительной

циркуляцией:

/ — солнечный коллектор; ^—бак-аккумулятор; 3 — иасос; 4 — клапан; ХВ я ГВ — холодная и горячая вода

подобные системы могут эксплуатироваться и в холодный период года. Газовый котел предназначен для доведения температуры горячей воды, предварительно нагретой за счет солнечной энергии, до требуемого значения. При отсутствии солнечной радиации или недостаточном ее поступления вся тепловая нагрузка горячего водоснабжения обеспечивается газовым котлом.

Солнечные водонагреватели могут использоваться в качестве первой ступени для предварительного подогрева воды в обычных топливных системах горячего водоснабжения жилого здания.

Для достижения высокой эффективности всей гелио-топливной системы горячего водоснабжения следует избегать смещения горячей и холодной жидкости в баке-аккумуляторе, для чего в нем необходимо поддерживать

температурное расслоение (стратификацию) жидкости. Горячая жидкость имеет меньшую плотность, чем холодная, и поэтому она находится в верхней части бака, а температура в нем уменьшается сверху вниз. Жидкость подается в солнечный коллектор из нижней части бака, где она имеет наиболее низкую температуру, и благодаря этому обеспечивается более высокий КПД коллектора. Нагретая жидкость из коллектора подается в верхнюю

Рис. 29. Двухконтурная схема солнечной водонагревательной установки;

/ — солнечный коллектор; 2 — теплообменник; 3 — аккумулятор горячей воды: <_дублер (газовый котел); 5 —насос; в — расширительный бак; 7—автоматический смесительный клапан: ХВ и ГВ — холодная и горячая вода

зону бака. Для обеспечения температурной стратификации жидкости в баке можно, в частности, использовать перфорированные горизонтальные перегородки, разделяющие бак на две или несколько зон и предотвращающие перемешивание слоев жидкости с разными температурами. Отводить горячую воду к потребителю необходимо из верхней части бака, где также можно установить электронагреватель, который будет обеспечивать требуемую температуру горячей воды при любых погодных условиях. Однако наилучшим решением является использование двух баков-аккумуляторов —одного с высокой температурой жидкости, а второго — с низкой.

По экономическим соображениям за счет солнечной энергии целесообразно покрывать до 80 % нагрузки горячего водоснабжения, поэтому необходимо использовать наряду с коллектором солнечной энергии (КСЭ) также

дополнительный источник энергии (ДИЭ). На рис. 30 показаны различные схемы подвода энергии от ДИЭ: 1) непосредственно в бак-аккумулятор (AT); 2) к горячей воде (ГВ) на выходе из бака-аккумулятора или 3) к холодной воде (ХВ) на байпасной линии. В качестве ДИЭ может использоваться электронагреватель или топливный котел. Циркуляция теплоносителя в контуре КСЭ осуществляется насосом Я. Изменение эффективности

Рис. 30. Схемы подвода теплоты от дополнительного источника энергии

системы в зависимости от применяемого способа подвода дополнительной энергии связано со средним уровнем температуры воды в коллекторе. При подводе дополнительной энергии непосредственно в бак-аккумулятор (рис. 30, а) повышается средняя температура теплоносителя в коллекторе, а следовательно, снижается его КПД и теплопроизводительность и в результате увеличивается потребление дополнительной энергии. Это означает, что солнечная энергия используется недостаточно эффективно. Наилучшим образом солнечая энергия используется при последовательной схеме подключения дублирующего источника энергии (рис. 30,6). В этом случав вода предварительно подогревается за счет солнечной Энергии до сравнительно невысокой температуры, поэтому средний уровень температуры теплоносителя в коллекторе низкий, а КПД и теплопроизводительность коллектора максимальны. Схема подвода дополнительной