авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

«Руководство по проектированию Систем солнечного теплоснабжения ISBN 978-966-96828-1-9 ООО «Виссманн» г. Киев тел.: (044) 461 98 41 г. Львов тел.: (032) ...»

-- [ Страница 4 ] --

системы отопления должна покрывать в основном солнечная система. Однако в При поддержке системы отопления сол это время отопительные приборы работа- нечной системой совместная работа с ют не в диапазоне расчетных температур, конденсационным котлом принципиально а обратный трубопровод может иметь бо- не влияет на эффективность и эксплуа лее низкую температуру. тационную надежность котла. Верно то, что годовой коэффициент полезного Очень важно обеспечить правильное ги- действия котла немного падает, зато КПД дравлическое уравнивание отопительных всей системы – значительно возрастает.

контуров радиаторов! Решающим фактором является абсолют ная экономия энергии.

124/ Примечание Нагрев нескольких водонагревателей нагревателей, а теплоноситель, в зависи мости от необходимости, с помощью трех Если солнечной энергией нагревается не ходового клапана направляется в разные Во многих регулято один емкостный водонагреватель, есть не- водонагреватели. Трехходовой клапан рах солнечных систем сколько вариантов гидравлических схем устанавливается на обратном трубопро- заложены схемы подключения первичного контура солнеч- воде, поскольку там он лучше защищен от установок, заранее ной системы. действия высоких температур. основанные на одной из двух схем. В регу Схема солнечной системы с двумя на- Критерии выбора ляторах Viessmann сосами С точки зрения эксплуатационной надеж- заложена схема с В данной схеме каждый водонагреватель ности солнечной системы и ее экономич- двумя насосами. Если имеет собственный насос на обратном ности обе схемы аналогичны. При некото- требуется другая ги трубопроводе первичного контура солнеч- рых обстоятельствах схема с трехходовым дравлическая схема, ной системы. Насосы включаются пооче- клапаном более экономична, а схема нужно соответственно редно. Режим, при котором оба насоса с двумя насосами потребляет меньше изменить настройки могут также работать параллельно, теоре- электроэнергии (малые потери давления, регулятора.

тически возможен, но на практике целесо- отсутствует потребление энергии клапа образен только в редких исключительных ном). Если производится нагрев более случаях. Нужно помнить, что такой режим чем двух водонагревателей, то схема с работы приводит к разным расходам те- несколькими насосами, как правило, по плоносителя в первичном контуре. зволяет предложить более «понятную»

схему солнечной системы, чем схема с не Схема солнечной системы с 3-ходовым сколькими включенными последовательно клапаном трехходовыми клапанами.

При таком решении насос первичного контура осуществляет нагрев обоих водо Рис. С.2.2-9 Нагрев нескольких водонагревателей C.2 Расчет солнечных систем C.2.3 Особенности использования солнечных систем Примечание в производственном секторе Для промышленного Рассчитанные выше примеры относятся применения не су- к покрытию нагрузки системы горячего ществует стандарт- водоснабжения и поддержке системы ных схем солнечных отопления в жилых домах. Графики тепло систем, поэтому они потребления и режимы работы системы всегда требуют тща- отопления в производственном секторе тельного проектиро- сильно отличаются от жилищного секто вания в зависимости ра, что необходимо учитывать при расчете от объекта. солнечной системы и определении пара метров ее отдельных компонентов.

Пример Пример Одноквартирный жилой дом на два человека, Частная клиника, расход горячей воды 150 л в сутки, температура расход горячей воды 150 л в сутки, температура 60 °С. 60 °С.

График водопотребления в системе ГВС: График водопотребления в системе ГВС:

Моделирование для водонагревателей различ- Моделирование для водонагревателей различ ных объемов при площади абсорбера 4,6 м2: ных объемов при площади абсорбера 4,6 м2:

В одноквартирном жилом доме расход во- солнечная система с водонагревателем ды в системе ГВС в будни постоянен, а в объемом 300 л рассчитана правильно.

выходные немного уменьшается. Графики зависимости для коллектора (см. главу С.4) В частной клинике рост доли замещения с площадью абсорбера 4,6 м2 и водона- тепловой нагрузки за счет солнечной гревателями с различными объемами по- энергии, коэффициента использования и казывают, что доля замещения тепловой экономии энергии при переходе от объема нагрузки за счет солнечной энергии и ко- водонагревателя 300 л к объему 400 л эффициент использования солнечной си- уже заметен, хотя площадь абсорбера и стемы, начиная с объема водонагревателя график суточного водопотребления со 300 л, ощутимо не возрастает, и экономия ответствуют примеру с одноквартирным теплоты достигла максимума. То есть, жилым домом.

126/ Благодаря увеличению объема водона- C.2.4 Подогрев воды в плавательных гревателя горячая вода, произведенная в бассейнах выходные дни солнечной системой, будет аккумулирована и использована в начале Для подогрева воды в открытых бассей недели. нах в летнее время можно использовать неостекленные коллекторы, то есть про Поэтому при расчете солнечной системы стые полимерные пленочные коллекторы важно учитывать не только среднесуточ- или шланги. С технической точки зрения, ное потребляемое количество горячей во- здесь не идет речь о солнечных коллек ды, но и график водопотребления. торах: для полимерных коллекторов и шлангов применяются другие методики Аналогичные примеры можно рассчитать испытаний согласно EN 12975. Поэтому для поддержки системы отопления – сол- результаты испытаний неостекленных нечная система, используемая в произ- абсорберов из полимеров нельзя сравни водственном здании, ведет себя иначе, вать с результатами испытаний остеклен чем в жилом доме, поскольку в большин- ных металлических абсорберов.

стве случаев температура в системе ото пления в нерабочее время снижается. Такие полимерные абсорберы имеют вы сокий оптический коэффициент полезно Программа расчета Viessmann ESOP го действия, поскольку в них отсутствуют (см. главу С.4) дает возможность соста- потери в остеклении. Однако из-за от вить графики теплопотребления объекта сутствия тепловой изоляции они практи для расчета солнечной системы. чески не защищены от тепловых потерь, и теплопотери в них, соответственно, вы Низкотемпературные технологические соки. По этой причине они применяются тепловые нагрузки только для систем теплоснабжения, кото рые работают с очень низкой разностью При использовании солнечных систем для температур по отношению к окружающей покрытия низкотемпературных технологи- среде, то есть с очень небольшой Т.

ческих нагрузок следует определить тем пературный уровень (около 90 °С), которо- Основная область применения неосте го можно достичь с помощью плоских или кленных коллекторов – открытые бассей вакуумированных трубчатых коллекторов ны без других подключенных потребите с приемлемым коэффициентом полезного лей теплоты – для этого типа нагрузки в действия. летнее время совпадают приход инсоля ции и потребность в подогреве воды для Многие технологические процессы в про- бассейна.

мышленной сфере, такие, например, как промывка или обезжиривание, выпол- В абсорберах для плавательных бассей няются при относительно низком уровне нов непосредственно циркулирует вода температур. Эти процессы могут обеспе- из бассейна. Абсорберы в большинстве чиваться солнечными системами тепло- случаев укладываются горизонтально, снабжения, особенно тогда, когда график то есть на уровне грунта или на плоских теплопотребления относительно равно- крышах, и крепятся ремнями. Их можно мерен. В некоторых случаях достаточно также устанавливать на скатах крыши с очень небольших объемов водонагрева- небольшим углом наклона. На зиму воду теля – таким образом, использование сол- из абсорберов полностью сливают.

нечной системы позволяет получить до статочно приемлемую стоимость теплоты. Для солнечных систем с комбинирован ной тепловой нагрузкой – подогрев воды Уже сегодня пивоваренные заводы и дру- в бассейне, горячее водоснабжение или гие предприятия пищевой промышленно- поддержка системы отопления – простые сти используют солнечные системы для те- полимерные коллекторы не пригодны и в плоснабжения технологических процессов. дальнейшем не рассматриваются.

C.2 Расчет солнечных систем Открытые бассейны без догрева традиционными источниками теплоты В Центральной Европе открытые бассейны эксплуатируются обычно с мая по сентябрь.

Их потребность в энергии зависит от двух видов потерь:

• потери воды из-за утечки, испарения и уноса (имеется в виду количество воды, которое пловец «уносит» с собой при вы ходе из бассейна) – эти потери должны восполняться в виде холодной воды;

• тепловые потери с поверхности, стенок бассейна и за счет охлаждения при испа рении воды.

Потери вследствие испарения можно суще ственно уменьшить, просто накрыв бассейн, Рис. С.2.4 Открытый бассейн когда им не пользуются – это снижает и плавательного центра теплопотребление. Максимальное тепло «Посейдон», г. Гамбург поступление происходит непосредственно В следующем разделе разъяснено, каким от солнечного излучения, падающего на образом теплопотребление плавательного поверхность бассейна. Таким образом, вода бассейна учитывается в расчете солнеч- в бассейне приобретает свою «естествен ных систем с комбинированной тепловой ную» базовую температуру – она может нагрузкой (с остекленными коллекторами). считаться средней температурой бассейна в течение всего времени эксплуатации.

По теплопотреблению плавательные бассейны делятся на три категории, из Использование солнечной системы позво которых затем можно вывести различные лит увеличить базовую температуру воды в правила их интеграции в общую систему бассейне.

теплоснабжения:

• открытые бассейны без догрева тради- Увеличение базовой температуры зависит ционными источниками теплоты (пла- от соотношения площади поверхности вательные бассейны в одноквартирных бассейна и площади абсорбера солнеч домах);

ного коллектора.

• открытые бассейны, в которых поддер живается определенная температура (общественные открытые бассейны, Рис. С.2.4- отчасти плавательные бассейны в одно- Температура воды в открытом бассейне квартирных домах);

• крытые плавательные бассейны (бас сейны, в которых для круглогодичного использования поддерживается посто янная требуемая температура, отчасти плавательные бассейны в одноквартир ных домах).

Заданной температурой называется ми нимальная температура, которую всегда должна иметь вода в бассейне. Она обе спечивается котельной установкой. В от крытых бассейнах при сильной инсоляции заданная температура может увеличи- Температурный режим в недогреваемом открытом ваться. бассейне в результате воздействия инсоляции на поверхность бассейна.

128/ Диаграмма на рис. С.2.4-2 показывает Система теплоснабжения бассейна рас связь между отношением площади по- считана таким образом, что вода нагрева верхности бассейна к площади абсорбе- ется до достижения определенной темпе ра солнечного коллектора и повышением ратуры с помощью котла. Если требуемая температуры. Из-за сравнительно малых температура достигнута, то солнечная температур коллектора и времени его ис- система обеспечивает ее поддержку.

пользования (только летом) применяемый тип коллектора практически не влияет на В таких бассейнах можно определить не эти значения. обходимую площадь коллектора, отклю чив котельную установку в солнечную по Расчет году на 48 часов и точно измерив падение В качестве базового значения «есте- температуры. Для надежности измерение ственной» средней температуры воды проводится два раза. Метод определения в бассейне в разгар лета принимается площади коллектора аналогичен методу температура 20 °С. По опыту известно, что для крытых бассейнов, который будет опи повышения температуры на 3 – 4 К доста- сан в следующем разделе.

точно для достижения более комфортной температуры воды в бассейне. Этого мож но достичь с помощью солнечной системы Крытые бассейны с площадью коллектора, которая равна половине площади поверхности бассейна. Крытые бассейны обычно имеют более высокую температуру воды, чем откры тые, и эксплуатируются круглый год. Если Открытые бассейны с определенной в течение всего года температура воды температурой воды, которая в бассейне должна быть постоянной, поддерживается с помощью котла крытые бассейны должны нагреваться бивалентными системами теплоснабже Если вода в бассейне доводится до ния. Во избежание неправильного выбора определенной температуры и поддер- тепловой мощности необходимо измерить живается на этом уровне с помощью потребность бассейна в теплоте.

обычной отопительной установки, режим работы солнечной системы и ее влияние Для этого догрев бассейна прекращают на на температуру воды в бассейне почти не 48 часов и измеряют температуру в начале меняется. Солнечная система повышает и в конце периода измерения. По разности температуру воды точно так же, как и в не- температур и объему бассейна можно рас догреваемых бассейнах. считать его суточную потребность в тепло Рис. С.2.4-2 Рис. С.2.4-3 Открытый бассейн с поддержанием определенной температуры Повышение температуры в открытом бассейне В открытых бассейнах с защитным покрытием величина В открытых бассейнах с определенной температурой, поддерживаемой котлом, температура воды расчетной площади абсорбера достигает 50 процентов может повышаться за счет нагрева солнечной системой.

площади поверхности бассейна.

C.2 Расчет солнечных систем те. При проектировании требуется произ- Солнечная система для крытого бас водить расчет необходимого количества сейна теплоты для плавательного бассейна. Площадь гелиополя рассчитывается так же, как и для открытых бассейнов (пло Пример щадь коллектора для подогрева воды в бассейне плюс площадь коллектора для В безоблачный солнечный день солнечная си горячего водоснабжения).

стема в Центральной Европе в среднем выраба тывает для подогрева воды в бассейне 4,5 кВт·ч Бассейн получает теплоту, выработанную на м2 площади абсорбера.

солнечной системой, в течение всего года.

Площадь поверхности бассейна: 36 м2.

Поэтому дополнительное увеличение пло Средняя глубина бассейна: 1,5 м.

щади гелиополя для поддержки системы Объем бассейна: 54 м 3.

отопления возможно только в том случае, Снижение температуры за 48 часов: 2 К.

если здесь применяется тот же подход, что и в общем случае для поддержки системы Суточная потребность в теплоте:

отопления за счет солнечной системы 54 м 3 · 1 K · 1,16 (кВт·ч/K·м 3) = 62,6 кВт·ч.

(см. главу С.2.2). Таким образом, площадь Площадь коллектора:

гелиополя, рассчитанная на летнее тепло 62,6 кВт·ч : 4,5 кВт·ч/м2 = 13,9 м2.

потребление, увеличивается не менее чем в два раза. Если не учитывать этот коэф В первом приближении (для оценки за- фициент, то солнечная система в переход трат) можно в общем принять средние сни- ный период и в зимнее время будет нагре жение температуры 1 К в сутки. При сред- вать только воду в плавательном бассейне.

ней глубине бассейна 1,5 м2 это означает, что потребность в теплоте для поддержа ния требуемой температуры составляет около 1,74 кВт·ч/день на м2 площади по- Требования к теплообменникам для верхности бассейна. Соответственно, на плавательных бассейнов 1 м2 площади поверхности бассейна полу чаем площадь коллектора около 0,4 м2.

Теплообменник, передающий солнечную теплоту воде в бассейне, должен быть устойчив к воздействию воды в бассейне Расчет солнечной системы и иметь небольшие потери давления даже при больших расходах теплоносителя.

Солнечная система для открытого бас- Обычно используются кожухотрубные те сейна плообменники, а в некоторых случаях мо Поскольку бассейн обогревается только гут также использоваться пластинчатые в летнее время, в холодное время года теплообменники.

солнечная система используется для под держки системы отопления. Поэтому в Из-за невысокой температуры воды в бас данном случае целесообразно использо- сейне разность температур между пода вать солнечную систему для подогрева во- ющим трубопроводом воды из бассейна и ды в плавательном бассейне, для системы обратным трубопроводом теплоносителя горячего водоснабжения и для поддержки от солнечного коллектора не имеет такого системы отопления. решающего значения, как при нагреве воды для системы ГВС или поддержке си Примечание Для расчета такой солнечной системы к стемы отопления. Однако она не должна площади коллектора для обогрева пла- превышать 10 – 15 К. В зависимости от Примеры гидравличе- вательного бассейна добавляют площадь установленной площади гелиополя, в про ских схем со схемами коллектора для системы горячего водо- грамме поставок Viessmann имеются раз электрических под- снабжения. Объем емкостного водона- личные кожухотрубные теплообменники, ключений можно най- гревателя определяется по суммарной рассчитанные на разность температур ти в проектной доку- площади коллектора. Увеличение площа- 10 К (см. рис. С.2.4-6).

ментации Viessmann. ди гелиополя для поддержки системы ото пления не требуется.

130/ Рис. С.2.4-4 Солнечная система для открытого бассейна и поддержки системы отопления Солнечная система для подогрева воды в открытом бассейне в летнее время может в переходный период и в зимнее время использоваться для поддержки системы отопления.

Рис. С.2.4-5 Солнечная система для крытого бассейна и горячего водоснабжения Солнечная система для подогрева воды в крытом бассейне использует солнечную теплоту для подогрева воды в бассейне и в переходный период, и в зимнее время.

Рис. С.2.4-6 Теплообменники Viessmann для плавательного бассейна В зависимости от подключаемой площади гелиополя, Viess Vitotrans 200 mann предлагает различные Номер заказа теплообменники для плавательных бассейнов.

3003 453 3003 454 3003 455 3003 456 3003 C.2 Расчет солнечных систем C.2.5 Охлаждение с использованием солнечной энергии В наших широтах в летнее время для За прошедшие годы был реализован кондиционирования воздуха в зданиях (в целый ряд холодильных установок на квартирах, офисах) требуется холод. Не- солнечной энергии, в которых нашли обходимость в этом возникает в период отображение результаты последних экс года с высокой инсоляцией. Необходимый периментальных и научных исследований.

расход энергии для охлаждения (компью- Использование солнечной энергии для тер, хранение пищевых продуктов и т. п.) в кондиционирования воздуха прошло пи летние месяцы увеличивается. лотную фазу и нашло применение в обе спечении комфортных условий в зданиях.

Наряду с широко распространенными электрическими компрессионными холо- Расчет холодильных установок с исполь дильными машинами реализуются также зованием солнечной энергии не отлича установки с холодильными процессами, ется от расчета обычных систем. Прежде использующими тепловую энергию. Для всего, нужно определить холодильную жидких холодоносителей применяются аб- мощность и характер изменения нагрузки сорбционные и адсорбционные машины, здания, а затем определить мощность и для использования воздуха в качестве хо- тип холодильной машины.

лодоносителя применяются сорбционные установки. Чаще всего для поддержки систем кон диционирования используют односту В холодильных машинах, работающих на пенчатые абсорбционные холодильные тепловой энергии, целесообразно исполь- машины. На рынке широко представлены зовать солнечную энергию для охлажде- машины сравнительно небольших мощ ния или кондиционирования, поскольку ностей. Холодоносителем является вода, потребность в энергии пропорциональна поглотителем – как правило, бромид ли инсоляции. тия. Двухступенчатые машины, имеющие гораздо более высокий коэффициент преобразования (СОР), не подходят для работы со стандартными коллекторами из-за требуемых высоких температур.

Рис. С.2.5-1 Система кондиционирования с использованием солнечной энергии в Центре исследований окружающей среды в Лейпциге.

132/ Требуемые температуры, в зависимости ванных трубчатых коллекторов при таких от производителя и области применения рабочих температурах принимается всего 500 Вт/м2. Если машина позволяет, нужно абсорбционной холодильной машины, со ставляют около 90 °С, то есть несколько отказаться от теплообменника в первич выше, чем температура теплоносителя в ном контуре и направлять теплоноситель солнечном коллекторе. Поэтому только прямо на абсорбер машины.

вакуумированные трубчатые коллекторы пригодны для использования – с плоскими Доля солнечной энергии должна состав коллекторами требуемых температур мож- лять более 50 процентов. Если процесс но достичь только с очень низким коэф- охлаждения рассчитан на очень низкие фициентом полезного действия. температуры вследствие использования гелиоустановки, то холодильная машина Из-за высоких температур при проекти- работает с относительно низким коэффи ровании необходимо очень тщательно циентом преобразования. Это необходимо согласовывать мощность и диапазон тем- учитывать, если теплоноситель должен ператур холодильной машины. Установка догреваться: если установка рассчитана должна проектироваться для эксплуата- на малую долю солнечной энергии, то, ции без простоя, то есть абсорбционная соответственно, большое количество холодильная машина должна быть в со- теплоты, полученное традиционным спо стоянии непрерывно принимать солнеч- собом, преобразуется в холод с малой ное тепло. Аккумулирование теплоты на эффективностью. Поддержку кондицио «горячей стороне» осложнено из-за высо- нирования за счет солнечной энергии ких температур. целесообразно использовать в проектах, где возможно применение моновалент Для первоначальной оценки затрат можно ного режима работы за счет солнечной при коэффициенте преобразования (СОР) системы.

абсорбционной холодильной машины око ло 0,7 принять приблизительную площадь коллектора 3 м2 на 1 кВт мощности охлаж дения. Расчетная мощность вакуумиро Рис. С.2.5-2 Уровень температур абсорбционной холодильной машины Из-за высоких температур, требуемых для работы абсорбционных холодильных машин для производства холода, пригодны только вакуумированные трубчатые коллекторы.

C.2 Расчет солнечных систем C.2.6 Высокотемпературное использование Высокотемпературной технологической Экономически интересно использование теплотой называют уровень температуры, концентрирующих систем в больших которого невозможно достичь с помощью солнечных системах для производства плоских или вакуумированных трубчатых электроэнергии. Наиболее распростра коллекторов. ненными являются электростанции с па раболическими концентраторами.

Температуры более 100 °С целесообразно получать с помощью солнечных систем с В электростанциях такого типа параболи концентрацией солнечного излучения, что ческие концентраторы устанавливаются повышает плотность потока излучения на параллельно друг другу и поворачиваются абсорбере. вслед за солнцем. В фокусе концентрато ра располагается вакуумированная труба, Наиболее простой концентрирующей в которой находится абсорбер с селек установкой является так называемая тивным покрытием, на котором осущест солнечная печь с отражающими зерка- вляется 80-кратная концентрация сол лами. Здесь солнечные лучи собираются нечного излучения. По трубке абсорбера в фокусе параболического зеркального протекает термомасляный теплоноситель, концентратора, где они нагревают черный который нагревается до температуры око матовый резервуар и его содержимое. ло 400 °С. Через теплообменник тепловая Кроме приготовления пищи, солнечная энергия передается на паровые турбины, печь используется также для дезинфек- в которых затем вырабатывается электри ции питьевой воды. ческая энергия.

В концентрирующих коллекторах исполь- В стадии испытаний находятся другие тех зуется только прямое солнечное излуче- нологии – коллекторы с линзами Френеля Рис. С.2.6-1 Олимпийский огонь ние, рассеянный свет не может отражать- и солнечные башенные электростанции.

зажигается солнечными лучами ся на абсорбер. По этой причине такая с помощью параболического техника применяется только в регионах с зеркала.

высокой долей прямого излучения.

Рис. С.2.6-2 Гелиоустановка для производства электроэнергии В регионах с высокой долей прямого солнечного излучения все большее применение для производства электроэнергии находят солнечные тепловые электростанции.

134/ C.3 Комбинации с регенеративными источниками теплоты Рис. С.3-1 Аквапарк «Камбомаре», Кемптен Комбинации с регенеративными источниками теплоты Потребность в системах теплоснабжения, позволяющих отказаться от нефти и газа, постоянно возрастает, причиной чего является рост цен на топливо. В качестве дополнительного источника теплоты для солнечных систем могут быть использованы тепловые насосы и котлы на биомассе.

Для обеспечения надежности теплоснаб жения солнечные системы, как правило, комбинируются с дополнительными ис точниками теплоты. Основные функции солнечной системы в разных комбинациях не изменяются, однако значительный по тенциал существует для оптимизации всей системы теплоснабжения в целом.

Современные газовые котлы и котлы на жидком топливе обеспечивают эффек тивное сжигание топлива и высокий ко эффициент полезного действия. Высокую эффективность также имеют котлы на био массе и тепловые насосы.

136/ C.3.1 Солнечные системы с котлами на биомассе Котлы для сжигания древесины или дру гого твердого биотоплива имеют довольно большой вес, они изготавливаются из металла и имеют большое водонаполне ние. В режиме отопления это не является недостатком – а при нагреве горячей воды для ГВС в летний период коэффициент использования по сравнению, например, с газовым конденсационным котлом, намно го ниже: котел должен нагревать очень много стали и воды, чтобы подогреть не много воды для системы ГВС.

Системы теплоснабжения с котлами на Если буферная емкость предварительно биомассе часто комбинируют с солнеч- нагревается солнечной энергией, ее объ ными системами, во время отопительного ем необходимо соответственно увеличить, периода работает и котел, и солнечная поскольку начальная температура повы система, а в летнее время солнечная шается вследствие предварительного система работает практически без допол- нагрева (при неизменной максимальной нительного источника теплоты. В переход- температуре). Таким образом, при исполь ный период при небольшой потребности зовании солнечной системы расчетная в теплоте котел работает аналогично разность температур уменьшается, и летнему периоду, то есть обеспечение те- объема буферной емкости недостаточно плом в основном берет на себя солнечная для аккумулирования количества теплоты, система. которое вырабатывается при полном сго рании топлива в твердотопливном котле.

Целесообразно подключение солнечной системы к бивалентному водонагрева- Таким образом, если система теплоснаб телю в одноквартирном доме, который жения с твердотопливным котлом с ручной отапливается котлом на гранулированном загрузкой комбинируется с солнечной топливе (пеллеты) с автоматической пода- системой, объем буферной емкости необ чей топлива. Расчет производится в соот- ходимо соответственно увеличить.

ветствии с главой С.2.2.

Рис. С.3.1-1 Отопительный котел Системы теплоснабжения с твердотоплив- Vitoligno 300-P на пеллетах ными котлами с ручной загрузкой требуют полного сгорания и оснащаются буфер ной емкостью для подключения системы отопления, объем которой рассчитан на безаварийную работу котла. При этом определение объема буферной емкости всегда выполняется с учетом разности температур между температурой в об ратном трубопроводе (температура в бу ферной емкости не может быть ниже ее) и максимальной температурой в буферной емкости (температура в буферной емко сти не может быть выше ее).

Буферная емкость рассчитывается таким образом, чтобы при полном сгорании то плива общее количество энергии могло аккумулироваться в буферной емкости.

C.3 Комбинации с регенеративными источниками теплоты C.3.2 Солнечные системы с тепловыми насосами Тепловые насосы в комбинации Тепловые насосы в комбинации с солнечными системами для горячего с солнечными системами водоснабжения для поддержки системы отопления Чем меньше разность температур между Для тепловых насосов в Германии суще температурой источника теплоты и тем- ствует временной график пользования пературой в системе теплоснабжения, электроэнергией со специальным та тем выше еффективность работы тепло- рифом, поэтому они должны комбини вого насоса. Поэтому для нагрева воды роваться с буферными емкостями для в системе ГВС температура в подающем подключения системы отопления, которые трубопроводе должна поддерживаться на предназначены и для нагрева солнечной минимально возможном уровне за счет системой. Согласно графику пользования увеличения площади поверхности тепло- электроэнергией, как правило в дневное обменника. Для подключения солнечной время, существуют определенные часы, Примечание системы вместе с тепловым насосом когда тепловой насос отключается. В те Viessmann предлагает специальный бива- чение этого времени тепловая нагрузка Подробную информа- лентный водонагреватель для теплового системы отопления покрывается за счет цию о комбинации с насоса. аккумулированной теплоты из буферной солнечными система- емкости.

ми смотрите в техни- Тепловой насос подключается к встро ческой документации енному теплообменнику с большой по- Объем буферной емкости определяется на тепловые насосы верхностью теплообмена, а солнечная минимальной энергоемкостью, необходи Viessmann. система подключается через внешний мой для перекрытия периодов отключения теплообменник. пользования электроэнергией. К буфер ной емкости для подключения системы отопления можно подключить солнечный коллектор соответствующей площади.

Если необходимо обеспечить высокую долю замещения тепловой нагрузки на отопление, объем буферной емкости для Рис. С.3.2-1 Емкостный водонагреватель отопления можно увеличить. В этом слу для тепловых насосов Viessmann Емкостный водонагреватель ГВС чае необходимо, чтобы часть буферной Vitocell 100-V с подключеним емкости, предназначенная для перекры теплообменника для вания графика, была отделена от тепло использования солнечной энергии. вого насоса гидравлически и с помощью регулирования.

Если буферная емкость для подключения системы отопления не используется для нагрева с помощью теплового насоса, то она рассчитывается аналогично комби нации солнечной системы с котельными установками.

138/ C.4 Расчет солнечной системы с помощью программы ESOP Расчет солнечной системы с помощью программы ESOP Расчет солнечной системы представляет собой компьютерное моделирование – результат моделирования позволяет понять и оценить работу реальной солнечной системы.

Компьютерное моделирование выполняют Моделирование нестационарных режимов тогда, когда обычные инженерные методы необходимо, так как изменения в работе расчета вручную слишком трудоемки или солнечной системы происходят как в тече дают неудовлетворительный результат. ние дня, так и в течение года.

Компьютерное моделирование использу ют, если система работает в нестационар ных условиях.

Программа для расчета солнечных систем теплоснабжения дает возможность моде лировать и анализировать работу систе мы на компьютере. Для этого в программу моделирования заложены определенные параметры (характеристики), влияющие на работу заданной системы.

140/ Рис. С.4-1 Схема процесса моделирования Основная структура программы Моделирование, с одной стороны, требует исходных данных, например, метеороло гических данных и профилей тепловой нагрузки, а с другой стороны, отдельные компоненты системы, например, гелио коллектор, аккумулятор теплоты, теплооб менник, должны выбираться на основании заданных характеристик. В качестве ре зультатов расчета программа моделирова ния определяет такие параметры, как доля замещения тепловой нагрузки и годовая производительность солнечной системы.

Исходные данные Основными исходными данными для мо делирования с помощью программы явля ются метеорологические данные предпо лагаемого места размещения солнечной системы.

Так называемый «базовый год» использу ется для расчета солнечных систем. Ме теорологическая служба Германии (DWD) разделила страну на 15 климатических зон и для каждой из этих зон составила типовые метеорологические данные, та кие как интенсивность солнечного излуче ния, температура воздуха, относительная влажность воздуха и скорость ветра.

В связи с тем, что необходимые актиноме трические наблюдения по всем областям Украины не ведутся, Украина аналогично разделена на 4 климатические зоны по го довому приходу суммарной солнечной ра диации на горизонтальную поверхность.

Кроме того, моделирующая программа дает возможность вводить, а затем об рабатывать в ходе моделирования целые массивы данных, например, данные из менения потребления горячей воды или отопительной нагрузки.

В программу Viessmann ESOP интегри рованы метеорологические данные.

Программа ESOP с помощью цифровых методов вычислений производит расчет нестационарных тепловых и энергетиче ских характеристик как отдельных компо нентов, так и системы в целом.

C.4 Расчет солнечной системы с помощью программы ESOP Рис. С.4.-2 Солнечная система горячего водоснабжения Ввод параметров моделирования Для начала моделирования следует вве сти технические характеристики компо нентов для требуемой схемы солнечной системы, например, эффективность, те плопотери, а также объединить компонен ты в единую систему. В ESOP заложены различные схемы распространенных сол нечных систем горячего водоснабжения, поддержки системы отопления и подогре ва воды в плавательном бассейне.

Рис. С.4-3 ESOP: диалоговое окно характеристик коллекторов Характеристики компонентов Viessmann, таких как коллекторы, водоногреватели, отопительные котлы, можно легко и удоб но ввести в программе ESOP. Кликнув со ответствующий компонент, Вы попадаете в меню выбора.

Рис. С.4-4 ESOP: определение тепловой нагрузки Для ввода тепловой нагрузки в программу заложены различные профили тепловых нагрузок. Эти профили позволяют учиты вать, например, изменение тепловой на грузки в течение дня или недели, а также сезонные колебания или отклонения в отпускной период.

142/ Рис. С.4-5 ESOP: результаты расчета Результаты расчета Программа ESOP определяет все основ ные характеристики, необходимые для оценки конфигурации солнечной системы, например, долю замещения тепловой на грузки, производительность коллектора и экономию энергии.

Область применения Программа ESOP была разработана для поддержки проектирования и оптимиза ции солнечных систем теплоснабжения.

Кроме этого, данная программа подходит и для поддержки продаж в качестве де монстрации предлагаемой солнечной си стемы, что называется, «прямо на месте».

Проверка расчета Для проведения расчетов по моделиро- Кроме того, необходимо учитывать, что Примечание ванию необходим определенный опыт, моделирование всегда дает условные ошибка при введении параметров может характеристики солнечной системы на Моделирование по порой значительно исказить результаты – основании синтетических метеорологиче- зволяет проводить поэтому рекомендуется всегда проводить ских данных за базовый год. только энергетиче проверку достоверности расчетов. скую оценку системы.

В реальной солнечной системе на осно- Результаты модели В принципе, удельная производительность вании фактических метеорологических рования и графиче коллектора (см. главу А.2.4) вполне подхо- условий и реальной картины эксплуа- ские зависимости не дит для контроля достоверности. тации будут происходить значительные заменяют проектной отклонения от расчетных данных. От- документации.

Для установок горячего водоснабжения дельные месяцы, недели или дни могут с плоскими коллекторами это значение значительно отличаться от моделируемых, должно находиться в диапазоне однако, что касается годовой произво от 300 кВт·ч/(м2·год) до 500 кВт·ч/(м2·год). дительности, здесь нет сколько-нибудь По опыту проектирования существующих существенных отличий между расчетной и систем можно проверить при моделирова- реальной солнечной системой.

нии и другие параметры.

144/ D Регуляторы солнечных систем Регулятор осуществляет управление энергией и обеспечивает эффективное использование солнечной теплоты.

Viessmann предлагает регуляторы Vitosolic При этом регулятор Vitosolic соединяется для обеспечения любых необходимых с регулятором котла и отключает отопи параметров. Vitosolic обеспечивает макси- тельный котел, когда в систему начинает мально эффективное использование те- поступать достаточное количество сол плоты, полученной с помощью солнечных нечной теплоты.

коллекторов, для систем горячего водо снабжения, подогрева воды в плаватель ных бассейнах или поддержки системы отопления.

146 D.1 Функции регулятора солнечной системы 147 D.1.1 Основные функции 149 D.1.2 Дополнительные функции 154 D.2 Контроль функционирования и производительности солнечной системы 155 D.2.1 Контроль функционирования 156 D.2.2 Контроль производительности D.1 Функции регулятора солнечной системы Рис. D.1-1 Регулятор Vitosolic Viessmann Функции регулятора солнечной системы Солнечные системы теплоснабжения управляются регуляторами. Требования, которые должен выполнять регулятор, могут быть самыми различными – это зависит от типа солнечной системы и выполняемых функций.

Ниже описаны основные и дополнитель ные функции регуляторов солнечных си стем. Регуляторы Vitosolic выполняют все необходимые фукции.

Описание настройки регулятора для кон кретной солнечной системы можно найти в соответствующей технической докумен тации.

146/ D.1.1 Основные функции Регулирование по разности температур оправдывало себя, то есть, чтобы раз ность температур между теплоносителем При регулировании по разности темпе- и водой в водонагревателе была доста ратур производится измерение двух тем- точно большой. Кроме того, при переносе ператур, а затем определяется разность теплоты от коллектора насос не должен между ними. немедленно выключиться, как только холодный теплоноситель из водонагре В большинстве солнечных систем регуля- вателя достигнет датчика температуры тор сравнивает температуру коллектора коллектора.

и емкостного водонагревателя между со бой – для этого он использует данные из- В обычных солнечных системах с встро мерений датчиков температуры, установ- енными теплообменниками в водона ленных на коллекторе и водонагревателе. гревателе разность включения между Насос гелиоконтура включается, когда температурой коллектора и температурой разность температур между коллектором водонагревателя составляет 8 К, а вы и водонагревателем превышает заданное ключения – 4 К, если температура тепло значение (разность температур включе- носителя измерена точно (см. рис. D1.1-2).

ния). Теплоноситель переносит теплоту из Определенная неточность измерений коллектора в емкостный водонагреватель. является допустимой. В очень длинных Если второе значение, меньшая разность трубопроводах (более 30 м) оба значения температур будет ниже установленного увеличиваются на 1 К на каждые 10 м.

значения, насос гелиоконтура выключа ется (разность температур выключения). В солнечных системах с внешними те Интервал между разностью температур плообменниками разность температур включения и выключения называется ги- включения и выключения для первичного стерезисом. и вторичного контура рассчитывается на основании длины трубопровода и выбран Разность температур включения насоса ной разности температур в теплообменни гелиоконтура должна выбираться таким ке. Включение и выключение вторичного Регулятор обеспечивает образом, чтобы транспортирование те- контура осуществляется при несколько эффективную транспортировку плоты от коллектора к водонагревателю меньших разностях температур. теплоты. Теплота перемещается от коллектора к водонагревателю тогда, когда это целесообразно.

Рис. D.1.1-1 Принцип работы регулятора D.1 Функции регулятора солнечной системы Рис. D1.1-2 Размещение датчика температуры коллектора Размещение датчиков температуры в погружных гильзах обеспечивает получение оптимальных данных измерений для регулятора солнечной системы.

Ограничение максимальной Размещение датчиков температуры Самое точное измерение выполняется Процесс солнечного нагрева должен быть тогда, когда температура измеряется не ограничен установкой максимально до- посредственно в среде теплоносителя, то пустимой температуры. Это не заменяет есть с использованием погружных гильз.

ограничения безопасной температуры во Для всех водонагревателей и коллекторов избежание парообразования в емкостном Viessmann используются стандартные по водонагревателе. гружные гильзы.

В плоских коллекторах Vitosol с меандро Датчик температуры выми абсорберами погружные гильзы расположены на той стороне коллек Поскольку температура в солнечной тора, где трубка абсорбера припаяна к системе может быть гораздо выше, чем главному трубопроводу (в коллекторах в обычной системе отопления, датчик Viessmann на этой стороне установлена температуры в коллекторе должен быть фирменная табличка). Благодаря этому устойчив к воздействию высоких темпера- датчик температуры коллектора способен Примечание тур. Кроме того, датчик должен иметь ка- быстро определить увеличение темпера бель, устойчивый к воздействию высоких туры абсорбера.

Меры по защите дат- температур и погодных условий.

чика и регулятора от повышения напряже- Прочие требования к датчикам темпе ния описаны в главе ратуры не отличаются от требований к В.1.6.4. характеристикам стандартных высокока чественных датчиков систем отопления.

148/ D.1.2 Дополнительные функции Многократное измерение разности температур и определение приоритета водонагревателей В солнечных системах с несколькими во донагревателями или потребителями не обходимо соотносить разные измерения разности температур между собой. При этом можно выбирать различные стра- Рис. D.1.2-1 Регулирование по приоритету тегии регулирования в зависимости от требований.

Регулирование по приоритету При регулировании по приоритету вклю чение одного из водонагревателей имеет приоритет по загрузке от гелиоконтура.

Если к солнечной системе подключено два потребителя – например, один емкост ный водонагреватель ГВС и плавательный бассейн без догрева котлом, – то в такой солнечной системе приоритет по нагре ванию от гелиоконтура имеет система горячего водоснабжения. Только после того, как вода в водонагревателе достиг нет требуемой температуры, солнечная система начинает нагревать воду в плава тельном бассейне (см. рис. D.1.2-1). Приоритет для горячего водоснабжения: Р1 работает тогда, когда Т1 больше Т2. Р2 работает тогда, когда Т2 достигает требуемого значения, а Т1 больше Т3. (Соответственно, должна учитываться необходимая разность температур).

Регулятор настраивается таким образом, чтобы солнечная система нагревала сна Рис. D.1.2-2 Регулирование по эффективности чала воду в водонагревателе ГВС. При этом нужно считаться с тем, что солнеч ная система будет работать с меньшим коэффициентом полезного действия, по скольку она в первую очередь не нагрева ет более холодную воду в бассейне.

Регулирование по эффективности Если солнечная система должна работать максимально эффективно, ее коэффици ент полезного действия должен постоянно находиться в диапазоне максимальных значений. Для установки с двумя водона гревателями, которые подлежат догреву в течение всего года, регулирование всегда должно обеспечивать нагрев водонагре вателя, имеющего более низкую темпера туру (см. рис. D.1.2-2).

Такая концепция регулирования применя ется, например, тогда, когда к солнечной Регулирование по эффективности: Р1 работает тогда, когда Т1 больше Т2, а Т2 меньше Т3.

системе подключены два потребителя Р2 работает тогда, когда Т1 больше Т3, а Т3 меньше Т2. (Соответственно, должна учитываться необходимая разность температур).

(две квартиры).

D.1 Функции регулятора солнечной системы Рис. D.1.2-3 Регулирование с помощью насоса байпасного контура Регулирование с помощью насоса бай пасного контура Насос байпасного контура может улуч шить пусковые характеристики солнечной системы, например, при очень длинных подводящих трубопроводах или горизон тальной установке вакуумированных труб чатых коллекторов на плоских крышах.

Регулятор регистрирует температуру коллектора с помощью датчика коллек тора. При превышении установленной разности температур по отношению к температуре датчика водонагревателя включается насос байпасного контура.

При этом нагретый солнечной энергией теплоноситель нагревает сначала только трубопроводы. Далее при превышении Регулирование с помощью насоса байпасного контура: Р1 работает, когда Т1 больше Т3.

заданной разности температур между Р2 работает только тогда, когда Т2 больше Т3. (Соответственно, должна учитываться необходимая датчиком байпасного контура и датчиком разность температур).

температуры водонагревателя включается насос гелиоконтура, а насос байпасного контура выключается. Таким образом можно избежать охлаждения водонагре вателя (с встроенным теплообменником) Рис. D1.2-4 Регулирование с помощью датчика излучения в начальной стадии зарядки емкостного водонагревателя.

Регулирование с помощью датчика из лучения С точки зрения гидравлики эта концепция похожа на регулирование с помощью насоса байпасного контура, только бай пасный насос запускается не по разности температур, а с помощью датчика, изме ряющего излучение.

Регулятор получает иформацию от дат чика солнечного излучения. При превы шении заданного порогового значения излучения включается насос байпасного контура. В обычных случаях это значение составляет 200 Вт/м2.

Регулирование с помощью датчика излучения: Р1 работает, когда излучение превышает минимальное значение. Р2 работает только тогда, когда Т1 больше Т2. (Соответственно, должна Такой вид байпасного включения осо учитываться необходимая разность температур).

бенно подходит тогда, когда непрерывное точное измерение температуры в кол лекторе невозможно, например, из-за кратковременных частичных затенений (дымовой трубой или др.).

150/ Подавление догрева водонагревателя Нагрев для соблюдения гигиенических котлом требований к горячей воде Для повышения эффективности солнеч- Для обеспечения гигиенических требо ной системы обычный догрев бивалентно- ваний к горячей воде весь объем горячей го емкостного водонагревателя системы воды раз в день нагревается до темпера ГВС можно задержать до тех пор, пока не туры 60 °С. Это касается нижней части би прекратится нагрев за счет солнечного валентного емкостного водонагревателя излучения (выключится насос гелиоконту- системы ГВС или емкостного водонагре ра). Эту функцию можно использовать в вателя для предварительного нагрева.

комбинации с регулятором котла Vitotronic.

Viessmann поставляет соответствующее При такой термической дезинфекции программное обеспечение, старые регу- необходимая для нее теплота должна по ляторы можно модернизировать. даваться через теплообменник котла для нагрева всего объема водонагревателя.

На регуляторе обычным способом выстав- Датчики температуры должны быть рас ляется температура догрева для системы положены таким образом, чтобы действи ГВС. Кроме этого, устанавливается мини- тельно весь объем водонагревателя ГВС мальная температура. При активировании достиг требуемой температуры.

функции подавления догрева и нагреве водонагревателя от гелиоконтура регу лятор котла допускает понижение темпе- Оптимизация термической ратуры горячей воды до установленного дезинфекции минимального значения. Емкостный водо нагреватель обогревается котлом (во вре- Функция оптимизации термической дезин мя работы насоса гелиоконтура) только фекции отключает последнюю, если горя тогда, когда температура в нем ниже этого чая вода в предварительном водонагре минимального значения. вателе или в нижней части бивалентного водонагревателя в течение предыдущих 24 часов уже была нагрета солнечной си стемой до 60 °С.

Эта функция обеспечивается, если регу лятор котла связан с регулятором Vitosolic.

Рис. D.1.2-5 Регулирование термической дезинфекции При термической дезинфекции хороший результат дает комбинация регулятора солнечной системы с регулятором котла. Если температура датчика водонагревателя за прошедшие 24 часа превышала значение 60 °С, догрев блокируется.

D.1 Функции регулятора солнечной системы Функции, позволяющие избежать Функция периодического включения стагнации Функция периодического включения Для недопущения стагнации или умень- используется в солнечных системах, в шения нагрузок при стагнации можно которых температуру абсорбера нельзя активировать дополнительные функции. определить точно. Это происходит, напри Это целесообразно только для солнечных мер, при горизонтально установленных систем с очень высокой долей замещения вакуумированных трубчатых коллекторах, тепловой нагрузки или поддержкой систе- в которых недостаточная естественная мы отопления, в которых необходимо счи- циркуляция теплоносителя не позволяет таться с возможностью стагнации. датчику температуры коллектора неза медлительно регистрировать увеличение Функция охлаждения коллектора температуры. Через определенные про Примечание Насос гелиоконтура выключается при межутки времени насос гелиоконтура достижении максимальной температуры включается на 30 секунд, чтобы обеспе Функции охлаждения ГВС в емкостном водонагревателе. Если чить циркуляцию теплоносителя от кол регулятора дополняют активирована функция охлаждения и тем- лектора к датчику температуры. Функция меры по предотвра- пература коллектора возрастает до уста- периодического включения не активна с щению стагнации, но новленного максимального значения для 22:00 до 6:00.

не заменяют их. Под- коллектора, насос включается до тех пор, робную информацию пока температура коллектора не снизится по стагнации см.


в на 5 К. При этом температура емкостного Термостатические функции главе В.3.5. водонагревателя может продолжать ра сти, но только до 95 °С. Величина этого Регулятор Vitosolic 200 дополнительно значения определяется максимально до- предлагает различные термостатические пустимой температурой емкостного водо- функции. Для этого дополнительные нагревателя. датчики регистрируют соответствующие температуры и при их превышении или Функция обратного охлаждения понижении включают циркуляционный Эта функция целесообразна только тогда, насос. Так можно, например, при опреде когда активирована функция охлаждения ленной температуре водонагревателя коллектора. При достижении установлен- включать насос для нагрева плавательно ной максимально допустимой температу- го бассейна.

ры водонагревателя насос гелиоконтура выключается, чтобы избежать перегрева. Указания по регулированию количества Вечером насос продолжает работать до оборотов насоса гелиоконтура см. в главе тех пор, пока водонагреватель не охла- В.3.1.3.

дится через коллектор и трубопроводы до установленной максимальной темпера туры системы ГВС. Эта функция гораздо более эффективна для плоских коллекто ров, чем для вакуумированных трубчатых.

Пример Заданная максимальная температура водонагревателя – 70 °С. При достижении этой температуры насос гелио контура выключается. Коллектор нагревается до заданной максимальной температуры 130 °С. При включен ной функции охлаждения коллектора насос гелиоконтура снова включается и работает до тех пор, пока темпе ратура коллектора не опустится до 125 °С или до достижения температуры в емкостном водонагревателя 95 °С.

При включенной функции охлаждения коллектора насос гелиоконтура продолжает работать, пока водонагре ватель снова не охладится через коллектор до 70 °С или до достижения температуры водонагревателя 95 °С (защитное выключение).

152/ D.2 Контроль функционирования и производительности солнечной системы Контроль функционирования и производительности солнечной системы Регулятор солнечной системы не только обеспечивает эффективное использование солнечной энергии, но и выполняет важные функции контроля.

Как и в любом другом оборудовании, в Контроль за работой солнечной системы солнечных системах теплоснабжения можно осуществлять двумя разными спо нельзя полностью исключить неисправ- собами: путем контроля функционирова ности. В других системах теплоснабжения ния и путем контроля производительности.

неисправность обычно быстро становится очевидной, а в солнечных системах – нет, С помощью контроля функционирования поскольку в таких случаях традиционный можно проверять правильность работы источник теплоты берет обогрев на себя и всей солнечной системы или отдельных поэтому неисправность не всегда очевид- компонентов. Такой контроль можно вести на. По этой причине в проект солнечной вручную или автоматически.

системы необходимо включить вопросы контроля ее работы. При контроле производительности изме ренные значения количества теплоты за единицу времени сравниваются с заданны ми или расчетными значениями.

154/ D.2.1 Контроль функционирования Современные регуляторы солнечных систем не только обеспечивают надлежа щую работу системы, но и осуществляют контроль ее основных функций. Рис. D.2.1-1 Незащищенные соединительные провода датчиков К сожалению, такая ситуация встречается на практике очень Самодиагностика регулятора часто: явные следы зубов и клювов на незащищенных соединительных проводах Регулятор состоит из различных модулей, датчиков исправность и согласованность которых контролируется самим регулятором. Если один из модулей выходит из строя, гене рируется сообщение о неисправности или срабатывает сигнализация.

Контроль соединительных проводов датчиков Правильно работающий регулятор немед ленно обнаруживает дефект соединитель ных проводов датчика. Если, например, незащищенный соединительный провод датчика коллектора будет поврежден гры зунами или птицами, это может привести к короткому замыканию или к обрыву.

Регулятор воспринимает это либо как Еще одной возможностью контроля функ электрическое сопротивление 0, либо ционирования является проверка разно бесконечность, или - в «логике» измере- сти температур, как правило, между кол ния температуры – как температуру «бес- лектором и водонагревателем. Этот вид конечно» высокую или низкую. контроля основывается на допущении, что коллектор в рабочем режиме, то есть по В регуляторе заложены предельные ка водонагреватель еще не достиг своей значения температур, которые обычно максимальной температуры, не должен охватывают ожидаемый рабочий темпе- быть горячее водонагревателя, например, ратурный диапазон солнечной системы. более чем на 30 К (данное значение мож Если температура выходит за пределы но изменять). С помощью автоматической этого диапазона, регулятор сообщает о функции контроля определяются типовые неисправности. неисправности, которые приводят к тому, что отвод теплоты от коллектора в водона греватель прекращается, хотя последний Контроль температур еще может ее принимать:

• неисправность насоса первичного кон На регуляторе можно задать максималь- тура;

ные температуры для водонагревателя и • прекращение подачи электропитания коллектора, начиная с которых регулятор на насос;

будет выдавать сообщение о неисправ- • проблемы с гидравликой в первичном ности. Перед заданием этих температур контуре (например, наличие воздуха, необходимо точно проверить их значение утечек, отложений);

для данной конкретной установки, чтобы • неправильное расположение вентилей;

исключить появление ложных сообщений • дефектный или очень сильно загряз о неисправности. ненный теплообменник.

D.2 Контроль функционирования и производительности солнечной системы Кроме того, можно, даже при неработаю- D.2.2 Контроль производительности щем насосе гелиоконтура регистрировать повышение температуры на коллекторе Простым и эффективным методом контро или положительную разность температур ля является сравнение реального времени между более холодным водонагревателем работы насоса с ожидаемыми значения и более теплым коллектором (например, ми. Для средней солнечной системы этот ночью). Так можно выявить неисправность показатель составляет 1500 – 1800 часов компонентов установки, которая может в год. Моделирование работы системы да привести к естественной циркуляции, то ет более точные значения времени работы есть к тому, что водонагреватель будет за насоса. Правда, такое сравнение никак не счет естественной циркуляции нагревать основано на измерении производительно коллектор. сти солнечной системы.

Нужно, конечно, учитывать, что, например, Измерение производительности более интенсивный ночной водоразбор в середине лета может привести к фактиче- Перед тем как измерять производитель ской разности температур между холод- ность солнечной системы, необходимо ным водонагревателем и теплым коллек- сначала провести критическую оценку тором (температурой окружающей среды). метода измерений, чтобы избежать непра Сильные колебания наружной темпера- вильных выводов о производительности туры также могут привести к ошибочным солнечной системы. При этом надо учи сообщениям о неисправности. Поэтому тывать, что определение производитель при активировании функции контроля ности с помощью регулятора солнечной рекомендуется проинформировать о них системы является скорее оценкой, чем пользователя, чтобы избежать ненужных измерением. Так, например, можно изме обращений в сервисную службу. рять время, в течение которого на насос подается напряжение. Если же в оце Все сообщения о неисправности можно ночные данные входят предполагаемые, считывать прямо на регуляторе. Есть а не измеренные значения количества также возможность передать сообще- протекающей жидкости и температур ние о неисправности дальше, например, водонагревателя и коллектора, то речь системе управления зданием или через идет не об измерении, а об оценке произ Интернет. водительности.

С помощью функции автоматического Для измерения производительности тре контроля можно очень надежно контро- буется правильное определение объемно лировать режимы работы и выявлять го расхода и измерение двух температур.

различные неисправности. Однако авто- При проведении измерений в первичном матический контроль имеет свои пределы: контуре нужно учитывать, что вязкость и области, в которых опасность появления теплоемкость воды и водно-гликолевых ложных сообщений о неисправности смесей отличаются друг от друга. Если в очень высока, и режимы работы солнеч- гликолевом контуре установлен стандарт ной системы, которые не имеют типовых ный счетчик количества теплоты, без уче признаков неисправностей. та корректирующих коэффициентов, то выработанное количество теплоты невоз можно определить точно, его тоже можно Пример только оценить.

Если при очень загрязненном или разбитом сте В солнечных системах с внешними тепло кле коллектора температура на нем не повыша обменниками всегда целесообразно про ется, регулятор не «знает», является ли это водить измерения во вторичном контуре.

следствием дефекта или это происходит просто из-за плохой погоды. В подобном случае диа гноз может поставить измерение и оценка про изводительности солнечной системы.

156/ Рис. D.2.2–1 Измерение производительности Так можно достаточно точно определить количество теплоты, отдаваемой солнеч ной системой водонагревателю. При из мерениях после буферной емкости нужно учитывать теплопотери водонагревателя, то есть считать только количество полез ной теплоты, отданной системе.

Однако нужно заметить, что для практи ческого применения ни один из методов измерения количества теплоты – неза висимо от того, в каком месте оно выпол няется, – не соответствует нормативным требованиям к определению количества теплоты, произведенного солнечной си стемой. Такие нормативные требования и описание соответствующих методов расчета в настоящее время находятся в стадии разработки.


D.2 Контроль функционирования и производительности солнечной системы Метод оценки производительности Оценка многолетних измерений вручную Оценка измерений в течение нескольких Измеренная производительность только лет дает возможность ежегодно сравни тогда дает достаточное представление о вать результаты в течение длительного правильности работы солнечной систе- периода. Можно пренебречь результатами мы, когда ее сравнивают с проектным измерений в неоптимальных точках, если значением, то есть с заданной произво- речь идет только о контроле за работой дительностью. Это проектное значение солнечной системы. Если результаты из можно получить с помощью моделирова- мерений попадают в диапазон отклонений ния или рассчитать по данным измерений не более 20 процентов, можно считать ра в климатической зоне, где размещается боту установки удовлетворительной.

установка. В обоих способах невозможно избежать погрешностей. По этой причине Описываемая здесь оценка произво в измерения и различия между смоделиро- дительности вручную не может заменить ванными и фактическими климатическими автоматический контроль за работой уста данными необходимо внести определен- новки, поскольку по полученным данным ные допуски. В директиве VDI 2169 по кон- измерений неисправность можно обнару тролю производительности, выпущенной в жить только по прошествии определенно 2009 году, эти допуски описаны подробно. го периода времени, в течение которого будет происходить снижение произво Оценку производительности солнечной си- дительности. Если фактическая произ стемы следует производить в соответствии водительность постоянно уменьшается, с расчетными климатическими данными за неполадки в работе установки можно весь год. Оценка небольшого периода воз- определить лишь на основании тщатель можна только с помощью точных климати- ного анализа и практического опыта.

ческих данных, которые вводятся в расчет.

Использование данных, полученных Пример пользователями В результате расчета обычной солнечной систе мы горячего водоснабжения было получено зна Часто проектировщики и монтажники чение производительности 1 500 кВт·ч в год.

сопоставляют данные, полученные поль Климатические данные для базового года зователями. За этим стоит желание «про (см. главу С.4), заложенные в программу расче- анализировать» эти данные. Однако эти та, могут отличаться от фактических погодных данные мало пригодны для анализа, так условий в оцениваемом году не более чем как они не проверены и зафиксированы в на 30 процентов. определенный момент времени. К тому же, эти, в большинстве случаев, абсолютные Поскольку в этой установке можно измерить про значения редко соответствуют действи изводительность только в первичном гликолевом тельности.

контуре, в силу погрешности измерений – даже при использовании соответствующих счетчиков Тем не менее, по данным, зафиксирован тепловой энергии – возникают дополнительные ным пользователями, таким как количе погрешности сопоставимого порядка.

ство часов работы, показания счетчиков Кроме того, при измерении тепловой произво- тепловой или электрической энергии мож дительности в гликолевом контуре теплопотери но сделать вывод о режимах эксплуатации в водонагревателе не учитываются, но они были установки, если сравнить эти данные меж учтены в полученном результате расчета – ду собой. Если эти скрупулезно собирае 1 500 кВт·ч в год. мые данные не будут «напрасным трудом», а будут должным образом интерпретиро Таким образом, измеренная годовая производи ваны с учетом необходимых ограничений тельность, например, 1 400 кВт·ч, в принципе не по точности, пользователь останется до дает основания сомневаться в правильности волен произведенным анализом работы функционирования солнечной системы.

солнечной системы.

158/ Пример Сравнение расчетных и измеренных данных о часах работы насоса гелиоконтура прогнозируемую производительность на сутки и сравнивать ее с фактическим количеством теплоты, полученным от сол нечной системы. Прогнозируемое значе ние производительности определяется не из результатов моделирования с помощью На графике изображено время работы насоса базового года, а с помощью более досто гелиоконтура, нижняя кривая – это абсолютные верных, фактически измеренных значе значения за месяц, верхняя кривая построена ний. Благодаря этому можно использовать по суммарным данным.

гораздо более короткие периоды оценки.

Верхнюю кривую можно дополнить данными о Viessmann участвует в разработке и опти часах работы насоса, полученными в любое мизации так называемых регуляторов время:

входа-выхода. По этой технологии потен циальная производительность установки постоянно сравнивается с фактической.

Это базируется на характерных параме трах компонентов солнечной системы, данных измерений производительности и метеорологических данных. При появле нии неприемлемых отклонений действи тельного значения от заданного выдается сообщение о неисправности.

Затраты на контроль функционирования и оценку производительности Измеренные значения в основном соответствуют расчетным данным, поэтому можно сделать вы По опыту известно, что чем точнее изме вод о правильности работы солнечной системы.

рение производительности солнечной си стемы и ее оценка, тем выше затраты. Это Точно так же можно поступать и с дан- касается и контроля функционирования ными оценки или измерения количества установки, осуществляемого не только с теплоты. При этом важно объяснить поль- помощью простых контрольных функций зователю, что в расчет принимаются не регулятора солнечной системы. При при абсолютные значения, а усредненные с нятии решения о приемлемости затрат на учетом погрешности. контроль и оценку можно ориентировать ся на нормативные показатели: затраты должны составлять максимум 5 процентов Автоматическая оценка от затрат на солнечную систему – это ори производительности ентировочное значение обеспечивает, как правило, сбалансированное соотношение Если режимы эксплуатации солнечной си- между затратами на контроль и «гаранти стемы и климатические данные регистри- рованной» производительностью солнеч руются автоматически, можно составлять ной системы.

160/ E Эксплуатация солнечной системы Для долгосрочной безотказной и эффективной работы солнечных систем теплоснабжения необходимы не только высококачественные компоненты и обоснованные решения. Требуется также особая тщательность при вводе в эксплуатацию.

Срок службы солнечной системы для В данной главе описывается подготовка и теплоснабжения зависит не только от тща- осуществление ввода в эксплуатацию, а тельности ввода в эксплуатацию. Не менее также приводятся важные практические важен инструктаж пользователя, а также детали, на которые следует обратить сервисное и техническое обслуживание. внимание при проверке и техническом обслуживании солнечной системы. Кроме того, поясняется иногда встречающееся в плоских коллекторах явление образова ния конденсата.

162 E.1 Ввод в эксплуатацию и техническое обслуживание 163 E.1.1 Соотношение давлений в солнечной системе 165 E.1.2 Подготовка к вводу в эксплуатацию 167 E.1.3 Процесс ввода в эксплуатацию 171 E.1.4 Уход за гликольсодержащим теплоносителем 172 E.2 Образование конденсата в плоских коллекторах E.1 Ввод в эксплуатацию и техническое обслуживание Ввод в эксплуатацию и техническое обслуживание Коллектор генерирует теплоту при достаточной интенсивности солнечного излучения, поступающего на абсорбер, независимо от того, готова ли к работе вся солнечная система.

Если солнечная система заполнена тепло- Решающее влияние на эксплуатационные носителем, а коллектор не накрыт, то при характеристики солнечной системы ока появлении солнечного излучения начина- зывает соотношение давлений в гелио ется производство теплоты в первичном контуре. Только правильное соотношение контуре. Во избежание термических на- давления заполнения, рабочего давления грузок солнечная система заполняется установки и начального давления в мем теплоносителем только тогда, когда обе- бранном расширительном баке позволяет спечен отвод теплоты. Пробный пуск сол- обеспечить оптимальную работу солнеч нечной системы невозможен. ной системы.

162/ E.1.1 Соотношение давлений Для защиты насоса от действия высо в солнечной системе ких температур в рабочем режиме или режиме стагнации солнечной системы хорошо зарекомендовало себя размеще В рамках исследований поведения сол- ние насоса на обратном трубопроводе по нечной системы теплоснабжения в ре- направлению течения, перед мембранным жиме стагнации было установлено, что расширительным баком.

соотношение давлений в гелиоконтуре оказывает решающее влияние на эффек- При таком расположении насоса рабочее тивность и долговечность ее работы. давление насоса ниже давления стагна ции системы. Чтобы избежать кавитации, Для определения требуемого давления и оно не должно быть ниже минимального ввода в эксплуатацию нужно учитывать давления на всасывающем патрубке.

некоторые особенности солнечных си стем теплоснабжения, о которых мы рас- Это необходимое минимальное давление скажем далее. зависит от разности давлений в насосе, температуры кипения и рабочей темпера В режиме простоя (холодного) в самой туры теплоносителя. В обычных солнеч высокой точке системы требуется под- ных системах со статическим давлением держивать давление 1 бар, чтобы во не менее 0,5 бар и давлением заполнения время работы не допустить в этом месте в самой высокой точке 1 бар этой про разрежения. Насос гелиоконтура подает блемой можно пренебречь, если исполь теплоноситель до этой самой высокой зовать насосы Viessmann для солнечных точки, откуда затем он «опускается» по систем. В других конструкциях при давле подающему трубопроводу гелиоконту- нии в режиме стагнации на всасывающем ра в направлении насоса. При этом на патрубке насоса менее 1,5 бар рекоменду теплоноситель действует сила тяжести, ется произвести расчет с учетом необхо поэтому в самом высоком месте давление димого минимального давления.

уменьшается. Поскольку в большинстве случаев это место является также самой При расчете статического давления горячей точкой установки, то вследствие можно пренебречь разницей в плотности понижения давления здесь может возни- стандартных теплоносителей для солнеч кать парообразование. ных систем и чистой воды и принять зна чение 0,1 бар на метр.

Рис. Е.1.1-1 Давление в солнечной системе Рис. E.1.1–2 Установка насоса В зависимости от статической высоты подающего Для защиты насоса от действия высоких температур в трубопровода уменьшается давление на выходе из режиме стагнации он устанавливается перед обратным коллектора. клапаном и мембранным расширительным баком, если смотреть по направлению течения теплоносителя.

E.1 Ввод в эксплуатацию и техническое обслуживание Рис. Е.1.1-3 Соотношение давлений в солнечной системе Для каждой солнечной системы По минимальному давлению в самой вы- нус 0,3 бара для создания запаса тепло требуется заполнить такую сокой точке установки и статическому носителя. Наличие запаса теплоносителя таблицу, чтобы избежать давлению можно путем сложения вычис- необходимо для компенсации уменьшения ошибок при расчетах и вводе в эксплуатацию.

лить рабочее давление установки. его объема вследствие снижения темпе ратуры по сравнению с температурой за Рабочее давление контролируется мано- полнения.

метром – при этом нужно учитывать, что чем ниже находятся компоненты системы, Значение 0,3 бара гарантирует, что при тем большему давлению они подвергают- заполнении системы необходимое количе ся. Это особенно важно при определе- ство теплоносителя (4 процента от объема нии начального давления мембранного установки, но не менее 3 л) содержится в расширительного бака. Если манометр, мембранном расширительном баке.

например, находится «на уровне глаз», а мембранный расширительный бак на по- Чтобы компенсировать удаление воздуха лу, то разность давлений составляет уже из теплоносителя в первые недели эксплу около 0,15 бар. атации (снижение давления при удалении воздуха) рекомендуется предусмотреть Начальное давление мембранного рас- увеличение давления на 0,1 бара. Таким ширительного бака равно рабочему дав- образом, при вводе в эксплуатацию дав лению установки в месте присоединения ление заполнения на 0,1 бара выше рабо мембранного расширительного бака ми- чего давления в системе.

164/ E.1.2 Подготовка к вводу в эксплуатацию Минимальные требования к протоколу Предотвращение нежелательного ввода в эксплуатацию нагрева коллекторов во время ввода в эксплуатацию Каждый ввод в эксплуатацию должен протоколироваться. Протокол ввода в экс- Как и при любом вводе в эксплуатацию плуатацию является неотъемлемой частью технического оборудования, продолжи документации на установку и непремен- тельность этого процесса для солнечной ным условием надлежащей ее передачи системы невозможно определить точно.

пользователю. При этом нужно учитывать, Частой ошибкой является стремление что для получения субсидий иногда также начать ввод в эксплуатацию до восхода требуется заполнение специального про- солнца, чтобы все необходимые операции токола. завершить до попадания первых солнеч ных лучей на коллектор.

Независимо от вида протокола, в каждом протоколе должны быть указаны следую- Если этот процесс не может быть полно щие данные: стью завершен до начала нагрева кол • начальное давление мембранного рас- лектора солнечными лучами, ввод в экс ширительного бака и рабочее давление плуатацию должен часто прерываться, установки (при температуре около 20 °С);

что при частично заполненной системе • производитель и тип теплоносителя, очень проблематично. Поэтому самым на контрольные значения плотности (защи- дежным методом является экранирование та от замерзания) и рН теплоносителя коллекторов.

после заполнения и удаления воздуха;

• настройки регулятора. Плоские коллекторы Viessmann поставля ются с пленкой на остеклении – эту плен Для монтажной, проектной и эксплуата- ку целесообразно удалять только после ционной организации протокол ввода в ввода установки в эксплуатацию. В прода эксплуатацию без полного перечня этих же имеется также защитное покрытие для данных не имеет практического значения вакуумированных трубчатых коллекторов.

и не должен приниматься.

Рис. Е.1.2-1 Защитная пленка на плоских коллекторах Чтобы исключить нагревание коллекторов до или во время ввода в эксплуатацию, плоские коллекторы Viessmann поставляются с защитной пленкой.

E.1 Ввод в эксплуатацию и техническое обслуживание Проверка и регулировка проводиться повторный полный контроль начального давления достоверности всех данных, имеющих мембранного расширительного бака значение для рабочего давления установ ки (см. главу Е.1.1).

Проверка и регулировка начального давления мембранного расширительного После этого производится проверка, а бака при необходимости и повторная установка начального давления мембранного рас В главах В.3.5.2 и Е.1.1 уже были подробно ширительного бака.

описаны расчеты объема мембранного расширительного бака и рабочего давле- Если необходимо увеличить количество ния в солнечной системе. Однако самый газа, он заполняется азотом, чтобы тщательный расчет бесполезен, если предотвратить диффузию кислорода в расчетные значения не соответствуют теплоноситель, поскольку мембрана в реальным: часто состояние мембранно- расширительном сосуде не полностью го расширительного бака при поставке газонепроницаема, а азот диффундирует «определяет» рабочее давление установ- через мембрану медленнее, чем кисло ки. Поэтому первым этапом ввода в экс- род, поэтому начальное давление дольше плуатацию является проверка начального остается стабильным.

давления мембранного расширительного бака. Опыт показывает, что об этом пункте Установленное начальное давление часто забывают, а ведь если установка должно быть записано в протокол ввода в будет заполнена, наверстать упущенное эксплуатацию, а в целях безопасности – и можно будет только ценой больших затрат. на самом мембранном расширительном баке. На практике лучше даже писать сло На промышленных предприятиях хорошо вами «Начальное давление мембранного зарекомендовал себя принцип, когда за расширительного бака». Если на баке рабочее давление установки, а следова- указано только значение в барах, то при тельно, и за начальное давление мембран- проверке или техническом обслуживании ного расширительного бака, отвечает тот, может возникнуть вопрос, какое же дав кто вводит установку в эксплуатацию, а не ление имелось в виду, – даже если эту за тот, кто устанавливает расширительный пись делали лично Вы.

бак. При вводе в эксплуатацию должен Рис. Е.1.2-2 Ручной манометр Если не проверить начальное давление мембранного расширительного бака с помощью манометра, ввод в эксплуатацию может быть выполнен неправильно.

166/ E.1.3 Процесс ввода в эксплуатацию Для паяных медных трубопроводов про мывка производится до тех пор, пока не будет удалена вся окалина. Окалина, из-за Испытание под давлением содержащегося в ней кислорода, приво дит к быстрому старению теплоносителя.

Перед промывкой и удалением воздуха необходимо проверить установку на гер- Viessmann рекомендует промывать уста метичность. Естественно, что это можно новку теплоносителем через промывоч делать только при отсутствии нагрева кол- ную емкость (см. рис. Е.1.3-1). В большин лектора солнечным излучением. Для этого стве установок не предусмотрено полное достаточно получаса, поскольку темпера- вытекание жидкости после промывки тура теплоносителя не изменяется. и испытания давлением – поэтому есть опасность, что промывочная жидкость Вопрос испытательного давления часто останется в системе трубопроводов или в вызывает дискуссии. Основные компо- коллекторе. Если установка промывается ненты проверяются давлением, в 1,5 раза водой, то она может разбавить теплоноси превышающим максимальное рабочее тель, в результате чего он потеряет свои давление. Если этот вид контроля пере- свойства и тогда увеличится опасность нести на всю установку, то для испытания повреждения солнечной системы при за под давлением нужно было бы устранить мерзании. Поэтому специализированные предохранительный клапан и блокировать предприятия используют канистру с «про его подключение. Если в этом случае не мывочным теплоносителем», который мож обращать особого внимания на время дня но использовать для этих целей несколько и экранирование коллектора, это может раз. В этом случае следует следить за воз привести к опасному росту давления. Поэ- можностью смешивания различных тепло тому большинство производителей счита- носителей (см. главу В.3.4).

ют, что будет достаточно испытательного давления, которое составляет до 90 про центов от конечного давления установки Заполнение солнечной системы (= 80 процентов давления срабатывания и удаление из нее воздуха предохранительного клапана) – но только со следующим ограничением: система Для ввода в эксплуатацию необходимо должна быть двухконтурной и испытания провести тщательное удаление воздуха вторичного контура проводятся отдельно из солнечной системы. Еще раз обращаем в соответствии с требованиями к испыта- Ваше внимание, что расположенные на ниям систем горячего водоснабжения крыше приспособления для удаления воз (см. информационный бюллетень Феде- духа предназначены только для заполне рального союза немецких промышленни- ния установки, а не для удаления воздуха ков в области домостроительной, энерге- во время ее работы (см. главы В.3. тической и экологической технологии и С.1.2). Это особенно следует помнить № 34, 2008 г.). при вводе системы в эксплуатацию.

Рис. Е.1.3-1 Промывочная емкость с насосом Промывка солнечной системы Заполнение и удаление воздуха с помощью открытой промывочной Солнечная система должна промываться емкости и мощного насоса – так же основательно, как и любое другое это то, что называется отопительное оборудование. При этом современными технологиями.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.