Тепловые схемы солнечных систем теплоснабжения

В мировой практике наиболее широко распространены малые системы солнечного теплоснабжения. Как правило, такие системы включают в себя солнечные коллекторы общей площадью 2−8м2, бак аккумулятор, емкость которого определяется площадью используемых коллекторов, циркуляционный насос или насосы (в зависимости от типа тепловой схемы) и другое вспомогательное оборудование. В небольших системах, циркуляция теплоносителя между коллектором и баком-аккумулятором может осуществляться и без насоса, за счет естественной конвекции (термосифонный принцип). В этом случае бак-аккумулятор должен располагаться выше коллектора. Простейшим типом таких установок является коллектор, спаренный с баком аккумулятором, расположенным на верхнем торце коллектора (рис. 4). Системы такого типа используются обычно для нужд горячего водоснабжения в небольших односемейных домах коттеджного типа.

Рис. 4. Термосифонная солнечная система теплоснабжения

На Рис. 5 показан пример активной системы большего размера, в которой бак аккумулятор расположен ниже коллекторов и циркуляция теплоносителя осуществляется с помощью насоса. Такие системы используются для нужд и горячего водоснабжения и отопления. Как правило, в активных системах, участвующих в покрытии части нагрузки отопления, предусматривается дублирующий источник тепла, использующий электроэнергию или газ.

Рис. 5. Тепловая схема активной солнечной системы горячего водоснабжения и отопления [3]

Сравнительно новым явлением в практике использования солнечного теплоснабжения являются крупные системы способные обеспечить нужды горячего водоснабжения и отопления многоквартирных домов или целых жилых кварталов. В таких системах используется либо суточное, либо сезонное аккумулирование тепла.

Суточное аккумулирование предполагает возможность работы системы с использованием накопленного тепла в течение нескольких суток, сезонное — в течение нескольких месяцев.

Для сезонного аккумулирования тепла используют большие подземные резервуары, наполненные водой, в которые сбрасываются все излишки тепла, получаемого от коллекторов в течение лета. Другим вариантом сезонного аккумулирования является прогрев грунта с помощью скважин с трубами, по которым циркулирует горячая вода, поступающая от коллекторов.

В таблице 1. приведены основные параметры крупных солнечных систем с суточным и сезонным аккумулированием тепла в сравнении с малой солнечной системой для односемейного дома.

Таблица 1.

• 1. Система горячего водоснабжения для односемейного дома
• 2. Система центрального теплоснабжения с суточным аккумулированием тепла (более 40 квартир или более 100 человек)
• 3. Система центрального теплоснабжения с сезонным аккумулированием тепла (более 100 квартир площадью 70 м²

В настоящее время в Европе функционирует 10 солнечных систем теплоснабжения с площадью коллекторов от 2400 до 8040 м², 22 системы с площадью коллекторов от 1000 до 1250 м² и 25 систем с площадью коллекторов от 500 до 1000 м².

Ниже приведены данные по некоторым крупным системам, построенным в странах Европейского Союза.

Гамбург (Германия)

Площадь отапливаемых помещений — 14 800 м².

Площадь солнечных коллекторов — 3000 м².

Объем водяного аккумулятора тепла — 4500 м³.

Фридрихшафен (Германия) Площадь отапливаемых помещений — 33 000 м².

Площадь солнечных коллекторов — 4050 м².

Объем водяного аккумулятора тепла — 12 000 м³.

Рис. 6. Дома и тепловая схема [4,5]солнечной системы комплекса Фридрихшафен (Германия) с сезонным аккумулированием тепла в водяном резервуаре

Некарсульм (Германия) Площадь отапливаемых помещений — 25 000 м².

Площадь солнечных коллекторов — 5300 м².

Объем грунтового аккумулятора тепла — 63 400 м³.

аб.

Рис. 7. Дома и тепловые схемы солнечного теплоснабжения комплекса Некарсульм (Германия) с суточным (а) и сезонным (б) аккумулированием тепла в грунте

Штеифурт (Германия)

Площадь отапливаемых помещений — 3800 м².

Площадь солнечных коллекторов — 510 м².

Объем гравийно-водяного аккумулятора тепла — 1500 м³.

Росток (Германия) Площадь отапливаемых помещений — 7000 м².

Площадь солнечных коллекторов — 1000 м².

Объем грунтового аккумулятора тепла — 20 000 м³.

Рис. 8. Жилой квартал с солнечной системой теплоснабжения в Ростоке

Ганновер (Германия) Площадь отапливаемых помещений — 7265 м².

Площадь солнечных коллекторов -1350 м2.

Объем водяного аккумулятора тепла — 2750 м³.

Шемниц (Германия) Площадь отапливаемых помещений — 4680 м².

Площадь вакуумных солнечных коллекторов — 540 м².

Объем гравийно-водяного аккумулятора тепла — 8000 м³.

Аттенкиршен (Германия) Площадь отапливаемых помещений — 4500 м².

Площадь вакуумных солнечных коллекторов — 800 м².

Объем грунтового аккумулятора тепла -9850 м3.

Саро (Швеция) Система состоит из 10 небольших домов включающих 48 квартир.

Площадь солнечных коллекторов 740 м². Объем водяного аккумулятора 640 м³.

Солнечная система покрывает 35% общей тепловой нагрузки системы теплоснабжения.

Рис. 9. Жилой квартал с солнечной системой теплоснабжения в Саро (Швеция)

Фалькенберг (Швеция) Коллекторы общей площадью 5500 м² расположены на уровне земли и соединены с локальной тепловой сетью. Емкость водяного аккумулятора составляет 1100 м³.

Рис 10. Пример наземного расположения системы солнечных коллекторов (Фалькенберг, Швеция)

Хаммеркюлен (Швеция).

1500 м² солнечных коллекторов расположены на крыше многоквартирного дома. Система аккумулирования тепла состоит из четырех блоков емкостью по 80 м³ каждый. 40% нагрузки горячего водоснабжения покрывается за счет солнечной энергии.

Рис. 11. Пример многоквартирного дома с системой солнечного теплоснабжения (Хаммеркюлен, Швеция)