Гелиоустановка для базы отдыха «Кендерли»

База отдыха «Кендерли» находится на Казахском заливе Каспийского моря, расположенном в 70 км., южнее города Жанаозен Мангистауской области (рисунок 2).

«Кендерли» — это современный архитектурный комплекс, основной задачей базы отдыха является обеспечение полноценного отдыха и высокого уровня питания и обслуживания отдыхающих.

Площадь, занимаемая базы отдыха 7,5 га На территории Базы отдыха размещены следующие объекты:

«VIP» резиденция — площадь застройки — 652 м².

Коса Ада — имеются два деревянных коттеджа на острове;

Коттеджи семейного отдыха — 4 шт. площадь застройки одного — 185 м².

Коттеджи молодежного отдыха — 13 шт., двухэтажные четырехкомнатные, площадь застройки коттеджа 122 м².

Гостиница на 20 мест.

В мансардной части гостиницы расположены солярий и зимний сад.

Мангистаускую область отличает, резко континентальный климат, засушливое продолжительное лето, низкая относительная влажность, и наконец, малая облачность, что благоприятствует интенсивности проникновения лучей к земной поверхности.

Рисунок 2 — База отдыха «Кендерли».

Географическая широта города Жанаозен 41 °C.ш., составляет 13 ккал/(см2· месяц), или 210 Вт/м2, что свидетельствует о самой наибольшей инсоляции по Казахстану. Отсутствие лесного покрова, весьма слабая облачность и продолжительность солнечного сияния обуславливает большой приток солнечного тепла.

Лето в зоне отдыха «Кендерли» жаркое и продолжительное, таких больших различий в температурах как в зимний период не наблюдается.

Повсеместно средняя температура июля не ниже 27,5°С. В отдельные годы температура воздуха повышалась до +45°С. Региону свойственны высокие температуры наружного воздуха в летнее время, иногда достигающие 47 °C. Период с отрицательными температурами составляет 2,5−3,0 месяца. Осадков выпадает очень мало, среднее годовое количество их не превышает 121−152 мм. Максимум осадков приходится на теплый период года. Что касается снежного покрова, он непродолжителен или вовсе не образуется [4].

Проведенная краткая оценка климатических условий в зоне отдыха «Кендерли» показывает для горячего водоснабжения и тепло эффективно использовать альтернативные источники энергии.

На основе разработанной математической модели спроектирована гелиоустановка, для преобразования энергии солнечной радиации в теплоту посредством нагрева жидкого теплоносителя, который может использоваться затем для горячего водоснабжения и отопления для коттеджа молодежного отдыха.

Гелиоэнергетическая установка представляет собой герметичный изолированный ящик (рисунок 3) с верхней остекленной поверхностью расположенной перпендикулярно к солнечному потоку.

Рисунок 3 — Конструкция коллектора: 1 — корпус изолированный, 2 — трубки адаптирующие, 3 — плоские зеркальные поверхности, 4 — прозрачное солнцепропускающее покрытие Внутри ящика находятся трубки, соединенные в различные конструкции (змеевиковые или коллекторные, вертикального или горизонтального расположения), в которых циркулирует теплоноситель или испаряются низкотемпературные жидкости. Под трубками находятся сужающиеся плоские зеркальные отражатели, концентрирующие лучи солнечной энергии на трубки.

Концентраторы солнечной энергии позволяют сфокусировать потоки солнечной радиации в мощный поток и направить непосредственно на адаптирующую поверхность, при этом увеличивается коэффициент полезного действия коллектора по преобразованию солнечной энергии в теплоту и повышается температура теплоносителя.

В основе работы солнечного концентратора лежат два предположения: солнечные лучи полностью отражаются от зеркальных поверхностей и подчиняются основным законом физики (угол падения равен углу отражения), а адаптирующая поверхность трубки полностью поглощает падающую на нее энергию солнечной радиации.

Теплоноситель циркулирует внутри трубок нагревается до высоких температур, а разогретые трубчатые поверхности, контактируя с аккумулирующим материалом нагревает его, в результате чего материал из твердого состояния переходит в жидкое накапливая в себе тепловую энергию фазового превращения, и благодаря своей большей вязкости удерживается внутри выделенного пространства. Солнце, проходя по горизонту с востока через юг на запад при указанном расположении конструкции постоянно свои лучи направляет на зеркальные концентраторы и адаптирующие поверхности днем. Солнечной энергии достаточно, чтобы нагреть теплоноситель до высоких температур и часть энергии накопить в аккумулирующий материал фазово-физического превращения.

В основу водонагревательной установки положены хорошо известные в технике принципы. Гелиоустановка использует «парниковый эффект». Солнечные лучи беспрепятственно проходят сквозь прозрачное стекло и, превратившись в тепловую энергию, уже не могут покинуть замкнутое пространство. В гидравлической системе работает термосифонный эффект. Жидкость при нагревании поднимается вверх, вытесняет более холодную воду и перемещает ее к месту нагрева. Кроме того, «уловленная» солнечная энергия аккумулируется и сохраняется в установке длительное время.

Коллектор представляет собой трубчатый радиатор, заключенный в короб, одна из сторон которого застеклена. Радиатор сварен из стальных труб. Для подвода и отвода теплоносителя используются водопроводные трубы на Ф22мм или Ф38мм.

Короб коллектора деревянный, собран из досок толщиной 25…35 мм и шириной 120 мм. Днище — из фанеры или оргалита, усиленное рейками сечением (50×30)мм. Короб тщательно теплоизолировали с помощью упаковочного материала, можно использовать строительной пенопласт, или стекловаты. Сверху теплоизоляции закрепляли лист оцинкованного кровельного железа, поверх которого укладывали сам радиатор. Крепили его в коробе хомутами из стальной полосы.

гелиоустановка концентратор конструкция Рисунок 5 — Общий вид экспериментальный установки Рисунок 6 — Экспериментальная гелиоустановка с вертикальным и горизонтальным расположением трубок Рисунок 7 — Экспериментальная гелиоустановка в молодежном коттедже «Кендерли».

Размер солнечного коллектора зависит от суточной потребности отдыхающих в горячей воде. В одном коттедже отдыхают 8 человек. Норма расхода горячей воды с температурой 55…60°С на 1 человека — 100 литров в сутки. Производительность 1 м² солнечного коллектора — 250−500 литров горячей воды за световой день. Для молодежного коттеджа установили 3 гелиоустановки.

Благодаря простоте солнечных водонагревательных установок уход за ними требуется минимальный. Необходимо один-два раза в год проверять количество жидкости в системе и давление, раз в год с помощью индикаторной бумаги смотреть, не окислилась ли жидкость-теплоноситель. При соблюдении рекомендаций солнечные коллекторы работают не менее 50 лет.