Солнечные коллекторы зимой

Эффективность работы гелиосистемы в зимнее время.

  • Насколько эффективно работает гелиосистема зимой, необходим ли уход за системой в зимнее время?

Лабораторией инновационных технологий УкрГГРИ на действующей гелиоустановке были произведены измерения основных параметров системы в течение трех зимних месяцев 2009 – 2010 гг. Полученные результаты измерений, проведенные расчеты и сделанные выводы мы приводим в данной статье.

Цель, место и время проведения эксперимента

Цель проводимого нами исследования заключался в том, чтобы экспериментально определить эффективность работы устройства для нагрева воды в системе горячего водоснабжения здания, с использованием энергии солнечного излучения, в зимний период. Дать практические рекомендации по повышению эффективности работы гелиосистемы в данный период года.

Эксперимент проводился на одной из двух действующих гелиосистем для подогрева воды в системе горячего водоснабжения УкрГГРИ установленной стационарно. Конструктивно вся гелиосистема предприятия состоят из двух независимых гелиосистем одной стационарной, другой установленной на поворотном устройстве. Суммарным объемом приготовления горячей воды 400 л в сутки, два бака-накопителя по 200 л. Основные и дополнительные датчики установленные в контрольных точках системы позволяют с помощью специально разработанного программного обеспечения и контроллера круглосуточно фиксировать параметры работы системы. Что позволяет как эффективно управлять работой системы, так и проводить научно исследовательскую работу, направленную на повышение эффективности работы системы в целом.

Место проведения эксперимента – г. Киев (район площади Шевченко).
Дата проведения эксперимента 1 декабря 2009 года – 28 февраля 2010 года.
Солнечный коллектор IM-HP-O58-1800-30, установленный стационарно.
Угол наклона обоих коллекторов – 45 градусов.
Бак-накопитель гелиосистемы № 1 – 200 л.
Теплоноситель – пропиленгликоль 30 %.

Гелиосистема

Рис. 1 Внешний вид гелиосистемы


Места установки датчиков и измеряемые параметры

Рис. 2 Места установки датчиков и измеряемые параметры


Описание полученных данных в ходе проведения исследования:

График параметров гелиосистемы 1

Рис. 3 График параметров гелиосистемы 1

Период 1 декабря 2009 г. – 1 января 2010 г.
Средняя температура воздуха, tв = 5°С
Средняя температура на выходе из бака-аккумулятора, tб = 23°С
Средняя температура на выходе гелиоколлектора, tб = 17°С
Температура воды на входе в систему ГВС, tв = 7°С
Мощность гелиосистемы КВт/день в декабре, Qд = mc (tб – tв) / 3600

м – масса воды, кг;
с – теплоемкость воды, 4,183 кДж/(кг°С),
tб – температура воды в баке-накопителе после окончания нагрева, °С;
tв – температура воды в баке-накопителе до начала нагрева, °С;
Qд = 200 х 4,18 х 10 / 3600 = 2,32 КВт/день

Необходимая мощность для нагрева воды до 60°С в системе ГВС
Q = mc (60 – 7) / 3600
Q = 200 х 4,18 х 53 / 3600 = 12,3 КВт/день

Покрытие необходимой загрузки, Z = Qф х 100 / Q %
Z = 2,32 x 100 / 12,3 = 18,9 %

График параметров гелиосистемы 2

Рис. 4 График параметров гелиосистемы 2

Период 1 января – 1 февраля 2010 г.
Средняя температура воздуха tв = 0°С
Средняя температура на выходе из бака-акумулятора tб = 27°С
Средняя температура на выходе гелиоколлектора tб = 36°С
Температура воды на входе в систему ГВС tв = 7°С
Мощность гелиосистемы КВт/день в январе Qя = mc (tб – tв) / 3600
Qя = 200 х 4,18 х 20 / 3600 = 4,64 КВт / день
Необходимая мощность для нагрева воды до 60°С в системе ГВС
Q = mc (60 – 7) / 3600
Q = 200 х 4,18 х 53 / 3600 = 12,3 КВт/день
Покрытие необходимой загрузки, Z = Qф х 100 / Q %
Z = 4,64 x 100 / 12,3 = 38 %

График параметров гелиосистемы 3

Рис. 5 График параметров гелиосистемы 3

Период 1 февраля 2010 года –1 марта 2010 года
Средняя температура воздуха tв = 0°С
Средняя температура на выходе из бака-аккумулятора tб = 35°С
Средняя температура на выходе гелиоколлектора tб = 40°С
Температура воды на входе в систему ГВС tв = 7°С
Мощность гелиосистемы КВт/день в феврале Qф = mc (tб – tв) / 3600
Qф = 200 х 4,18 х 28 / 3600 = 6,50 КВт/день
Необходимая мощность для нагрева воды до 60°С в системе ГВС
Q = mc (60 – 7) / 3600
Q = 200 х 4,18 х 53 / 3600 = 12,3 КВт/день
Покрытие необходимой загрузки, Z = Qф х 100 / Q %
Z = 6,50 x 100 / 12,3 = 52,8 %

Полученные данные сведены в таблицу 1:
сводная таблица
Особенностями эксплуатации гелиосистемы в зимний период являются:
  1. Уменьшение полезной площади гелиоколлектора за счет покрытия снегом и появления инея в утреннее время, рис. 6.
  2. Увеличение потерь тепла за счет дополнительного охлаждения теплоносителя в коллекторе, в местах, где он проходит на открытых участках, рис. 7.

Уменьшение полезной площади гелиоколлектора за счет покрытия снегом и появления инея в утреннее время

Рис. 6 Уменьшение полезной площади гелиоколлектора за счет покрытия снегом и появления инея в утреннее время


Места потерь тепла теплоносителем в зимний период года

Рис. 7 Места потерь тепла теплоносителем в зимний период года


Выводы:
  1. Гелиосистема в зимнее время работает.
  2. Экономия энергоресурсов при использовании гелиосистемы в зимнее время составляет более 30 %.
  3. Гелиосистема в зимний период эксплуатации требует ухода по очистке солнечного коллектора от снега.
  4. Автоматика управления работой гелиосистемы должна быть адаптирована под условия эксплуатации в зимний период.

Заведующий лабораторией инновационных технологий УкрГГРИ
Алексей Зурьян
По материалам журнала "Альтернативные источники энергии"


1
Нужна помощь в выборе?
В зависимости от поставленных Вами задач наши специалисты помогут подобрать оборудование, именно для Ваших потребностей.
2
Купить солнечный коллектор!
Вы можете, сделав заказ по телефону +7 (495) 748-11-78 или воспользоваться формой «Контакты» на сайте.