4.3. Слънчеви инсталации за отопление на битова вода

Битовото отопление на водата е далеч зоната, в която са инсталирани повечето слънчеви инсталации.

4.3.1 Системи за рециркулация въз основа на разликата в плътността

Тъй като горещата вода има по-ниско специфично тегло от студената вода, при нагряване тя се издига в колектора и тръбната система, достигайки резервоара (който е монтиран по-горе), докато от другата страна тече по-студена вода от резервоара към колектора. . Циркулацията възниква, когато водата в колектора е по-топла от тази в резервоара и е толкова по-силна, тъй като количеството радиация е по-голямо и по този начин се увеличава температурната разлика между колектора и резервоара. Този принцип се нарича рециркулация въз основа на разликата в плътността или радиатора.

Предимства: рециркулацията става почти идеално автоматично, слънчевата верига работи без помпа, без допълнителен източник на топлина и без регулатори. Поради тази причина този принцип се използва навсякъде, където е желателно да се инсталират малки, прости инсталации или където няма електроснабдителна мрежа. За разлика от "стандартния тип слънчева система", помпата и системата за управление вече не са необходими, което води до значително намаляване на цената на системата.

Освен това радиаторните системи могат да работят сравнително гладко с отворена слънчева верига (ако рециркулацията се извършва с помощта на помпата, това изисква определена долна граница на налягането). По този начин инсталацията е допълнително опростена, тъй като вече не трябва да е устойчива на налягане и устройства като манометър, предпазен клапан или вентил за обезвъздушаване вече не са необходими.

Недостатъци: недостатъци са пределните хидравлични условия: дебитът, съответно дебитът, не се регулират, а движещата сила е относително ниска. По този начин има относително ниски дебити, които повишават температурите в колектора и намаляват неговата ефективност. Това обаче може да се избегне, както при системите с нисък дебит, чрез приемане на подходяща техника, особено с качествен топлообменник на слънчева верига. Хидравличното съпротивление срещу тока обаче трябва да е ниско, защото в противен случай потокът на радиатора може да спре. За тази цел обикновено се монтират топлообменници с корпус.

В допълнение, размерът и осъществимостта на такива системи са ограничени от пределни условия. Във всеки случай резервоарът трябва да бъде монтиран над колекторите, за да може мощността да се прехвърли към резервоара; необходимо е да се избягва инсталирането на дълги хоризонтални тръби, тъй като по този начин рециркулацията не би се осъществила правилно. Хидравличното съпротивление срещу тока в тръбите трябва да е много малко, което означава, че напречното сечение на тръбите трябва да е голямо и дължината на тръбите между колектора и резервоара трябва да е много малка. За да се избегне нежелана рециркулация на топлинния агент между колектора и резервоара през нощта, когато резервоарът е значително по-топъл от колектора, се препоръчва да се инсталира лесно маневрено изключване.

В допълнение към ограниченията на пространството и наложените от инсталацията (монтирането на резервоара на покрива може да бъде проблем от гледна точка на пространството) има и ограничения, наложени от статично (натоварване на покрива), естетически ефекти (резервоарите, гледани отвън, нямат положителен естетически ефект), както и ограничения, наложени от обичайната практика на монтаж, съответно свързване със съществуващата инсталация.

Области на употреба

В Централна Европа рядко се използват инсталации, базирани на плътност: соларният резервоар обикновено се монтира в избата, възможно най-близо до отоплителната система, тъй като външните резервоари имат твърде големи топлинни загуби поради климата в тази област. Съвсем различно е положението в Южна Европа, съответно в Средиземноморието: климатът е по-мек (но недостатъчно топъл, за да не е необходима топла вода изобщо), а външните резервоари имат по-ниски топлинни загуби; тук инсталациите за централно отопление са толкова необичайни, колкото избите, а изискванията за комфорт и естетически ефект (все още) не са толкова високи. Поради тези причини радиаторните системи са по-широко разпространени в средиземноморския район, като се намират на хиляди покриви (плоски) и имат площ до 10 м2, така че покривът да не е претоварен. В допълнение към най-големия в света пазар за слънчева топлинна енергия, а именно Китай, страна, доминирана от прости радиаторни инсталации, има и страни като Австралия, страни от Южна Америка и Индия. По този начин радиаторните системи са най-широко разпространените слънчеви инсталации.

Предимства и недостатъци на различните конфигурации на растенията

отворена радиаторна система с верига

Предимства: в сравнение с описаната система, няма топлообменник или разширителен съд, тъй като слънчевата верига е отворена. Въпреки това е инсталиран поплавък, който спира подаването на студена вода на определено ниво. Могат да се използват и много прости резервоари и компоненти, които не трябва да са устойчиви на натиск. Друго важно предимство на системите с верига е добрият пренос на топлина, тъй като не възникват загуби на топлообменник.

Недостатъци: в отворените системи рискът от корозия поради проникване на кислород е доста висок. Освен това примесите могат да достигнат резервоара, което означава, че не трябва да се изключва замърсяването на водата за битови нужди. Ето защо тази система не е одобрена в Германия за използване на питейна вода. Като едносхемна система не може да работи с антифриз.

Области на употреба: Най-простата и евтина радиаторна система се използва в региони с ниско налягане на мрежата за питейна вода или където централната система за водоснабдяване често е прекъсната. Резервоарът е и резервоар за съхранение, а налягането на битовата вода се определя само от разликата във височината между резервоара (обикновено монтиран на покрива) и захранващата помпа (статично налягане). Системата трябва да се изпразни, ако има риск от замръзване. Такива конфигурации се срещат например в райони на Северна Африка.

затворена радиаторна система с верига

Предимства: и в този случай това е проста и рентабилна концепция. Поради факта, че това е затворена система, за разлика от системата, описана по-горе, това изключва риска от примеси, като същевременно се поддържа добър топлопреминаване между колектора и потребителската верига. Чрез директната връзка с водната мрежа съществува риск от корозия поради проникването на кислород през прясна вода.

Недостатъци: в основната верига е налягането на водната мрежа, което, имайки стойност в тръби, обикновено 4 бара в Централна Европа, включва инсталирането на допълнителни устройства за осигуряване на безопасността на инсталацията, като по-специално инсталирането на разширителен съд с мембрана и предпазен клапан. Абсорбиращите елементи обаче рядко са устойчиви на такова високо налягане. В много страни по света налягането в мрежата за питейна вода е много ниско. Често на покрива има само резервоар за вода (пластмасова батерия), където налягането се формира поради разликата във височината от потребителя. Тъй като слънчевата система също често е на покрива, проблемите могат да възникнат поради твърде малък натиск върху системата.

Области на употреба: този тип инсталация обикновено се инсталира в региони без риск от замръзване, където ниското налягане на водата в тръбите е доминиращо (не повече от 2 бара).

отворена радиаторна система с 2 вериги

Предимства: благодарение на отделянето на слънчевата верига от тази на потребителя, може да се използва антифризна смес за слънчевата верига за защита от замръзване.Освен това може да се монтира рентабилен, устойчив на налягане контейнер.

Недостатъци: както във всяка отворена система съществува риск от корозия поради проникването на кислород и примеси, като тук се има предвид особено питейната вода в резервоара.

Области на употреба: Областите на употреба са подобни на описаните в предишните случаи. Тази конфигурация на инсталацията обаче е сравнително рядка, тъй като в повечето райони, където тя може да бъде инсталирана, няма риск от замръзване, а разделянето на двете вериги би означавало само по-високи разходи и по-малко предимства.

Двуконтурна радиаторна система, с отворена слънчева верига и затворена верига към потребителя

Предимства: като отворена верига, слънчевата верига може да бъде изградена, изгодна от гледна точка на разходите от прости компоненти, които не са непременно устойчиви на натиск и могат да се пълнят с водна смес с антифриз. Поради затворената верига на потребителя няма риск от навлизане на примеси в питейната вода.

Недостатъци: в отворената слънчева верига съществува висок риск от корозия поради проникването на кислород. Резервоарът трябва да е устойчив на налягане.

Области на употреба: Основната област на използване на тези системи са страните от Западното Средиземноморие. Системата може да работи целогодишно и в страни с риск от измръзване.

Също така е възможно да се монтира радиаторна система с 2 вериги, от които слънчевата верига е затворена и потребителската верига е отворена. Системна конфигурация от този тип обаче няма особен смисъл и следователно не е много изпълнена.

затворена радиаторна система с 2 вериги

Предимствата пред останалите системи са ниският риск от корозия и примеси, постъпващи в питейната вода, както и възможността за въвеждане на антифриз в слънчевата верига.

Недостатъци: от всички видове системи, изброени досега, това със сигурност е най-скъпо, тъй като компонентите, устойчиви на налягане, трябва да бъдат монтирани навсякъде и поради затворената слънчева верига, допълнителни устройства като кораба не могат да бъдат освободени. мембранен разширителен клапан или предпазен клапан.

Области на употреба: системи от този тип обикновено се инсталират в Средиземно море, особено в градовете, където обикновено са налични достатъчно финансови ресурси за инвестиране в слънчева система и където налягането на водата в тръбите е толкова високо. стабилна, за да може да се монтира такава система.

4.3.2 Системи за принудителна рециркулация

За разлика от радиаторните системи, слънчевите инсталации с принудителна рециркулация са снабдени с помпа, която има ролята на рециркулация на топлинния агент от слънчевата верига. За работа на помпата трябва да бъде монтирана система за управление. Важна характеристика на инсталациите с принудителна рециркулация е наличието на помпа и контролни или контролни блокове.

Предимства: инсталирането на рециркулационна помпа със система за управление вече няма ограниченията на радиаторната система. Местата за закрепване на колектора и резервоара, както и разстоянието между двата елемента вече не са толкова важни и вече не трябва да се адаптират към местните условия. Освен това, чрез правилно оразмеряване на всички елементи, системата може да работи с максимална ефективност.

Недостатъци: недостатък е фактът, че са необходими допълнителни усилия за работа на помпата и системата за управление, както и за тяхното инсталиране и настройка.

Области на употреба: Тъй като ползите играят важна роля на практика, слънчевите инсталации с принудителна рециркулация се превърнаха в стандартни малки системи за Централна и Северна Европа. Големи инсталации не могат да се правят по друг начин освен този.

Предимства и недостатъци на различните конфигурации на растенията

Слънчеви инсталации за битова вода в региони с централноевропейски климат използват, въпреки големите експлоатационни усилия, затворената система с топлообменник (в слънчевата верига), тъй като е устойчива на замръзване и отговаря на местните стандарти за инсталационна технология.

Предимства: за простата и много гъвкава концепция на тази инсталация има безброй опит и разнообразие от стандартни сглобяеми компоненти, което означава, че инсталациите от този тип са относително евтини и се доставят в зависимост от размера (готови пакети)

Недостатъци: в сравнение с радиаторните системи, този тип инсталация изисква повече усилия и е по-скъп.

Области на приложение: битово отопление на питейна вода за до 8 души (колектор (2).

Двуконтурна слънчева система с принудителна рециркулация външен топлообменник (за слънчевата верига) като двуконтейнерна инсталация

Предимства: топлината се предава по-добре през външен топлообменник. Първият резервоар може да бъде обикновен резервоар под налягане без приставки. Тази система може да бъде оборудвана с външен топлообменник вместо с вътрешен.

Недостатъци: външният топлообменник изисква допълнителни усилия за втората помпа и за свързване на тръбите. И двата резервоара изискват относително голямо пространство, а топлинните загуби са по-високи от тези на един резервоар със същия обем на съхранение. И двата резервоара трябва да бъдат съдове под налягане за битова вода.

Области на употреба: тази система се използва за по-големи инсталации (> 10 м 2), но също така и за връзка с вече съществуваща система, където вече има втора по отношение на последния случай, системата е стандартното решение, а втората вторият резервоар обикновено е много по-малък, както при конвенционалните отоплителни инсталации. В този случай е рентабилно да се монтира допълнителен топлообменник и друга помпа в горната част на втория резервоар; последният има ролята да изпомпва вода от допълнителния резервоар към другия резервоар, ако няма запушване.

система с принудителна рециркулация и три вътрешни топлообменника (за слънчева верига)

Предимства: чрез отделяне на потребителската верига от резервоара чрез допълнителен топлообменник, може да се монтира друг буферен резервоар без налягане. Например в резервоара може да се намери вода за отопление.

Недостатъци: чрез допълнителните компоненти (външен топлообменник, помпа плюс система за управление, тръбна връзка) системата изисква повече енергия и е по-скъпа,

Области на употреба: системата се използва, когато водата в резервоара е необходима за друга верига (например за отоплителната верига). Поради това се монтира там, където обемът на резервоара надвишава 400 l и изисква специални мерки за защита срещу бактерията legionella.

3-верижна система с принудителна рециркулация и външен топлообменник

Предимства: външният топлообменник разделя всички вериги един от друг. Обикновените буферни резервоари могат да бъдат инсталирани и като слънчеви резервоари, така че малки резервоари за питейна вода и тези за битова вода също могат да бъдат инсталирани в големи инсталации.

Недостатъци: тази система изисква доста усилия поради многобройните допълнителни елементи и разходите, необходими за свързване на тръбите. Загубите на топлина се увеличават пропорционално на броя на резервоарите.

Области на употреба: описаната конфигурация е връзка за големи инсталации (колектори с площ> 50 m 2). Често е необходимо последователно свързване на няколко резервоара (инсталации с 2, 3 или повече резервоара) (поради наличното пространство и т.н.). Този пример показва, че големите инсталации не са просто увеличени копия на по-малки инсталации, но до голяма степен изискват различен дизайн и съответно по-големи усилия.

Директно захранване

В големите мрежи за питейна вода, като тези за големи домове, болници и др., Слънчевата енергия може да се доставя директно без резервоар. Това е възможно, тъй като когато слънчевата система произвежда енергия, почти винаги се отделя енергия, което означава, че има нужда (потребление) от енергия. Освен това за инсталации от този тип обаче е монтиран резервоар, който може да се използва при необходимост. За тази цел са разработени сглобяеми станции, чрез които вече съществуващите мрежи могат да бъдат завършени по-късно относително лесно.