Энергосбережение
АТМОСФЕРА КАК ИСТОЧНИК ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Как известно, энергетика современной атмосферы Земли состоит из:
- энергии движения воздушных масс;
- тепловой энергии воздушных масс;
- энергии атмосферного электричества.
Энергия современной земной атмосферы не постоянна как в пространстве, так и во времени. На её значение влияет много факторов, основными из которых являются:
- солнечная радиация;
- космическая радиация;
- природные радиоактивные процессы;
- вулканические и тектонические процессы;
- процесс собственного, инфракрасного излучения Земли в Космос;
- результаты жизнедеятельности человека;
- вся существующая биомасса на планете.
Известно также, что атмосфера поглощает 59 ккал/кв.см в год коротковолновой солнечной радиации, а земная поверхность 108 ккал/кв.см. Анализируя значения членов уравнений тепловых балансов атмосферы и земной поверхности можно сделать следующие выводы:
1. Основными источниками тепловой энергии атмосферы является Земля и Солнце. Совокупность тепловой энергии поступающей из недр Земли и Солнца устанавливает климат на поверхности Земли и питает большинство физических, химических, биологических процессов, происходящих в атмосфере.
2. Количество тепловой энергии поступающей от Солнца и Земли не постоянно во времени и пространстве.
3. Земля представляет собой аккумулятор для посылаемого Солнцем тепла. В зависимости от активности Солнце посылает тепла то больше, то меньше. Земля, в зависимости от прозрачности атмосферы и альбедо аккумулирует часть тепла, а остальное излучает в космическое пространство. Аккумулирующие свойства Земли определяет наличие большого количества воды (моря и океаны) и наличие атмосферы, в которой основную роль в сохранении тепла Земли играет водяной пар.
4. Процессы, связанные с аккумулированием тепловой энергии поверхностью Земли инерционные.
Из данных, приведенных выше, следует, что атмосферный воздух при расчетах содержания в нём тепловой энергии можно рассматривать как водяной пар. При этом необходимо знать следующие численные параметры водяного пара: температуру, давление, влажность, теплоёмкость, энтропию, энтальпию. Эти параметры водяного пара позволяют оценивать его внутреннюю энергию, а её изменение в процессе теплообмена определяет поглощение или отдачу им конкретного количества тепловой энергии. В связи с тем, что процессы теплопереноса в системе солнце-атмосфера-земля сильно изменяются во времени для точного расчёта теплонасосных систем необходимо знать зависимость от времени перечисленных выше характеристик водяного пара.
Гелиосистемы
В связи с интенсивным развитием технологий солнечной энергетики, в Мире появилось множество конструктивных решений и вариантов гелиосистем, которые классифицируются по различным критериям. В рамках данного сайта мы остановимся на классификации по принципу конструирования и подробно рассмотрим жидкостные системы солнечного теплоснабжения с аккумулированием тепловой энергии.
Классификация по принципам конструирования
В данной классификации приведен только укрупненный список часто используемых вариантов гелиосистем, применимых в климатических условиях Украины.
Мы не будем рассматривать воздушные системы, т.к. это совершенно отдельная и очень широкая тема. Сразу отбросим системы, где разогрев воды в баке осуществляется солнечной энергией непосредственно через его стенки («солнечный бак»), т.к. в упрощенном виде эти системы не эффективны и даже опасны, тем, что при температурах, до которых может разогреться вода (порядка 36-40оС) очень интенсивно размножаются бактерии, которые могут вызвать разнообразные болезни, например, ангину. А более эффективные и технологичные их собратья (теплоизолированные и застекленные) не получили широкого распространения из-за ряда причин.
Любую систему солнечного теплоснабжения желательно конструировать с аккумулятором тепловой энергии, но существуют системы, в которых он отсутствует. В связи с тем, что поступающая солнечная энергия нестабильна во времени, такие системы не рекомендуется рассчитывать на степень покрытия от солнца более 10%. Эти системы мы также не будем рассматривать из-за очень узкой специфики их применения.
Из-за своей универсальности, эффективности, гибкости и удобства, наибольшее распространение получили жидкостные системы (далее «гелиосистемы») с аккумулятором тепловой энергии (бак с водой или специальной жидкостью, бассейн, грунт), в которых есть отдельные элементы с четко обозначенными функциями:
- солнечный коллектор – преобразование и поглощение энергии;
- аккумулятор тепловой энергии – поглощение и сохранение энергии;
- соединительный трубопровод – доставка с минимальными потерями тепловой энергии в аккумулятор.
Гелиосистемы могут быть одноконтурные или двухконтурные (может быть и больше контуров), сестественной или с принудительной циркуляцией теплоносителя (вода или специальная незамерзающая жидкость).
Одноконтурные и двухконтурные системы
В одноконтурных системах в солнечные коллекторы поступает и нагревается именно та вода, которая расходуется из бака-аккумулятора.
Преимущества:
- простота;
- возможность получить самый высокий КПД системы в целом.
Недостатки:
- высокие требования к качеству воды (желательно низкая жесткость и высокая степень очистки). На стенках каналов солнечного коллектора интенсивно оседают соли, каналы могут засориться намываемой грязью, это приводит к значительному ухудшению эффективности или даже к полному выходу из строя (если вовремя не прочистить каналы, что бывает очень затруднительно);
- повышенная коррозия, из-за воздуха, который растворен в воде;
- практически полная невозможность нормальной работы при минусовых температурах (опасность разрыва труб);
- низкий эффективный срок эксплуатации (из практики – не более 3-5 лет).
В двухконтурных системах в контуре солнечных коллекторов находится специальный теплоноситель (обычно незамерзающая нетоксичная жидкость с антикоррозионными и антивспенивающими присадками или подготовленная вода), при этом тепловая энергия от теплоносителя передается воде с помощью теплообменника (спиральная труба в баке – «змеевик», внешний теплообменный аппарат или «бак в баке»).
Преимущества:
- значительное увеличение надежности работы системы (солнечные коллекторы всегда в хорошем состоянии, т.к. нет выпадения солей и намывания грязи);
- возможность безопасной работы системы при минусовых температурах;
- солнечные коллекторы не требуют дополнительного обслуживания;
- более длительный гарантированный эффективный срок эксплуатации (10-50 лет).
Недостатки:
- незначительное снижение эффективности работы системы из-за наличия дополнительных тепловых потерь в коллекторах и трубопроводе, а также из-за необходимости применения теплообменника (порядка 2-5%);
- если применяется незамерзающий теплоноситель, то также незначительно ухудшается эффективность системы из-за более низкой его теплопроводности (по сравнению с водой);
- необходимость периодической замены теплоносителя (проверка состояния каждые 6-7 лет с возможной заменой).
Наш выбор: именно двухконтурные системы могут длительно эффективно и надежно работать на всей территории Украины, т.к. в большинстве своем вода имеет высокую жесткость, а также даже на южном берегу Крыма (ЮБК) возможны морозы до -10оС. Если система была разморожена или каналы коллекторов практически полностью забились солями, то в большинстве случаев, это приводит к необходимости полной замены гелиоколлекторов, т.к. на месте устранить такого рода неисправности практически невозможно. Снижение эффективности двухконтурных систем происходит незначительное, чтобы, предпочитая одноконтурную систему, жертвовать надежностью.
Системы с естественной (термосифонная) и принудительной циркуляцией теплоносителя.
Принцип работы систем с естественной циркуляцией теплоносителя (термосифонные системы): разогретый теплоноситель (обладая более низкой плотностью) устремляется в верхнюю часть коллектора, в результате чего возникает разность гидростатических давлений; если коллектор подключить к баку, который находится выше него, то возникнет самопроизвольная циркуляция теплоносителя, скорость которой зависит от конструкции коллектора, интенсивности солнечного излучения и скорости охлаждения в теплообменнике.
Термосифонные системы не желательно использовать, если общая площадь коллекторов больше 10 м2 (согласно ВСН 52-86.Установки солнечного горячего водоснабжения).
Преимущества:
- простота конструкции системы;
- автономность процесса нагрева от солнца.
Недостатки:
- низкая эффективность работы системы (особенно в облачные дни, вплоть до полного отсутствия полезной работы), т.к. для того чтобы началось полезное движение теплоносителя, должна быть достаточно большая разница температур;
- высокие тепловые потери из-за низкой скорости движения теплоносителя (воды);
- нестабильная работа коллекторов (существует риск, что при определенных условиях прекратится движение теплоносителя, либо несколько коллекторов не будут участвовать в полезной работе);
- возможность частого возникновения опасного перегрева бака, вследствие того, что данная система не управляется;
- необходимость размещения массивного бака-аккумулятора выше верхней точки гелиоколлекторов (например, на крыше);
- при установке бака-аккумулятора на открытом воздухе, возникают большие потери тепла, бак подвергается усиленной коррозии, а так же существует риск замерзания бака и патрубков в зимний период;
- опасность выхода из строя двухконтурной системы, при условии ее отключения на зимний период со сливом воды из бака.
Всех вышеперечисленных недостатков лишена система с принудительной циркуляцией теплоносителя.
В системах с принудительной циркуляцией в контур коллекторного круга включается маломощный циркуляционный насос, который заставляет циркулировать теплоноситель. Его работой управляет специальный контроллер. Потребляемая мощность насоса, несравнимо мала с тепловой энергией, которая вырабатывается системой.
1. – Коллектор;
2. – Бак-аккумулятор (бак-бойлер);
3. – Циркуляционный насос;
4. – Контроллер (блок управления);
5. – Датчики температуры.
Преимущества:
- в результате принудительной циркуляции теплоносителя, система работает на 30 % эффективнее системы с естественной циркуляцией;
- бак-аккумулятор можно устанавливать в любом удобном месте;
- возможность эффективной работы круглогодично;
- система быстро настраивается на оптимальный режим работы;
- легко и удобно контролируется работа системы;
- система является более безопасной, так как контроллер отображает и блокирует опасные режимы работы.
Недостатки:
- необходимость установки дополнительного оборудования (насосного модуля и контроллера);
- дополнительное, но незначительное потребление электроэнергии циркуляционным насосом.
Наш выбор: гелиосистемы как с естественной, так и с принудительной циркуляцией теплоносителя получили широкое распространение, но ключевыми факторами при выборе системы являются: возможная температура воздуха в самый холодный период года и количество ясных солнечных дней.
Термосифонные системы получили распространение в странах с теплым климатом и большим количеством ясных дней (Турция, Греция, Египет, Израиль и т.д.), и используются, в основном, как индивидуальные.
На всей территории Украины (в т.ч. и на ЮБК) рекомендуется использовать гелиосистемы с принудительной циркуляцией теплоносителя, т.к. достаточно большое количество облачных дней приводит к значительному снижению эффективности термосифонных систем (на 30%), а низкие температуры в зимний период года, вынуждают принимать меры по защите от замерзания, что бывает невозможно с точки зрения надежности.
Те незначительные дополнительные затраты в системах с принудительной циркуляцией быстро окупаются своей эффективностью и безопасностью.
ВЫВОД: если оценивать все преимущества и недостатки описанных систем можно сделать вывод, что на территории Украины желательно использовать только двухконтурные системы с принудительной циркуляцией теплоносителя.
Также это утверждение верно с точки зрения экономической целесообразности использования гелиосистем.
Т.к. стоимость гелиосистем превышает стоимость традиционных систем теплоснабжения и при действующих ценах на энергоносители имеет срок окупаемости - от 3 до 8 лет, выход из строя системы ранее 10 лет эксплуатации не даст экономического эффекта и достаточной энергетической прибыли потребителю.
Следовательно, основные критерии при выборе гелиосистем – это высокая, долговременная эффективность и надежность.
Гелиосистемы можно использовать практически для любых целей, где необходима низкопотенциальная тепловая энергия. Варианты гелиосистем, которые получили наибольшее распространение, представлены на рисунке ниже.
Классификация по назначению
Также возможно использование гелиосистем для опреснения, технологических нужд (винного, кондитерского и других производств), повышения эффективности водоочистки, прогрева грунта и т.д.
Гелиосистемы, которые предназначены для одновременного выполнения нескольких функций (ГВС и отопление, ГВС и нагрев воды в бассейне и т.д.) называются комбинированными (многофункциональными). Такие системы в основном конструируются как двухконтурные с принудительной циркуляцией теплоносителя.
Используя энергию солнца, гелиосистемы позволяют экономить до 75% традиционного топлива, которое необходимо для приготовления горячей воды, и до 50% необходимого для целей отопления.
При поддержке www.sintsolar.com.ua
ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ «SINTSAVER»
Промышленно-коммерческая компания «СИНТЭК» работает на рынке Украины с 1993 года. Новым направлением развития компании, которым она занимается последние пять лет, является проектирование и производство под торговой маркой «SINTSAVER» тепловых насосов и реализация на их основе теплонасосных систем.
По ряду причин, в настоящее время наиболее широко тепловой насос применяется в системах горячего водоснабжения, отопления, нагрева бассейнов, кондиционирования и вентиляции. Так как тепловой насос является устройством, использующим в большей степени возобновляемые источники энергии его целесообразно устанавливать тем, кто стремится:
• значительно снизить потребление традиционных источников энергии;
• обеспечить комфортные климатические условия в местах проживания, развлечения, отдыха и работы;
• получить автономность в энергообеспечении и снизить зависимость от традиционных источников энергии и роста их стоимости;
• уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду;
• сделать наиболее выгодные инвестиционные вложения в технологии будущего;
• снизить эксплуатационные расходы на различных объектах;
• увеличить привлекательность коммерческих объектов;
• строить объекты с низким потреблением энергии.
Купить тепловые насосы для отопления вы можете связавшись с нашими менеджерами по телефону +38(067)282-78-76 ; +38(0536)791-174 в Кременчуге.
Мы поможем вам выбрать систему отопления подходящую под ваши условия и расcчитать цену на тепловой насос.
ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ОТ КОМПАНИИ «SINTSAVER»
В проектировании и производстве тепловых насосов «SINTSAVER» наша компания уделяет особое внимание опыту внедрения теплонасосных систем немецкими, австрийскими, шведскими компаниями и институтами. Мы постоянно стремимся к достижению высокого качества тепловых насосов, сбалансированности их по цене, качеству, надёжности и эффективности. Тепловые насосы «SINTSAVER» имеют следующие отличительные технические особенности и рыночные преимущества:
• высокая эффективность (СОР) в различных режимах эксплуатации;
• высокая степень автоматизации работы теплового насоса;
• использование оптимальных алгоритмов управления теплонасосными системами;
• корозионностойкий корпус;
• низкий уровень шума при работе;
• оптимальное соотношение цена/качество, позволяющее эффективно использовать наши тепловые насосы при существующем уровне цен на традиционные энергоносители;
• возможность одновременного использования (опция) в качестве источника тепла воздух, грунт, воду и солнечные коллекторы;
• обеспечиваются качественным гарантийным, постгарантийным, консультационным и сервисным обслуживанием;
• применяется индивидуальный подход при проектировании и выборе типа теплонасосной системы;
• возможность увеличения эффективности тепловых насосов за счет использования частотно-регулируемых приводов (опция);
• перед поставкой заказчику каждый тепловой насос проходит испытания в различных температурных режимах эксплуатации.
ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА SINTSAVER
Тепловые насосы SintSaver, производимые компанией «Синтэк», предназначены для использования в качестве элементов нагрева и охлаждения в системах отопления и кондиционирования зданий. В термодинамическом цикле,тепловой насос осуществляет преобразование тепловой энергии окружающей среды (воздуха, грунта, воды, сбросного тепла и аналогичных источников) в тепловую или холодильную энергию с требуемой температурой. Для осуществления данного преобразования, производимые нами тепловые насосы, потребляют незначительное количество электрической энергии. Если разделить вырабатываемую ими тепловую энергию на 4 части, то около 3-х частей этой энергии берётся из окружающей среды.
СТОИМОСТЬ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ
Тепловые насосы SintSaver для отопления могут успешно эксплуатироваться в системах климатизации: частных домов, коттеджей, гостиниц, пансионатов, административных зданий и производственных помещений.
Тепловой насос воздух-вода и тепловой насос рассол-вода производства нашей компании, конкурентно отличаются от оборудования европейских производителей, представленных на рынке Украины, демократичной ценой, которая на 20, 30 .. 50% ниже. Конфигурация элементов тепловых насосов SintSaver спроектирована с учетом их оптимальной эксплуатации в климатических условиях Украины.
Сравнительно низкая стоимость тепловых насосов SintSaver, является результатом создания гибкой системы логистики и активной дилерской сети продаж на территории Украины.
На основе тепловых насосов наша компания реализует сложные комбинированные системы отопления, кондиционирования, нагрева бассейнов, системы горячего водоснабжения и вентиляции зданий. Производимые нами контроллеры позволяют качественно автоматизировать процессы управления тепловым насосом и подстраивать системы к существующим условиям эксплуатации на объектах.
Покупая тепловые насосы «SintSaver» вы получаете возможность эффективно использовать возобновляемые источники энергии в энергобалансе зданий и сооружений. Сотрудничество с нашей компанией гарантирует вам качественное использование новейших технологий в теплонасосных системах.
При поддержке www.sintsaver.com.ua