Рис. 1. Принципиальная схема гелиотеплонасосной установки с солнечными абсорбе- рами для приготовления горячей воды плавательного бассейна
Рис. 2 Принципиальная схема солнечного абсорбера типа лист-труба
Табл. 1. Технико-экономические показатели
Анализируя опыт применения солнечной энергии в Республике Молдове, можно констатировать, что, несмотря на то, что имеются большие возможности ее использования для подогрева воды, солнечные системы горячего водоснабжения на практике внедряются в республике недостаточно и с большими трудностями, в первую очередь из-за отсутствия эффективных и надежных отечественных конструкций солнечных коллекторов. В условиях Молдовы плоские солнечные коллекторы могут быть эффективно использованы только в теплый период года.
Одним из способов повышения эффективности и продолжительности эксплуатации гелиосистем является их совместное использование с тепловыми насосами. Значительный интерес представляет комбинированное использование теплового насоса и плоских солнечных коллекторов для предварительного подогрева воды в плавательных бассейнах. В США, Германии, Японии, Австрии, Франции и других странах успешно эксплуатируется большое количество бассейнов с предварительным подогревом воды за счет солнечной радиации.
Эта область внедрения плоских солнечных коллекторов очень перспективна. Температура воды в бассейнах обычно должна поддерживаться в пределах 20–27°С, что только на 5–15°С превышает значение температуры наружного воздуха. Проведенные экспериментальные исследования показали, что с помощью гелиосистем температура теплоносителя может быть повышена на 22°С по отношению к температуре наружного воздуха. В качестве солнечных коллекторов в этой области рекомендуется использовать солнечные абсорберы, которые представляют собой теплопоглощающие панели с каналами для циркуляции теплоносителя.
Теплоноситель подается в абсорбер с температурой, которая несколько ниже (на 3–5°С) температуры окружающей среды, что позволяет полезно использовать не только прямую и рассеянную солнечную радиацию, но и теплоту атмосферы, осадков, фазовых превращений при конденсации и инееобразовании на их поверхности. Возможна также утилизация тепловых потерь через ограждающие конструкции здания при совмещении с ними абсорберов.
Подробные сведения о солнечных абсорберахпредставлены в работах [2, 3]. С целью уменьшения потребления энергии для горячего водоснабжения разработан проект комбинированной гелиотеплонасосной установки (рис. 1) для подогрева воды плавательного бассейна спортивно-оздоровительного комплекса Niagara-club, которая включает следующие контуры циркуляции: первичный (солнечные абсорберы, теплообменник в баке-аккумуляторе, циркуляционный насос), тепловой насос и потребитель теплоты (плавательный бассейн).
Источником теплоты являются солнечные абсорберы общей площадью 432 м2. Солнечные абсорберы типа лист-труба, окрашенные в черный матовый цвет, вмотированы в кровле здания комплекса Niagara-club и состоят из трубного регистра, прикрепленного к стальным листам металлочерепицы толщиной 0,7 мм с помощью скоб (рис. 2). В качестве теплоносителя в первичном контуре солнечных абсорберов и в контуре испарителя ТН в зимний период используется незамерзающая жидкость, а в летний период вода.
Теплота, полученная в солнечных абсорберах, транспортируется в низкотемпературном баке-аккумуляторе емкостью 5 м3. Контур теплового насоса включает: тепловой насос, теплообменник, расположенный в низкотемпературном баке, циркуляционный насос. В качестве теплового насоса используется водо-водяная тепловая машина типа GRC80AA тепловой мощностью 80 кВт, работающая на хладагенте R407с. Контур потребителя включает конденсатор теплового насоса, плавательный бассейн и циркуляционный насос.
Гелиотеплонасосная установка может работать в двух режимах — летнем и зимнем. В летнем периоде (апрель-октябрь) тепловая нагрузка для подогрева воды плавательного бассейна покрывается полностью теплотой, полученной от солнечных абсорберов. Тепловой насос, как дополнительный источник энергии, включается только в облачные дни. В зимний период тепловая нагрузка для подогрева воды плавательного бассейна покрывается теплонасосной установкой, которая использует в качестве источника низкопотенциальной энергии теплоту, аккумулированную в баке-аккумуляторе.
С целью понижения тепловых потерь с поверхности плавательного бассейна рекомендуется в период, когда он не используется (ночью), покрывать поверхность воды теплоизолирующим экраном, который позволяет уменьшить потери теплоты на 40–50 %. В случаях, когда глубина бассейна не превышает 1 м, рекомендуется, чтобы его стены и дно были окрашены красками с высокими коэффициентами поглощения.
Выполнен технико-экономический расчет проектируемой установки, в результате которого определены технико-экономические показатели, представленные в табл. 1. Внедрение гелиотеплонасосной установки с солнечными абсорберами для приготовления горячей воды плавательного бассейна спортивно-оздоровительного комплекса Niagaraclub позволит сэкономить 15,379 т.у.т. в год.
