Solaranlagen zur Warmwasserbereitung. Solarheizsystem. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Durch den Einsatz von Solarkraftwerken können die Probleme der Heizung, Kühlung und Warmwasserversorgung von Wohn-, Verwaltungsgebäuden, Industrie- und Landwirtschaftsanlagen gelöst werden. Solaranlagen haben folgende Klassifizierung:

• nach Zweck: Warmwasserversorgungssysteme; Heizsysteme; kombinierte Anlagen zur Wärme- und Kälteversorgung;
• nach Art des verwendeten Kühlmittels: flüssig; Luft;
• nach Arbeitsdauer: ganzjährig; saisonal;
• gemäß der technischen Lösung des Schemas: Einkreis; zweikreisig; Multi-Schleife.

Die am häufigsten verwendeten Kühlmittel in Solaranlagen sind Flüssigkeiten (Wasser, Ethylenglykollösung, organische Substanzen) und Luft. Jeder von ihnen hat bestimmte Vor- und Nachteile. Die Luft gefriert nicht und verursacht keine größeren Probleme im Zusammenhang mit Undichtigkeiten und Korrosion der Ausrüstung. Aufgrund der geringen Dichte und Wärmekapazität der Luft sind jedoch die Größe von Luftanlagen und der Stromverbrauch zum Pumpen von Kühlmittel höher als bei Flüssigkeitssystemen. Daher bevorzugen die meisten Solarthermieanlagen im Betrieb Flüssigkeiten. Für den Wohn- und Gemeinschaftsbedarf ist Wasser das Hauptkühlmittel.

Beim Betrieb von Solarkollektoren in Zeiten mit negativen Außentemperaturen ist es notwendig, entweder Frostschutzmittel als Kühlmittel zu verwenden oder das Einfrieren des Kühlmittels irgendwie zu vermeiden (z. B. durch rechtzeitiges Ablassen des Wassers, Erhitzen, Isolieren des Solarkollektors).

Landhäuser, Mehrfamilienhäuser, Sanatorien, Krankenhäuser und andere Einrichtungen können mit einer ganzjährigen solaren Warmwasserversorgung mit einer Backup-Wärmequelle ausgestattet werden. Saisonale Anlagen, wie zum Beispiel Duschanlagen für Pionierlager, Pensionen, mobile Anlagen für Geologen, Bauarbeiter, Hirten, werden in der Regel in den Sommer- und Übergangsmonaten des Jahres in Zeiten mit positiven Außentemperaturen betrieben. Abhängig von der Art des Objekts und den Betriebsbedingungen können sie über eine zusätzliche Wärmequelle verfügen oder darauf verzichten.

Die Kosten für Solarwarmwasseranlagen können zwischen 5 und 15 % der Kosten der Anlage betragen und hängen von den klimatischen Bedingungen, den Kosten der Ausrüstung und dem Ausbaugrad ab.

In Solaranlagen für Heizungsanlagen werden als Kühlmittel sowohl Flüssigkeiten als auch Luft verwendet. Bei Mehrkreis-Solaranlagen können in unterschiedlichen Kreisläufen unterschiedliche Kühlmittel zum Einsatz kommen (z. B. Wasser im Solarkreis, Luft im Verteilkreis). In unserem Land sind Solarwasseranlagen zur Wärmeversorgung weit verbreitet.

Die benötigte Fläche von Solarkollektoren für Heizungsanlagen beträgt in der Regel das 3- bis 5-fache der Fläche von Kollektoren für Warmwasseranlagen, sodass die Auslastung dieser Anlagen insbesondere im Sommer geringer ist. Die Installationskosten für eine Heizungsanlage können 15–35 % der Immobilienkosten betragen.

Kombinierte Systeme können ganzjährige Anlagen zur Heizung und Warmwasserbereitung sowie Anlagen im Wärmepumpen- und Wärmerohrbetrieb für Heiz- und Kühlzwecke umfassen. Diese Systeme sind in der Industrie noch nicht weit verbreitet.

Die Flussdichte der an der Kollektoroberfläche ankommenden Sonnenstrahlung bestimmt maßgeblich die wärmetechnischen sowie technischen und wirtschaftlichen Kennzahlen von Solarheizsystemen.

Die Flussdichte der Sonnenstrahlung variiert im Laufe des Tages und im Laufe des Jahres. Dies ist eines der charakteristischen Merkmale von Systemen, die Solarenergie nutzen, und bei der Durchführung konkreter technischer Berechnungen von Solaranlagen ist die Frage der Wahl des berechneten Wertes von E entscheidend.

Betrachten Sie als Auslegungsdiagramm für eine Solaranlage das in Abb. 3.3 dargestellte Diagramm, das es ermöglicht, die Betriebsmerkmale verschiedener Systeme zu berücksichtigen. Der Sonnenkollektor 1 wandelt Sonnenstrahlungsenergie in Wärme um, die über den Wärmetauscher 2 an den Speichertank 3 übertragen wird. Es ist möglich, den Wärmetauscher im Speichertank selbst anzuordnen. Die Kühlmittelzirkulation erfolgt über eine Pumpe. Das erhitzte Kühlmittel gelangt in die Warmwasserversorgungs- und Heizungssysteme. Bei unzureichender oder fehlender Sonneneinstrahlung wird eine Ersatzwärmequelle zur Warmwasserbereitung oder Heizung zugeschaltet 5.

Abb.3.3. Diagramm des Solarheizsystems: 1 - Sonnenkollektoren; 2 - Warmwasserspeicher; 3 - Wärmetauscher; 4 - Gebäude mit Fußbodenheizung; 5 - Backup (Quelle zusätzlicher Energie); 6 - passives Sonnensystem; 7 - Kieselbatterie; 8 - Dämpfer; 9 - Ventilator; 10 - Warmluftstrom in das Gebäude; 11- Versorgung mit Umluft aus dem Gebäude

Das Solarheizsystem verwendet Sonnenkollektoren der neuen Generation „Raduga“ des KKW „Konkurent“ mit verbesserten thermischen Eigenschaften durch die Verwendung einer selektiven Beschichtung auf einer wärmeabsorbierenden Platte aus Edelstahl und einer lichtdurchlässigen Beschichtung aus besonders haltbarem Glas mit hoher optische Eigenschaften.

Als Kühlmittel verwendet das System: Wasser mit positiven Temperaturen oder Frostschutzmittel während der Heizperiode (Solarkreislauf), Wasser (zweiter Kreislauf der Fußbodenheizung) und Luft (dritter Kreislauf der Luft-Solarheizung).

Als Backup-Quelle wurde ein elektrischer Boiler verwendet.

Eine Steigerung der Effizienz solarer Versorgungssysteme kann durch den Einsatz verschiedener Methoden der thermischen Energiespeicherung, eine rationelle Kombination von Solarsystemen mit thermischen Kesselhäusern und Wärmepumpeneinheiten, eine Kombination aktiver und passiver Systeme zur Entwicklung wirksamer Mittel und Methoden erreicht werden der automatischen Steuerung.

Die flächendeckende Einführung von Solarsystemen auf SC-Basis zur saisonalen Warmwasserbereitung und passiven Solarsystemen mit saisonaler Wärmespeicherung zum Heizen wird den Verbrauch fossiler Brennstoffe in Gebieten mit Energiemangel drastisch reduzieren und so den Ausstoß von Zehntausenden Tonnen Kohlenstoff verhindern Kohlendioxid und verbessert die Umwelt.

Autor: Magomedov A.M.

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