+7 (343) 361-45-62
Поиск

Воздушные системы солнечного отопления и охлаждения

Воздушные системы солнечного отопления

Тема воздушного отопления приобретает всё большее значение потому, что современные здания оснащены системами вентиляции и высокоэффективными тепловыми завесами, что делает возможным отопление подачей тёплого воздуха. Нагрев воздуха энергией солнца возможен прямо в воздушных коллекторах. Воздушное солнечное отопление базируется на обычных системах вентиляции, для многих зданий это интересный метод экономии энергии.

Схема солнечное воздушное отопление

Схема солнечное воздушное отопление

Воздух нагревается в солнечных коллекторах, интегрированных в фасад или крышу, и транспортируется в здание. При этом солнечное тепло можно использовать сразу, или его можно аккумулировать в буферных накопителях. Системы воздушного солнечного отопления поддаются модифицированию, чтобы использовать лишнее солнечного тепло в летний период для нагрева хозяйственной воды, или для охлаждения. К тому же данное оборудование великолепно годится для санации, т.е. оно обеспечивает санитарное состояние здания.

Именно благодаря отличиям от традиционных систем солнечного отопления, где в качестве теплоносительной среды используется вода, не следует пренебрегать преимуществами систем солнечного воздушного отопления. В сравнении с системами, использующими жидкие среды, системы с воздухом в качестве теплоносительной среды не имеют проблем с безопасностью оборудования, которое не замерзает и не способно нанести ущерб зданию при разгерметизации.

Кроме того, способность воздуха вызывать коррозию значительно ниже, чем у жидкостей. Это увеличивает срок службы коллекторов, который значительно превышает 25 лет.


Энергетическая эффективность

Воздушные коллекторы ведут себя так же, как и обычные коллекторы, по которым течет вода: наибольшая энергетическая эффективность достигается при малых температурах в коллекторе, т.е. при малой разности температуры внутри коллектора и температуры окружающей среды. При высоких температурах в коллекторе много энергии отдаётся в окружающую среду, и теряется без использования.

Системы воздушных коллекторов для отопления помещений работают на сравнительно низких температурах, поскольку температура коллектора должна быть лишь немного выше температуры воздуха в отапливаемом помещении.

При подогреве свежего воздуха, направляемого в здание, гелиосистема воздушного отопления уже при самой малой инсоляции энергетически оправдана, и может быть очень эффективной. Любое (даже пока незначительное) повышение температуры в коллекторе используется для отопления помещений, дома .

Это даёт огромное преимущество в сравнении с обычными коллекторами для вспомогательного отопления, где тепло подаётся в отопительный контур радиаторов центрального отопления или обогреваемых полов.

В зависимости от вида теплораспределения, в традиционных установках необходимы температуры не менее 30–55 C. Таким образом, подогрев свежего воздуха воздушными коллекторами представляется особенно энергоэффективным вариантом эксплуатации солнечной энергии.


Предпосылки установки воздушных коллекторных систем

Использования солнечной энергии при помощи воздушных коллекторов является наличие достаточно больших и благоприятно ориентированных монтажных площадок для коллекторов. Традиционные системы вентиляции несущественно отличаются от систем воздушного солнечного отопления в плане необходимых компонентов.
Это значит, что традиционные системы вентиляции могут быть расширены солнечными компонентами. К традиционным компонентам относятся патрубки впуска и выпуска воздуха, устройства запорной арматуры, клапаны, заслонки, каналы, трубы, соединительные элементы, теплообменники, вентиляторы и т.п.; к солнечным компонентам относятся такие специфические элементы, как воздушные коллекторы и солнечные аккумуляторы тепла.
Как правило, можно установить воздушные солнечные коллекторы на крыше, или встроить их в фасад здания. Проблематичнее выглядит интеграция систем вентиляции или распределения воздуха в существующее здание. Здесь нужна большая работа по проектированию, часто приходится идти на компромиссы.
Исключение составляют залы или здания с объёмными помещениями. Здесь преимущества систем воздушного солнечного отопления состоят в том, что тогда проще разместить коллекторы и распределительную систему либо снаружи, на здании, либо внутри здания. Это снижает внутренние теплопотери в системе, когда есть возможность установки внутренней системы для распределения тёплого воздуха. 
Кроме того снижаются теплопотери через наружные стены и ограждения, ведь воздушное отопление уменьшает температурную стратификацию в здании.

Солнечный подогрев свежего воздуха


Уже при незначительной инсоляции, и также при низких наружных температурах функционирует подогрев свежего воздуха солнечным теплом – ведь свежий воздух нагревается лишь на небольшую температурную разницу, что позволяет особенно эффективно использовать солнечную энергию (смотрите схему).
Схема Подогрев свежего воздуха в помещении

Схема Подогрев свежего воздуха в помещении

Солнечные воздушные коллекторы или солнечные абсорберы могут быть просто подключены на всас свежего воздуха. Воздух направляется через коллектор либо непрерывно, либо посредством заслоночного управления только при необходимости.
Коллекторы, встроенные в фасады, могут дополнительно утилизировать теплопотери наружных стен, расположенных за коллектором, для нагрева приточного воздуха. Чтобы подогревать свежий воздух, достаточна установка коллекторов простой конструкции. Поэтому эффективные системы нагрева свежего воздуха стоят дешевле.
Но недостаток в том, что производительность данных систем ограничена скоростью подмеса свежего воздуха, что обусловлено спецификой применения.
Для повышения тепловой производительности нужно повысить скорость воздухообмена. Большие скорости воздухообмена зимой ведут, к низкой влажности воздуха, а также к заметному росту спроса на энергию в периоды отсутствия инсоляции. Как правило, по этой причине в больших зданиях и в залах воздух дополнительно прогревается в режиме рециркуляции.
Это позволяет расширить систему и повысить её мощность без роста воздухообмена. Дополнительный подогрев рециркулирующего воздуха отличается несколько более низкой энергоэффективностью, чем просто нагрев свежего воздуха, но издержки на создание тепла в большинстве случаев экономически оправданы.


Солнечный подогрев циркулирующего воздуха

Некоторые здания вентилируются смесью рециркулированного и свежего воздуха. В таком случае солнечный коллектор можно встроить в контур отходящего воздуха, как это показано на схеме
Схема Воздушное отопление рециркулированным воздухом


Схема  Воздушное отопление рециркулированным воздухом с применением встроенного коллектора

Свежий воздух подмешивается к рециркулированному воздуху и тоже направляется в коллектор. Смесь рециркулированного и свежего воздуха должна быть нагрета так, чтобы разность температур относительно температуры воздуха в коллекторе была лишь небольшой.

Воздушный коллектор поставляет энергию, он – центральный элемент систем воздушного солнечного отопления. В принципе, как коллектор можно использовать и другие элементы зданий, например, зимние сады или двойные фасады.

воздушное отопление частного дома

Воздух нагревается быстрее воды. Поэтому он быстро достигает полезной температуры нагрева даже при пасмурном небе. Если температура воды не менее 30 C (например, для обогреваемых полов), то воздух начинает отапливать помещение, даже когда его температура превышает комнатную температуру (20C) всего на один градус. Так, даже самые простые воздушные коллекторы на фасадах, с обычным перфорированным металлическим листом абсорбера могут найти применение для нагрева или охлаждения воздуха в подвалах, либо подвальных жилых помещениях.

Схема Воздушный солнечный коллектор для вентиляции подвала

Схема Воздушный солнечный коллектор для вентиляции подвала


Солнечное охлаждение

В летние месяцы солнечные нагревательные установки часто простаивают, или используются мало потому, что отбор энергии на отопление и нагрев горячей воды незначителен. Это особенно относится к системам, установленным в офисных центрах и административных зданиях отдельных компаний.

Чтобы солнечной отопительной установкой можно было пользоваться даже летом, рекомендуется применять адсорбционную холодильную машину. Она позволяет использовать солнечную энергию для кондиционирования, например, в административных и офисных зданиях или в помещениях с IT-оборудованием (компьютеры, серверы и т.д.). Как правило, летом нагрузка по холоду (расход холода) в офисных зданиях сильно возрастает. Прежде всего, он вызван разогреванием помещения компьютерами, людьми и лучами солнца. Если сравнить доступность тепла от солнечной установки с потребностью в холоде, можно констатировать, что эти две величины взаимно коррелируют. Это означает, что нагрузка по холоду достигает максимума, когда большая часть энергии доступна в форме инсоляции.

схема Солнечное охлаждение и солнечное кондиционирование

схема Солнечное охлаждение и солнечное кондиционирование

Применение адсорбционной холодильной машины позволяет избежать простоев солнечной нагревательной установки, чтобы организовать недорогое охлаждение и кондиционирование за счёт доступной солнечной энергии. Энергия, необходимая для эксплуатации солнечного энергетического оборудования, обходится значительно дешевле по сравнению со стоимостью эксплуатации традиционного генератора холода, традиционные холодильные системы очень энергоёмки, они расходуют много электричества и/или газа.
Растущий интерес к тепловой энергии в низкотемпературном диапазоне (ниже 100 C), поставляемой, например, от отопительных гелиосистем, геотермального тепла или термоэлектрических генераторов, открывает широкие возможности применения адсорбции для того, чтобы сделать экономичным и обоснованным более интенсивную эксплуатацию низкотемпературной энергии, которая почти не употреблялась ранее.
В принципе, такое применение адсорбционных холодильных машин возможно, и данное оборудование используется в процессе преобразования тепловой энергии в температурном диапазоне от 55 до 95 C с достаточно неплохим показателем к.п.д. по теплу (0,6 до 0,65). Это позволяет производить холодную воду с температурой 8 до 12 C. Адсорбционная холодильная машина может применяться для кондиционирования воздуха в зданиях, а также для целей охлаждения в промышленных процессах.
Вся система технологического оборудования в основном состоит из следующих компонентов:
• Солнечная установка,
• Адсорбционная холодильная машина,
• Распределительная система,
• Система трубопроводов и
• Элементы обеспечения техники безопасности.
Далее требуется накопитель тёплой воды и (по желанию) накопитель холодной воды. Чтобы затем можно было распределять холод по зданию, должна быть установлена система распределения. Здесь применяются давно освоенные рынком системы поверхностного охлаждения, потолочные системы с охлаждением (т.н. “холодильные потолки”), системы кондиционирования или вентиляторные доводчики, известные также как «фанкойлы» (ФК).
Для отвода отходящего тепла, возникающего в процессе абсорбции и конденсации, применяется охлаждающая вода. Подачу охлаждающей воды можно организовать на практике с помощью охладителя оборотной воды (циркуляционного радиатора), башенных охладителей, геотермальных зондов или колодцев.

Солнечная установка и адсорбционная холодильная машина
Солнечная установка и адсорбционная холодильная машина

По всем вопросам  вы может обращаться по телефонам (343) 361-45-62,   писать вопросы на e-mail