Бак аккумулятор для солнечных коллекторов
Для эффективной работы системы солнечного горячего водоснабжения правильно подобранный бак аккумулятор так же важен, как и солнечные коллекторы. Как известно максимальная производительность солнечного коллектора имеет определенную величину, и зависит от площади солнечного коллектора и эффективности солнечного коллектора.
С той или иной точностью, зная все перечисленные параметры, мы можем рассчитать ожидаемую производительность любого типа солнечного коллектора за произвольный период времени (кВт·ч за единицу времени). При этом, чем дольше расчетный период времени, тем более точны расчеты производительности.
Таким образом, располагая значением суммарного годового солнечного излучения, можно относительно точно рассчитать прогнозируемую годовую производительность коллектора с довольно высокой точностью. Однако практически невозможно рассчитать такой прогноз на отдельные дни в году или часы. Это наиболее отличает гелиосистемы от других генераторов теплоты (котлы, тепловые насосы и т.д.).
Одной из особенностей работы гелиосистемы для бытового сектора является то, что в солнечные дни время работы коллекторов довольно продолжительное, поэтому мощность гелиполя должна быть меньше чем мощность котельной, которая вырабатывает желаемое количество энергии за короткий промежуток времени. Вторым фактором является то, что время выработки тепловой энергии и потребление не совпадают. Это видно на графике.
Данные особенности показывают, что для оптимальной работы гелиосистемы необходимо аккумулировать тепловую энергию. Для этих целей, как правило, используют баки-аккумуляторы. Их объем должен быть достаточным для хранения полученной солнечной энергии за день. В данном случае мы говорим о суточном аккумулировании тепловой энергии.
При выборе бака аккумулятора для гелиосистемы так же следует обратить внимание на следующие параметры:
- Форма бака
- Теплоизоляция
- Размеры теплообменников
Форма бака аккумулятора для солнечных коллекторов
Чем выше и уже бак, тем лучше будет термическая стратификация или другими словами температурное расслоение. Этот процесс заставляет холодную воду собирается в нижней части бака, вытесняя горячую воду в его верхнюю часть, откуда происходит разбор горячей воды. Данное явление происходит из-за различия плотности теплой и холодной воды. Менее плотная нагретая вода всегда устремляется вверх.
Для обеспечения тепловой стратификации соотношение высоты к диаметру должна быть не менее чем 2,5 к 1. К примеру, для бака объемом 300 литров диаметром около 0,65 м высота должна быть приммерно 1,75 метра.
Поскольку бак аккумулятор для солнечных коллекторов должен быть оснащен дополнительным змеевиком для дублирующего источника энергии, то тепловая стратификация играет важную роль для эффективной работы гелиосистемы.
Рассмотрим пример, как это работает на практике.
Когда бак не прогрет, нижний змеевик, подключенный к гелиосистеме, передает тепло всему объему бака. Благодаря термической стратификации нагретая вода поднимается вверх, а в нижней части вода будет холоднее. Это способствует повышению КПД и производительности солнечного коллектора.
В случае, когда солнечной интенсивности недостаточно верхний змеевик в бивалентном баке, подключенный к дублирующему источнику энергии догревает горячую воду. В данном случае нагревается только верхняя зона бойлера, где и происходит водоразбор. В таком случае потребитель всегда будет обеспечен горячей водой, по крайней мере, на ближайший водоразбор.
В таком случае, нижняя зона все еще холодная и готова принимать тепло от солнечных коллекторов. Чем больше будет эта зона, тем больше будет производительность гелиосистемы, поскольку солнечные коллекторы смогут больше передать солнечного тепла. Другими словами, увеличивается ёмкость аккумулятора. Для обеспечения максимальной эффективности, без дискомфорта для пользователя, рекомендуется оставлять за нижней зоной не менее 2/3 общего объема бака.
В случае использования моновалентного бака (с одним змеевиком) в качестве догревателя используется электрический ТЭН. Данный ТЭН так же должен быть установлен в верхней зоне бака.
Теплоизоляция бака аккумулятора для гелиосистемы
Как правило, в качестве материала для теплоизоляции используется пенополиуретан. Этот материал обладает низкой теплопроводностью и гидропроницаемостью. Толщина теплоизоляции должна быть не менее 80 мм. Коэффициент теплопроводности не менее 0,035 Вт/мК. Это позволяет баку терять не более 2-3 градусов в нагретом состоянии.
Теплообменники в бойлере для солнечных коллекторов
Поскольку солнечные коллекторы не являются стабильным теплогенератором, то следует подбирать площадь теплообменника на низкотемпературные режимы работы. Другими словами, во время слабой солнечной инсоляции, теплоноситель гелиосистемы не сможет обеспечить высокую разницу температуры. Поэтому следует увеличивать площадь теплообмена.
Оптимальным соотношением является отношение полезной площади коллекторов к площади змеевика 1 : 5.
Бак аккумулятор для солнечных коллекторов, подобранный с учетом всех перечисленных параметров, будет способствовать повышению производительности гелиосистемы и комфорту пользователей.