Солнечные теплоаккумуляторы

При проектировании солнечного теплоаккумулятора необходимо соизмерять стоимость с рабочими характеристиками. Некоторыми решающими факторами стоимости теплового аккумулятора являются:

  • выбор теплоаккумулирующей среды для теплоаккумулятора (камни, вода, эвтектические соли);
  • необходимое количество этой теплоаккумулирующей рабочей среды, измеряемое по весу или по объему;

  • размещение теплового аккумулятора либо в отапливаемом помещении, либо вне его;
  • тип и размеры контейнера для аккумулирующей среды;
  • теплообменники (при необходимости) для передачи или отбора тепла от рабочего тела;
  • механическое устройство для перемещения теплоаккумулирующей среды через теплоаккумулятор или теплообменники.

Кроме этих факторов рабочие характеристики зависят от:

  • средней рабочей температуры;
  • падения давления теплоносителя, движущегося через теплоаккумулирующую среду;
  • потерь тепла контейнером в окружающую среду.

Существуют три основных вида теплоаккумулирующей среды:

  • камни;
  • вода;
  • эвтектические соли (с фазовым превращением).

Способность любого материала накапливать тепло зависит от его удельной теплоемкости, которая выражается количеством тепла (Дж), необходимого для повышения температуры 1 кг материала на 1°K. Энергию, часто называемую физической теплотой, можно получить обратно по мере снижения температуры вещества. Это основной принцип действия большинства солнечных тепловых аккумуляторов.

Выбор теплоаккумулирующей среды и солнечного коллектора должен производиться одновременно. Почти все системы жидкостного типа, открытые (например, система Томасона) или закрытые, требуют жидкой теплоаккумулирующей среды. В большинстве систем воздушного типа теплоаккумулирующая среда состоит из небольших элементов: камней, небольших (несколько кубических дециметров) сосудов с водой или эвтектических солей в контейнерах, которые дают возможность воздуху проходить между ними, передавая им тепло.

Стабилизация температуры воздуха на солнечной веранде

Южный фасад дома с пристроенной солнечной верандой
Южный фасад

Эта веранда была пристроена к западной части южного фасада обычного каркасного дома с целью использования солнечной энергии для отопления (Isolated Gain), а также создания комфортабельного уголка для проведения семейного досуга. Западная, южная и восточная стены веранды полностью остеклены и оборудованы сдвижными дверями. Размеры помещения — 4,5x5,4 м.

Автоматическое поддержание температурной стратификации в жидкостном теплоаккумуляторе

Предлагаемый бак-теплоаккумулятор
Предлагаемая конструкция жидкостного теплоаккумулятора, разрез

Вода в систему отопления обычно отбирается из верхней части бака-теплоаккумулятора. Необходимость в этом существует не всегда. Предлагаемое устройство позволяет отбирать из бака воду необходимой температуры, что ведёт к повышению эффективности работы всей системы.

Температурная стратификация в жидкостном теплоаккумуляторе

Разрез модифицированного бака-теплоккумулятора
Модифицированный жидкостной теплоаккумулятор, разрез

Предлагается организация подачи в бак-теплоаккумулятор воды, нагретой солнечным коллектором, через устройство, представляющее собой конус (рог).

Повышение эффективности жидкостного теплоаккумулятора

Модифицированный жидкостной теплоаккумулятор
Модифицированный жидкостной теплоаккумулятор, вертикальное сечение

Обычно при оборудовании дома системой солнечного отопления с жидкостным теплоаккумулятором горячая вода из него поступает в радиаторы отопления. По мере остывания теплоаккумулятора эффективность такой системы снижается.

Улучшение тепловой характеристики стены

Солнечный дом с массивными стенами в разрезе
Пассивный солнечный дом с массивными стенами, горизонтальный разрез

Предлагается улучшение тепловых характеристик массивных внутренних стен дома устройством в них вертикальных рустов и каналов, позволяющих увеличить тепловоспринимающую поверхность.

Гравийный теплоаккумулятор: способ снижения сопротивления воздушному потоку

Обычный гравийный теплоаккумулятор
Бункер обычного гравийного теплоаккумулятора, вертикальный разрез

Предлагаемый способ укладки гравия в бункере теплоаккумулятора обеспечивает сокращение пути воздушного потока и, соответственно, снижение сопротивления и мощности вентилятора.

Удвоение теплоемкости гравийного аккумулятора

Обычный гравийный теплоаккумулятор
Бункер обычного гравийного теплоаккумулятора, вертикальный разрез

Увеличить вдвое теплоёмкость гравийного теплоаккумулятора солнечной установки можно заменой части камней в нижней части бункера 200-литровыми резервуарами с водой. Таким образом удастся объединить высокую теплоёмкость воды с большой площадью теплообмена гравийной засыпки.

Зонированный гравийный теплоаккумулятор

Бункер обычного гравийного теплоаккумулятора в разрезе
Обычный теплоаккумулятор, вертикальный разрез

При расчёте гравийного теплоаккумулятора воздушной системы солнечного отопления дома предусматривается применение в засыпке бункера гравия определённого размера. При прокачке воздуха через засыпку возникает значительное сопротивление воздушному потоку в нижней части бункера.

Теплоаккумулирующая способность материалов

Способность материала удерживать тепло оценивается его удельной теплоемкостью, т.е. количеством тепла (в кДж), необходимым для повышения температуры одного килограмма материала на один градус. Например, вода имеет удельную теплоемкость, равную 4,19 кДж/(кг*K). Это значит, например, что для повышения температуры 1 кг воды на 1°K требуется 4,19  кДж.

Масса и место размещения теплоаккумулятора

Поступающая через светопрозрачные поверхности остекления солнечная радиация поглощается частью внутренних поверхностей отапливаемых помещений здания или отражается на другие внутренние поверхности. Энергия, поглощенная поверхностью, передается внутрь материала путем теплопроводности.

Увеличение температуры теплоаккумулирующих элементов, вызываемое поглощением солнечной энергии, может быть приближенно определено по формуле

Δt = Qпогл/VC'
где,
Qпогл — количество поглощенной энергии, Дж;
V — объем теплоаккумулирующего элемента, м3;
C' — удельная объемная теплоемкость материала, Дж/(м3*°C).

Страницы

Подписка на RSS - Теплоаккумулятор