Аккумулятор для жидкостных систем

Существенным преимуществом жидкостных систем, содержащих бак-аккумулятор с водой, является их совместимость с солнечным охлаждением. Воду можно использовать для всех видов солнечного охлаждения, в том числе для:

• ночного радиационного охлаждения;
• внепикового охлаждения при помощи небольших компрессоров;
• циклов Ренкина;
• абсорбционного охлаждения.

Наибольшим преимуществом воды в качестве теплоаккумулирующей среды является ее сравнительно низкая стоимость (за исключением тех районов мира, где воды мало). Однако с водой связаны некоторые трудности, решение которых может вызвать значительные затраты.

В настоящее время удерживание больших объемов воды (100...350 м3 на 1 м2 коллектора) стало проще благодаря появлению надежных гидроизоляционных материалов и больших пластиковых листов. Раньше единственным сосудом был бак из оцинкованной стали, который, в конечном счете, протекал. Замена крупных баков, размещенных обычно в подвалах или под землей, является трудным и дорогостоящим делом. Внедрение стеклофутеровки и баков из стекловолокна устранило проблемы коррозии, но увеличило первоначальные затраты.

На рис. 1 показаны два способа хранения воды:

• наполненный водой бетонный (или шлакоблочный) контейнер;
• система Г. Томасона (бак с водой, окруженный камнями).

Рис. 1. Две системы аккумулирования тепла водяного типа. Слева - бетонный резервуар, наполненный водой; справа - водяной бак, окруженный камнями:
1 - к коллектору; 2 - гидроизоляционная облицовка; 3 - к радиатору; 4 - из коллектора; 5 - стенка из бетонных или шлакобетонных блоков; 6 - от радиаторов; 7 - вода; 8 - камни размером 70...100 мм с воздушными промежутками; 9 - выпуск теплого воздуха; 10 - впуск холодного воздуха; 11 - бак с водой.

В первом способе теплая вода из бака циркулирует в здание либо непосредственно через радиаторы или теплоизлучающие панели, либо косвенно через змеевиковые теплообменники, которые нагревают обтекающий их воздух, охлажденный в помещении.

На рис. 2 показано поперечное сечение дома (шт. Вермонт, США), который был спроектирован Сью Бартон Теннер. Система солнечного теплоснабжения, разработанная фирмой "Тотал энвайронментал экшн", имеет в своем составе коллектор с открытым стоком воды. Теплообменник отбирает тепло от аккумулятора и передает его в дом через большие стеновые и потолочные радиационные панели, позволяя использовать воду сравнительно низкой температуры. Второй теплообменник подогревает воду для хозяйственных нужд, которая затем поступает в обычный водонагреватель для догрева (при необходимости). Аккумулятор второго типа передает тепло медленно, но постоянно от бака с водой камням. Охлажденный в доме воздух медленно циркулирует в больших объемах между нагретыми камнями и возвращается обратно в дом. В обоих случаях самая холодная вода на дне бака поступает в коллектор для подогрева, а затем возвращается в верхнюю часть бака. Эта нагретая в коллекторе вода используется для отопления дома.

Рис. 2. Коллекторы с наружным стоком воды и бак-аккумулятор в доме:
1 - коллекторы; 2 - теплообменники для радиационного отопления горячей водой; 3 - аккумулятор.

Большие размеры и высокая стоимость теплообменников могут вызвать серьезные возражения против использования водяных баков-аккумуляторов. 25...50 т камней в системе Томасона, хотя и будучи дополнительным аккумулятором тепла, являются в некотором смысле чересчур внушительным теплообменником. У некоторых типичных металлических теплообменников, погруженных в воду, общая площадь поверхности теплообмена может составлять чуть ли не 1/3 от площади солнечного коллектора.

Теплообменники необходимы, когда воду в баке невозможно использовать непосредственно для других целей, кроме аккумуляции тепла. Например, при использовании в коллекторе раствора антифриза он должен проходить через теплообменник во избежание смешивания его с водой в баке. Кроме того, при расчете теплоснабжения здания инженеры по отоплению обычно требуют, чтобы вода из бака не использовалась в отопительной системе. Это особенно показательно для случая, когда вода из бака циркулирует через коллектор.

Ограничение выбора местоположения для больших баков с водой может оказаться выгодным для проектировщиков здания, нежелающих ломать голову над вопросом об оптимальном месте их размещения. Однако, для проектировщика, желающего сделать теплоаккумулятор неотъемлемой частью своего проекта, размещение тяжелого и громоздкого бака может оказаться действительно очень трудной задачей. Естественно, в самосливных системах жидкостного типа аккумулятор должен находиться ниже дна коллектора, а в термосифонных системах - выше верхней части коллектора. Если аккумуляционная система связана с другим оборудованием, например с отопителем, насосами, теплообменником и бытовыми водонагревателями, то может потребоваться ее близкое размещение к ним.