Sistemas de calefacción solar pasiva. Elementos y conceptos básicos de los sistemas de calefacción solar El mejor uso de los sistemas de calefacción solar

Los sistemas de calefacción se dividen de la siguiente manera: pasivos (ver Capítulo 5); activos, que en su mayoría utilizan colectores solares líquidos y tanques de almacenamiento; conjunto.

En el extranjero, los sistemas de calefacción por aire son ampliamente utilizados, donde las estructuras de construcción o el relleno especial de piedra debajo se utilizan como baterías. En nuestro país, el Instituto Fisicotécnico de la Academia de Ciencias de la RSS de Uzbekistán y TbilZNIIEP están trabajando en esta dirección, pero los resultados del trabajo son claramente insuficientes y no se han creado soluciones bien ajustadas, aunque sistemas de aire teóricamente más efectivos que los líquidos, en los que el sistema de calefacción real es de panel-radiante de baja temperatura o de alta temperatura con dispositivos de calefacción convencionales. En nuestro país, los edificios con sistemas líquidos fueron desarrollados por IVTAN, FTI AN UzSSR, TashZNIIEP, TbilZNIIEP, KievZNIIEP y otros y en algunos casos erigida.

En un libro publicado en 1980 se proporciona una gran cantidad de información sobre los sistemas activos de calefacción solar. Además, se describen dos edificios residenciales individuales desarrollados por KievZNIIEP, construidos y probados con sistemas autónomos de calefacción solar: con un sistema de calefacción radiante de paneles de baja temperatura (un edificio residencial en el pueblo de Kolesnoye, región de Odessa) y con una bomba de calor ( un edificio residencial en el pueblo de Bucuria, RSS de Moldavia).

Al desarrollar un sistema calefacción solar edificio residencial en Kolesnoe, se realizaron una serie de cambios en la parte arquitectónica y de construcción de la casa (proyecto UkrNIIPgrazhdanselskstroy), destinados a adaptarla a los requisitos del suministro de calor solar: se utilizaron mampostería eficiente con aislamiento para las paredes exteriores y triple acristalamiento de las aberturas de las ventanas. ; las bobinas del sistema de calefacción se combinan con techos entre pisos; se proporciona un sótano para colocar equipos; llevado a cabo aislamiento adicionalático y recuperación de calor del aire de extracción.

En términos de arquitectura y diseño, la casa está hecha en dos niveles. En el primer piso hay una sala delantera, una sala común, un dormitorio, una cocina, un baño y depósitos, y en el segundo piso hay dos dormitorios y un baño, se proporciona una estufa eléctrica para cocinar. El equipo del sistema de calefacción solar (excepto colectores) se encuentra en el sótano; Los termos eléctricos sirven como suplente del sistema, lo que permite realizar un aporte energético único al edificio y mejorar las calidades de confort de la vivienda.

Sistema de calefacción solar para edificios residenciales (Figura 4.1) incluye Desde tres circuitos: circulación receptora de calor Y Circuitos de calefacción y agua caliente. El primero de ellos incluye calentadores de agua solares, un serpentín intercambiador de calor de tanque de almacenamiento, una bomba de circulación y un intercambiador de calor tubo en tubo para que el sistema funcione en modo de circulación natural en verano. El equipo está conectado por un sistema de tuberías con accesorios, instrumentación y dispositivos de automatización. Un intercambiador de calor de batería de dos secciones con una superficie de 4,6 m2 para el portador de calor del circuito de circulación y un intercambiador de calor de una sola sección con una superficie de 1,2 m2 para el sistema de suministro de agua caliente están montados en un Tanque de almacenamiento con una capacidad de 16 m3. La capacidad calorífica del depósito con una temperatura del agua de +45 °C proporciona una demanda de calor de tres días para un edificio residencial. Debajo de la cumbrera del techo de la casa se encuentra un intercambiador de calor del tipo tubo en tubo con una superficie de 1,25 m2.

El circuito de calefacción consta de dos secciones conectadas en serie: una sección de panel radiante con paneles de calefacción de flujo que aseguran el funcionamiento del sistema en el modo básico con una diferencia de temperatura del agua de 45 ... 35 ° C, y una sola vertical. sección de tubería con convectores tipo "Confort" que proporcionan calefacción de cargas pico del sistema con una diferencia de temperatura del agua de 75 ... 70 ° C. Las bobinas de tuberías de los paneles de calefacción están incrustadas en la capa de acabado de yeso de los paneles huecos redondos. techo. Los convectores se instalan debajo de las ventanas. La circulación en el sistema de calefacción es de incentivo. El calentamiento máximo de agua se lleva a cabo mediante un calentador de agua eléctrico EPV-2 con una potencia de 10 kW; También sirve como suplente del sistema de calefacción.

El circuito de agua caliente incluye un intercambiador de calor integrado en el acumulador y un segundo termo eléctrico instantáneo como sistema de cierre y apoyo.

Durante el período de calefacción, el calor de los colectores es transferido por el refrigerante (solución acuosa de etilenglicol al 45 %) al agua en el tanque de almacenamiento, que se bombea a los serpentines del panel de calefacción y luego regresa al almacenamiento. tanque.

El regulador automático PPT-2 mantiene la temperatura del aire requerida en la casa al encender y apagar el calentador de agua eléctrico en la sección de convección del sistema de calefacción.

En verano, el sistema cubre las necesidades de suministro de agua caliente a partir de un intercambiador de calor del tipo "tubo en tubo" con circulación natural del refrigerante en el circuito receptor de calor. La transición a la circulación de incentivos se lleva a cabo con la ayuda de un regulador diferencial electrónico РРТ-2.

El sistema de calefacción solar de un edificio residencial de cuatro habitaciones en el pueblo. Bucuria de la República Socialista Soviética de Moldavia fue diseñada por el Instituto Moldgiprograzhdanselstroy bajo la dirección científica de KievZNIIEP.

Edificio de viviendas - tipo mansarda. En el primer piso hay una sala común, una cocina, un lavadero, un cuarto de servicio, y en el segundo piso hay tres dormitorios. EN planta baja se encuentra un garaje, una bodega también es una sala para equipos de un sistema de calefacción solar. Una dependencia está bloqueada con la casa, que incluye cocina de verano, ducha, galpón, inventario y taller.

Sistema autónomo de calefacción solar (Fig. 4.2) es una unidad combinada de bomba de calor solar diseñada para satisfacer las necesidades de calefacción (la pérdida de calor calculada de la casa es de 11 kW) y suministro de agua caliente durante todo el año. La falta de calor solar y del compresor de la instalación de bomba de calor se cubre con calefacción eléctrica. El sistema consta de cuatro circuitos: un circuito de circulación receptora de calor, circuitos de una instalación de bomba de calor, calefacción y suministro de agua caliente.

El equipo del circuito receptor de calor incluye colectores solares, un intercambiador de calor "tubo en tubo" y un tanque de almacenamiento con una capacidad de 16 m3 con un intercambiador incorporado con una superficie de 6 m2. Colectores solares diseñados por KievZNIIEP con acristalamiento de doble capa con área total Se colocan 70 m2 en un marco en la pendiente sur del techo de la casa en un ángulo de 55° con respecto al horizonte. 45 se utilizó como refrigerante. % una solución acuosa de etilenglicol. El intercambiador de calor está ubicado debajo de la cumbrera del techo, y el resto del equipo está ubicado en el sótano de la casa.

La unidad de refrigeración compresor-condensador AK1-9 con una potencia calorífica de 11,5 kW y un consumo de energía de 4,5 kW sirve como unidad de bomba de calor. El agente de trabajo de la instalación de la bomba de calor es el freón-12. Compresor - pistón sin sello, condensador y evaporador - carcasa y tubos con refrigeración por agua.

El equipo del circuito de calefacción incluye una bomba de circulación, aparatos de calefacción Calentador de agua eléctrico continuo tipo "Confort" EPV-2 como cierrapuertas y suplente. El equipamiento del circuito de suministro de agua caliente incluye un calentador de agua capacitivo (0,4 m3) del tipo STD con una superficie de intercambio de 0,47 m2 y un calentador eléctrico final BAS-10/M 4-04 con una potencia de 1 kW. Bombas de circulación todos los circuitos: tipo TsVT, sin glándulas, verticales, de bajo ruido, sin cimientos.

El sistema funciona de la siguiente manera. El refrigerante transfiere calor de los colectores al agua en el tanque de almacenamiento y al freón en el evaporador de la bomba de calor. El vapor de freón, después de ser comprimido en el compresor, se condensa en el condensador, mientras calienta el agua en el sistema de calefacción y el agua del grifo en el sistema de suministro de agua caliente.

En ausencia de radiación solar y consumiéndose el calor almacenado en el acumulador, se apaga el grupo bomba de calor y el suministro de calor a la vivienda se realiza íntegramente desde termos eléctricos (calderas eléctricas). En invierno, la unidad de bomba de calor funciona solo a un cierto nivel de temperatura exterior negativa (no inferior a -7 °C) para evitar la congelación del agua en el acumulador. En verano, el sistema de suministro de agua caliente se abastece de calor principalmente con la circulación natural del refrigerante a través de un intercambiador de calor "tubo en tubo". Como resultado de la implementación de varios modos de operación, una planta de bomba de calor solar combinada le permite ahorrar calor de aproximadamente 40 GJ / año (los resultados de la operación de estas plantas se dan en el Capítulo 8).

La combinación de energía solar y bombas de calor también se reflejó en los equipos de ingeniería desarrollados por TsNIIEP

Arroz. 4.3. Diagrama esquemático del sistema de suministro de calor en Gelendzhik. 1 - colector solar; 2 - intercambiador de calor de recalentamiento con portador de calor del circuito del condensador de las bombas de calor; 3 - intercambiador de calor de recalentamiento con portador de calor de la red de calefacción; 4 - bomba del circuito del condensador; 5 - Bomba de calor; 6 - bomba del circuito del evaporador; 7 - intercambiador de calor para calentar (enfriar) agua en el circuito del evaporador (condensador); 8 - Intercambiador de calor para calentar la fuente de agua (cruda); 9 - bomba de agua caliente; 10 - Tanques de batería; 11 - intercambiador de calor del circuito solar; 12 - bomba circuito solar

Proyecto de suministro de calor para el complejo hotelero "Privetlivy Bereg" en Gelendzhik (Figura 4.3).

La base de la instalación de la bomba de calor solar es: colectores solares de placa plana con una superficie total de 690 m2 y tres enfriadores MKT 220-2-0 producidos en serie que funcionan en el modo de bomba de calor. La generación de calor anual estimada es de unos 21.000 GJ, incluidos 1.470 GJ de la planta solar.

El agua de mar sirve como fuente de calor de bajo grado para las bombas de calor. Para garantizar un funcionamiento sin corrosión y sin incrustaciones de las superficies de calentamiento de colectores, tuberías y condensadores, se llenan con agua blanda y desgasificada de la red de calefacción. En comparación con el esquema tradicional de suministro de calor desde una sala de calderas, la participación de fuentes de calor no tradicionales es

Sol y agua de mar, permite ahorrar unas 500 toneladas de unidades convencionales. combustible/año.

Otro ejemplo característico del uso de nuevas fuentes de energía es el proyecto de suministro de calor de una casa solariega con la ayuda de

Instalación de bomba de calor solar. El proyecto prevé la plena satisfacción durante todo el año de las necesidades de calefacción y suministro de agua caliente de una casa abuhardillada tipo mansarda con una superficie habitable de 55 m2. El suelo sirve como fuente de calor de bajo potencial para la bomba de calor. El efecto económico estimado de la introducción del sistema es de al menos 300 rublos. por apartamento en comparación con la opción tradicional de suministro de calor a partir de un aparato de combustible sólido.

El uso de energía "verde" suministrada por elementos naturales puede reducir significativamente los costos de los servicios públicos. Por ejemplo, al organizar la calefacción solar de una casa privada, suministrará portador de calor prácticamente gratis radiadores de baja temperatura y sistemas de calefacción por suelo radiante. De acuerdo, esto ya es ahorro.

Aprenderá todo sobre las "tecnologías verdes" de nuestro artículo. Con nuestra ayuda, puede comprender fácilmente los tipos de instalaciones solares, cómo se construyen y los detalles de funcionamiento. Seguramente te interesará una de las opciones populares que están funcionando intensamente en el mundo, pero que aún no es muy popular entre nosotros.

En la revisión presentada a su atención, las características de diseño de los sistemas se desmontan, los diagramas de conexión se describen en detalle. Un ejemplo de cálculo de la energía solar. circuito de calefacción evaluar las realidades de su construcción. Se adjuntan colecciones de fotos y videos para ayudar a los maestros independientes.

En promedio, 1 m 2 de la superficie terrestre recibe 161 watts de energía solar por hora. Por supuesto, en el ecuador esta cifra será muchas veces mayor que en el Ártico. Además, la densidad de la radiación solar depende de la época del año.

En la región de Moscú, la intensidad de la radiación solar en diciembre-enero difiere de mayo-julio en más de cinco veces. Sin embargo, los sistemas modernos son tan eficientes que pueden funcionar en casi cualquier lugar del mundo.

Casi la mitad de toda la energía producida se utiliza para calentar el aire. El sol también brilla en invierno, pero su radiación suele subestimarse.

Una tarde de diciembre, no lejos de Zúrich, el físico A. Fischer estaba generando vapor; esto fue cuando el sol estaba en su punto más bajo y la temperatura del aire era de 3°C. Un día después, un colector solar con un área de 0,7 m2 calentó 30 litros agua fría del suministro de agua del jardín hasta +60°С.

La energía solar en invierno se puede utilizar fácilmente para calentar el aire interior. En primavera y otoño, cuando a menudo hace sol pero hace frío, la calefacción solar le permitirá no encender la calefacción principal. Esto permite ahorrar algo de energía y, por lo tanto, dinero. Para casas que rara vez se usan, o para viviendas de temporada (casas de campo, bungalows), la calefacción solar es especialmente útil en invierno, porque. elimina el enfriamiento excesivo de las paredes, evitando la destrucción por condensación de humedad y moho. Por lo tanto, los costos operativos anuales se reducen básicamente.

Al calentar casas con la ayuda del calor solar, es necesario resolver el problema del aislamiento térmico de las instalaciones en función de elementos arquitectónicos y estructurales, es decir. Al crear un sistema de calefacción solar eficiente, las casas deben construirse con buenas propiedades de aislamiento térmico.

Costo de calor
Calefacción auxiliar

Contribución solar a la calefacción del hogar
Desafortunadamente, el período de entrada de calor del Sol no siempre coincide en fase con el período de aparición de las cargas térmicas.

La mayor parte de la energía que tenemos a nuestra disposición durante el período estival se desperdicia por la falta de una demanda constante de la misma (de hecho sistema colector es hasta cierto punto un sistema de autorregulación: cuando la temperatura del portador alcanza un valor de equilibrio, la absorción de calor se detiene, ya que las pérdidas de calor del colector solar se igualan al calor percibido).

La cantidad de calor útil absorbido por el colector solar depende de 7 parámetros:

1. la cantidad de energía solar entrante;
2. pérdidas ópticas en aislamiento transparente;
3. propiedades absorbentes de la superficie receptora de calor del colector solar;
4. eficiencia de la transferencia de calor desde el disipador de calor (desde la superficie receptora de calor del colector solar al líquido, es decir, desde el valor de la eficiencia del disipador de calor);
5. transmitancia del aislamiento térmico transparente, que determina el nivel de pérdida de calor;
6. temperatura de la superficie receptora de calor del colector solar, que a su vez depende de la velocidad del refrigerante y de la temperatura del refrigerante a la entrada del colector solar;
7. temperatura exterior.

Eficiencia del colector solar, es decir la relación entre la energía utilizada y la energía incidente vendrá determinada por todos estos parámetros. En condiciones favorables puede llegar al 70% y en condiciones desfavorables puede disminuir al 30%. El valor exacto de la eficiencia se puede obtener a partir de un cálculo preliminar solo modelando completamente el comportamiento del sistema, teniendo en cuenta todos los factores enumerados anteriormente. Es obvio que tal problema solo puede resolverse con el uso de una computadora.

Dado que la densidad de flujo de la radiación solar cambia constantemente, es posible utilizar las sumas totales de radiación por día o incluso por mes para las estimaciones de cálculo.

En mesa. 1 como ejemplo se dan:

cantidades medias mensuales de radiación solar recibida, medidas sobre una superficie horizontal;

importes calculados para paredes verticales mirando al sur;

sumas para superficies con un ángulo de pendiente óptimo de 34° (para Kew, cerca de Londres).

Tabla 1. Cantidades mensuales de radiación solar para Kew (cerca de Londres)

La tabla muestra que una superficie con un ángulo de inclinación óptimo recibe (en promedio durante 8 meses de invierno) alrededor de 1,5 veces más energía que una superficie horizontal. Si se conocen las sumas de la llegada de la radiación solar a una superficie horizontal, entonces para convertir a una superficie inclinada, se pueden multiplicar por el producto de este coeficiente (1,5) y el valor aceptado de la eficiencia del colector solar, igual a 40 %, es decir

1,5*0,4=0,6

Esto dará la cantidad de energía útil absorbida por la superficie inclinada receptora de calor durante un período determinado.

Para determinar la contribución efectiva de la energía solar al suministro de calor de un edificio, incluso mediante cálculo manual, es necesario realizar al menos balances mensuales de demanda y calor útil recibido del sol. Para mayor claridad, considere un ejemplo.

Utilizando los datos anteriores y considerando una casa con una tasa de pérdida de calor de 250 W/°C, la ubicación tiene un grado-día anual de 2800 (67200°C*h). y el área de colectores solares es, por ejemplo, 40 m2, entonces se obtiene la siguiente distribución por meses (ver Tabla 2).

Tabla 2. Cálculo del aporte efectivo de la energía solar

Mes	°C*h/mes	La cantidad de radiación en una superficie horizontal, kW*h/m2	Calor útil por unidad de superficie de colector (D*0,6), kW*h/m2	Calor útil total (E*40 m2), kWh	Contribución solar, kW*h/m2
A	B	C	D	mi	F	GRAMO
enero	10560	2640	18,3	11	440	440
febrero	9600	2400	30,9	18,5	740	740
marzo	9120	2280	60,6	36,4	1456	1456
abril	6840	1710	111	67,2	2688	1710
Mayo	4728	1182	123,2	73,9	2956	1182
junio	-	-	150,4	90,2	3608	-
mes de julio	-	-	140,4	84,2	3368	-
agosto	-	-	125,7	75,4	3016	-
septiembre	3096	774	85,9	51,6	2064	774
octubre	5352	1388	47,6	28,6	1144	1144
noviembre	8064	2016	23,7	14,2	568	568
diciembre	9840	2410	14,4	8,6	344	344
Suma	67200	16800	933	559,8	22392	8358

Costo de calor
Habiendo calculado la cantidad de calor proporcionado por el Sol, es necesario presentarlo en términos monetarios.

El costo del calor generado depende de:

Coste del combustible;

poder calorífico del combustible;

eficiencia general del sistema.

Los costes operativos así obtenidos pueden compararse con los costes de capital de un sistema de calefacción solar.

De acuerdo con esto, si asumimos que en el ejemplo anterior, se utiliza el sistema de calefacción solar en lugar de un sistema de calefacción tradicional que consume, por ejemplo, combustible de gas y genera calor a un costo de 1,67 rublos / kWh, entonces para Para determinar el ahorro anual resultante, es necesario 8358 kWh proporcionados por energía solar (según los cálculos de la Tabla 2 para un área de colector de 40 m2), multiplicado por 1,67 rublos / kWh, lo que da

8358 * 1,67 \u003d 13957,86 rublos.

Calefacción auxiliar
Una de las preguntas más frecuentes de las personas que quieren entender el uso de la energía solar para calefacción (o cualquier otro propósito) es la pregunta: "¿Qué haces cuando el sol no brilla?" Habiendo entendido el concepto de almacenamiento de energía, hacen la siguiente pregunta: "¿Qué hacer cuando no queda más energía térmica en la batería?" La pregunta es legítima, y ​​la necesidad de un sistema redundante, a menudo tradicional, es un obstáculo importante para la adopción generalizada de la energía solar como alternativa a las fuentes de energía existentes.

Si la capacidad de un sistema de calefacción solar no es suficiente para sostener un edificio durante un período de clima frío y nublado, las consecuencias, incluso una vez por invierno, pueden ser lo suficientemente graves como para requerir que un sistema de calefacción convencional a gran escala se considere como Una copia de seguridad. La mayoría de los edificios calentados por energía solar necesitan un sistema de respaldo completo. En la actualidad, en la mayoría de las áreas, la energía solar debe considerarse como un medio para reducir el consumo de formas tradicionales de energía, y no como un sustituto completo de las mismas.

Los calefactores convencionales son sustitutos adecuados, pero existen muchas otras alternativas, por ejemplo:

chimeneas;
- estufas de leña;
- calentadores de leña.

Supongamos, sin embargo, que quisiéramos hacer un sistema de calefacción solar lo suficientemente grande como para proporcionar calor a una habitación en las condiciones más adversas. Dado que la combinación de días muy fríos y largos períodos de tiempo nublado es rara, dimensiones adicionales la planta de energía solar (colector y batería) requerida para estos casos sería demasiado costosa con un ahorro de combustible relativamente pequeño. Además, más tiempo, el sistema operará a menos de la potencia nominal.

Un sistema de calefacción solar diseñado para suministrar el 50 % de la carga de calefacción solo puede proporcionar suficiente calor para 1 día de clima muy frío. Al duplicar el tamaño del sistema solar, la casa recibirá calor durante 2 días fríos y nublados. Para periodos superiores a 2 días, un aumento de tamaño posterior será tan injustificado como el anterior. Además, habrá períodos de clima templado en los que no se requiera un segundo aumento.

Ahora, si aumentamos el área de los colectores del sistema de calefacción en 1,5 veces más para resistir durante 3 días fríos y nublados, entonces, en teoría, será suficiente para proporcionar la mitad de la demanda total de la casa. durante el invierno. Pero, por supuesto, este puede no ser el caso en la práctica, ya que a veces suceden 4 (o más) días consecutivos de clima frío y nublado. Para dar cuenta de este cuarto día, necesitamos un sistema de calefacción solar que, en teoría, pueda recolectar 2 veces más calor del que necesita el edificio para temporada de calefacción. Está claro que los períodos fríos y nublados pueden ser más largos de lo previsto en el diseño del sistema de calefacción solar. Cuanto más grande es el colector, menos intensamente se utiliza cada incremento adicional de su tamaño, menos energía se ahorra por unidad de área del colector y menor es el retorno de la inversión por cada unidad de área adicional.

Sin embargo, se han realizado atrevidos intentos de almacenar suficiente energía térmica procedente de la radiación solar para cubrir toda la demanda de calefacción y abandonar el sistema auxiliar de calefacción. Con la rara excepción de sistemas como G. Hay Solar House, el almacenamiento de calor a largo plazo es quizás la única alternativa a un sistema auxiliar. El Sr. Thomason estuvo cerca del 100 % de calefacción solar en su primera casa en Washington; solo el 5 % de la carga de calefacción estaba cubierto por un calentador de gasóleo estándar.

Si el sistema auxiliar cubre solo un pequeño porcentaje de la carga total, entonces tiene sentido usar calefacción eléctrica, a pesar de que requiere la producción de una cantidad significativa de energía en la planta de energía, que luego se convierte en calor para calefacción. (10500 ... 13700 kJ se consumen en la planta de energía para producir 1 kWh de energía térmica en el edificio). En la mayoría de los casos, un calefactor eléctrico será más económico que una estufa de petróleo o de gas, y la cantidad relativamente pequeña de electricidad necesaria para calentar un edificio puede justificar su uso. Además, un calentador eléctrico es un dispositivo que requiere menos material debido a una cantidad relativamente pequeña de material (en comparación con un calentador) que se usa para fabricar bobinas eléctricas.

Dado que la eficiencia de un colector solar aumenta significativamente si se opera a bajas temperaturas, el sistema de calefacción debe diseñarse para usar temperaturas tan bajas como sea posible, incluso al nivel de 24...27°C. Una de las ventajas del sistema de aire caliente de Thomason es que continúa extrayendo calor útil de la batería a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente.

En construcciones nuevas, se puede contar con sistemas de calefacción para usar temperaturas más bajas, por ejemplo, extendiendo radiadores de aletas tubulares con agua caliente, aumentando el tamaño de los paneles radiantes o aumentando el volumen de aire a menor temperatura. Los diseñadores suelen optar por la calefacción de espacios con aire caliente o el uso de paneles radiantes ampliados. Un sistema de calefacción de aire aprovecha al máximo el calor almacenado a baja temperatura. Los paneles de calefacción radiante tienen un largo retraso (entre el encendido del sistema y el calentamiento del espacio de aire) y, por lo general, requieren temperaturas de funcionamiento más altas que los sistemas de aire caliente. Por lo tanto, el calor del dispositivo de almacenamiento no se utiliza por completo a temperaturas más bajas, que son aceptables para los sistemas de aire caliente, y la eficiencia general de dicho sistema es menor. Sobredimensionar un sistema de paneles radiantes para conseguir resultados similares a los que se obtienen con aire puede suponer importantes costes adicionales.

Para aumentar la eficiencia general del sistema (calefacción solar y sistema de respaldo auxiliar) y al mismo tiempo reducir costos totales Al eliminar el tiempo de inactividad de los componentes, muchos diseñadores han optado por integrar el colector solar y la batería con un sistema auxiliar. Los elementos comunes son:

Aficionados;
- bombas;
- intercambiadores de calor;
- los órganos de gobierno;
- tuberías;
- conductos de aire.

Las figuras del artículo Ingeniería de Sistemas muestran varios esquemas de tales sistemas.

Un escollo en el diseño de interfaces entre sistemas es el aumento de controles y piezas móviles, lo que aumenta la probabilidad de fallas mecánicas. La tentación de aumentar la eficiencia en un 1-2 % agregando otro dispositivo en la unión de los sistemas es casi irresistible y puede ser la razón más común de la falla de un sistema de calefacción solar. Normalmente, el calentador de refuerzo no debe calentar el compartimiento del acumulador de calor solar. Si esto sucede, la fase de recolección de calor solar será menos eficiente, ya que este proceso casi siempre tendrá lugar a más altas temperaturas Oh. En otros sistemas, la reducción de la temperatura de la batería debido al uso de calor por parte del edificio mejora la eficiencia general del sistema.

Las razones de otras desventajas de este circuito se deben a la gran pérdida de calor de la batería debido a sus temperaturas constantemente altas. En los sistemas donde los equipos auxiliares no calientan la batería, ésta perderá mucho menos calor si no hay sol durante varios días. Incluso en los sistemas diseñados de esta manera, la pérdida de calor del contenedor es del 5 al 20% del calor total absorbido por el sistema de calefacción solar. Con una batería auxiliar calentada, la pérdida de calor será mucho mayor y solo se puede justificar si el contenedor de la batería está dentro de la habitación calentada del edificio.

2018-08-15

En la URSS, había varias escuelas científicas y de ingeniería de suministro de calor solar: Moscú (ENIN, IVTAN, MPEI, etc.), Kiev (Kyiv ZNIIEPIO, Instituto de Ingeniería Civil de Kiev, Instituto de Física Térmica Técnica, etc.), Tashkent ( Instituto Físico-Técnico de la Academia de Ciencias de la RSS de Uzbekistán, Tashkent ZNIIEP), Ashgabat (Instituto de Energía Solar de la Academia de Ciencias de la RSS de Uzbekistán), Tbilisi (Spetsgelioteplomontazh). En la década de 1990, se unieron a estos trabajos especialistas de Krasnodar, el complejo de defensa (la ciudad de Reutov, la región de Moscú y Kovrov), el Instituto de Tecnologías Marinas (Vladivostok), Rostovteploelektroproekt. La escuela original de instalaciones solares fue creada en Ulan-Ude por G.P. Kasatkin.

La calefacción solar es una de las tecnologías más avanzadas del mundo para convertir la energía solar en calefacción, agua caliente y refrigeración. En 2016, la capacidad total de los sistemas de calefacción solar en el mundo fue de 435,9 GW (622,7 millones de m²). En Rusia, la calefacción solar aún no ha recibido amplia uso práctico, que se debe principalmente a las tarifas relativamente bajas de calefacción y electricidad. En el mismo año, según datos de expertos, solo estaban en funcionamiento en nuestro país unos 25 mil m² de instalaciones solares. En la fig. 1 muestra una fotografía de la planta solar más grande de Rusia en la ciudad de Narimanov, región de Astrakhan, con una superficie de 4400 m².

Teniendo en cuenta las tendencias mundiales en el desarrollo de energías renovables, el desarrollo del suministro de calor solar en Rusia requiere una comprensión de la experiencia nacional. Es interesante notar que los problemas del uso práctico de la energía solar en la URSS a nivel estatal se discutieron en 1949 en la Primera Conferencia de toda la Unión sobre tecnología solar en Moscú. Atención especial se dio a los sistemas de calefacción solar activa y pasiva para edificios.

El proyecto del sistema activo fue desarrollado e implementado en 1920 por el físico V. A. Mikhelson. En la década de 1930, uno de los iniciadores de la tecnología solar, el ingeniero y arquitecto Boris Konstantinovich Bodashko (Leningrado), desarrolló sistemas pasivos de calefacción solar. En los mismos años, el Doctor en Ciencias Técnicas, el Profesor Boris Petrovich Weinberg (Leningrado) realizó una investigación sobre los recursos de energía solar en el territorio de la URSS y desarrolló fundamentos teóricos instalaciones solares.

En 1930-1932, K. G. Trofimov (ciudad de Tashkent) desarrolló y probó un calentador de aire solar con una temperatura de calentamiento de hasta 225 °C. Uno de los líderes en el desarrollo de colectores solares y suministro de agua caliente solar (ACS) fue Ph.D. Boris Valentinovich Petukhov. En su libro "Calentadores de agua solares tubulares" publicado por él en 1949, justificó la viabilidad del desarrollo y los principales Decisiones constructivas colectores solares planos (SC). Basado en diez años de experiencia (1938-1949) en la construcción de instalaciones solares para sistemas de abastecimiento de agua caliente, desarrolló una metodología para su diseño, construcción y operación. Así, ya en la primera mitad del siglo pasado, se realizaban en nuestro país estudios sobre todo tipo de sistemas solares térmicos, incluyendo el potencial y métodos de cálculo de la radiación solar, colectores solares líquidos y aéreos, instalaciones solares para sistemas de agua caliente, Sistemas de calefacción solar activa y pasiva.

En la mayoría de las áreas, la investigación y el desarrollo soviéticos en el campo de la calefacción solar ocuparon una posición de liderazgo en el mundo. Al mismo tiempo, no recibió una amplia aplicación práctica en la URSS y se desarrolló por iniciativa propia. Entonces, Ph.D. B. V. Petukhov desarrolló y construyó decenas de instalaciones solares con SC de su propio diseño en los puestos fronterizos de la URSS.

En la década de 1980, luego de los desarrollos extranjeros iniciados por la llamada "crisis energética global", los desarrollos nacionales en el campo de la energía solar se intensificaron significativamente. El iniciador de nuevos desarrollos fue el Instituto de Energía. G. M. Krzhizhanovsky en Moscú (ENIN), quien ha acumulado experiencia en este campo desde 1949.

Presidente Comité Estatal en ciencia y tecnología, el académico VA Kirillin visitó varios centros científicos europeos que comenzaron una extensa investigación y desarrollo en el campo de las energías renovables, y en 1975, de acuerdo con sus instrucciones, el Instituto de Altas Temperaturas de la Academia de Ciencias de la URSS en Moscú estaba conectado para trabajar en esta dirección (ahora el Instituto Conjunto para Altas Temperaturas, JIHT RAS).

En la década de 1980, el Instituto de Ingeniería Eléctrica de Moscú (MPEI), el Instituto de Ingeniería Civil de Moscú (MISI) y el Instituto de Aleaciones Ligeras de toda la Unión (VILS, Moscú) también comenzaron a investigar en el campo del suministro de calor solar en la RSFSR en la década de 1980.

El desarrollo de diseños experimentales para plantas solares de alta potencia estuvo a cargo del Instituto Central de Investigación y Diseño de Diseño Experimental (TsNII EPIO, Moscú).

El segundo centro científico y de ingeniería más importante para el desarrollo de la calefacción solar fue Kiev (Ucrania). La organización principal en la Unión Soviética para el diseño de instalaciones solares para viviendas y servicios comunales por parte de la URSS Gosgrazhdanstroy fue el Instituto de Diseño e Investigación Zonal de Kiev (KievZNIIEP). La investigación en esta dirección fue realizada por el Instituto de Ingeniería y Construcción de Kiev, el Instituto de Física Térmica Técnica de la Academia de Ciencias de Ucrania, el Instituto de Problemas de Ciencia de los Materiales de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Ucrania y el Instituto de Kiev. de Electrodinámica.

El tercer centro en la URSS fue la ciudad de Tashkent, donde se dedicaron a la investigación el Instituto Físico-Técnico de la Academia de Ciencias de la RSS de Uzbekistán y el Instituto Pedagógico del Estado de Karshi. El desarrollo de proyectos para instalaciones solares estuvo a cargo del Instituto de Diseño e Investigación Zonal de Tashkent de TashZNIIEP. En la época soviética, el Instituto de Energía Solar de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Turkmenistán en la ciudad de Ashgabat se dedicaba al suministro de calor solar. En Georgia, los estudios de colectores solares e instalaciones solares fueron realizados por la Asociación "Spetsgelioteplomontazh" (Tbilisi) y el Instituto de Investigación de Energía y Estructuras Hidráulicas de Georgia.

En la década de 1990 en Federación Rusa Especialistas de la ciudad de Krasnodar, el complejo de defensa (JSC VPK NPO Mashinostroeniya, Kovrov Mechanical Plant), el Instituto de Tecnologías Marinas (Vladivostok), Rostovteploelektroproekt, así como el Instituto de Balneología de Sochi, se unieron a la investigación y diseño de plantas solares. En el trabajo se presenta una breve descripción de conceptos científicos y desarrollos de ingeniería.

En la URSS, el Instituto de Energía (ENIN*, Moscú) era la principal organización científica para el suministro de calor solar ( aprox. autor: Las actividades de ENIN en el campo del suministro de calor solar están descritas con todo detalle por el Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Boris Vladimirovich Tarnizhevsky (1930-2008) en el artículo “El círculo solar” de la colección “ENIN. Memorias de los empleados más antiguos” (2000).), que fue organizado en 1930 y dirigido hasta la década de 1950 por el líder de la industria energética soviética, amigo personal de V. I. Lenin: Gleb Maksimilianovich Krzhizhanovsky (1872-1959).

En la ENIN, por iniciativa de G. M. Krzhizhanovsky, en la década de 1940, se creó un laboratorio de tecnología solar, que fue dirigido primero por el Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor F. F. Molero, y luego largos años(hasta 1964) Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Valentin Alekseevich Baum (1904-1985), quien combinó las funciones de jefe de laboratorio con el trabajo de subdirector de ENIN.

V. A. Baum captó instantáneamente la esencia del asunto y dio importantes consejos a los estudiantes de posgrado sobre cómo continuar o completar el trabajo. Sus alumnos recordaron con gratitud los seminarios del laboratorio. Estuvieron muy interesantes ya un muy buen nivel. V. A. Baum fue un científico de gran erudición, hombre de gran cultura, gran sensibilidad y tacto. Conservó todas estas cualidades hasta una edad avanzada, disfrutando del amor y el respeto de sus alumnos. Alto profesionalismo, enfoque científico y decencia distinguieron a esta persona destacada. Bajo su liderazgo, se prepararon más de 100 tesis doctorales y de candidatos.

Desde 1956, B. V. Tarnizhevsky (1930-2008) ha sido estudiante de posgrado de V. A. Baum y un digno sucesor de sus ideas. Alto profesionalismo, enfoque científico y decencia distinguieron a esta persona destacada. Entre decenas de sus alumnos se encuentra el autor de este artículo. B.V. Tarnizhevsky trabajó en ENIN durante 39 años hasta los últimos días de su vida. En 1962, se fue a trabajar al Instituto de Investigación de Fuentes de Corriente de toda Rusia, ubicado en Moscú, y luego regresó a ENIN nuevamente 13 años después.

En 1964, después de que V. A. Baum fuera elegido miembro de pleno derecho de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Turkmenistán, se fue a Ashgabat, donde dirigió el Instituto de Física y Tecnología. Yury Nikolaevich Malevsky (1932-1980) se convirtió en su sucesor al frente del laboratorio de tecnología solar. En la década de 1970, planteó la idea de crear en la Unión Soviética una planta de energía solar experimental tipo torre con una capacidad de 5 MW con un ciclo de conversión termodinámica (SES-5, ubicada en Crimea) y lideró una gran -Equipo escala de 15 organizaciones para su desarrollo y construcción.

Otra idea de Yu. N. Malevsky fue crear en la costa sur de Crimea una base experimental integrada para el suministro de calor y frío solar, que sería al mismo tiempo un objeto de demostración bastante grande y un centro de investigación en esta área. Para resolver este problema, BV Tarnizhevsky volvió en 1976 a ENIN. En ese momento, el laboratorio de tecnología solar empleaba a 70 personas. En 1980, después de la muerte de Yu. B. V. Tarnizhevsky, quien participó en la creación de la base de Crimea para el suministro de calor y frío. I. V. Baum, antes de unirse a ENIN, dirigió el laboratorio en la NPO Solntse de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Turkmenistán (1973-1983) en Ashgabat.

En ENIN, I. V. Baum estuvo a cargo del laboratorio SES. En el período de 1983 a 1987, hizo mucho para crear la primera planta de energía solar termodinámica en la URSS. En la década de 1980, el trabajo en el uso de fuentes de energía renovables y, en primer lugar, la energía solar alcanzó el mayor desarrollo en el instituto. En 1987, se completó la construcción de la base experimental de Crimea en la región de Alushta. Se creó un laboratorio especial para su funcionamiento in situ.

En la década de 1980, el laboratorio de suministro de calor solar participó en la introducción de colectores solares en la producción industrial en masa, la creación de instalaciones solares y de suministro de agua caliente, incluidas las grandes con un área SC de más de 1000 m², y otras de gran tamaño. proyectos a escala.

Como recordó BV Tarnizhevsky, en el campo del suministro de calor solar en la década de 1980, la actividad de Sergei Iosifovich Smirnov fue indispensable, quien participó en la creación de la primera sala de calderas de combustible solar del país para uno de los hoteles en Simferopol, una serie de otras instalaciones solares, en el desarrollo de metodologías calculadas para el diseño de instalaciones solares térmicas. S. I. Smirnov era una persona muy conspicua y popular en el instituto.

Un intelecto poderoso, combinado con amabilidad y cierta impulsividad de carácter, creó el encanto único de esta persona. Yu. L. Myshko, B. M. Levinsky y otros colaboradores trabajaron con él en su grupo. El grupo para el desarrollo de recubrimientos selectivos, encabezado por Galina Alexandrovna Gukhman, desarrolló una tecnología para la deposición química de recubrimientos absorbentes selectivos sobre absorbentes de colectores solares, así como una tecnología para la deposición de un recubrimiento selectivo resistente al calor sobre receptores tubulares de radiación solar concentrada.

A principios de la década de 1990, el Laboratorio de Suministro de Calor Solar brindó liderazgo científico y organizacional para un proyecto sobre colectores solares de nueva generación, que formaba parte del programa "Energía Ambientalmente Segura". Para 1993-1994, como resultado del trabajo de investigación y desarrollo realizado, fue posible crear diseños y organizar la producción de colectores solares que no son inferiores a sus contrapartes extranjeras en términos de características térmicas y operativas.

Bajo el liderazgo de B. V. Tarnizhevsky, el proyecto GOST 28310-89 “Colectores solares. Condiciones técnicas generales". Para optimizar los diseños de colectores solares planos (PSC), Boris Vladimirovich propuso un criterio generalizado: el cociente de dividir el costo del colector por la cantidad de energía térmica generada por él durante la vida útil estimada.

En los últimos años de la URSS, bajo la dirección del Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor BV Tarnizhevsky, se desarrollaron los diseños y tecnologías de ocho colectores solares: uno con un panel absorbente de acero inoxidable, dos con absorbentes de aleaciones de aluminio, tres con absorbentes y aislamiento transparente de materiales poliméricos, dos diseños de colectores de aire. Se desarrollaron tecnologías para hacer crecer un perfil de aluminio para tubos de láminas a partir de una fusión, una tecnología para fabricar vidrio reforzado y aplicar un recubrimiento selectivo.

El diseño del colector solar, desarrollado por ENIN, fue producido en serie por la planta de equipos de calefacción de Bratsk. El absorbedor es un panel de acero soldado con sello con un recubrimiento galvánico selectivo de cromo negro. El cuerpo está estampado (a través) - acero, vidrio - vidrio de ventana, sello de vidrio - masilla especial (gerlen). Anualmente (según datos de 1989), la planta producía 42,3 mil m² de colectores.

B. V. Tarnizhevsky desarrolló métodos para calcular sistemas de suministro de calor activos y pasivos para edificios. De 1990 a 2000, se probaron 26 colectores solares diferentes en el stand de ENIN, incluidos todos los producidos en la URSS y Rusia.

En 1975, el Instituto de Altas Temperaturas de la Academia de Ciencias (IVTAN) se unió al trabajo en el campo de las energías renovables bajo la dirección del Miembro Correspondiente de la Academia Rusa de Ciencias, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Ewald Emilievich Shpilrain (1926- 2009). El trabajo de IVTANA sobre energías renovables se describe en detalle por el Dr. SO Popel en el artículo “JIHT RAS. Resultados y Perspectivas” de la colección de artículos aniversario del instituto en 2010. En poco tiempo, junto con organizaciones de diseño, se desarrollaron y justificaron proyectos conceptuales de casas "solares" para el sur del país, se desarrollaron métodos para el modelado matemático de los sistemas de suministro de calor solar y el diseño de la primera prueba científica en Rusia. Se inició el sitio "Solntse" en la orilla del Mar Caspio, cerca de la ciudad de Makhachkala.

En el ICT RAS, primero se creó un grupo científico y luego un laboratorio bajo la dirección de Oleg Sergeevich Popel, en el que, junto con el personal de la Oficina de Diseño Especial del ICT RAS, además de garantizar la coordinación y la justificación teórica de los proyectos desarrollados, se inició la investigación en el campo de la creación de recubrimientos electroquímicos ópticos selectivos para colectores solares, el desarrollo de los llamados "estanques solares", sistemas de calefacción solar en combinación con bombas de calor, secadores solares, se trabajó en otras áreas.

Uno de los primeros resultados prácticos del equipo ICT RAS fue la construcción de una "casa solar" en el pueblo de Merdzavan en la región Echmiadzin de Armenia. Esta casa se convirtió en la primera "casa solar" experimental de eficiencia energética en la URSS, equipada con el equipo de diagnóstico experimental necesario, en el que el diseñador jefe del proyecto, MS Kalashyan del Instituto "Armgiproselkhoz", con la participación de empleados de la ICT RAS, realizó un ciclo de seis años de estudios experimentales durante todo el año que demostraron la posibilidad de dotar prácticamente al 100% de la vivienda con agua caliente y cubrir la carga de calefacción a un nivel superior al 50%.

Otro resultado práctico importante fue la introducción en la planta de Bratsk de equipos de calefacción desarrollados en ICT RAS por MD Fridberg (junto con especialistas del Instituto Metalúrgico Nocturno de Moscú) de la tecnología para aplicar recubrimientos electroquímicos selectivos "cromo negro" en paneles de acero de paneles solares planos. coleccionistas, cuya producción se dominó en esta fábrica.

A mediados de la década de 1980, el sitio de prueba ICT RAS "Sun" se puso en funcionamiento en Daguestán. Ubicado en un área de unas 12 hectáreas, el vertedero incluía, junto con edificios de laboratorio, un grupo de "casas solares" de varios tipos, equipadas con colectores solares y bombas de calor. En el sitio de prueba se lanzó uno de los simuladores de radiación solar más grandes del mundo (en ese momento). La fuente de radiación era una potente lámpara de xenón con una potencia de 70 kW, equipada con filtros ópticos especiales que permiten ajustar el espectro de radiación desde la atmosférica (AM0) hasta la terrestre (AM1.5). La creación de un simulador permitió realizar pruebas de durabilidad acelerada varios materiales y pinturas a los efectos de la radiación solar, así como ensayos de colectores solares y módulos fotovoltaicos a gran escala.

Desafortunadamente, en la década de 1990, debido a una fuerte reducción en los fondos presupuestarios para investigación y desarrollo, la mayoría de los proyectos iniciados por ICT RAS en la Federación Rusa tuvieron que congelarse. Para mantener la dirección del trabajo en el campo de las energías renovables, la investigación y el desarrollo del laboratorio se reorientaron hacia la cooperación científica con los principales centros extranjeros. Se han realizado proyectos en el marco de los programas INTAS y TASIS, Programa Marco Europeo en el ámbito del ahorro energético, bombas de calor y adsorción solar unidades de refrigeración lo que, por otro lado, permitió desarrollar competencias científicas en campos afines de la ciencia y la tecnología, para dominar y utilizar métodos modernos de modelado dinámico de centrales eléctricas en diversas aplicaciones energéticas (Ph.D. S. E. Frid).

Por iniciativa y bajo el liderazgo de OS Popel, junto con la Universidad Estatal de Moscú (Ph.DSV Kiseleva), se desarrolló el Atlas de recursos de energía solar en el territorio de la Federación Rusa, el Sistema de Información Geográfica "Fuentes de Energía Renovable de Rusia" fue creado » (gisre.ru). Junto con el instituto "Rostovteploelektroproekt" (Ph.DAA Chernyavsky), se desarrollaron, construyeron y probaron plantas solares con colectores solares de la planta mecánica de Kovrov para sistemas de calefacción y agua caliente en los objetos del Observatorio Astrofísico Especial de la Academia Rusa de Ciencias. en Karachay-Cherkesia. El JIHT RAS ha creado el único stand termohidráulico especializado en Rusia para pruebas térmicas a gran escala de colectores solares e instalaciones solares de acuerdo con los estándares rusos y extranjeros, se han desarrollado recomendaciones para el uso de instalaciones solares en varias regiones de Rusia. Federación. Se pueden encontrar más detalles sobre algunos de los resultados de la investigación y el desarrollo del JIHT RAS en el campo de las RES en el libro de O. S. Popel y V. E. Fortov "Renewable Energy in the Modern World".

En el Instituto de Ingeniería de Energía de Moscú (MPEI), Dr.Sc. V. I. Vissarionov, Doctor en Ciencias Técnicas BI Kazandzhan y Ph.D. M. I. Valov.

V. I. Vissarionov (1939-2014) dirigió el Departamento de Fuentes de Energía Renovables No Tradicionales (en 1988-2004). Bajo su liderazgo, se trabajó en el cálculo de los recursos de energía solar, el desarrollo del suministro de calor solar. En 1983-1987, M. I. Valov, junto con los empleados de MPEI, publicó una serie de artículos sobre el estudio de las instalaciones solares. Uno de los libros más informativos es el trabajo de M. I. Valov y B. I. Kazandzhan "Sistemas de calefacción solar", que investigó los problemas de las instalaciones solares de bajo potencial ( diagramas de circuito, datos climáticos, características SC, diseños SC planos), cálculo de características energéticas, rentabilidad del uso de sistemas de calefacción solar. doctor en ciencias tecnicas B. I. Kazandzhan desarrolló el diseño y dominó la producción de un colector solar plano "Alten". Una característica de este colector es que el absorbedor está hecho de un perfil de aleta de aluminio, dentro del cual se presiona un tubo de cobre y se utiliza policarbonato celular como aislamiento transparente.

Un empleado del Instituto de Ingeniería y Construcción de Moscú (MISI) Ph.D. S. G. Bulkin desarrolló colectores solares termoneutros (absorbedores sin aislamiento transparente y aislamiento térmico del cuerpo). Una característica del trabajo fue el suministro de un refrigerante a ellos 3-5 ° C por debajo de la temperatura ambiente y la posibilidad de utilizar el calor latente de la condensación de humedad y la formación de escarcha del aire atmosférico (paneles de absorción solar). El portador de calor calentado en estos paneles fue calentado por una bomba de calor ("aire-agua"). En MISI se construyó un banco de pruebas con colectores solares termoneutros y varias instalaciones solares en Moldavia.

El All-Union Institute of Light Alloys (VILS) desarrolló y produjo SC con un absorbedor de aluminio soldado con sello, aislamiento térmico de espuma de poliuretano gelatinizado del cuerpo. Desde 1991, la producción de SC se ha transferido a la Planta de Baku para el Procesamiento de Aleaciones de Metales No Ferrosos. En VILS, en 1981, se desarrollaron las Directrices para el diseño de edificios energéticamente activos. En ellos, por primera vez en la URSS, se integró el absorbedor en la estructura del edificio, lo que mejoró la economía del uso de la energía solar. Los líderes de esta dirección fueron Ph.D. N. P. Selivanov y Ph.D. V. N. SMIRNOV

El Instituto Central de Investigación de Equipos de Ingeniería (TsNII EPIO) en Moscú desarrolló un proyecto, según el cual se construyó una sala de calderas de combustible solar con una capacidad de 3,7 MW en Ashgabat, se desarrolló un proyecto para una instalación de bomba de calor solar en el Amigable hotel de playa en la ciudad de Gelendzhik con un área de SK 690 m². Tres se utilizan como bombas de calor. máquinas de refrigeración MKT 220-2-0, operando en el modo de bombas de calor utilizando el calor del agua de mar.

La organización líder en la URSS para el diseño de instalaciones solares fue el Instituto KievZNIIEP, que desarrolló 20 proyectos estándar y reutilizables: una unidad de suministro de agua caliente solar independiente con circulación natural para un edificio residencial individual; instalación unificada de suministro de agua caliente solar edificios públicos productividad 5, 7, 15, 25, 30, 70 m³/día; nodos, partes y equipos de edificios residenciales y públicos de construcción masiva; instalaciones de abastecimiento de agua caliente solar de acción estacional con una productividad de 2,5; 10; treinta; 40; 50 m³/día; soluciones técnicas y pautas para la conversión de calderas de calefacción en instalaciones de combustible solar.

Este instituto ha desarrollado docenas de proyectos experimentales, que incluyen sistemas de suministro de agua caliente solar para piscinas, instalación de bomba de calor solar para el suministro de agua caliente. De acuerdo con el proyecto de KievZNIIEP, se construyó la planta de energía solar más grande en la pensión de Kastropol (el pueblo de Beregovoye, Costa Sur) en Crimea con un área de 1600 m². En la planta piloto del Instituto KievZNIIEP, se produjeron colectores solares, cuyos absorbedores están hechos de tubos de aluminio con aletas serpentinas de nuestra propia producción.

Los teóricos de la tecnología solar en Ucrania eran Doctores en Ciencias Técnicas. Mikhail Davidovich Rabinovich (nacido en 1948), Ph.D. Alexey Ruvimovich Fert, Ph.D. Víctor Fedorovich Gershkovich (1934-2013). Fueron los principales desarrolladores del Código de diseño de agua caliente solar y las Directrices de diseño. M. D. Rabinovich se dedicó al estudio de la radiación solar, las características hidráulicas de SC, plantas solares con circulación natural, sistemas de calefacción solar, calderas de combustible solar, plantas solares de alta potencia, sistemas solares. A. R. Fert desarrolló el diseño del simulador y realizó pruebas del SC, investigó la regulación de plantas solares hidráulicas, aumentando la eficiencia de las plantas solares. En el Instituto de Ingeniería y Construcción de Kiev, Ph.D. Nikolay Vasilievich Kharchenko. Formuló un enfoque sistemático para el desarrollo de sistemas de suministro de calor con bomba de calor solar, propuso criterios para evaluar su eficiencia energética, investigó los problemas de optimización de un sistema de suministro de calor solar, hizo una comparación varios métodos cálculo de sistemas solares. Uno de sus libros más completos sobre pequeñas instalaciones solares solares (individuales) es accesible e informativo. En el Instituto de Electrodinámica de Kiev, Ph.D. A. N. Stronsky y Ph.D. A. V. Suprun. El doctorado también trabajó en modelos matemáticos de instalaciones solares en Kiev. V. A. Nikiforov.

El líder de la escuela de ingeniería científica de tecnología solar en Uzbekistán (Tashkent) es el Doctor en Ciencias Técnicas, el profesor Rabbanakul Rakhmanovich Avezov (nacido en 1942). En 1966-1967, trabajó en el Instituto Físico-Técnico Ashgabat de Turkmenistán bajo la dirección del Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor V. A. Baum. R. R. Avezov desarrolla las ideas de un profesor en el Instituto Físico-Técnico de Uzbekistán, que se ha convertido en un centro de investigación internacional.

R. R. Avezov formuló las direcciones científicas de la investigación en su tesis doctoral (1990, ENIN, Moscú), y sus resultados se resumen en la monografía "Sistemas solares de calefacción y suministro de agua caliente". Desarrolla, entre otras cosas, métodos para el análisis de exergía de colectores solares planos, la creación de sistemas de calefacción solar activos y pasivos. doctor en ciencias tecnicas R. R. Avezov otorgó gran prestigio y reconocimiento internacional a la única revista especializada en la URSS y en los países de la CEI Energía solar aplicada ("Heliotecnia"), que se publica en inglés. Su hija Nilufar Rabbakumovna Avezova (nacida en 1972) es Doctora en Ciencias Técnicas, Directora General de la NPO "Física-Sol" de la Academia de Ciencias de Uzbekistán.

Doctor. Yusuf Karimovich Rashidov (nacido en 1954). Instituto "TashZNIIEP" desarrolló diez proyectos estándar edificaciones residenciales, duchas solares, proyecto de casa de calderas de combustible solar, incluyendo plantas solares con capacidad de 500 y 100 l/día, duchas solares para dos y cuatro cabinas. De 1984 a 1986 se implementaron 1200 proyectos típicos de plantas solares.

En la región de Tashkent (pueblo de Ilyichevsk), se construyó una casa solar adosada con calefacción y suministro de agua caliente con una instalación solar con una superficie de 56 m². En el Instituto Pedagógico del Estado de Karshi A.T. Teimurjánov, A.B. Vardiyashvili y otros se dedicaron a la investigación de colectores solares planos.

La Escuela Científica Turcomana de Suministro de Calor Solar fue creada por Doctor en Ciencias Técnicas. V. A. Baum, elegido en 1964 como académico de la república. En el Instituto Ashgabat de Física y Tecnología, organizó un departamento de energía solar y hasta 1980 dirigió todo el instituto. En 1979, sobre la base del Departamento de Energía Solar, se estableció el Instituto de Energía Solar de Turkmenistán, dirigido por un estudiante de V. A. Baum, Doctor en Ciencias Técnicas. Rejep Bayramovich Bayramov (1933-2017). En los suburbios de Ashgabat (pueblo de Bikrova), se construyó un campo de pruebas científicas del instituto, que consta de laboratorios, bancos de pruebas, una oficina de diseño, talleres con un personal de 70 personas. V. A. Baum hasta el final de su vida (1985) trabajó en este instituto. R. B. Bayramov junto con Doctor en Ciencias Técnicas. Ushakova Alda Danilovna investigó colectores solares planos, sistemas de calefacción solar y plantas de desalinización solar. Cabe destacar que en 2014 se recreó en Ashgabat el Instituto de Energía Solar de Turkmenistán, NPO GUN.

En la asociación de diseño y producción "Spetsgelioteplomontazh" (Tbilisi) y el Instituto de Investigación de Energía y Estructuras Hidráulicas de Georgia bajo la dirección del Doctor en Ciencias Técnicas. Nugzar Varlamovich Meladze (nacido en 1937) desarrolló diseños y dominó la producción en serie de colectores solares, plantas solares de agua caliente individuales, instalaciones solares y sistemas de bomba de calor solar. Se determinaron las condiciones de recuperación de la inversión para la construcción de instalaciones solares en varias regiones de Georgia, se probaron varios diseños de colectores solares en un banco de pruebas en condiciones naturales.

Los colectores solares de Spetsgelioteplomontazh tenían un diseño óptimo para su época: un absorbedor de acero estampado y soldado con pintura, cuerpo - de perfiles de aluminio y acero galvanizado, vidrio de ventana, aislamiento térmico, de espuma plástica y material de techo de lámina.

Según N.V. Meladze, solo en la región del Cáucaso, en 1990, se instalaron 46,9 mil m² de colectores solares, incluido el 42,7% en sanatorios y hoteles, el 39,2% en instalaciones solares industriales, instalaciones agrícolas - 13,8%, instalaciones deportivas - 3,6%, instalaciones individuales - 0,7%.

Según el autor, en el territorio de Krasnodar en 1988-1992, se instalaron 4620 m² de colectores solares de Spetsgeliomontazh. El trabajo del SGTM se llevó a cabo en cooperación con científicos del Instituto de Investigación de Energía y Estructuras Hidráulicas de Georgia (GRUNIIEGS).

Instituto "TbilZNIIEP" desarrolló cinco proyectos típicos de instalaciones solares (SP), así como un proyecto para una instalación de bomba de calor solar. SGTM incorporó un laboratorio en el que se estudiaron colectores solares y bombas de calor. Se desarrollaron absorbentes de líquidos de acero, aluminio y plástico, SC de aire con y sin vidrio, SC con concentradores y varios diseños de GU de termosifón individuales. A partir del 1 de enero de 1989, Spetsgeliomontazh construyó 261 GU con una superficie total de 46 mil m² y 85 instalaciones solares individuales para sistemas de agua caliente con una superficie de 339 m².

En la fig. La figura 2 muestra una planta solar en la calle Rashpilevskaya en Krasnodar, que ha estado funcionando con éxito durante 15 años con colectores de Spetsgelioteplomontazh (320 unidades con una superficie total de 260 m²).

El desarrollo del suministro de calor solar en la URSS y en Rusia estuvo a cargo de las autoridades del Doctor en Ciencias Técnicas. Pavel Pavlovich Bezrukikh (nacido en 1936). En 1986-1992, como especialista principal de la Oficina del Consejo de Ministros de la URSS para el complejo de combustible y energía, supervisó la producción en masa de colectores solares en la planta hermana de equipos de calefacción, en Tbilisi, en la asociación Spetsgelioteplomontazh. en la planta de Bakú para el procesamiento de aleaciones no ferrosas. Por su iniciativa y con participación directa, se desarrolló el primer programa de desarrollo de energías renovables en la URSS para 1987-1990.

P. P. Bezrukikh desde 1990 ha sido anfitrión de la mayoría Participación activa en el desarrollo e implementación de la sección "Energía no tradicional" del programa científico y técnico estatal "Energía ambientalmente segura". Señala el papel principal del director científico del programa, el Dr. E. E. Shpilrain para involucrar a los principales científicos y especialistas de la URSS en energías renovables. De 1992 a 2004, PP Bezrukikh, trabajando en el Ministerio de Combustible y Energía de Rusia y dirigiendo el departamento, y luego el departamento de progreso científico y tecnológico, dirigió la organización de la producción de colectores solares en la planta mecánica de Kovrov, NPO Mashinostroyeniye (Reutov, Región de Moscú), un complejo de desarrollos científicos y técnicos sobre el suministro de calor solar, la implementación del Concepto para el desarrollo y uso de las posibilidades de energía pequeña y no tradicional en Rusia. Participó en el desarrollo del primer estándar ruso GOST R 51595-2000 “Colectores solares. Condiciones técnicas generales” y resolución de discrepancias entre el autor del proyecto GOST R, Doctor en Ciencias Técnicas. B. V. Tarnizhevsky y el diseñador jefe del fabricante de colectores (Planta mecánica de Kovrov) A. A. Lychagin.

En 2004-2013 en el Instituto de Estrategia Energética (Moscú), y luego como jefe del departamento de ahorro de energía y fuentes renovables de ENIN, P.P. Bezrukikh continúa desarrollándose, incluido el suministro de calor solar.

En el Territorio de Krasnodar, el ingeniero de calor y energía V. A. Butuzov (nacido en 1949) comenzó a trabajar en el diseño y la construcción de plantas solares, quien dirigió desarrollo de la perspectiva suministro de calor asociación de producción Kubanteplokommunenergo. De 1980 a 1986 se desarrollaron proyectos y se construyeron seis salas de calderas de combustible solar con una superficie total de 1532 m². A lo largo de los años, se han establecido relaciones constructivas con los fabricantes de SC: la planta de Bratsk, Spetsgelioteplomontazh, KievZNIIEP. Debido a la falta de datos sobre radiación solar en los libros de referencia climatológicos soviéticos en 1986, de 1977 a 1986 se obtuvieron resultados fiables de las estaciones meteorológicas de Krasnodar y Gelendzhik para el diseño de instalaciones solares.

Después de defender su tesis doctoral en 1990, el Laboratorio de Ahorro de Energía y Fuentes de Energía No Tradicionales de Krasnodar, organizado por V. A. Butuzov de la Academia de Servicios Públicos (Moscú), continuó el trabajo sobre el desarrollo de la tecnología solar. Se desarrollaron y mejoraron varios diseños de SC planos y un soporte para sus pruebas a gran escala. Como resultado de la generalización de la experiencia en el diseño y construcción de instalaciones solares, " Requerimientos generales al diseño de instalaciones solares y calefacción central en servicios públicos”.

Sobre la base del análisis de los resultados del procesamiento de los valores de la radiación solar total para las condiciones de Krasnodar durante 14 años y Gelendzhik, durante 15 años en 2004, se propuso nueva manera proporcionando valores mensuales de radiación solar total con la determinación de sus valores máximos y mínimos, la probabilidad de su observación. Se determinaron los valores mensuales y anuales calculados de la radiación solar total, directa y dispersa para 54 ciudades y centros administrativos del Territorio de Krasnodar. Se ha establecido que para una comparación objetiva de SC de distintos fabricantes, además de comparar sus costes y características energéticas obtenidas por el método estándar en bancos de ensayo certificados, es necesario tener en cuenta los costes energéticos para su fabricación y funcionamiento. El costo óptimo del diseño SC está determinado en el caso general por la relación entre el costo de la energía térmica generada y los costos de fabricación y operación para la vida útil estimada. Junto con la Planta Mecánica de Kovrov, se desarrolló y fabricó en masa un diseño del SC, que tenía una relación óptima de costo y costos de energía para el mercado ruso. Se han desarrollado proyectos y realizado la construcción de plantas solares de agua caliente estándar con una capacidad diaria de 200 l a 10 m³. Desde 1994, el trabajo en instalaciones solares ha continuado en JSC "South Russian Energy Company". De 1987 a 2003, se completó el desarrollo y construcción de 42 plantas solares y se completó el diseño de 20 plantas solares. Los resultados de V. A. Butuzov se resumieron en una tesis doctoral defendida en ENIN (Moscú).

De 2006 a 2010, Teploproektstroy LLC desarrolló y construyó plantas solares para salas de calderas de baja potencia, cuando se instalan SC en el verano, se reduce el personal operativo, lo que reduce el período de recuperación de las plantas solares. Durante estos años, se desarrollaron y construyeron plantas solares autodrenantes, cuando las bombas se paran, el agua se drena desde el SC hacia los tanques, evitando el sobrecalentamiento del refrigerante. En 2011, se creó un diseño, se hicieron prototipos de SC planos, se desarrolló un banco de pruebas para organizar la producción de SC en Ulyanovsk. De 2009 a 2013, JSC Yuzhgeoteplo (Krasnodar) desarrolló un proyecto y construyó la planta solar más grande del territorio de Krasnodar con un área de 600 m² en la ciudad de Ust-Labinsk (Fig. 3). Al mismo tiempo, se realizaron estudios para optimizar el trazado del SC, teniendo en cuenta soluciones de sombreado, automatización de obra y circuitos. Se desarrolló y construyó un sistema de calefacción solar geotérmica con un área de 144 m² en el pueblo de Rozovy, Territorio de Krasnodar. En 2014 se ha desarrollado una metodología para evaluar el retorno económico de las instalaciones solares en función de la intensidad de la radiación solar, la eficiencia de una instalación solar y el coste unitario de la energía térmica reemplazada.

La colaboración creativa a largo plazo de VA Butuzov con el Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor de la Universidad Agraria Estatal de Kuban Robert Alexandrovich Amerkhanov (nacido en 1948) se implementó en el desarrollo de los fundamentos teóricos para la creación de instalaciones solares de alta potencia y combinadas. sistemas de suministro de calor geotérmico-solar. Decenas de candidatos de ciencias técnicas han sido capacitados bajo su liderazgo, incluso en el campo de la calefacción solar. Numerosas monografías de R. A. Amerkhanov trataron sobre el diseño de plantas solares para fines agrícolas.

El especialista con más experiencia en el diseño de instalaciones solares es el ingeniero jefe de proyectos del Instituto Rostovteploelektroproekt, Ph.D. Adolf Alexandrovich Chernyavsky (nacido en 1936). Ha estado activo en esta área durante más de 30 años. Ha desarrollado decenas de proyectos, muchos de los cuales han sido implementados en Rusia y otros países. Los sistemas únicos de calefacción solar y suministro de agua caliente se describen en la sección del Instituto JIHT RAS. Los proyectos de A. A. Chernyavsky se distinguen por la elaboración de todas las secciones, incluida una justificación económica detallada. Sobre la base de los colectores solares de la Planta Mecánica de Kovrov, se desarrollaron "Recomendaciones para el diseño de estaciones de suministro de calor solar".

Bajo el liderazgo de A. A. Chernyavsky, se crearon proyectos únicos de estaciones fotovoltaicas con colectores térmicos en la ciudad de Kislovodsk (6,2 MW eléctricos, 7 MW térmicos), así como una estación en Kalmykia con una capacidad instalada total de 150 MW. Proyectos únicos completados de plantas de energía solar termodinámica con una capacidad eléctrica instalada de 30 MW en Uzbekistán, 5 MW en Región de Rostov; Se implementaron proyectos de instalaciones solares de pensiones en la costa del Mar Negro con un área de 40-50 m² para calefacción solar y sistemas de agua caliente para objetos de un observatorio astrofísico especial en Karachay-Cherkessia. El instituto Rostovteploelektroproekt se caracteriza por la escala de desarrollos: estaciones de calefacción solar para pueblos y ciudades residenciales. Los principales resultados de los desarrollos de este instituto, realizados en conjunto con el JIHT RAS, están publicados en el libro Autonomous Power Supply Systems.

El desarrollo de instalaciones solares en Sochi. Universidad Estatal(Instituto de Negocios y Turismo Turístico) estuvo encabezado por el Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Sadilov Pavel Vasilyevich, Jefe del Departamento de Ingeniería Ecológica. Iniciador de las energías renovables, desarrolló y construyó varias instalaciones solares, entre ellas en 1997 en el pueblo de Lazarevsky (Sochi) con una superficie de 400 m², una instalación solar del Instituto de Balneología, varias instalaciones de bombas de calor.

En el Instituto de Tecnologías Marinas de la Rama del Lejano Oriente de la Academia Rusa de Ciencias (Vladivostok), Ph.D. Alexander Vasilyevich Volkov, quien murió trágicamente en 2014, desarrolló y construyó docenas de plantas solares con un área total de 2000 m², un stand para pruebas comparativas a gran escala de colectores solares, nuevos diseños de celdas solares planas y probó la eficiencia. de células solares de vacío de fabricantes chinos.

El destacado diseñador y hombre Adolf Alexandrovich Lychagin (1933-2012) fue el autor de varios tipos de misiles guiados antiaéreos únicos, incluido Strela-10M. En la década de 1980, él, en el puesto de diseñador jefe (por iniciativa propia) en la planta mecánica militar de Kovrov (KMZ), desarrolló colectores solares que se distinguían por su alta confiabilidad, una relación óptima de precio y eficiencia energética. Pudo convencer a la gerencia de la planta para dominar la producción en masa de colectores solares y crear un laboratorio de fábrica para probar SC. De 1991 a 2011, KMZ produjo unas 3000 piezas. colectores solares, cada una de las tres modificaciones de las cuales se distinguió por nuevas características de rendimiento. Guiado por el "precio de la energía" del colector, en el que se comparan los costos de diferentes diseños de SC con la misma radiación solar, A. A. Lychagin creó un colector con un absorbedor hecho de una rejilla tubular de latón con nervaduras absorbentes de acero. Se han diseñado y fabricado colectores solares de aire. Adolf Alexandrovich combinó las más altas calificaciones e intuición de ingeniería con el patriotismo, el deseo de desarrollar tecnologías respetuosas con el medio ambiente, la adhesión a los principios y un alto gusto artístico. Habiendo sufrido dos infartos, pudo venir a Madrid especialmente durante mil kilómetros para estudiar durante dos días magníficas pinturas en el Museo del Prado.

JSC VPK NPO Mashinostroeniya (Reutov, región de Moscú) fabrica colectores solares desde 1993. El departamento de diseño de la Oficina Central de Diseño de Ingeniería Mecánica lleva a cabo el desarrollo de diseños para colectores e instalaciones de calentamiento solar de agua en la empresa. Gerente de Proyectos - Ph.D. Nikolái Vladímirovich Dudarev. En los primeros diseños de colectores solares, las carcasas y los absorbedores soldados por estampación estaban hechos de acero inoxidable. Sobre la base de un colector de 1,2 m², la empresa desarrolló y fabricó sistemas de calentamiento de agua por termosifón solar con tanques de 80 y 120 litros de capacidad. En 1994, se desarrolló e introdujo en producción la tecnología para obtener un recubrimiento absorbente selectivo mediante el método de deposición por arco eléctrico al vacío, en 1999 se complementó con el método de deposición por vacío con magnetrón. Sobre la base de esta tecnología, se inició la producción de colectores solares del tipo Sokol. La carcasa del absorbedor y del colector se fabricaron con perfiles de aluminio. Ahora NPO produce colectores solares "Sokol-Effect" con absorbedores de cobre y aluminio de tubo de lámina. El único colector solar ruso está certificado según las normas europeas por el Instituto SPF de Rappersville en Suiza (Institut für Solartechnik Hochschule für Technik Rappelswill).

La empresa científica y de producción "Competidor" (desde 2000 - "Rainbow-C", la ciudad de Zhukovsky, región de Moscú) desde 1992 produjo colectores solares "Rainbow". Jefe de diseño - Vyacheslav Alekseevich Shershnev.

El absorbedor soldado por estampación estaba hecho de chapa de acero inoxidable. Recubrimiento absorbente: PVD selectivo o pintura negra mate resistente al calor. Programa NPP anual hasta 4000 uds. Las características energéticas del colector se obtuvieron durante las pruebas en ENIN. También se fabricó una planta solar de termosifón “Raduga-2M”, compuesta por dos SC de 1 m² cada uno y un depósito de 200 litros de capacidad. El depósito contenía un panel calefactor plano, en el que se alimentaba el refrigerante del SC, así como un calentador eléctrico de respaldo con una potencia de 1,6 kW.

Novy Polyus LLC (Moscú) es el segundo fabricante ruso que ha desarrollado sus propios diseños y actualmente produce colectores solares planos líquidos, planos aire, planos aire-líquido, tubulares de vacío, diseña e instala instalaciones solares. CEO- Alexey Viktorovich Skorobatyuk.

Se ofrecen cuatro modelos de colectores de líquido de panel plano del tipo YaSolar. Todos los absorbedores de líquidos de este fabricante están fabricados en chapa de cobre con recubrimiento selectivo de Tinox y tubos de cobre. La unión de los tubos con la chapa se suelda con laminación. OOO Novy Polyus también ofrece tres tipos de SC de tubo de vacío de fabricación propia con absorbedores de cobre con tubos en forma de U.

Un destacado especialista, una persona enérgica y muy inteligente Gennady Pavlovich Kasatkin (nacido en 1941), ingeniero de minas y diseñador con muchos años de experiencia, comenzó a trabajar en ingeniería solar en 1999 en la ciudad de Ulan-Ude (Buryatia). En el Centro de Tecnologías de Eficiencia Energética (CEFT) organizado por él, se desarrollaron varios diseños de colectores de líquido y aire, se construyeron alrededor de 100 plantas solares de varios tipos con un área total de 4200 m². Sobre la base de sus cálculos, se realizaron prototipos que, luego de pruebas en condiciones naturales, se replicaron en plantas solares en la República de Buriatia.

El ingeniero G.P. Kasatkin desarrolló varias tecnologías nuevas: soldadura de absorbentes de plástico, fabricación de cajas colectoras.

Única en Rusia, diseñó y construyó varias plantas solares de aire con colectores de diseño propio. Cronológicamente, su desarrollo de colectores solares se inició en 1990 con absorbedores de chapa-tubo de acero soldado. Luego vinieron variantes de colectores de cobre y plástico con absorbentes soldados y engarzados, y finalmente diseños modernos con láminas y tubos de cobre selectivo europeo. GP Kasatkin, desarrollando el concepto de edificios energéticamente activos, construyó una planta solar, cuyos colectores están integrados en el techo del edificio. En los últimos años, el ingeniero transfirió funciones de liderazgo en CEFT a su hijo I. G. Kasatkin, quien continúa con éxito las tradiciones de CEFT LLC.

En la fig. 4 muestra la instalación solar del Hotel Baikal en la ciudad de Ulan-Ude con una superficie de 150 m².

conclusiones

1. Los datos de radiación solar calculados para el diseño de plantas solares en la URSS se basaron en varios métodos para procesar conjuntos de mediciones de estaciones meteorológicas. En la Federación de Rusia, estos métodos se complementan con materiales de bases de datos informáticas satelitales internacionales.

2. La escuela líder para el diseño de instalaciones solares en la Unión Soviética fue el Instituto KievZNIIEP, que desarrolló pautas y decenas de proyectos. Actualmente, no existen normas y recomendaciones rusas relevantes. Los proyectos de instalaciones solares a nivel moderno se llevan a cabo en Instituto Ruso"Rostovteploelektroproekt" (Ph.D. A.A. Chernyavsky) y en la empresa LLC "EnergotechnologiiService" (Ph.D. V.V. Butuzov, Krasnodar).

3. Los estudios técnicos y económicos de las instalaciones solares en la URSS fueron realizados por ENIN (Moscú), KievZNIIEP, TsNIIEPIO (Moscú). Actualmente, estos trabajos se están llevando a cabo en el Instituto Rostovteploelektroproekt y en la empresa Energotekhnologii-Service LLC.

4. La principal organización científica de la URSS para el estudio de los colectores solares fue el Instituto de Energía que lleva el nombre de GM Krzhizhanovsky (Moscú). El mejor diseño de colector para su época fue producido por Spetsgeliotepomontazh (Tbilisi). De los fabricantes rusos, la planta mecánica de Kovrov produjo colectores solares con proporción óptima precios y eficiencia energética. Los fabricantes rusos modernos ensamblan colectores a partir de componentes extranjeros.

5. En la URSS, el diseño, la fabricación de colectores solares, la instalación y la puesta en marcha fueron realizados por la empresa Spetsgelioteplomontazh. Hasta 2010, CEFT LLC (Ulan-Ude) funcionó de acuerdo con este esquema.

6. Un análisis de la experiencia nacional y extranjera en el suministro de calor solar mostró perspectivas indudables para su desarrollo en Rusia, así como la necesidad apoyo estatal. Entre las medidas prioritarias: la creación de un análogo ruso de una base de datos informática de radiación solar; desarrollo de nuevos diseños de colectores solares con una relación óptima de precio y eficiencia energética, nuevos decisiones de diseño con adaptación a las condiciones rusas.

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1. Colectores solares.

El colector solar es el elemento principal de la instalación, en el que la energía de radiación del Sol se convierte en otra forma de energía aprovechable. A diferencia de los intercambiadores de calor convencionales, en los que hay una intensa transferencia de calor de un líquido a otro y la radiación es insignificante, en un colector solar la energía se transfiere al líquido desde una fuente remota de energía radiante. Sin la concentración de luz solar, la densidad de flujo de la radiación incidente es, en el mejor de los casos, -1100 W/m 2 y es un valor variable. Las longitudes de onda están en el rango de 0,3 - 3,0 µm. Son mucho más pequeñas que las longitudes de onda intrínsecas de la mayoría de las superficies absorbentes. Por lo tanto, el estudio de los colectores solares está asociado con problemas únicos de transferencia de calor a densidades de flujo de energía bajas y variables y un papel relativamente importante de la radiación.

Los colectores solares se pueden utilizar tanto con como sin concentración de radiación solar. En los colectores de placa plana, la superficie que recibe la radiación solar es también la superficie que absorbe la radiación. Los colectores de enfoque, que suelen tener reflectores cóncavos, concentran la radiación incidente en toda su superficie en un intercambiador de calor de menor área superficial, aumentando así la densidad de flujo de energía.

1.1. Colectores solares planos. Un colector solar plano es un intercambiador de calor diseñado para calentar un líquido o gas debido a la energía de la radiación solar.

Los colectores de placa plana se pueden utilizar para calentar el refrigerante a temperaturas moderadas, t ≈ 100 o C. Entre sus ventajas se encuentran la posibilidad de utilizar tanto la radiación solar directa como la dispersa; no requieren seguimiento solar y no requieren mantenimiento diario. Estructuralmente, son más simples que un sistema compuesto por reflectores concentradores, superficies absorbentes y mecanismos de seguimiento. El ámbito de aplicación de los colectores solares son los sistemas de calefacción para edificios residenciales e industriales, los sistemas de aire acondicionado, el suministro de agua caliente, así como las centrales eléctricas con un fluido de trabajo de bajo punto de ebullición, que normalmente funcionan según el ciclo de Rankine.

Los elementos principales de un colector solar plano típico (Fig. 1) son: una superficie "negra" que absorbe la radiación solar y transfiere su energía a un refrigerante (generalmente un líquido); recubrimientos transparentes a la radiación solar, ubicados sobre la superficie absorbente, que reducen las pérdidas por convección y radiación a la atmósfera; aislamiento térmico de las caras trasera y final del colector para reducir las pérdidas por conductividad térmica.

Figura 1. Diagrama esquemático de un colector solar plano.

pero) 1 - recubrimientos transparentes; 2 - aislamiento; 3 - tubería con refrigerante; 4 - superficie absorbente;

B) 1. superficie que absorbe la radiación solar, 2-canales del refrigerante, 3-vidrio (??), 4-cuerpo,

5- aislamiento térmico.

Fig.2 Colector solar del tipo de tubo de chapa.

1 - colector hidráulico superior; 2 - colector hidráulico inferior; 3 - n tuberías ubicadas a una distancia W entre sí; 4 - hoja (placa absorbente); 5- conexión; 6 - tubería (no a escala);

7 - aislamiento.

1.2. eficiencia del colector. La eficiencia de un colector está determinada por su eficiencia óptica y térmica. La eficiencia óptica ηо muestra qué parte de la radiación solar que ha llegado a la superficie de acristalamiento del colector es absorbida por la superficie negra absorbente, y tiene en cuenta las pérdidas de energía asociadas con la diferencia de la unidad de la transmitancia del vidrio y el coeficiente de absorción de la superficie absorbente. superficie. Para colector con acristalamiento simple

donde (τα) n es el producto de la transmitancia del vidrio τ y el coeficiente de absorción α que absorbe la radiación superficial en caída normal rayos de sol.

En el caso de que el ángulo de incidencia de los rayos difiera del directo, se introduce un factor de corrección k, teniendo en cuenta el aumento de las pérdidas por reflexión del vidrio y la superficie que absorbe la radiación solar. En la fig. 3 muestra los gráficos k = f(1/ cos 0 - 1) para colectores con acristalamiento de una y dos capas. Eficiencia óptica teniendo en cuenta el ángulo de incidencia de los rayos, que es diferente al directo,

Arroz. 3. Factor de corrección por el reflejo de la luz solar de la superficie de vidrio y la superficie absorbente negra.

Además de estas pérdidas en el colector de cualquier diseño, existen pérdidas de calor al ambiente Q sudor, las cuales son tenidas en cuenta por la eficiencia térmica, que es igual a la razón la cantidad de calor útil extraído del colector durante un cierto tiempo a la cantidad de energía radiante que le llega desde el Sol durante el mismo tiempo:

donde Ω es el área de apertura del colector; I - densidad de flujo de radiación solar.

Las eficiencias óptica y térmica de un colector están relacionadas por la relación

Las pérdidas de calor se caracterizan por el coeficiente de pérdida total U

donde T a es la temperatura de la superficie negra que absorbe la radiación solar; T sobre - temperatura ambiente.

El valor de U puede considerarse constante con suficiente precisión para los cálculos. En este caso, al sustituir Qpot en la fórmula de la eficiencia térmica, se obtiene la ecuación

La eficiencia térmica del colector también se puede escribir en términos de la temperatura promedio del refrigerante que fluye a través de él:

donde T t \u003d (T in + T out) / 2 - la temperatura promedio del refrigerante; F" - un parámetro comúnmente llamado "eficiencia del colector" y que caracteriza la eficiencia de la transferencia de calor de una superficie que absorbe la radiación solar a un refrigerante; depende del diseño del colector y es casi independiente de otros factores; valores típicos ​del parámetro F”≈: 0,8- 0,9 - para captadores de aire plano; 0.9-0.95 - para colectores de líquidos planos; 0.95-1.0 - para colectores de vacío.

1.3. colectores de vacío. En el caso de que se requiera calentar a temperaturas más altas, se utilizan colectores de vacío. En un colector de vacío, el volumen en el que se encuentra la superficie negra que absorbe la radiación solar está separado del ambiente por un espacio de vacío, lo que permite reducir significativamente las pérdidas de calor al ambiente por conducción y convección de calor. La pérdida de radiación se suprime en gran medida mediante el uso de un revestimiento selectivo. Dado que el factor de pérdida total en un colector de vacío es pequeño, el refrigerante que contiene se puede calentar a temperaturas más altas (120-150 °C) que en un colector plano. En la fig. 9.10 muestra ejemplos del diseño de colectores de vacío.

Arroz. 4. Tipos de colectores de vacío.

1 - tubo con refrigerante; 2 - una placa con un revestimiento selectivo que absorbe la radiación solar; 3 tubos de calor; 4 elemento disipador de calor; 5 tubo de vidrio con recubrimiento selectivo; b - tubo interior para suministro de refrigerante; 7 botella de vidrio exterior; 8 vacío