Sistemas pasivos de calefacción solar. Elementos básicos y diagramas esquemáticos 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 utilizan principalmente colectores solares líquidos y tanques de almacenamiento; conjunto.
En el extranjero se han generalizado los sistemas de calefacción de aire, donde se utilizan como baterías estructuras de edificios o un relleno de piedra especial debajo. En nuestro país, el Instituto Fisicotécnico de la Academia de Ciencias de la UzSSR y TbilZNIIEP están trabajando en esta dirección, pero los resultados del trabajo son claramente insuficientes y no se han creado soluciones que funcionen bien, aunque sistemas de aire Teóricamente más eficientes que los líquidos, en los que el sistema de calefacción en sí es un 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, el Instituto Fisicotécnico de la Academia de Ciencias de la UzSSR, TashZNIIEP, TbilZNIIEP, KievZNIIEP y etc. y en algunos casos erigido.
En un libro publicado en 1980 se proporciona gran cantidad de información sobre los sistemas activos de calefacción solar. A continuación 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 (edificio residencial en el pueblo de Kolesnoe, región de Odessa) y con bomba de calor (edificio residencial en el pueblo de Bucuria, RSS de Moldavia).
Al desarrollar un sistema calefacción solar edificio residencial en el pueblo Kolesnoye, se realizaron una serie de cambios en la parte arquitectónica y constructiva de la casa (proyecto UkrNIIPgrazhdanselskstroy), con el objetivo de adaptarla a las necesidades de la calefacción solar: se utilizó mampostería eficaz con aislamiento para las paredes exteriores y triple acristalamiento en las aberturas de las ventanas; los serpentines del sistema de calefacción se combinan con techos entre pisos; se proporciona un sótano para la colocación de equipos; llevado a cabo aislamiento adicional Recuperación de calor del aire del ático y de escape.
En términos de distribución arquitectónica, la casa está diseñada en dos niveles. En la planta baja hay una sala de estar, un dormitorio, una cocina, un baño y trasteros, y en el segundo piso dos dormitorios y un baño, y hay una cocina eléctrica para cocinar. Los equipos del sistema de calefacción solar (excepto colectores) se encuentran en el sótano; El sistema está respaldado por calentadores de agua eléctricos, lo que permite un único ingreso de energía al edificio y mejora la calidad confortable de la vivienda.
Sistema de calefacción solar para un edificio residencial. (Figura 4.1) consiste en De Tres circuitos: circulación receptora de calor. Y Circuitos de calefacción y suministro de agua caliente. El primero de ellos incluye calentadores de agua solares, un serpentín intercambiador de calor del tanque de almacenamiento, una bomba de circulación y un intercambiador de calor "tubería en tubería" para operar el sistema en verano en modo de circulación natural. El equipo está conectado por un sistema de tuberías con accesorios, instrumentación y dispositivos de automatización. El depósito de almacenamiento con una capacidad de 16 m3 contiene un intercambiador de calor de batería de dos secciones con una superficie de 4,6 m2 para el circuito de circulación del refrigerante y un intercambiador de calor de una sola sección con una superficie de 1,2 m2 para el caliente. Sistema de suministro de agua. La capacidad calorífica de un depósito con una temperatura del agua de +45 °C cubre las necesidades de calefacción de un edificio residencial durante tres días. Debajo de la cumbrera del tejado de la casa se encuentra un intercambiador de calor "tubería en tubería" con una superficie de 1,25 m2.
El circuito de calefacción consta de dos tramos conectados en serie: uno de panel radiante con paneles calefactores de flujo que aseguran el funcionamiento del sistema en modo básico con una diferencia de temperatura del agua de 45 ... 35 ° C, y un monotubo vertical con Convectores del tipo “Confort” que proporcionan calefacción para cargas máximas del sistema con una diferencia de temperatura del agua de 75 ... 70 °C. Los serpentines tubulares de los paneles calefactores están empotrados en la capa de yeso y acabado de los paneles alveolares redondos. techo. Los convectores se instalan debajo de las ventanas. La circulación en el sistema de calefacción es estimulante. El calentamiento máximo del agua se realiza mediante un calentador de agua eléctrico de flujo continuo EPV-2 con una potencia de 10 kW; también sirve como respaldo para el sistema de calefacción.
El circuito de suministro de agua caliente incluye un intercambiador de calor integrado en el tanque de almacenamiento y un segundo termo eléctrico instantáneo como sistema de cierre y respaldo.
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 envía mediante una bomba a los serpentines del panel de calefacción y luego regresa al tanque de almacenamiento. .
La temperatura del aire requerida en la casa se mantiene mediante el regulador automático RPT-2 al encender y apagar el calentador de agua eléctrico en la sección convectora del sistema de calefacción.
En verano, el sistema satisface las necesidades de suministro de agua caliente mediante un intercambiador de calor "tubería en tubería" con circulación natural del refrigerante en el circuito receptor de calor. La transición a la circulación incentivada se realiza mediante un regulador diferencial electrónico RPT-2.
Sistema de calefacción solar para un edificio residencial de cuatro habitaciones en el pueblo. Bucuria de la RSS de Moldavia fue diseñado por el Instituto Moldgiprograzhdanselstroy bajo la supervisión científica de KievZNIIEP.
El edificio de viviendas es de tipo ático. En la planta baja hay una sala común, una cocina, un lavadero y un lavadero, y en la segunda hay tres dormitorios. EN planta baja Hay un garaje, un sótano y una sala para equipar el sistema de calefacción solar. La casa está conectada a una dependencia, que incluye cocina de verano, ducha, marquesina, inventario y taller.
Sistema de calefacción solar autónomo (Fig. 4.2) Es una instalación combinada solar-bomba de calor diseñada para cubrir las necesidades de calefacción (la pérdida de calor calculada de la vivienda 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: circuitos de circulación receptores de calor, circuitos de bomba de calor, calefacción y suministro de agua caliente.
El equipamiento del circuito receptor de calor incluye colectores solares, un intercambiador de calor “tubería en tubería” y un tanque de almacenamiento de 16 m3 de capacidad con intercambiador de calor incorporado de 6 m2 de superficie. 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. % solución acuosa de etilenglicol. El intercambiador de calor se encuentra debajo de la cumbrera del techo y el resto del equipo se encuentra en el sótano de la casa.
Como unidad de bomba de calor sirve el equipo frigorífico de compresor-condensador AK1-9 con una potencia calorífica de 11,5 kW y un consumo de energía de 4,5 kW. El agente de trabajo de la instalación de la bomba de calor es el freón-12. El compresor es un compresor de pistón sin sello, el condensador y el evaporador son de carcasa y tubos con refrigeración por agua.
El equipamiento del circuito de calefacción incluye una bomba de circulación, dispositivos de calefacción Calentador de agua eléctrico instantáneo tipo "Confort" EPV-2 como cierre y respaldo. El equipamiento del circuito de suministro de agua caliente incluye un calentador de agua capacitivo (0,4 m3) tipo STD con una superficie de intercambiador de calor 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 juntas, verticales, silenciosos, sin cimientos.
El sistema funciona de la siguiente manera. El refrigerante transfiere calor de los colectores al agua del depósito de almacenamiento y al freón del evaporador de la bomba de calor. El freón vaporoso, después de la compresión en el compresor, se condensa en el condensador, calentando así 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 consumo de calor almacenado en el acumulador, la unidad de bomba de calor se apaga y la casa se abastece íntegramente de calor mediante termos eléctricos (calderas eléctricas). En invierno, la unidad de bomba de calor solo funciona con un cierto nivel de temperatura exterior negativa (no inferior a -7 ° C) para evitar la congelación del agua en el tanque de almacenamiento. En verano, el sistema de suministro de agua caliente recibe calor principalmente mediante la circulación natural del refrigerante a través de un intercambiador de calor "tubería en tubería". Como resultado de la implementación de varios modos de funcionamiento, una instalación combinada de bomba de calor solar permite ahorrar calor de unos 40 GJ/año (los resultados de funcionamiento de estas instalaciones se detallan en el Capítulo 8).
La combinación de energía solar y bombas de calor también se refleja en los equipos de ingeniería desarrollados por TsNIIEP.
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Arroz. 4.3. Diagrama esquemático del sistema de suministro de calor en Gelendzhik. 1 - colector solar; 2 - recalentar el intercambiador de calor con refrigerante del circuito del condensador de la bomba de calor; 3 - recalentar el intercambiador de calor con refrigerante 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 agua (cruda); 9 - bomba de agua caliente; 10 - Tanques de baterías; 11 - intercambiador de calor del circuito solar; 12 - bomba de circuito solar |
Proyecto de suministro de calor para el complejo hotelero "Friendly Beach" en Gelendzhik (Figura 4.3).
La base de la instalación de la bomba de calor solar se compone de: colectores solares planos con una superficie total de 690 m2 y tres máquinas frigoríficas MKT 220-2-0 disponibles en el mercado que funcionan en modo bomba de calor. La producción de calor anual estimada es de unos 21.000 GJ, incluidos 1.470 GJ de la instalación solar.
El agua de mar es una fuente de calor de baja calidad para las bombas de calor. Para garantizar un funcionamiento libre de corrosión y de incrustaciones de las superficies calefactoras de colectores, tuberías y condensadores, se llenan con agua ablandada y desaireada de la red de calefacción. En comparación con el esquema tradicional de suministro de calor desde una sala de calderas, el uso de fuentes de calor no tradicionales:
El sol y el agua de mar, permiten ahorrar unas 500 toneladas convencionales. combustible/año
Otro ejemplo típico del uso de nuevas fuentes de energía es el proyecto de suministro de calor para una casa señorial utilizando
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 señorial tipo ático con una superficie habitable de 55 m2. La fuente de calor de baja calidad para la bomba de calor es el suelo. Presunto efecto económico de la implementación del sistema: al menos 300 rublos. por apartamento en comparación con la opción tradicional de suministro de calor desde una unidad de combustible sólido.
El uso de energía "verde" suministrada por elementos naturales puede reducir significativamente los costos de servicios públicos. Por ejemplo, si instala calefacción solar en una casa privada, obtendrá refrigerante prácticamente gratis. radiadores de baja temperatura y sistemas de calefacción por suelo radiante. De acuerdo, esto ya es un ahorro de dinero.
Aprenderá todo sobre las "tecnologías verdes" en nuestro artículo propuesto. Con nuestra ayuda, podrá comprender fácilmente los tipos de instalaciones solares, los métodos de construcción y las características específicas de su funcionamiento. Probablemente le interese una de las opciones populares que funcionan activamente en el mundo, pero que aún no tienen una gran demanda aquí.
En la revisión presentada a su atención, hemos analizado caracteristicas de diseño sistemas, los diagramas de conexión se describen detalladamente. Se da un ejemplo de cálculo solar. circuito de calefacción evaluar las realidades de su construcción. Para ayudar a los artesanos independientes, se incluyen colecciones de fotografías y vídeos.
En promedio, 1 m 2 de la superficie terrestre recibe 161 W 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 sistemas modernos tan efectivos 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 normalmente se subestima su radiación.Un día de diciembre cerca de Zurich, el físico A. Fischer generaba 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 una superficie de 0,7 m2 calentó 30 l. agua fría desde el suministro de agua del jardín hasta +60°С.
La energía solar se puede utilizar fácilmente para calentar el aire interior en invierno. En primavera y otoño, cuando suele hacer sol pero hace frío, la calefacción solar del local permitirá no encender la calefacción principal. Esto permite ahorrar algo de energía y, por tanto, dinero. Para casas poco utilizadas, o para viviendas de temporada (cabañas, bungalows), la calefacción con energía solar es especialmente útil en invierno, porque... elimina el enfriamiento excesivo de las paredes, evitando la destrucción por condensación de humedad y moho. De esta manera se reducen considerablemente los costes operativos anuales.
Al calentar casas con calor solar, es necesario resolver el problema del aislamiento térmico de las instalaciones a partir de elementos arquitectónicos y estructurales, es decir. Al crear un sistema de calefacción solar eficaz, se deben construir casas que tengan buenas propiedades de aislamiento térmico.
Costo de calor
Calefacción auxiliar
Contribución solar a la calefacción del hogar
Desafortunadamente, el período de recepción de calor del Sol no siempre coincide en fase con el período de aparición de cargas térmicas.
La mayor parte de la energía que tenemos a nuestra disposición durante el verano se pierde por falta de demanda constante de la misma (de hecho sistema colector es hasta cierto punto un sistema autorregulador: cuando la temperatura del medio alcanza un valor de equilibrio, la percepción del calor se detiene, ya que las pérdidas de calor del colector solar se vuelven iguales al calor percibido).
La cantidad de calor útil absorbida 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. la eficiencia de la transferencia de calor desde el receptor de calor (desde la superficie receptora de calor del colector solar al líquido, es decir, según el valor de eficiencia del receptor de calor);
5. transmitancia de 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 del aire exterior.
La 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 bajar al 30%. Se puede obtener un valor de eficiencia preciso en un cálculo preliminar solo modelando completamente el comportamiento del sistema, teniendo en cuenta todos los factores enumerados anteriormente. Obviamente, este problema sólo se puede resolver utilizando una computadora.
Dado que la densidad de flujo de la radiación solar cambia constantemente, las cantidades totales de radiación por día o incluso por mes se pueden utilizar para realizar estimaciones.
En mesa 1 muestra como ejemplo:
Tabla 1. Cantidades mensuales de radiación solar llegada a Kew (cerca de Londres)
La tabla muestra que una superficie con un ángulo de inclinación óptimo recibe (en promedio durante 8 meses de invierno) aproximadamente 1,5 veces más energía que una superficie horizontal. Si se conocen las cantidades de radiación solar que llegan a una superficie horizontal, para convertirlas a una superficie inclinada se pueden multiplicar por el producto de este coeficiente (1,5) y el valor aceptado de eficiencia del colector solar igual al 40%. , es decir.
1,5*0,4=0,6
Esto dará la cantidad de energía útil absorbida por la superficie inclinada que recibe calor durante un período determinado.
Para determinar la contribución efectiva de la energía solar al suministro de calefacción de un edificio, incluso mediante cálculo manual, es necesario elaborar al menos mensualmente balances de la demanda y del calor útil recibido del sol. Para mayor claridad, veamos un ejemplo.
Si utilizamos los datos anteriores y consideramos una casa cuya tasa de pérdida de calor es 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 de 40 m2, entonces se obtiene la siguiente distribución por mes (ver Tabla 2).
Tabla 2. Cálculo del aporte efectivo de la energía solar
| Mes | °C*h/mes | Cantidad de radiación sobre una superficie horizontal, kW*h/m2 | Calor útil por unidad de superficie del colector (D*0,6), kW*h/m2 | Calor útil total (E*40 m2), kW*h | 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 |
| Puede | 4728 | 1182 | 123,2 | 73,9 | 2956 | 1182 |
| Junio | - | - | 150,4 | 90,2 | 3608 | - |
| 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 proporcionada por el Sol, es necesario presentarla en términos monetarios.
El coste del calor generado depende de:
Los costes operativos así obtenidos se pueden comparar con los costes de capital de un sistema de calefacción solar.
De acuerdo con esto, si asumimos que en el ejemplo discutido anteriormente, en lugar de un sistema de calefacción tradicional, se utiliza un sistema de calefacción solar que consume, por ejemplo, combustible gaseoso y produce calor a un costo de 1,67 rublos/kWh, entonces, para Para determinar el ahorro anual resultante, es necesario 8358 kWh proporcionados por la energía solar (según los cálculos de la Tabla 2 para un área de colector de 40 m2), multiplicados por 1,67 rublos/kWh, lo que da
8358*1,67 = 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 (u otros fines) es: "¿Qué haces cuando el sol no brilla?" Habiendo entendido el concepto de almacenamiento de energía, hacen la siguiente pregunta: "¿Qué hacer cuando ya no queda energía térmica en la batería?" La pregunta es legítima, y la necesidad de un sistema redundante, a menudo convencional, es un obstáculo importante para la adopción generalizada de la energía solar como alternativa a las fuentes de energía existentes.
Si la capacidad del sistema de calefacción solar no es suficiente para mantener el edificio en funcionamiento durante un período de tiempo frío y nublado, las consecuencias, aunque sea una sola vez durante el invierno, pueden ser lo suficientemente graves como para requerir el suministro de un sistema de calefacción convencional de tamaño completo. Sistema de calefacción como respaldo. La mayoría de los edificios con calefacción solar requieren un sistema redundante completo. Hoy en día, en la mayoría de los ámbitos, la energía solar debe considerarse como un medio para reducir el consumo de formas tradicionales de energía, y no como un sustituto completo de ellas.
Los calentadores convencionales son respaldos 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 desfavorables. Dado que la combinación de días muy fríos y largos períodos de tiempo nublado es rara, tamaños adicionales El sistema de energía solar (colector y batería) que se necesitará en estos casos será demasiado caro y ahorrará relativamente poco combustible. Además, mayoría Al mismo tiempo, el sistema funcionará a una potencia inferior a la nominal.
Un sistema solar térmico diseñado para suministrar el 50% de la carga de calefacción sólo puede proporcionar suficiente calor para 1 día de clima muy frío. Al duplicar el tamaño del sistema solar, la casa contará con calor durante 2 días fríos y nublados. Para periodos superiores a 2 días, un aumento posterior de talla será tan injustificado como el anterior. Además, habrá períodos de clima templado en los que no será necesario un segundo aumento.
Ahora, si aumenta el área de los colectores del sistema de calefacción otras 1,5 veces para que dure 3 días fríos y nublados, teóricamente será suficiente para cubrir la mitad de las necesidades totales de la casa durante el invierno. Pero, por supuesto, en la práctica esto puede no ser así, ya que a veces hay 4 (o más) días seguidos de clima frío y nublado. Para tener en cuenta este cuarto día, necesitaremos un sistema de calefacción solar que, en teoría, pueda recolectar 2 veces más calor del que el edificio necesita durante temporada de calefacción. Está claro que los períodos fríos y nublados pueden ser más largos de lo esperado en el diseño del sistema solar térmico. 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 unidad adicional de área.
Sin embargo, se han hecho intentos audaces de almacenar suficiente energía solar térmica para cubrir toda la demanda de calefacción y eliminar el sistema de calefacción auxiliar. Con la rara excepción de sistemas como la casa solar de G. Hay, el almacenamiento de calor a largo plazo es quizás la única alternativa a un sistema auxiliar. G. Thomason estuvo cerca de alcanzar el 100% de calefacción solar en su primera casa en Washington; Sólo el 5% de la carga de calefacción se cubrió con un calentador de combustible líquido estándar.
Si el sistema auxiliar cubre solo un pequeño porcentaje de la carga total, entonces tiene sentido utilizar calefacción eléctrica, a pesar de que requiere la producción de una cantidad significativa de energía en la central eléctrica, que luego se convierte en calor para calefacción. (la central eléctrica consume 10500...13700 kJ para producir 1 kWh de energía térmica en el edificio). En la mayoría de los casos, un calentador eléctrico será más barato que un horno de petróleo o 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 la cantidad relativamente pequeña de material (en comparación con un calentador) que se utiliza para la fabricación de bobinas eléctricas.
Dado que la eficiencia de un colector solar aumenta significativamente si se utiliza a bajas temperaturas, el sistema de calefacción debe diseñarse para utilizar temperaturas lo más bajas posible, incluso entre 24 y 27 °C. Uno de los beneficios 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, los sistemas de calefacción se pueden diseñar para utilizar temperaturas más bajas, por ejemplo ampliando los radiadores con aletas con agua caliente, aumentando el tamaño de los paneles de radiación o aumentando el volumen de aire a menor temperatura. Los diseñadores suelen optar por calentar la habitación con aire caliente o paneles radiantes agrandados. Un sistema de calefacción de aire aprovecha mejor el calor almacenado a baja temperatura. Los paneles de calefacción radiante tienen un largo retraso (entre encender el sistema y calentar el espacio de aire) y generalmente requieren temperaturas de funcionamiento del refrigerante más altas que los sistemas de aire caliente. Por lo tanto, el calor del dispositivo de almacenamiento no se utiliza completamente 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 lograr resultados similares a los del aire puede generar importantes costes adicionales.
Para aumentar la eficiencia general del sistema (calefacción solar y sistema redundante 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 el sistema auxiliar. Los componentes comunes son los siguientes:
Aficionados;
- bombas;
- intercambiadores de calor;
- control S;
- tuberías;
- conductos de aire.
Las imágenes del artículo Diseño de sistemas muestran varios esquemas de dichos sistemas.
Un problema al diseñar interfaces entre sistemas es el aumento de controles y piezas móviles, lo que aumenta la probabilidad de fallos mecánicos. La tentación de aumentar la eficiencia entre un 1 y un 2% añadiendo otro dispositivo en la unión de los sistemas es casi irresistible y puede ser la razón más común del fallo de un sistema de calefacción solar. Normalmente, la calefacción adicional no debería calentar el acumulador solar térmico. Si esto sucede, la fase de recolección de calor solar será menos eficiente, ya que este proceso casi siempre ocurrirá a temperaturas más altas. altas temperaturas Oh. En otros sistemas, reducir la temperatura de la batería mediante el uso del calor del edificio aumenta la eficiencia general del sistema.
Las razones de otras deficiencias de este esquema se explican por la gran pérdida de calor de la batería debido a sus temperaturas constantemente altas. En sistemas donde los equipos auxiliares no calientan la batería, ésta perderá mucho menos calor cuando no haya sol durante varios días. Incluso en sistemas diseñados de esta manera, la pérdida de calor del contenedor asciende al 5...20% del calor total absorbido por el sistema de calefacción solar. Con una batería calentada por equipo auxiliar, la pérdida de calor será significativamente mayor y solo puede justificarse si el contenedor de la batería está ubicado dentro de un área calentada del edificio.
2018-08-15En la URSS había varias escuelas científicas y de ingeniería de calefacción solar: Moscú (ENIN, IVTAN, MPEI, etc.), Kiev (KievZNIIEPIO, Instituto de Ingeniería Civil de Kiev, Instituto de Termofísica Técnica, etc.), Tashkent (Físico-Técnico Instituto de la Academia de Ciencias de la UzSSR, TashZNIIEP), Ashgabat (Instituto de Energía Solar de la Academia de Ciencias de la TSSR), Tbilisi (“Spetsgelioteplomontazh”). En la década de 1990, se unieron a este trabajo especialistas de Krasnodar, el complejo de defensa (la ciudad de Reutov, la región de Moscú y Kovrov), el Instituto de Tecnologías Marinas (Vladivostok) y Rostovteploelektroproekt. La escuela original de plantas de energía solar fue creada en Ulan-Ud por G.P. Kasatkin.
La energía solar térmica es una de las tecnologías de conversión de energía solar para calefacción, agua caliente y refrigeración más desarrolladas del mundo. En 2016, la capacidad total de los sistemas solares térmicos en el mundo era de 435,9 GW (622,7 millones de m²). En Rusia, la calefacción solar aún no se ha generalizado uso práctico, lo que se debe principalmente a las tarifas relativamente bajas de la calefacción y la electricidad. En el mismo año, según datos de expertos, en nuestro país sólo estaban en funcionamiento unos 25 mil m² de plantas de energía solar. En la Fig. 1 muestra una fotografía de la planta de energía solar más grande de Rusia en la ciudad de Narimanov, región de Astracán, con una superficie de 4400 m².
Teniendo en cuenta las tendencias mundiales en el desarrollo de energías renovables, el desarrollo de la calefacción solar en Rusia requiere una comprensión de la experiencia nacional. Es interesante observar que las cuestiones relativas al uso práctico de la energía solar en la URSS a nivel estatal se discutieron en 1949 en la Primera Reunión de toda la Unión sobre Ingeniería Solar en Moscú. Atención especial Centrado en 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 arquitecto e ingeniero Boris Konstantinovich Bodashko (ciudad de Leningrado), desarrolló sistemas de calefacción solar pasiva. Durante estos mismos años, el Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Boris Petrovich Weinberg (Leningrado), realizó investigaciones sobre los recursos de energía solar en la URSS y desarrolló fundamentos teóricos construcción de plantas de energía solar.
En los años 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 e instalaciones solares de suministro de agua caliente (ACS) fue Ph.D. Boris Valentinovich Petujov. En su libro "Calentadores de agua solares de tipo tubular", publicado por él mismo en 1949, fundamentó la viabilidad del desarrollo y las principales Decisiones constructivas Colectores solares planos (SC). A partir de diez años de experiencia (1938-1949) en la construcción de instalaciones solares para sistemas de suministro de agua caliente, desarrolló una metodología para su diseño, construcción y operación. Así, ya en la primera mitad del siglo pasado se realizaron en nuestro país investigaciones sobre todo tipo de sistemas de calefacción solar, incluidos el potencial y métodos de cálculo de la radiación solar, colectores solares de líquido y aire, instalaciones solares para sistemas de suministro de agua caliente. , sistemas de calefacción solar activos y pasivos.
En la mayoría de los ámbitos, 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 un uso práctico generalizado en la URSS y se desarrolló por iniciativa. Entonces, Ph.D. B.V. Petukhov desarrolló y construyó decenas de instalaciones solares con células solares de su propio diseño en los puestos fronterizos de la URSS.
En la década de 1980, tras los acontecimientos en el extranjero iniciados por la llamada “crisis energética mundial”, los desarrollos internos en el campo de la energía solar se intensificaron significativamente. El iniciador de nuevos desarrollos fue el Instituto de Energía que lleva su nombre. G. M. Krzhizhanovsky en Moscú (ENIN), que ha acumulado experiencia en este campo desde 1949.
El presidente del Comité Estatal de Ciencia y Tecnología, el académico V. A. 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 En el trabajo en esta dirección participó la Academia de Ciencias de la URSS en Moscú (ahora Instituto Conjunto de Altas Temperaturas, JIHT RAS).
En la década de 1980, en la RSFSR, el Instituto de Energía 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 realizar investigaciones en el campo del suministro de calor solar en la década de 1980.
El desarrollo de proyectos experimentales para instalaciones 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). El Comité Estatal de Ingeniería Civil de la URSS determinó que la organización líder en la Unión Soviética para el diseño de plantas de energía solar para viviendas y servicios comunales sería el Instituto Zonal de Investigación y Diseño de Kiev (KievZNIIEP). La investigación en esta dirección fue realizada por el Instituto de Ingeniería y Construcción de Kiev, el Instituto de Termofísica Técnica de la Academia de Ciencias de Ucrania, el Instituto de Problemas de Ciencia de Materiales de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Ucrania y el Instituto de Electrodinámica de Kiev.
El tercer centro de la URSS fue la ciudad de Tashkent, donde llevaron a cabo investigaciones el Instituto Físico-Técnico de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Uzbekistán y el Instituto Pedagógico Estatal de Karshi. El desarrollo de proyectos de instalación solar estuvo a cargo del Instituto Zonal de Investigación y Diseño de Tashkent TashZNIIEP. En la época soviética, el suministro de calor solar lo realizaba el Instituto de Energía Solar de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Turkmenistán en la ciudad de Ashgabat. En Georgia, la asociación Spetsgelioteplomontazh (Tbilisi) y el Instituto Georgiano de Investigación sobre Energía y Estructuras Hidráulicas llevaron a cabo investigaciones sobre colectores e instalaciones solares.
En la década de 1990 Federación Rusa En la investigación y diseño de instalaciones solares participaron especialistas de la ciudad de Krasnodar, el complejo de defensa (JSC VPK NPO Mashinostroeniya, Kovrov Mechanical Plant), el Instituto de Tecnologías Marinas (Vladivostok), Rostovteploelektroproekt y el Instituto de Balneología de Sochi. En el trabajo se presenta una breve descripción de los conceptos científicos y los desarrollos de ingeniería.
En la URSS, la principal organización científica en materia de suministro de calor solar era el Instituto de Energía (ENIN*, Moscú) ( aprox. por: Las actividades de ENIN en el campo del suministro de calor solar están descritas exhaustivamente por el doctor en ciencias técnicas, profesor Boris Vladimirovich Tarnizhevsky (1930-2008) en el artículo “Círculo solar” de la colección “ENIN. Memorias de los empleados más antiguos” (2000).), que fue organizada en 1930 y dirigida hasta la década de 1950 por el líder del sector energético soviético, amigo personal de V. I. Lenin, Gleb Maximilianovich Krzhizhanovsky (1872-1959).
En ENIN, por iniciativa de G. M. Krzhizhanovsky en la década de 1940, se creó un laboratorio de ingeniería solar, 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), que compaginaba las funciones de jefe del laboratorio con las de subdirector de ENIN.
V. A. Baum captó inmediatamente 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. Fueron muy interesantes y de muy buen nivel. V. A. Baum fue un científico muy erudito, un hombre de gran cultura, gran sensibilidad y tacto. Todas estas cualidades conservó hasta la vejez, disfrutando del cariño y respeto de sus alumnos. El alto profesionalismo, el enfoque científico y la decencia distinguieron a esta persona extraordinaria. Bajo su dirección se prepararon más de 100 tesis de maestría y doctorado.
Desde 1956, B.V. Tarnizhevsky (1930-2008) ha sido estudiante de posgrado de V.A. Baum y un digno sucesor de sus ideas. El alto profesionalismo, el enfoque científico y la decencia distinguieron a esta persona extraordinaria. El autor de este artículo se encuentra entre decenas de sus alumnos. B.V. Tarnizhevsky trabajó en ENIN durante 39 años hasta los últimos días de su vida. En 1962, comenzó a trabajar en el Instituto de Investigación Científica de Fuentes de Corriente de toda Rusia, ubicado en Moscú, y luego de 13 años regresó a ENIN.
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, partió hacia Ashgabat, donde dirigió el Instituto Físico-Técnico. Su sucesor como director del laboratorio de ingeniería solar fue Yuri Nikolaevich Malevsky (1932-1980). En la década de 1970, propuso la idea de crear en la Unión Soviética una planta de energía solar experimental con una capacidad de 5 MW de tipo torre con ciclo de conversión termodinámica (SES-5, ubicada en Crimea) y dirigió un gran equipo de 15 organizaciones para su desarrollo y construcción.
Otra idea de Yu. N. Malevsky era crear una base experimental integral para la calefacción y refrigeración solar en la costa sur de Crimea, que sería al mismo tiempo una instalación de demostración bastante grande y un centro de investigación en esta área. Para resolver este problema, B.V. Tarnizhevsky regresó a ENIN en 1976. En ese momento, el laboratorio de ingeniería solar contaba con 70 personas. En 1980, después de la muerte de Yu. N. Malevsky, el laboratorio de ingeniería solar se dividió en un laboratorio de plantas de energía solar (dirigido por el hijo de V. A. Baum, doctor en ciencias técnicas Igor Valentinovich Baum, nacido en 1946). y un laboratorio de suministro de calor solar bajo la dirección de B.V. Tarnizhevsky, quien participó en la creación de la base de suministro de calefacción y refrigeración de Crimea. Antes de unirse a ENIN, I. V. Baum dirigió un laboratorio en la ONG "Sol" de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Turkmenistán (1973-1983) en Ashgabat.
En ENIN I.V. Baum estaba 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 sobre el uso de fuentes de energía renovables y, en primer lugar, la energía solar alcanzó su mayor desarrollo en el instituto. En 1987 se completó la construcción de la base experimental de Crimea en la región de Alushta. Para su funcionamiento se creó en el lugar un laboratorio especial.
En la década de 1980, el laboratorio de calefacción solar participó en los trabajos de introducción de colectores solares en la producción industrial en masa, en la creación de instalaciones solares y de suministro de agua caliente, incluidas las grandes, con una superficie solar de más de 1000 m², y otras proyectos de gran escala.
Como recordó B.V. Tarnizhevsky, en el campo del suministro de calor solar en la década de 1980 fue indispensable el trabajo de Sergei Iosifovich Smirnov, quien participó en la creación de la primera sala de calderas de combustible solar del país para uno de los hoteles de Simferopol, varios otras instalaciones solares, y en el desarrollo de métodos de cálculo para el diseño de instalaciones de calefacción solar. S.I. Smirnov era una personalidad muy notable y popular en el instituto.
Un intelecto poderoso, combinado con amabilidad y cierta impulsividad de carácter, creó el encanto único de este hombre. Yu. L. Myshko, B. M. Levinsky y otros empleados trabajaron con él en su grupo. El grupo de desarrollo de recubrimientos selectivos, encabezado por Galina Aleksandrovna Gukhman, desarrolló una tecnología para aplicar químicamente recubrimientos absorbentes selectivos a los absorbentes de los colectores solares, así como una tecnología para aplicar un recubrimiento selectivo resistente al calor a receptores tubulares de radiación solar concentrada. .
A principios de los años 1990, el laboratorio de suministro de calor solar proporcionó liderazgo científico y organizativo al proyecto de colectores solares de nueva generación, que formaba parte del programa "Energía ambientalmente segura". En 1993-1994, como resultado del trabajo de investigación y desarrollo, fue posible crear diseños y organizar la producción de colectores solares que no eran inferiores a sus homólogos extranjeros en términos de características térmicas y operativas.
Bajo la dirección de B.V. Tarnizhevsky se desarrolló el proyecto GOST 28310-89 “Colectores solares”. Son comunes especificaciones técnicas" Para optimizar el diseño de los colectores solares de placa plana (PSC), Boris Vladimirovich propuso un criterio generalizado: el cociente de dividir el coste del colector por la cantidad de energía térmica que genera durante su vida útil estimada.
En los últimos años de la URSS, bajo la dirección del Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor B.V. 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 fabricar un perfil de lámina-tubo de aluminio a partir de una masa fundida, 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 absorbente es un panel de acero estampado-soldado con revestimiento galvánico selectivo de cromo negro. El cuerpo estampado (canal) es de acero, el vidrio es de ventana, la junta del vidrio es de masilla especial (Guerlen). Cada año (según 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. Entre 1990 y 2000, en el stand de ENIN se probaron 26 colectores solares diferentes, incluidos todos los fabricados en la URSS y Rusia.
En 1975, el Instituto de Altas Temperaturas de la Academia de Ciencias (IHTAN) se incorporó al trabajo en el campo de las energías renovables bajo la dirección del miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de Rusia, Doctor en Ciencias Técnicas, el profesor Evald Emilievich Shpilrain (1926- 2009). El trabajo de IVTANA sobre energías renovables es descrito en detalle por el Dr. S.O. 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 diseños conceptuales de casas "solares" para el sur del país, se desarrollaron métodos para el modelado matemático de sistemas de calefacción solar y se diseñó el primer sitio de pruebas científicas de Rusia "Sol". ” comenzó a orillas del Mar Caspio, cerca de la ciudad de Makhachkala.
En IVT RAS, primero se creó un grupo científico y luego un laboratorio bajo la dirección de Oleg Sergeevich Popel, en el que, junto con empleados de la Oficina de Diseño Especial de IVT RAS, además de garantizar la coordinación y la justificación teórica teórica de la proyectos en desarrollo, se inició la investigación en el campo de la creación de recubrimientos electroquímicos ópticos selectivos para colectores solares, se desarrollaron los llamados “estanques solares”, sistemas de calefacción solar en combinación con bombas de calor, plantas de secado solar y se trabajó en otros direcciones.
Uno de los primeros resultados prácticos del equipo IVT RAS fue la construcción de una “casa solar” en el pueblo de Merdzavan, región de Echmiadzin en 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 trabajó el diseñador jefe del proyecto, M. S. Kalashyan del Instituto Armgiproselkhoz, con la participación de empleados del Instituto de Informática de la Academia de Ciencias de Rusia, llevó a cabo un ciclo de seis años de estudios experimentales durante todo el año, que mostraron la posibilidad de proporcionar prácticamente el 100% de agua caliente a la casa y cubrir la carga de calefacción a un nivel de más del 50 %.
Otro resultado práctico importante fue la introducción en la planta de equipos de calefacción de Bratsk de la tecnología desarrollada en IVT RAS por el doctor Friedberg (junto con especialistas del Instituto Metalúrgico Vespertino de Moscú) para aplicar recubrimientos electroquímicos selectivos "cromo negro" a paneles de acero de paneles solares planos. Coleccionistas, cuya producción se dominaba en esta fábrica.
A mediados de la década de 1980, se puso en funcionamiento el polígono de pruebas Solntse IVT RAS en Daguestán. Situado en una superficie de unas 12 hectáreas, el sitio de pruebas incluía, además de edificios de laboratorio, un grupo de “casas solares” de diversos tipos, equipadas con colectores solares y bombas de calor. En el sitio de pruebas 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 permitían regular el espectro de radiación desde extraatmosférica (AM0) hasta terrestre (AM1.5). La creación de un simulador permitió realizar pruebas de durabilidad aceleradas varios materiales y pinturas ante los efectos de la radiación solar, además de probar colectores solares y módulos fotovoltaicos a gran escala.
Desafortunadamente, en la década de 1990, debido a una fuerte reducción en la financiación presupuestaria para investigación y desarrollo, la mayoría de los proyectos iniciados por IVT RAS en la Federación de Rusia 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. Los proyectos se han llevado a cabo en el marco de los programas INTAS y TASIS, el Programa Marco Europeo de Ahorro Energético, bombas de calor y adsorción solar. unidades de refrigeración, que, por otro lado, permitió desarrollar competencias científicas en campos afines de la ciencia y la tecnología, dominar y utilizar métodos modernos de modelado dinámico de centrales eléctricas en diversas aplicaciones energéticas (Ph.D. S. E. Fried).
Por iniciativa y bajo el liderazgo de O. S. Popel, junto con la Universidad Estatal de Moscú (Ph.D. S. V. Kiseleva), se desarrolló el "Atlas de recursos de energía solar en el territorio de la Federación de Rusia" y el sistema de información geográfica "Fuentes de energía renovables". de Rusia” fue creado "(gisre.ru). Junto con el Instituto Rostovteploelektroproekt (candidato de ciencias técnicas A. A. Chernyavsky), se desarrollaron, construyeron y probaron instalaciones solares con colectores solares de la planta mecánica de Kovrov para los sistemas de calefacción y agua caliente de las instalaciones del observatorio astrofísico especial de la Academia de Ciencias de Rusia. en Karachay-Cherkessia. JIHT RAS ha creado el único stand termohidráulico especializado en Rusia para pruebas térmicas a gran escala de colectores solares y plantas de energía solar de acuerdo con los estándares rusos y extranjeros, y se han desarrollado recomendaciones para el uso de plantas de energía solar en varias regiones. de la Federación Rusa. Se pueden encontrar más detalles sobre algunos de los resultados de la investigación y el desarrollo del Instituto Conjunto para Altas Temperaturas de la Academia de Ciencias de Rusia en el campo de las fuentes de energía renovables en el libro de O. S. Popel y V. E. Fortov “La energía renovable en el mundo moderno ”.
En el Instituto de Energía de Moscú (MPEI), el Doctor en Ciencias Técnicas se ocupó de las cuestiones del suministro de calor solar. V. I. Vissarionov, Doctor en Ciencias Técnicas B.I. Kazanjan 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 dirección se trabajó en el cálculo de los recursos de energía solar y en el desarrollo del suministro de calor solar. M. I. Valov, junto con el personal del MPEI, publicó varios artículos sobre el estudio de las plantas de energía solar en 1983-1987. Uno de los libros más informativos es el trabajo de M. I. Valov y B. I. Kazanjan "Solar Heating Systems", que exploró los problemas de las instalaciones solares de bajo potencial ( diagramas de circuito, datos climáticos, características de los paneles solares, diseños de paneles solares planos), cálculo de características energéticas, eficiencia económica del uso de sistemas de calefacción solar. Doctor en Ciencias Técnicas B.I. Kazanjan desarrolló el diseño y dominó la producción del colector solar plano Alten. Una característica especial de este colector es que el absorbente está fabricado a partir de un perfil de aletas de aluminio, en cuyo interior se presiona un tubo de cobre y se utiliza policarbonato celular como aislamiento transparente.
Empleado del Instituto de Ingeniería y Construcción de Moscú (MISI), Ph.D. S. G. Bulkin desarrolló colectores solares termoneutrales (absorbentes sin aislamiento transparente y aislamiento térmico de la vivienda). Una característica especial del trabajo fue el suministro de refrigerante a 3-5 °C por debajo de la temperatura ambiente y la posibilidad de aprovechar el calor latente de la condensación de humedad y la formación de escarcha del aire atmosférico (paneles de absorción solar). El refrigerante calentado en estos paneles se calentaba mediante una bomba de calor (“aire-agua”). En MISS se construyó un banco de pruebas con colectores solares termoneutrales y varias instalaciones solares en Moldavia.
El Instituto de Aleaciones Ligeras de toda la Unión (VILS) desarrolló y produjo un SC con un absorbente de aluminio soldado estampado y un aislamiento térmico de la carrocería con espuma de poliuretano vertida. Desde 1991, la producción de SC se transfirió a la planta de Bakú para procesar aleaciones de metales no ferrosos. En 1981, VILS desarrolló Pautas sobre el diseño de edificios energéticamente activos. Por primera vez en la URSS se integró el absorbente en la estructura del edificio, lo que mejoró la rentabilidad del uso de energía solar. Los líderes de esta dirección fueron Ph.D. N. P. Selivanov y Ph.D. V. N. Smirnov.
El Instituto Central de Investigación Científica de Equipos de Ingeniería (CNII EPIO) de 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 y un proyecto para una instalación de bomba de calor solar para Privetlivy Bereg. Se desarrolló un hotel en la ciudad de Gelendzhik con una superficie de 690 metros cuadrados. Tres se utilizan como bombas de calor. máquinas de refrigeración MKT 220-2-0, funcionando en modo bomba de calor utilizando calor de agua de mar.
La organización líder en la URSS en el diseño de instalaciones solares fue el Instituto KievZNIIEP, que desarrolló 20 proyectos estándar y reutilizables: una instalación solar independiente de suministro de agua caliente 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; unidades, piezas y equipos de edificios residenciales y públicos de construcción masiva; instalaciones de suministro de agua caliente solar estacional con una capacidad de 2,5; 10; treinta; 40; 50 m³/día; soluciones técnicas y pautas para la conversión de salas de calderas de calefacción en unidades de combustible solar.
Este instituto ha desarrollado decenas de proyectos experimentales, entre ellos sistemas solares de suministro de agua caliente para piscinas y una instalación de suministro de agua caliente solar con bomba de calor. Según el proyecto de KievZNIIEP, la instalación solar más grande de la URSS se construyó en la pensión "Kastropol" (el pueblo de Beregovoye, costa sur) en Crimea con una superficie de 1600 m². En la planta piloto del Instituto ZNIIEP de Kiev se produjeron colectores solares, cuyos absorbentes estaban hechos de tubos de aluminio con aletas enrolladas de fabricación propia.
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 de las Normas para el diseño de instalaciones solares de agua caliente y de las Recomendaciones para su diseño. M.D. Rabinovich se dedicó al estudio de la radiación solar, las características hidráulicas de los sistemas de energía solar, las plantas de energía solar con circulación natural, los sistemas de calefacción solar, las salas de calderas de combustible solar, las plantas de energía solar de alta potencia y los sistemas de ingeniería solar. A. R. Firth desarrolló el diseño del stand del simulador y probó el SC, estudió la regulación de plantas de energía solar hidráulica y el aumento de la eficiencia de las plantas de energía solar. En el Instituto de Ingeniería Civil de Kiev, el doctorado se dedicó a una investigación multifacética sobre instalaciones solares. Nikolai Vasilievich Kharchenko. Formuló un enfoque sistemático para el desarrollo de sistemas de calefacción con bombas de calor solares, propuso criterios para evaluar su eficiencia energética, estudió la optimización de los sistemas de suministro de calor solar e hizo una comparación. varios métodos Cálculo de sistemas solares. Uno de sus libros más completos sobre pequeñas instalaciones solares (individuales) es accesible e informativo. En el Instituto de Electrodinámica de Kiev, Ph.D. A. N. Stronsky y Ph.D. A. V. Suprun. Ph.D. también trabajó en modelos matemáticos de plantas de energía solar en Kiev. V. A. Nikiforov.
El director de la escuela científica de ingeniería solar de Uzbekistán (Tashkent) es el doctor en ciencias técnicas, profesor Rabbanakul Rakhmanovich Avezov (nacido en 1942). En 1966-1967 trabajó en el Instituto Físico-Técnico de Ashgabat de Turkmenistán bajo la dirección del Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor V. A. Baum. R. R. Avezov desarrolla las ideas del 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 de calefacción solar y suministro de agua caliente". También desarrolla métodos para el análisis de exergía de colectores solares de placa plana y la creación de sistemas de calefacción solar activos y pasivos. Doctor en Ciencias Técnicas R. R. Avezov otorgó gran autoridad y reconocimiento internacional a la única revista especializada en la URSS y los países de la CEI, Applied Solar Energy (“Solar Engineering”), que se publica en inglés. Su hija Nilufar Rabbakumovna Avezova (nacida en 1972) es doctora en ciencias técnicas y directora general de la ONG “Fizika-Solntsa” de la Academia de Ciencias de Uzbekistán.
El Ph.D. Yusuf Karimovich Rashidov (nacido en 1954). El Instituto TashZNIIEP ha desarrollado diez proyectos estándar edificios residenciales, duchas solares, proyecto de sala de calderas de combustible solar, incluidas instalaciones solares con una capacidad de 500 y 100 l/día, duchas solares para dos y cuatro cabinas. De 1984 a 1986 se ejecutaron 1.200 proyectos de instalación solar estándar.
En la región de Tashkent (pueblo de Ilyichevsk) se construyó una casa solar de dos apartamentos con calefacción y suministro de agua caliente con una instalación solar con una superficie de 56 m². En el Instituto Pedagógico Estatal de Karshi A.T. Teymurkhanov, A.B. Vardiyashvili y otros se dedicaban a la investigación sobre colectores solares de placa plana.
La escuela científica turcomana de calefacción solar fue creada por un doctor en ciencias técnicas. V. A. Baum, académico electo de la república en 1964. En el Instituto de Física y Tecnología de Ashgabat organizó el departamento de energía solar y hasta 1980 dirigió todo el instituto. En 1979, sobre la base del departamento de energía solar, se creó el Instituto de Energía Solar de Turkmenistán, dirigido por el alumno de V. A. Baum, Doctor en Ciencias Técnicas. Rejep Bayramovich Bayramov (1933-2017). En las afueras de Ashgabat (aldea de Bikrova) se construyó un campo de pruebas científicas del instituto, que consta de laboratorios, bancos de pruebas, una oficina de diseño y talleres con una plantilla de 70 personas. V. A. Baum trabajó en este instituto hasta el final de su vida (1985). R. B. Bayramov junto con el Doctor en Ciencias Técnicas Ushakova Alda Danilovna investigó los colectores solares de placa plana, los sistemas de calefacción solar y las plantas solares de desalinización. Es de 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 en 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, instalaciones solares individuales de agua caliente, instalaciones solares y sistemas de bombas de calor solares. Se determinaron las condiciones de recuperación de la inversión para la construcción de instalaciones solares en varias regiones de Georgia y 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 absorbente de acero estampado y soldado con revestimiento de pintura, el cuerpo está hecho de perfiles de aluminio y acero galvanizado, vidrio para ventanas, aislamiento térmico, de espuma plástica y material laminado para techos.
Según N.V. Meladze, sólo en la región del Cáucaso en 1990 se instalaron 46,9 mil m² de colectores solares, de los cuales el 42,7% en sanatorios y hoteles, el 39,2% en instalaciones solares industriales y en instalaciones agrícolas (13,8%), instalaciones deportivas (3,6%). instalaciones individuales - 0,7%.
Según el autor, en la región de Krasnodar entre 1988 y 1992 se instalaron 4.620 m² de colectores solares Spetsgeliomontazh. El trabajo del SGTM se llevó a cabo en colaboración con científicos del Instituto de Investigación de Energía y Estructuras Hidráulicas de Georgia (GruNIIEGS).
El Instituto TbilZNIIEP ha desarrollado cinco diseños estándar para plantas de energía solar (SI), así como un proyecto para una unidad de bomba de calor solar. SGTM incluía un laboratorio en el que se estudiaban colectores solares y bombas de calor. Se desarrollaron absorbentes de líquidos de acero, aluminio y plástico, absorbentes de aire con y sin vidrio, absorbentes con concentradores y varios diseños de GI individuales con termosifón. A partir del 1 de enero de 1989, Spetsgeliomontazh construyó 261 unidades estatales con una superficie total de 46 mil m² y 85 instalaciones solares individuales para sistemas de suministro de agua caliente con una superficie de 339 m².
En la Fig. La figura 2 muestra una instalación solar en la calle Rashpilevskaya de Krasnodar, que funciona con éxito desde hace 15 años con los colectores de Spetsgelioteplomontazh (320 unidades con una superficie total de 260 m²).
El Doctor en Ciencias Técnicas participó por parte de las autoridades en el desarrollo de la calefacción solar en la URSS y en Rusia. 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 serie de colectores solares en la planta de equipos de calefacción de Bratsk, en Tbilisi, en la asociación Spetsgelioteplomontazh en la planta de procesamiento de aleaciones no ferrosas de Bakú. Por iniciativa suya y con participación directa, se desarrolló el primer programa de desarrollo de energías renovables en la URSS para el período 1987-1990.
Desde 1990, P. P. Bezrukikh ha recibido la mayor cantidad Participación activa en el desarrollo e implementación de la sección “Energía no tradicional” del programa científico y técnico estatal “Energía ambientalmente segura”. Destaca el papel principal del director científico del programa, Dr. Sc. E. E. Spielrain sobre cómo atraer al trabajo a destacados científicos y especialistas de la URSS en fuentes de energía renovables. De 1992 a 2004, P. P. 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 Mashinostroenie. (ciudad de 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 oportunidades energéticas a pequeña escala y no tradicionales en Rusia. Participó en el desarrollo de la primera norma rusa GOST R 51595-2000 “Colectores solares. Condiciones técnicas generales" y resolución de desacuerdos 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 continuó desarrollando desarrollos, incluido el suministro de calor solar.
En el territorio de Krasnodar, los trabajos de diseño y construcción de plantas de energía solar fueron iniciados por el ingeniero de energía térmica V. A. Butuzov (n. 1949), quien dirigió desarrollo prometedor 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: planta de Bratsk, Spetsgelioteplomontazh, KievZNIIEP. Debido a la falta de datos sobre la radiación solar en los libros de referencia climatológicos soviéticos de 1986, de 1977 a 1986 se obtuvieron resultados fiables para el diseño de plantas de energía solar en las estaciones meteorológicas de Krasnodar y Gelendzhik.
Después de defender su tesis doctoral en 1990, el Laboratorio de Ahorro de Energía y Fuentes de Energía No Convencionales de Krasnodar de la Academia de Servicios Públicos (Moscú), organizado por V. A. Butuzov, continuó el trabajo sobre el desarrollo de la tecnología solar. Se desarrollaron y mejoraron varios diseños de SC planos y un soporte para realizar pruebas a gran escala. Como resultado de generalizar la experiencia en el diseño y construcción de instalaciones solares, “ Requerimientos generales al diseño de plantas de energía solar y estaciones de calefacción central en servicios municipales”.
Sobre la base de un análisis de los resultados del procesamiento de los valores de 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 determinación de sus máximos y valores mínimos, la probabilidad de su observación. Se determinaron los valores mensuales y anuales calculados de radiación solar total, directa y difusa para 54 ciudades y centros administrativos del territorio de Krasnodar. Se ha establecido que para una comparación objetiva de SC de diferentes fabricantes, además de comparar sus costos y características energéticas obtenidas mediante métodos estándar en bancos de pruebas certificados, es necesario tener en cuenta los costos energéticos para su fabricación y operación. El costo óptimo del diseño del 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 durante la vida útil estimada. Junto con la planta mecánica de Kovrov, se desarrolló y produjo en masa un diseño SC que tenía una relación óptima entre costos y costos de energía para el mercado ruso. Se han desarrollado proyectos y se ha realizado la construcción de instalaciones estándar de agua caliente solar con una capacidad diaria de 200 litros a 10 m³. Desde 1994, en JSC South Russian Energy Company se continúa trabajando en instalaciones solares. De 1987 a 2003 se completó el desarrollo y construcción de 42 plantas solares y se completó el diseño de 20 plantas solares. Resultados del trabajo de V.A. Butuzov se resumieron en su tesis doctoral defendida en ENIN (Moscú).
De 2006 a 2010, Teploproektstroy LLC desarrolló y construyó instalaciones solares para salas de calderas de baja potencia que, cuando se instalan, reducen el personal operativo en el verano, lo que reduce el período de recuperación de la inversión de las instalaciones solares. Durante estos años se desarrollaron y construyeron plantas de energía solar autodrenantes, en las que, cuando se paran las bombas, se drena el agua del sistema solar hacia los tanques, evitando el sobrecalentamiento del refrigerante. En 2011, se creó un diseño, se fabricaron prototipos de SC planos y 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 de energía solar más grande de la región de Krasnodar con una superficie de 600 m² en la ciudad de Ust-Labinsk (Fig. 3). Al mismo tiempo, se llevaron a cabo investigaciones para optimizar el diseño del SC, teniendo en cuenta el sombreado, la automatización del trabajo y las soluciones de circuitos. En el pueblo de Rozovoy, en el territorio de Krasnodar, se desarrolló y construyó un sistema de calefacción solar geotérmica con una superficie de 144 m². En 2014 se desarrolló una metodología para evaluar la rentabilidad económica de las instalaciones solares en función de la intensidad de la radiación solar, la eficiencia de la instalación solar y el coste específico de la energía térmica sustituida.
La colaboración creativa a largo plazo de V. A. Butuzov con el doctor en ciencias técnicas y profesor de la Universidad Agraria Estatal de Kuban, Robert Aleksandrovich Amerkhanov (nacido en 1948), se materializó en el desarrollo de los fundamentos teóricos para la creación de instalaciones solares de alta potencia y geotermia combinada. -sistemas solares de suministro de calor. Bajo su dirección se formaron decenas de candidatos en ciencias técnicas, incluso en el campo de la calefacción solar. En numerosas monografías de R. A. Amerkhanov se analiza el diseño de centrales solares para fines agrícolas.
El especialista más experimentado en el diseño de instalaciones solares es el ingeniero jefe de proyectos del Instituto Rostovteploelektroproekt, Ph.D. Adolf Aleksandrovich Chernyavsky (nacido en 1936). Ha estado involucrado proactivamente en esta área durante más de 30 años. Ha desarrollado decenas de proyectos, muchos de los cuales se han implementado en Rusia y otros países. Los sistemas únicos de calefacción solar y agua caliente se describen en la sección del Instituto de Altas Temperaturas de la Academia de Ciencias de Rusia. Los proyectos de A. A. Chernyavsky se distinguen por la elaboración de todas las secciones, incluida una justificación económica detallada. A partir de los colectores solares de la planta mecánica de Kovrov se han elaborado "Recomendaciones para el diseño de estaciones solares de suministro de calor".
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. En Uzbekistán se completaron proyectos únicos de plantas de energía solar termodinámica con una capacidad eléctrica instalada de 30 MW, 5 MW en Región de Rostov; Se implementaron proyectos de sistemas de calefacción solar para pensiones en la costa del Mar Negro con una superficie de 40 a 50 m² para sistemas de calefacción solar y suministro de agua caliente para las instalaciones de un observatorio astrofísico especial en Karachay-Cherkessia. El Instituto Rostovteploelektroproekt se caracteriza por la escala de sus desarrollos: estaciones de suministro de calor solar para pueblos y ciudades residenciales. Los principales resultados de los desarrollos de este instituto, realizados conjuntamente con el Instituto Conjunto de Altas Temperaturas de la Academia de Ciencias de Rusia, se publican en el libro "Sistemas autónomos de suministro de energía".
Desarrollo de plantas de energía solar en Sochi. Universidad Estatal(Instituto de Negocios Turísticos y Turismo) estuvo dirigido por el Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Pavel Vasilievich Sadilov, Jefe del Departamento de Ingeniería Ambiental. Iniciador de las energías renovables, desarrolló y construyó varias instalaciones solares, incluida en 1997 en el pueblo de Lazarevskoye (Sochi) con una superficie de 400 m², una instalación solar en el Instituto de Balneología y varias instalaciones de bombas de calor.
En el Instituto de Tecnologías Marinas de la Rama del Lejano Oriente de la Academia de Ciencias de Rusia (Vladivostok), el jefe del laboratorio de energía no tradicional es el Ph.D. Alexander Vasilyevich Volkov, que murió trágicamente en 2014, desarrolló y construyó docenas de instalaciones solares con una superficie total de 2000 m², un stand para pruebas comparativas a gran escala de colectores solares, nuevos diseños de paneles solares planos y probó la efectividad. de paneles solares de vacío de fabricantes chinos.
El destacado diseñador y persona Adolf Aleksandrovich Lychagin (1933-2012) fue el autor de varios tipos de misiles guiados antiaéreos únicos, incluido el Strela-10M. En la década de 1980, como diseñador jefe (por iniciativa propia) en la Planta Mecánica Militar de Kovrov (KMZ), desarrolló colectores solares que se distinguían por su alta confiabilidad y una óptima relación entre precio y eficiencia energética. Consiguió convencer a la dirección de la planta para que dominara la producción en masa de colectores solares y creara un laboratorio industrial para probar los colectores solares. De 1991 a 2011, KMZ produjo alrededor de 3.000 unidades. colectores solares, cada una de las tres modificaciones de las cuales se distinguió por nuevas cualidades operativas. Guiado por el “precio de la energía” del colector, en el que se comparan los costes de diferentes diseños de SC para la misma radiación solar, A. A. Lychagin creó un colector con un absorbente hecho de una celosía tubular de latón con nervaduras absorbentes de acero. Se desarrollaron y fabricaron colectores solares aéreos. En Adolf Alexandrovich se combinaron las más altas calificaciones de ingeniería y la intuición con el patriotismo, el deseo de desarrollar tecnologías respetuosas con el medio ambiente, la integridad y un alto gusto artístico. Tras sufrir dos infartos, pudo viajar mil kilómetros hasta Madrid específicamente para estudiar durante dos días las magníficas pinturas del Museo del Prado.
JSC "VPK "NPO Mashinostroeniya" (ciudad de Reutov, región de Moscú) produce colectores solares desde 1993. El diseño de colectores e instalaciones solares para calentar agua en la empresa lo lleva a cabo el departamento de diseño de la Oficina Central de Diseño de Ingeniería Mecánica. Responsable de proyectos - Ph.D. Nikolái Vladímirovich Dudarev. En los primeros diseños de colectores solares, las carcasas y los absorbedores soldados por estampado eran de acero inoxidable. A partir de un colector de 1,2 m², la empresa desarrolló y fabricó sistemas solares de calentamiento de agua por termosifón con depósitos de 80 y 120 litros de capacidad. En 1994, se desarrolló e introdujo en producción una tecnología para producir recubrimientos absorbentes selectivos utilizando el método de deposición por arco eléctrico al vacío, que se complementó en 1999 con el método de deposición al vacío por magnetrón. A partir de esta tecnología se inició la producción de colectores solares del tipo “Falcon”. La carcasa del absorbente y del colector se fabricó con perfiles de aluminio. Ahora NPO produce colectores solares de efecto Sokol con absorbentes de tubos de láminas de cobre y aluminio. El único colector solar ruso está certificado según las normas europeas por el Instituto SPF de Rapperswill en Suiza (Institut für Solartechnik Hochschule für Technik Rappelswill).
La empresa de investigación y producción "Competitor" (desde 2000 - "Raduga-C", ciudad de Zhukovsky, región de Moscú) produce colectores solares "Raduga" desde 1992. Diseñador jefe: Vyacheslav Alekseevich Shershnev.
El absorbente soldado por sello estaba fabricado de chapa de acero inoxidable. El absorbente está recubierto con pintura selectiva PVD o negra mate resistente al calor. Programa anual de I+D de hasta 4000 unidades. Las características energéticas del colector se obtuvieron durante pruebas en ENIN. También se fabricó la instalación solar de termosifón “Raduga-2M”, compuesta por dos SC de 1 m² y un depósito de 200 litros de capacidad. El tanque contenía un panel calefactor plano, que recibía refrigerante del SC, así como un calentador eléctrico de respaldo con una potencia de 1,6 kW.
New Polyus LLC (Moscú) es el segundo fabricante ruso que ha desarrollado sus propios diseños y actualmente produce colectores solares planos de líquido, aire plano, aire-líquido y tubulares de vacío, realiza proyectos e instalación de instalaciones solares. CEO— Alexey Viktorovich Skorobatiuk.
Se ofrecen cuatro modelos de colectores de líquido planos del tipo “YaSolar”. Todos los absorbedores de líquidos de este fabricante están fabricados en chapa de cobre con revestimiento selectivo Tinox y tubos de cobre. La conexión entre los tubos y la chapa se suelda y se lamina. New Polyus LLC también ofrece tres tipos de SC tubulares de vacío de fabricación propia con absorbentes de cobre con tubos en forma de U.
Gennady Pavlovich Kasatkin (nacido en 1941), destacado especialista, persona enérgica y muy inteligente, ingeniero de minas y diseñador con muchos años de experiencia, comenzó a trabajar en ingeniería solar en 1999 en la ciudad de Ulan-Ude (Buriatia). En el Centro de Tecnologías Energéticamente Eficientes (CEFT), que organizó, se desarrollaron varios diseños de colectores de líquido y aire y se construyeron unas 100 instalaciones solares de diversos tipos con una superficie total de 4.200 m². A partir de sus cálculos se crearon prototipos que, tras realizar pruebas en condiciones naturales, se replicaron en instalaciones solares en la República de Buriatia.
El ingeniero G.P. Kasatkin desarrolló varias tecnologías nuevas: soldar absorbentes de plástico y fabricar carcasas de colectores.
Único en Rusia, desarrolló y construyó varias plantas de energía solar aérea con colectores de su propio diseño. Cronológicamente, su desarrollo de colectores solares comenzó en 1990 con absorbedores de tubos de chapa de acero soldados. Luego vinieron variantes de colectores de cobre y plástico con absorbentes soldados y conectados por engarce, y finalmente diseños modernos con láminas y tubos selectivos de cobre europeos. G.P. Kasatkin, desarrollando el concepto de edificios energéticamente activos, construyó una planta de energía solar, cuyos colectores están integrados en el techo del edificio. En los últimos años, el ingeniero transfirió las funciones de liderazgo en CEFT a su hijo I. G. Kasatkin, quien continúa con éxito las tradiciones de CEFT LLC.
En la Fig. En la figura 4 se 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 de energía solar 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 procedentes de bases de datos informáticas satelitales internacionales.
2. La principal escuela de diseño de plantas de energía solar en la Unión Soviética fue el Instituto KievZNIIEP, que desarrolló directrices y decenas de proyectos. Actualmente, no existen normas ni recomendaciones rusas vigentes. Se llevan a cabo proyectos de instalaciones solares de última generación en Instituto Ruso"Rostovteploelektroproekt" (PhD A.A. Chernyavsky) y en la empresa EnergotekhnologiiServis LLC (PhD V.V. Butuzov, Krasnodar).
3. Los estudios técnicos y económicos de las instalaciones solares en la URSS fueron realizados por ENIN (Moscú), KievZNIIEP y TsNIIEPIO (Moscú). Actualmente, este trabajo se lleva a cabo en el Instituto Rostovteploelektroproekt y en la empresa Energotekhnologii-Service LLC.
4. La principal organización científica de la URSS en el estudio de los colectores solares fue el Instituto de Energía que lleva el nombre de G. M. Krzhizhanovsky (Moscú). El mejor diseño de coleccionista de su época fue realizado por Spetsgeliotepomontazh (Tbilisi). Entre los fabricantes rusos, la planta mecánica de Kovrov producía colectores solares con relación óptima Precios y eficiencia energética. Los fabricantes rusos modernos ensamblan colectores a partir de componentes extranjeros.
5. En la URSS, el diseño, la fabricación, la instalación y la puesta en servicio de los colectores solares estuvieron a cargo de la empresa Spetsgelioteplomontazh. Hasta 2010, LLC CEFT (Ulan-Ude) operaba bajo este esquema.
6. Un análisis de la experiencia nacional y extranjera en materia de calefacción solar ha mostrado perspectivas indudables para su desarrollo en Rusia, así como la necesidad apoyo estatal. Entre las medidas prioritarias se encuentran la creación de un análogo ruso de una base de datos informática sobre la radiación solar; desarrollo de nuevos diseños de captadores solares con una óptima relación precio-eficiencia energética, nuevos sistemas de eficiencia energética soluciones 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 la radiación solar se convierte en otra forma de energía útil. A diferencia de los intercambiadores de calor convencionales, en los que se produce una intensa transferencia de calor de un fluido a otro y la radiación es insignificante, en un colector solar la transferencia de energía al fluido se realiza desde una fuente remota de energía radiante. Sin la concentración de los rayos solares, la densidad de flujo de la radiación incidente es, en el mejor de los casos, -1100 W/m 2 y es variable. Las longitudes de onda están en el rango de 0,3 a 3,0 micrones. Son significativamente más pequeñas que las longitudes de onda de la radiación intrínseca de la mayoría de las superficies que absorben radiación. Por lo tanto, la investigación sobre colectores solares presenta desafíos únicos en materia de transferencia de calor con densidades de flujo de energía bajas y variables y un papel relativamente importante para la radiación.
Los colectores solares se pueden utilizar tanto con radiación solar concentrada como sin ella. En los colectores planos, 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 con una superficie más pequeña, aumentando así la densidad del flujo de energía.
1.1. Colectores solares planos. Un colector solar de placa plana es un intercambiador de calor diseñado para calentar un líquido o gas utilizando energía de radiación solar.
Los colectores de placa plana se pueden utilizar para calentar el refrigerante a temperaturas moderadas, t ≈ 100 o C. Sus ventajas incluyen la posibilidad de utilizar radiación solar tanto directa como difusa; no requieren seguimiento solar y no requieren mantenimiento de rutina. 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, sistemas de aire acondicionado, suministro de agua caliente, así como plantas de energía con fluido de trabajo de bajo punto de ebullición, que generalmente funcionan según el ciclo 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 al refrigerante (generalmente 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 superficies de retorno y extremo del colector para reducir las pérdidas por conductividad térmica.
Figura 1. Diagrama esquemático de un colector solar plano.
A) 1 - revestimientos transparentes; 2 - aislamiento; 3 - tubo con refrigerante; 4 - superficie absorbente;
b) 1.superficie que absorbe la radiación solar, 2-canales de refrigeración, 3-vidrio(??), 4-cuerpo,
5- aislamiento térmico.
Fig.2 Colector solar de tipo lámina-tubo.
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 η o muestra qué parte de la radiación solar que llega a la superficie acristalada del colector es absorbida por la superficie negra absorbente, y tiene en cuenta las pérdidas de energía asociadas a la diferencia entre la transmitancia del vidrio y el coeficiente de absorción de la superficie absorbente respecto de la unidad. . Para colectores con acristalamiento monocapa
donde (τα) n es el producto de la transmitancia del vidrio τ y el coeficiente de absorción α que absorbe la radiación de la superficie en caída normal rayos de sol.
Si el ángulo de incidencia de los rayos difiere del directo, se introduce un factor de corrección k, teniendo en cuenta el aumento de las pérdidas por reflexión del vidrio y las superficies que absorben la radiación solar. En la Fig. La Figura 3 muestra las gráficas k = f(1/ cos 0 - 1) para colectores con acristalamiento monocapa y bicapa. Eficiencia óptica teniendo en cuenta el ángulo de incidencia de los rayos distintos de los directos,
Arroz. 3. Factor de corrección teniendo en cuenta el reflejo de la luz solar en la superficie del vidrio y la superficie absorbente negra.
Además de estas pérdidas, en un colector de cualquier diseño existen pérdidas de calor en ambiente Q sudor, que son tenidos en cuenta por la eficiencia térmica, que igual a la proporción la cantidad de calor útil extraído del colector en un tiempo determinado a la cantidad de energía de radiación que le llega del Sol al mismo tiempo:
donde Ω es el área de apertura del colector; I es la densidad de flujo de radiación solar.
La eficiencia óptica y térmica de un colector están relacionadas por la relación
Pérdida de calor caracterizado 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, sustituir Qpot en la fórmula de eficiencia térmica conduce a la ecuación
La eficiencia térmica de un colector también se puede escribir en términos de la temperatura promedio del refrigerante que fluye a través de él:
donde T t = (T in + T out) /2 - temperatura promedio del refrigerante; F" es un parámetro habitualmente denominado “eficiencia del colector” y que caracteriza la eficiencia de la transferencia de calor desde la superficie que absorbe la radiación solar al refrigerante; depende del diseño del colector y es casi independiente de otros factores; valores típicos del parámetro F"≈: 0,8- 0,9 - para colectores de aire planos; 0,9-0,95 - para colectores de líquido planos; 0,95-1,0 - para colectores de vacío.
1.3. Colectores de vacío. En los casos en que se requiere calentamiento a temperaturas más altas, se utilizan colectores de vacío. En un colector de vacío, el volumen que contiene la superficie negra que absorbe la radiación solar está separado del ambiente por un espacio evacuado, lo que puede reducir significativamente la pérdida de calor al ambiente debido a la conductividad térmica y la convección. Las pérdidas por radiación se suprimen en gran medida mediante la aplicación de un recubrimiento selectivo. Dado que el coeficiente 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. La Figura 9.10 muestra ejemplos del diseño de colectores de vacío.
Arroz. 4. Tipos de colectores de vacío.
1 - tubo con refrigerante; 2 - placa con revestimiento selectivo que absorbe la radiación solar; 3 tubos de calor; 4 elementos de eliminación de calor; 5 tubos de vidrio con revestimiento selectivo; b - tubo interior para suministro de refrigerante; 7 recipiente exterior de vidrio; 8 vacío