Теплоноситель для солнечных систем отопления

Теплоноситель для гелиосистемы.

Теплоноситель для гелиосистемы выполняет очень важную роль. Он обеспечивает транспортировку тепловой энергии от солнечного коллектора в бак аккумулятор. В трубках абсорбера коллектора теплоноситель нагревается, а затем отдает тепло водонагревателю через теплообменник.

Очень важно использовать в гелиосистемах качественный теплоноситель, поскольку он продлит срок службы всей гелиоустановки.

Принцип работы теплоносителя в гелиосистеме.

Гелиосистема (система солнечного горячего водоснабжения) включает в себя основные компоненты: 

1. солнечные коллекторы;

2. насосный модуль с группой безопасности;

3. контроллер;

4. бак аккумулятор;

5. дублирующий источник энергии.

В солнечных коллекторах циркулирует теплоноситель или вода (циркуляция в контуре гелиосистемы обеспечивается за счет насоса или за счет естественной циркуляции возникающей при разнице температуры). Нагреваясь в солнечном коллекторе, теплоноситель передает тепловую энергию баку аккумулятору по средствам теплообменника (теплообменник может быть встроен в бак в виде змеевика или может использоваться наружный теплообменник). Вода в баке накапливает тепловую энергию. Этот процесс происходит автоматически благодаря контроллеру, регулирующему работу насоса в гелиосистеме. В случае необходимости автоматика запускает дублирующий источник энергии.

Свойства пропиленгликоля как теплоносителя для гелиосистем

Наиболее подходящим теплоносителем для гелиосистем является вода. Она имеет высокую теплоёмкость и общедоступность. Однако использование воды в чистом виде ограничено климатическими зонами, в которых не бывает отрицательных температур. В других же климатических условиях необходимо предусмотреть предотвращения замерзания воды, поскольку это может разгерметизировать гелиоконтур и привести к поломки солнечных коллекторов. Для этого воду смешивают с пропиленгликолем. В центральной Европе обычно используют 40%-ю концентрацию пропиленгликоля. Эта концентрация соответствует температуре -30˚ С как температура начала кристаллизации теплоносителя для гелиосистем.

Пропиленгликоль представляет собой трудновоспламеняемую, нетоксичную жидкость. Его безопасность свидетельствует применение пропиленгликоля в кондитерской и косметической промышленности. Температура кипения около 188˚ С, плотность – 1,04 г/см³. Пропиленгликоль – это органическая жидкость имеющая обычные свойства. Поэтому из-за воздействия высоких температур, которые возникают во время перегрева (стагнации), теплоноситель подвержен окислению. Это может вызвать появление коррозии на некоторых узлах гелиосистемы тем самым вывести ее из строя. Так же, если в жидкости содержится кислород, то это способствует разложению теплоносителя и образованию твердых отложений. Исследования показали, что в негерметичных системах с постоянным поступлением кислорода этот процесс возникает гораздо чаще, чем вследствие стагнации при высоких температурах.
Для увеличения срока службы теплоносителя, а как следствие всей гелиосистемы в жидкость добавляют специальные антиокислительные присадки. Это обеспечивает поддержание pH-среды в щелочном диапазоне (≥ 7,0). Это гарантирует длительную защиту от коррозии. Однако слишком большое количество добавок в теплоноситель гелиосистемы приводит к ухудшению теплоемкости, поэтому основной задачей производителей является достижения оптимального баланса физических свойств жидкости.

На изображении показан начальный вид теплоносителя с (pH 8,2) и после эксплуатации (pH 6,7), а так же твердые отложения.

Теплоноситель для гелиосистем, подвергающийся незначительным термическим нагрузкам, может прослужить до 10 лет. В солнечных системах с возможными длительными периодами стагнации (например, если гелиосистема спроектирована с возможностью поддержки отопления) теплоноситель может прослужить значительно меньше. Рекомендуется после первых двух-трех лет эксплуатации гелиосистемы проверять показатели кислотности и темперературу замерзания при помощи рефрактометра теплоносителя каждый год.

Расход теплоносителя в солнечном коллекторе.

В гелиосистемах с принудительной циркуляцией теплоносителя основополагающим фактором является удельный расход теплоносителя. Этот параметр измеряется в литрах/час на 1 м² площади абсорбера солнечных коллекторов. Гелиосистема может работать с различными значениями удельного расхода теплоносителя. Значение может зависеть как от конструкции гелиосистемы и солнечных коллекторов, так и географического места эксплуатации гелиосистемы. 

Циркуляция теплоносителя в солнечном коллекторе.

Во время циркуляции, увеличение расхода теплоносителя при одинаковой производительности солнечного коллектора уменьшает разность температур в контуре гелиосистемы (разница между температурой подачи теплоносителя в солнечные коллектора и температурой выхода), а уменьшение расхода ведет к увеличению разности температур.

При высоком значении разницы температур (т.е. при уменьшении расхода) средняя температура солнечных коллекторов будет возрастать, соответственно КПД падает. Однако, в таком режиме циркуляции требуется меньшее электроэнергии при работе циркуляционного насоса и можно использовать магистральные трубы меньших диаметров. Значительное увеличение расхода (Снижение разницы температур) с целью повышения коэффициента полезного действия нецелесообразно, поскольку это повлечет за собой необходимость использования более мощного насоса с высокой производительностью, поэтому эти затраты не будут компенсированы. Так же потребуется использовать трубопроводы с более высокими диаметрами. Это повлечет за собой удорожание все системы и повышение значения тепловых потерь из-за увеличения площадей трубы.

Различают три основных режима циркуляции:

• режим с расходом до 30 л/(ч · м2).

• режим с расходом более 30 л/(ч · м2).

• режим с регулируемым расходом теплоносителя.

Оптимальный расход теплоносителя в солнечных коллекторах.

При проектировании гелиосистемы с принудительной циркуляцией теплоносителя очень важно добиться оптимального значения расхода. Удельный расход должен быть таким, чтобы была обеспечена надежная циркуляция по всему гелиоконтуру и наиболее эффективный теплосъем солнечной энергии. Различные производители указывают различные значения удельного расхода для своих солнечных коллекторов.

Оптимальным значением для гелиосистем с плоскими коллекторами считается значение 25 л/(ч · м²) при полной мощности насоса.

Для некоторых типов вакуумных трубчатых солнечных коллекторов (коллекторы с прямоточным каналом) значение 40 л/(ч · м²) считается оптимальным.

Для солнечных вакуумных коллекторов с тепловой трубкой «Heat pipe» значение такое же, как для плоских коллекторов 25 л/(ч · м²).

Что характерно, что с развитием гелиотехники оптимальное значение расхода теплоносителя изменялось, так, например, 5 лет назад для плоских коллекторов оптимальным считалось значение 40 л /(ч · м²).

Наиболее эффективными являются системы с регулируемым (переменным) расходом теплоносителя. Значение расхода устанавливается автоматически посредствам контроллера и зависит от температуры в баке аккумуляторе и уровня солнечного излучения. Контроллер меняет значение расхода от 100% (максимальное значение) до 20%, регулируя в реальном времени мощность, подаваемую на насос, тем самым ускоряя или замедляя циркуляцию теплоносителя.

Однако в системах с использованием трубчатых солнечных коллекторов с прямоточным каналом режим с регулируемым расходом не рекомендуется, поскольку это нарушает равномерную циркуляцию теплоносителя через солнечный коллектор. При сложной гидравлической схеме коллекторного поля с несколькими параллельно подключенными коллекторными группами режим с регулируемым расходом требует особо точного проектирования и настройки. 

Внимание!

На российском рынке сейчас достаточно большое количество незамерзающих теплоносителей. Но, не все теплоносители одинаково полезны. Дело в том, что химический состав большинства теплоносителей очень вреден как для котлов, так и для резиновых прокладок в системе. Со временем уплотнения начинают разъедаться, и зарастают накипью. Чтобы таких проблем не было Производственная компания «АНДИ Групп» рекомендует использовать Теплоноситель Antifrogen SOL HT компания Clariant – мирового лидера в области специализированных химических реагентов.

Antifrogen SOL HT / Антифроген SOL HT
Готовый к применению теплоноситель с антифризными и ингибирующими свойствами для солнечных систем отопления, работающих при повышенных тепловых нагрузках.

• 
  Теплоноситель Антифроген. Паспорт безопасности. 105.36 КБ
• 
  Antifrogen. Технические характеристики. 610.35 КБ