Сообщений: 4 Страница 1 из 1
Стагнация гелиосистемы - как правильно учесть эффект стагнации при проектировании и подборе оборудования?
Из статьи "Стагнация гелиосистем" Авторы: Роберт Хауснер и Кристиан Финк — сотрудники возобновляемой энергетики австрийского Института устойчивых технологий.

Гелиотермальные системы, как и вся отрасль возобновляемой энергетики, находится в фазе интенсивного развития на отечественном рынке. Но, как ни странно, технологии, хорошо отработанные за рубежом, при переносе в отечественные условия часто дают сбой. В большинстве случаев причиной таких сбоев является слабая подготовка специалистов проектных и монтажных организаций в данной области. И если гелиосистемы горячей воды на санитарные нужды уже новинкой не назовешь, то комбинированные гелиосистемы, служащие как для нагрева воды на нужды ГВС, так и для подогрева теплоносителя отопления, малоизвестны большинству специалистов. Предвидя вопросы, связанные с проектированием и установкой таких систем, а также с нештатными ситуациями, которые могут возникнуть в ходе эксплуатации и методами их устранения, мы предлагаем вам ознакомиться со статьей «Стагнация гелиосистем».

Из-за большой площади коллекторов и малых летних полезных потреблениях тепла, комбинированные гелиосистемы чаще страдают от перегрева, чем гелиосистемы работающие только на ГВС. Адекватная защита от перегрева гелиосистемы является важным вопросом для обеспечения правильной и длительной работы такой системы с минимальным техническим обслуживанием. А процесс стагнации комбинированных гелиосистем является критическим и нежелательным.

В летний период отопительные гелиосистемы часто входят в состояние стагнации, так как накопительный резервуар при солнечной погоде легко достигает максимальных температур (около 95°С). В этом случае контроллер отключает насос гелиоколлекторов и температурапоглотителя начинает быстро возрастать (так называемая температура стагнации) до значений 180...210°С (плоские коллекторы) или 220...300°С (вакуумные коллекторы). Часто испарение теплоносителя случается и с плоскими коллекторами, и в контурах, имеющих предохранительные клапаны на 6 бар. Обычно расширительный бак подбирается таким образом, чтобы компенсировать увеличенный при нагреве объем теплоносителя плюс объем жидкости, содержащийся в коллекторах. Такой подбор должен препятствовать чрезмерному росту давления и утере теплоносителя из-за срабатывания предохранительного клапана.

Несмотря на это, случаются ситуации с перегревом и утерей теплоносителя в летний период:
Высокая температура в некоторых частях коллектора и аккумулятора тепла из-за интенсивного солнечного излучения, и как результат — выход из строя компонентов и утечка теплоносителя.
Срабатывание предохранительного клапана, несмотря на то, что объем расширительного подобран по вышеизложенным правилам.
Шок от давления конденсации в контуре коллектора и во вторичном контуре.

Фазы возникающие во время стагнации

Стагнацию можно разделить на пять фаз. Немного отличий наблюдается в случае, когда обратный клапан, расположенный в системе, не позволяет теплоносителю поступать в расширительный бак из обоих трубопроводов и подающей и обратной линий. В остальном всегда наблюдаются те же пять фаз, но с количественными различиями.

Фаза 1. Расширение жидкости

Температура коллектора растет, пока не будет достигнута температура кипения теплоносителя. Увеличение давления при этом незначительно.
Фаза 2. Выдавливание жидкости из коллектора
Большое количество жидкости выдавливается в расширительный сосуд из-за формирования в коллекторе насыщенного пара. В результате давление к системе быстро растет. Жидкость которая выдавливается насыщенным паром из коллектора близка к температуре кипения, доходя до компонентов системы, она приводит их к температурному стрессу. Данная фаза длится всего несколько минут пока не установится свободный путь для пара от входа коллектора до выхода. При этом в коллекторе остается остается некоторое количество жидкости теплоносителя.

Фаза 3. Опорожнение коллектора из-за кипения

Оставшийся теплоноситель в коллекторе начинает испаряться и переносить энергию в виде пара по системе. Происходит нагрев некоторых компонентов системы до температуры кипения при конденсации теплоносителя. Локальные температуры участков системы определяются давлением и составом смеси (парообразный и жидкий теплоноситель) в определенной точке системы. При типичных давлениях в комбинированных гелиосистемах от 1,5 бар до 3,5 бар температуры кипения теплоносителя меняются от 130°С до 155°С. Энергия от кипящего коллектора передается все компонентам системы (трубопроводы, теплообменник и т. д.). В конце фазы 3 достигаются максимальные значения температур и давления теплоносителя.

Фаза 4. Опорожнение коллектора из-за перегретого пара

По мере выпаривания теплоносителя коллектор становится сухим, а пар в нем — перегретым. Из-за этого перенос энергии от коллектора к элементам системы значительно снижается. В результате объем пара может уменьшиться, а жидкий теплоноситель — поступать назад в коллектор, несмотря на то, все еще есть большой теплоприток от солнца. Фаза перегретого пара может длиться несколько часов при безоблачной погоде, и заканчивается, когда солнечное излучение идет на убыль.
Фаза 5. заполнение коллектора
Коллектор заполняется теплоносителем, когда температура в нем падает ниже точки кипения. При этом из-за снижения солнечного излучения парообразный теплоноситель конденсируется.

Критические фазы

Горячий теплоноситель, выдавливаемый из коллектора на протяжении фазы 2, подвергает критической температурной нагрузке компоненты системы. Особо опасное явление представляет собой конденсация насыщенного пара в «холодных» местах системы с потенциальной последующей деградацией узлов. Возможен перегрев в следствии конденсации паров теплоносителя в таких традиционно «ненагруженных» высокими температурами и довольно удаленных местах как расширительный бак, расположенный недалеко от бака-аккумулятора.
На протяжении фазы 2 и 3 мы имеем максимальные температуры. Остаток жидкого теплоносителя в конце фазы 2 определяет продолжительность фазы 3. Процесс испарения жидкого теплоносителя подвергает весь коллектор воздействию температуры насыщения (кипения). При этом испарении отводится довольно много энергии. Это приводит к увеличению потока пара, который достигает своего максимума в конце фазы 3. Как только весь теплоноситель испарился, коллектор достигает максимальной температуры стагнации и отвод энергии от коллектора к элементам системы прекращается (приблизительно середина фазы 4).
Особенности опорожнения коллектора на протяжении фазы 2 является важными характеристиками установки. Системы и коллекторы одинаковы, но с различной способностью к опорожнению. Фазы стагнации определены при помощи коллектора, у которого он была низкой. В этом примере давление 3,2 бара соответствует объему пара теплоносителя, который находится в коллекторе. В случае превышения указанного давления парообразный теплоноситель достигает удаленных от коллектора компонентов гелеоустановки.
Рисунок 2 показывает колебания температуры на протяжении 5 месяцев в различных точках гелиосистемы, коллектор которой плохо опорожняется. Максимальная температура компонентов системы, которые находились в котельной, достигала 150°С, абсорбера коллектора - до 210°С и в трубопроводах обвязывающих коллектор — около 170°С. Эти максимальные температуры держались на протяжении 26 часов для подающего трубопровода и на протяжении 10 часов для обратного трубопровода. Формирование пара, которое происходило довольно часто, влияло на вторичный контур (температуру на выходе из вторичного теплообменника). Температура в патрубке, подключающем расширительный

Способность к опорожнению гелиополей

Хорошая способность к опорожнению единичного коллектора не является гарантией хорошей способности к опорожнению гелиополей.Основные подходы к обвязке единичного коллектора должны быть учтены при обвязке гелиополей. Если линии подключения гелиополей устроены неудачно, хорошее опорожнение единичных коллекторов может привести к плохому опорожнению гелиополей.
Как пример приведена схема подключения двух коллекторов на рисунке 5 (левая схема). Из-за особенности обвязки коллекторов образуется застойная зона, которая является ловушкой для жидкого теплоносителя. В конце фазы 2 это приводит к тому, что один из двух коллекторов заполняется паром вследствие индивидуальных особенностей. Полученный парожидкостный контур, который может существовать долгое время, поставляет жидкий теплоноситель, получаемый из-за конденсации в трубопроводе, для второго коллектора, который из-за этого не может нормально опустошаться. Такой процесс приводит к большему распространению пара по системе. Простейшим решением такой системы является реконструкция, которая позволит теплоносителю эффективно сливаться из коллекторов (см. рис. 5 правая схема).

Влияние вида гидравлической системы на опорожнение коллектора

На способность к опорожнению существенное влияние оказывает месторасположение обратного клапана по отношению к расширительному баку. Если обратный клапан расположен, как показано на рисунке 6 справа, то это приводит к тому, что теплоноситель может покидать коллектор только через линию подачи в верхнем правом углу коллектора. Из-за этого в конце фазы 2 в коллекторе содержится большой объем жидкого теплоносителя, который может быть удален из коллектора только путем испарения. Большое количество пара генерируется в этом процессе и проникает к удаленным участкам системы. Линия возврата коллектора остается заполненной жидким теплоносителем из-за расположения обратного клапана, который мешает оттоку жидкости в расширительный бак.
Данную схему можно улучшить, если переустановить обратный клапан, как показано на рисунке 6 (схема слева). Установленный в таком месте обратный клапан не препятствует выдавливанию теплоносителя через обратный трубопровод в расширительный бак в фазе 2. Способность к опорожнению коллектора значительно улучшается (теплоноситель покидает коллектор через два трубопровода вместо одного).

Меры по минимизации влияния стагнации на коллектор при плохой способности к опорожнению

Продолжение....
Вот ссылка на статью с таблицами и графиками:

СТАГНАЦИЯ ГЕЛИОСИСТЕМ - http://max-energy-saving.info/#article/25.html
Moderator1 писал(а): Вот ссылка на статью с таблицами и графиками:

СТАГНАЦИЯ ГЕЛИОСИСТЕМ - http://max-energy-saving.info/#article/25.html



Привет всем! Жутко умная статья про стагнацию гелиосистем, может кто разжует?
Сообщений: 4 Страница 1 из 1

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

cron