CC BY
23Статья поступила в редакцию 09.11.2011. Ред. рег. № 1141
The article has entered in publishing office 09.11.11. Ed. reg. No. 1141
УДК 621.472
ВОЗДУШНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ
В.А. Бутузов
ОАО «Южгеотепло» 350042 Краснодар, ул. Садовая, д. 223 Тел./факс +7(861)2517767; e-mail: butuzov@newmail.ru
Заключение совета рецензентов: 15.11.11 Заключение совета экспертов: 16.11.11 Принято к публикации: 17.11.11
Мировое производство воздушных солнечных коллекторов (ВСК) в 2009 г. составило 106000 м2. Особенностью ВСК является возможность работы при отрицательных температурах, а также вдвое меньшая стоимость, чем у жидкостных. При конструктивной схожести ВСК и жидкостных коллекторов первые отличаются применением, в том числе, перфорированных абсорберов. Самая большая в мире воздушная гелиоустановка построена в Монреале (Канада) площадью 10000 м2. В 2009 г. организована Всемирная ассоциация по воздушному солнечному теплоснабжению (SAHWIA). ВСК в России выпускал Ковровский механический завод. Приведены основные технические характеристики 13 ведущих мировых производителей ВСК.
Ключевые слова: воздушные солнечные коллекторы, конструкции, технические характеристики ведущих производителей, российский опыт.
AIR SOLAR COLLECTORS V.A. Butuzov
"Yuzhgeoteplo" Ltd 223, Sadovaya str., Krasnodar, 350042, Russia Tel./fax: +7(862)2517767; e-mail: butuzov@newmail.ru
Referred: 15.11.11 Expertise: 16.11.11 Accepted: 17.11.11
World production of air solar collectors (ASC) in 2009 amounted to 106 000 m2. Feature of ASC is to operate at low temperatures, as well as lower cost double than the liquid. In the constructive similarity ASC and fluid solar collectors are distinguished first application, including perforated absorbers. The world's largest solar power plant air built in the Montreal (Canada) area of 10,000 m2. In 2009 the World Association for the air solar heating (SAHWIA) was organized. Kovrovskiy Mechanical Plant produce ASC in Russia. The main technical characteristics of the 13 leading world producers of ASC are presented.
Keywords: air solar collectors, constructions, technical characteristics of the leading manufacturers, Russian experience.
В современной гелиотехнике наряду с жидкостными солнечными коллекторами [1, 2] широко применяют воздушные солнечные коллекторы (ВСК). В 2009 году ВСК в 14 странах производились 30 крупными фирмами [3] с общей годовой программой 106000 м2 [3, 4]. Особенностью ВСК является возможность использования для отопления объектов в регионах с отрицательными температурами без специальных дорогостоящих теплоносителей, а также меньшая по сравнению с жидкостными коллекторами стоимость (на 30-50%).
Конструктивно ВСК состоит из тех же основных элементов, что и жидкостный коллектор: абсорбер, прозрачная изоляция, теплоизоляция, корпус (рис. 1). Абсорберы ВСК подразделяются по его материалу (алюминий, сталь с покрытиями, пластик), по схеме движения воздуха (над, под и через перфорированный абсорбер). ВСК выпускаются как с прозрачной изоляцией, как правило, стеклом, так и без нее. На рынке появились вакуумные ВСК [4].
а b
воздух
c
Рис. 1. Основные виды конструкции воздушных солнечных коллекторов: 1 - поглощающая панель; 2 - теплоизоляция; 3 - стекло; 4 - корпус; a - с плоской поглощающей панелью (ПП); b - с ребристой ПП; c - с перфорированной Fig. 1. The main types of constructions air solar collectors: 1 - absorbing panel; 2 - thermal insulation; 3 - glass; 4 - body; a - with flat panel; b - with ribbed panel; c - with perforated panel
Воздушные коллекторы изготавливаются отдельными модулями с различными габаритами, их также интегрируют в вертикальные ограждения зданий (рис. 2).
Рис. 3. Воздушная гелиоустановка торгового центра Fig. 3. air solar power plant in shopping center
На рис. 5 представлена самая большая в Европе воздушная гелиоустановка в г. Свидница (Польша) с перфорированным абсорбером с площадью 2000 м2. Она отапливает цеха завода с объемом помещений 55000 м3. Температура нагретого воздуха от 30 °С в солнечную погоду до 10 °С в облачную [5]. Стоимость таких гелиоустановок 100-120 евро/м2, срок окупаемости - 5 лет. В Канаде и США построено 34 гелиоустановки с перфорированными ВСК с общей площадью 32400 м2, из них самая большая в мире -для производственного здания в г. Монреале (Канада) площадью 10000 м2 [6].
Рис. 2. Фасад здания с прозрачными воздушными коллекторами фирмы «Lubi» (Канада) Fig. 2. The facade of the building with transparent air collectors, Company «Lubi» (Canada)
На рис. 3 приведена воздушная гелиоустановка торгового центра в Германии с модульными ВСК фирмы «вгаттеп» (Германия), схема которой представлена на рис. 4.
Рис. 4. Схема воздушной гелиоустановки Fig. 4. Scheme of air solar power plant
В таблице по данным журнала «Sun, Wind, Energy» [3] приведены технические характеристики ведущих мировых производителей ВСК. Центром производства этого оборудования является Канада, где производится более половины мирового количества ВСК - 65201 м2 в 2009 г. [4]. Мировой лидер -канадская компания «Conservai» с годовой программой 42000 м2 в 2010 г. увеличила производство до 70000 м2.
Рис. 5. Фрагмент самой большой в Европе воздушной гелиоустановки в г. Свидница (Польша) Fig. 5. Fragment of Europe's largest air solar power plant in Swidnica (Poland)
В 2009 г. в Мюнхене создана Всемирная ассоциация по солнечному теплоснабжению (8АН"ЩА).
Анализ возможностей применения ВСК в России показал перспективность их для отопления на значительной части территории России. В 2005 году Ков-ровский механический завод разработал и выпустил опытную партию ВСК (главный конструктор А.А. Лычагин) [7]. Конструкция ВСК с габаритами 1000x985x225 мм имела стальной ребристый абсорбер площадью 2,8 м2, стекло толщиной 3 мм, теплоизоляцию из пергаминового короба. Испытания данного ВСК были выполнены институтом «Ростовтеп-лоэлектропроект» в Таганроге, они подтвердили основные расчетные характеристики ВСК Ковров-ского завода.
С учетом изложенного одним из перспективных видов гелиотехнического оборудования для российского рынка является воздушный солнечный коллектор, при разработке которого необходимо учесть отечественный и зарубежный опыт.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (103) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
Обзор рынка воздушных солнечных коллекторов Market overview of air solar collectors
№ п/п 1 2 3 4 5
1 2 3 Наименование компании, страна (год начала производства) Solar Breeze Австралия (2005) Conserval Engineering, Inc. Solar Wall Europe Sarl Канада/Франция (1985) Enerconcept Technologies ins. Канада (2007) Your Solar Home Inc. Канада(2004) Himin Китай (1995)
4 Назначение жилые дома и коммерческие объекты частные, промышленные, административные, военные, аграрные здания промышленные, административные, коммерческие здания жилые и коммерческие здания коммерческие и гражданские здания
5 Рынок Австралия весь мир Канада и США (Luba) весь мир (Lubi) США, Канада, европейские страны -
б Тип коллектора Solar Breeze Solar air heater SB1 SolarWall Air Heating System SolarDuct PV/T Luba Solar GL Lubi Wall для крыш SolarSheat 1500GS SolarSheat 1500G IKS20/2.1
7 Площадь коллектора 4 м2 стандартный, большие коллекторы принимается по месту типовые 100-1000 м2 2,2 м3 (один СК) 2,5 м2 по заявке 2,2 м2 1,9 м2; 2,2 м2 3,54 м2 (вакуумный трубчатый коллектор)
8 Вес 64 кг 10 кг/м2 52 кг + вес PV модулей 35 кг 2,3 кг/м3 38 кг 41 кг -
9 Максимальная температура нагрева воздуха 25-35 °С 40 "С 35 "С 3б "С 45 "С 24 "С 22 "С -
10 Температура стагнации При интенсивности солнечной радиации 1100 Вт/м2 и температуре окр. среды 28 °С температура воздуха в коллекторе 82 °С - 120 "С 100 "С -
11 Тепловая мощность 700 Вт/м2 700 Вт/м2 500 Вт/м2 743 Вт/м21 807 Вт/м2 (радиация 1000 Вт/м2) 500 Вт/м2 450 Вт/м2 -
12 Рекомендованный расход воздуха 190-410 м3/ч 50-100 м3/ч на 1 м2 площади СК 100 м3/ч на 1 м2 площади СК 500 м3/ч на коллектор 70 м3/ч на 1 м2 СК 58 м3/ч -
13 Открытый / закрытый контур оба открытый открытый закрытый -
14 Со стеклом / без стекла стекло без стекла стекло стекло -
15 Воздух над/ под/ через абсорбер через через над и через над под -
стены
1б Материал абсорбера алюминий сталь с гальваническим покрытием или алюминий сталь здания функц. как абсорбер алюминий -
17 Цвет абсорбера черный, белый, серебристый, коричневый все стандартные цвета типовой черный матовый черный любой цвет черный
18 Тип монтажной системы фасадный, стеновой, крышный строительство интегрировано со стенами здания и кровлями модульный крышный крышный фасадный или интегрированный в здание стены (фасады), крыши
19 Стандарт ANSI/ASAES423 MAR98 CSF378.2 CSF378.2 CSA 378 SRCC OG 100, CSA GB/T17581-1998 (для вак. СК SAC)
20 Табель качества нет CSА (Канада/США), Avis Technologue (Франция) и сертификация тестирования NCTF CSA approved SRCC OG 100 -
Продолжение таблицы Continue table
№ п/п 6 7 8 9 10
1 Наименование компании, страна (год начала производства) Solar Venti Дания (1985) Opaly Франция (-) EnerSearch GmbH Германия (2010) Grammer Solar GmbH Германия (1977) Planters Energy Network Индия (1989)
2
3
4 Назначение жилые дома промышленные, коммерческие здания, склады жилые дома, коммерческие здания жилые дома, коммерческие и общественные здания аграрные процессы и коммерческие здания
5 Рынок 40 стран Франция, др. страны Германия Весь мир, в центре спроса Европа и Канада Индия, Филиппины, ОАЭ
б Тип коллектора SV30, SV14, SV7 SolarVenti Асйуейкт Solar air collector 4,0 Twinsolar / Topsolar Jumbosolar PEN solar air Collector PEN Solar drier
7 Площадь коллектора SV30 - 3,0 м2 SV14 - 1,4 м2 SV7 - 0,7 м2 много вариантов 4,0 м2 1,3 - 14 м2 (Twinsolar) 4-20 м2 (Topsolar) модули по 2 м2 20 м2 и без ограничений модулями по 2,5 м2 1,9 м2 5,75 м2
8 Вес SV30 - 24 кг SV14 - 14 кг SV7 - 8 кг 10-15 кг/м2 23 кг 45 кг (2 м2) 80 кг коллектор 40 кг/м2 45 кг/м2
9 Максимальная температура нагрева воздуха 40 °С 50-60 °С 28 °С 40 "С 80 °С 40-б0 "С
10 Температура стагнации SV30 - 105 °С SV14 - 90 °С SV7 - 80 °С много вариантов 104 °С 150 °С 120 "С
11 Тепловая мощность 750 Вт/м2 300-400 кВт/м2 в месяц 729 Вт/м2 650 Вт/м2 (1000 Вт/м2 радиации, увел. температ. 40 оС) 400 Вт/м2
12 Рекомендованный расход воздуха 50-100 м3/ч много вариантов 20-50 м3/ч на 1 м2 СК 80-350 м3/ч через блок СК (Twin) 150-400 м3/ч через блок СК (Top) бб0-2000 м3/ч через блок СК 40 м3/ч
13 Открытый / закрытый контур открытый оба открытый оба открытый
14 Со стеклом / без стекла стекло стекло стекло стекло стекло, частично двойное стекло
15 Воздух над/ под/ через абсорбер через над над и через над под
1б Материал абсорбера полиэстер металл-пластик полимеры алюминий алюминий
17 Цвет абсорбера черный много вариантов разнообразные цвета черный черный
18 Тип монтажной системы фасады и кровли не интегрированные только фасады интегрированы в кровлю, монтаж фасадов фасады, крыши, свободная установка крышный, модульный интегрир. коллектор -
19 Стандарт - С8ТБ EN 12975-1,2:2006 prEN12975-2 -
20 Табель качества нет нет нет RAL квалиф. табель для солн. энерг. систем нет
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 11 (103) 2011
© Scientific Technical Centre «TATA», 2011
Продолжение таблицы Continue table
№ п/п 11 12 13
1 2 3 Наименование компании, страна (год начала производства) NRG Technologists Pvt. Ltd Индия (1988) Termotend s.a.s. Италия (2005) OM Solar, INC Япония (1987)
4 Назначение фармацевтические и пищевые промышленные процессы жилые и аграрные здания жилые, коммерческие, гражданские здания
5 Рынок Индия, Азия, Африка Италия, Тунис Япония, Китай
б Тип коллектора NRG-SAN-BA | NRG-SAN-AA TermoFlow OM solar system
7 Площадь коллектора 2 м2 2 м2 1,5-2,25 м2
8 Вес 35 кг 38 кг 16,5 кг 30-50 кг коллектор со стеклом
9 Максимальная температура нагрева воздуха 70 "С 55 "С 60 °С 40 °С
10 Температура стагнации 170 "С 150 "С 90 °С 130 °С
11 Тепловая мощность 1000 Вт/м2 900 Вт/м2 800 Вт/м2 400 Вт/м2
12 Рекомендованный расход воздуха зависит от назначения (серия параллельного соединения по заданной температуре) 80 м3/ч 600 м3/ч
13 Открытый / закрытый контур открытый контур циркуляции для большей эффективности открытый открытый
14 Со стеклом / без стекла стекло 4 мм с силиконовым уплотнением стекло оба
15 Воздух над/под/ через абсорбер поток воздуха под абсорбером турбулизированный внутри абсорбера под
1б Материал абсорбера медь совместно с алюмин. обратной стороной медь специал. метал. абсорбер сталь
17 Цвет абсорбера черное селективное покрытие меди черное -окрашенная медь (не селективное) светло-зеленый черный
18 Тип монтажной системы модульные конструкции для монтажа в стенах и интегрированные в крыши фасады интегрированный в крышу
19 Стандарт - Тест Миланского университета BL, JIS
20 Табель качества нет нет BL-bs
Список литературы
1. Бутузов В.А., Шетов В.Х., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Солнечные коллекторы. Тенденции совершенствования конструкций // Альтернативная энергетика и экология - Ш-ТЛЕЕ. 2009. № 10. С. 41-51.
2. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Вакуумные трубчатые коллекторы. Мировые производители и перспективы производства в России // Альтернативная энергетика и экология -ШАБЕ. 2010. № 5. С. 47-54.
3. Banse S. Standardization paves the way to the mass market // Sun, Wind Energy. 2010. № 9.
4. Banse S. Upswing for hot air // Sun, Wind Energy. 2010. № 12.
5. Berner J. Air collectors in commercial buildings: ventilation systems that save energy // Sun, Wind Energy. 2008. № 5.
6. Berner J. Manufacturer founds air collector associations // Sun, Wind Energy. 2009. № 7.
7. Лычагин А.А. Солнечное теплоснабжение в регионах Сибири и Приморья // Промышленная энергетика. 2009. № 1.
