Энергоактивные здания - Системы солнечного отопления

Системы солнечного отопления и горячего водоснабжения
В. Н. Богословский, С. Г. Булкин

Основной объект строительства — здания — потребляют в основном тепловую энергию на отопление, горячее водоснабжение и реже на кондиционирование воздуха. Солнечные установки для энергоснабжения здания должны преобразовывать солнечную энергию в тепловую и включать в себя гелиоприемник, аккумулятор теплоты; при необходимости, трансформатор температуры — тепловой насос, а также потребитель теплоты — систему отопления, горячего водоснабжения или кондиционирования воздуха здания.
Преобразователи солнечного излучения в тепловую энергию подразделяются на два основных класса: концентрирующие и плоские гелиоприемники.
Преимуществом концентрирующих гелиоприемников является возможность нагрева теплоносителя до температур свыше 100° С. Недостатки заключаются в необходимости постоянной очистки отражающей поверхности, устройстве дорогостоящей механической системы слежения за солнцем; возможности использования только прямой солнечной радиации, что ограничивает время активной работы и требует аккумуляторов теплоты большой емкости. Перечисленные выше недостатки сдерживают их применение. В последнее время широкое распространение в практике гелиотехники находят в основном плоские гелиоприемники.
На сегодня разработаны четыре поколения гелиоприемников, основу которых составляют тепловоспринимающие панели [2, 3, 4]. Эффективность таких гелиоприемников, особенно сезонная и годовая, относительно невысока из-за работы лишь в светлое время суток и лишь при минимально необходимой для этого интенсивности солнечной радиации.
Опыт эксплуатации нагревательных установок на основе солнечных коллекторов наряду с положительными качествами выявил ряд существенных недостатков. Прежде всего, это достаточно высокая стоимость. Повышение эффективности работы коллекторов за счет селективных покрытий тепловоспринимающих поверхностей, увеличения прозрачности остекления, устройств снижения конвективного теплообмена, вакуумирования, устройства системы слежения, повышенные эксплуатационные затраты на очистку и ремонт затрудняют выход на экономически рентабельный уровень [2].
Прибором, с помощью которого устраняются многие из перечисленных недостатков, является солнечный абсорбер.

4.2.1. Солнечные абсорберы представляют собой разновидность плоских гелиоприемников. Они состоят из одной тепловоспринимающей панели, не изолированной остеклением со стороны, обращенной к солнцу, а часто и теплоизоляцией с обратной стороны. Теплоноситель подается в панель с температурой на несколько (3—5 К) градусов ниже температуры окружающего воздуха. За счет этого возможно использование не только энергии прямой и рассеянной солнечной радиации, но и теплоты атмосферы, осадков, фазовых превращений на поверхности при конденсации и инееобразовании (рис. 4.2). Возможна также утилизация теплопотерь через ограждающие конструкции при совмещении с ними абсорбера.
Солнечные абсорберы фактически имеют минимум потерь теплоты. Лишь 5—10% падающей на поверхность абсорбера солнечной радиации отражается от нее в зависимости от цвета и качества покрытия. Составляющая длинноволнового излучения в энергетическом балансе абсорбера может быть либо нулевой, либо положительной, т.е. лучистые потери или отсутствуют или абсорбер сам дополнительно воспринимает длинноволновое излучение окружающих поверхностей.
Предлагается к применению конструкция солнечного абсорбера, разработанная в Московском инженерно-строительном институте им. В. В. Куйбышева, типа лист-труба с трубами квадратного сечения (рис. 4.3). Основным тепловоспринимающим элементом является стальной лист 1, толщиной 1,5 мм, к которому скобами 2, 3 и накладками 4 прижат коллектор 5, сваренный из труб прямоугольного сечения 25х28х1,5 ГОСТ 8645—68. Ввод и вывод теплоносителя осуществляются с нижней стороны абсорбера через штуцера, к которым на муфтовом соединении крепятся трубопроводы. Между собой коллекторы соединяются трубами 6.
Приведенная конструкция солнечного абсорбера может заменять собой кровельное покрытие. Для обеспечения герметичности соединения отдельных абсорберов между собой по продольному и поперечному краям листов накатываются полукруглые канавки на накладываемом листе с внутренней стороны, а на нижележащем — с наружной, как показано на рис. 4.3. В канавки укладывается герметизирующий резиновый шнур ГОСТ 6467-79 [5]. Листы стягиваются между собой и крепятся к стропильной конструкции болтами 7. Продольное соединение (разрез А—А) обеспечивает накладка 9 с накатанными на ней с внутренней стороны полукруглыми канавками, в которые также укладывается резиновый герметизирующий шнур 8. От коррозии абсорберы защищают лакокрасочными или пластмассовыми покрытиями.
Разработанная конструкция обладает за счет трубного коллектора жесткостью, позволяющей выдерживать снеговые и ветровые нагрузки. Трубы прямоугольного сечения имеют большую площадь контакта с листом, а равномерное прижатие их к листу с помощью накладок обеспечивает лучший контакт с поверхностью, чем при сварном соединении.
Другой конструкцией, рекомендуемой к применению в качестве солнечного абсорбера, являются стальные штампованные радиаторы, широкий промышленный выпуск которых налажен на нескольких крупных заводах. Выпускают 14 типоразмеров радиаторов РСГ2 в однорядном, двухрядном и трехрядном исполнении, а с 1980 г. приступили к серийному производству четырехходового радиатора с переменным сечением коллектора РСГ4 и панельных радиаторов колончатого типа РСВ 5 с расстоянием между штуцерами 500 мм на рабочее давление до 1 МПа.
Стальной панельный радиатор представляет собой две симметричные отштампованные из листовой стали, толщиной 0,5 мм панели требуемых размеров, сваренные электроконтактной сваркой, так, что при этом образована система вертикальных и горизонтальных каналов.
С конструктивной точки зрения, наиболее целесообразной для использования в качестве солнечного абсорбера, представляется модель РСВ 5-1-6, размеры которой представлены на рис. 4.4.
Эту модель целесообразно применять в качестве элементов строительных конструкций, таких, как козырьки, навесы, балконные ограждения, элементы ограды и др., или совмещать со строительными конструкциями (стеновые панели перекрытия и др ). При этом отпадает необходимость в специальной облицовке фасадов, устройстве рулонного кровельного покрытия и др., так как абсорберы надежно защитят их от неблагоприятных атмосферных воздействий, что удешевит строительные конструкции при сохранении их надежности. Циркулирующий же по каналам абсорберов теплоноситель отведет от ограждающих конструкций избытки теплоты в жаркое время, что повысит их теплотехнические качества и позволит регулировать последние. Солнечные абсорберы намного легче «классических» коллекторов типа «горячий ящик», что дает возможность их применения без дополнительного усиления несущих конструкций.
Если в качестве абсорбера будет применяться стальной штампованный радиатор, то стоимость его 1 м² составит в среднем 5 руб., что более чем в 8 раз меньше стоимости 1 м² коллектора. Однако следует помнить, что абсорберы используются в сочетании с тепловым насосом, эксплуатация которого требует дополнительного подвода энергии.
На основании теплотехнических испытаний абсорбционных гелиоприемников [1, 5, 6] определены общие коэффициенты теплопередачи конструкций в различных условиях эксплуатации. Ниже приведены их средние значения.
На основе корреляционно-регрессионного анализа выведена зависимость [5] общего коэффициента теплопередачи абсорбера от расхода теплоносителя G, угла наклона абсорбера к горизонту а, скорости ветра v, температуры наружного воздуха и гелиоприемника (абсорбера) tгел.

Как видно из вывода, целесообразно использовать режимы конденсации и инееобразования на поверхности абсорбера в годовом режиме работы. Обратные процессы не играют существенной роли при крутом угле наклона абсорбера, являющимся лучшим для наиболее полного поглощения солнечной радиации, так как конденсат скатывается с поверхности и к моменту начала процесса испарения и таяния на ней остается лишь его незначительная часть.

4.2.2. Теплоноситель гелиоконтура.

В связи с тем, что температура теплоносителя в гелиоконтуре систем с абсорбционными гелиоприемниками должна быть на несколько градусов ниже температуры окружающего воздуха (для полезного использования теплоты окружающего воздуха), при эксплуатации зимой в системе должен применяться незамерзающий теплоноситель.
В гелиосистемах широко применяется антифриз в виде водного раствора этиленгликоля [3], однако он обладает существенными недостатками, главным из которых является то, что он ядовит. Это требует применения многоконтурных систем и надежной защиты от попадания его в системы горячего водоснабжения. Кроме того, данный атифриз вызывает активную коррозию металлов, что требует применения в гелиосистемах дорогостоящих и дефицитных цветных металлов или ведет к снижению долговечности системы в целом.
Предлагается применять в качестве теплоносителя гелиоконтура водный раствор глицерина (глизантин). Он не ядовит и не вызывает коррозии металлов, поэтому в качестве гелиоприемников выгодно использовать стальные штампованные радиаторы с тонкой стенкой. Коррозии внутренних стенок происходить не будет, а при надежной защите с наружной стороны можно рассчитывать на их долговечность.
Физические свойства глизантина, такие, как температура замерзания, кинематическая вязкость, плотность и теплоемкость в зависимости от температуры и концентрации, а также температура замерзания в зависимости от концентрации, приведены на рис. 4.5, 4.6, 4.7, 4.8.
Как видно из рис. 4.5, при концентрации 50% возможно использование глизантина как теплоносителя до температуры наружного воздуха —39° С.
При этом плотность жидкости увеличивается всего на 8%, а кинематическая вязкость возрастает в 4 раза по сравнению с использованием в качестве теплоносителя воды.
Сейчас ведутся работы по применению в качестве теплоносителя калтазина и «НОЖ-2», также не вызывающих коррозии металлов.

4.2.3. Тепловые насосы являются преобразователями тепловой энергии, в них происходит повышение ее потенциала (температуры). Тепловые насосы подразделяются на три вида: компрессионные, сорбционные и термоэлектрические.
Принцип работы компрессионных тепловых насосов основан на последовательном осуществлении процессов расширения и сжатия рабочего вещества. Тепловые насосы этого вида подразделяются на воздушно-компрессионные и парокомпрессионные.
Принцип работы сорбционных тепловых насосов основан на последовательном осуществлении термохимических процессов поглощения (сорбции) рабочего агента (отдача теплоты) соответствующим сорбентом, а затем выделения (десорбции) рабочего агента (поглощение теплоты) из сорбента. Сорбционные установки делят на абсорбционные (объемное поглощение) и адсорбционные (поверхностное поглощение).

Термоэлектрические тепловые насосы основаны на эффекте Пельтье, в результате которого при прохождении через спаи материалов электрического тока в них выделяется и поглощается теплота.
Экспертные оценки развития теплонасосной техники указывают на то [7], что основным типом намечаемых к широкому внедрению в будущем теплонасосных систем будут парокомпрессионные тепловые насосы.
Парокомпрессионный тепловой насос (рис. 4.9) включает компрессор, который засасывает из испарителя пары рабочего вещества, сжимает их и подает в конденсатор. Процесс сжатия в компрессоре сопровождается повышением температуры и давления паров. В конденсаторе происходит конденсация паров рабочего вещества и выделение той теплоты конденсации, которая должна быть отведена. Из конденсатора рабочее вещество, находящееся в жидком состоянии, поступает через дроссельный вентиль, уменьшающий давление, в испаритель, где жидкость испаряется. Испарение происходит при более низкой температуре, чем конденсация. Теплота, необходимая для процесса испарения, должна быть подведена к испарителю. Источником этой теплоты в гелиосистемах с абсорбционными гелиоприемниками служит солнечная радиация и теплота наружного воздуха. Стоком теплоты в конденсаторе являются системы отопления или горячего водоснабжения.
Изменение параметров в рабочем цикле теплового насоса в Т—S-диаграмме представлено на рис. 4.10. Термодинамическая эффективность процесса определяется зависимостью
(4-2)
где Th — температура конденсации; Т„ — температура испарения.
Из формулы (4.2) видно, что процесс протекает тем эффективнее, чем меньше разность температур между конденсатором и испарителем. В связи с этим при проектировании гелиосистем расчетную температуру теплоносителя в системе отопления и горячего водоснабжения надо выбирать как можно ниже. По нормам многих стран эта температура должна быть около 45-50 С. Температура испарения в гелиосистемах с абсорбционными гелиоприемниками определяется температурой окружающего воздуха. Выбор температуры испарения является экономической задачей и определяется экономически минимальной разностью температур между температурами испарения и наружного воздуха при минимизации расхода энергии на привод теплового насоса и энергии на производство тепловоспринимающих устройств — гелиоприемников. 

Температура испарения не должна в связи с этим быть постоянной, а по мере повышения температуры наружного воздуха она должна следовать за ней при сохранении экономически допустимого минимального перепада температур.
Несовпадение суточных максимумов прихода и расхода тепловой энергии вызывает необходимость регулирования температуры испарения в связи с возникновением больших давлений в испарителе и блоке цилиндров компрессора. Регулировка температуры испарения может осуществляться дроссельным вентилем, отключением ряда тепловоспринимающих поверхностей (абсорберов) или устройством теплового аккумулятора на стороне испарителя Теплооотдачу теплового насоса можно регулировать отключением отдельных групп цилиндров компрессора или включением тепловго аккумулятора в отопительный контур системы. Приводами компрессоров в тепловых насосах могут служить электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания [7]. Широко применяются электродвигатели. Однако в последние годы внимание специалистов привлекают различные двигатели, работающие на природном газе (газовые двигатели). Возможность утилизации теплоты уходящих газов и охлаждающей двигатель воды позволяет получить более высокую температуру воды для системы отопления (90—95°С), а также повысить коэффициент использования топлива при выработке энергии на привод компрессора и тепловой энергии на догрев теплоносителя до 80% (доля энергии топлива, передаваемая в двигателе приводу компрессора, составляет 30%, теплота, утилизированная в системе, — 50%) [8]. К недостаткам поршневых газовых двигателей относится высокий уровень шума (до 96 дБ). В связи с этим на стадии проектирования следует уделять внимание мероприятиям по шумозащите.    
В нашей стране при отсутствии промышленного выпуска тепловых насосов для комплектации установок используют выпускаемое промышленностью холодильное оборудование.
При разработке тепловых насосов большое значение имеет выбор вида рабочего вещества, поскольку оно влияет на величину коэффициента преобразования энергии. Идеальное рабочее вещество должно характеризоваться химической стабильностью и инертностью по отношению к конструктивным материалам и смазочным маслам, невоспламеняемостью, нетоксичностью, приемлемой стоимостью и низким давлением конденсации (не более 1,2 МПа), давлением кипения, близким к атмосферному, высокой критической температурой и низкой температурой замерзания, а также высокой эффективностью холодильного цикла.
Поскольку хладагента, который отвечал бы всем перечисленным требованиям при использовании его в широком диапазоне температур испарения и конденсации, встречающихся при работе теплового насоса в гелиоконтуре, нет, применяют хладагенты, удовлетворяющие наиболее важным требованиям.

В современных тепловых насосах компрессивного типа рабочим веществом главным образом являются хладоны и, чаще других R 12. Хладон R 12 не токсичен, обладает наиболее высокой тепловой мощностью (табл. 4.1). Главным недостатком хладона R 12 является высокое давление в фазе конденсации, вследствие чего максимальная температура теплоносителя, достигаемая в тепловых насосах с хладоном R 12, не превышает 60°С. С этой точки зрения перспективным для применения в тепловых насосах оказывается хладон R 142 [12]. При его применении температуру теплоносителя удается повысить до 90-100°С. Основным недостатком хладона R 142 является его горючесть.
Для этой же цели составляют смеси хладонов: R 12/R 11; R 12/R 113; R 22/R 114. Однако при их применении с повышением температуры конденсации снижается тепловая мощность тепловых насосов.
Снизить температуру испарения либо сгладить ее суточные колебания или колебания в связи с периодическим сиянием солнца при переменной облачности удается применением баков-аккумуляторов в контуре гелиоприемников.

4.2.4. Аккумулирование тепловой энергии, в зависимости от происходящих в аккумуляторе процессов, возможно способами, представленными на рис. 4.11. В аккумуляторах с жидкими или твердыми заполнителями энергия накапливается за счет теплоемкости материала заполнителя. В фазовых аккумуляторах энергия накапливается при плавлении заполнителя и выделяется при его твердении. В термохимических аккумуляторах энергия накапливается при прохождении эндотермических химических реакций и выделяется при экзотермических.
Применение теплоемкостных жидкостных аккумуляторов или аккумуляторов с твердым заполнителем в жидкостных гелиосистемах нерентабельно из-за больших объемов, занимаемых баками-аккумуляторами. Наибольшее значение в последнее время для гелиосистем приобретают аккумуляторы с фазовыми переходами. Теплофизические характеристики некоторых из них приведены в табл. 4.2.
Таблица 4.2. Физические свойства аккумулирующих материалов

1 Глауберова соль в режиме фазовых превращений недолговечна, и ее применение в аккумуляторах теплоты в гелиосистемах стационарных зданий не рекомендуется (Примеч. ред.)

Рис 4.4. Стальной штампованный радиатор РСВ 5-1-6

Рис. 4.5. Зависимость температуры замерзания глизантина от концентрации глицерина

Рис. 4.6 Зависимость кинематической вязкости глизантина от температуры при различных концентрациях

Рис. 4.7 Зависимость плотности глизантина от температуры при различных его концентрациях

Рис. 4.8. Зависимость теплоемкости глизантина от температуры при различных его кон центрациях

Как видно из таблицы, для аккумулирования одинакового количества теплоты аккумулятор с глауберовой солью будет примерно в 60 раз меньше по объему, чем водяной. Однако применение аккумуляторов с фазовыми переходами сдерживается высокой стоимостью аккумулирующих материалов и высокой коррозионной активностью. В настоящее время исследования в этом направлении продолжаются [9].
Баки-аккумуляторы выполняются обычно в виде металлического корпуса с широко развитой поверхностью обмена. Греющий контур подключается к нижнему теплообменнику, а нагреваемый — к верхнему. Корпус бака защищают теплоизоляцией или помещают в грунт.
Разработано много технических решений фазовых аккумуляторов, однако эффективной и высокоиндустриальной конструкции до сих пор нет. Причинами этого являются следующие проблемы, встречающиеся при применении в качестве аккумулирующей среды гидратов солей [19]:
для стимулирования кристаллизации в толще материала должны присутствовать центры кристаллизации, так как при их отсутствии возможно сильное переохлаждение аккумулирующего материала (например, при применении глауберовой соли переохлаждение может доходить до 20—25 К). Кристаллизация может быть стимулирована добавлением в расплав ядер кристаллизации (например, для глауберовой соли добавка 3—5% буры) или применением каркасных решеток;
при плавлении гидратов солей на дне аккумуляторов откладывается слой кристаллического вещества, не принимающего участия в плавлении и кристаллизации. При этом тепловая емкость может снизиться до 1/3. Для предотвращения явления стратификации обычно рекомендуют раствор перемешивать;
условия теплоотдачи в баке от греющего элемента к аккумулирующей среде и от аккумулирующей среды к нагреваемому элементу должны быть как можно лучше, чтобы скорость кристаллизации была примерно равна скорости теплопередачи;
толщина теплоаккумулирующего элемента должна составлять 6—9 мм при относительно развитой площади теплообмена;
аккумуляторы должны быть герметически закрыты, так как испарение воды ведет к нарушению процесса плавления, а кислород воздуха повышает коррозионную активность гидратов солей. При применении органических соединений, которые большей частью являются гигроскопичными, поглощение водяных паров приводит к смещению температуры плавления;
аккумуляторы следует изготавливать из нержавеющих материалов, объем аккумулятора надо лишь на 40—70% заполнять аккумулирующим веществом.
Аккумуляторы с твердым заполнителем имеют наиболее простое устройство, однако, как видно из табл. 4.2, их удельная теплоемкость составляет лишь 25%, а плотность вдвое больше плотности воды. Как показано в [10], объем таких аккумуляторов должен составлять 0,17—0,25 м³/м² площади гелиоприемников. Их целесообразно применять как долгосрочные аккумуляторы, так как время их зарядки и разрядки достаточно велико. Следует учитывать также дополнительные затраты энергии на преодоление большого гидравлического или аэродинамического сопротивления аккумулятора. При эксплуатации такого аккумулятора нужно следить за чистотой поверхности заполнителя и предотвращать образование плесени и микробов.
С технико-экономической точки зрения наиболее благоприятные возможности для применения представляют жидкостные аккумуляторы. Их можно изготовлять на базе индустриально выпускаемых бойлеров, расширительных баков, аккумуляторов систем горячего водоснабжения и аккумуляторов холода холодильных машин. Работают они по принципам вытеснения и смешения Выбор принципа работы, формы жидкостного аккумулятора и режима его включения и выключения решается индивидуально в каждом конкретном случае, так как от этого зависит эффективность использования солнечной энергии.

Рис. 4.11. Способы аккумулирования тепловой энергии

Рис. 4.12. Принципиальная схема установки солнечного отопления и горячего водоснабжения с солнечными абсорберами и тепловым насосом
Qm— энергия, поступающая на поверхность гелиоприемника, Дж; tжк— температуры соответственно на входе и выходе из гелиоприемника, °C; tгел — температура гелиоприемника, °C; ΘΤ1, ΘΤ2 — безразмерные перепады температуры соответственно со стороны солнечного контура и теплового насоса в низкотемпературном аккумуляторе теплоты; tак, Мак - соответственно температура, °C, и масса, кг, низкотемпературного аккумулятора теплоты; tжн1, tжк1 — температура соответственно на входе и выходе из низкотемпературного аккумулятора теплоты со стороны теплового насоса, °C; Рис, tис, Θис — соответственно давление, Па, температура, °C, и безразмерный перепад температуры в испарителе теплового насоса, Ркон, tкон, Θкон — то же, конденсатора теплового насоса; tжн2, tжк2 — температура соответственно на входе и выходе из конденсатора теплового насоса, °C; t'ак — температура в высокотемпературном баке-аккумуляторе, ° С; ΘΤ3, ΘΤ4 — безразмерные перепады температуры в высокотемпературном аккумуляторе соответственно со стороны теплового насоса и теплообменника системы отопления; tжн3; tжз3 — соответственно температура на входе и выходе из теплообменника системы отопления, ° С; tвп; tвк — температура соответственно в подающей и обратной магистралях системы отопления, °C
При расчете всех видов аккумуляторов должны решаться следующие задачи: определение граничных температур зарядки и разрядки аккумулятора;
определение необходимого перепада температур между греющей средой и аккумулирующим материалом, а также аккумулирующим материалом и нагреваемой средой и, кроме того, массовых расходов греющей и нагреваемой сред;
определение времени зарядки и разрядки аккумулятора;
определение необходимого объема аккумулятора, режимов его работы и регулирования.

1. Принципиальная схема установки представлена на рис. 4.12. Для абсорбционных гелиоприемников создается контур I, заполняемый глизантином. Циркуляция производится циркуляционным насосом. Сток теплоты осуществляется в бак-аккумулятор III контура, предназначенный для выравнивания температуры испарения теплового насоса. Тепловой насос может быть водоводяным или водовоздушным. Один из его теплообменников (водяной) помещается в бак-аккумулятор I контура. Второй теплообменник теплового насоса (водяной или воздушный) подключается к баку-аккумулятору II отопительного контура. К этому же аккумулятору подключается теплообменник воздушной или водяной системы отопления. Аккумулятор применяется для выравнивания неравномерности поступления теплоты на поверхность абсорбера.

Регулирование теплоотдачи теплового насоса возможно:
отключением части тепловоспринимающих поверхностей (абсорберов). Применяется при повышении температуры испарения выше максимально допустимого значения, определяемого конструкцией теплового насоса;
отключением групп цилиндров компрессора. Применяется при полной зарядке аккумулятора отопительного контура;
включением параллельных дроссельных вентилей для сезонного регулирования;
применением регулируемого дроссельного вентиля (исключает необходимость всех предыдущих способов регулирования, но пока серийно нашей промышленностью не выпускается).
Регулирование должно осуществляться по температуре на выходе из гелиоприемников, соответствующей температуре испарения, и по температуре аккумулятора в отопительном контуре.
Предлагаемая система работает круглосуточно с переменной теплоотдачей, которая компенсируется аккумулятором. Кроме того, возможно непосредственное подключение абсорберов к контуру отопления и горячего водоснабжения через бак аккумулятор (рис. 4.13). Такая схема включения может приме няться при использовании системы только в переходный или летний периоды. Температура на выходе из абсорбера при этом не должна быть ниже температуры аккумулятора. В противном случае должно происходить автоматическое отключение солнечного контура. Эффективность системы при такой схеме включения значительно ниже первой из-за высоких непроизводительных потерь теплоты в окружающую среду.
Наиболее целесообразно в этом случае применение комбинированной схемы включения, представленной на рис. 4.14. При температурах теплоносителя на выходе из абсорбера ниже температуры аккумулятора работает тепловой насос. При превышении температуры на выходе из гелиоприемника над температурой аккумулятора происходит его отключение. При этом перекрывается вентиль на перемычке теплообменника и открывается вентиль на его подающей магистрали. Далее работа системы сводится к работе предыдущей схемы.
Применение такой схемы целесообразно в районах с относительно теплым летним периодом при интенсивной солнечной радиации для выработки теплоты на нужды горячего водоснабжения в летний период по схеме непосредственного присоединения абсорберов, так как в летний период теплоприток значительно превышает теплопотребление. Применение данной схемы включения требует устройства дополнительного теплообменника, однако значительно снижает годовой расход электроэнергии на привод теплового насоса.

Рис. 4. 13. Схема непосредственного подключения солнечного абсорбера к потребителю теплоты
1 — солнечный абсорбер; 2 — бак аккумулятор; 3 — циркуляционный насос; 4 — система горячего водоснабжения; 5 — система отопления

Рис. 4.15. Принципиальная схема солнечного теплоснабжения дома
1 — солнечный коллектор, 2 — теплообменник первого контура, заполненного антифризом; 3 — бак-аккумулятор; 4 — объект теплоснабжения (дом); 5, 8 — дублирующие источники энергии соответственно систем отопления и горячего водоснабжения; 6 — вентилятор; 7 — водовоздушный теплообменник

Рис. 4.17. График зависимости f и q от F/S для коллектора 1 типа при различных значениях r в условиях Астрахани
Рис. 4.18. Зависимость годового коэффициента замещения f от годового прихода суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность Q в коллекторах 11 типа (F/S=0,5 и r=1)

Рис. 4.14. Комбинированная схема подключения солнечного абсорбера к потребителю 1 — солнечный абсорбер; 2 — бак-аккумулятор; 3 — циркуляционный насос; 4 — тепловой насос; 5 — теплообменник; 6 — магнитный вентиль; 7 — дополнительный источник теплоты

Рис. 4.16. Зависимость от F/S для коллекторов различного типа в условиях Ашхабада (37,6° с ш.), Астрахани (46,3° с. ш.) и Кустаная (53, 1° с. ш.)
I — двойное остекление и неселективная поглощающая поверхность; II — одинарное остекление и селективная поглощающая поверхность, III — двойное остекление и селективная поглощающая поверхность

Целесообразно устраивать систему отопления и горячего водоснабжения на основе солнечных абсорберов и теплового насоса в зданиях, где уже имеются холодильные центры, которые большую часть времени работают с неполной загрузкой или простаивают и могли бы в это время переключаться на режим работы теплового насоса (например, здания фруктохранилища). При этом не требуется внешнего источника теплоты для здания; повышается коэффициент использования холодильного оборудования; не требуется дополнительного обслуживающего персонала для обслуживания систем отопления и горячего водоснабжения; не требуется отдельного теплового насоса для системы отопления и горячего водоснабжения; устанавливаемые на кровле солнечные абсорберы стоимостью 5 руб/м² совмещаются с кровельной конструкцией, что снижает затраты на устройство кровли, так как не требуется гидроизоляция; солнечные абсорберы позволяют снять теплоту солнечной радиации с кровли, что снижает нагрузку на холодильное оборудование холодильных камер; общее энергопотребление зданий может быть понижено на 70%.