Рис. 1. Основные виды конструкции воздушных солнечных коллекторов
Рис. 2. Схема воздушной гелиоустановки с модульными ВСК фирмы Grammar (Германия)
Распределение установленной площади воздушных гелиоустановок по странам
Площадь воздушных солнечных коллекторов по странам мира
В современной гелиотехнике наряду с жидкостными солнечными коллекторами [1, 2] широко применяют воздушные солнечные коллекторы (ВСК). В 2009 году ВСК производились 30 крупными фирмами в 14 странах [3] с общей годовой программой 106 тыс. 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 перфорированный через абсорбер). ВСК выпускаются с прозрачной изоляцией, как правило стеклом, так и без него.
На рынке появились вакуумные ВСК [4]. Воздушные коллекторы изготавливаются отдельными модулями с различными габаритами, их также интегрируют в вертикальные ограждения зданий. На рис. 2 приведена схема воздушной гелиоустановки торгового центра в Германии с модульными воздушными солнечными коллекторами фирмы Grammer (Германия). В сводной табл. 2 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 — 65 201 м2 в 2009 году [4]. Мировой лидер — канадская компания Conserval с годовой программой 42 тыс. м2 в 2010 году увеличила производство до 70 тыс. м2. Самая большая в Европе воздушная гелиоустановка с перфорированным абсорбером площадью 2000 м2 находится в польском городе Свидница. Она отапливает цеха завода с объемом помещений 55 тыс. м2.
Температура нагретого воздуха колеблется от 30 °C в солнечную погоду до 10 °C в облачную [5]. Стоимость таких гелиоустановок составляет 100–120 €/м2, а срок окупаемости — 5 лет. В Канаде и США построено 34 гелиоустановки с перфорированными ВСК с общей площадью 32,4 тыс. м2, из них самая большая в мире — для производственного здания в городе Монреале (Канада) площадью 10 тыс. м2 [6]. В 2009 году в Мюнхене создана Всемирная ассоциация по солнечному теплоснабжению (SAHWIA).
Анализ возможностей применения ВСК в России показал перспективность их для отопления на значительной части территории России. В 2005 году Ковровский механический завод разработал и выпустил опытную партию ВСК (главный конструктор Лычагин А.А.) [7]. Конструкция ВСК с габаритами 1000 × 985 × 225 мм имела стальной ребристый абсорбер площадью 2,8 м2, стекло толщиной 3 мм, теплоизоляцию из пергаминового короба.
Испытания данного ВСК, выполненные институтом «Ростовтеплоэлектропроект» в Таганроге, подтвердили основные расчетные характеристики ВСК Ковровского завода. Можно утверждать, что одним из перспективных видов гелиотехнического оборудования для российского рынка является воздушный солнечный коллектор, при разработке которого необходимо учесть весь имеющийся отечественный и зарубежный опыт.
ИНФО
В соответствии обзором мирового рынка солнечного теплоснабжения, выполненного Францом Маутнером и Вернером Вайсом из института AEE INTEC (Австрия) в рамках программы «Солнечное теплоснабжение и охлаждение» Международного энергетического агентства (май 2013 года), на конец 2011 года в мире эксплуатировались воздушные гелиоустановки общей площадью 2 213 434 м2, в том числе большинство (71 %, 15 68 549 м2) — с неостекленными коллекторами. Остекленные коллекторы составляют 29 % (644 885 м2). В таблице представлено распределение воздушных гелиоустановок по странам мира. На риcунке приведена диаграмма распределения установленной площади воздушных гелиоустановок по странам при объемах более 100 тыс. м.
