Solvarmeanlegg. Solvarme og varmeforsyningssystemer

Selektive belegg

I henhold til typen mekanisme som er ansvarlig for selektiviteten til optiske egenskaper, skilles fire grupper av selektive belegg ut:

1) eie;

2) to-lags, hvor det øvre laget har en stor absorpsjonskoeffisient i det synlige området og en liten i IR-området, og det nedre laget har en høy refleksjonskoeffisient i IR-området;

3) med en mikrorelieff som gir ønsket effekt;

4) forstyrrelser.

Et lite antall kjente materialer har sin egen selektivitet av optiske egenskaper, for eksempel W, Cu 2 S, HfC.

Interferensselektive overflater dannes av flere intermitterende lag av metall og dielektrikum, der kortbølget stråling slukkes på grunn av interferens, og langbølget stråling reflekteres fritt.

Klassifisering og hovedelementer i solsystemer

Solvarmeanlegg er systemer som bruker energi som varmekilde. solstråling. Deres karakteristiske forskjell fra andre systemer lav temperatur oppvarming er bruken av et spesielt element - en solmottaker designet for å fange solstråling og konvertere den til Termisk energi.

I henhold til metoden for å bruke solstråling, er solvarmesystemer med lav temperatur delt inn i passive og aktive.

Passiv solvarmesystemer kalles der selve bygningen eller dens individuelle gjerder (kollektorbygning, kollektorvegg, kollektortak, etc.) tjener som et element som mottar solstråling og omdanner den til varme (fig. 4.1.1 )).

Aktiv solar lavtemperatur varmesystemer kalles, der solfangeren er en uavhengig separat enhet som ikke er relatert til bygningen. Aktive solsystemer kan deles inn:

Etter formål (varmtvannsforsyningssystemer, varmesystemer, kombinerte systemer for varme- og kuldeforsyningsformål);

Etter type kjølevæske som brukes (væske - vann, frostvæske og luft);

Etter arbeidets varighet (helårs, sesongbasert);

I henhold til den tekniske løsningen av ordningene (en-, to-, multi-loop).

Luft er en mye brukt kjølevæske som ikke fryser over hele spekteret av driftsparametere. Ved bruk som varmebærer er det mulig å kombinere varmeanlegg med ventilasjonssystem.

Sesongbaserte solvarmeanlegg for varmtvann er vanligvis enkrets og fungerer i perioder med positiv utetemperatur. De kan ha en ekstra varmekilde eller klare seg uten den, avhengig av formålet med det betjente objektet og driftsforholdene.

Solcelleanlegg for oppvarming av bygninger er vanligvis dobbeltkrets eller som oftest multikrets, og forskjellige varmebærere kan brukes til forskjellige kretsløp (for eksempel vandige løsninger av frostvæske i solkretsen, vann i mellomkretsene, og luft i forbrukerkretsen).

Kombinerte helårssolsystemer for varme- og kuldeforsyning av bygninger er flerkrets og inkluderer en ekstra varmekilde i form av en tradisjonell varmegenerator som kjører på organisk brensel eller en varmetransformator.

Hovedelementene i en aktiv solsystemet er en solmottaker, en varmeakkumulator, en ekstra kilde eller varmetransformator (varmepumpe), dens forbruker (varme- og varmtvannsforsyningssystemer til bygninger). Valget og arrangementet av elementer i hvert tilfelle bestemmes klimatiske faktorer, formålet med objektet, modusen for varmeforbruk, økonomiske indikatorer.

Utarbeidet av studenter fra B3TPEN31-gruppen

systemer solvarme kalt systemer som bruker solstråling som en kilde til termisk energi. Deres karakteristiske forskjell fra andre lavtemperaturvarmesystemer er bruken av et spesielt element - en solmottaker, designet for å fange solstråling og konvertere den til termisk energi.

I henhold til metoden for å bruke solstråling, er solvarmesystemer med lav temperatur delt inn i passive og aktive.

Passiv

Solvarmesystemer kalles passive, der selve bygningen eller dens individuelle gjerder (kollektorbygning, solfangervegg, solfangertak osv.) fungerer som et element som mottar solstråling og omdanner den til varme.

Passivt lavtemperatur solvarmesystem "kollektorvegg": 1 – solstråler; 2 - gjennomskinnelig skjerm; 3 - luftspjeld; 4 - oppvarmet luft; 5 - avkjølt luft fra rommet; 6 - egen langbølget termisk stråling av veggarrayen; 7 - svart strålemottakende overflate av veggen; 8 - persienner.

Aktiv

Solvarmeanlegg med lav temperatur kalles aktive, der solmottakeren er en uavhengig separat enhet som ikke er relatert til bygningen. Aktive solsystemer kan deles inn:

etter formål (varmtvannsforsyning, varmesystemer, kombinerte systemer for varme- og kuldeforsyning);

etter type kjølevæske som brukes (væske - vann, frostvæske og luft);

etter arbeidets varighet (helårs, sesongmessig);

i henhold til den tekniske løsningen av ordningene (en-, to-, multi-loop).

Klassifisering av solvarmeanlegg

kan klassifiseres etter ulike kriterier:

etter avtale:

1. varmtvannsforsyningssystemer (DHW);

2. varmesystemer;

3. kombinerte systemer;

Type kjølevæske som brukes:

1. væske;

2. luft;

Etter arbeidets varighet:

1. året rundt;

2. sesongbasert;

I henhold til den tekniske løsningen av ordningen:

1. enkeltkrets;

2. dobbeltkrets;

3. flerkrets.

Luft er en mye brukt kjølevæske som ikke fryser over hele spekteret av driftsparametere. Ved bruk som varmebærer er det mulig å kombinere varmeanlegg med ventilasjonssystem. Imidlertid er luft et kjølevæske med lav varmekapasitet, noe som fører til en økning i metallforbruk for installasjon av systemer luftoppvarming sammenlignet med vannsystemer.

Vann er en varmekrevende og allment tilgjengelig kjølevæske. Ved temperaturer under 0°C er det imidlertid nødvendig å tilsette frostvæske. I tillegg må det tas i betraktning at vann mettet med oksygen forårsaker korrosjon av rørledninger og apparater. Men forbruket av metall i vannsolsystemer er mye lavere, noe som i stor grad bidrar til deres bredere bruk.

Sesongbaserte varmtvannssolsystemer er vanligvis enkrets og fungerer i sommer- og overgangsmånedene, i perioder med positiv utetemperatur. De kan ha en ekstra varmekilde eller klare seg uten den, avhengig av formålet med det betjente objektet og driftsforholdene.

Et skjematisk diagram av et solvarmeanlegg er vist i figur 4.1.2. Den inkluderer tre sirkulasjonskretser:

den første kretsen, bestående av solfangere 1, sirkulasjonspumpe 8 og væskevarmeveksler 3;

den andre kretsen, bestående av en lagertank 2, en sirkulasjonspumpe 8 og en varmeveksler 3;

den tredje kretsen, bestående av en lagringstank 2, en sirkulasjonspumpe 8, en vann-luft varmeveksler (varmer) 5.

kretsskjema solvarmesystemer: 1 - solfanger; 2 - lagringstank; 3 - varmeveksler; 4 - bygning; 5 - varmeapparat; 6 - studie av varmesystemet; 7 - backup-system for varmtvannsforsyning; 8 - sirkulasjonspumpe; 9 - vifte.

Fungerer

Solvarmeanlegget fungerer som følger. Kjølevæsken (frostvæsken) til varmemottakskretsen, som varmes opp i solfangerne 1, kommer inn i varmeveksleren 3, hvor varmen fra frostvæsken overføres til vannet som sirkulerer i det ringformede rommet til varmeveksleren 3 under påvirkningen av pumpen 8 til sekundærkretsen. Det oppvarmede vannet kommer inn i lagertanken 2. Vann tas fra lagertanken av varmtvannsforsyningspumpen 8, bringes om nødvendig til ønsket temperatur i dobleren 7 og kommer inn i varmtvannsforsyningssystemet til bygningen. Lagringstanken mates fra vannforsyningen.

For oppvarming tilføres vann fra lagringstanken 2 av pumpen til den tredje kretsen 8 til varmeren 5, gjennom hvilken luft føres gjennom ved hjelp av en vifte 9 og, etter oppvarming, kommer inn i bygningen 4. fravær av solstråling eller mangel på termisk energi generert av solfangere, slår arbeidet på backup 6.

Valget og utformingen av elementene i solvarmesystemet i hvert tilfelle bestemmes av klimatiske faktorer, formålet med objektet, modusen for varmeforbruk og økonomiske indikatorer.

Skjematisk diagram av et enkelt-sløyfe termosyfon solar varmtvannssystem

Et trekk ved systemene er at i tilfelle av et termosifonsystem, skal det nedre punktet på lagertanken være plassert over det øvre punktet på oppsamleren og ikke lenger enn 3-4 m fra kollektorene, og med pumpesirkulasjon av kjølevæske, kan plasseringen av lagertanken være vilkårlig.

Forbruksøkologi Herregård: Mesteparten av året må vi bruke penger på å varme opp hjemmene våre. I en slik situasjon vil ikke hjelp være overflødig. Solens energi er best egnet for disse formålene: den er absolutt miljøvennlig og gratis.

Mesteparten av året må vi bruke penger på å varme opp hjemmene våre. I en slik situasjon vil ikke hjelp være overflødig. Solens energi er best egnet for disse formålene: den er absolutt miljøvennlig og gratis. Moderne teknologier tillate solvarme av et privat hus ikke bare i de sørlige regionene, men også under forhold midtbane.

Hva moderne teknologi har å tilby

I gjennomsnitt mottar 1 m2 av jordens overflate 161 watt solenergi i timen. Selvfølgelig, ved ekvator vil dette tallet være mange ganger høyere enn i Arktis. I tillegg kommer tettheten solstråling avhenger av årstiden. I Moskva-regionen avviker intensiteten av solstråling i desember-januar fra mai-juli med mer enn fem ganger. men moderne systemer så effektive at de kan jobbe nesten hvor som helst på jorden.

Problemet med å bruke energien til solstråling med maksimal effektivitet løses på to måter: direkte oppvarming i termiske samlere og solcellebatterier.

Solcellepaneler konverterer først energien fra sollys til elektrisitet, og overfører den deretter gjennom et spesielt system til forbrukere, for eksempel en elektrisk kjele.

Termiske samlere som varmes opp under påvirkning av sollys, varmer opp kjølevæsken til varmesystemer og varmtvannsforsyning.

Det finnes flere typer termiske samlere, inkludert åpne og lukkede systemer, flate og sfæriske design, hemisfæriske manifoldkonsentratorer og mange andre alternativer.

Termisk energi hentet fra solfangere brukes til oppvarming varmt vann eller varmesystemets kjølevæske.

Til tross for den klare fremgangen i utviklingen av løsninger for innsamling, lagring og bruk av solenergi, er det fordeler og ulemper.

Effektiviteten til solvarme på våre breddegrader er ganske lav, noe som forklares med utilstrekkelig mengde solskinnsdager for vanlig systemdrift

Fordeler og ulemper med å bruke solenergi

Den mest åpenbare fordelen med å bruke solenergi er tilgjengeligheten. Faktisk, selv i det mest dystre og overskyede været, kan solenergi samles inn og brukes.

Det andre pluss er null utslipp. Faktisk er det den mest miljøvennlige og naturlige energiformen. Solcellepaneler og solfangere gir ikke støy. I de fleste tilfeller er de installert på taket av bygninger, uten å okkupere brukbart område forstadsområde.

Ulempene forbundet med bruk av solenergi er ustabil belysning. Om natten er det ingenting å samle, situasjonen forverres av det faktum at toppen fyringssesongen faller på årets korteste dagslys.

En betydelig ulempe med oppvarming basert på bruk av solfangere er manglende evne til å akkumulere termisk energi. Kun ekspansjonstanken er inkludert i diagrammet

Det er nødvendig å overvåke den optiske renheten til panelene, liten forurensning reduserer effektiviteten drastisk.

I tillegg kan det ikke sies at driften av et solenergisystem er helt gratis, det er faste kostnader for avskrivning av utstyr, drift av sirkulasjonspumpe og styreelektronikk.

Åpne solfangere

En åpen solfanger er et system av rør som ikke er beskyttet mot ytre påvirkninger, gjennom hvilke en kjølevæske oppvarmet direkte av solen sirkulerer. Vann, gass, luft, frostvæske brukes som varmebærer. Rørene er enten montert på en bæreplate i form av en serpentin eller koblet i parallelle rader til utløpet.

Åpen solfangere er ikke i stand til å takle oppvarmingen av et privat hus. På grunn av mangelen på isolasjon avkjøles kjølevæsken raskt. De brukes om sommeren hovedsakelig til oppvarming av vann i dusjer eller bassenger.

Åpne samlere har vanligvis ingen isolasjon. Designet er veldig enkelt, derfor har det en lav kostnad og er ofte laget uavhengig.

På grunn av mangelen på isolasjon sparer de praktisk talt ikke energien som mottas fra solen, de er preget av lav effektivitet. De brukes hovedsakelig om sommeren til oppvarming av vann i bassenger eller sommerdusjer. De er installert i solrike og varme områder, med små forskjeller i omgivelseslufttemperatur og oppvarmet vann. Fungerer bra bare i solfylt, rolig vær.

Den enkleste solfangeren med kjøleribbe laget av en bukt polymerrør, vil sørge for forsyning av oppvarmet vann i landet for vanning og husholdningsbehov

Rørformede solfangere

Rørformede solfangere er satt sammen av separate rør som vann, gass eller damp renner gjennom. Dette er et av de åpne solsystemer. Kjølevæsken er imidlertid allerede mye bedre beskyttet mot ekstern negativitet. Spesielt i vakuumanlegg arrangert etter termosprinsippet.

Hvert rør er koblet til systemet separat, parallelt med hverandre. Hvis ett rør svikter, er det enkelt å erstatte det med et nytt. Hele strukturen kan monteres direkte på taket av bygningen, noe som i stor grad letter installasjonen.

Den rørformede samleren har en modulær struktur. Hovedelementet er et vakuumrør, antall rør varierer fra 18 til 30, noe som lar deg velge kraften til systemet nøyaktig

Et betydelig pluss med rørformede solfangere ligger i den sylindriske formen til hovedelementene, takket være hvilken solstråling fanges opp hele dagen uten bruk av dyre systemer for å spore bevegelsen til armaturet.

Et spesielt flerlagsbelegg skaper en slags optisk felle for solens stråler. Diagrammet viser delvis den ytre veggen av vakuumkolben som reflekterer strålene på veggene til den indre kolben

I henhold til utformingen av rørene skilles penn og koaksiale solfangere.

Koaksialrøret er et Diyur-kar eller en kjent termos. De er laget av to kolber som luften pumpes ut mellom. På indre overflate den indre kolben er belagt med et svært selektivt belegg som effektivt absorberer solenergi.

Termisk energi fra det interne selektive laget overføres til et varmerør eller en intern varmeveksler laget av aluminiumsplater. På dette stadiet oppstår uønskede varmetap.

Fjærrøret er en glassylinder med en fjærabsorber satt inn på innsiden.

For god varmeisolasjon pumpes luft ut av røret. Varmeoverføring fra absorberen skjer uten tap, så effektiviteten til fjærrør er høyere.

I henhold til metoden for varmeoverføring er det to systemer: direktestrøm og med varmerør (varmerør).

Et termorør er en forseglet beholder med en flyktig væske.

Inne i termorøret er det en flyktig væske som absorberer varme fra den indre veggen av kolben eller fra fjærabsorberen. Under påvirkning av temperaturen koker væsken og stiger i form av damp. Etter at varmen avgis til varme- eller varmtvannskjølevæsken, kondenserer dampen til en væske og renner ned.

Vann ved lavt trykk brukes ofte som en flyktig væske.

Et direktestrømssystem bruker et U-formet rør som vann eller et varmesystems kjølevæske sirkulerer gjennom.

Den ene halvdelen av det U-formede røret er designet for kald kjølevæske, den andre tar den oppvarmede. Ved oppvarming utvider kjølevæsken seg og går inn i lagertanken, og gir naturlig sirkulasjon. Som i tilfellet med termorørsystemer, minimumsvinkel helningen må være minst 20⁰.

Direktestrømsystemer er mer effektive fordi de umiddelbart varmer opp kjølevæsken.

Dersom solfangeranlegg er planlagt brukt hele året, så pumpes spesielle frostvæsker inn i dem.

Fordeler og ulemper med rørformede samlere

Bruken av rørformede solfangere har en rekke fordeler og ulemper. Designet til en rørformet solfanger består av de samme elementene, som er relativt enkle å erstatte.

Fordeler:

lavt varmetap;
evne til å jobbe ved temperaturer opp til -30⁰С;
effektiv ytelse hele veien dagslys;
god ytelse i områder med temperert og kaldt klima;
lav vindstyrke, begrunnet med evnen rørformede systemerå passere gjennom seg selv luftmasser;
muligheten for å produsere en høy temperatur på kjølevæsken.

Strukturelt har den rørformede strukturen en begrenset åpningsoverflate. Det har følgende ulemper:

ikke i stand til å rense seg selv fra snø, is, frost;
høy pris.

Til tross for de opprinnelig høye kostnadene, betaler rørformede samlere seg raskere. Ha langsiktig operasjon.

Flat lukkede solfangere

Den flate samleren består av en aluminiumsramme, et spesielt absorberende lag - en absorber, et gjennomsiktig belegg, en rørledning og en varmeovn.

Som absorber brukes svertet platekobber, som er preget av ideell termisk ledningsevne for å lage solsystemer. Når solenergi absorberes av absorberen, overføres solenergien som mottas av den til en varmebærer som sirkulerer gjennom et system av rør ved siden av absorbatoren.

FRA ytre side lukket panel beskyttet av et gjennomsiktig belegg. Den er laget av slagfast herdet glass med en båndbredde på 0,4-1,8 µm. Dette området står for den maksimale solinnstrålingen. Anti-sjokkglass er en god beskyttelse mot hagl. På baksiden er hele panelet forsvarlig isolert.

Flatplate solfangere er preget av maksimal ytelse og enkel design. Effektiviteten deres økes på grunn av bruken av en absorber. De er i stand til å fange opp diffus og direkte solstråling.

Listen over fordeler med lukkede flatpaneler inkluderer:

enkelhet i design;
god ytelse i områder med varmt klima;
muligheten til å installere i hvilken som helst vinkel hvis det er enheter for å endre helningsvinkelen;
evnen til å rense seg selv fra snø og frost;
lav pris.

Flatplate solfangere er spesielt fordelaktige hvis bruken er planlagt på designstadiet. Levetiden til kvalitetsprodukter er 50 år.

Ulempene inkluderer:

høyt varmetap;
stor vekt;
høy vindstyrke når panelene er plassert i en vinkel mot horisonten;
begrensninger i ytelse ved temperaturfall på mer enn 40 °C.

Anvendelsesområdet for lukkede solfangere er mye bredere enn solcelleinstallasjoner av åpen type. Om sommeren er de i stand til å dekke behovet for varmt vann fullt ut. På kjølige dager som ikke er inkludert av offentlige tjenester i oppvarmingsperioden, kan de fungere i stedet for gass- og elektriske varmeovner.

Sammenligning av egenskaper til solfangere

Den viktigste indikatoren på en solfanger er effektivitet. Den nyttige ytelsen til solfangere av forskjellige design avhenger av temperaturforskjellen. Samtidig er flatplatesamlere mye billigere enn rørformede.

Effektivitetsverdiene avhenger av produksjonskvaliteten til solfangeren. Formålet med grafen er å vise effektiviteten av å bruke ulike systemer avhengig av temperaturforskjellen.

Når du velger en solfanger, bør du være oppmerksom på en rekke parametere som viser effektiviteten og kraften til enheten.

Det er flere viktige egenskaper for solfangere:

adsorpsjonskoeffisient - viser forholdet mellom absorbert energi og total;
emisjonsfaktor - viser forholdet mellom den overførte energien og den absorberte;
totalt og blenderåpningsareal;
effektivitet.

blenderåpningsområdet er arbeidsplass solfanger. En flat oppsamler har et maksimalt blenderareal. Blenderarealet er lik arealet til absorberen.

Måter å koble til varmesystemet

Siden solcelledrevne enheter ikke kan gi en stabil og døgnkontinuerlig energiforsyning, er det nødvendig med et system som er motstandsdyktig mot disse manglene.

For det sentrale Russland kan ikke solenergiapparater garantere en stabil energiforsyning, derfor brukes de som et tilleggssystem. Integrasjon i eksisterende system oppvarming og varmtvannsforsyning er forskjellig for solfanger og solcellebatteri.

Koblingsskjema til varmekollektor

Avhengig av formålet med å bruke varmesamleren, brukes forskjellige koblingssystemer. Det kan være flere alternativer:

Sommeralternativ for varmtvannsforsyning
Vinteralternativ for oppvarming og varmtvannsforsyning

Sommerversjonen er den enkleste og kan til og med klare seg uten sirkulasjonspumpe ved å bruke den naturlige sirkulasjonen av vann.

Vann varmes opp i solfangeren og kommer på grunn av termisk ekspansjon inn i lagertanken eller kjelen. I dette tilfellet oppstår naturlig sirkulasjon: kaldt vann suges inn i stedet for varmt vann fra tanken.

Om vinteren, ved negative temperaturer, er direkte vannoppvarming ikke mulig. En spesiell frostvæske sirkulerer gjennom en lukket krets, og sikrer overføring av varme fra oppsamleren til varmeveksleren i tanken

Som ethvert system basert på naturlig sirkulasjon fungerer ikke veldig effektivt, og krever overholdelse av de nødvendige bakkene. I tillegg må lagertanken være høyere enn solfangeren.

For at vannet skal holde seg varmt så lenge som mulig, må tanken isoleres nøye.

Hvis du virkelig ønsker å få mest mulig ut av effektivt arbeid solfanger, vil koblingsskjemaet bli mer komplisert.

En ikke-frysende kjølevæske sirkulerer gjennom solfangersystemet. Tvunget sirkulasjon leveres av en pumpe styrt av en kontroller.

Regulatoren styrer driften av sirkulasjonspumpen basert på avlesningene til minst to temperatursensorer. Den første sensoren måler temperaturen i oppbevaringstank, den andre - på det varme kjølevæsketilførselsrøret til solfangeren. Så snart temperaturen i tanken overstiger kjølevæskens temperatur, slår kontrolleren i kollektoren av sirkulasjonspumpen, og stopper sirkulasjonen av kjølevæsken gjennom systemet.

I sin tur, når temperaturen i lagertanken faller under den innstilte verdien, slås varmekjelen på.

Tilkoblingsskjema for solcellebatteri

Det ville være fristende å bruke en lignende ordning for å koble et solcellebatteri til strømnettet, som er implementert i tilfellet med en solfanger, og akkumulere energien som mottas i løpet av dagen. Dessverre, for strømforsyningssystemet til et privat hus, er det veldig dyrt å lage en batteripakke med tilstrekkelig kapasitet. Derfor er koblingsskjemaet som følger.

Med en reduksjon i kraften til elektrisk strøm fra solbatteriet, gir ATS-enheten (automatisk påkobling av reserven) tilkoblingen av forbrukere til det felles elektriske nettverket

Fra solcellepanelene går ladningen til ladekontrolleren, som utfører flere funksjoner: den gir konstant opplading av batteriene og stabiliserer spenningen. Lengre elektrisitet går inn i omformeren, hvor likestrømmen 12V eller 24V omdannes til vekselstrøm 220V.

Akk, strømnettene våre er ikke tilpasset for å motta energi, de kan bare fungere i én retning fra kilden til forbrukeren. Av denne grunn vil du ikke kunne selge den produserte strømmen eller i det minste få måleren til å snurre i motsatt retning.

Bruk solcellepaneler fordelaktig ved at de gir mer universell syn energi, men kan samtidig ikke sammenlignes i effektivitet med solfangere. Sistnevnte har imidlertid ikke mulighet til å lagre energi, i motsetning til solcellebatterier.

Hvordan beregne nødvendig kollektoreffekt

Når man beregner den nødvendige kapasiteten til en solfanger, blir det veldig ofte feil å gjøre beregninger basert på den innkommende solenergien i de kaldeste månedene av året.

Faktum er at i de resterende månedene av året vil hele systemet konstant overopphetes. Temperaturen på kjølevæsken om sommeren ved utløpet av solfangeren kan nå 200°C ved oppvarming med damp eller gass, 120°C frostvæske, 150°C vann. Hvis kjølevæsken koker, vil den delvis fordampe. Som et resultat må den byttes ut.

levering av varmtvannsforsyning ikke mer enn 70%;
sikkerhet varmesystem ikke mer enn 30 %.

Resten av den nødvendige varmen bør genereres av standard oppvarmingsutstyr. Likevel, med slike indikatorer, spares det i gjennomsnitt rundt 40% per år på oppvarming og varmtvannsforsyning.

Kraften som genereres av et vakuumsystem med enkelt rør varierer etter geografisk plassering. Indikatoren for solenergi som faller per år på 1 m2 land kalles isolasjon. Når du kjenner lengden og diameteren til røret, kan du beregne blenderåpningen - det effektive absorpsjonsområdet. Det gjenstår å bruke absorpsjons- og utslippskoeffisientene for å beregne kraften til ett rør per år.

Regneeksempel:

Standard rørlengde er 1800 mm, effektiv lengde er 1600 mm. Diameter 58 mm. Blenderåpning er det skyggelagte området skapt av røret. Dermed vil området til skyggerektangelet være:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928m2

Effektiviteten til det midterste røret er 80%, solinnstråling for Moskva er omtrent 1170 kWh/m2 per år. Dermed vil ett rør trene ut per år:

W \u003d 0,0928 * 1170 * 0,8 \u003d 86,86 kW * t

Det skal bemerkes at dette er en svært omtrentlig beregning. Mengden energi som genereres avhenger av installasjonens orientering, vinkel, gjennomsnittlig årlig temperatur osv. publisert

Klassifisering og hovedelementer i solsystemer

Solvarmeanlegg er systemer som bruker solstråling som en kilde til termisk energi. Deres karakteristiske forskjell fra andre lavtemperaturvarmesystemer er bruken av et spesielt element - en solmottaker, designet for å fange solstråling og konvertere den til termisk energi.

I henhold til metoden for å bruke solstråling, er solvarmesystemer med lav temperatur delt inn i passive og aktive.

Solvarmesystemer kalles passive, der selve bygningen eller dens individuelle gjerder (kollektorbygning, kollektorvegg, kollektortak, etc.) tjener som et element som mottar solstråling og omdanner den til varme (fig. 3.4)) .

Ris. 3.4. Passiv lavtemperatur solvarmesystem "samlervegg": 1 - solstråler; 2 - gjennomskinnelig skjerm; 3 - luftspjeld; 4 - oppvarmet luft; 5 - avkjølt luft fra rommet; 6 - egen langbølget termisk stråling av veggarrayen; 7 - svart strålemottakende overflate av veggen; 8 - persienner.

Solvarmeanlegg med lav temperatur kalles aktive, der solmottakeren er en uavhengig separat enhet som ikke er relatert til bygningen. Aktive solsystemer kan deles inn:

- etter formål (varmtvannsforsyning, varmesystemer, kombinerte systemer for varme- og kuldeforsyning);

- etter type kjølevæske som brukes (væske - vann, frostvæske og luft);

- etter arbeidets varighet (helårs, sesongbasert);

- i henhold til den tekniske løsningen av ordningene (en-, to-, multi-loop).

Luft er en mye brukt kjølevæske som ikke fryser over hele spekteret av driftsparametere. Ved bruk som varmebærer er det mulig å kombinere varmeanlegg med ventilasjonssystem. Luft er imidlertid en varmebærer med lav varmekapasitet, noe som fører til en økning i metallforbruk for installasjon av luftvarmesystemer sammenlignet med vannsystemer.

Et skjematisk diagram av et solvarmeanlegg er vist i figur 3.5. Den inkluderer tre sirkulasjonskretser:

- den første kretsen, bestående av solfangere 1, sirkulasjonspumpe 8 og væskevarmeveksler 3;

- den andre kretsen, bestående av en lagertank 2, en sirkulasjonspumpe 8 og en varmeveksler 3;

- den tredje kretsen, bestående av en lagringstank 2, en sirkulasjonspumpe 8, en vann-luft varmeveksler (varmer) 5.

Ris. 3.5. Skjematisk diagram av solvarmesystemet: 1 - solfanger; 2 - lagringstank; 3 - varmeveksler; 4 - bygning; 5 - varmeapparat; 6 - studie av varmesystemet; 7 - backup-system for varmtvannsforsyning; 8 - sirkulasjonspumpe; 9 - vifte.

Solvarmeanlegget fungerer som følger. Kjølevæsken (frostvæsken) til varmemottakskretsen, som varmes opp i solfangerne 1, kommer inn i varmeveksleren 3, hvor varmen fra frostvæsken overføres til vannet som sirkulerer i det ringformede rommet til varmeveksleren 3 under påvirkningen av pumpen 8 til sekundærkretsen. Det oppvarmede vannet kommer inn i lagertanken 2. Fra lagertanken tas vann av varmtvannsforsyningspumpen 8, bringes om nødvendig til ønsket temperatur i dobleren 7 og kommer inn i bygningens varmtvannsforsyningssystem. Lagringstanken mates fra vannforsyningen.

Valget og utformingen av elementene i solvarmesystemet i hvert tilfelle bestemmes av klimatiske faktorer, formålet med objektet, modusen for varmeforbruk og økonomiske indikatorer.

Konsentrerende solcellemottakere

Konsentrerende solmottakere er sfæriske eller parabolske speil (fig. 3.6), laget av polert metall, i fokus som et varmemottakende element (solkjele) er plassert, gjennom hvilket kjølevæsken sirkulerer. Vann eller ikke-frysende væsker brukes som varmebærer. Ved bruk av vann som varmebærer om natten og i en kuldeperiode, må systemet tømmes for å hindre at det fryser.

For å sikre høy effektivitet i prosessen med å fange og konvertere solstråling, må den konsentrerende solmottakeren konstant rettes strengt mot solen. For dette formålet er solmottakeren utstyrt med et sporingssystem, inkludert en solretningssensor, en elektronisk signalkonverteringsenhet, en elektrisk motor med en girkasse for å rotere solmottakerstrukturen i to plan.

Fordelen med systemer med konsentrerende solcellemottakere er muligheten til å generere varme ved en relativt høy temperatur (opptil 100 °C) og jevn damp. Ulempene inkluderer de høye byggekostnadene; behovet for konstant rengjøring av reflekterende overflater fra støv; arbeid bare i dagslys, og derfor behovet for store batterier; høyt energiforbruk for driften av sporingssystemet for solens gang, i forhold til den genererte energien. Disse manglene hindrer utstrakt bruk av aktive lavtemperatur solvarmeanlegg med konsentrerende solmottakere. Nylig er flate solcellemottakere oftest brukt til solvarmeanlegg med lav temperatur.

Flate solfangere

Flat plate solfanger - en enhet med flat konfigurasjon absorberende panel og flat gjennomsiktig isolasjon for å absorbere solstråling energi og konvertere den til varme.

Flatplate solfangere (fig. 3.7) består av et glass- eller plastdeksel (enkelt, dobbel, trippel), et varmeabsorberende panel malt svart på siden som vender mot solen, isolasjon på baksiden og et hus (metall, plast, glass). , tre).

Som varmemottakende panel kan du bruke hvilken som helst metall- eller plastplate med kanaler for kjølevæsken. Varmemottakende paneler er laget av aluminium eller stål av to typer: ark-rør og stemplede paneler (rør i ark). Plastpaneler på grunn av skjørhet og rask aldring under påvirkning av sollys, samt på grunn av lav varmeledningsevne, er ikke mye brukt.

Ris. 3.6 Konsentrerende solcellemottakere: a - parabolsk konsentrator; b – parabolsk traukonsentrator; 1 - solstråler; 2 - varmemottakende element (solfanger); 3 - speil; 4 - sporingssystemets drivmekanisme; 5 - rørledninger som tilfører og tømmer kjølevæsken.

Ris. 3.7. Flat solfanger: 1 - solstråler; 2 - glass; 3 - kropp; 4 - varmemottakende overflate; 5 - termisk isolasjon; 6 - tetningsmasse; 7 - egen langbølget stråling av varmemottaksplaten.

Under påvirkning av solstråling blir varmemottakende paneler oppvarmet til temperaturer på 70-80 ° C, som overstiger omgivelsestemperaturen, noe som fører til en økning i den konvektive varmeoverføringen til panelet i miljø og sin egen stråling til himmelen. For å oppnå høyere kjølevæsketemperaturer dekkes overflaten av platen med spektralt selektive lag som aktivt absorberer kortbølget stråling fra solen og reduserer sin egen termiske stråling i den langbølgede delen av spekteret. Slike strukturer basert på "svart nikkel", "svart krom", kobberoksid på aluminium, kobberoksid på kobber og andre er dyre (kostnadene deres er ofte i forhold til kostnadene for selve varmemottakspanelet). En annen måte å forbedre ytelsen til flate platekollektorer på er å skape et vakuum mellom det varmeabsorberende panelet og den gjennomsiktige isolasjonen for å redusere varmetapet (fjerde generasjons solfangere).

Erfaringen med drift av solcelleanlegg basert på solfangere har avdekket en rekke betydelige ulemper ved slike systemer. Først av alt er dette den høye kostnaden for samlere. Å øke effektiviteten av arbeidet deres på grunn av selektive belegg, øke gjennomsiktigheten av glass, evakuering, samt enheten til kjølesystemet viser seg å være økonomisk ulønnsomt. En betydelig ulempe er behovet for hyppig rengjøring av glass fra støv, noe som praktisk talt utelukker bruken av en samler i industriområder. Under langvarig drift av solfangere, spesielt under vinterforhold, er det en hyppig svikt av dem på grunn av ujevn utvidelse av de opplyste og mørke områdene av glasset på grunn av brudd på integriteten til glasset. Det er også en stor prosentandel av kollektorfeil under transport og installasjon. En betydelig ulempe med systemene med samlere er også den ujevn belastningen i løpet av året og dagen. Erfaringen med drift av samlere under forholdene i Europa og den europeiske delen av Russland med en høy andel diffus stråling (opptil 50%) viste umuligheten av å lage et helårs autonomt system for varmtvannsforsyning og oppvarming. Alle solcelleanlegg med solfangere på middels breddegrader krever installasjon av store lagertanker og inkludering av en ekstra energikilde i systemet, noe som reduserer den økonomiske effekten av bruken. I denne forbindelse er det mest hensiktsmessig å bruke dem i områder med høy gjennomsnittlig intensitet av solstråling (ikke lavere enn 300 W/m2).

Varmesystemer er delt inn som følger: passive (se kap. 5); aktiv, som for det meste bruker flytende solfangere og lagringstanker; kombinert.

I utlandet er luftvarmesystemer mye brukt, der bygningskonstruksjoner eller spesiell steinfylling under den brukes som batterier. I vårt land jobber Fysioteknisk institutt for vitenskapsakademiet i den usbekiske SSR og TbilZNIIEP i denne retningen, men resultatene av arbeidet er tydeligvis utilstrekkelige og det er ikke laget godt justerte løsninger, selv om luftsystemer teoretisk mer effektive enn flytende, der selve varmesystemet er laget av lavtemperaturpanel-strålende eller høytemperatur med konvensjonelle varmeapparater. I vårt land ble bygninger med flytende systemer utviklet av IVTAN, FTI AN UzSSR, TashZNIIEP, TbilZNIIEP, KievZNIIEP og andre og i noen tilfeller reist.

En stor mengde informasjon om aktive solvarmesystemer er gitt i en bok utgitt i 1980. Følgende beskriver den utviklede KievZNIIEP, bygget og testet to individuelle boligbygg med autonome systemer solvarmeforsyning: med et lavtemperaturpanel-strålevarmesystem (boligbygg i landsbyen Kolesnoye, Odessa-regionen) og med en varmepumpe (boligbygg i landsbyen Bucuria, Moldavisk SSR).

Ved utvikling av et solvarmeanlegg for et boligbygg i landsbyen. Kolesnoe, ble det gjort en rekke endringer i den arkitektoniske og konstruksjonsmessige delen av huset (prosjekt av UkrNIIPgrazhdanselskstroy), med sikte på å tilpasse den til kravene til solvarme: det ble brukt effektivt murverk med isolasjon for ytterveggene og tredoblet glass. vindusåpninger; spoler av varmesystemet er kombinert med gulvtak; en kjeller er gitt for plassering av utstyr; det ble foretatt ekstra loftsisolering og avtrekksluftvarmegjenvinning.

I forhold til arkitektur og planløsning er huset utført i to plan. I første etasje er det et forrom, et fellesrom, et soverom, et kjøkken, et bad og boder, og i andre etasje er det to soverom og et bad, en elektrisk komfyr for matlaging. Utstyret til solvarmesystemet (unntatt samlere) er plassert i kjelleren; Elektriske varmtvannsberedere tjener som en understudie av systemet, noe som gjør det mulig å utføre en enkelt energitilførsel til bygningen og forbedre boligens komfortable kvaliteter.

Solvarmeanlegg for boliger (Fig. 4.1) består Fra tre kretser: varmemottakende sirkulasjon og varme- og varmtvannskretser. Den første av disse inkluderer solvarmevannvarmere, en lagringstankvarmevekslerspole, en sirkulasjonspumpe og en rør-i-rør varmeveksler for at systemet skal fungere i naturlig sirkulasjonsmodus om sommeren. Utstyret er forbundet med et system av rørledninger med beslag, instrumentering og automatiseringsenheter. En to-seksjons batterivarmeveksler med et overflateareal på 4,6 m2 for varmebæreren til sirkulasjonskretsen og en enkeltseksjonsvarmeveksler med et overflateareal på 1,2 m2 for varmtvannsforsyningssystemet er montert i en lagertank med en kapasitet på 16 m3. Varmekapasiteten til tanken med en vanntemperatur på +45 °C gir et tredagers varmebehov for et boligbygg. En rør-i-rør varmeveksler med et overflateareal på 1,25 m2 er plassert under mønet på husets tak.

Varmekretsen består av to seriekoblede seksjoner: panel-strålende med strømningsvarmepaneler som sikrer driften av systemet i grunnmodus med en vanntemperaturforskjell på 45 ... 35 ° C, og vertikalt enkeltrør med Comfort-konvektorer som gir toppoppvarming av systembelastninger med en vanntemperaturforskjell på 75 ... 70 ° C. Rørspiraler av varmepaneler er innebygd i gipsavslutningslaget av runde hule paneler tak. Konvektorer er installert under vinduene. Sirkulasjonen i varmesystemet er insentiv. Toppvannoppvarming utføres av en strømmende elektrisk varmtvannsbereder EPV-2 med en effekt på 10 kW; Den fungerer også som et understudium for varmesystemet.

Varmtvannskretsen inkluderer en varmeveksler innebygd i lagringstanken og en andre øyeblikkelig elektrisk varmtvannsbereder som et lukker- og backupsystem.

I løpet av oppvarmingsperioden overføres varmen fra kollektorene av kjølevæsken (45 % vandig løsning av etylenglykol) til vannet i lagertanken, som pumpes til spolene til varmepanelet, og returneres deretter tilbake til lageret. tank.

Den nødvendige lufttemperaturen i huset opprettholdes av den automatiske regulatoren PPT-2 ved å slå på og av den elektriske varmtvannsberederen i konvektordelen av varmesystemet.

Om sommeren sørger systemet for behovene til varmtvannsforsyning fra en varmeveksler av typen "rør i rør" med naturlig sirkulasjon av kjølevæsken i varmemottakskretsen. Overgangen til insentivsirkulasjon utføres ved hjelp av en elektronisk differensialregulator РРТ-2.

Solvarmesystemet til et fireroms boligbygg i landsbyen. Bucuria of the Moldavian SSR ble designet av Moldgiprograzhdanselstroy Institute under vitenskapelig veiledning av KievZNIIEP.

Hus - loftstype. I første etasje er det fellesrom, kjøkken, vaskerom, vaskerom, og i andre etasje er det tre soverom. PÅ første etasje en garasje er plassert, en kjeller er også et rom for utstyr til et solvarmeanlegg. Et uthus er sperret med huset, som bl.a sommer kjøkken, dusj, bod, inventar og verksted.

Autonomt solvarmesystem (fig. 4.2) er et kombinert solvarmepumpeaggregat designet for å møte behovene til oppvarming (beregnet varmetap på huset er 11 kW) og varmtvannsforsyning gjennom hele året. Mangelen på solvarme og varme fra kompressoren til varmepumpeanlegget dekkes av elektrisk oppvarming. Systemet består av fire kretser: en varmemottakende sirkulasjonskrets, kretser til en varmepumpeinstallasjon, varme og varmtvannsforsyning.

Utstyret til varmemottakskretsen inkluderer solfangere, en "rør-i-rør" varmeveksler og en lagringstank med en kapasitet på 16 m3 med en varmeveksler innebygd i den med et overflateareal på 6 m2. Solfangere designet av KievZNIIEP med dobbeltlags glass med totalt areal 70 m2 er plassert i en ramme i den sørlige skråningen av husets tak i en vinkel på 55° mot horisonten. 45 ble brukt som kjølevæske. % vannløsning etylenglykol. Varmeveksleren er plassert under takmønet, og resten av utstyret er plassert i kjeller hjemme.

Kompressorkondenserende kjøleaggregat AK1-9 med en varmeeffekt på 11,5 kW og et effektforbruk på 4,5 kW fungerer som varmepumpeaggregat. Arbeidsmidlet til varmepumpeinstallasjonen er freon-12. Kompressor - stempeltetningsløs, kondensator og fordamper - skall-og-rør med vannkjøling.

Varmekretsutstyret inkluderer en sirkulasjonspumpe, varmeapparater av typen "Comfort" og en EPV-2 øyeblikkelig elektrisk varmtvannsbereder som en tettere og en understudie. Utstyret til varmtvannsforsyningskretsen inkluderer en kapasitiv (0,4 m3) vannvarmer av typen STD med en varmeveksleroverflate på 0,47 m2 og en elektrisk endevarmer BAS-10/M 4-04 med en effekt på 1 kW. Sirkulasjonspumper for alle kretser er av typen TsVTs, kjertelløse, vertikale, støysvake, grunnløse.

Systemet fungerer som følger. Kjølevæsken overfører varme fra kollektorene til vannet i lagertanken og til freon i fordamperen varmepumpe. Den dampformige freonen, etter å ha blitt komprimert i kompressoren, kondenserer i kondensatoren, mens den varmer opp vannet i varmesystemet og tappevannet i varmtvannsforsyningssystemet.

I mangel av solinnstråling og varmen som er lagret i lagertanken blir brukt opp, varmepumpeaggregatet slås av og varmetilførselen til huset utføres utelukkende fra elektriske varmtvannsberedere (elkjeler). Om vinteren er varmepumpeenheten kun i drift ved et visst nivå av negative utetemperaturer (ikke lavere enn -7 °C) for å hindre at vann fryser i lagertanken. Om sommeren forsynes varmtvannsforsyningssystemet med varme hovedsakelig med den naturlige sirkulasjonen av kjølevæsken gjennom en "rør i rør" varmeveksler. Som et resultat av implementeringen av ulike driftsmoduser lar et kombinert solvarmepumpeanlegg deg spare varme på ca. 40 GJ / år (resultatene av driften av disse anleggene er gitt i kapittel 8).

Kombinasjonen av solenergi og varmepumper ble også reflektert i ingeniørutstyret utviklet av TsNIIEP

Ris. 4.3. Skjematisk diagram av varmeforsyningssystemet i Gelendzhik

1 - solfanger; 2 - gjenoppvarming av varmeveksler med varmebærer fra kondensatorkretsen til varmepumper; 3 - gjenoppvarming av varmeveksler med varmebærer fra varmenettet; 4 - kondensatorkretspumpe; 5 - Varmepumpe; 6 - fordamperkretspumpe; 7 - varmeveksler for oppvarming (kjøling) vann i fordamper (kondensator) krets; 8 - Varmeveksler for oppvarming av kilden (rå)vann; 9 - varmtvannspumpe; 10 - Batteritanker; 11 - solkretsvarmeveksler; 12 - solkretspumpe

Varmeforsyningsprosjekt for hotellkomplekset "Privatlivy Bereg" i Gelendzhik (Fig. 4.3).

Grunnlaget for solvarmepumpeinstallasjonen er: flate solfangere med et samlet areal på 690 m2 og tre serieproduserte kjølemaskiner MKT 220-2-0 fungerer i varmepumpemodus. Estimert årlig varmeproduksjon er om lag 21 000 GJ, inkludert 1 470 GJ fra solcelleanlegget.

Sjøvann fungerer som en lavverdig varmekilde for varmepumper. For å sikre en korrosjonsfri og kalkfri drift av varmeoverflatene til kollektorer, rørledninger og kondensatorer, fylles de med myknet og avluftet vann fra varmenettet. Sammenlignet med tradisjonell ordning varmeforsyning fra kjelehuset attraksjon av utradisjonelle varmekilder -

Sol og sjøvann, lar deg spare rundt 500 tonn konvensjonelle enheter. drivstoff / år.

Et annet karakteristisk eksempel på bruk av nye energikilder er prosjektet med varmeforsyning av en herregård ved hjelp av

Installasjon av solvarmepumpe. Prosjektet gir full tilfredsstillelse året rundt behovene til oppvarming og varmtvannsforsyning til et mansard-type hus med et boareal på 55 m2. Grunnen fungerer som en varmekilde med lavt potensial for varmepumpen. Den estimerte økonomiske effekten fra innføringen av systemet er minst 300 rubler. per leilighet sammenlignet med det tradisjonelle alternativet for varmeforsyning fra et fast brenselapparat.