Абсорбер для солнечного коллектора: Абсорбер солнечного коллектора купить — magazinakb.ru

Содержание

Абсорбер солнечного коллектора

Изобретение относится к гелиоэнергетике и может быть использовано в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения, использующих плоские солнечные коллекторы. Изобретение относится к конструкции абсорбера солнечного коллектора. Солнечный абсорбер содержит магистральные жидкостные трубы, концы которых соединены с коллекторными трубами, абсорбционный лист. Каждая жидкостная труба и абсорбционные листы выполнены из одного теплопроводящего материала. Каждая магистральная жидкостная труба выполнена в виде профиля, имеющего боковые бортики вдоль всей длины, высота профиля меньше 1/3 ширины торцевой части профиля. Внутри профиль разделен перегородками, причем на боковые бортики профиля уложены и приварены сварным соединением по всей длине абсорбционные листы. Изобретение должно обеспечить высокую эффективность теплопередачи, снизить теплопотери в окружающую среду. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к гелиоэнергетике и может быть использовано в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения, использующих плоские солнечные коллекторы, а именно относится к конструкции элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорберу солнечного коллектора).

Известен абсорбер солнечного коллектора (патент RU 112363 U, опубл. 10.01.2012), характеризующийся тем, что выполнен в виде соединенных друг с другом верхнего и нижнего листов и содержит, по меньшей мере, один патрубок для подвода теплоносителя, соединенный с желобом для подвода теплоносителя, и, по меньшей мере, один патрубок для отвода теплоносителя, соединенный с желобом для отвода теплоносителя, при этом нижний лист выполнен в виде плоской пластины с выполненными на ее двух противоположных концах отверстиями, под которыми с одного конца расположен желоб для подвода теплоносителя, а с другого — желоб для отвода теплоносителя, верхний лист выполнен гофрированным, каждая гофра которого образует канал для прохода теплоносителя.

Недостатком решения является необходимость изготовить специальную производственную линию для производства. Специальный монтажный стол, кондуктор с прижимами и прочую технологическую оснастку.

Также в данном устройстве присутствует высокая энергоёмкость при изготовлении, так как нужно сразу несколько стержней для точечной сварки.

Наиболее близким решением является солнечный абсорбер (патент RU 2197687, опубл. 27.01.2003), содержащий по меньшей мере одну жидкостную трубу, оба конца которой соединены с коллекторными трубами, по крайней мере одну теплоприемную панель и одну дополнительную панель, перекрывающую зазор между коллекторной трубой и торцем теплоприемной панели, отличающийся тем, что каждая жидкостная труба выполнена из теплопроводящего материала зацело с теплоприемной панелью, а каждая коллекторная труба снабжена плоской наклонной площадкой, выполненной зацело с коллекторной трубой из теплопроводящего материала по всей длине коллекторной трубы для крепления дополнительной панели.

Недостатками прототипа являются:

— высокая металлоёмкость всех суммарных элементов абсорбера и как следствие снижение эффективности нагрева (теплопередачи солнечного тепла теплоносителю солнечного коллектора) в осенне-весенний период, из за низкой солнечной инсоляции; при такой металлоёмкости, эффективно использовать для изготовления абсорбера серебро, для более высокой теплопередачи, но это очень дорого;

— сложность изготовления фасонных коллекторных труб и как следствие удорожание в их изготовлении;

— сложности в стыковке, подгонке и монтаже всех элементов абсорбера солнечного коллектора;

— увеличенный диаметр жидкостных труб и как следствие увеличение по времени теплопередачи жидкости-теплоносителю, так как их всего четыре, а в обычных плоских солнечных коллекторах используется от семи до девяти.

В целом недостатки известных и иных абсорберов заключаются в том, что к алюминиевому или медному листу с внутренней стороны приваривается или припаивается медная трубка по типу «лира» или «меандр» и солнечное тепло передаётся от листа абсорбера к трубке по одной тонкой линии в месте сварки или пайки и только потом, от трубки абсорбера, тепло передаётся теплоносителю. При такой компоновке, часть солнечного тепла передаётся (рассеивается) в окружающую среду. Это происходит через элементы корпуса коллектора, часть тепла передаётся воздушным путём, главным образом в воздушной полости, между стеклом корпуса коллектора и листом абсорбера, что существенно снижает теплопередачу теплоносителю.

Задачей изобретения является устранение недостатков, присущих известным решениям.

Техническим результатом являются: 

— более высокая эффективность в теплопередаче и снижение теплопотерь в окружающую среду;

— простота элементов конструкции и изготовления;

— повышение её надёжности;

— увеличение ёмкости коллектора для теплоносителя, без потери энергоэффективности и теплопроизводительности;

— низкая металлоёмкость элементов абсорбера.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен солнечный абсорбер, содержащий магистральные жидкостные трубы, концы которой соединены с коллекторными трубами, абсорбционный лист, причем каждая жидкостная труба и абсорбционные листы выполнены из одного теплопроводящего материала, отличающийся тем, что каждая магистральная жидкостная труба выполнена в виде профиля, имеющего боковые бортики вдоль всей длины, а высота профиля меньше 1/3 ширины торцевой части профиля, внутри профиль разделен перегородками, причем на боковые бортики профиля уложены и приварены сварным соединением по всей длине абсорбционные листы.

Предпочтительно, все элементы конструкции изготовлены из алюминиевых сплавов и проварены аргонной сваркой таким образом, что образуют единую цельную конструкцию.

Предпочтительно, перегородки внутри профиля выполнены таким образом, что каждый канал профиля, образованный перегородками, с торца имеет форму овала или прямоугольника с закругленными краями.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показаны составные элементы солнечного абсорбера.

На Фиг.2 показано устройство абсорбера (а — вид с торца в разрезе, б – вид края абсорбера с торца в разрезе, в – вид сверху).

На Фиг.3 показан пример выполнения профиля магистральной трубы.

Осуществление изобретения

Заявленное решение может быть реализовано посредством изготовления конструкции солнечного абсорбера. Абсорбер содержит магистральные жидкостные трубы 2. Их концы соединены с коллекторными трубами 1. Соединение может быть выполнено через отверстия 4 в магистральных трубах 2, которые изготавливают по форме профиля коллекторных труб 1.

Каждая жидкостная труба 1 и абсорбционные листы 3 выполнены из одного теплопроводящего материала.

Новизной является то, что каждая магистральная жидкостная труба 1 выполнена в виде профиля, имеющего боковые бортики 7 вдоль всей длины. Также высота профиля h меньше 1/3 ширины d торцевой части профиля. Внутри профиль разделен перегородками 5, причем на боковые бортики 7 профиля 1 уложены и приварены сварным соединением по всей длине абсорбционные листы 3. Перегородки 5 внутри профиля могут быть выполнены таким образом, что каждый канал 6 профиля, образованный перегородками 5, с торца имеет форму овала или прямоугольника с закругленными краями.

Все элементы конструкции могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов и проварены аргонной сваркой таким образом, что образуют единую цельную конструкцию.

Описанная конструкция обеспечивает низкую металлоёмкость и, соответственно, более высокую эффективность в теплопередаче, которая дает снижение теплопотерь в окружающую среду.

Простота элементов конструкции абсорбера достигается наличием всего 3 основных элементов, а для производства абсорбера достаточными условиями являются обычный слесарный верстак и монтажный стол.

Меньшее количество сварных швов в конструкции повышает её надёжность.

За счёт оптимально разработанного профиля коллекторной трубы 1, высота которой h меньше 1/3 ширины d торцевой части, а внутри профиль разделен перегородками 5, увеличивается ёмкость коллектора для теплоносителя, без потери эффективности теплопроизводительности. Это очень важно, так как при меньшем объёме теплоносителя в абсорбере солнечного коллектора вырастает разница в температуре между теплоносителем и окружающей средой, так называемая температурная дельта. Это приводит к тому, что часть тепла от абсорбера солнечного коллектора рассеивается в окружающую среду. В заявленной конструкции эта проблема решена.

За счет особой конструкции профиля коллекторной трубы 1 происходит достаточно быстрая теплопередача солнечного тепла к теплоносителю, непосредственно от металлической поверхности жидкостной трубы абсорбера к жидкости-теплоносителю. Перегородки 5 необходимы для того, чтобы увеличить теплопередачу жидкости-теплоносителю, сдерживать давление на верхние и нижние стенки профиля, а так же нагрузку на них как каркаса абсорбера, поскольку ширина d торцевой части трубы как минимум на 2/3 больше высоты самого профиля. Именно такие пропорции или еще большая ширина d позволяют достичь максимальной теплопередачи солнечного тепла от абсорбционных листов 3 через каналы 6 внутри коллекторной трубы 1 к теплоносителю, в сравнении с обычной круглой трубой.

Количество жидкостных коллекторных труб рассчитано так, что между двумя такими трубами 1 установлен один абсорбционный лист 3, причем установлен на бортики 7 профиля простой укладкой, с последующей пайкой или проваркой по всей длине коллекторной трубы. Это повышает степень надёжности абсорбера из-за малого количества соединений и как следствие достигается простота в изготовлении, по отношению к существующим аналогам.

Сам профиль коллекторной трубы 1 прост в изготовлении. Его можно выполнить заранее требуемой формы с уже выполненными внутри каналами 6, образованными перегородками 5.

Это существенно снижает затраты на изготовление изделия, затраты на расходные материалы и аргонную сварку, при условии, если вваривать по 4 трубки по отдельности, вместо одной. Один профиль в заявленном решении заменяет как минимум четыре трубки своими четырьмя каналами.

При таком техническом решении энергоэффективность абсорбера не снижается, так как солнечная инсоляция передаётся на всю поверхность плоскоовальной трубки, а не по одной тонкой линии, в месте сопряжения трубок и листа абсорбера, в традиционных абсорберах солнечных коллекторов.

Излучаемое солнечное тепло, сразу, непосредственно полностью, по всей поверхности каналов 6 передаётся жидкости теплоносителя, циркулирующей внутри каналов 6 коллекторной трубы 1. Дополнительное усиление теплопередачи происходит за счёт того, что между коллекторными трубами 1 уложены и проварены по всей длине (для лучшей теплопередачи) абсорбционные листы 3, которые также абсорбируют солнечное излучение и передают его на каналы 6 через стенки корпуса коллекторной трубы 1.

Таким образом, солнечная теплопередача происходит по всей поверхности коллекторной трубы 1 и передаётся непосредственно сразу к жидкости-теплоносителю, без промежуточных слоёв металла и воздуха. Усиление нагрева жидкости-теплоносителя обеспечивается за счёт абсорбционных листов 3. Конструкция абсорбера, представляет собой единую сварную конструкцию из отдельно изготовленных элементов.

1. Солнечный абсорбер, содержащий магистральные жидкостные трубы, концы которых соединены с коллекторными трубами, абсорбционный лист, причем каждая жидкостная труба и абсорбционные листы выполнены из одного теплопроводящего материала, отличающийся тем, что каждая магистральная жидкостная труба выполнена в виде профиля, имеющего боковые бортики вдоль всей длины, а высота профиля меньше 1/3 ширины торцевой части профиля, внутри профиль разделен перегородками, причем на боковые бортики профиля уложены и приварены сварным соединением по всей длине абсорбционные листы.

2. Солнечный абсорбер по п.1, отличающийся тем, что все элементы конструкции изготовлены из алюминиевых сплавов и проварены аргонной сваркой таким образом, что образуют единую цельную конструкцию.

3. Солнечный абсорбер по п.1 или 2, отличающийся тем, что перегородки внутри профиля выполнены таким образом, что каждый канал профиля, образованный перегородками, с торца имеет форму овала или прямоугольника с закругленными краями.

ООО АСТ — Альтернативные источники энергии. Солнечные батареи. Солнечные коллекторы. Ветряные электростанции и

Альтернативные источники энергии. Солнечные батареи. Солнечные коллекторы. Ветряные электростанции и др.

1. Система горячего водоснабжения с помощью энергии солнца (солнечный коллектор)

Назначение: солнечные водонагреватели (коллекторы) предназначены к использованию в качестве альтернативного или дополнительного источника тепловой энергии для систем нагрева воды, отопления объектов и систем водяных теплых полов. Воздухонагревательные системы могут использоваться также для отопления или для технологических нужд, например для сушки сена в сельском хозяйстве и т.п.

Двумя самыми распространенными видами солнечных коллекторов являются плоский коллектор и коллектор, состоящий из вакуумных труб:

1. Плоские коллекторы:

Преимуществом плоского солнечного коллектора является относительная простота конструкции и соответственно его стоимость по сравнению с трубчатым коллектором. Недостатком можно назвать высокие тепловые потери, которые снижают показатели выработки тепловой энергии при низкой температуре воздуха.

Конструктивно плоский коллектор выполнен в виде прямоугольной пластины. В теплоизолированном корпусе коллектора находится основной элемент – абсорбер (поглощающая пластина). К абсорберу припаяны трубки. Материал абсорбера и трубок может быть разным, как правило, применяются металлы с хорошими теплопроводящими характеристиками, такие как медь и алюминий. Сверху поглощающая пластина закрыта прозрачной изоляцией. Для этого применяют закалённое стекло с низким содержанием окислов железа, в некоторых устройствах поликорбанат.

Под воздействием солнечного излучения на поверхности абсорбера солнечного коллектора происходит поглощение солнечной энергии, в результате, поглощающая пластина разогревается, а перекачиваемый через трубки теплоноситель отбирает полученное тепло. Через места соединения пластины абсорбера с трубками. Селективное покрытие, которое наносится на пластину абсорбера, позволяет поглощать максимально возможное количество тепловой солнечной энергии, при этом обратно эта энергия почти не излучается. Прозрачная изоляция ( как правило каленое стекло с низким содержанием железа) и теплоизоляционный слой призваны снизить потери тепловой энергии.
В зависимости от необходимой потребности в горячей воде и отоплении рассчитывается оптимальная площадь гелиосистемы. Плоские солнечные коллекторы объединяются в группы и работают в одной системе. Количество нагретой воды и ее температура за сутки зависят от различных факторов таких как: высота солнца над горизонтом, ясность дня, температура воздуха, температура холодной воды в подающей магистрали, фактический расход горячей воды, конфигурация системы и т.д.ватели рассчитаны на длительную непрерывную работу при соблюдении правил эксплуатации и хранения.

2. Трубчатые коллекторы:

В отличие от плоского, вакуумный трубчатый коллектор собирает даже рассеянные волны солнечного излучения, что позволяет одинаково эффективно использовать этот прибор в зимний период и облачные дни. Такие возможности вакуумный трубчатый коллектор имеет благодаря абсорберу в каждой трубке. Кроме этого, вакуумированный коллектор значительно лучше работает при повышенной влажности и имеет больший срок службы в таких условиях.Технические характеристики вакуумных коллекторов значительно выше, чем у плоских, однако на практике оказалось, что, не смотря на высокий КПД, их широкое применение ограничено вследствие более высоких эксплуатационных расходов. Эти приборы очень чувствительны и требуют бережного отношения. В вакуумном солнечном коллекторе отдельные трубки можно заменять или варьировать их количество при необходимости, изменяя таким образом размер солнечных батарей. Это позволяет создавать различные комплектации для разных условий эксплуатации, что позволяет значительно уменьшить тепловые потери

Основная рекомендация:

Если Вам нужно только горячее водоснабжение — можно выбрать как плоский так и вакуумный солнечный коллектор. В солнечные летние дни разницы в работе хороших плоских и вакуумных солнечных коллекторов практически незаметна. Однако при низкой температуре окружающей среды преимущества вакуумных коллекторов становятся очевидны.

Для системы отопления в российском климате рекомендованно использовать вакуумные коллекторы.

1. Принцип работы системы солнечного горячего водоснабжения:

Самая простая система водонагрева (представлена на схеме одноконтурной системы солнечного горячего водоснабжения) для сборки которой требуется бак емкостью 50-200 литров, который необходимо утеплить, чтобы вода не остывала за ночь. Для сборки системы необходимо соединить солнечный коллектор с баком посредством труб и фитингов и подать холодную воду в бак аккумулятор из водопровода. Для автоматического заполнения водой бака аккумулятора можно использовать клапан с поплавком аналогично бачку унитаза.

Существует множество и готовых решений для этих целей в комплект к солнечным коллекторам дополнительно поставляются: бак аккумулятор, расширительный бак, циркуляционный насос, счетчики, манометр и др. аппаратура для функционирования системы

Видео. Принцип работы системы солнечного коллектора

Видео. Отличие солнечной батареи от солнечного коллектора

Видео. Солнечный коллектор в эксплуатации

Видео. Виды солнечных коллекторов и принципы их работы

Видео. Недорогой солнечный коллектор

Солнечные коллекторы для отопления и ГВС: что предлагают в Украине

К. Бондаренко

Солнечная энергетика в Украине, пусть с трудностями и задержками, но развивается. В большей степени это относится к фотоэлектрическим панелям, но и рынок тепловых солнечных коллекторов не стоит на месте. Солнечные коллекторы на сегодня − один из наиболее популярных у потребителей источников возобновляемой энергии. Их привлекательность возрастает на фоне постоянного роста цен на энергоносители и электроэнергию. Основным фактором, тормозящим развитие этого направления, является стоимость оборудования. Первоначальные затраты на сами коллекторы, а также, на дополнительное оборудование, такое, как накопительные баки, насосные группы, автоматика и т. д., достаточно высоки. Хотя с каждым годом стоимость этих товаров в пересчете на валюту несколько снижается, но, в связи с резким падением курса гривны за ряд последних лет, системы на основе солнечных коллекторов остаются малодоступными для большинства потенциальных пользователей. Тем не менее, ряд государственных программ и привлекательная возможность сэкономить стимулируют спрос. На сегодня рынок солнечных коллекторов достаточно стабилен, с благоприятными прогнозами к дальнейшему росту.

В связи с популярностью данной продукции в Украине возрастает число компаний, реализующих солнечные коллекторы на отечественном рынке. Сейчас на рынке представлено оборудование от всех ведущих европейских производителей. Крупнейшие западные компании, специализирующиеся на производстве отопительного и водогрейного оборудования, давно включили солнечные коллекторы в свой производственный ассортимент. Также есть ряд компаний, специализирующихся на производстве именно солнечных коллекторов и комплектующих к ним. Ряд таких производителей появился и в Украине. Хотя доля импортных, европейских и китайских компонентов в конструкции коллекторов отечественного производства весьма велика.

Большинство производителей, кроме собственно коллекторов, предлагают и другое оборудование, необходимое для функционирования гелиосистемы. У крупных компаний обычно все компоненты собственного производства. Дилеры тоже предлагают потребителю весь набор необходимого оборудования, иногда от разных брендов.

В данном материале мы представим максимально полную картину основных брендов, представленных на рынке солнечных коллекторов, и приведем их технические характеристики.

Солнечные коллекторы Atmosfera^®

Под торговой маркой Atmosfera компания производит четыре модели солнечных коллекторов вакуумного типа. В основе их производства лежат вакуумные трубки Linuo Paradigma в моделях СВК-TwinPower^® и СВК-А и вакуумные трубки Atmosfera™ в моделях CBK-Nano^® и СВК-Nano-Plus^®. Вакуумные трубки изготавливаются из боросиликатного (ударопрочного) стекла 3,3 (т-0,91). Длина трубки составляет 1800 мм при внешнем диаметре 58 мм и внутреннем 47 мм. Поглощение излучения > 95%, эмиссия тепла <5% при 80°С. Покрытие − трехслойное (Al-n/ ss cu), абсорбер наносится путем прямого вакуумного напыления. Каждая из моделей солнечных коллекторов производится в двух типоразмерах с 20-ю или 30-ю вакуумными трубками. Все коллекторы выпускаются с медными внутренними теплообменниками и внешним корпусом из анодированного алюминия толщиной 2 мм. Коллекторы предназначены для круглогодичного использования в системах ГВС и отопления (как дополнительный источник).

Модели СВК-TwinPower^® относятся к премиум-классу и оснащаются усиленным внутренним теплообменником диаметром 45 мм, изоляцией из минеральной ваты c антигигроскопичной пропиткой, толщиной 65 – 75 мм, имеют усиленную раму с возможностью изменения наклона, КПД − до 95%, что в комплексе позволяет добиться высокой производительности в условиях низкой инсоляции. Эта модель оборудована системой креплений для установки фотоэлектрического модуля для автономной работы гелиосистемы.

СВК-А − это модель с усиленной изоляцией теплообменника (толщина 75 мм) из минеральной ваты. Диаметр теплообменника – 38 мм. Имеет сертификат Solartechnik SPF. Наиболее популярная модель вакуумного коллектора этого производителя.

К эконом-классу относятся установки CBK-Nano^®. Диаметр теплообменника – 45 мм, толщина изоляции − 45–55 мм. СВК-Nano-Plus^® более эффективная модель, отличается более массивным теплообменником под трубки heat-pipe, с конденсаторами диаметром 24 мм (вместо 14 − у СВК-Nano).

Также компания предлагает две модели плоских солнечных коллекторов. Модель SPK-F2M имеет медный абсорбер толщиной 0,3 мм с покрытием BlueTec Eta Plus (Германия). Теплообменник – медный, в форме арфы. Изоляция − из минеральной ваты, толщиной 40 мм, коэффициент теплопроводности в окружающую среду − 0,035 Вт/м². Коллектор покрыт призматическим стеклом с пониженным содержанием железа, толщиной 40 мм. Коэффициент абсорбции – 95%, излучения – 5%. Корпус выполнен из алюминиевого профиля. Общая площадь – 2,0 м², площадь абсорбции – 1,87 м². Габариты SPK-F2M (выс.×шир.×гл.) – 1988×1006×85 мм, вес – 40 кг, оптический КПД − 78,9%, максимальная мощность – 1480 Вт.

Коллектор SPK-F4M имеет медный теплообменник в форме меандра и алюминиевый (медный − модификация SPK-F4M (Cu) абсорбер с селективным покрытием BlueTec (Германия). Покрыт специальным стеклом. Коллектор имеет четыре выхода, по два на каждую сторону, что позволяет комплектовать им гелиосистемы drain-back (система защиты от закипания). Оптический КПД – 84,9%, максимальная мощность 1588 Вт. Прочие технические характеристики аналогичны предыдущей модели.

Рабочее давление всех плоских коллекторов – 10 бар, испытательное − 25 бар. Монтируются на горизонтальную поверхность, на наклонную крышу. Могут быть встроены в кровлю.

Термосифонные гелиосистемы на основе вакуумных трубок представлены пятью моделями. Это безнапорная модель RNB-Нерж с баком из нержавеющей стали (15, 20 или 30 трубок, объем бака − 130, 170 и 250 л, соответственно), напорная модель RPA-Теплообмен со встроенным в бак теплообменником, три варианта исполнения – 20 вакуумных трубок (бак 170 л), 24 трубки (бак 200 л) и 30 трубок (бак 250 л). Также безнапорная система RNB-Эмаль с эмалированным баком и напорная система RPB-Heatpipe, не имеющая ограничения по протоку за счет использования трубок типа «Heat Pipe». Коллекторы СВК-Октагон на 25 и 50 трубок предназначены для сезонного нагрева воды в бассейнах или в отдельно стоящих баках или ёмкостях.

Кроме того, компания предлагает полный комплект оборудования для эффективного использования гелиосистем. Это емкостные баки, насосные группы, автоматика, арматура и прочие компоненты.

Солнечные коллекторы BAXI

Компания BAXI производит напорные плоские солнечные коллекторы общей площадью от 2,0 до 2,5 м² моделей SB+.

Плоские солнечные коллекторы SB20+, SB25+ представляют собой металлическую пластину абсорбера, заключенную в защищенный от непогоды корпус, закрытый с одной стороны закаленным градоустойчивым с малым содержанием железа гелиостеклом ESG.

Солнечное излучение, проходя через гелиостекло, попадает на пластину абсорбера, нагревая её. Нагретый абсорбер передает тепло теплоносителю, протекающему по медным трубкам, которые приварены к абсорберу методом лазерной сварки. Трубки в коллекторах SB+ размещены по схеме «меандр», которая позволяет получить лучшую теплопередачу, а значит и большую мощность.

Абсорбер состоит из алюминиевой пластины, на которую нанесено специальное высокоселективное покрытие Alanod Mirotherm, которое с высокой эффективностью преобразует солнечное излучение в тепло. Также поверхность пластины абсорбера подвергают специальной электрохимической обработке, чтобы избежать потери её свойств с течением времени.

Гелиостекло, находящееся над пластиной абсорбера, пропуская солнечное излучение, в тоже время удерживает конвекционное тепло от нагретого абсорбера, уменьшая, тем самым, тепловые потери. Внутри коллектора образуется, так называемый, «парниковый эффект».

Под абсорбером размещается слой теплоизоляции для уменьшения теплопотерь в окружающее пространство за счет теплопередачи. Используется минеральная вата толщиной 40 мм. Теплоизоляция полностью сохраняет свои свойства при рабочих температурах коллектора (около 200°С).

Корпус является основой для всех элементов, составляющих коллектор. Он изготавливается из анодированного алюминиевого профиля, стойкого к коррозии. Конструкция профиля позволяет с лёгкостью крепить панель с помощью специальных монтажных креплений в зависимости от типа крыши.

Коллекторы SB+ предназначены для круглогодичной эксплуатации. Возможно объединение до 10 солнечных коллекторов в единый блок. При необходимости более одного блока коллекторов, блоки подключаются параллельно.
Плоский коллектор BAXI SB25+, общая площадь − 2,51 м², оптический КПД − 82,1%, температура стагнации (I = 1000 Вт/м² ta = 30°C) – 197°С, пиковая мощность (G = 1000 Вт/м²) – 1926 Вт, габариты (выс.×шир.×гл. ) 2187×1147×87, вес – 47 кг.

Плоский коллектор BAXI SB20+, общая площадь − 2,01 м², оптический КПД − 82,5%, температура стагнации (I = 1000 Вт/м² ta = 30°C) – 197°С, пиковая мощность (G = 1000 Вт/м²) – 1548 Вт, габариты (выс.×шир.×гл.) 1755×1148×87, вес – 35 кг.

Кроме того, компания производит широкий модельный ряд накопительных баков и контроллеров, специально предназначенных для интеграции с солнечными коллекторами. Потребителю предлагаются гелиокомплекты, представляющие собой готовое техническое решение и включающие в себя всё необходимое оборудование для создания систем ГВС и отопления с солнечными коллекторами.

Солнечные коллекторы Bosch

В производственной линейке компании плоские солнечные коллекторы Bosch Solar 4000 TF FCC220-2V, предназначенные для работы в системах ГВС, подогрева бассейнов и как дополнительные источники тепловой энергии в системах отопления. Вертикальный монтаж − на наклонных или плоских поверхностях (крышах).

Абсорбер коллектора − полноповерхностный, из цельного листа с медным трубчатым арфообразным змеевиком и высокоселективным PVD покрытием. Структурированное ударопрочное стекло − толщиной 3,2 мм, с высоким коэффициентом пропускания света и низким поглощения/отражения. Цельный корпус − из алюминия. Теплоизоляция – 55 мм, из минеральной ваты.

Полная площадь поверхности коллектора − 2,09 м², апертурная площадь (поглощения) – 1,94 м². Вес – 30 кг. Габариты – 2026×1032×67 мм (выс.×шир.×гл. ). Коэффициент абсорбции 95±2, коэффициент излучения 5±2.

Солнечные коллекторы Buderus
Компания Buderus представляет на рынке Украины две модели солнечных коллекторов. Это плоские солнечные коллекторы, предназначенные для всесезонной работы − Logasol SKN4.0 и Logasol SKT1.0.
Модель Logasol SKN4.0-s имеет габариты – 2017×1175×87 мм (выс.×шир.×гл.) и вес 40 кг. Площадь полной поверхности коллектора − 2,37 м², апертурная площадь (поглощения) − 2,25 м². Поверхность абсорбера соединена методом ультразвуковой сварки с медным арфообразным змеевиком. Изоляция изготовлена из минеральной ваты толщиной 50 мм. Каркас в виде цельного корпуса производится из пластика, армированного стекловолокном.
Покрытие − из ударопрочного стекла. Коэффициент поглощения 95 ± 2%, коэффициент излучения 5 ± 2%. Максимальное рабочее давление − 6 бар. Монтаж коллектора производится на наклонные и плоские поверхности.
Применяется в системах ГВС, а также для поддержки системы отопления.
Солнечные коллекторы Logasol SKT1.0 выпускаются в двух модификациях, для вертикального (Logasol SKT1.0-s) и горизонтального (Logasol SKT1.0-w) монтажа. Абсорбер коллектора − плоский, с высокоселективным покрытием. Змеевик имеет форму двойного меандра. Шовные соединения выполнены по технологии ультразвуковой сварки Omega. Защитное стекло − толщиной 3,2 мм, безосколочное, с низким содержанием железа, светопроницаемостью 92%. Изоляция − толщиной 55 мм, из минеральной ваты. Материал рамы – пластик, армированный стекловолокном. Габариты коллектора (выс.×шир.×гл.) – 2170×1175×87 мм, вес – 45 кг. Общая площадь поверхности коллектора − 2,55 м², апертурная площадь (поглощения) − 2,43 м². Коэффициент поглощения 95±2%, коэффициент излучения 5±2%. Возможен монтаж не только на наклонные и плоские поверхности, но и на фасады зданий (только для горизонтальных коллекторов). В ряд монтируется до десяти коллекторов.
Для систем ГВС, отопления, нагрева бассейнов с применением солнечных коллекторов компания производит широкий ассортимент баков косвенного нагрева Logalux, солнечные насосные станции KS, контроллеры Logamatic с различным набором функций.
Солнечные коллкторы HERZ
В рамках концепции «энергетическая крыша», компания предлагает пакетные решения на основе солнечных гелиоколлекторов и фотоэлектрических панелей серии TWIN. Это вертикальные коллекторы для установки на наклонной или плоской крыше, площадью поверхности 1,67 м².
Гелиоколлектор имеет плоский алюминиевый абсорбер с высокоселективным покрытием, медный теплообменник, алюминиевую раму и теплоизоляцию, толщиной – 25 мм. Поверхность абсорбера выполнена с улучшенной геометрией для повышения эффективности нагрева. Медные регистры и трубы коллектора припаяны и соединены с абсорбером с помощью лазерной сварки. Коллекторы объединяются в каскад (до 10 шт. в ряд) системой быстрого подключения с раздвижным двойным уплотнительным кольцом.
Масса коллектора – 24 кг. Максимальный вес снегового покрова − 960 кг. Размер коллектора 1674×998×58 мм. Мощность нагрева – 1202 Вт. КПД при прямом солнечном излучении – 91%. Температура стагнации равна 164°С. Рабочее давление − 10 бар. Рабочий угол установки коллекторов по вертикали: от 15° до 75°.
Солнечные коллекторы Vaillant
Производственная линейка компании включает в себя широкий ассортимент солнечных коллекторов auroTHERM. Четыре модели плоских и две модели трубчатых вакуумных коллекторов.
Все плоские солнечные коллекторы auroTHERM (модели VFK 125/3, VFK 135/2 VD, VFK 135/2 D, VFK 145/2 V) предназначены для приготовления горячей воды для бытовых нужд, нагрева воды в бассейне и поддержки системы отопления. Монтаж − на наклонную или горизонтальную поверхность. Абсорбер − алюминиево-медный, с высокоселективным покрытием. Поверхность коллекторов − из высокопрочного стекла, толщиной 3,2 мм с коэффициентом прозрачности 91%. Рама − из алюминия, анодированного в черный цвет. Изоляция − толщиной 40 мм. Максимальное давление – 10 бар. Габариты (выс.×шир.×гл.) – 2033×1233×80 мм, вес – 38 кг (37,5 кг у VFK 135/2 ). Общая площадь поверхности – 2,51 м², площадь абсорбции – 2,35 м².
auroTHERM pro VFK 125/3 – это плоский напорный солнечный коллектор «бюджетной» категории. Коэффициент поглощения – 90%, излучения – 15%. Нормативный КПД – 74%. Плоские солнечные коллекторы моделей auroTHERM classic VFK 135/2 VD (вертикальный) и VFK 135/2 D (горизонтальный) предназначены для эксплуатации, только в солнечных системах, не подверженных закипанию, совместно с насосными станциями для солнечных коллекторов VPM 15 D, VPM 30 D и AuroSTEP.
Коэффициент поглощения − 95%, коэффициент излучения − 5%. Нормативный КПД – 78,5%. Возможность объединять до 6 коллекторов в ряд и до 12 в комбинациях 3×4, 4×3 или 6×2.
Модель auroTHERM plus VFK 145/2 V − плоский коллектор для работы в классических, напорных солнечных системах. Нормативный КПД равен 79,1%. Коэффициенты поглощения/излучения − 95/5%.
Вакуумные трубчатые солнечные коллекторы представлены моделями auroTHERM exclusiv VTK 570/2 и VTK 1140/2. Состоят из вакуумных трубок (6 шт. VTK 570/2 и 12 шт. VTK 1140/2). Трубки изготовлены из двойного боросиликатного стекла с алюминиево-нитридным абсорбером. Контроль целостности вакуумных трубок − при помощи бариевого геттера. Параболическое зеркало − с керамическим покрытием и коэффициентом отражения 85%. Коэффициент поглощения абсорбера – 93,5%. Коэффициент отражения − 6%. Нормативный КПД – 64,2%. Габариты модели VTK 570/2 – 1652×702×111 мм (выс.×шир.×гл.), вес – 19 кг. У модели VTK 1140/2 габариты – 1652×1392×111 мм (выс.×шир.×гл.), при весе 37 кг. Общая площадь поверхности/абсорбции – 1,16/1,0 м² (VTK 570/2). У VTK 1140/2 общая площадь – 2,3 м², площадь абсорбции – 2,0 м². Коллекторы предназначены для круглогодичной работы в системах ГВС, подогрева бассейнов и системах отопления как дополнительный источник энергии. Монтаж − на наклонную или плоскую поверхность.
Также компания производит все элементы, необходимые для создания эффективных систем с солнечными коллекторами: буферные емкости, бойлеры ГВС, теплообменники, солнечные насосные автоматические станции, котроллеры, монтажные рамы и системы для крепления. Готовые технические решения для различных вариантов организации систем предлагаются пакетными предложениями, которые включают в себя весь спектр необходимого оборудования.
Солнечные коллекторы VISION^TM
На отечественный рынок поставляется две модели солнечных, вакуумных коллекторов этого производителя − VISION 1800/15 и VISION 1800/20. Предназначены для всесезонного использования для производства горячей воды для хозяйственных нужд, подогрева бассейна и как дополнительный источник энергии в системе отопления.
В производстве коллекторов используются вакуумные трубки с системой типа heat-pipe, длиной 1800 мм и диаметром 58 мм.
VISION 1800/15 − это солнечный коллектор, состоящий из 15 вакуумных трубок, с габаритами 1990×1295×130 мм (выс.×шир.×гл.) и весом 56 кг. Медный теплообменник. Площадь поглощения (абсорбции) составляет 1,95 м². Максимальное давление – 12 бар.
Из 20-ти вакуумных трубок собирается гелиоколлектор VISION 1800/20. Он имеет вес 64 кг и размеры (выс.×шир.×гл.) – 1990×1670×130 мм. Площадь абсорбции − 2,6 м².
Коллекторы монтируются на скат крыши или плоскую поверхность при помощи специальной монтажной рамы. Оптимальный угол наклона − 45^о.
Импортер − компания «Ромстал Украина», реализует коллекторы как отдельный продукт, так и пакетными предложениями, которые включают в себя все нужные элементы системы ГВС, бойлер косвенного нагрева со встроенным ТЭНом, автоматику, насосную группу, арматуру, расширительный бачок.
Покупая полную версию статьи, читатель ознакомится с техническими характеристиками гелиоколлекторов еще восьми производителей и ТМ представленных на рынке Украины.
Читайте статьи и новости в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь на YouTube-канал.
Данная статья является платной. Вы можете приобрести полностью данную статью в электронном виде.
Просмотрено: 11 264
Вас может заинтересовать:

Вам также может понравиться

Заказ был отправлен, с Вами свяжется наш менеджер.
Aбсорбер для солнечного коллектора — обзор
Абсорбер для солнечного коллектора обеспечивает преобразование энергии Солнца в тепловую, которая передается в носитель, с поверхностей оборудования. Эти устройства бывают любой формы и изготавливаются из следующих материалов: стекло, медь или же алюминий. Неизменным можно назвать лишь то, что данная деталь размещается на той части специального оборудования, которая максимально освещается Солнцем.
Покрытие абсорбера солнечного коллектора
Тем, кто решил создать абсорбер для солнечного коллектора своими руками следует учесть, что для максимальной абсорбции, на поверхность этих установок наносят специальный состав, который характеризуется высочайшим уровнем поглощения. Кроме максимальной абсорбции энергии ближайшей звезды, которая так или иначе попадает на абсорбирующий элемент, нанесение специального состава, также препятствует возможности обратного излучения.
Существуют самые разнообразные методики нанесения поглощающего покрытия на поверхности агрегатов подобного назначения, однако наиболее распространенными, являются следующие:
Нанесение поглощающего состава, гальваническим методом — так называемый «черный хром»;
Нанесение методом напыления — «синие слои».
Во время оснащения или использования подобных агрегатов, важно понимание, таких ключевых понятий, как способность поглощения обозначается Альфа, а также излучения – Эпсилон.
Уровень способности поглощения Альфа у различных разновидностей составов приблизительно идентичен. Различия наблюдаются в других показателях. Например, меньший показатель излучения Эпсилон, а также устойчивость к достаточно агрессивным атмосферным воздействиям, что в свою очередь удваивает эксплуатационный период установок, без практических потерь теплофизических качеств. Если двери маятниковые из ПВХ должны препятствовать проникновению тепла то абсорбер наоборот тепло поглощает и проводит

Купить абсорбер для солнечного коллектора в Украине: доступные разновидности
Для оснащения оборудования плоского типа применяют поглощающие пластины, одной из следующих модификаций:
Перьевой. В этих конструкциях предусмотрено наличие трубки, которая прикреплена к специальным пластинкам. Трубки в перьевых деталях соединены между собой в форме арфы, в профессиональных кругах, подобный тип соединения, часто именуют коллекторным.
Цельнолистовой. В агрегатах данной разновидности, распределительная система тепла, может быть самой разнообразной, эту функцию могут выполнять трубки в форме меандра или элементы, так называемого, коллекторного типа, часто для оснащения таких систем используется методика штамповки.
В установках трубчатой конструкции устанавливаются абсорбирующие элементы, тех же модификаций:
Перьевая конструкция. В трубчатых установках оснащенных перьевым поглотителем, все процессы поглощения, а также передачи тепла происходят, с той же последовательностью, что и в плоских.
Цилиндрическая конструкция абсорбера. В данном случае, напыление покрытия выполняется по всей площади стекляной колбы, поэтому процесс абсорбции энергии происходит, как правило, на поверхностях стекла. А теплоотдача происходит, из-за контакта стенок колбы с ребристыми стержнями оборудования.
Стоит заметить, что корректный выбор оборудования и его правильное использование позволяет получать около 1,1 кВт⋅ч, с каждого квадратного метра освещаемой солнцем площади.

Рекомендуем прочесть:
Работа плоского солнечного коллектора
Если Вы читаете эту статью, то значит, Вам интересна тема получения экологической, а главное бесплатной тепловой энергии. Понятно, что солнечный коллектор нагревает теплоноситель от солнечного излучения, но почему эффективней, чем допустим в баке, покрашенном черным цветом в этом мы сейчас и разберемся.
Существует два вида солнечных коллекторов: трубчатый и плоский. Давайте в этой статье рассмотрим плоский солнечный коллектор, так как он проще и именно такой можно сделать в домашних условиях своими руками.
Есть две схемы плоских коллекторов: параллельная и змейка, причем первая может работать в системах с естественной циркуляцией, а вторая только для насосных систем управляемых контроллером, она эффективнее.

Так почему же коллекторы настолько эффективны?
Давайте сначала посмотрим, из чего же всё-таки состоит солнечный коллектор.
Одним из главных узлов солнечного коллектора является абсорбер (на картинке – пластина теплопоглотителя вместе с трубками ) – это пластина с припаянными или обжатыми трубками, чаще всего медными которая покрыта материалом (черным хромом, никелем, черной медью и т.д.) который максимально поглощает солнечное тепло.
В домашних условиях, для удешевления, конструкции изготавливают из металлических труб, приваривая их к листовому металлу, покрывая всё жаропрочной черной матовой краской. КПД такого абсорбера, конечно, ниже чем у заводского, но себестоимость самодельного приятно удивляет.
Корпус коллектора изготавливаются в основном из алюминия или оцинкованной стали, при самостоятельном изготовлении часто используют: дерево, USB, ДСП или ДВП. Главная задача корпуса – защита абсорбера и утеплителя от атмосферных явлений: температура, ветер, влага и т.д., Поэтому при изготовлении используют разного рода герметики или силикон.
Теплоизоляция (обычно на основе минеральных ват) служит для предотвращения теплопотерь из коллектора. Нельзя применять теплоизоляцию на пенопластовых основах, так как при высоких температурах он начинает плавиться.
В дорогих заводских моделях коллекторов применяется самоочищающееся и ударопрочное стекло, чаще всего с двухкамерным стеклопакетом.
В домашнем изготовлении используют обычное стекло или прозрачный поликарбонат.
Коллектор устанавливают на южной стороне участка, таким образом, что бы в течении дня как можно больше солнечных лучей попадали на абсорбер под прямым углом. Я думаю каждый, в солнечный зимний день сидел у окошка и чувствовал, как солнце ощутимо греет тело через стекло при минусовой температуре на улице. Такой же принцип и у солнечного коллектора, солнце через стекло нагревает пластину абсорбера, она передает тепло трубке, а последняя в свою очередь греет теплоноситель. Изоляция препятствует потере тепла наружу, сохраняя все тепло внутри коллектора, а корпус защищает от атмосферных явлений.
Таким образом, теплоноситель, нагреваясь (нагревается он очень быстро, так как в трубках его не большое количество) поднимается вверх коллектора, а затем перекачивается в тепловой аккумулятор. Соответственно в низ коллектора подается теплоноситель который отдал тепло в Т.А, и нагреваясь поднимается по трубкам абсорбера. В итоге, когда светит солнце, в коллекторе происходит постоянный цикл нагрева воды, а как только солнце прячется за облака, этот цикл приостанавливается.
Солнечный коллектор «Сокол-Эффект-А» с алюминиевым абсорбером
Внимание! Важная информация!
Компания «АНДИ Групп» постоянно проводит рекламные акции по регионам, предлагая приобрести оборудование по специальной ознакомительной цене. При оформлении заказа не забудьте уточнить у менеджера, оформляющего Вашу заявку, действует ли Промо-Акция в Вашем регионе и максимально подробно ответить на его вопросы. Это может существенно сэкономить Ваши денежные средства. Спасибо за проявленный к нашему оборудованию интерес.

Плоский солнечный коллектор с алюминиевым абсорбером Сокол Эффект-А
Солнечный коллектор плоского «Сокол-Эффект-А» конструктивно идентичен коллектору «Сокол-Эффект-М» и является его более дешёвым вариантом за счёт применения поглощающих профилей из алюминия.
Производитель:
Военно-Промышленная Корпорация АО «ВПК «НПО машиностроения» ведущее ракетно-космическое предприятие России. Российские инженеры оборонного предприятия разработали уникальный оптический слой и конструкцию солнечного коллектора «Сокол-А». В нем применены новые технологии, позволяющие упростить конструкцию, улучшить герметичность и конечно повысить производительность. В результате получился коллектор европейского качества по не высокой цене!
Назначение:
Предназначен для преобразования энергии солнечного излучения в тепловую энергию и передачи её теплоносителю (вода, незамерзающая жидкость). Используется как основной или дополнительный нагреватель в системах водо и теплоснабжения. На его основе создаются комплексы сезонных или круглогодичных систем горячего водоснабжения и отопления индивидуальных жилых зданий, коммунально-бытовых и производственных объектов (гостиницы, пансионаты, бассейны, детские лагеря отдыха, предприятия общественного питания, фермерские хозяйства и т.д.).
Преимущества:
высокоселективное поглощающее покрытие;
лёгкая и прочная конструкция;
свехрпрозрачное стекло с антиотражающим покрытием;
современный дизайн;
легкость и удобство монтажа.
Солнечный коллектор Сокол-Эффект-А соответствует требованиям российского ГОСТ Р 51595-2000 «Коллекторы солнечные. Общие технические условия» и основным требованиям стандартов большинства зарубежных стран.
Высокая эффективность солнечных коллекторов «Сокол» подтверждена испытаниями ведущего европейского института солнечной техники SPF Solartechnik (Швейцария), а также дипломами и медалями крупнейших российских и международных выставок.
Видео. Реальные примеры использования СК «Сокол-Эффект»

8 (800)200-44-80 Бесплатный звонок по России! Наши квалифицированные специалисты ответят на Ваши вопросы и в зависимости от поставленных Вами задач, помогут подобрать оборудование, удовлетворяющее Вашим требованиям.
плоский

Плоские солнечные коллекторы отличаются большой площадью застекления и большим абсорбером. Благодаря этому они эффективно используют большую часть солнечной энергии, попадающей на их поверхность, достигая при полном солнечном излучении максимальной мощности.

Используемые материалы гарантируют длительный срок службы и постоянство параметров солнечных коллекторов. У всех моделей имеется рама из анодированного алюминия и медного абсорбера с нанесенным вакуумным абсорбционным слоем с длительным сроком службы.

Абсорбционная поверхность плоских солнечных коллекторов образована из высокоселективного покрытия, имеющего способность большого поглощения солнечного излучения. Теплоотдача покрытия излучением в окружающую среду (потеря тепла при излучении) минимальна.

В плоских солнечных коллекторах используется:
Медный лирообразный абсорбер с высокоселективным черным хромом, позволяющий проводить параллельное подключение коллекторов;
Специальное закаленное стекло у всех моделей имеет высокую устойчивость к разрушению и высокую рассеянность для солнечного излучения. В некоторых моделях применяется антирефлексное стекло, которое является лучшим среди стекол применяющихся при изготовлении плоских солнечных коллекторов. Специальный слой по обеим сторонам стекла элиминирует отражение солнечного излучения и способствует максимальному попаданию излучения на абсорбер. На рисунке изображено ограничение отражения падающих солнечных лучей вне коллектора благодаря двустороннему антирефлексному слою, рассеянность солнечного излучения составляет 96%.
Теплоизоляция ограничивает потерю тепла на солнечных коллекторах и повышает их эффективность. Толщина минеральной изоляции колеблется в пределах от 2 до 6 см в зависимости от модели.

Некоторые модели плоских солнечных коллекторов могут встраиваться в крышу дома, создавая единую конструкцию с кровельным покрытием.

Плоские солнечные коллекторы могут использоваться для нагрева воды для бытовых нужд, подогрева воды в бассейне или поддержания отопления в доме. Коллекторы позволят вам в большей степени использовать солнечную энергию даже осенью и зимой при благоприятных условиях.

Плоский солнечный коллектор устанавливается на крыше, а аккумулирующий бак с водой устанавливается в помещении, удобном для развода сети горячей воды (котельная, санузел и др.). Бак и коллектор соединены трубами, циркуляцию обеспечивает комплексная гелиостанция, в баке возможна установка электрического нагревателя (моновалентный бак) либо использование дублирующего греющего контура (бивалентный бак) от существующего теплогенератора , за температурой воды следит электронный контроллер. Солнечный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии составляет 95 %. Установка происходит непосредственно на крыше зданий таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для сбора энергии. Коллекторы монтируются под углом, от 30 до 50 градусов.

Для поддержания отопления в системе применяется буферный бак, который представляет собой автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный котел, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые поддерживают систему при недостаточном количестве солнечного излучения. Нагретая от доступных источников тепла вода используется как теплоноситель для существующей системы отопления. Контроллер автоматически поддерживает самые оптимальные параметры циркуляции и обеспечивает комфортную заданную температуру. При отсутствии достаточной солнечной активности или в ночное время, автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения. Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить среднегодовую экономию энергоносителей до 50 %.

• возможность использования системы как основного (для регионов с достаточной солнечной активностью) или дополнительного источника энергии для отопления;
• наиболее эффективные установки для умеренного и холодного климата, выдерживает температуры до -50°С и низкую интенсивность потока солнечной радиации;
• большое количество схем подключения для удовлетворения различных потребностей;
• легко встраиваются в существующие системы горячего водоснабжения и отопления;
• расположение бака и оборудования не требует строгого размещения, и больших площадей;
• большая производительность .

1.солнечные лучи,

2.плоский солнечный коллектор,

3.датчик температуры коллектора,

4.расширительный мембранный бак,

5.комплектная гелиостанция,

6.контроллер,

7.электронагреватель,

8.датчик температуры бака-аккумулятора,

9.предохранительный клапан,

10.входное отверстие (холодная вода),

11.выходное отверстие (горячая вода),

12.бак-аккумулятор с двумя теплообменниками (бивалентный),

13.основная система отопления на основе газового, электрического или другого котла.
Пластина абсорбера
— обзор
3.2.9.2 Пластина коллектора
Пластина коллектора или абсорбера обычно является наиболее сложным и дорогим компонентом коллектора, остальные части свободно доступны в торговле и массовом производстве для других целей.
Это обсуждение касается только типа нагрева жидкости, который может быть типа Tellier (двойной лист) или типа листа и трубы. Однако существует около десятка других типов, некоторые из которых будут кратко рассмотрены ниже.Независимо от типа, к этому компоненту предъявляются высокие требования в отношении безопасности, водонепроницаемости и коррозионной стойкости. В простейшем виде коллектор может быть обычной панелью радиатора центрального отопления. Материалы, наиболее часто используемые для коллекторных пластин в порядке убывания стоимости и теплопроводности, — это медь, алюминий и сталь. Если весь коллектор охвачен теплоносителем, проводимость материала становится неважной. Виллиер и другие исследовали влияние проводимости соединения и обнаружили, что стальные трубы ничем не хуже медных при условии хорошей проводимости соединения между трубкой и пластиной.
Склеенные пластины со встроенными трубками являются одной из лучших альтернатив с точки зрения производительности, но такие пластины требуют оборудования для массового производства. Такие пластины типа труба в листе f.inst. произведены Olin Brass Co. и их лицензиатами (см. Раздел 6) под названием Roll-Bond. Этот процесс включает в себя печать (с использованием специальных «чернил») желаемого рисунка трубок на одном плоском листе алюминия поверх первого и склеивание двух вместе с помощью тепла и давления по всей их поверхности, за исключением областей печати.Затем трубки создаются путем введения специальной иглы в несвязанную часть края и надувания рисунка трубки жидкостью под давлением. Это процесс, с помощью которого изготавливаются практически все морозильные камеры холодильников, и узоры чрезвычайной сложности могут быть созданы на панелях относительно больших размеров (до 3 × 4 м).
Одной из основных проблем, возникающих при использовании алюминиевых трубок в листе, является коррозия, которая обычно возникает при контакте неочищенной воды с неизолированным алюминием.Японская компания Showa Aluminium Co. имеет патент США на использование цинкового порошка в специальных «чернилах», используемых в процессе Roll-Bond, и это дает эффект гальванизации на водяные каналы, который, по словам Сева, вызывает они полностью устойчивы к коррозии.
Конструкция Roll-Bond с трубками, объединенными с листами, обеспечивает хорошее тепловое соединение между пластиной и трубками.
Водные каналы должны быть соединены сверху и снизу каким-либо коллектором или коллектором, а коллектор должен иметь площадь поперечного сечения, которая больше, чем совокупная площадь обслуживаемых каналов, чтобы обеспечить сбалансированный и равномерный поток во всех каналы.
Есть несколько других процессов и конструкций, которые используются в коммерческих целях для производства водяных радиаторов или теплообменников и которые могут использоваться для пластин коллектора.
В некоторых обычных жидкостных нагревателях трубки припаяны или иным образом прикреплены к верхней или нижней поверхности металлических листов. Зажимы, зажимы, скрученная проволока, термоцемент и многие другие устройства были опробованы с разной степенью успеха для крепления труб к металлическим листам. В некоторых случаях для обеспечения более тесного контакта между трубкой и стальным листом использовались трубы с прямоугольным, а не круглым поперечным сечением.Для сборки можно использовать механическое давление или пайку.
Гофрированные оцинкованные стальные листы также были скреплены вместе для образования водонепроницаемых контейнеров с проходами для жидкости.
Вода делает практически обязательным использование коррозионно-стойких трубок. Медные трубки использовались в большинстве солнечных водонагревательных установок и становятся все более популярными в системах питьевого водоснабжения, хотя с точки зрения себестоимости они дороже, чем большинство конкурирующих материалов.
Прямое использование воды в плоском пластинчатом коллекторе создает другие проблемы. Вода может замерзнуть в холодную погоду и повредить коллектор, если не принять особые меры для предотвращения этого. Вероятно, лучше всего полностью осушить коллектор в холодную погоду, и для этого довольно легко спроектировать автоматическую систему, особенно если есть система, использующая принудительную циркуляцию воды без давления. Если нет полной уверенности в том, что эта проблема была решена с помощью воды, необходимо перейти к системе с двойным контуром, с раствором незамерзающего раствора в коллекторе и с теплообменником между раствором незамерзающего раствора и водой для нагреваться.Раствор антифриза предпочтительно должен быть дешевым, негорючим, неагрессивным и нетоксичным. Кажется, что идеальной жидкости не существует, и многие из них слишком дороги. Большинство из них слишком вязкие или слишком летучие. Многие имеют плохие свойства теплопередачи. Этиленгликоль, обычный автомобильный антифриз, очень ядовит, а пропиленгликоль — нет. Кроме того, гликоли нуждаются в ингибиторах коррозии.
Также можно использовать неметаллические поглотители, но в этом случае потребуется гораздо более тесный контакт между поверхностью и жидкостью, поскольку теплопроводность пластика или резины намного меньше, чем у металлов.
При температурах, близких к температуре окружающей среды, больше ничего не требуется, и можно использовать простую систему коллектора с плоскими пластинами без защитного остекления или задней изоляции. использоваться для обогрева бассейнов.
Поглощающая способность поверхности пластины коллектора для коротковолнового солнечного излучения зависит от природы и цвета покрытия, а также от угла падения.
На рис. III / 7 показаны потоки энергии в плоском солнечном коллекторе. Сверху показано стекло, затем идет пластина коллектора (темно-серая посередине), а внизу — изоляция.Следует отметить, что из общего входящего излучения в 1000 Вт 130 Вт переизлучается, а 240 Вт тепла теряется через стеклянное покрытие за счет конвекции. Таким образом, чистая выработка энергии солнечным коллектором составляет 610 Вт, или КПД (КПД) составляет 61%.
Рис. III / 7.
Источник: ISES
В простейшем виде коллекторную пластину можно почернить тусклой краской, что может привести к тому, что пластина коллектора может быть затемнена. содержат технический углерод или графит. Доступен ряд фирменных красок для плоских коллекторов (см. Раздел 6), наиболее популярными из которых являются силиконовые краски и черная бархатная краска 3-M.
Перед нанесением финишной обработки поверхности необходимо использовать соответствующую ингибирующую ржавчину грунтовку, предпочтительно промывочную грунтовку, поскольку толстый грунтовочный слой краски снижает передачу. Грунтовка должна быть самопротравливающейся. Без этого повторяющееся тепловое расширение и сжатие поверхности коллекторной пластины может привести к отслаиванию краски менее чем за год. Доступны несколько типов черных покрытий с запеканием.
Коллекторная пластина также может быть покрыта селективным черным покрытием, полученным химическим или гальваническим способом.
Недавно было предложено покрыть поверхность коллектора стекловидной эмалью.
Во время работы жидкость заставляется течь в одну сторону плоской пластины (обычно на нижний конец), а затем ее отводят с другой стороны (обычно на верхнем конце) после нагрева до температур в диапазоне от окружающей среды. до 120 ° C в зависимости от исполнения). Плоские пластинчатые коллекторы могут быть изготовлены для температур несколько выше этой, но концентрирующие коллекторы в какой-то момент становятся более рентабельными.
Солнечный коллектор — Energy Education
Рисунок 1. Солнечный коллектор. ^[1]
A Солнечный коллектор — это устройство, которое собирает и / или концентрирует солнечное излучение от Солнца. Эти устройства в основном используются для активного солнечного нагрева и позволяют нагревать воду для личного пользования. ^[2] Эти коллекторы обычно монтируются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. ^[2]
Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с использованием водонагревателя, потенциально снижая затраты на электроэнергию с течением времени.Как и в домашних условиях, большое количество этих коллекторов можно объединить в массив и использовать для выработки электроэнергии на солнечных тепловых электростанциях.
Типы солнечных коллекторов
Существует много разных типов солнечных коллекторов, но все они сконструированы с учетом одной и той же основной предпосылки. В общем, есть материал, который используется для сбора и фокусировки энергии Солнца и использования ее для нагрева воды. В простейшем из этих устройств используется черный материал, окружающий трубы, по которым течет вода.Черный материал очень хорошо поглощает солнечное излучение и, поскольку материал нагревает воду, он окружает. Это очень простой дизайн, но коллекционеры могут стать очень сложными. Пластины-поглотители можно использовать, если нет необходимости в повышении температуры, но обычно устройства, в которых используются отражающие материалы для фокусировки солнечного света, приводят к большему повышению температуры.
Плоские коллекторы
Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. ^[3]
Эти коллекторы представляют собой простые металлические коробки с каким-то прозрачным стеклом в качестве крышки поверх темной поглощающей пластины.Боковые стороны и дно коллектора обычно покрываются изоляцией, чтобы минимизировать тепловые потери в другие части коллектора. Солнечное излучение проходит через прозрачное остекление и попадает на пластину поглотителя. ^[4] Эта пластина нагревается, передавая тепло воде или воздуху, находящимся между стеклом и пластиной-поглотителем. Иногда эти абсорбирующие пластины окрашиваются специальными покрытиями, которые лучше поглощают и удерживают тепло, чем традиционная черная краска. Эти пластины обычно делают из металла, который является хорошим проводником — обычно из меди или алюминия.^[4]
Коллекторы вакуумные
Рисунок 3. Схема вакуумного трубчатого солнечного коллектора. ^[5]
В этом типе солнечных коллекторов используется серия откачанных трубок для нагрева воды. ^[2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии и минимизации потерь тепла в окружающую среду. У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина поглотителя, которая соединена с тепловой трубкой, чтобы переносить тепло, собираемое от Солнца, к воде.Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. ^[6] При этом давлении на «горячем» конце трубы находится кипящая жидкость, а на «холодном» конце — конденсирующийся пар. Это позволяет тепловой энергии более эффективно перемещаться от одного конца трубы к другому. Как только тепло от Солнца переходит от горячего конца тепловой трубы к конденсирующему концу, тепловая энергия переносится в воду, которая нагревается для использования. ^[2]
Коллекторы Line Focus
Рисунок 4.Схема солнечного коллектора с линейным фокусом. ^[7]
Эти коллекторы, иногда называемые параболическими желобами, используют материалы с высокой отражающей способностью для сбора и концентрации тепловой энергии от солнечного излучения. ^[8] Эти коллекторы состоят из отражающих секций параболической формы, соединенных в длинный желоб. ^[2] Труба, по которой течет вода, помещается в центре этого желоба, так что солнечный свет, собираемый отражающим материалом, фокусируется на трубе, нагревая ее содержимое.Это коллекторы очень высокой мощности, поэтому они обычно используются для выработки пара для солнечных тепловых электростанций и не используются в жилых помещениях. Эти желоба могут быть чрезвычайно эффективными для выработки тепла от Солнца, особенно те, которые могут поворачиваться, отслеживая Солнце в небе для обеспечения максимального сбора солнечного света. ^[2]
Коллекторы точечного фокуса
Рисунок 5. Точечный солнечный коллектор. ^[9]
Эти коллекторы представляют собой большие параболические тарелки, состоящие из некоторого отражающего материала, которые фокусируют энергию Солнца в одной точке.Тепло от этих коллекторов обычно используется для привода двигателей Стирлинга. ^[2] Хотя они очень эффективны для сбора солнечного света, они должны активно отслеживать Солнце по небу, чтобы иметь какую-либо ценность. Эти тарелки могут работать по отдельности или быть объединены в группу, чтобы собрать еще больше энергии от Солнца. ^[10]
Коллекторы точечного фокуса и аналогичные устройства также могут использоваться для концентрации солнечной энергии для использования с концентрированной фотоэлектрической системой. В этом случае вместо производства тепла энергия Солнца преобразуется непосредственно в электричество с помощью высокоэффективных фотоэлектрических элементов, специально разработанных для использования концентрированной солнечной энергии.
Для дальнейшего чтения
Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:
Список литературы
↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flatplate.png
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 ^2,4 ^2,5 ^2,6 Г. Бойля. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский застекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
↑ ^4,0 ^4,1 Flasolar. (10 августа 2015 г.). Плоские солнечные коллекторы [Онлайн]. Доступно: http://www.flasolar.com/active_dhw_flat_plate.htm
↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Evacuated_tube_collector.gif
↑ RedSun. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: http://www.redsunin.com/products/evacuated-tube-collector-solar-water-heaters/
↑> Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор линейного фокуса [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Solarpipe-scheme.svg/2000px-Solarpipe-scheme.svg.png
↑ Министерство энергетики США.(10 августа 2015 г.). Солнечный коллектор Line Focus [Онлайн]. Доступно: https://www.eeremultimedia.energy.gov/solar/photographs/line_focus_solar_collector
↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Солнечный двигатель Стирлинга [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/SolarStirlingEngine.jpg
↑ JC Solar Homes. (10 августа 2015 г.). Концентраторы и плоские коллекторы [Онлайн]. Доступно: http: //www.jc-solarhomes.ru / COLLECTORS / convertrators_vs_flat_plates.htm
Исследование влияния различных покрытых пластин поглотителя на тепловой КПД плоского солнечного коллектора
1.
Даффи Дж. А., Бекман, Вашингтон, Солнечная инженерия тепловых процессов, Нью-Йорк: Wiley; 2013. https://www.wiley.com/en-us/Solar+Engineering+of+Thermal+Processes,+4th+Edition-p-9780470873663. По состоянию на 17 апреля 2019 г.
2.
Sakhaei SA, Valipour MS. Анализ повышения производительности плоских коллекторов: всесторонний обзор.Renew Sustain Energy Rev.2019; 102: 186–204. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2018.11.014.
CAS Статья Google ученый
3.
Асади Дж., Амани П., Амани М., Касаэян А., Бахираи М. Термоэкономический анализ и многокритериальная оптимизация абсорбционной системы охлаждения, управляемой различными солнечными коллекторами. Energy Convers Manag. 2018; 173: 715–27. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.08.013.
Артикул Google ученый
4.
Назари С., Сафарзаде Х., Бахираи М., Экспериментальные и аналитические исследования производительности, энергетической и эксергетической эффективности односкатной солнечной системы, все еще усиленной термоэлектрическим каналом и наножидкостью. Возобновляемая энергия — 2019; 729–744. https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.12.059.
5.
Джайсанкар С., Радхакришнан Т.К., Шиба К.Н., Суреш С. Экспериментальное исследование характеристик теплопередачи и коэффициента трения термосифонной солнечной водонагревательной системы, снабженной прокладкой на задней кромке лево-правой скрученной ленты.Energy Convers Manag. 2009; 50: 2638–49. https://doi.org/10.1016/J.ENCONMAN.2009.06.019.
Артикул Google ученый
6.
Анант Дж., Джайсанкар С. Экспериментальные исследования характеристик теплопередачи и коэффициента трения термосифонной солнечной водонагревательной системы, снабженной равномерно расположенными скрученными лентами со стержнем и прокладкой. Energy Convers Manag. 2013; 73: 207–13. https://doi.org/10.1016/J.ENCONMAN.2013.04.022.
Артикул Google ученый
7.
García A, Martin RH, Pérez-García J. Экспериментальное исследование улучшения теплопередачи в плоском солнечном водосборнике со вставками из проволочной спирали. Appl Therm Eng. 2013; 61: 461–8. https://doi.org/10.1016/J.APPLTHERMALENG.2013.07.048.
Артикул Google ученый
8.
Анант Дж., Джайсанкар С. Исследование характеристик теплопередачи и коэффициента трения термосифонной солнечной водонагревательной системы с поворотом влево-вправо, равномерно разнесенным стержнем и прокладкой.Энергия. 2014; 65: 357–63. https://doi.org/10.1016/J.ENERGY.2013.12.001.
Артикул Google ученый
9.
Jouybari HJ, Saedodin S, Zamzamian A, Nimvari ME, Wongwises S. Влияние пористого материала и наночастиц на тепловые характеристики плоского солнечного коллектора: экспериментальное исследование. Возобновляемая энергия. 2017; 114: 1407–18. https://doi.org/10.1016/J.RENENE.2017.07.008.
CAS Статья Google ученый
10.
Javaniyan Jouybari H, Saedodin S, Zamzamian A, Nimvari ME. Экспериментальное исследование тепловых характеристик и генерации энтропии плоского солнечного коллектора, заполненного пористой средой. Appl Therm Eng. 2017; 127: 1506–17. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.08.170.
Артикул Google ученый
11.
Chen Z, Gu M, Peng D. Анализ теплопередачи плоского солнечного коллектора с интегрированной пористой структурой из вспененного металла, заполненной парафином.Appl Therm Eng. 2010; 30: 1967–73. https://doi.org/10.1016/J.APPLTHERMALENG.2010.04.031.
CAS Статья Google ученый
12.
Базри С., Бадруддин И.А., Нагави М.С., Бахираи М. Обзор численных исследований солнечных коллекторов, интегрированных с системами хранения скрытой теплоты, использующими ребра или наночастицы. Возобновляемая энергия. 2018; 118: 761–78. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.11.030.
CAS Статья Google ученый
13.
Назари С., Сафарзаде Х., Бахираи М. Повышение производительности односкатного солнечного перегонного куба за счет использования термоэлектрического канала охлаждения и наножидкости оксида меди: экспериментальное исследование. J Clean Prod. 2019; 208: 1041–52. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.10.194.
CAS Статья Google ученый
14.
Olia H, Torabi M, Bahiraei M, Ahmadi MH, Goodarzi M, Safaei MR. Применение наножидкостей для улучшения тепловых характеристик солнечного коллектора с параболическим желобом: современное состояние.Прил. Sci. 2019; 9: 463. https://doi.org/10.3390/app
63.
CAS Статья Google ученый
15.
Касаэян А., Эшги А.Т., Самети М. Обзор применения наножидкостей в системах солнечной энергетики. Renew Sustain Energy Rev.2015; 43: 584–98. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.11.020.
CAS Статья Google ученый
16.
Тайеби Р., Акбарзаде С., Валипур М.С.Численное исследование повышения эффективности параболического желобного коллектора прямого поглощения, занятого пористой средой и насыщенного наножидкостью. Environ Prog Sustain Energy. 2018. https://doi.org/10.1002/ep.13010.
Артикул Google ученый
17.
Саид З., Сабиха М.А., Саидур Р., Хепбасли А., Рахим Н.А., Мехилеф С., Уорд Т.А. Повышение производительности плоского солнечного коллектора с использованием наножидкости диоксида титана и диспергатора полиэтиленгликоля.J Clean Prod. 2015; 92: 343–53. https://doi.org/10.1016/J.JCLEPRO.2015.01.007.
CAS Статья Google ученый
18.
Ногрехабади А., Хаджидаваллоо Э., Моравей М. Экспериментальное исследование работы трехмерного конического солнечного коллектора при различных расходах. J Heat Mass Transf Res. 2016; 1: 57–66.
Google ученый
19.
Беллос Э., Циванидис К., Цимпукис Д.Повышение производительности параболических желобных коллекторов с помощью наножидкостей и турбулизаторов. Renew Sustain Energy Rev.2018; 91: 358–75. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.091.
CAS Статья Google ученый
20.
Франк Г., Кауэр Э., Кёстлин Х., Шмитте Ф.Дж. Прозрачные теплоотражающие покрытия для солнечных батарей на основе высоколегированного оксида олова и оксида индия. Sol Energy Mater. 1983; 8: 387–98. https://doi.org/10.1016 / 0165-1633 (83)
-7.
CAS Статья Google ученый
21.
Амруткар С.К., Анализ плоских пластинчатых солнечных коллекторов, IOSR J Eng. 2012; 2: 207–213.
Артикул Google ученый
22.
Фёсте С., Эрманн Н., Джованнетти Ф., Рокендорф Г. Основы разработки высокоэффективного плоского коллектора с двойным остеклением с селективным покрытием, 30-я Международная выставка ISES.Sol World Congr. 2011; 3: 2469–74. https://doi.org/10.18086/swc.2011.19.14.
Артикул Google ученый
23.
Акбарзаде С., Валипур М.С. Повышение теплопередачи в коллекторах параболического желоба: всесторонний обзор. Renew Sustain Energy Rev.2018; 92: 198–218. https://doi.org/10.1016/J.RSER.2018.04.093.
CAS Статья Google ученый
24.
Бхиде В.Г., Вайшья Дж.С., Нагар В.К., Шарма СК.Выбор селективного покрытия для плоских коллекторов. Sol Energy. 1982; 29: 463–5. https://doi.org/10.1016/0038-092X(82)-8.
Артикул Google ученый
25.
Диас Д., Ребута Л., Коста П., Аль-Ржуб А., Бенелмеки М., Таварес С. Дж., Баррадас Н. П., Алвес Е., Сантилли П., Пишоу К. Оптический и структурный анализ солнцезащитных селективных поглощающих покрытий на основе AlSiO. _x: металлокерамика W. Sol Energy. 2017; 150: 335–44. https: // doi.org / 10.1016 / j.solener.2017.04.055.
CAS Статья Google ученый
26.
Ning Y, Wang W, Wang L, Sun Y, Song P, Man H, Zhang Y, Dai B, Zhang J, Wang C, Zhang Y, Zhao S, Tomasella E, Bousquet A, Cellier J .Оптическое моделирование и приготовление нового покрытия Mo / ZrSiN / ZrSiON / SiO ₂, поглощающего солнечное излучение. Sol Energy Mater Sol Cells. 2017; 167: 178–183. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2017.04.017.
CAS Статья Google ученый
27.
Инь Y, Пан Y, Hang LX, McKenzie DR, Билек МММ. Реактивное напыление на постоянном токе Cr – Cr ₂ O ₃ Керметные солнечные селективные поверхности для солнечного нагрева воды, тонкие твердые пленки. 2009: 517: 1601–6. https://doi.org/10.1016/J.TSF.2008.09.082.
CAS Статья Google ученый
28.
Войнеа М., Богату С., Читану Г.С., Дута А. Медные металлокерамики, используемые в качестве селективных покрытий для плоских солнечных коллекторов.Преподобный Чим. 2008; 59: 1–6.
Артикул Google ученый
29.
Konttinen P, Lund PD. Оптимизация микроструктуры и расширенные исследования долговечности недорогих шероховатых поверхностей солнечных поглотителей из графита и алюминия. Возобновляемая энергия. 2004; 29: 823–39. https://doi.org/10.1016/J.RENENE.2003.11.008.
CAS Статья Google ученый
30.
Moncada MLT, Muñoz BC, Yoshida MM, Rodríguez RD.Сравнительное экспериментальное исследование новых впитывающих покрытий поверхности для плоских солнечных коллекторов, Энергетические процедуры. 2014; 57: 2131–8. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.10.179.
CAS Статья Google ученый
31.
Shamshirgaran SR, Khalaji Assadi M, Badescu V, Al-Kayiem HH. Верхние пределы отбора работы селективными плоскими солнечными коллекторами, заполненными наножидкостью. Энергия. 2018; 160: 875–85. https://doi.org/10.1016/J.ЭНЕРГИЯ.2018.06.154.
CAS Статья Google ученый
32.
Алами А.Х., Аокал К. Повышение спектрального поглощения солнечных тепловых коллекторов за счет добавления объемного графена с помощью струйной обработки графитом под высоким давлением. Energy Convers Manag. 2018; 156: 757–64. https://doi.org/10.1016/J.ENCONMAN.2017.11.040.
CAS Статья Google ученый
33.
Касаэян А., Давиран С., Азарян Р.Д.Оптические и термические исследования селективных покрытий для трубки солнечного поглотителя. Int J Renew Energy Res. 2016; 6: 15–20.
Google ученый
34.
Касаэян А., Давиран С., Азарян Р.Д., Рашиди А. Оценка производительности и исследование возможностей наножидкости солнечного параболического желоба. Energy Convers Manag. 2015; 89: 368–75. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.09.056.
CAS Статья Google ученый
35.
Стандарты A, ноябрь C, Совет A, Яну Д. Методы испытаний для определения тепловых характеристик солнечных коллекторов, 1991; 1986.
36.
Моффат Р.Дж. Описание неопределенностей в экспериментальных результатах. Exp Therm Fluid Sci. 1988; 1: 3–17. https://doi.org/10.1016/0894-1777(88)
-X.
Артикул Google ученый
37.
Müller S, Giovannetti F, Reineke-Koch R, Kastner O, Hafner B. Моделирование эффективности покрытий термохромных поглотителей для солнечных тепловых плоских коллекторов.Солнечная энергия. 2019; 188: 865–74.
Артикул Google ученый
Плоские солнечные коллекторы. Оптимизация геометрии абсорбера
Приведены подробные сведения о модели плоского солнечного коллектора, использованной в расчетах. Ссылка — Даффи и Бекман (1974).
15.A.1 Оптическая эффективность
Рассматривается прозрачная крышка, состоящая из \ (N \) одинаковых слоев. Излучение падает на прозрачную крышку под углом падения \ (\ theta_ {1} \).Относительные показатели преломления материала прозрачного слоя и среды, из которой исходит излучение, обозначаются \ (n_ {2} \) и \ (n_ {1} \; \ left ({\ приблизительно 1} \ right) \), соответственно. {2} \ left ({\ theta_ {2} + \ theta_ {1}} \ right)}}} \ right] $$
(15.A.2)
Коэффициент пропускания прозрачного покрытия из-за отражения, \ (\ tau_ {r, N} \), вычисляется по формуле
$$ \ tau_ {r, N} = \ frac {1 — \ rho} {{1 + \ left ({2N — 1} \ right) \ rho}} $$
(15.A.3)
Обозначим \ (k_ {abs} \) и \ (a \) коэффициент поглощения и толщину один прозрачный слой соответственно. Фактический путь излучения \ (L_ {1} \) через единственный прозрачный слой определяется выражением
$$ L_ {1} = \ frac {a} {{\ cos \ theta_ {2}}} $$
( 15.A.4)
Коэффициент пропускания прозрачного покрытия из-за поглощения, \ (\ tau_ {a, N} \), вычисляется по закону Бера-Бугера-Ламберта:
$$ \ tau_ {a, N} = \ exp \ left ({- k_ {abs} NL_ {1}} \ right) $$
(15.A.5)
, а общий коэффициент пропускания покрытия \ (\ tau \) равен
$$ \ tau = \ tau_ {r, N} \ tau_ {a, N} $$
(15.A.6)
Пусть \ (\ alpha \) будет поглощающей способностью пластины поглотителя. {i — 1}} $$
(15.A.8)
Здесь \ (a_ {i} \) — отношение общего коэффициента потерь к коэффициенту потерь от слоя i к окружающей среде, приведенное в таблице Даффи и Бекмана (1974, стр. 156, таблица). 7.9.1). Оптическую эффективность иногда называют произведением коэффициента пропускания-поглощения , равного .
15.A.2 Общий коэффициент тепловых потерь
Общий коэффициент тепловых потерь \ (U_ {L} \) определяется как
$$ U_ {L} = U_ {t} + U_ {b} $$
( 15.A.9)
, где \ (U_ {b} \) — коэффициент потерь тепла снизу, определяемый по формуле
$$ U_ {b} = \ frac {{k_ {b}}} {{L_ {b}} } $$
(15.A.10)
где \ (k_ {b} \) и \ (L_ {b} \) — теплопроводность и толщина нижней изоляции соответственно. Для застекленного солнечного коллектора верхний коэффициент теплопотерь \ (U_ {t} \) в формуле. (15.A.9) задается формулой
$$ U_ {t} = \ hat {U} _ {t} \ left [{1 — \ left ({s — 45} \ right) \ left ({0.00259 — 0.00144 \ varepsilon_ {p}} \ right)} \ right] $$
(15. {2}} \ right) ) \ left ({1 + 0.058 \, {\ text {N}}} \ right) \).
Обратите внимание, что в случае коллекторов с прямыми ребрами и прямоугольным профилем \ (U_ {L} \) и \ (T_ {p} \) вычисляются вместе с использованием итерационной процедуры, показанной далее в Разд. 15.A.4 настоящего Приложения 15A. Когда рассматриваются ребра переменной толщины, использовалась более простая итерационная процедура (см. Раздел 15.2.5 документа). Это возможно, поскольку во втором случае коэффициент теплоотвода не учитывается.
15.A.3 Коэффициент отвода тепла коллектора
Здесь рассматривается коллектор регистрового типа.{- 0.2} $$
(15.A.16)
где \ (t \ Equiv T_ {f, m} — 273.15 \) (с \ (T_ {f, m} \) [K] — среднее температура рабочей жидкости внутри трубы) и \ (w_ {вода} \) [м / с] — скорость воды в трубе. В уравнении. (15.A.16) единицей для \ (d_ {i} \) является [m]. В ходе расчетов было принято следующее общее значение:
$$ w_ {вода} = 0,1 \, {\ text {м / с}} $$
(15.A.17)
В уравнении. (15.A.16), \ (T_ {f, m} \) была оценена как функция температур рабочей жидкости на входе и выходе коллектора, \ (T_ {f, i} \) и \ (T_ {f , out} \) соответственно по:
$$ T_ {f, m} = \ left ({T_ {f, i} + T_ {f, out}} \ right) / 2 $$
(15.{{\ prime}} c_ {p}}}} \ right)} \ right] $$
(15.A.20)
Следует напомнить, что \ (U_ {L} \) при вводе уравнения. (15.A.20) является функцией неизвестной усредненной по пространству температуры коллектора \ (T_ {p} \), которая может быть вычислена из двух эквивалентных выражений баланса энергии коллектора:
$$ q_ {u} = \ left [{ \ eta_ {0} — U_ {L} \ left ({T_ {p} — T_ {a}} \ right)} \ right] = F_ {R} \ left \ {{\ eta_ {0} — U_ {L } \ left ({T_ {f, i} — T_ {a}} \ right)} \ right \} $$
(15.A.21)
Легко найти:
$$ T_ {p} = T_ {a} + \ frac {{\ eta_ {0} \ left ({1 — F_ {R}} \ right)}} {{U_ {L}}} + F_ {R} \ left ({T_ {f, i} — T_ {a}} \ right) $$
(15.{{\ prime}} \) и \ (\ dot {m} \), эти отношения позволяют найти \ (A, l \) и \ (L = A / l \).
Влияние толщины стекла на производительность плоских солнечных коллекторов для сушки фруктов
Это исследование было направлено на изучение влияния толщины материала остекления на производительность плоских солнечных коллекторов. На производительность солнечного коллектора влияют коэффициент пропускания, поглощения и отражения глазури, что приводит к значительным потерям тепла в системе. Были спроектированы, изготовлены и экспериментально испытаны четыре модели солнечных коллекторов с разной толщиной стекла.Оба коллектора были ориентированы в направлении север-юг и наклонены под углом 10 ° к земле в направлении на север. Площадь каждой модели коллектора составила 0,72 м ² при глубине 0,15 м. В качестве материалов для остекления использовалось стекло с низким содержанием железа (сверхпрозрачное) толщиной 3 мм, 4 мм, 5 мм и 6 мм. В качестве контроля все характеристики коллектора были проанализированы и сравнены с использованием стекла толщиной 5 мм, а затем стекла другой толщины. Результаты показали, что изменение толщины стекла приводит к изменению эффективности коллектора.Коллектор со стеклом толщиной 4 мм показал лучший КПД — 35,4% по сравнению с 27,8% для стекла толщиной 6 мм. Однако при использовании стекла толщиной 4 мм необходимо соблюдать меры предосторожности при обращении и установке в коллектор, чтобы избежать дополнительных затрат из-за поломки.
1. Введение
Во многих странах использование солнечных систем сушки для сельскохозяйственных продуктов для сохранения овощей, фруктов и других культур оказалось практичным, недорогим и экологически безопасным подходом [1].Солнечные сушилки предлагают более дешевый и альтернативный способ обработки фруктов и овощей в чистом и гигиеничном состоянии в соответствии с международными стандартами. Кроме того, они экономят время, занимают меньше площади, улучшают качество продукции, защищают окружающую среду и обеспечивают лучший контроль необходимого состояния сушильного воздуха [2]. Однако во многих странах отсутствует надежная информация, где в основном необходимы системы пищевой промышленности [1, 3]. В частности, шкафная сушилка непрямого действия с принудительной конвекцией является одним из лучших методов сушки, который может производить высококачественные продукты и устранять риск порчи во время сушки [4, 5].Хотя солнечный коллектор воздуха является очень важным компонентом солнечной сушильной системы, он не получил особого внимания при проектировании сушилки [6]. Теоретически производительность солнечного коллектора зависит от климатических условий и нескольких условий эксплуатации, таких как ориентация коллектора, толщина покровных материалов, скорость ветра, длина коллектора, глубина коллектора и тип используемого материала поглотителя [7–11]. В настоящее время эти факторы не учитываются должным образом при проектировании солнечной системы. Следовательно, разработка хорошо выполненного солнечного коллектора имеет большое экономическое значение для солнечной системы осушения.В этом исследовании рассматривается влияние толщины стекла на производительность солнечного коллектора.
2. Обзор литературы
2.1. Плоский солнечный коллектор
Плоские солнечные коллекторы — это особый вид теплообменников, которые передают тепловую энергию падающего солнечного излучения рабочей жидкости [12–14]. Они выполняют три функции: поглощают солнечное излучение, преобразуют его в тепловую энергию и передают энергию рабочей жидкости, проходящей через коллекторный канал [15].В основном плоские солнечные коллекторы используются для обогрева помещений и сушки сельскохозяйственных культур [16, 17]. Плоский солнечный коллектор может нагревать рабочую жидкость до температуры на 10–50 ° C выше температуры окружающей среды в зависимости от конструкции [18]. Плоский солнечный коллектор состоит из трех основных частей: пластина-поглотитель, которая поглощает солнечное излучение и передает его рабочей жидкости, прозрачная крышка, которая пропускает коротковолновое излучение и предотвращает его выход, и изоляция, которая препятствует потерям тепла с тыльной и тыльной сторон. .Наиболее важные преимущества этих типов коллекторов — низкая стоимость строительства и минимальное влияние на перепады давления. Однако основным недостатком солнечных коллекторов воздуха является низкий коэффициент теплоотдачи между пластиной поглотителя и воздушным потоком из-за плохой теплопроводности и низкой теплоемкости воздуха [19].
2.2. Остекление
Остекление — это верхняя крышка солнечного коллектора. В частности, он выполняет три основные функции: минимизировать конвективные и лучистые тепловые потери от поглотителя, передавать падающее солнечное излучение на пластину поглотителя с минимальными потерями и защищать пластину поглотителя от внешней среды [20, 21].Другими важными характеристиками материалов для остекления являются отражение (), поглощение () и пропускание (). Для достижения максимальной эффективности отражение и поглощение должны быть как можно более низкими, в то время как пропускание должно быть как можно более высоким [22]. Следовательно, факторы, которые следует учитывать при выборе материалов для остекления, включают прочность материала, долговечность, неразлагаемость при воздействии ультрафиолетового света (УФ) и низкие затраты. Обычно в качестве материалов для остекления используются стекло и пластик.
Стекло является основным материалом для остекления солнечных коллекторов [10, 13, 23, 24]. Стеклянный материал имеет очень желаемое свойство пропускать до 90% входящего коротковолнового излучения, в то время как практически ни одно длинноволновое излучение, испускаемое пластиной поглотителя, не может выйти наружу при прохождении [25]. В частности, стеклянная крышка солнечного коллектора обычно должна иметь толщину не менее 0,33 см [26]. По сравнению со стеклянной крышкой, пластиковая крышка обладает высоким коэффициентом пропускания коротких и длинных волн и, следовательно, высокими характеристиками.Как правило, основными преимуществами пластмасс являются устойчивость к поломке, легкий вес и низкая стоимость. Однако сообщалось, что пластмассы имеют ограниченный срок службы из-за воздействия УФ-излучения, которое снижает их пропускную способность [24]. Кроме того, пластмассы прозрачны для длинноволнового излучения и поэтому менее эффективны в снижении потерь тепла, излучаемого пластиной поглотителя. Кроме того, пластмассы не выдерживают высоких температур, возникающих в коллекторе, особенно когда он находится в режиме ожидания [26].
2.3. Влияние материала крышки на характеристики коллектора
Основные потери тепла в коллекторе происходят из-за передней крышки (стеклянной крышки), поскольку стороны и задняя часть коллектора часто должным образом изолированы [24]. Следовательно, точное прогнозирование тепловых характеристик системы солнечного коллектора сильно зависит от того, как анализируется материал стеклянного покрытия. Хотя почти все опубликованные исследования предполагают, что стеклянная крышка системы прозрачна для солнечного диапазона и непрозрачна для инфракрасного излучения [27], лишь в нескольких исследованиях сообщалось о влиянии толщины материалов остекления на характеристики солнечного коллектора.
Kalidasa et al., 2008, [28] сравнили стеклянные крышки 3 мм и 6 мм и сообщили, что солнечный коллектор со стеклянным покрытием толщиной 3 мм был более эффективным по сравнению с коллектором со стеклом толщиной 6 мм. Vejen et al. [29] предполагают, что использование стеклянной крышки с лучшими оптическими свойствами может улучшить производительность солнечного коллектора на 6%. Однако автор не указал оптимальную толщину стекла, обеспечивающую максимальную эффективность.
2.4. Теплопередача в материале остекления
Энергия, поглощаемая стеклянной крышкой, зависит от разницы температур между стеклом и жидкостью, стеклом и пластиной, стеклом и окружающей средой:
Коэффициенты радиационной теплопередачи от поглотителя к остеклению и от остекления к окружающей среде, соответственно, определяются по формуле
Коэффициенты конвективной теплопередачи для воздуха, протекающего по внешней поверхности стеклянной крышки, были предложены Кумаром и Малликом [30].Рассмотреть возможность
Потери тепла вверх в значительной степени зависят от конвективной теплопередачи от самой верхней внешней поверхности солнечного коллектора. Этот вызванный ветром конвективный теплообмен в большей степени влияет на потери тепла вверх в случае коллекторов с одинарным остеклением
2.5. Общий КПД плоских солнечных коллекторов
Тепловой КПД коллектора — это отношение полезной тепловой энергии к общему падающему солнечному излучению, усредненному за тот же интервал времени.Математически эффективность () коллектора выражается как [18, 31]
Полезная энергия для солнечного теплового коллектора — это скорость тепловой энергии, покидающей коллектор, обычно описываемая в терминах скорости добавления энергии к теплоносителю, проходящему через приемник или поглотитель [13, 32]. Рассмотреть возможность
Площадь коллектора, на которую падает солнечное излучение, называется площадью отверстия коллектора. Следовательно, полная энергия, полученная коллектором (захваченная оптическая энергия), может быть описана как
Соответственно, коэффициент поглощения и коэффициент пропускания являются множественными эффектами захвата оптической энергии, и, следовательно, эти факторы указывают процент солнечных лучей, проникающих через прозрачную крышку коллектора, и процент поглощения [32].Рассмотреть возможность
Показатель полезной энергии коллектора можно выразить, используя общий коэффициент тепловых потерь и температуру коллектора как (Йоги и Ян, 2000)
Так как определить среднюю температуру коллектора в (4) затруднительно. Удобно определить величину, которая связывает фактический выигрыш полезной энергии коллектора с полезным выигрышем, если бы вся поверхность коллектора находилась при температуре жидкости на входе [18]. Эта величина известна как «коэффициент отвода тепла от коллектора ()» и выражается как
Наконец, уравнение эффективности плоского солнечного коллектора может быть получено с помощью « уравнения Хоттеля-Уиллиера-Блисса » [33]
Если предположить, что и являются константами для данного коллектора и расхода, то эффективность коллектора является линейной функцией трех параметров, определяющих условия эксплуатации: солнечное излучение (), температура жидкости на входе () и температура на выходе из коллектора. ().Таким образом, производительность коллектора с плоской пластиной может быть приблизительно определена путем экспериментального измерения этих трех параметров, а эффективность может быть рассчитана с использованием [13]
3. Материалы и методы
В данном исследовании использовались четыре одинаковых плоских солнечных коллектора. В качестве материала для остекления использовалось стекло с низким содержанием железа (сверхпрозрачное) толщиной 3, 4, 5 и 6 мм. Коллекторы были построены с использованием древесины Pterocarpus (Mninga) толщиной 2 дюйма и морской фанеры, окрашенной в черный цвет, в качестве поглощающих материалов.Кроме того, в спецификации коллекторов было отношение длины коллектора к ширине равное 2 (длина 1,2 м и ширина 0,6 м) и глубина 0,15 м. Оба коллектора были ориентированы в направлении север-юг и наклонены под углом 10 ° к земле в направлении севера, как показано на Рисунке 1. Температура на выходе из коллектора измерялась с помощью регистратора данных XR5-SE, подключенного к датчикам температуры PT940, при этом температура окружающей среды регистрировалась. регистратором температуры и влажности CEM DT-172. С другой стороны, интенсивность солнечного излучения и скорость воздушного потока были измерены, соответственно, с помощью измерителя солнечного излучения PCE-SPM и термоанемометра Testo 425 Hot Wire.Расход воздуха в каждом коллекторе контролировали вытяжными вентиляторами производительностью 1,27 м ³ / мин.

Эффективность коллекторов была установлена путем тестирования каждого коллектора с одинаковой толщиной стекла (5 мм). Продолжительность этого эксперимента составляла 5 дней каждый для коллектора с одинаковым остеклением и с другим остеклением. Время экспериментов с 19:30 до 18:00. с интервалом выборки данных 10 минут. Эксперименты проводились в Университете Дар-эс-Салама на инженерно-технологическом колледже.Обе модели коллектора были размещены на крыше здания блока Q, расположенного в Департаменте химического и горного машиностроения.
4. Результаты и обсуждение
4.1. Коллектор с одинаковой толщиной стекла
Основная цель этого эксперимента заключалась в том, чтобы выяснить, есть ли существенная разница в характеристиках между разработанными моделями коллектора с аналогичными характеристиками. Каждая модель коллектора проверялась на работоспособность с использованием стекла толщиной 5 мм.
4.1.1. Температурный и энергетический профиль коллекторов с одинаковой толщиной стекла
На рисунке 2 показано изменение температуры окружающей среды и температуры на выходе для четырех моделей коллекторов, записанное с 7:30 до 18:00. 12 сентября 2011 г., а на Рисунке 3 показан расход энергии.

Из рисунка 2 видно, что между коллекторами нет различий в температуре; однако температура меняется в зависимости от колебаний интенсивности солнечного излучения. Колебания температуры утром значительны по сравнению с днем из-за высокой облачности, что приводит к низкой солнечной интенсивности, достигающей земли.Подобные характеристики наблюдались в энергетическом профиле на Рисунке 3. Эффективность солнечных коллекторов оценивалась путем нахождения площади под кривой энергии. Статистический анализ тепловой эффективности солнечных коллекторов с материалами остекления той же толщины был проанализирован с помощью программы SPSS с доверительным интервалом 95%. Средние значения КПД коллекторных моделей 1, 2, 3 и 4 составили 29,6%, 29,8%, 30,3% и 30,3% соответственно. Односторонний ANOVA между субъектами (дисперсионный анализ) был использован для сравнения эффективности моделей коллектора и представлен в таблице 1.Основная цель заключалась в том, чтобы определить, существует ли значительная разница в эффективности коллекторов при работе с одними и теми же материалами остекления.
ИЮН 3750 2325 2080 1780 56 2026 1914 1413 577 ИЮЛ 3645 2229 2025 1644 56 2013 1923 1488 698 Авг 3300 1935 1840 1492 56 1950 1950 1630 905 СЕНТЯБРЬ 2760 1820 1550 1286 56 1828 1966 1844 1351 ОКТ 2100 1363 1120 884 53 1478 1635 1747 1469 1345 870 680 369 44 1012 1170 1360 1241 ДЕКАБРЬ 1270 770 510 361 40 816 959 1148 1087 -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------- 1.Внеземное излучение определяется как ожидаемое, если Атмосфера была совершенно прозрачной. Для данного местоположения это зависит только от времени года. 2. Бейкер, Д. Г. и Д. А. Хейнс. 1969. Солнечная радиация и солнечный свет. Отношения. Северо-Центральное региональное научное издание № 195, г. Экспериментальная сельскохозяйственная станция Университета Миннесоты, Сент-Пол, Минн. 3. Это средний процент внеземного излучения, которое достигает поверхности земли.
Если вы знаете эффективность для данного коллектора, вы можете рассчитайте среднее количество тепла, которое вы будете получать в день в данный месяц. Например, предположим, что вы живете в Индианаполисе и у вас есть коллектор с КПД 50%. Предположим, вы хотели бы знать количество энергии, которое вы собираете в среднем за день в декабре с вашим коллектором, установленным на крыше под углом 30 °. Ты бы считайте из таблицы 2 значение 959 BTU в день.Вы бы собрали 0,5 х 959 BTU / день = 480 BTU / день в среднем за декабрь на каждый квадрат фут коллекторной площадки.
ХРАНЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Примерно 50% часов в году любое место находится в тьма. Система солнечного отопления должна быть спроектирована так, чтобы при необходимости обеспечьте тепло. Альтернативы: (1) использовать хранилище система, которая сохранит энергию, собранную в течение дня, чтобы быть используется ночью, (2) использовать другие средства обогрева в нерабочее время, или (3) выберите операции, которые должны выполняться только при ярком солнце, например, обогрев магазина, который используется только в течение дня.Использовать солнечная энергия в ночное время или в пасмурные периоды, накопитель тепла система должна использоваться. Одна из возможных систем — это накопление явного тепла, что является удержанием тепла материалом, как когда скала нагретый, он будет оставаться горячим некоторое время. Другой тип — тепло плавление, или скрытое тепло, хранение, которое включает в себя замораживание или оттаивание вещества.
Явное аккумулирование тепла
Явное аккумулирование тепла — наиболее широко используемая система в настоящее время.Явное хранение тепла включает в себя хранение тепла в вещество в силу изменения температуры. Две системы Обычно для этого метода используются резервуары с водой и слои горных пород.
Вода — недорогой и доступный материал для хранения. системы. Удельная теплоемкость воды составляет 1,0 БТЕ / ° F-фунт, что означает что 1 БТЕ тепла поднимет температуру фунта воды на 1 градус температуры. Один кубический фут воды весит 62.4 фунта, так что один кубический фут будет хранить 624 БТЕ, если его температура будет повышена 10 ° F.
В более крупном масштабе резервуар для хранения 1500 галлонов будет содержать более 6 тонн воды (12513 фунтов). При повышении температуры на 50 ° F. в танк имел бы вместимость 625 650 БТЕ. С таким перепад температур, важно иметь хорошую изоляцию вокруг резервуаров для хранения. Для перекачки воды необходимо использовать насос. из бака в коллектор, и сила тяжести вернет воду.Если используется антифриз, необходимо установить теплообменник. Иначе, Потребуется 1500 галлонов смеси незамерзающая вода / вода, что будет очень дорого. Теплообменник — это система труда, которая помещается в бак и подсоединяется к коллекторам. Горячий смесь вода / антифриз нагревает змеевики, которые, в свою очередь, нагревают воду в баке. Для извлечения тепла из накопителя горячая вода поднимается к верху резервуара, потому что он менее плотный, чем охладитель вода и ее можно стравить там.Затем он либо распространяется через весь дом или пройти через теплообменник, чтобы нагреть воздух для резиденция.
Для воздухосборников камень обычно используется в качестве хранилища. материал. Удельная теплоемкость породы составляет около 0,20 БТЕ / фунт градусов по Фаренгейту, кубический фут твердой породы весит 140 фунтов, поэтому один кубический фут твердая порода будет хранить 280 БТЕ, если ее температура повысится на 10 градусов F. Было обнаружено, что пласт толщиной от 3/4 до 3 дюймов работает лучше всего. в системе хранения.Диаметры должны быть примерно равны обеспечьте наибольшее количество пустот или пустого пространства между камнями. Это позволяет воздуху проходить и контактировать с большим площадь поверхности для нагрева породы. Также камни должны иметь гладкая поверхность для уменьшения воздушного трения. Пустое пространство в скале кровать такого типа составляет примерно 1/3 от общего объема, поэтому один кубический фут хранилища весит около 105 фунтов. Чтобы получить такой же объем хранилища в качестве резервуара для воды на 1500 галлонов вам потребуется около 625 кубических футов горные породы.Исследования в настоящее время сосредоточены на другом возможном явном тепле. методы хранения, включая бетонные блоки и землю.
Накопитель тепла плавления
Хранение тепла плавления включает в себя замораживание или оттаивание вещество. Некоторые соли имеют теплоту плавления от 90 до 118 БТЕ / фунт при определенная температура. Например, для глауберовской соли (Na ₂ SO ₄ 10 H ₂ 0) для растопите один фунт при температуре 91 градус по Фаренгейту.Когда соль затвердевает, она высвобождает это тепло. Высокая теплопоглощающая способность этого материала снижает требуемый размер хранилища существенно. Эквивалентное хранение соли примерно одну четвертую размера водохранилища и примерно одну двенадцатую часть размер склада.
Однако есть проблемы. Соли — дорогие материалы и проявили некоторую тенденцию к ухудшению, что затем требует замена через время. Исследователи работают над этими проблемами. и приемлемая система хранения соли может скоро поступить на рынок.В таблице 3 сравниваются различные методы хранения.
Таблица 3 Значения для хранения
¹ для различных материалов
БТЕ / фунт БТЕ / фут ³ БТЕ / галлон -------------------------------------------- Вода 50 3120 417 Скалы 10,5 1050 --- Соль 125 12 500 --- ------------------------------------------- 1. Для повышения температуры на 50 ° F; Камень 100 фунт / фут ³ включая пустоты, соли 100 фунт / фут ³, вода 62.4 фунта на футов ³
ПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Возможности применения плоских солнечных батарей коллектора варьируются от водяного отопления и подогрева бассейна до сушку зерна и отопление животноводческих помещений, отопление и охлаждение жилых помещений. Есть много разных подходов к использованию солнечная энергия в каждой из этих областей.
ОТОПЛЕНИЕ ПОМЕЩЕНИЙ
Отопление помещений с помощью солнечной энергии предполагает использование тепла полученные от солнечного коллектора для повышения температуры помещения до приемлемого или комфортного уровня.
Это может быть комната, дом, механический цех, гараж или животноводческий сарай. Солнечный коллектор может обеспечить все тепло необходимо, или только часть требований.
Есть много разных типов и комбинаций солнечных батарей. коллекторы, жидкости для хранения и перекачки, которые могут быть использованы. Мы будем посмотрите на конструкцию системы отопления для дома, использующей воздух в качестве переносить жидкость и горные породы в качестве хранилища. Затем мы разработаем систему для тот же дом без хранения.Наконец, расширим дизайн принципы, используемые для дома для содержания домашнего скота.
СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Составной частью солнечной системы отопления дома является коллектор. система хранения и средства циркуляции теплоносителя (воздух или вода). Помимо вышеперечисленных компонентов, обычный должна быть включена резервная система для удовлетворения требований к отоплению во время продолжительные периоды облачности или сильного холода.Обеспечить объем хранилища, необходимый для использования солнечной энергии. Одно только отопление здесь, в Индиане, не является ни экономичным, ни практичным. В объем был бы чрезвычайно большим. Более разумный размер для рассмотрения это от трех до пяти дней хранения тепла.
Процент потребности в отоплении, обеспечиваемый солнечными батареями. тепло варьируется в зависимости от установки. В целом для климата сравнимые с Индией, солнечные системы были разработаны для обеспечения от двадцати пяти до восьмидесяти пяти процентов от общих потребностей.В решение о том, какой процент поставки солнечного тепла зависит от относительные затраты на топливо, солнечное оборудование и изоляцию.
Схема солнечной системы отопления с накопителем представлена на Рис. 10. Путь, по которому воздух проходит через систему, регулируется. заслонками. Когда светит солнце, через коллектор и нагретый воздух из коллектора согревает жилище. В ночью или в пасмурные дни воздух не направляется через коллектор, но вместо этого проходит через накопитель, который нагревает воздух для обогрева дома.Дополнительный нагревательный элемент работает от обычное топливо и добавляет тепла воздуху, если воздух из коллектор или хранилище недостаточно теплые. Когда слишком много солнечного тепла собираются и, дом не нуждается в тепле, воздух из коллектор продувается через каменное хранилище и возвращается обратно в коллектор. Накопленное тепло впоследствии можно использовать для обогрева дома.
Рисунок 10. Солнечная система отопления с накопителем.
Система без хранилища показана на рисунке 11.В этой системе воздух продувается через коллектор и обогревает жилище. как раньше, когда светит солнце. Когда не может быть солнечного тепла собранный коллектор обходится, а вспомогательный блок принимает над. Поскольку в этой системе нет накопителя, солнечное тепло может только использоваться в течение дня, когда он доступен, а любые излишки собираются нельзя использовать. На рисунке 12 показано, каким может быть коллектор воздушного типа. установлен на крыше.
Рисунок 11.Солнечная система отопления без накопителя.
Рисунок 12. Установка солнечного коллектора воздушного типа на крышу.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ
При проектировании солнечной системы отопления необходимо учитывать несколько моментов. которые необходимо учитывать. Наличие солнечной энергии, что мы уже обсуждали, это, конечно, главное соображение. Нагревательная нагрузка для помещения также важна.
В самой реальной системе степень, в которой структура изолированы, эффективность коллектора и площадь коллектора и объем хранилища следует учитывать при проектировании системы отопления. Ед. изм.
Нагревательная нагрузка
Нагрузка на отопление зависит от страны, в которой вы находитесь. дюйм. Размер нагрузки измеряется в единицах, называемых градусо-днями. День степени определяется как разница между внутренним дизайном температура и средняя температура наружного воздуха за конкретный день (24 часа).Например, если средняя температура 21 декабря составляет 30 ° F, то 21 декабря количество градусных дней будет 65-30-35. градусные дни. Расчетная внутренняя температура обычно принимается равной 65 ° F при определении количества градусо-дней тепловой нагрузки для дома обогрев. Общее количество дней на получение степени за год указывает на тепловая нагрузка за средний отопительный сезон.
В Индиане среднее количество градусо-дней отопления составляет около 5500 в Индианаполисе.На рисунке 13 показано, как количество дней в градусах в сутки меняется в зависимости от отопительного сезона. Площадь под этой кривой это общая сумма за сезон.
Рис. 13. Изменение количества учебных дней в день в зависимости от средний отопительный сезон.
Уровень изоляции и требования к отоплению дома
Требования к отоплению дома зависят от того, насколько хорошо потолок, стены, окна и т. д. могут противостоять выходящему потоку тепла и при желаемой внутренней температуре.
Способность строительного материала противостоять этому тепловому потоку составляет называется значением «R» материала. Значение R может быть дано на дюйм толщины материала или как общее значение толщина. Некоторые значения R для типичных строительных материалов и Компоненты перечислены в таблице 4.
Таблица 4. Значения R для обычных строительных материалов и компонентов
¹
Значение изоляции ² На дюйм для толщины Указанная толщина материала -------------------------------------------------- --------------------------------- 1.Утеплитель из батата или одеяла Стекловата, минеральная вата или стекловолокно 3.70 2. Заливная изоляция. Стеклянная или минеральная вата 3,00-3,50 Вермикулит (вспученный) 2.31-2.27 Стружка или опилки 2,22 Бумага или древесная масса 3,70 3. Жесткая изоляция. Обшивка из древесного волокна 2.27-2.63 Пенополистирол экструдированный 4.5 Пенополистирол формованный 3.57 Пенополиуретан (состаренный) 6,25 Стекловолокно 4,00 4. Обычные строительные материалы Бетон заливной 0,08 Фанера 3/8 дюйма 1,25 0,47 Фанера 1/2 "1,25 0,63 Оргалит 1/4 "1,00 к 1.37 Цементно-асбестовая плита 1/8 "0,03 Выровненный по дереву сайдинг 1/2 "x 8" 0,81 Сайдинг алюминиевый 0,61 Плита изоляционная обшивка 1/2 "1,32 Штукатурка 0,32 Битумная черепица 0,44 Деревянная черепица 0.94 5. Оконное стекло, включая состояние поверхности Одинарное остекление 0,89 Стеклопакеты и Штормовые окна 1.79 Стеклопакет двухкамерный 1.45-1.73 6. Периметр этажа Бетон без утеплителя по периметру 1,23 Бетон с изоляцией по периметру 2 x 24 дюйма. 2,22 7.Воздушное пространство (3/4 дюйма или больше) 0,90 8. Состояние поверхности Внутренняя поверхность 0,68 Наружная поверхность (ветер 15 миль / ч) 0,17 -------------------------------------------------- -------------------------------------- 1 Из Справочника по основам ASHRAE, 1972 г. 2 Средняя температура 76 ° F
При определении требований к отоплению дома значения R для компоненты должны быть найдены, тогда можно определить тепловые потери.Предположим, что дом построен, как показано на рисунке 14. Значения R будут определяется следующим образом, используя цифры из Таблицы 4.
Рис. 14. Поперечное сечение утеплителя дома.
1. Окна - одинарное стекло + штормовые окна R = 1,79 2. Стена - изоляция из войлока 3 1/2 дюйма 3 1/2 x 3,70 12,95 Обшивка фанерой 0,47 Алюминиевый сайдинг 0.61 Штукатурка 0,32 Внутренняя поверхность 0,68 Внешняя поверхность 0,17 Итого 15,2 рэнд 3. Потолок - битумная черепица. Обшивка дерева 3.63 Вентилируемое приставное пространство Штукатурка 0,32 Изоляция войлоком 3 1/2 дюйма 12.95 Внешняя поверхность 0,17 Внутренняя поверхность 0,68 Итого 17,75 рэнд 4. Периметр - бетон, изоляция 2 x 24 дюйма, R = 2,22.
Теперь, когда вы знаете значения R для вашего дома, вы можете определить сколько тепла он потеряет. Во-первых, окно, стена и потолок. площади и периметр должны быть определены. Значения R тогда используется для определения количества тепла, теряемого за один градус в день.Чем больше R значение, тем меньше тепла будет потеряно. Потери тепла за сутки составляют рассчитывается следующим образом:
Шаг 1 Определите площади, периметр и объем
(а) Периметр = 2 х (длина + ширина) = 2 х (30 футов + 65 футов) = 190 ' (b) Площадь окна = 200 футов ² (c) Площадь двери = пренебрежение (d) Площадь стены = (Периметр) x (Высота потолка) - (площадь окна) = (190) х (8) - 200 = 1320 футов (e) Площадь потолка = длина x ширина. = (65) х (30) = 1950 (f) Объем дома = 1950 x 8 = 15,600 футов ³
Шаг 2 Определение теплопотерь / градус день
Площадь Теплопотери / градус сутки = ----- x 24 ч / сутки = р (а) Окна = 200 x 24 = 2681 БТЕ / градус сутки ------ 1.79 (б) Стена = 1320 x 24 = 2084 БТЕ / градус сутки ----- 15,2 (c) Потолок = 1950 x 24 = 2636 БТЕ / градус сутки. ----- 17,75 (d) Периметр = 190 x 24 = 2054 БТЕ / градус сутки. ------ 2,22 (e) Потери инфильтрации = (0,75) x (0,018) x (объем) x 24 = (0,75) (0,018) x (15 600) x 24 = 5054 БТЕ / градус сутки (f) Общая потеря тепла / градус день = 14 509 БТЕ / градус день.
РАЗМЕР СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Теперь, когда вы определили потери тепла в своем доме, вы можете приступить к определению размеров солнечной системы отопления.Сначала рассмотрим система с теплоаккумулятором, то рассмотрим систему без форма хранения и сравнить конструкции.
Предположим, что мы хотели бы получать 80% необходимого тепла от солнечная энергия. Также предположим, что солнечный коллектор имеет общий КПД 45%. Суммарная тепловая нагрузка за сезон — 5560 градусные дни для Индианаполиса. Восемьдесят процентов от этого составляет 4450 градусов. дней. Чтобы обеспечить такое количество тепла, солнечной системе потребуется: обеспечить все потребности в отоплении ниже отметки 80% на Рисунке 13.Это можно сделать, спроектировав систему для внешнего температура 37 ° F, что совпадает с линией 80% при высокой температуре нагрузка 28 градусных дней в день. Коллектор и хранилище будут размер следующим образом:
A. Требуемая площадь коллектора
Шаг 1 Общее необходимое количество тепла - БТЕ / день Ранее мы обнаружили, что потери тепла составляют 14 509 единиц. BTU / градус день Общие тепловые потери = 14 509 БТЕ x 28 град. Сут. = 406 252 БТЕ / день Шаг 2 Тепло, собранное на ² фута коллектора Предположим, мы установим коллектор на крыша.Угол наклона при скате крыши 4/12 составляет 18,40 ° Из таблицы 2 мы находим, что получим 816 БТЕ / фут ² в декабре Сумма сбора = (эффективность коллектора) x (БТЕ / фут ² -дней) = 0,45 x 816 БТЕ / фут ² -дней = 367 БТЕ / фут ² -день Шаг 3 Требуемая площадь коллектора Требуемая площадь коллектора (требуется общее количество тепла) знак равно (тепло от коллектора) 406252 БТЕ / день знак равно 367 БТЕ / фут ² -день = 1107 футов ²
Б.Требуемый объем хранения
Предположим, мы хотели бы иметь трехдневное хранение. Это будет позволяют нашей системе обеспечивать тепло в течение трехдневного пасмурного периода. В зимой много пасмурных участков, мы можем не обеспечить 80% отопления на что надеялся из-за нехватки памяти. С другой стороны, мы ограничены по площади и стоимости хранения. Если выполняемые нами расчеты указать относительно небольшой объем хранения, необходимый для трех дней, мы может решить увеличить объем для обработки большего количества дней хранения, чтобы добавить гибкость системы.
Шаг 1 Необходимый запас тепла (БТЕ)  Необходимое количество = (количество дней хранения) x (потребность в отоплении БТЕ / день) = 3 х 406 252 = 1,218,756 БТЕ Шаг 2 Требуемый объем горных пород Объем (хранение БТЕ) знак равно (Емкость (БТЕ / фут ³), таблица) 1,218,756 БТЕ знак равно 1050 БТЕ / фут ³ = 1160 футов ³
Вес камней составляет 105 фунтов / фут ³, поэтому общая вес этого объема хранилища будет:
фунт 1 тонна 1160 футов ³ x 105 ---- x ------- = 60.9 тонн футов ³ 2000 фунтов
Требуемая площадь коллектора может показаться большой, и это действительно так. Это более чем покрыло бы южную крышу вашего дома. Чтобы уменьшить размер вашего коллектора, можно сделать несколько вещей. Если бы наклон был увеличено до 600 от горизонтали, тогда потребуется меньшая площадь поскольку на квадратный фут поверхности будет поступать больше БТЕ. Если к потолку добавили утеплителя, например, потери будет уменьшено и потребуется меньше тепла.Это также позволяют уменьшить площадь. Экономика использования большего количества стихи изоляции дополнительной площади коллектора следует проверять, когда установка солнечной батареи. Последняя альтернатива — довольствоваться процентная доля арендодателя от общего количества поставляемой солнечной энергии.
Солнечные тепловые системы без накопителей
Если в системе отопления не используется накопитель, гибкость система редуцирована. Солнечное тепло можно использовать только во время день на тот период времени, когда светит солнце.Ничего не может быть использовано ночью или в пасмурные дни. Любое скопившееся избыточное тепло должно быть отброшенным.
Поскольку накопление энергии невозможно, размер коллектора Требуемый должен быть рассчитан другим способом. Среднее количество солнечная энергия, получаемая на горизонтальной поверхности, изменялась в течение типичный декабрьский день, как показано на рисунке 8. Разумная цель для отопление непосредственно от коллектора будет обеспечивать общее тепло требуется с 10:00 утра до 3:00 дня.В качестве как видно из рисунка 8, полученная энергия намного больше около полудня, чем в 10:00, но значение часа для использования в определение доступности будет значением 10:00. Используя это стоимость, вы будете уверены, что получите хотя бы эту сумму от С 10:00 до 3:00 в обычный день. Сумма, полученная на тилтовом поверхность можно найти, умножив это значение на соответствующее коэффициент из таблицы 5.
Таблица 5. Коэффициент солнечной энергии, получаемой на южной наклонной поверхность на горизонтальную поверхность для Индианы (40 ° северной широты)
Коэффициент наклона для угла наклона: --------------------------------- МЕСЯЦ 0 ° 18.4 ° 30 ° 60 ° 90 ° -------------------------------------------------- --------------------- 1 января или 1 ноября 1,49 1,72 2,0 1,83 1 февраля или 1 октября 1,32 1,46 1,56 1,31 Март или 1 сентября 1,18 1,23 1,19 0,87 Апрель или 1 августа 1,06 1,06 0,89 0,49 1 мая или 1 июля 0,99 0,95 0.74 0,35 1 июня 0,97 0,92 0,68 0,28 1 декабря 1,60 1,88 2,25 2,13 -------------------------------------------------- ---------------------
При проектировании системы средняя дневная температура, не включая ночные температуры, следует использовать. В В Индианаполисе в декабре эта температура составляет 33 ° F. Количество Градусные дни для этого типичного дня будут 65 ° -33 ° = 33 градусо дня.
Определение размеров коллектора — без хранилища
Шаг 1 Определите потери тепла в час
Ранее мы обнаружили, что потери тепла составляют 14 509 БТЕ / градус в сутки. Тепловые потери в час = (тепловые потери / градус в день) x (количество градусов в день) -------------------------------------- 24 часа в сутки = (14 509) х (32) ---------------- 24 = 19 345 БТЕ / час
Шаг 2 Определите количество солнечного тепла, собираемого в 10:00
Amt.Собираемость = (Эффективность коллектора) x (Коэффициент наклона из таблицы) x (Солнечное излучение по горизонтали поверхность в 10:00 БТЕ / час) = (0,45) х 1,6) х (39) = 28 БТЕ / фут ² -ч Шаг 3 Определите размер коллектора Размер коллектора = (теплопотери / час) ------------------ (Количество коллекционных) = 19.345 -------- 28 год = 690 футов ²
Из этих расчетов мы обнаружили, что 690 футов ² футов коллекторная площадь согреет ваш дом в среднем днем в декабре от С 10:00 до 3:00. Это 5 часов, или 20,8% дня. Если каждый день в среднем вы сэкономите 20,8% своего счета. Но, поскольку есть много дней, в которые не будет так много энергии доступны, более реалистичное ожидание составляет 10-15% от вашей общей требования к отоплению.В течение многих дней вам нужно будет смешать более прохладный наружный воздух с нагретым воздухом из коллектора с ночи получать больше тепла, чем необходимо в течение этого периода времени. Это указывает повысить ценность системы хранения, чтобы сэкономить дополнительное тепло, которое иначе не используется.
Для машинного депо, магазина или другого здания, в котором только люди днем коллектор без хранилища становится более практичным. Ночью отопление не требуется, а температура в этом районе может быть ниже. понижен до 50-55 ° для рабочей атмосферы.Тепловые потери составляют рассчитывается так же, как и раньше. Количество дней обучения может быть сниженным, так как внутренняя температура составляет 50-55 ° вместо 65 ° F. В системе этого типа может быть установлен небольшой дополнительный обогреватель. используется вместе с солнечной системой. Затем он мог взять верх, когда день ниже среднего для радиации.
А КАК НАСЧЕТ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛА ДЛЯ ЖИВОТНОВОДСТВА?
Помещения для опороса, помещения для телят, птичники и помещения для откорма отапливались солнечной энергией.И покрытая пластина, и голая пластина типы коллекторов использовались для нагрева воздуха для вентиляции эти здания. Тип голой пластины обычно состоит из металлической крыша окрашена в черный цвет над воздуховодом. Тип покрытой пластины использует стеклопластик или пластик в качестве крышки.
Порядок проектирования солнечной системы отопления для животноводческое здание очень похоже на дом на солнечной энергии. В тепловые потери рассчитываются примерно так же, всего с несколькими исключения.Расчетная внутренняя температура обычно ниже. В помещение для опороса с лучистыми обогревателями для маленьких свиней, температура составляет примерно 60 ° F. В таблице 6 показаны некоторые общие расчетная внутренняя температура. В животноводческих помещениях потеря тепла компонент предназначен для вентиляции, а не для инфильтрации метод, используемый для дома. В Таблице 6 перечислены общие скорости воздухообмена для зима. Также необходимо учитывать тепловыделение животных, так как они выделяют значительное количество тепла.Жара убытки для помещения для опороса, показанного на Рисунке 15, будут рассчитывается следующим образом:
Шаг 1 Определите всю ОСНОВНУЮ ИНФОРМАЦИЮ
R значения Площадь потолка - 1536 футов ² 12,58 Площадь стен - 1056 футов ² 9,61 Fdn. Стена - 352 фута ² 8,50 Периметр - 176 футов 2.22 Объем здания - 12 288 футов ³ Шаг 2 Определите теплопотери на 1 градус в день Расчет такой же, как и для дома. пример отопления, кроме расчета вентиляции. Площадь Тепловые потери / градус в сутки = ---- x 24 р Потеря вентиляции = (0,018) (24) (воздухообмен / час) (объем) = 15,925 БТЕ / градус сутки
Общая теплопотеря на градус в сутки определяется, как и раньше, добавлением увеличить потери компонентов.
Шаг 3 Тепло, производимое на складе
Произведенное тепло = (Q _s, из таблицы) x (количество животных) x (отруб / животное) x 24 = (320 БТЕ / ч убой) x (20 свиноматок и пометов) x (3) x 24 = 460 800 БТЕ / день
Рисунок 15. Поперечное сечение изоляции опороса.
Таблица 6. Расход воздуха в теплообменнике, выработка тепла и внутренняя конструкция. температуры для разного поголовья
Скорость воздухообмена Производство тепла, ед.Des. Темп. (изменений в час) (БТЕ / час-цвт) (° F) -------------------------------------------------- ---------------------------------- Боровы 3 293 55-60 Домашняя птица 30 футов ³ / час-птица 31,2 БТЕ / час-птица 55 Молочная 6 230 50 Свиноматка и помет 2-3 320 60
Рассчитав теплопотери на градус в сутки, вы рассчитываете компоненты коллектора и хранилища вашей системы таким же образом они были рассчитаны на дом.Найдите количество учебных дней в день для процентного уровня солнечного тепла, которое вы хотите подавать. Их рассчитать общие тепловые потери за сутки, не забывая вычесть от этих потерь количество тепла, отпускаемое фондом в сутки. Используя скорректированный показатель потерь, вы можете затем рассчитать свой компонент. размеры.
На рисунке 16 показана типовая схема солнечной системы отопления, которая в качестве материала для хранения используется бетонный блок. В этом дизайне блок был добавлен в качестве фальш-стены снаружи существующей стена.Каменное хранилище также можно использовать, как в примере с домом.
Рисунок 16. Схема солнечного отопления с хранилищем бетонных блоков и хранилищем камня.
Конечно, система может быть спроектирована без хранилища. В таком системы потери в час будут найдены для дневной температуры как и раньше, и количество тепла, производимого массой (БТЕ / час), будет вычитается из этого. Процедура калибровки будет такой же, как в пример дома.Опять же, от 10 до 15% потребности в тепле с абсолютный максимум 20% — это все, что вы можете ожидать без место хранения. Одна такая система показана на рисунке 17. Воздух втягивается в двускатные концы крыши и обогревается солнечной энергией при прохождении через коллекторные каналы. Теплый воздух поступает в центральную распределительный канал вентиляторами и вдавлен в здание. это отводится через заслонки гравитационного типа в боковинах. А дополнительный обогреватель используется вовсю и в пасмурную погоду. периоды.Для летней вентиляции воздушный поток реверсируется и обдувается. через крышу в этом дизайне. Помимо солнечного тепла, воздух «забирает» часть тепла, уходящего с потолка, тем самым рекуперация тепла, которое иначе было бы потеряно.
Рисунок 17. Схема солнечной системы отопления без накопителя.
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ТЕПЛА
Помимо отопления помещений, солнечная энергия может использоваться в некоторых типах ситуации нагрева процесса.Это предполагает использование полученного тепла. от солнечного коллектора для нагрева или предварительного нагрева жидкости (воздуха или воды) для использование в каком-либо процессе — сушка зерна, нагрев горячей воды или промышленная сушка, например.
СУШКА ЗЕРНА
Одним из применений солнечной энергии в процессе нагрева является сушка зерна. В последние годы для определения лучших методов. Тепло от голого или накрытые коллекторы на крышах близлежащих домов. изучено, а также использование отдельно стоящих коллекторов как плоская пластина и пластиковая трубка (Рисунок 18).Все из этого применения были связаны с низкотемпературной сушкой в бункере системы. Температуры, необходимые для высокоскоростных методов сушки, позволяют солнечная сушка плоскими коллекторами нецелесообразна. Сложные коллекторы концентрирующего типа могут обеспечить необходимые температуры, но в настоящее время это будет очень дорого время.
Рисунок 18. Солнечный воздухонагреватель трубчатого типа.
Определение размеров коллектора
Для сушки очищенной кукурузы, коллектор, который нагревает поступающую кукурузу. Воздух до 20 ° F в полдень в ясный день дает 13% влажность кукурузы.Это будет для работы «только солнечная энергия» с возможно, резервный электрический обогреватель на длительные пасмурные или дождливые периоды. Если коллектор используется в основном как дополнение к электронагревателю им достаточно повышения температуры на 10 ° F.
Допустим, у нас есть 2 000 бушелей. бункер заполнен кукурузой и нашей сушкой Система требует расхода воздуха 2,5 кубических футов в минуту / бушель. Также предположим, что мы будем сушится в октябре и хотелось бы добавить электрокаменку с солнечным теплом от пластикового трубчатого коллектора.Процедура для калибровки коллектора будет следующим:
Шаг 1 Необходимое количество тепла
Amt. необходимо = (CFM) x (TEMP. RISE) x 1,1 = (2,5) х (10) х (1,1) = 25 БТЕ / ч-бу
Шаг 2 Доступное количество тепла / фут ²
Таблица 7 показывает, что для октября в ясный полдень мы бы получить 208 бушелей на фут ².
Сумма сбора = (Полученная сумма) x (Эффективность коллектора) x (Коэффициент наклона) = (208) х (0,25) х (1) = 52 БТЕ / ч-фут ²
Таблица 7 Доступность солнечной радиации в полдень в ясные дни на горизонтальная поверхность (БТЕ / ч-фут2)
------------------------------------------- 249 сентября 208 октября 163 ноября 143 декабря ------------------------------------------
Шаг 3 Требуемая площадь коллектора
Площадь = (Требуется тепло) ---------------- x (# bu) (Тепло собрано) = 25 БТЕ / ч-бу --------------- х (2000 б.уш.) 52 БТЕ / ч-фут ² = 962 фута ²
Если стенка бункера или стена или крыша машинного навеса использовались в качестве коллектор вытащит их на поверхность в количестве, необходимом для изменен соответствующим коэффициентом из таблицы 5.
НАГРЕВ ГОРЯЧЕЙ ВОДЫ
Горячая вода для дома или для подогрева бассейна может быть полученные от солнечных энергетических систем. Одна система предполагает использование обычный водосборник с насосом для циркуляции воды в с подогревом. Другая система использует естественную циркуляцию для нагрева воды в коллекционер.
Второй тип системы называется термосифон солнечной воды. обогреватель. Водосборник трубчатого типа устанавливается под углом 25-55 °. от горизонтали, в зависимости от сезона, и смотрел на юг.An изолированный резервуар для хранения емкостью около 60 галлонов монтируется таким образом, чтобы нижняя часть коллектора должна быть как минимум на 2 фута выше верхней части коллектора и изолированный сливной стакан подает холодную воду к коллектору внизу коллектора (рис. 19). Система заполнена холодной водой и когда светит солнце, вода в трубках нагревается и течет медленно вверх по стояку в накопительный бак. Процесс продолжается до плитки солнечное излучение уже недостаточно сильно, чтобы нагреть поглотитель.К в конце обычного солнечного дня бак для хранения полон горячей воды при температуре от 120 ° F в холодный зимний день до 165 ° F в жаркий летний день. Для односемейных домов резервуар емкостью 60 галлонов дала удовлетворительные результаты с площадью поглотителя 20 квадратных футов. Он должен принять меры для предотвращения замерзания, поэтому для Индианы антифриз Система должна использоваться с теплообменником в баке.
Рисунок 19. Система водяного отопления «Термосифон».
Для обогрева бассейна используется солнечный коллектор с открытой пластиной. Присоединенные водяные трубки часто настолько эффективны, насколько это необходимо для Апрель-сентябрь использования. Для нагнетания воды обычно требуется насос. через трубы, так как требуется большая площадь, чем для типичного семье необходимо отопление горячей водой.
Принципы, используемые для расчета доступного тепла для зерна сушку и обогрев помещений также нельзя применять для промышленной сушки, нагрев и предварительный нагрев воздуха или воды.
ВЫБОР СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ИЛИ СУШКИ
Были представлены некоторые рекомендации по определению наличие солнечной энергии и проектирование системы. Ориентация кроме юга не рассматривался в обсуждении. В эффект такой ориентации коллектора должен дать наибольшую количество сбора утром или днем вместо солнечный полдень и уменьшить суточное количество собираемой энергии.Более необходимо произвести необходимые расчеты, чтобы правильно определить размер коллектора, но вы можете быть уверены, что для экспонирование в любом другом направлении.
Одна тема, которая до сих пор не обсуждалась, — это экономика. Какова экономика солнечной системы? В настоящее время Вопрос в том, что он «витает в воздухе». Стоимость сегодня указывает на то, что солнечное отопление — это вообще пограничная ситуация. Но стоит завтра может быть совсем другим.С ростом цен на топливо стоимостные отношения могут указывать на использование солнечного отопления. Если топливо если бы больше не было солнечного отопления, это выглядело бы очень привлекательно.
Решить, будет ли солнечное отопление экономичным для вашего В конкретной ситуации необходимо учитывать стоимость все материалы и элементы управления, необходимые для системы, и сравните их с преимуществами с точки зрения экономии топлива. Стоимость системы должен быть спроецирован на его ожидаемую жизнь.Обычные виды топлива можно сравнить на основе BTU. Один киловатт-час электроэнергии — 3412 БТЕ, один фут ³ природного газа — 1000 БТЕ, один галлон сжиженного газа = 92 000 БТЕ и один галлон мазута = 140 000 БТЕ. Зная эти Эквиваленты BTU и стоимость вашего топлива, вы можете определить, сколько деньги, которые ваша солнечная система сэкономит или будет стоить. Еще одно сравнение, которое если он произведен, это стоимость системы по сравнению со стоимостью изоляции. Если на доллар, вложенный в изоляцию, можно сэкономить больше БТЕ по сравнению с долларов, вложенных в солнечный коллектор, тогда изоляция, если он первая покупка.
Если вы хотите построить солнечную систему отопления, вам необходимо: начните планировать заранее.
No related posts.
Previous
Как проверить ибп аккумулятор мультиметром: Как проверить аккумулятор ибп мультиметром
Next
Зарядное устройство кулон 305: Зарядное устройство Кулон-305 в наличии со склада
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Рубрики
Аккумулятор
Аккумуляторы
Виды
Обслуживан
Разное
Срок службы
Характеристик
Характеристики
Щелочн
Щелочные батареи
2019 © Все права защищены. Карта сайта

Сумма квадратов df Среднее квадратическое Sig.
Между группами 1,427 3 0,476 1,289 0.323
Внутри групп 4,428 12 0,369
Всего 5,854 9016 9016 9017 9016 9017 906
Из таблицы 1 значение значимости составляет 0,323 (). Следовательно; можно сделать вывод, что не было статистически значимых различий между средними значениями эффективности коллектора с одинаковой толщиной стекла и что их незначительные отклонения были вызваны изменениями условий окружающей среды, а не конструктивными изменениями.
4.2. Коллекторы с разной толщиной стекла
4.2.1. Температурный и энергетический профиль коллекторов с разной толщиной стекла
На рисунке 4 показаны тренды температурных профилей температуры окружающей среды и температуры на выходе для четырех моделей коллекторов, записанные с 7:30 до 18:00. 10.05.2011. Можно видеть, что во время восхода солнца до полудня наблюдались высокие колебания температуры, в основном из-за изменений в интенсивности солнечного излучения, и эти потоки кажутся постоянными от полудня до заката.С другой стороны, солнечный коллектор обеспечивает низкую температуру с утра до полудня, в то время как интенсивность солнечного излучения была высокой из-за малого угла падения на поверхности коллектора (рис. 5). Дас и Чакраверти [34] сообщили, что уменьшение пропускания солнечного света к поверхности стекла имеет значение для угла от 0 до 60 °. Подобные характеристики также можно наблюдать во время дневной сессии.

Максимальная температура в обоих коллекторах была около полудня, когда солнечное излучение было перпендикулярно поверхности коллектора.При единой ориентации плоского солнечного коллектора наилучшая производительность достигается, когда солнечное излучение перпендикулярно поверхности коллектора, в данном случае около полудня.
На рисунке 6 показаны энергетические профили; Энергетические профили менялись в зависимости от колебаний интенсивности солнечного излучения и увеличивались с увеличением интенсивности солнечного излучения. Низкая энергия утром и вечером была вызвана плохим углом падения интенсивности солнечного излучения на поверхность коллектора. Кроме того, небольшие колебания энергетического профиля во второй половине дня были вызваны плохой теплоотдачей морского борта.

Эффективность коллектора оценивалась путем нахождения площади под кривой энергетических профилей и статистической проверки их различия. Результаты статистического анализа дисперсии (ANOVA) для коллекторов с разной толщиной стекла были проведены для изучения значимых различий между их индивидуальными средними значениями и представлены в таблице 2.
906 мм Стекло6 9022 9022
7
6
6 9022 9022854
Стекло Среднее значение Стандартное отклонение Стандартная ошибка 95% доверительный интервал для среднего значения Минимум Максимум
Нижняя граница Верхняя граница
5 32.7400 3,63015 1,62345 28,2326 37,2474 26,50 35,80
Стекло, 4 мм 5 35.4000 38.60
Стекло, 5 мм 5 30.4400 2.40583 1.07592 27.4528 33.4272 27.30 33.70
Стекло, 6 мм 5 27,8000 2.43002 1,08674 24,7827 30,8173 24,40 31,20
4,12546 0. 29.6642 33.5258 24.40 38.60
Модель 0,71969 30,0693 33,1207
Случайные эффекты 1,62083 26,4368 36,7532
Наивысшая тепловая эффективность, проанализированная программой SPSS, составила 35,4% в коллекторе с толщиной стекла 4 мм, а минимальная производительность составила 27.8% в коллекторе с толщиной стекла 6 мм. Коллекторы с толщиной стекла 3 мм и 5 мм составили 32,7% и 30,4% соответственно. Таким же образом был использован односторонний дисперсионный анализ между объектами для сравнения влияния изменения толщины стеклянных материалов на эффективность коллекторов с толщиной стекла 3, 4, 5 и 6 мм. Это было сделано для того, чтобы выяснить, была ли разница между средствами коллекционера значительной.
Из таблицы 3 видно, что значение значимости равно. Таким образом, можно статистически заключить, что существуют значительные различия между средними значениями эффективности коллектора с разной толщиной стекла.Таким образом, чтобы определить, какая толщина стекла дает значительную разницу, был проведен апостериорный тест для множественных сравнений эффективности коллектора. Поскольку имелось два возможных теста: предполагались равные дисперсии или равные дисперсии не предполагались, для выбора метода был использован тест Левена на однородность дисперсии (см. Таблицу 4).
56 9016 90226 9022
462
Сумма квадратов df Средний квадрат Значимость
6
3 52,542 5,072 0,012
Внутри групп 165.744 16 10,359
3 16 0,713
Так как, исходя из таблицы 3, использовался критерий равных дисперсий (Tukey HSD).
В таблице 5 показаны предполагаемые равные отклонения (Tukey HSD) для множественных сравнений эффективности коллекторов. Тест множественного сравнения показывает, что коллектор с толщиной стекла 4 мм статистически отличается от коллекторов с толщиной стекла 6 мм (). Таким образом, можно сделать вывод, что при использовании стекла толщиной 4 мм, толщина улучшает характеристики плоского солнечного коллектора на 7.6% по сравнению с толщиной стекла 6 мм. Влияние толщины стекла можно ясно изобразить на Рисунке 7, где коллектор толщиной 6 мм дает плохие характеристики, а толщина 4 мм дает лучшие характеристики. Khoukhi et al. [27] сообщили, что при увеличении толщины стеклянной крышки с 3 мм до 6 мм устойчивый тепловой поток через крышку уменьшается, и поэтому более тонкое стекло (3 мм) является более подходящим с точки зрения стоимости и веса. системы солнечных коллекторов по сравнению с толщиной 6 мм.Эти результаты также подтверждают вывод, сделанный Vejen et al. [29], который подчеркивает, что хороший выбор материалов для остекления является одним из факторов, которые могут улучшить характеристики солнечного коллектора. Исследование показывает, что производительность коллектора может быть улучшена на 6% и более при сравнении толстых и тонких стекол.
9022
(I) Стекло (J) Стекло Средняя разница (I — J) Стандартная ошибка Значимость Нижняя граница 95% доверительного интервала Верхняя граница
Стекло, 3 мм Стекло, 4 мм −2.66000 2,03558 0,572 −8,4838 3,1638
Стекло, 5 мм 2.30000 2,03558 0,677 −3,5236 −3,5236 906 2,03558 0,112 −0,8838 10,7638
Стекло, 4 мм Стекло, 3 мм 2.66000 2.03558 0,572 −3,1638 8,4838
Стекло, 5 мм 4,96000 2,03558 0,110 −0,8638 -0,8638 0,009 1,7762 13,4238
Стекло, 5 мм Стекло, 3 мм −2,30000 2,03558 0.677 −8.1238 3.5238
Стекло, 4 мм −4.96000 2.03558 0.110 −10.7838 0.8638
−3.1838 8.4638
Стекло, 6 мм Стекло, 3 мм −4.94000 2.03558 0.112 .7638 0,8838
Стекло, 4 мм −7,60000 * 2,03558 0,009 −13,4238 −1,7762
0,5 мм
−8,4638 3,1838
Средняя разница значима на уровне 0,05.

Тепловые свойства стеклянной крышки, такие как коэффициент пропускания, отражения и поглощения, зависят от характеристик коллектора.Поэтому при выборе материала для остекления коллектора следует сосредоточить внимание на увеличении пропускания и уменьшении отражательной способности и поглощения. Как правило, с увеличением толщины стекла коэффициент пропускания и конвективные потери уменьшаются, а коэффициент отражения увеличивается, и наоборот. Из этого исследования можно сделать вывод, что толщина стекла 3 мм дает высокий коэффициент пропускания (низкий коэффициент отражения) и высокие конвективные потери и, следовательно, худшие характеристики по сравнению с 4 мм. Стекло толщиной 5 мм и 6 мм дает низкий коэффициент пропускания (высокий коэффициент отражения) и низкие конвективные потери и, следовательно, дает плохие характеристики по сравнению со стеклом толщиной 4 мм.Таким образом, толщина стекла 4 мм обеспечивает оптимальный коэффициент пропускания и конвективные потери, и, следовательно, это лучшая толщина остекления для плоского солнечного коллектора.
5. Заключение
Модели солнечных коллекторов с различной толщиной остекления были успешно спроектированы, сконструированы и испытаны в этом исследовании. Экспериментальные данные сравнивались графически с помощью программы Excel, а их характеристики анализировались статистически с помощью программы SPSS. Из полученных результатов можно сделать вывод, что использование стекла толщиной 4 мм улучшает характеристики воздушного солнечного коллектора в 7 раз.6% по сравнению со стеклом толщиной 3, 5 и 6 мм. Однако риск разбивания стекла во время строительства высок при использовании более тонкого стекла, 4 мм по сравнению с 5 мм и 6 мм, особенно при строительстве большего коллектора с более длинным / широким пролетом. Следовательно, оптимизация эффективности и работоспособности должна производиться в зависимости от того, использовать ли стекло толщиной 4 мм, с осторожностью, чтобы избежать дополнительных затрат из-за разрушения стекла.
Номенклатура
Коллектор КПД
: Площадь коллектора (м ²)
: Коэффициент теплоотвода коллектора
: Удельная теплоемкость воздуха (Дж / кг 176 К)
: Массовый расход (кг / с)
: Глобальная солнечная интенсивность, достигающая поверхности коллектора (Вт / м ²)
: Полезная энергия, получаемая воздухом (Дж / кг · K)
: Доступная солнечная энергия на поверхности коллектора (Дж / кг · K)
: Температура на выходе из коллектора (° C)
: Температура воздуха на входе (° C)
: Коэффициент теплопотерь (Вт / м ² K)
: Поглощающая способность
: Коэффициент пропускания
:
: Коэффициент радиационной теплопередачи между стеклом и пластиной поглотителя (Вт / м ² K)
: Коэффициент радиационной теплопередачи между стеклом и окружающей средой (Вт / м ² K)
: Излучение стекла
: Излучение пластины
: Температура стекла (K)
: K18 Температура абсорбера Скорость ветра (м / с).
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.
Благодарности
Авторы выражают признательность за финансовую поддержку со стороны исследовательских фондов программы Sida-UDSM-Food Security, которая является частью программы сотрудничества Sida-UDSM на период с 2009 по 2013 год.
Техническая справка — EnergyPlus 8.2
Солнечные коллекторы — это устройства, которые преобразуют солнечную энергию в тепловую за счет повышения температуры циркулирующего теплоносителя.Затем жидкость можно использовать для нагрева воды для бытового горячего водоснабжения или отопления помещений. Плоские солнечные коллекторы, использующие воду в качестве теплоносителя, солнечные коллекторы Integral-Collector Storage, использующие воду, и неглазурованные солнечные коллекторы, использующие воздух, в настоящее время являются единственными типами коллекторов, доступных в EnergyPlus.
Плоские солнечные коллекторы
[ССЫЛКА]
Входной объект SolarCollector: FlatPlate: Water предоставляет модель плоских солнечных коллекторов, которые являются наиболее распространенным типом коллекторов.Стандарты были установлены ASHRAE для тестирования производительности этих коллекторов (ASHRAE 1989; 1991), а Solar Rating and Certification Corporation (SRCC) публикует каталог коммерчески доступных коллекторов в Северной Америке (SRCC 2003).
Модель EnergyPlus основана на уравнениях, содержащихся в стандартах ASHRAE и Duffie and Beckman (1991). Данная модель применяется к остекленным и неглазурованным плоским коллекторам, а также к рядам трубчатых, т.е. вакуумных трубчатых, коллекторов.
Расчеты солнечного света и затенения [ССЫЛКА]
В объекте солнечного коллектора используется стандартная поверхность EnergyPlus, чтобы воспользоваться преимуществами подробных расчетов солнечного света и затенения. Солнечное излучение, падающее на поверхность, включает пучковое и диффузное излучение, а также излучение, отраженное от земли и прилегающих поверхностей. Также учитывается затенение коллектора другими поверхностями, например, близлежащими зданиями или деревьями. Точно так же поверхность коллектора может затенять другие поверхности, например, уменьшая падающее излучение на крышу под ней.
Thermal Performance [ССЫЛКА]
Тепловой КПД коллектора определяется как отношение полезного притока тепла жидкостью коллектора к общему солнечному излучению, падающему на общую площадь поверхности коллектора.
η = (q / A) Изолирующий
где
q = полезный приток тепла
A = общая площадь коллектора
I _{солнечная} = общая падающая солнечная радиация
Обратите внимание, что КПД определен только для I _solar> 0.
Энергетический баланс солнечного коллектора с двойным остеклением показывает взаимосвязь между свойствами остекления, свойствами поглощающей пластины и условиями окружающей среды.
qA = Isolarτg1τg2αabs-T4abs-T4g2Rrad-Tabs-Tg2Rconv-Tabs-TairRcond
где
_g1 = коэффициент пропускания первого слоя остекления
_g2 = коэффициент пропускания второго слоя остекления
_абс = поглощающая способность пластины абсорбера
R _рад = сопротивление излучению от поглотителя до внутреннего остекления
R _conv = конвективное сопротивление от абсорбера до внутреннего остекления
R _cond = сопротивление проводимости от абсорбера к наружному воздуху через изоляцию
T _абс = температура пластины абсорбера
T _g2 = температура внутреннего остекления
T _воздух = температура наружного воздуха
Приведенное выше уравнение можно аппроксимировать более простой формулировкой как:
qA = FR [Изолярный (τα) -UL (олово-Таир)]
где
F _R = эмпирически определенный поправочный коэффициент
(τα) = произведение всех коэффициентов пропускания и поглощения
U _L = общий коэффициент тепловых потерь, объединяющий термины излучения, конвекции и теплопроводности
T _дюйм = температура рабочей жидкости на входе
Подставляя это в уравнение (1),
η = FR (τα) −FRUL (олово − Таир) Изолярный
Линейную корреляцию можно построить, рассматривая F _R (τα) и F _R U _L как характеристические константы солнечного коллектора:
η = c0 + c1 (олово-Таир) Изолярный
Аналогичным образом можно построить квадратичную корреляцию, используя форму:
η = c0 + c1 (Tin-Tair) Isolar + c2 (Tin-Tair) 2Isolar
Коэффициенты уравнения эффективности первого и второго порядка перечислены в Справочнике Сертифицированных SRCC рейтингов солнечных коллекторов .
Модификаторы угла падения [ССЫЛКА]
Как и в случае с обычными окнами, коэффициент пропускания остекления коллектора зависит от угла падения излучения. Обычно коэффициент пропускания максимален, когда падающее излучение перпендикулярно поверхности остекления. Условия испытаний определяют коэффициенты эффективности при нормальном падении. Для углов, отклоняющихся от нормы, коэффициент пропускания остекления модифицируется с помощью коэффициента модификатора угла падения .
Kτα = (τα) (τα) n
Дополнительное тестирование определяет модификатор угла падения как функцию угла падения.Эта связь может соответствовать линейной корреляции первого порядка:
Kτα = 1 + b0 (1cosθ − 1)
или квадратичная корреляция второго порядка:
Kτα = 1 + b0 (1cosθ − 1) + b1 (1cosθ − 1) 2
Коэффициенты модификатора угла падения b ₀ и b ₁ обычно отрицательны, хотя некоторые коллекторы имеют положительное значение для b ₀ . Коэффициенты уравнения модификатора угла падения как первого, так и второго порядка перечислены в Справочнике сертификатов SRCC для солнечных коллекторов .
Коэффициенты уравнения модификатора угла падения SRCC действительны только для углов падения 60 градусов или меньше. Поскольку эти кривые могут быть действительными, но плохо вести себя для углов более 60 градусов, модель EnergyPlus отключает усиление коллектора для углов падения более 60 градусов.
Для плоских коллекторов модификатор угла падения обычно симметричен. Однако для трубчатых коллекторов модификатор угла падения различается в зависимости от того, параллелен ли угол падения трубкам или перпендикулярен им.Их называют биаксиальными модификаторами. Некоторые специальные плоские коллекторы также могут демонстрировать эту асимметрию. Текущая модель еще не может обрабатывать два набора модификаторов угла падения. Тем временем рекомендуется осторожно аппроксимировать трубчатые коллекторы, используя параллельную или перпендикулярную корреляцию.
Модификаторы угла падения рассчитываются отдельно для излучения солнца, неба и земли. Модификатор чистого угла падения для всего падающего излучения рассчитывается путем взвешивания каждого компонента с помощью соответствующего модификатора.
Kτα, net = IbeamKτα, луч + IskyKτα, небо + IgndKτα, gndIbeam + Isky + Ignd
Для излучения неба и земли угол падения аппроксимируется с помощью уравнений Брандемюля и Бекмана:
θsky = 59,68−0,1388ϕ + 0,001497ϕ2
θземля = 90,0−0,5788ϕ + 0,002693ϕ2
где ϕ — наклон поверхности в градусах.
Модификатор чистого угла падения затем вставляется в уравнение полезного тепловыделения:
qA = FR [IsolarKτα, net (τα) n-UL (Tin-Tair)]
Уравнение (4) также изменяется соответствующим образом.
η = FRKτα, net (τα) n − FRUL (Tin − Tair) Изолар
Температура на выходе [ССЫЛКА]
Температура на выходе рассчитывается с использованием полезного притока тепла q, определяемого уравнением, температуры жидкости на входе T _{в строке} и массового расхода, доступного при моделировании установки:
qA = mcp (Tout − Tin)
где
˙m = массовый расход жидкости через коллектор
c _p = удельная теплоемкость рабочего тела
Решетка для Т _из,
Tout = олово + q˙mcpA
Если нет потока через коллектор, T _out — это температура застоя жидкости.Это вычисляется путем установки левой части уравнения (13) на ноль и решения для T _в (что также равно T _из для случая отсутствия потока).
Источники [ССЫЛКА]
ASHRAE. 1989. Стандарт ASHRAE 96-1980 (RA 89): Методы испытаний для определения тепловых характеристик неглазурованных плоских солнечных коллекторов жидкостного типа. Атланта: Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc.
ASHRAE.1991. Стандарт ASHRAE 93-1986 (RA 91): Методы испытаний для определения тепловых характеристик солнечных коллекторов. Атланта: Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, Inc.
Даффи, Дж. А. и Бекман, В. А. 1991. Солнечная инженерия тепловых процессов, второе издание. Нью-Йорк: Wiley-Interscience.
Корпорация по оценке и сертификации солнечной энергии. 2004. Справочник сертифицированных SRCC рейтингов солнечных коллекторов, OG 100. Какао, Флорида: Корпорация по оценке и сертификации солнечной энергии.
Интегральный коллектор-накопитель (ICS) Солнечный коллектор [ССЫЛКА]
Солнечные коллекторы со встроенными моделями накопителей используют объект SolarCollector: IntegralCollectorStorage, а входные параметры характеристик этого коллектора предоставляются объектом SolarCollectorPerformance: IntegralCollectorStorage. Эта модель основана на подробных уравнениях энергетического баланса солнечных коллекторов, которые объединяют в себе накопитель. В этой модели есть два варианта представления нижней части коллектора за пределами граничных условий: AmbientAir и OtherSideConditionsModel.AmbientAir просто применяет температуру наружного воздуха, используя комбинированную конвекцию и радиационную проводимость, а OtherSideConditionsModel применяет комбинированные модели излучения и конвекции, которые возникают в естественно вентилируемой полости, чтобы представить нижнюю часть коллектора за пределами граничных условий. Более позднее граничное условие учитывает затенение коллектора на подстилающей поверхности, следовательно, коллектор ICS можно считать неотъемлемой частью ограждающей конструкции здания. Принципиальная схема прямоугольного солнечного коллектора ICS показана на Рисунке 295 ниже:
Принципиальная схема прямоугольного интегрированного коллекторного накопителя
Расчеты солнечного света и затенения [ССЫЛКА]
В объекте солнечного коллектора используется стандартная поверхность EnergyPlus, чтобы воспользоваться преимуществами подробных расчетов солнечного света и затенения.Солнечное излучение, падающее на поверхность, включает пучковое и диффузное излучение, а также излучение, отраженное от земли и прилегающих поверхностей. Также учитывается затенение коллектора другими поверхностями, например, близлежащими зданиями или деревьями. Точно так же поверхность коллектора затемняет поверхность крыши под ней, поэтому прямая солнечная радиация не падает на поверхность крыши. Коллектор и крыша за пределами граничных условий должны быть указаны как OtherSideConditionModel, чтобы учесть влияние затенения солнечного коллектора на поверхность крыши.
Математическая модель
[ССЫЛКА]
Солнечный коллектор со встроенным коллектором-накопителем (ICS) представлен с использованием двух уравнений баланса энергии переходных процессов, показанных ниже. Эти уравнения представляют собой уравнение баланса энергии для пластины поглотителя и воды в коллекторе.
mpCpdTpdt = A⋅ [(τα) e⋅It − hpw (Tp − Tw) −Ut (Tp − Ta)]
mwCwdTwdt = A⋅ [hpw (Tp − Tw) −Ub (Tw − TOSC) −Us (Tw − Ta)] — ˙mwCw (Tw − Twi)
Где,
м _p C _p = теплоемкость поверхности поглотителя, Дж / ° C
A = общая площадь коллектора, м ²
(τα) e = произведение коэффициента пропускания-поглощения абсорбционной пластины и системы покрытия
I _t = общее солнечное излучение, (Вт / м ²)
ч _pw = коэффициент конвективной теплопередачи от пластины абсорбера к воде, (Вт / м2 ° K)
U _t = общий коэффициент теплопотерь от поглотителя в окружающий воздух, (Вт / м2 ° K)
T _p = средняя температура пластины абсорбера, (° C)
T _w = средняя температура воды в коллекторе, (° C)
T _a = температура окружающего воздуха, (° C)
м _w C _pw = теплоемкость водной массы в коллекторе, (Дж / ° C)
U _s = удельная проводимость изоляции со стороны коллектора, (Вт / м ² ° K)
U _b = проводимость изоляции дна коллектора, (Вт / м ² ° K)
T _osc = наружная температура нижней изоляции, определенная на основе модели условий другой стороны, (° C)
T _wi = Температура на входе подпиточной или водопроводной воды, (° C)
˙mwCw = расход воды через коллектор, (Вт / ° C)
Граничное условие модели с другой стороной, представленное T _osc , позволяет нам применить реалистичное внешнее граничное условие для коллектора, установленного на крыше здания.Этим также учитывается затеняющее воздействие коллектора на подстилочную поверхность (крышу). С другой стороны, если заданы граничные условия для окружающего воздуха, коллектор не затеняет нижнюю поверхность, на которой он установлен.
Два уравнения баланса энергии можно записать как неоднородную ДУ первого порядка с постоянными коэффициентами. Начальными условиями для этих уравнений являются средняя температура пластины поглотителя и средняя температура воды в коллекторе на предыдущих временных шагах.
dTpdt = a1Tp + a2Tw + a3
dTwdt = b1Tp + b2Tw + b3
a1 = — (A⋅hpw + A⋅Ut) / (mp⋅Cp)
a2 = A⋅hpwTw / (mp⋅Cp)
a3 = A⋅ (τα) e⋅It + A⋅UtTa
b1 = A⋅hpwTp / (мВт⋅Cw)
b2 = — (A⋅hpw + A⋅Ub + A⋅Us + ˙mwCw)
b3 = (A⋅UbTosc + A⋅UsTa + ˙mwCwTwi)
Два связанных дифференциальных уравнения первого порядка решаются аналитически. Вспомогательное уравнение связанного однородного дифференциального уравнения имеет вид:
λ2− (a1 + b2) + (a1b2 − a2b1) = 0
Это вспомогательное квадратное уравнение всегда имеет два различных действительных корня (₁ и ₂), следовательно, решение однородного уравнения является экспоненциальным, а общие решения дифференциальных уравнений имеют вид:
Тр = c1el1t + c2el2t + А
Tw = r1c1el1t + r2c2el2t + B
Постоянные члены A и B являются частным решением неоднородных дифференциальных уравнений, коэффициенты экспоненциальных членов ( c ₁ , c ₂ , r ₁ , и r ₂ ) определяются из начальных условий температуры воды в поглотителе и коллекторе ( T _p0 , T _w0 ) и даются по формуле:
r1 = (l1 − a1) / a2; r2 = (l2 − a1) / a2
A = (- a3b2 + b3a2) / (a1b2 − b1a2); B = (- a1b3 + b1a3) / (a1b2 − b1a2)
c1 = (r2Tp0 − Tw0 − r2A + B) / (r2 − r1); c2 = (Tw0 − r1Tp0 + r1A − B) / (r2 − r1)
Модель тепловой сети
: [ССЫЛКА]
Модель тепловой сети требует также баланса энергии для каждой крышки коллектора.Предполагается, что уравнение теплового баланса крышек коллектора подчиняется установившейся формулировке без учета их тепловой массы. Представление тепловой сети коллектора ICS показано на рис. 296. Кроме того, тепловой баланс на каждой поверхности покрытия требует знания количества поглощенной солнечной фракции, которое определяется на основе анализа трассировки лучей. Для модели тепловой сети, показанной выше, общий верхний коэффициент теплопотерь определяется комбинацией последовательно включенных сопротивлений следующим образом:
Ut = [R1 + R2 + R3] -1
или
Ut = [1hc, c1 − a + hr, c1 − a + 1hc, c2 − c1 + hr, c2 − c1 + 1hc, p − c2 + hr, p − c2] −1
Коэффициенты конвективной и радиационной теплопередачи в уравнении выше рассчитываются на основе температур на предыдущем временном шаге и определяются, как описано в разделе Коэффициенты теплопередачи .
Схема тепловой сети солнечного коллектора ICS
Тепловой баланс крышки коллектора
Игнорируя тепловую массу крышки коллектора, для каждой крышки формулируются уравнения стационарного теплового баланса, которые позволяют нам определять температуру крышки. Представление теплового баланса поверхности крышки показано на Рис. 297 ниже.
Тепловой баланс поверхности крышки коллектора
Уравнение устойчивого теплового баланса покровного слоя:
qLWR, 1 + qCONV, 1 + qsolar, абс + qLWR, 2 + qCONV, 2 = 0
Линеаризуя обмен длинноволновым излучением и представляя условия конвекции с использованием классического уравнения для закона охлаждения Ньютона, уравнения для температур крышек 1 и 2 имеют следующий вид:
Tc1 = αc1It + hr, c1 − aTa + hc, c1 − aTa + hr, c2 − c1Tc2 + hc, c2 − c1Tc2hr, c1 − a + hc, c1 − a + hr, c2 − c1 + hc, c2 − c1
Tc2 = αc2It + hr, c2 − c1Tc1 + hc, c2 − c1Tc1 + hr, p − c2Tp + hc, p − c2Tphr, c2 − c1 + hc, c2 − c1 + hr, p − c2 + hc, p − c2
Где,
_c = средневзвешенное поглощение солнечной энергии покрытий 1 и 2 , (-)
h _{r, c1-a} = скорректированный коэффициент радиационной теплопередачи между крышкой 1 и окружающим воздухом, (Вт / м ² K)
h _{c, c1-a} = коэффициент конвективной теплопередачи между крышкой 1 и окружающей средой, (Вт / м ² K)
h _{r, c2-c1} = коэффициент радиационной теплопередачи между крышками 1 и 2 , (Вт / м ² K)
ч _{c, c2-c1} = коэффициент конвективной теплопередачи между крышками 1 и 2 , (Вт / м ² K)
h _{r, p-c2} = коэффициент теплопередачи излучения между крышками 2 и пластиной поглотителя, (Вт / м ² K)
h _{c, p-c2} = коэффициент конвективной теплопередачи между крышками 2 и пластиной абсорбера, (Вт / м ² K)
q _{LWR, 1} = поток длинноволнового радиационного обмена на стороне 1 крышки коллектора, (Вт / м ²)
q _{CONV, 1} = конвекционный тепловой поток на стороне 1 крышки коллектора, (Вт / м ²)
q _{LWR, 2} = поток длинноволнового радиационного обмена на стороне 2 крышки коллектора, (Вт / м ²)
q _{CONV, 2} = конвекционный тепловой поток на стороне 2 крышки коллектора, (Вт / м ²)
q _{солнечная энергия, абс.} = чистое солнечное излучение, поглощаемое крышкой коллектора, (Вт / м ²)
R = тепловое сопротивление для каждой секции вдоль пути теплового потока, (м ² K / Вт)
Модель с другой стороны
[ССЫЛКА]
Солнечные коллекторы
ICS обычно устанавливаются на поверхности теплопередачи зданий, поэтому коллекторы затеняют нижележащую поверхность теплопередачи и требуют уникального граничного условия, которое отражает среду воздушной полости, созданную между нижней частью поверхности коллектора и подстилающей поверхностью.Модель условий другой стороны, которая позволяет нам оценить температуру другой стороны, T _osc , может быть определена на основе установившегося теплового баланса с использованием известной температуры воды коллектора на предыдущем временном шаге.
Иллюстрация для модели
для условий работы на другой стороне
Игнорируя тепловую массу нижней изоляции коллектора, установившийся поверхностный тепловой баланс может быть сформулирован на внешней плоскости нижней поверхности коллектора, обращенной к полости, как показано на рисунке 4.Уравнение теплового баланса на внешней плоскости нижней поверхности коллектора имеет вид:
qсекунда + qconv, cav + qrad, cav = 0
Подставляя уравнения для каждого члена в уравнение выше, получаем:
UL (Tw − Tosc) + hc, cav (Ta, cav − Tosc) + hr, cav (Tso − Tosc) = 0
Упрощение дает нижнюю изоляцию при температуре другой стороны:
Tosc = ULTw + hc, cavTa, cav + hr, cavTsoUL + hc, cav + hr, cav
Температура воздуха в полости определяется из теплового баланса воздуха в полости следующим образом:
Ta, cav = hc, cavATosc + ˙mventCpTa + hc, cavATsohc, cavA + ˙mventCp + hc, cavA
Где
ч _{r, cav} = линеаризованный коэффициент излучения для подстилающей поверхности в полости, (Вт / м ² K)
h _{c, cav} = коэффициент конвекции для подстилающей поверхности в полости, (Вт / м ² K)
T _{, поэтому} = температура наружной поверхности лежащей ниже поверхности теплопередачи, (ºC)
˙mvent = массовый расход воздуха за счет естественной вентиляции, (кг / с)
q _cond = теплопроводность теплового потока через дно изоляции и, (Вт / м ²)
q _{conv, cav} = конвекционный тепловой поток между нижней внешней поверхностью коллектора и воздухом полости, (Вт / м ²)
q _{рад, cav} = обменный поток длинноволнового излучения между нижней внешней поверхностью коллектора и внешней поверхностью подстилающей поверхности, (Вт / м ²)
Температура воздуха в полости определяется из баланса энергии воздуха в полости.Баланс тепла воздуха требует норм естественной вентиляции воздуха в вентилируемой полости. Расчет скорости вентиляции описан в другом месте этого документа. Объект SurfaceProperty: ExteriorNaturalVentedCavity необходим для описания свойств поверхности, характеристик полости и отверстия для естественной вентиляции.
коэффициентов теплопередачи [ССЫЛКА]
Уравнения, используемые для определения различных коэффициентов теплопередачи в уравнениях абсорбера и теплового баланса воды, приведены ниже.Поглощенная солнечная энергия передается воде путем конвекции. Предполагая, что естественная конвекция преобладает над теплопередачей для горячей поверхности, обращенной вниз, и поверхности комка, обращенной вниз, следующая корреляция для числа Нуссельта, проведенная Фуджи и Имура (1972). Число Нуссельта для горячей поверхности, обращенной вниз, дается по формуле:
Nu = 0,56 (Gr⋅Pr⋅cosθ) 1/5 · 105
Число Нуссельта для горячей поверхности вверх и холодной поверхности вниз определяется по формуле:
Nu = 0.13 (Gr⋅Pr) 1 / 3Gr⋅Pr <5,0 × 108
Nu = 0,16 (Gr⋅Pr) 1 / 3Gr⋅Pr> 5,0 × 108
Gr = gβv (Tp − Tw) L3c / ν2
Pr = ν / α
Tr = Tp − 0,25 (Tp − Tw)
hw = Nu⋅k / Lc
Где,
θ = угол наклона коллектора к вертикали, радиан
г = постоянная силы гравитации, 9.806 (м / с ²)
T _r = эталонные свойства, в которых рассчитываются теплофизические свойства, (° C)
L _c = характерная длина пластины абсорбера, (м)
k = теплопроводность воды при нормальной температуре, (Вт / мК)
ν = кинематическая вязкость воды при нормальной температуре, (м * ² / с)
α = коэффициент температуропроводности воды при нормальной температуре, (м * ² / с)
β _v = коэффициент объемного расширения, рассчитанный при Tv, Tv = Tw + 0.25 (Тп-Тв), (К-1)
Nu = число Нуссельта, рассчитанное для свойств воды при эталонной температуре, (-)
Gr = число Грасгофа, рассчитанное для свойств воды при эталонной температуре, (-)
Pr = Число Прандтля, рассчитанное для свойств воды при эталонной температуре, (-)
Различные коэффициенты радиационной и конвективной теплопередачи задаются следующими уравнениями.Коэффициенты конвективной теплопередачи между крышками и пластиной поглотителя оцениваются на основе эмпирической корреляции для числа Нуссельта для воздушного зазора между двумя параллельными пластинами, разработанной Hollands et al. (1976) это:
Nua = 1 + 1,44 {1−1708 (sin1.8β) 1.6Racosβ} {1−1708Racosβ} ++ {(Racosβ5830) 1 / 3−1} +
hc = Nu⋅k / л
л.с.-c2 = σ (Tp + Tc2) (T2p + T2c2) 1 / εp + 1 / εc2−1
hrc1 − c2 = σ (Tc1 + Tc2) (T2c1 + T2c2) 1 / εc1 + 1 / εc2−1
Для математического упрощения приведены коэффициенты обмена длинноволновым излучением между внешней крышкой коллектора и небом и землей с привязкой к температуре окружающего воздуха.
hrc1 − s = Fsεc1σ (Tc1 + Ts) (T2c1 + T2s) (Tc1 − Ts) (Tc1 − Ta)
hrc1 − g = Fgεc1σ (Tc1 + Tg) (T2c1 + T2g) (Tc1 − Tg) (Tc1 − Ta)
hcc1-a = hcc1-s + hcc1-g
Коэффициент конвективной теплопередачи от внешнего покрытия к окружающему воздуху определяется по формуле:
hcc1-a = 2,8 + 3,0Vw
Когда граничным условием нижней поверхности является AmbientAir, комбинированная проводимость от внешнего покрытия до окружающей среды рассчитывается по приведенному ниже уравнению (Даффи и Бекман, 1991).
hcomb = 5,7 + 3,8Vw
Общий коэффициент потерь через дно и боковые стороны коллектора-накопителя оценивается следующим образом:
Уб = ULb (Ab / A)
Us = [1ULs (As / A) + 1hcomb] -1
Где,
_c1 = коэффициент теплового излучения крышки коллектора 1 , (-)
_c2 = коэффициент теплового излучения крышки коллектора 2 , (-)
F _s = коэффициент обзора от коллектора до неба, (-)
F _г = коэффициент обзора от коллектора до земли, (-)
T _c1 = температура крышки коллектора 1 , (K)
T _c2 = температура крышки коллектора 2 , (K)
T _с = температура неба, (K)
T _г = температура грунта, (K)
k = теплопроводность воздуха, (Вт / м · K)
L = воздушный зазор между крышками, (м)
β = наклон пластин или крышек к горизонтали, (радиан)
V _w = скорость ветра, (м / с)
U _Lb = определяемая пользователем теплопроводность снизу, Вт / м ² K
U _Ls = боковая теплопроводность, определяемая пользователем, Вт / м ² K
A _b = площадь теплопередачи днища коллектора, м ²
A _s = площадь со стороны коллектора, м ²
ч _{гребенка} = комбинированная проводимость от внешней крышки к окружающему воздуху, Вт / м ² K
Продукт коэффициента пропускания-поглощения
Произведение коэффициента пропускания и поглощения солнечного коллектора определяется с использованием метода трассировки лучей для любого угла падения (Даффи и Бекман, 1991).Для этого требуются оптические свойства материалов покрытия и поглотителя, а произведение коэффициента пропускания-поглощения для любого угла падения определяется по формуле:
(τα) θ = τα1− (1 − α) ρd
Коэффициент пропускания системы перекрытий для одинарных и двух крышек определяется по формуле:
τ = 12 [(τ1⋅τ21 − ρ1ρ2) ⊥ + (τ1⋅τ21 − ρ1ρ2) ∥]
ρ = 12 [(ρ1 + τ⋅ρ2⋅τ1τ2) ⊥ + (ρ1 + τ⋅ρ2⋅τ1τ2) ∥]
Эффективные коэффициент пропускания, отражения и поглощения одиночного покрытия рассчитываются по формуле:
τ = τa2⎧⎨⎩1 − r⊥1 + r⊥ [1 − r2⊥1− (r⊥τa) 2] + 1 − r∥1 + r∥⎡⎣1 − r2∥1− (r∥τa ) 2⎤⎦⎫⎬⎭
ρ = 12⎧⎨⎩ [r⊥ + (1 − r⊥) 2τ2ar⊥1− (r⊥τa) 2] + ⎡⎣r∥ + (1 − r∥) 2τ2ar∥1− (r∥τa) 2 ⎤⎦⎫⎬⎭
α = (1 − τa) 2 {(1 − r⊥1 − r⊥τa) + (1 − r∥1 − r∥τa)}
Коэффициент пропускания системы покрытия с учетом только поглощения _a , определяется как:
τa = ехр (−KLcosθ2)
θ2 = sin − 1 (sinθ1⋅n1n2)
Коэффициент отражения неполяризованного излучения при переходе от среды 1 с показателем отражения n ₁ к среде 2 с показателем отражения n ₂ определяется по формуле:
r⊥ = sin2 (θ2 − θ1) sin2 (θ2 + θ1)
r∥ = tan2 (θ2 − θ1) tan2 (θ2 + θ1)
Средние эквивалентные углы падения рассеянного излучения, отраженного от неба и земли, аппроксимируются корреляцией Брандемюля и Бекмана (Duffie and Beckman, 1991) следующим образом:
θsd = 59.68−0,1388β + 0,001497β2
θgd = 90−0,5788β + 0,002693β2
где,
τ = коэффициент пропускания системы покрытия, (-)
τ1 = коэффициент пропускания крышки 1, (-)
τ2 = коэффициент пропускания крышки 2, (-)
α = поглощающая способность пластины поглотителя, (-)
ρd = коэффициент диффузного отражения внутренней крышки, (-)
L = толщина материала покрытия, (м)
K = коэффициент ослабления покровного материала, (м ^-1)
θ1 = угол падения, градус
θ2 = угол преломления, градус
r⊥ = параллельная составляющая отраженного неполяризованного излучения, (-)
r∥ = перпендикулярная составляющая отраженного неполяризованного излучения, (-)
β = наклон коллектора, градус
θsd = эквивалентный угол падения рассеянного солнечного излучения неба, градус
θgd = эквивалентный угол падения рассеянного солнечного излучения на землю, градус
Тепловые параметры интегрального коллектора-накопителя рассчитываются следующим образом:
Qдоставлено = ˙mwCw (Tw − Twi)
QStored = mwCwdTwdt
QSkinLoss = A⋅ [Ut (Tp-Tw) + Ub (Tw-TOSC) + Us (Tw-Ta)]
ηthermal = mwCwdTwdt + ˙mwCw (Tw − Twi) A⋅It
Даффи, Дж.A. и W.A. Beckman. 1991. Солнечная инженерия тепловых процессов, 2-е изд. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья.
Кумар Р. и М.А. Розен. Тепловые характеристики встроенного коллектора-накопителя солнечного водонагревателя с гофрированной абсорбирующей поверхностью. Прикладная теплотехника: 30 (2010) 1764-1768.
Fujii, T. и H. Imura. Естественная конвекция теплопередачи от пластины с произвольным наклоном. Международный журнал тепломассообмена: 15 (4), (1972), 755-764.
Фотоэлектрические тепловые плоские солнечные коллекторы [ССЫЛКА]
Фотоэлектрические-тепловые солнечные коллекторы (PVT) объединяют солнечные электрические элементы и тепловую рабочую жидкость для сбора как электричества, так и тепла. Хотя в настоящее время существует сравнительно немного коммерческих продуктов, PVT-исследования проводились в течение последних 30 лет, и было изучено множество различных типов коллекторов. Zondag (2008) и Charalambous et. al (2007) предоставляют обзоры литературы по PVT.Поскольку PVT является гораздо менее зрелым с коммерческой точки зрения, не существует стандартов или рейтинговых систем, таких как для тепловых коллекторов горячей воды. В настоящее время EnergyPlus имеет одну простую модель, основанную на эффективности, определяемой пользователем, но более подробная модель, основанная на первых принципах, и подробное поэтапное описание находится в стадии разработки.
Модели PVT повторно используют модели PV для производства электроэнергии. Они описаны в другом месте этого документа в разделе Фотоэлектрические массивы — Простая модель
.
Простая тепловая модель PVT [ССЫЛКА]
Входной объект SolarCollector: FlatPlate: PhotovoltaicThermal предоставляет простую модель PVT, которая предоставляется для быстрого использования во время разработки или изучения политики.Пользователь просто задает значения теплового КПД, и падающая солнечная энергия нагревает рабочее топливо. Модель также включает режим охлаждения для систем на основе воздуха, где указанная пользователем поверхностная излучательная способность используется для моделирования охлаждения рабочей жидкости в ночное небо (охлаждение на водной основе будет доступно, когда станет доступен резервуар для хранения охлажденной воды) . Никаких других деталей конструкции PVT коллектора в качестве исходных данных не требуется.
Простая модель может нагревать воздух или жидкость.Если он нагревает воздух, то PVT является частью контура воздушной системы HVAC с воздушными узлами, подключенными к воздушной системе. Если он нагревает жидкость, то PVT является частью контура установки с узлами, подключенными к контуру установки, и схема работы установки определяет потоки.
PVT-моделирование на основе воздушной системы включает в себя регулирующую байпасную заслонку. Логика управления определяет, должен ли воздух обходить коллектор, чтобы лучше соответствовать заданному значению. Модель требует, чтобы уставка температуры сухого термостата была размещена на выходном узле.Модель предполагает, что коллектор предназначен и доступен для нагрева, когда падающая солнечная энергия превышает 0,3 Вт / м ², а в противном случае он предназначен для охлаждения. Температура на входе сравнивается с уставкой на выпускном узле, чтобы определить, является ли охлаждение или нагрев выгодным. Если да, то для кондиционирования воздушного потока применяются тепловые модели PVT. Если они не приносят пользы, то PVT полностью обходится, и входной узел передается непосредственно в выходной узел, чтобы смоделировать полностью обходное устройство заслонки.Переменная отчета доступна для состояния заслонки байпаса.
Заводские PVT не включают байпас (хотя он может использоваться в заводском контуре). Коллектор запрашивает расчетную скорость потока, но в остальном для управления он полагается на более крупный контур установки.
Когда PVT-тематический коллектор находится в состоянии «включен» в режиме нагрева, а рабочая жидкость течет, модель рассчитывает температуру на выходе на основе температуры на входе и собранной теплоты, используя следующие уравнения.
Qtherm = Asurf⋅factiv⋅GT⋅ηthermal
где,
Qtherm — собранная тепловая энергия [Вт]
Asurf — чистая площадь поверхности [м ²]
factiv — доля поверхностного воздуха с активным PV / T коллектором, а
ηthermal — это эффективность термического преобразования.
Tout = Олово + Qtherm˙mcp
где,
Tout — температура рабочей жидкости на выходе из PV / T
.
Tin — это температура рабочей жидкости на входе в PV / T
.
мкм — полный массовый расход рабочего тела через PV / T
cp — удельная теплоемкость рабочего тела.
Для воздушных систем значение Tout затем сравнивается с уставкой температуры на выходном узле. Если Tout превышает желаемую температуру на выходе, Tset, out, тогда доля байпаса рассчитывается для моделирования регулирующей заслонки байпаса с использованием:
fbypass = (Tset, out-Tout) (Tin-Tout)
Когда PVT-тематический коллектор находится в состоянии «включен» в режиме охлаждения, а рабочая жидкость течет, модель рассчитывает температуру на выходе на основе температуры на входе и тепла, излучаемого и конвектируемого в окружающую среду, с использованием теплового баланса на теплоносителе. внешняя грань коллектора:
˙mcp (Tin − Tout) = ˙QLWR + ˙Qconv
Где,
˙QLWR — чистая скорость обмена длинноволновым (тепловым) излучением с воздухом, ночным небом и землей.См. Раздел «Внешнее длинноволновое излучение» в Тепловом балансе внешней поверхности, где подробно обсуждается, как это моделируется в EnergyPlus с использованием линеаризованных коэффициентов излучения.
˙Qconv — чистая скорость конвективного обмена потоком с наружным воздухом. См. Раздел «Внешняя / внешняя конвекция» в разделе «Тепловой баланс внешней поверхности», где подробно обсуждается, как это моделируется в EnergyPlus. Шероховатость поверхности считается «очень гладкой».
Простая модель предполагает, что эффективная температура коллектора, Tcol, является средним значением температуры рабочей жидкости на входе и выходе, поэтому мы можем сделать следующую замену:
Tout = 2Tcol − Tin
Подставляя и решая для Tcol, мы получаем следующую модель для температур коллектора во время (возможного) процесса охлаждения:
Tcol = 2˙mcpTin + Asurffactiv (hr, gndTgnd + hr, skyTsky + hr, airTair + hc, extTair) 2˙mcp + Asurffactiv (hr, gnd + hr, sky + hr, air + hc, ext)
Затем можно рассчитать температуру на выходе и определить тепловые потери.Однако модель допускает только ощутимое охлаждение воздушного потока и ограничивает температуру на выходе, чтобы она не опускалась ниже температуры точки росы на входе.
Коллекторы
PVT имеют расчетный объемный расход рабочей жидкости с возможностью автоматического изменения размеров. Для воздушных систем, используемых в качестве предварительных кондиционеров, объемный расход рассчитывается таким образом, чтобы соответствовать максимальному расходу наружного воздуха. Для систем на водной основе на стороне подачи контура установки, каждый из коллекторов PVT рассчитан на общую скорость потока контура.который был разработан путем анализа набора данных SRCC для обычных солнечных коллекторов (см. набор данных SolarCollectors.idf) и усреднения отношения для всех 171 различных коллекторов.
Источники [ССЫЛКА]
Хараламбус П.Г., Мейдмент Г.Г., Калагиру С.А., Якуметти К. Фотоэлектрические тепловые (PV / T) коллекторы: обзор. Прикладная теплотехника 27 (2007) 275-286.
Зондаг, Х.А. 2008. Плоские фотоэлектрические коллекторы и системы: обзор.Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики 12 (2008) 891-959.
Неглазурованные солнечные коллекторы с прозрачным стеклом [ССЫЛКА]
Входной объект SolarCollector: UnglazedTranspired предоставляет модель просвечиваемых коллекторов, которые, возможно, являются одним из наиболее эффективных способов сбора солнечной энергии с продемонстрированной мгновенной эффективностью более 90% и средней эффективностью более 70%. Они используются для предварительного нагрева наружного воздуха, необходимого для вентиляции и таких процессов, как сушка сельскохозяйственных культур.
В EnergyPlus неглазурованный прозрачный солнечный коллектор (UTSC) моделируется как специальный компонент, прикрепленный к внешней стороне поверхности теплопередачи, которая также соединена с каналом наружного воздуха. UTSC влияет как на тепловую оболочку, так и на воздушную систему HVAC. С точки зрения воздушной системы, UTSC — это теплообменник, и при моделировании необходимо определить, насколько устройство повышает температуру наружного воздуха. С точки зрения тепловой оболочки, наличие коллектора на внешней стороне поверхности изменяет условия, в которых находятся нижележащие поверхности теплопередачи.EnergyPlus моделирует характеристики здания в течение года, и UTSC часто будет отключаться с точки зрения принудительного воздушного потока, но коллектор все еще присутствует. Когда UTSC включен, всасываемый воздушный поток считается равномерным по всей поверхности. Когда UTSC выключен, коллектор действует как радиационно-конвекционная перегородка, расположенная между внешней средой и внешней стороной лежащей ниже поверхности теплопередачи. Мы различаем эти два режима работы как активный или пассивный и моделируем компонент UTSC по-разному в зависимости от того, в каком из этих режимов он находится.
Эффективность теплообменника [ССЫЛКА]
Перфорированная пластина абсорбера рассматривается как теплообменник и моделируется с использованием традиционной формулы эффективности. Эффективность теплообменника εHX определяется на основе корреляций, полученных в результате небольших экспериментов. В EnergyPlus реализованы две корреляции, доступные в литературе. Первый основан на исследовании Кучера из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии. Второй основан на исследовании Ван Декера, Холландса и Брюнгера из Университета Ватерлоо.Поскольку обе корреляции считаются действительными, выбор того, какую корреляцию использовать, остается за пользователем.
Корреляция Кутчера [ССЫЛКА]
Корреляция Кучера (1994) охватывает поверхностную конвекцию между коллектором и входящим потоком наружного воздуха, которая возникает на передней поверхности, в отверстиях и вдоль задней поверхности коллектора. Корреляция использует число Рейнольдса на основе диаметра отверстия в качестве шкалы длины и средней скорости воздуха, проходящего через отверстия, в качестве шкалы скорости:
ReD = VhDν
где,
Vh — скорость через отверстия [м / с]
D — диаметр отверстия [м]
ν — кинематическая вязкость воздуха [м ² / с]
Корреляция является функцией числа Рейнольдса, геометрии отверстия, скорости набегающего потока воздуха и скорости, проходящей через отверстия:
NuD = 2.75 [(PD) −1,2Re0,43D + 0,011σReD (U∞Vh) 0,48]
где,
P — шаг или расстояние между отверстиями, [м],
D — диаметр отверстия, [м],
σ — пористость или доля площади отверстий, [безразмерная],
Vh — средняя скорость воздуха, проходящего через отверстия, [м / с],
U∞ — скорость набегающего потока (скорость местного ветра) [м / с].
Число Нуссельта формулируется как:
NuD = UDk
где,
U — общий коэффициент теплопередачи, основанный на средней логарифмической разнице температур, [Вт / м ² · K] и
k — теплопроводность воздуха [Вт / м · К].
КПД теплообменника:
εHX = 1 − e [−UA˙mcp]
Соотношение Кучера было сформулировано для треугольного расположения отверстий, но основано на Van Decker et al. (2001) мы допускаем использование корреляции для расположения квадратных отверстий и масштаба P в 1,6 раза.
Корреляция Ван Декера, Холландса и Брюнгера [ССЫЛКА]
Van Decker et. al. расширил измерения Кучера, включив в него более широкий диапазон параметров коллектора, включая толщину пластины, шаг, скорость всасывания и структуру квадратных отверстий.Их формулировка модели отличается от формулировки Кучера тем, что модель была построена из отдельных моделей эффективности для передней, задней и отверстий коллектора. Их опубликованное соотношение:
εHX = [1− (1 + ResMax (1,733Re − 1 / 2w, 0,02136) −1)] × [1− (1 + 0,2273Re1 / 2b) −1] × e (−0,01895PD − 20,62ReDtD)
где,
Res = VsPv
Rew = U∞Pv
Реб = VhPv
Vs — средняя скорость всасывания через переднюю поверхность коллектора [м / с]
т — толщина плиты коллектора
Температура на выходе теплообменника [ССЫЛКА]
Использование любого из приведенных выше соотношений позволяет определить эффективность теплообменника по известным значениям.По определению эффективность теплообменника также составляет:
εHX = Ta, HX − TambTs, coll − Tamb
где,
Ta, HX — температура воздуха, выходящего из коллектора и поступающего в камеру статического давления [ºC]
Ts, coll — температура пластины поглотителя коллектора, [ºC], а
Tamb — это температура окружающего наружного воздуха [ºC].
Переписав уравнение для определения Ta, HX, мы видим, что температура нагретого наружного воздуха, поступающего в камеру статического давления, может быть определена, если известна температура поверхности коллектора,
Ta, HX = εHXTs, coll + (1 − εHX) Tamb
Тепловой баланс коллектора [ССЫЛКА]
Предполагается, что коллектор достаточно тонкий и обладает высокой проводимостью, чтобы его можно было смоделировать с использованием одной температуры (для обеих сторон и по его площади).Эта температура Ts, coll определяется путем формулирования теплового баланса в контрольном объеме, который просто покрывает поверхность коллектора. Тепловые балансы сформулированы отдельно для активного и пассивного режимов и показаны на следующем рисунке.
Обратите внимание, что для пассивного случая мы не используем отношения теплообменника для прямого моделирования взаимодействия вентилируемого воздуха с коллектором. Это потому, что эти отношения считаются неприменимыми, когда UTSC находится в пассивном режиме.Они были разработаны для однонаправленного потока (а не для уравновешенного потока на входе и выходе, ожидаемого от естественных сил) и для определенных диапазонов скорости на всасывающей стороне. Таким образом, этот механизм теплопередачи обрабатывается с использованием классических моделей поверхностной конвекции (как если бы коллектор не был перфорирован). (Воздухообмен моделируется как вентиляция в тепловом балансе приточного воздуха, но не взаимодействует с краями отверстий на поверхности коллектора.)
Тепловой баланс коллектора Transpired
Когда UTSC активен, тепловой баланс на контрольном объеме поверхности коллектора составляет:
q′′αsol + q′′LWR, Env + q′′conv, wind − q′′HX + q′′LWR, plen + q′′source = 0
где:
q′′αsol — поглощаемый тепловой поток прямого и рассеянного солнечного (коротковолнового) излучения.
q′′LWR, Env — чистый обмен потоком длинноволнового (теплового) излучения с воздухом и окружающей средой.
q′′conv, ветер — это обмен поверхностного конвекционного потока с наружным воздухом в условиях сильного ветра и дождя. Обратите внимание, что этот член обычно принимается равным нулю при разработке модели UTSC, но мы добавляем термин, чтобы учесть ухудшение характеристик UTSC в плохих условиях.
q′′HX — поток теплообменника от коллектора к входящему наружному воздуху.
q′′LWR, plen — чистый обмен потоком длинноволнового (теплового) излучения с внешней поверхностью подстилающей поверхности (поверхностей).
q » источник — это термин «источник / приемник», который учитывает энергию, экспортируемую из контрольного объема, когда пластина поглотителя коллектора представляет собой гибридное устройство, такое как фотоэлектрическая панель.
При тепловом балансе на контрольном объеме пассивной поверхности коллектора:
q′′αsol + q′′LWR, Env + q′′conv, Env + q′′LWR, plen + q′′conv, plen + q′′source = 0
где:
q′′conv, Env = теплообмен поверхностной конвекции с наружным воздухом.
q′′conv, plen = теплообмен поверхностной конвекции с приточным воздухом.
Все члены положительны для чистого потока к коллектору, за исключением члена теплообменника, который считается положительным в направлении от коллектора к входящему воздушному потоку. Каждый из этих компонентов теплового баланса кратко представлен ниже.
Внешнее излучение ПО [ССЫЛКА]
q′′αsol рассчитывается с использованием процедур, представленных в другом месте данного руководства, и включает как прямое, так и диффузное падающее солнечное излучение, поглощаемое поверхностью поверхности.Это зависит от местоположения, угла и наклона поверхности, затенения поверхностей, свойств материала поверхности, погодных условий и т. Д.
Внешнее LW-излучение [ССЫЛКА]
q′′LWR, Env — это стандартная формулировка радиационного обмена между поверхностью, небом, землей и атмосферой. Радиационный тепловой поток рассчитывается на основе коэффициента поглощения поверхности, температуры поверхности, температуры неба, воздуха и земли, а также факторов обзора неба и земли. Излучение моделируется с использованием линеаризованных коэффициентов.
Внешняя конвекция [ССЫЛКА]
q′′conv, Env моделируется с использованием классической формулировки: q′′conv = h _co (T _air — T _o), где h _co, — коэффициент конвекции. Этот коэффициент будет отличаться в зависимости от того, является ли UTSC активным или пассивным. Когда UTSC пассивен, h _co обрабатывается так же, как и внешняя поверхность с условиями ExteriorEnvironment. Когда UTSC активен, особая ситуация с потоком всасываемого воздуха в проходимом коллекторе во время работы означает, что h _co часто равно нулю, поскольку ситуация всасывания может исключить массовый перенос от коллектора.Однако при сильном ветре сильная турбулентность и колебания давления могут привести к нарушению всасывающего потока. Поэтому мы включаем q′′conv, термин ветра в тепловой баланс, и используем специальный коэффициент hc, wind для моделирования этой потерянной теплопередачи. Кроме того, когда на улице идет дождь, мы предполагаем, что коллектор намокает, и моделируем улучшенную поверхностную теплопередачу, используя большое значение hc, wind.
Теплообменник [ССЫЛКА]
q′′HX моделируется с использованием классической формулировки q′′HX = ˙mcp (Ta, HX-Tamb) A, где Ta, HX определяется с использованием корреляций, описанных выше.Когда UTSC активен, массовый расход воздуха определяется по работе компонента смесителя наружного воздуха. Когда UTSC выключен, этот член равен нулю.
Plenum LW Radation [ССЫЛКА]
q′′LWR, plen — это стандартная формулировка радиационного обмена между поверхностью коллектора и лежащей под ним поверхностью теплопередачи, расположенной поперек нагнетательного пространства. Излучение моделируется с использованием линеаризованных коэффициентов.
Пленум-конвекция [ССЫЛКА]
q′′conv, plen моделируется с использованием классической формулировки: q′′conv = h _cp (T _air — T _o), где h _cp, — коэффициент конвекции.Этот коэффициент принимается равным нулю, когда UTSC работает из-за ситуации с потоком всасываемого воздуха. Когда UTSC выключен, значение h _cp получается из корреляций, используемых для оконных промежутков из стандарта ISO (2003) 15099.
Подставляя модели и решая для Ts, coll дает следующее уравнение, когда UTSC активен («включен»):
Ts, coll = (Isα + hr, atmTamb + hr, skyTsky + hr, gndTamb + hr, plenTso + hc, windTamb + ˙mcpATamb − ˙mcpA (1 − εHX) Tamb + q′′source) (hr, atm + hr , sky + hr, gnd + hr, plen + hc, wind + ˙mcpAεHX)
и замена в дает следующее уравнение, когда UTSC пассивен («выключен»):
Ts, coll = (Isα + hcoTamb + hr, atmTamb + hr, skyTsky + hr, gndTamb + hr, plenTso + hc, plenTa, plen + q′′source) (hco + hr, air + hr, sky + hr, земля + hr, пленка + hc, пленка)
где,
Is — падающее солнечное излучение всех типов [Вт / м ²],
α — солнечная поглощающая способность коллектора [безразмерная],
ч, атм — линеаризованный коэффициент излучения для окружающей атмосферы [Вт / м ² · K],
Tamb — сухая луковица для наружного применения из погодных данных, также принятая для поверхности земли [ºC],
ч, небо — линеаризованный коэффициент излучения неба [Вт / м ² · K],
Tsky — эффективная температура неба [ºC],
ч, gnd — линеаризованный коэффициент излучения для земли [Вт / м ² · K],
ч, plen — линеаризованный коэффициент излучения для подстилающей поверхности [Вт / м ² · K],
hc, ветер — это коэффициент конвекции для внешней среды, когда UTSC активен и дует сильный ветер или идет дождь [Вт / м ² · K],
Tso — температура наружной поверхности лежащей под ним теплопередающей поверхности [ºC],
m — массовый расход воздуха в активном режиме [кг / с],
cp — удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении [Дж / кг · K],
А — площадь коллектора [м ²],
hco — коэффициент конвекции для внешней среды [Вт / м ² · K],
hc, plen — коэффициент конвекции для поверхностей, обращенных к камере статического давления [Вт / м ² · K], а
Ta, plen — это сухая камера для воздуха, поступающего в камеру статического давления и поступающего в систему наружного воздуха [ºC].
Plenum Heat Balance [ССЫЛКА]
Камера статического давления — это объем воздуха, расположенный между коллектором и лежащей под ним поверхностью теплопередачи. Приточный воздух моделируется как хорошо перемешанный. Равномерная температура нагнетаемого воздуха Ta, plen определяется путем расчета теплового баланса для контрольного объема воздуха, как показано на диаграмме ниже.
Обратите внимание, что мы сформулировали контрольные объемы с небольшими различиями для активного и пассивного случаев.Для активного корпуса формулировки условий всасываемого воздуха и эффективности теплообменника требуют, чтобы контрольный объем поверхности коллектора охватывал часть воздуха, прилегающую как к передней, так и к задней поверхностям коллектора. Однако для пассивного случая в контрольном объеме поверхности коллектора нет воздуха, а контрольный объем приточного воздуха простирается до поверхности коллектора.
Воздушно-тепловой баланс приточной камеры коллектора
Когда UTSC активен, тепловой баланс в регулирующем объеме приточного воздуха составляет:
˙Qair + ˙Qco = 0
где,
˙Qair — это чистая величина энергии, добавляемой за счет конвекции всасываемого воздуха через контрольный объем.
˙Qco — чистая скорость, добавляемая за счет поверхностной конвективной теплопередачи с подстилающей поверхностью.
Когда UTSC пассивен, тепловой баланс в регулирующем объеме приточного воздуха составляет:
˙Qvent + ˙Qco + ˙Qc, coll = 0
где,
˙Qvent — это чистая норма энергии, добавляемая в результате инфильтрации, когда наружный окружающий воздух обменивается с приточным воздухом.
˙Qc, coll — это чистая скорость, добавляемая за счет поверхностной конвективной теплопередачи с коллектором.
Подставляя и решая для Ta, plen дает следующее уравнение для того, когда UTSC активен:
Ta, plen = (˙mcpTa, HX + hc, plenATso) (˙mcp + hc, plenA)
И замена в дает следующее уравнение, когда UTSC пассивен:
Ta, plen = (hc, plenATso + ˙mventcpTamb + hc, plenATs, coll) (hc, plenA + ˙mventcp + hc, plenA)
где,
˙mvent — расход воздуха от естественных сил [кг / с]
В литературе по UTSC не рассматривается пассивный режим работы, а модели для ˙mvent не найдены.Тем не менее ожидается, что естественная плавучесть и силы ветра будут стимулировать воздухообмен между камерой статического давления и окружающей средой, и необходим некоторый метод моделирования вентиляции. Поскольку конфигурация аналогична односторонней естественной вентиляции, мы решили использовать корреляции для естественной вентиляции, представленные в главе 26 ASHRAE HOF (2001).
˙вент = ρ − ˙Vобщ
где,
ρ — плотность воздуха [кг / м ³], а
−˙Vtot = −Vwind + −˙Vthermal — это общий объемный расход воздуха, поступающего в камеру статического давления и выходящего из нее.
−˙Vwind = CvAinU∞
−˙Vthermal = CDAin√2gΔHNPL (Ta, plen − Tamb) / Ta, plen (если Ta, plen> Tamb)
−˙Vthermal = CDAin√2gΔHNPL (Tamb − Ta, plen) / Tamb (если Tamb> Ta, plen и UTSC по вертикали)
Cv — это эффективность проемов, которая зависит от геометрии проема и ориентации по отношению к ветру. ASHRAE HoF (2001) указывает значения в диапазоне от 0,25 до 0,6. В модели UTSC это значение доступно для ввода пользователем и по умолчанию равно 0.25.
CD — коэффициент расхода для отверстия и зависит от его геометрии. В модели UTSC это значение доступно для ввода пользователем и по умолчанию равно 0,65.
Аргументы о непрерывности массы приводят к моделированию площади отверстий как половину общей площади отверстий, поэтому мы имеем:
Ain = Aσ2
г — гравитационная постоянная, принятая равной 9,81 [м / с ²].
ΔHNPL — высота от середины нижнего отверстия до уровня нейтрального давления.Это составляет одну четвертую общей высоты UTSC, если он установлен вертикально. Для наклонных коллекторов номинальная высота изменяется на синус наклона. Если UTSC установлен горизонтально (например, на крыше), то ΔHNPL принимается как толщина зазора камеры статического давления.
Если UTSC горизонтальный и Tamb> Ta, plen, то −Vthermal = 0, потому что это стабильная ситуация.
Нижняя поверхность теплопередачи [ССЫЛКА]
UTSC наносится снаружи на поверхность теплопередачи.Эта поверхность моделируется с использованием обычных методов EnergyPlus для обработки теплоемкости и переходных процессов — обычно метод CTF. Эти встроенные подпрограммы EnergyPlus Heat Balance используются для расчета Tso. Модель UTSC соединяется с нижней поверхностью с помощью механизма OtherSideConditionsModel. Модель UTSC предоставляет значения для hr, plen, Ts, coll, hc, plen и Ta, plen для использования с расчетами модели теплового баланса для внешней стороны подстилающей поверхности (описанной в другом месте в этом руководстве).
Расчеты солнечного света и затенения [ССЫЛКА]
Просвечиваемый объект-коллектор использует стандартную поверхность EnergyPlus, чтобы воспользоваться преимуществами подробных расчетов солнечного излучения и затенения. Солнечное излучение, падающее на поверхность, включает пучковое и диффузное излучение, а также излучение, отраженное от земли и прилегающих поверхностей. Также учитывается затенение коллектора другими поверхностями, например, близлежащими зданиями или деревьями.
Расчет локальной скорости ветра [LINK]
Скорость наружного ветра влияет на термины, используемые при моделировании компонентов UTSC.Предполагается, что скорость ветра в файле погоды измеряется на метеорологической станции, расположенной в открытом поле на высоте 10 м. Чтобы приспособиться к разному рельефу на строительной площадке и разнице в высоте поверхностей зданий, для каждой поверхности рассчитывается местная скорость ветра.
Скорость ветра модифицируется на основе измеренной метеорологической скорости ветра по уравнению (ASHRAE 2001):
U∞ = Vmet (δmetzmet) amet (zδ) a
, где z — высота центроида UTSC, z _met — высота стандартного метереологического измерения скорости ветра, а a и δ — коэффициенты, зависящие от местности.δ — толщина пограничного слоя для данного типа местности. Значения a и δ показаны в следующих таблицах:
Коэффициенты зависимости от местности (ASHRAE 2001).
1 Ровная, местность 0,14 270
2 Грубая, лесистая местность 0,22 370
3 Города и города 0.33 460
4 Океан 0,10 210
5 Городской, промышленный, лесной 0,22 370
UTSC может быть определен таким образом, чтобы он имел несколько нижележащих поверхностей теплопередачи. Высоты центроидов для каждой поверхности взвешиваются по площади, чтобы определить среднюю высоту для использования в расчетах местного ветра.
Коэффициенты конвекции [ССЫЛКА]
UTSC-моделирование требует вычисления до трех различных коэффициентов поверхностной конвективной теплопередачи. Эти коэффициенты определяются классическим способом:
hc = Таир − Цурфк′′conv
Во-первых, hco — это коэффициент конвекции для поверхности коллектора, обращенной наружу, когда UTSC пассивен. Он моделируется точно так же, как и где-либо еще в EnergyPlus, и будет зависеть от настроек пользователя для алгоритма внешней конвекции — тепловой баланс внешней поверхности в другом месте в этом документе.
Во-вторых, hc, plen — коэффициент конвекции для поверхностей, обращенных к камере статического давления. Этот коэффициент применяется только к конвекции подстилающей поверхности, когда UTSC активен, и как к коллектору, так и к подстилающей поверхности, когда UTSC пассивен. Когда UTSC активен, мы используем корреляцию конвекции для нагнетаемого воздуха, разработанную McAdams (1954), как опубликовано ASHRAE HoF (2001):
hc, плен = 5,62 + 3,9Vp
где,
Vp — средняя скорость в камере статического давления, определяемая как Vp = ˙m2ρAp, где Ap — эффективная площадь поперечного сечения камеры, перпендикулярная направлению первичного потока.Когда UTSC пассивен, мы моделируем конвекцию так же, как в EnergyPlus для моделирования воздушных зазоров в окнах. Эти корреляции зависят от числа Рэлея и наклона поверхности и основаны на работе различных исследований, включая Hollands et. др., Эльшербины и др. др., Райт и Арнольд. Формулировки задокументированы в стандарте ISO (2003) 15099. Для реализации UTSC подпрограммы были адаптированы из подпрограммы NusseltNumber в WindowManager.f90 (Ф. Винкельманн), которая сама была получена из подпрограммы Window5 «nusselt».
В-третьих, hc, wind — это коэффициент конвекции, используемый для ухудшения характеристик UTSC в условиях окружающей среды с сильным ветром или дождем. Если в файле погоды указано, что идет дождь, мы устанавливаем hc, wind = 1000.0, в результате чего температура коллектора становится такой же, как температура окружающего воздуха. Описанные выше корреляции эффективности теплообменника учитывают умеренное количество ветра, но корреляции, по-видимому, ограничены диапазоном от 0 до 5,0 м / с. Поэтому мы полагаем hc, wind равным нулю, если U∞ <= 5.0 м / с. Если U∞> 5,0 м / с, мы используем корреляцию МакАдамса, но с уменьшенной величиной скорости:
$$ hc, ветер = 5,62 + 3,9 (U∞ − 5,0)
Коэффициенты излучения [ССЫЛКА]
Моделирование
UTSC требует расчета до четырех различных линеаризованных коэффициентов радиационной теплопередачи. В то время как при расчетах излучения обычно используется температура, возведенная в четвертую степень, это значительно усложняет решение уравнений теплового баланса для одной температуры.Коэффициенты линеаризованного излучения имеют те же единицы измерения и используются таким же образом, что и коэффициенты поверхностной конвекции, и вносят очень небольшую ошибку для соответствующих уровней температуры.
Коэффициент излучения, hr, plen, используется для моделирования теплового излучения между поверхностью коллектора и внешней поверхностью подстилающей поверхности теплопередачи. Мы исходим из единства мнений. Рассчитывается с использованием:
ч, плен = σSBecolleso (T4s, coll-T4so) (Ts, coll-Tso)
где,
все температуры переведены в градусы Кельвина,
σSB — постоянная Стефана-Больцмана,
ecoll — длинноволновое тепловое излучение коллектора, а
eso — длинноволновое тепловое излучение подстилающей поверхности теплопередачи.
Три других коэффициента, hr, atm, hr, sky и hr, gnd, используются в другом месте EnergyPlus для теплового баланса внешней поверхности и рассчитываются таким же образом, как уравнение для коллекторов UTSC. [Это достигается путем вызова подпрограммы InitExteriorConvectionCoeffs в файле HeatBalanceConvectionCoeffs.f90.]
Bypass Control [ССЫЛКА]
Предполагается, что UTSC устроен так, что байпасная заслонка контролирует, забирается ли воздух непосредственно снаружи или через UTSC.Решение о регулировании основывается на том, будет ли полезно нагревать наружный воздух. Существует несколько уровней управления, включая график доступности, независимо от того, холоднее ли наружный воздух, чем уставка смешанного воздуха, или ниже ли температура воздуха в зоне, чем так называемая уставка свободного нагрева.
Предупреждения об изменении размеров [ССЫЛКА]
Хотя конструкция извлеченного коллектора остается на усмотрение пользователя, программа выдает предупреждения, когда скорость всасываемого воздушного потока выходит за пределы диапазона 0.003 до 0,08 м / с.
Общая эффективность [ССЫЛКА]
Общий тепловой КПД UTSC представляет собой полезный выходной отчет и определяется как отношение полезного тепловыделения всей системы к общему солнечному излучению, падающему на общую площадь поверхности коллектора.
η = (˙Q / A) Isc = ˙mcp (Ta, плен-Tamb) IscA
где
˙Q — полезный приток тепла
Isc — суммарное падающее солнечное излучение
Обратите внимание, что эффективность η определяется только для Isolar> 0.Этот КПД включает тепло, рекуперированное от подстилающей стены, и может превышать 1,0.
Эффективность коллектора
[ССЫЛКА]
Тепловой КПД коллектора представляет собой полезный выходной отчет и определяется как отношение полезного притока тепла жидкостью коллектора к общему солнечному излучению, падающему на общую площадь поверхности коллектора.
η = ˙mcp (Ta, HX − Tamb) IscA
Обратите внимание, что эффективность η определена только для Isolar> 0
Источники [ССЫЛКА]
Кучер, К.F. 1994. Эффективность теплообмена и падение давления для воздушного потока через перфорированные пластины с боковым ветром и без него. Журнал теплопередачи . Май 1994, т. 116, стр. 391. Американское общество инженеров-механиков.
Ван Декер, G.W.E., K.G.T. Холландс и А.П.Брюнгер. 2001. Теплообменные соотношения для неглазурованных прозрачных солнечных коллекторов с круглыми отверстиями на квадрате с треугольным шагом. Солнечная энергия . Vol. 71, No. 1. С. 33-45, 2001.
ISO.2003. ISO 15099: 2003. Тепловые характеристики окон, дверей и затеняющих устройств — Детальные расчеты. Международная Организация Стандартизации.
Солнечное отопление для дома, фермы и малого бизнеса: основные сведения о сборе, хранении и использовании
AE-88
AE-88
Университет Пердью
Кооперативная служба расширения
West Lafayette, IN 47907
л.W. Turner, аспирант по исследованиям, и

A.C. Dale and B.A. Маккензи, профессора сельскохозяйственной инженерии
Университет Пердью
Содержание
Солнечные коллекторы Типы плоских коллекторов Эффективность коллектора Как можно повысить эффективность? Из чего сделан солнечный коллектор? Материалы обложки Пластины абсорбера Конструкция корпуса Сколько солнечной энергии доступно? Хранение солнечной энергии Разумное хранение битов Хранение тепла плавления Возможные приложения Отопление помещений Солнечная система отопления Проектирование солнечной системы отопления Нагревательная нагрузка Уровень изоляции и требования к изоляции дома Расчет солнечной системы отопления Требуется коллекторная площадь Требуемый объем хранилища Солнечные тепловые системы без накопителей Калибровка коллектора А как насчет солнечного тепла для животноводства? Применение технологического тепла Сушка зерна Калибровка коллектора Отопление горячей водой Выбор системы обогрева или сушки
Сегодня существует много разных подходов к решению этой задачи. энергосбережения.Мы все больше осознаем ограничения ископаемых видов топлива, на которые мы полагаемся в большей части наших энергетические потребности. В ответ на «энергетический кризис» появились новые источники. были исследованы — ядерные, ветровые, геотермальные, биотопливные и солнечные.
Из общего количества энергии, потребляемой в Соединенных Штатах, около 12% идет в сторону отопления домов. Использование в сельском хозяйстве составляет около 3%. от общей суммы. Было установлено много различных типов солнечных систем отопления. предложил удовлетворить некоторые из этих потребностей.Новые компании входят в рынок каждый год с системой улавливания «бесплатного» тепла от солнце.
Как домовладельцам, бизнесменам и фермерам выгодно понять, как работают эти системы, и как выбрать одну из них, твои нужды. Описание того, как собирается солнечное тепло, сколько стоит доступны, и то, как система может быть спроектирована, должно помочь вам в оценка использования энергии солнца.
СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ
Есть два основных типа коллекторов солнечной энергии, используемых для нагрев воздуха или воды.Это коллектор плоского типа. и концентрирующий коллектор. (Рисунок 1). Концентрирующий коллектор фокусирует прямые солнечные лучи, падающие на отражатель на меньшую площадь поглощения, плоский коллектор не требует фокусировки излучения. Он поглощает прямые лучи и также способен поглощать диффузное излучение — то есть часть энергии солнца, которая фильтруется через облака или отражается от других объектов.Благодаря эффекту фокусировки концентрирующий коллектор может нагреть абсорбер до гораздо более высокой температуры, чем может плоский коллектор. Но из-за использования только прямых лучей, коллектор-концентрат должен постоянно «отслеживать» или «следовать» за солнце по небу. Коллектор с плоской пластиной может оставаться неподвижным. так как он не требует прямого излучения для работы.
Рисунок 1. Два основных типа солнечных коллекторов.
Плоские коллекторы способны обеспечить умеренный температуры, необходимые для обогрева или охлаждения помещения, примерно до 250 ° F.У них есть преимущества использования как прямого, так и рассеянного солнечного света. радиация, нет необходимости отслеживать путь солнц по небу, и требует меньшего обслуживания. Они механически проще, чем концентрирующий тип. По этим причинам коллектор с плоской пластиной логичный выбор для отопления помещений.
Существует много различных конструкций плоских коллекторов, но все имеют две общие характеристики. Это: (1) тарелка для поглощают лучистую энергию солнца, вызывая увеличение плиты температура, и (2) циркулирующая жидкость, такая как воздух или вода, которая улавливает тепло, поглощаемое пластиной, и передает его в точку использование или хранение.
Типы плоских коллекторов
Две жидкости, наиболее часто используемые для поглощения и переноса тепло — воздух и вода. Коллектор воздуха может быть таким же простым, как голый лист металла (как металлическая крыша), окрашенный в тускло-черный цвет для поглощения максимально возможная энергия, с воздухом, продуваемым снизу по воздуховоду некоторых введите как на рисунке 2a.
Второй тип, называемый коллектором на крышке (рис. 2b), использует крышка из стекла, пластика или стекловолокна с циркуляцией воздуха между крышкой и пластиной поглотителя.Потери тепла от поглотителя пластина в наружный воздух (из-за ветра, дующего по поверхности и отводя часть тепла) уменьшается за счет крышки, которая действует как барьер между ветром и поглотителем.
Третий тип, называемый закрытой подвесной пластиной (рис. 2c), имеет воздух циркулировал как над пластиной абсорбера, так и под ней. Это обеспечивает вдвое большая площадь поверхности для передачи тепла от пластины поглотителя в воздух. Верхняя крышка снижает потери на конвекцию (потери от ветра поперек поверхности), как в типе покрытой пластины.
Рисунок 2. Типичные конфигурации для солнечных коллекторов воздушного типа.
В большинстве коллекторов изоляция задней части коллектора необходимо для уменьшения теплопотерь (теплопотери через задняя часть коллектора). Крышки типа b и c также уменьшают радиационные потери тепла от передней части коллектора.
Те же основные компоненты воздухосборника присутствуют в водосборник — пластина-поглотитель и перекачивающая жидкость.В разница в том, как жидкость проходит через абсорбер.
Основной водосборник состоит из абсорбирующей пластины, обычно с прикрепленными водяными трубками, крышкой и изоляцией позади пластину поглотителя, как показано на рисунке 3. Тепло от пластины поглотителя перемещается водой, циркулирующей в трубках.
Рисунок 3. Конфигурация солнечного коллектора водяного типа.
Другой тип водосборника не имеет водяных трубок.Вода просто стекает по поглотителю в листе или в открытом канале если поглотитель гофрированный. Типы трубок обычно больше эффективен, но открытый канал обычно стоит меньше. Замерзание во время периоды простоя в зимнее время — проблема при использовании воды тип коллектор. Чтобы обойти эту проблему, сборщик должен либо сливать, когда он не используется, или в воду необходимо добавить антифриз. Другие проблемы с солнечными водонагревателями включают протечки труб. и сантехника и коррозия металла.По этим причинам плюс тот факт, что для отопления помещений не требуется теплообменник, солнечный воздух обогреватели являются наиболее распространенным выбором для животноводческих помещений.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОЛЛЕКТОРА
КПД солнечного коллектора определяется как отношение количество собираемого полезного тепла к общему количеству солнечной радиации удары по поверхности коллектора в любое время.
солнечная энергия собраны Таким образом, КПД коллектора = ------------------------ полное солнечное поражение поверхность коллектора
Это соотношение умножается на 100 и выражается в процентах. эффективность.Например, если вы получаете 800 БТЕ / фут ² в течение заданного день, то КПД в процентах составляет:
400 БТЕ --------- x 100% = 50% 800 БТЕ
Поскольку «то, что входит, должно выходить наружу», другой способ взглянуть на понятие эффективности состоит в том, чтобы определить ее как количество выходящих можно использовать для отопления дома, сарая и т. д., деленное на общую доступный.
Остальное «то, что было доступно», оказывается в убытках.Там — потери на отражение от крышки, тепловые потери вверх от коллектора, а тепловые потери от кожуха и трубопроводов вокруг коллекционер. Чем больше можно уменьшить эти потери, тем больше полезного тепла. от коллектора, и тем больше КПД.
Скорость потока воздуха или воды в коллекторе также влияет на эффективность. Если теплоноситель течет медленно, он становится горячее, потому что дольше остается в коллекторе.Это вызывает он теряет больше тепла в окружающую среду, так как есть большой разница температур между жидкостью и окружающей средой. Если жидкость течет слишком быстро, у нее может не хватить времени контакта, чтобы поглощают достаточно тепла, чтобы быть полезным или эффективным. Оптимальный скорость потока для каждого конкретного коллектора и применения.
Приведены некоторые типичные значения КПД коллекторов воздушного отопления. в таблице 1.
Таблица 1 КПД солнечного воздухонагревателя
Тип КПД ------------------------------------------------ Тип пластиковой трубки 25% Голая пластина 30% Покрытая тарелка 35% Крытая, подвесная плита 40% 2 крышки, подвесная пластина 45% -----------------------------------------------
Эти показатели эффективности рассчитаны на весь день, т. Е. процент от общей суммы, доступной за день, которую может собрать разные типы в тот день.КПД для воды типа солнечной энергии коллекционеры сопоставимы.
Как можно повысить эффективность?
Есть несколько модификаций основных коллекторов, которые повысит эффективность. Если коллектор будет работать на более более 50 ° F разницы между температурой наружного воздуха и температура жидкости коллектора, эффективность может быть увеличена путем добавления дополнительная крышка. Каждая дополнительная крышка снижает конвекцию и радиационные потери.Но при добавлении покрытия стоимость увеличивается и потери на отражение от стекла или другого материала увеличиваются. Опять же, необходимо найти оптимальное количество крышек. Для дома Для применения лучше всего подходят две крышки, а для более низких температур требований достаточно одной крышки.
Еще одна возможность — избирательные поглощающие поверхности. В абсорбер обработан химически, так что он поглотит большую часть радиация, падающая на него, но не будет повторно излучать большую часть поглощает тепло в окружающую среду.Эта концепция несколько аналог одностороннего стекла или зеркала, в котором вы можете видеть сквозь в одном направлении, но получать отраженное или зеркальное изображение от Другие. Этот вид лечения довольно дорогой, но особенно для более высоких температур повышает эффективность.
Отражатели можно использовать для увеличения количества излучения поражая лицо коллекционера. Возможны другие модификации включая различные более эффективные конструкции пластин поглотителя — стекло внахлест, гофрированная, оребренная или склеенная трубка в листе дизайн.
Повышение эффективности следует сравнивать с увеличением в стоимости и / или требованиях к обслуживанию системы. Обычно чем эффективнее коллектор, тем он дороже. Меньше эффективный, но и менее затратный коллектор может оказаться более рентабельно при доставке заданного количества тепла. Как новый дизайн, производство и установка происходят из-за относительной стоимости эффективность альтернативных коллекторов несомненно изменится.
ИЗ ЧЕГО СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР?
Солнечные коллекторы строятся из самых разных материалы и в большом разнообразии дизайна. Используемые материалы должны быть способным поворачивать погоду, как крыша или стена, и выдерживать неблагоприятное воздействие солнечного излучения. Должен быть устойчивость к коррозии или засорению из-за кислотности, щелочности или жесткость воды или водно-незамерзающей смеси и замерзание корпус водосборников; осаждение пыли и влаги в корпус воздухозаборников и поломка остекления (прозрачного крышка) из-за града, теплового расширения или по другим причинам.Цель должен быть для дизайна, который даст полезный и экономичный производство тепла с минимумом ремонта, обслуживания и замена компонентов.
Покровные материалы
Стекло чаще всего используется в качестве покрытия солнечных коллекторов, используемых для отопление помещений жилых домов или промышленных или общественных зданий Приложения. Это хороший передатчик падающих солнечных лучей. излучения, но почти не пропускает лучистого тепла от поглотителя поверхность к окружающей среде.Это так называемая «теплица». эффект, или эффект «тепловой ловушки», о котором вы, возможно, слышали. Этот эффект объясняет, почему в теплый летний день внутри вашей машины становится жарко. Оконное стекло задерживает тепло в машине. Все жара не в ловушке, хотя. Стекло поглотит часть излучаемого тепла. от поглотителя, что приведет к повышению температуры стекла, и некоторое количество тепла будет потеряно из-за разницы температур между стекло и окружение.Стекло снижает потери на конвекцию.
Оконное стекло как одинарной, так и двойной прочности обычно используется. Он имеет коэффициент пропускания солнечного излучения 87%. Это означает, что 87% поступающей солнечной радиации может проходить через стекло, остальное либо отражается, либо поглощается стеклом.
Там, где существует большая опасность поломки из-за града или вандализма, проволочная сетка в полдюйма использовалась для защиты стекло от повреждений.Экран затемняет стекло и уменьшает эффективная площадь коллектора примерно на 15%, поэтому общая площадь должна быть соответственно увеличился. Обычно нет большой проблемы с поломка, однако, кроме случаев, когда скоба ударяется о стеклянную поверхность справа углы.
Пластиковые пленки или листы также используются в качестве покрывающих материалов. Только Сейчас доступно несколько типов кулачков, которые выдерживают солнечные лучи более чем год или два. Коэффициент пропускания солнечного излучения составляет 92%, но пластмассы не работают так же хорошо, как тепловая ловушка, позволяя 30% длинноволновое излучение, которое будет излучаться в окружающую среду от поглотитель.Для низкотемпературных применений, таких как сушка зерна или для временных установок, однако, пластмассы имеют определенные преимущества. Они способны выдерживать ветровые нагрузки, град и т. Д. и их легче установить и дешевле, чем стекло. Они обеспечивают конвекционный барьер, как стекло. В некоторых проектах с две крышки, используется один слой стекла вместе со слоем пластика под.
Стекловолокно для теплиц чаще всего используется в качестве покрытия в животноводческие постройки.Он работает так же, как стекло. за исключением того, что коэффициент пропускания солнечного излучения несколько меньше (примерно 80% против 87% для стекла). Также он более устойчив к поломка из-за расширения или сжатия корпуса.
Пластины абсорбера
Желательные характеристики пластины абсорбера: (1) поглощать как большую часть лучистой энергии солнц, (2) терять как можно меньше тепло, насколько это возможно в окружающую среду, и (3) для передачи тепла сохраняется до жидкости.
Пластина поглотителя, окрашенная в черный цвет, будет поглощать больше энергии излучения, чем любой другой цвет тарелки. Черная поверхность имеет впитывающую способность для солнечное излучение около 95%. Используйте плоскую черную краску для уменьшить возможное отражение.
Чтобы уменьшить количество тепла, излучаемого от пластины к в окружающей среде можно использовать селективные покрытия. Эти покрытия впитывают такое же количество лучистой энергии, что и обычные черные поверхности, но излучают, или излучать, тем более.
Для низкотемпературных применений, таких как сушка зерна или плавание подогрев бассейна, селективные покрытия, как правило, неэкономичны. В температура достаточно низкая, чтобы потери из-за излучения от пластины маленькие. Для отопления дома использование селективной поверхности может устраняет необходимость в дополнительной крышке для получения повышенная эффективность от данного коллектора.
Обычно для коллекторных пластин используются медь, алюминий, и сталь.Медь самая дорогая, но и самая высокая теплопроводность. Сталь наименее дорогая, а также самая низкая проводимость из трех. Для водогрейных коллекторов, особенно важна проводимость. Для меди вода трубки (которые прикреплены к пластине абсорбера — см. рис. 4) могут быть расположены дальше друг от друга, чем для материала с меньшей проводимостью. Еще одно важное соображение — это соединение водяных трубок с пластина.Паяльное соединение должно быть хорошим, иначе эффективность снизится. страдать. Такое соединение представляет большую проблему с алюминием. Некоторые в тарелках используется конструкция из трубок в листе, как и во многих полках холодильников. раньше (см. рисунок 5), что обеспечивает хороший тепловой контакт.
Рисунок 4. Пластина абсорбера для водяных коллекторов.
Рисунок 5. Другой вариант солнечного коллектора водяного типа.
Если вся площадь поглотителя охвачена трансмиссией жидкости, проводимость пластины гораздо менее важна.Для воздуха коллекторы, дерево и пластмассы также использовались в качестве пластин-поглотителей. Как правило, они не так эффективны, как металлы, но иногда приемлемы, так как стоимость за фут ² коллектор может быть уменьшен. Площадь поверхности пластины также влияет теплопередача в воздушных коллекторах. Многие конструкции включают плавники или гофры для увеличения этой площади, тем самым увеличивая теплопередачу (см. рисунок 6).
Рисунок 6.Варианты конструкции пластины поглотителя для солнечных батарей воздушного типа. коллекционеры.
Конструкция обсадной колонны
Кожух может быть деревянным, металлическим или армированным волокном. пластиковый каркас. Для деревянного каркаса основа должна быть влажной. стойкий. Каркасы из листового металла следует покрасить, чтобы избежать коррозии.
Защитное стекло должно быть надежно закреплено атмосферостойким прокладки, которые позволяют стеклу расширяться и сжиматься, при сохранении влаги.Этот компенсатор расширения / сжатия очень важно, так как стекло имеет коэффициент расширения один и в полтора раза больше стали и на два зубца больше дерева. Это соединение не так важно для пластика или стекловолокна. крышки. Утеплитель следует добавить на заднюю и открытые стороны. коллектор, чтобы уменьшить потери тепла в этом направлении.
СКОЛЬКО СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДОСТУПНО?
Количество солнечного света, падающего на внешний слой Земли. атмосфера меняется очень мало в течение года.Как он путешествует через атмосферу к поверхности земли солнечный свет рассеиваются и поглощаются пылью, водяным паром (облаками), молекулами газа, и загрязнители воздуха. Только часть прямых солнечных лучей в конце концов ударился о землю. Потому что атмосферные условия меняются изо дня в день меняется и количество получаемой солнечной энергии.
Сезон года также определяет, сколько солнечной радиации достигает земли. Как показано на Рисунке 7, солнечные лучи падают на Северное полушарие более прямо летом, вызывая больше нагревание и более высокие температуры.Менее прямая солнечная радиация в зимние месяцы также должны пропускать больше атмосферы, которая далее рассеивает и уменьшает количество ударов о землю. В рассеянное излучение, которое в конечном итоге достигает Земли вместе с прямой солнечный свет называется диффузным излучением.
Рисунок 7. Изменение угла падения солнечных лучей в зависимости от сезона.
Поступающая солнечная энергия также колеблется от часа к часу.Зимой большая часть солнечной энергии поступает примерно от 9:00 утра примерно до 3:30 дня. В рамках этого период времени, скорость увеличивается до высокого значения в полдень, а затем снова уменьшается. Графически это показано на рисунке 8.
Рисунок 8. Изменение средней солнечной энергии 21 декабря.
Записей фактического солнечного излучения не так много, как для осадки и температура.Большинство метеостанций, которые измеряют солнечное излучение записывают как общее количество, падающее на горизонтальный поверхность.
В таблице 2 приведены данные, накопленные за 15 лет Индианаполис, штат Индиана, за период 1951-1966 гг. Ценности выражается в БТЕ на квадратный фут в день и является средним значением за все дни В течении месяца. Высокие и низкие измеренные значения излучения являются записи о максимальных и минимальных ежемесячных показаниях за 25-летний период. В процент передачи отражает относительное количество чистых дней.Также показаны средние значения, которые можно ожидать на различные наклонные поверхности, выходящие на юг.
Наибольшее количество солнечной энергии будет получено, если коллектор обращен на юг, что связано с расположением солнца в небо. Чтобы получить максимальное количество солнечной радиации на поверхности зимой в Индиане его следует наклонять под углом 55-60 ° от горизонтали. Летом максимальное количество солнечное излучение попадает в коллектор, наклоненный под углом 25-30 ° от горизонтали (рисунок 9).Если поверхность не выходит на юг наибольший сбор происходит утром или днем, а не в солнечный полдень. Это уменьшит ежедневную общее количество собранной энергии.
Рисунок 9. Рекомендуемые углы наклона для использования зимой и летом. соответственно.
Таблица 2. Среднее солнечное излучение на поверхности в Индианаполисе, Индиана и на 40 градусах северной широты (БТЕ на кв. фут в день)
Среднее количество радиационных инцидентов на юге Экстрамерный ² пр.Per- ³ Облицовочная поверхность при заданном наклоне Месяц наземный ¹ High Ave Low Cent Trans. 18,4 ° (4/12 крыша) 30 ° 60 ° 90 ° (по вертикали) -------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -------- ЯНВ 1415 851 610 402 43% 909 1049 1220 1115 ФЕВ 1870 1183 845 660 45 1115 1234 1317 1109 МАР 2540 1397 1155 822 45 1363 1420 1374 1007 АПРЕЛЬ 3165 1758 1540 575 49 1632 1632 1364 758 МАЙ 3585 2263 1890 1433 53 1878 1796 13