Солнечный воздушный коллектор: Страница не найдена — Автономное тепло

Содержание

Солнечные воздушные коллекторы | AW-Therm.com.ua

С. Михненко

Солнечные воздушные коллекторы приобретают все большее число сторонников. Это решение, которое открывает намного больше возможностей, чем жидкостные фототермальные коллекторы. Они действительно заслуживают того, чтобы на них обратили более пристальное заинтересованное внимание

Солнечные воздушные коллекторы (СВК) – это тепловой абсорбер, в котором в качестве рабочего тела используется воздух, а в качестве источника тепла – солнечное излучение. Холодный воздух попадает в систему каналов, где он нагревается солнечным теплом, и затем поступает в обогреваемое помещение.

Доступно каждому

СВК – это настолько просто, что домашние умельцы сами берутся изготавливать их буквально из подручных материалов. В ход идут даже пустые алюминиевые банки (рис. 1). Автор этой конструкции поделился своими разработками в социальной сети и сообщил, что осенью и весной в таком «подоконном» коллекторе воздух нагревается от 10-12 ºС до 80–85 ºС, а зимой в солнечный день от –15ºС на входе в СВК до +40–45ºС на выходе в помещение. Если в теплый сезон такой солнечный нагреватель уже не нужен – его просто убирают.

Рис. 1. Самодельный подоконный СВК из алюминиевых банок

Когда в ЕС разрабатывали нормы и стандарты по отоплению и теплоизоляции, то выяснилось, что их первые версии содержали существенно завышенные нормы. Оказалось, что сначала не учли все количество солнечного тепла, падающего снаружи на оболочку здания и попадающего внутрь через окна. Это исправили и ввели термин solar gain – количество «дарового» тепла от солнечной радиации, которого даже зимой бывает настолько много, что от него нужно защищаться, и которое нужно обязательно принимать во внимание при всех тепловых расчетах для зданий и сооружений.

Простой солнечный воздушный коллектор состоит из воздухопроводов, хорошо поглощающих солнечное излучение. Затем эта тепловая энергия передается воздуху. Нагретый в СВК воздух соединяется с вентиляционным каналом, подающим его внутрь здания.

Немного школьной физики

Теплопроводность воды приблизительно в 28 раз больше теплопроводности воздуха. При этом удельная теплоемкость воздуха примерно в 4 раза меньше удельной теплоемкости воды, а плотностьводы больше плотностивоздуха примерно в 816 раз.

Из этого следует, что как теплоноситель воздух менее выгоден, чем вода. Чтобы перенести одинаковое количество теплоты с воздухом, его нужно подать в сотни раз больше, чем воды. При этом между жидкостным теплоносителем и воздухом имеется «посредник». Но мы живем именно в воздушной среде. И нагревать, в конце концов, нужно именно воздух.

СВК обычно используется как дополнительный обогреватель для экономии на отоплении. Вспомните, как нагревается воздух в припаркованном на солнце автомобиле. Примерно то же самое происходит и в СВК.

Солнечный коллектор, работающий на воздухе – это отличная альтернатива жидкостным системам. В работе СВК практически нет ограничений – воздух в качестве теплоносителя не закипает и не замерзает. Такого понятия как «стагнация гелиосистемы», вынуждающая инженеров идти на дорогостоящие конструктивно-технологические решения в жидкостных коллекторах, просто нет.

Быстрый прогрев воздуха в помещении до нужной температуры – тоже одна из особенностей СВК. Несмотря на то, что воздух имеет меньшую теплоемкость, чем вода, он подвижен, хорошо регулируется (по температуре и количеству). Воздух обеспечивает быстрое изменение температуры и более равномерное распределение тепла внутри помещений. Он безопасен в пожарном отношении. Нагретый воздух можно распределять по каналам вентсистем.

На широте Киева

Как много тепла можно сэкономить, применяя СВК? Для этого количество солнечного тепла, падающего на землю, например, на широте Киева (~ 1384,05 кВт·ч/м

2/год), умножим на КПД солнечного коллектора ~ 65–70 %. В результате получим выработку тепла одним квадратным метром солнечного коллектора около 900 кВт·ч. Показанная на рис. 1 самоделка потенциально может выработать до 2 МВт·ч тепла в год. Это немало.

Поступление солнечного тепла в течение года неравномерно. На широте Киева зимой поступает 14 %, весной — 29 %, летом -36 %, а осенью — 21 % от всего годового количества солнечной радиации. В январе-феврале эта цифра снижается до 3 % от суммы годового solar gain, и с 1 м2 СВК за это время удастся собрать около 30 кВт·ч тепловой энергии.

Тем не менее, СВК отлично работают именно в холодном климате. Особенно – когда погода неустойчива и возможно неожиданное понижение температуры или заморозки. Вот три фото (рис. 2 а, б, в) частных домов, оборудованных СВК. Один — в г. Ричмонде, штат Миннесота, (45°27′ с. ш.), два других – в г. Метуен (42°43′ с. ш.) и г. Оберн (42°12′ с. ш), штат Массачусетс, США. Все находятся намного севернее широты г. Киева (50° 25′ с. ш.).

Рис. 2. СВК на стенах жилых зданий:
а) г. Ричмонд, Миннесота, США; б) г. Метуен, Массачусетс, США; в) г. Оберн, Массачусетс, США

Основные схемы

СВК выполняют по разным схемам – с забором наружного воздуха, с забором внутреннего воздуха; с перепуском. Их выполняют с остеклением и без. Они бывают пассивные и активные.

Есть три основные схемы подключения СВК: рис. 3 – с притоком наружного воздуха (а), с рециркуляцией внутреннего воздуха (б), с подмешиванием нагретого в СВК воздуха в вентиляционный канал (в) и их сочетания.

Если СВК использовать зимой для нагрева воздуха, циркулирующего только внутри помещения, то это значит, что 2 коллектора (рис. 1) площадью по 2,5 м2 в самые холодные месяцы года (январь – февраль) смогут обеспечить для донагрева в среднем 150 кВт·ч, а за всю зиму – 630 кВт·ч, весной – 1,3 МВт·ч, за осень – 0,95 МВт·ч. В ночное время перепуск воздуха можно отключать.

Рис. 3. Основные схемы подключения настенного СВК

Поскольку теплоноситель в СВК – это воздух, то, естественно, его очень часто используют совместно с системой вентиляции.

Если СВК подключить к каналу геотермальной гравитационной системы естественной вентиляции (рис. 3, в), то это значительно увеличит тягу в нем за счет увеличения перепада температур между притоком и выпуском и стабилизирует ее работу в межсезонье.

Пассивные схемы (рис. 3, 4) – это недорогое решение, его можно довольно просто применить в уже построенном доме.

Рис. 4. СВК с рекуператором тепла

При подключении по рециркуляционной схеме (рис. 3, б) или по схеме с подмешиванием воздуха из вентканала (рис. 3, в), можно получить систему очистки воздуха, многократно прогоняя внутренний воздух через систему фильтров, присоединенную к патрубкам СВК. Комбинированные схемы (рис. 4, 5), как правило, выполняются по схеме с рекуператором тепла. СВК с рекуператорами можно устанавливать как на стенах, так и на крышах.

Рис. 5. СВК в комбинации с рекуператором тепла воздуха, теплообменником для ГВС, аккумулятором тепла и воздушной печью

Активные СВК

Активная система с СВК (рис. 5, 6, 7) для циркуляции воздуха имеет привод вентилятора. В активной системе нет необходимости «правильно» размещать по вертикали впускные и выпускные отверстия, так как воздух всасывается или нагнетается принудительно, и гравитационные и конвекционные потоки, как в естественной системе, не используются. Поэтому СВК в активной системе можно устанавливать на наклонной крыше под самый конек, а затем нагретый воздух направлять вниз вентилятором.

Рис. 6. Когенерационная СВК в комбинации с PV-модулем, рекуператором тепла воздуха, теплообменником для ГВС

Еще один способ, который сейчас набирает популярность – это комбинация солнечного фотовольтаического коллектора (PV-панели) и расположенного снизу СВК. Суть этого метода заключается в рекуперации тепла, отбираемого с нижней (затененной) стороны PV-модулей (его часто бывает в 3 – 4 раза больше, чем электроэнергии, произведенной модулем).

Рис. 7. Активная СВК с системой слежения за температурой и вентилятором переменного расхода

Тут имеется очевидное техническое преимущество – помимо получения электричества от PV-панели, а от СВК – тепловой энергии (когенерация), отбор и рекуперация тепла воздушным коллектором улучшает режим работы и КПД PV-модуля. СВК позволяет PV-системе работать ближе к его наилучшей эффективности (обычно это около 25 ºС). Это уменьшает общий период окупаемости всей комбинированной системы. Избыточное тепло, которое поступает в помещение «не вовремя», можно сбросить в емкость ГВС. Если СВК имеют большую площадь, причем располагаются на стенах, по-разному ориентированным по сторонам света, то имеет смысл установить систему автоматики (рис. 7), следящую за работой системы. На рынке представлен большой выбор различных универсальных датчиков и программируемых контроллеров, которые можно подобрать к вентилятору с переменной скоростью, и затем собрать такую активную систему самому.

Сейчас имеется огромное число конструктивных решений для СВК. Постоянно появляются новые оригинальные предложения (например, как на рис. 8).

Рис. 8. СВК в виде съемной оконной фрамуги из алюминиевого профиля

Барьерные функции СВК

Помимо генерации тепла СВК может выполнять барьерные и теплозащитные функции. В этом случае СВК занимает всю поверхность стены или крыши. Наружная поверхность СВК и стена здания образуют так называемый фасад с двойной оболочкой (ФДО). Таким путем можно «накрыть» стены, крыши и наклонные элементы зданий. Наружная часть ФДО выполняет с одной стороны барьерную функцию (защита внутренней части – т.е. собственно стены здания от намокания), с другой – это теплопоглощающая поверхность, хорошо пропускающая тепло на свою внутреннюю сторону. Ее обычно выполняют с мелкой перфорацией.

ФДО внутри разделен на вертикальные секции. Наружная поверхность ФДО нагревается солнечным теплом и передает его воздуху между наружной и внутренней стенками. Нагретый воздух активно поднимается вверх, откуда его отбирают внутрь для подогрева здания. Очень часто, как и в обычных СВК, горячий воздух здесь используется в сочетании с системой вентиляции – непосредственно или косвенно, через рекуператор. Восходящий поток горячего воздуха в полости ФДО энергично подсушивает стену здания, улучшая его теплоизоляционные характеристики.

Это свойство высоко оценили в странах с суровым климатом – в Канаде, на севере США, в Германии и Скандинавии. СВК типа «солнечная стена» здесь не только используется для отопления или подогрева воздуха в системе вентиляции, сколько выполняет энергосберегающие функции.

На рис. 9 показаны примеры применения СВК в виде ФДО – в аэропорту Торонто, Канада, на крыше и наклонной стене производственного здания в г. Бутбей Харбор, Мэн, США, в средней школе в г. Шервуде, Массачусетс, США, на базе ВМС США в Портсмуте. Здание авиационной администрации в аэропорту Торонто удостоено серебряного сертификата LEED – за высокие энергосберегающие и экологические свойства.

Рис. 9. СВК типа «солнечная стена» на фасадах общественных и производственных зданий в Канаде и США

Важное свойство сочетания СВК–ФДО в том, что в жаркое время года эта система охлаждает здание. Вверху и внизу системы устроены заслонки, которые обычно закрыты в холодное время. Воздух через перфорированные отверстия (в некоторых профильных системах выполнены специальные щели) в режиме работы СВК проникает в межфасадное пространство ФДО, поднимается вверх и поступает в распределительные каналы для обогрева. В жаркое время года верхние и нижние заслонки полностью открываются, каналы для обогрева перекрываются, и нагретый воздух интенсивно вентилирует межфасадный зазор. Избыточное тепло уносится вверх, а само здание не перегревается. Автоматика регулирует поворот наружных заслонок и степень открывания каналов для забора теплого воздуха внутрь здания. Ночью заслонки закрываются, и СВК–ФДО служит буфером, препятствующим потере тепла зданием.

Перспективное решение

СВК появились и начали активно применяться не так давно. Намного позже, чем, например фотовольтаические и жидкостные фототермальные коллекторы. Все особенности и преимущества СВК еще не раскрыты. Специальные исследования, проведенные в США и Канаде, показали, что системы СВК (фасадные и модульные) уменьшают энергопотребление здания примерно на 10–50 % от обычной тепловой нагрузки на отопление зимой и охлаждение летом. Совместное использование СВК с системами отопления, вентиляции и климатизации, а также в качестве наружного защитного щита здания, весьма перспективно.

В Украине технологию СВК активно продвигают энтузиасты экологического строительства. Однако в нашей стране уже имеются компании, предлагающие эту разновидность солнечной техники в промышленном исполнении.

Читайте статьи и новости в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь на YouTube-канал.

Просмотрено: 13 165
Вас может заинтересовать:

Вам также может понравиться


Заказ был отправлен, с Вами свяжется наш менеджер.

Воздушные солнечные коллекторы Solar Fox

Воздушные солнечные коллекторы Solar Fox — оборудование, которое собрали в России с учетом географических, климатических и социальных особенностей.

Воздушный солнечный коллектор – оборудование для вентиляции и отопления строений различного назначения, работающее исключительно на солнечной энергии. Воздушные солнечные коллекторы Solar Fox делятся на два типа по своему назначению: для отопления (модели с маркировкой CSF) и вентиляции (модели VSF). Но при этом устройства солнечной вентиляции и солнечного отопления незначительно отличаются принципом работы и спецификой монтажа.

  • ЭФФЕКТИВНО ОСУШАЕТ ПОМЕЩЕНИЯ

  • ПОДНИМАЕТ ТЕМПЕРАТУРУ В КОМНАТАХ

  • ИЗБАВЛЯЕТ ОТ ПЛЕСЕНИ И ГРИБКА

  • БОРЕТСЯ С ЗАТХЛОСТЬЮ И НЕПРИЯТНЫМ ЗАПАХОМ

  • УВЕЛИЧИВАЕТ ОБЪЕМ КИСЛОРОДА

  • РАБОТАЕТ БЕСПЛАТНО

 

 

 

  • ЗДОРОВЫЙ МИКРОКЛИМАТ

  • ТЕПЛЫЕ И СУХИЕ КОМНАТЫ

  • СУЩЕСТВЕННУЮ ЭКОНОМИЮ ДЕНЕЖНЫХ СРЕДСТВ

  • ЧИСТЫЙ И СВЕЖИЙ ВОЗДУХ В ПОМЕЩЕНИИ

  • УВЕЛИЧЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ЗДАНИЯ

  • СОХРАННОСТЬ МАТЕРИАЛЬНЫХ ЦЕННОСТЕЙ

  • КОМФОРТНЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ ЖИЗНИ И РАБОТЫ, ДАЖЕ ТАМ, ГДЕ НЕТ ГАЗА И ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

  • При попадании солнечных лучей на лицевую сторону коллектора, гелиоколлектор нагревается.
  • Солнечная панель вырабатывает ток и запускает вентилятор.
  • Через входные отверстия в коллектор из помещения втягивается воздух.
  • Воздух прогревается в гелиоколлекторе, его температура при этом поднимается на 10-40ºС.
  • Вентилятор нагнетает прогретый воздух в комнаты.
  • Разогретые воздушные массы вытесняют холодный воздух, который отводится через естественные зазоры или вытяжное отверстие.

Механический выключатель дает возможность отключать устройство, если отопление помещений не требуется. Обратный клапан, входящий в комплектацию коллектора, не позволяет теплым воздушным массам покидать помещение.

Как работают приборы солнечного отопления, зависит от соблюдения рекомендаций по расположению устройств.

При выборе места расположения учитывается количество падающей тени. Оптимальное положение для крепления коллектора – южная стена. Допустим монтаж на юго-восточной или юго-западной стороне. Рекомендуется горизонтальное расположение коллектора, но возможно и вертикальное размещение устройства.

  • Солнечные лучи попадают на лицевую сторону коллектора, гелиоприемник нагревается.
  • Солнечная панель вырабатывает ток, включается вентилятор, который забирает воздух с улицы, через специальное отверстие.
  • Внутри коллектора установлен фильтр, который дополнительно очищает воздух.
  • Воздух прогревается в гелиоприемнике и нагнетается внутрь помещения.
  • Возникает принудительная циркуляция воздушных масс в комнатах, за счет чего углекислый газ удаляется через естественные щели или специально предусмотренное выходное отверстие.

Существует несколько схем крепления воздушных солнечных коллекторов. Устройство можно разместить на стене или крыше. Схема крепления выбирается, исходя из характеристик объекта и пожеланий клиента. В любом случае обеспечивается качественное вентилирование и дополнительный прогрев помещений.

Воздушный солнечный коллектор подбирается исходя из целей клиента и площади дома. Многообразие отопительных и вентиляционных моделей позволяет найти эффективное решение для:

  • Жилых построек: домов, дач, загородных коттеджей сезонного или постоянного проживания, времянок.
  • Хозяйственных помещений: гаражей, бань, подвалов, чердаков, погребов, складов, ангаров, овощехранилищ.
  • Объектов специального назначения: оранжерей, питомников, теплиц.

Принцип действия воздушных солнечных коллекторов прост и понятен, при этом устройства способны заменить традиционное электрическое оборудование: кондиционеры, конвекторы, осушители воздуха (зависит от типа помещения).

С помощью коллекторов с успехом решаются следующие задачи:

  • Установление в помещении здорового микроклимата: поддержание оптимального температурно-влажностного режима, комфортного для человека, животных, растений.
  • Создание дополнительного отопления, в том числе в домах временного проживания, на сезонных объектах, не электрифицированных зданиях.
  • Полноценный воздухообмен и вентилирование: постоянный приток свежего, чистого и теплого воздуха и удаление углекислого газа, неприятных запахов, застоявшихся воздушных масс.

Емкостный и эффективный солнечный коллектор воздуха

О продукте и поставщиках:
Снизьте потребление энергии в жилых и коммерческих помещениях с помощью инновационных решений премиум-класса. солнечный коллектор воздуха с Alibaba.com. Солнечные устройства идеально подходят для различных климатических условий и особенно подходят для нагрева воздуха в холодное зимнее время года. Эти расширенные функции и новейшие технологии. солнечный коллектор воздуха подходят для нагрева воды и сушки круп. Наиболее. солнечный коллектор воздуха включают резервуары из нержавеющей стали, которые ..... 

Использование солнечного излучения для удовлетворения различных потребностей в энергии становится все более популярным среди людей, поскольку это экономичный вариант, обеспечивающий лучшая полезность. Эти. солнечный коллектор воздуха обладают превосходной адаптируемостью ко многим условиям, даже к воде. Они также могут устанавливаться как на плоских, так и на наклонных крышах. Вы можете выбрать прочный. солнечный коллектор воздуха с прочным металлическим защитным стеклом, способным выдержать вес взрослого человека. Изоляционные слои этих. солнечный коллектор воздуха изготавливаются из пенополиуретана, полученного с помощью пенопласта под высоким давлением, для повышения прочности.

Alibaba.com предлагает множество вариантов. солнечный коллектор воздуха различного размера, качества, функций и других аспектов в зависимости от модели продукта и индивидуальных требований. Эти продукты включают медные трубы, оборудованные теплопроводной средой, и вакуумные трубки для предотвращения помех с термическим КПД. Файл. солнечный коллектор воздуха на сайте поставляются с антибликовым слоем, антиабсорбционным слоем, инфракрасным отражающим слоем и геттером для продолжения процесса нагрева воды. Эти. солнечный коллектор воздуха с уникальным дизайном помогают в автоматическом процессе подачи воды и стабилизации температуры воды ..

Изучите широкий спектр. солнечный коллектор воздуха на Alibaba.com, что соответствует требованиям вашего бюджета, и покупайте эти продукты, экономя деньги. Эти продукты поставляются с несколькими вариантами настройки и гарантируют качество от ведущих производителей. солнечный коллектор воздуха поставщики и оптовики. Вы также можете выбрать послепродажное обслуживание, такое как установка и обслуживание.

Солнечный коллектор — это… Что такое Солнечный коллектор?

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя.

Обычно применяются для нужд горячего водоснабжения и отопления помещений.[1]

Типы солнечных коллекторов

Плоские

Плоский солнечный коллектор

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбером; он связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрным цветом либо спецраствором, для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурит). Трубки, по которым распространяется вода, изготавливаются из сшитого полиэтилена (PEX) либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметиком.[2]

При отсутствии разбора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—200 °C.

Чем больше падающей энергии передаётся теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить её можно, применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре. Стандартным решением повышения эффективности коллектора стало применение абсорбера из листовой меди из-за её высокой теплопроводности, поскольку применение меди против алюминия даёт выигрыш 4% (хотя теплопроводность алюминия вдвое меньше, что означает значительное превышение «запаса мощности» по теплопередаче), что незначительно в сравнении с ценой)[источник не указан 51 день] Используется также аллюминиевый экран.[2]

Вакуумные

Вакуумный солнечный коллектор

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие улавливающее солнечную энергию. между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии.

Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При облучении установки солнечным светом, жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности.

Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Устройство бытового коллектора

Теплоноситель (вода, воздух или антифриз) нагревается, циркулируя через коллектор, а затем передает тепловую энергию в бак-аккумулятор, накапливающий горячую воду для потребителя.

В простом варианте циркуляция воды происходит естественно из-за разности температур в коллекторе и баке-аккумуляторе, который располагается выше.

В более сложном варианте коллектор имеет свой контур, заполненный водой или антифризом. В контур включается насос для циркуляции теплоносителя. Бак может располагаться как непосредственно рядом с коллектором, так и внутри здания.

В тех случаях, когда солнечной энергии недостаточно, температуру воды на нужном уровне поддерживает дополнительный электрический нагревательный элемент, который устанавливают за баком-аккумулятором. Такое решение позволяет повысить эффективность солнечной установки, поскольку КПД солнечного коллектора снижается с ростом температуры теплоносителя.

Бывают и солнечные водонагревательные установки аккумуляционного типа, в которых отсутствует отдельный бак-аккумулятор, а нагретая вода сохраняется непосредственно в солнечном коллекторе. В этом случае установка представляет собой близкий к прямоугольной форме бак.[1]

Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов

Вакуумные трубчатыеПлоские высокоселлективные
++
Низкие теплопотериСпособность очищаться от снега и инея
Работоспособность в холодное время года до -30СВысокая производительность летом
Способность генерировать высокие температурыОтличное соотношение цена/производительность для южных широт и тёплого климата
Длительный период работы в течение сутокВозможность установки под любым углом
Удобство монтажаМеньшая начальная стоимость
Низкая парусность
Отличное соотношение цена/производительность для умеренных широт и холодного климата
Неспособность к самоочистке от снегаВысокие тепло потери
Относительно высокая начальная стоимость проектаНизкая работоспособность в холодное время года
Рабочий угол наклона не менее 20°Сложность монтажа связанная с необходимостью доставки на крышу собранного коллектора
Высокая парусность

Солнечные коллекторы-концентраторы

Повышение эксплуатационных температур до 120—250 °C возможно путём введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.

Солнечные воздушные коллекторы

Солнечные воздушные коллекторы — это приборы, работающие на энергии Солнца и нагревающие воздух. Солнечные воздушные коллекторы представляют собой чаще всего простые плоские коллекторы и используются в основном для отопления помещений, сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Поскольку воздух хуже проводит тепло, чем жидкость, он передает поглотителю меньше тепла, чем жидкий теплоноситель. В некоторых солнечных воздухонагревателях к поглощающей пластине присоединены вентиляторы, которые увеличивают турбулентность воздуха и улучшают теплопередачу. Недостаток этой конструкции в том, что она расходует энергию на работу вентиляторов, таким образом увеличивая затраты на эксплуатацию системы. В холодном климате воздух направляется в промежуток между пластиной-поглотителем и утеплённой задней стенкой коллектора: таким образом, избегают потерь тепла сквозь остекление. Однако, если воздух нагревается не более, чем на 17 °С выше температуры наружного воздуха, теплоноситель может циркулировать по обе стороны от пластины-поглотителя без больших потерь эффективности. Основными достоинствами воздушных коллекторов являются их простота и надёжность. Такие коллекторы имеют простое устройство. При надлежащем уходе качественный коллектор может прослужить 10-20 лет, а управление им весьма несложно. Теплообменник не требуется, так как воздух не замерзает. Потенциальным способом снижения стоимости коллекторов является их интеграция в стены или крыши зданий, а также создание коллекторов, которые можно будет собирать из готовых сборных компонентов. Коллекторы предназначены для обогрева помещений в условиях достаточной солнечной освещенности и при отсутствии (или параллельно с ними) других источников энергии (таких как газ, электричество, жидкое и твёрдое топливо). Коллекторы не могут быть основной системой отопления, так как не обеспечивают постоянных характеристик, как в течение суток, так и при смене сезонов года. Однако система может быть интегрирована в любую существующую систему отопления и вентиляции.

Применение

Солнечный водонагреватель на жилом доме. Мальта.

Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. Наибольшее количество производственных процессов, в которых используется тёплая и горячая вода (30—90 °C), проходят в пищевой и текстильной промышленности, которые таким образом имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов.

В Европе в 2000 году общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн м², а во всём мире — 71,341 млн м².

Солнечные коллекторы — концентраторы могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга.

Солнечные коллекторы могут использоваться в установках для опреснения морской воды. По оценкам Германского аэрокосмического центра (DLR) к 2030 году себестоимость опреснённой воды снизится до 40 евроцентов за кубический метр воды[3]

В России

По исследованиям ОИВТ РАН в тёплый период (с марта—апреля по сентябрь) на большей части территории России средняя дневная сумма солнечного излучения составляет 4,0-5,0 кВтч/м² (на юге Испании — 5,5-6,0 кВтч/м², на юге Германии – до 5 кВтч/м²). Это позволяет нагревать для бытовых целей около 100 л воды с помощью солнечного коллектора площадью 2 м² с вероятностью до 80%, то есть практически ежедневно. По среднегодовому поступлению солнечной радиации лидерами являются Забайкалье, Приморье и Юг Сибири. За ними идут юг европейской части (приблизительно до 50º с.ш.) и значительная часть Сибири.

Использование солнечных коллекторов в России составляет 0,2 м²/1000 чел. На Кипре эксплуатируется около 800 м²/1000 чел., в Австрии 450 м²/1000 чел., в Германии 140 м²/1000 чел.

В летнем периоде, большинство районов России вплоть до 65º с.ш. характеризуются высокими значениями среднедневной радиации. В зимнее время количество поступающей солнечной энергии снижается в зависимости от широтного расположения установки в разы.

Для всесезонного применения установки должны иметь большую поверхность, два контура с антифризом, дополнительные теплообменники. В таком случае применяется вакуумированные коллекторы, поскольку больше разность температур между нагреваемым теплоносителем и наружным воздухом. Однако такая конструкция выше по стоимости.[1]

Сооружение коллекторов в настоящее время осуществляет­ся, в основном, в Красно­дарском крае, Бурятии, в Приморском и Хабаровском краях.[4]

Солнечные башни

Солнечная башня, Севилья, Испания. Построена в 2007 г.

Впервые идея создания солнечной электростанции промышленного типа была выдвинута советским инженером Н. В. Линицким в 1930-х гг. Тогда же им была предложена схема солнечной станции с центральным приёмником на башне. В ней система улавливания солнечных лучей состояла из поля гелиостатов — плоских отражателей, управляемых по двум координатам. Каждый гелиостат отражает лучи солнца на поверхность центрального приёмника, который для устранения влияния взаимного затенения поднят над полем гелиостатов. По своим размерам и параметрам приёмник аналогичен паровому котлу обычного типа.

Экономические оценки показали целесообразность использования на таких станциях крупных турбогенераторов мощностью 100 МВт. Для них типичными параметрами являются температура 500 °C и давление 15 МПа. С учётом потерь для обеспечения таких параметров требовалась концентрация порядка 1000. Такая концентрация достигалась с помощью управления гелиостатами по двум координатам. Станции должны были иметь тепловые аккумуляторы для обеспечения работы тепловой машины при отсутствии солнечного излучения.

В США с 1982 г. было построено несколько станций башенного типа мощностью от 10 до 100 МВт. Подробный экономический анализ систем этого типа показал, что с учётом всех затрат на сооружение 1 кВт установленной мощности стоит примерно $1150. Один кВт·ч электроэнергии стоил около $0,15.

Параболоцилиндрические концентраторы

Параболоцилиндрические концентраторы имеют форму параболы, протянутую вдоль прямой.

В 1913 году Франк Шуман (Frank Shuman) построил в Египте водоперекачивающую станцию из параболоцилиндрических концентраторов. Станция состояла из пяти концентраторов каждый 62 метра в длину. Отражающие поверхности были изготовлены из обычных зеркал. Станция вырабатывала водяной пар, с помощью которого перекачивала около 22 500 литров воды в минуту[5].

Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в линию и может обеспечить его стократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка с теплоносителем (масло), или фотоэлектрический элемент. Масло нагревается в трубке до температуры 300—390 °C. В августе 2010 года специалисты NREL испытали установку компании SkyFuel. Во время испытаний была продемонстрирована термальная эффективность параболоцилиндрических концентраторов 73 % при температуре нагрева теплоносителя 350 °C[6].

Параболоцилиндрические зеркала изготовляют длиной до 50 метров. Зеркала ориентируют по оси север—юг, и располагают рядами через несколько метров. Теплоноситель поступает в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором.

С 1984 года по 1991 год в Калифорнии было построено девять электростанций из параболоцилиндрических концентраторов общей мощностью 354 МВт. Стоимость электроэнергии составляла около $0,12 за кВт·ч.

Германская компания Solar Millennium AG строит во Внутренней Монголии (Китай) солнечную электростанцию. Общая мощность электростанции увеличится до 1000 МВт к 2020 году. Мощность первой очереди составит 50 МВт.

В июне 2006 года в Испании была построена первая термальная солнечная электростанция мощностью 50 МВт. В Испании к 2010 году может быть построено 500 МВт электростанций с параболоцилиндрическими концентраторами.

Всемирный банк финансирует строительство подобных электростанций в Мексике, Марокко, Алжире, Египте и Иране.

Концентрация солнечного излучения позволяет сократить размеры фотоэлектрического элемента. Но при этом снижается его КПД, и требуется некая система охлаждения.

Параболические концентраторы

Экспериментальный коллектор НПО «Астрофизика»

Параболические концентраторы имеют форму параболоида вращения. Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала отражают около 92 % падающего на них солнечного излучения. В фокусе отражателя на кронштейне закреплён двигатель Стирлинга, или фотоэлектрические элементы. Двигатель Стирлинга располагается таким образом, чтобы область нагрева находилась в фокусе отражателя. В качестве рабочего тела двигателя Стирлинга используется, как правило, водород, или гелий.

В феврале 2008 года Национальная лаборатория Sandia достигла эффективности 31,25 % в установке, состоящей из параболического концентратора и двигателя Стирлинга [7].

В настоящее время строятся установки с параболическими концентраторами мощностью 9—25 кВт. Разрабатываются бытовые установки мощностью 3 кВт. КПД подобных систем около 22—24 %, что выше, чем у фотоэлектрических элементов. Коллекторы производятся из обычных материалов: сталь, медь, алюминий, и т. д. без использования кремния «солнечной чистоты». В металлургии используется так называемый «металлургический кремний» чистотой 98 %. Для производства фотоэлектрических элементов используется кремний «солнечной чистоты», или «солнечной градации» с чистотой 99,9999 % [8].

В 2001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $0,09—0,12 за кВт·ч. Департамент энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до $0,04—0,05 к 2015 — 2020 году.

Компания Stirling Solar Energy разрабатывает солнечные коллекторы крупных размеров — до 150 кВт с двигателями Стирлинга. Компания строит в южной Калифорнии крупнейшую в мире солнечную электростанцию. До 2010 года будет 20 тысяч параболических коллекторов диаметром 11 метров. Суммарная мощность электростанции может быть увеличена до 850 МВт.

Линзы Френеля

Линзы Френеля используются для концентрации солнечного излучения на поверхности фотоэлектрического элемента или на трубке с теплоносителем. Применяются как кольцевые, так и поясные линзы. В английском языке употребляется термин LFR — linear Fresnel reflector.

Распространение

В 2010 году во всём мире работало 1170 МВт солнечных термальных электростанций. Из них в Испании 582 МВт и в США 507 МВт. Планируется строительство 17,54 ГВт солнечных термальных электростанций. Из них в США 8670 МВт, в Испании 4460 МВт, в Китае 2500 МВт[9]. В 2011 году насчитывалось 23 производителя и поставщика плоских коллекторов из 12 стран; 88 производителей и поставщиков вакуумных коллекторов из 21 страны.[10]

Примечания

См. также

Ссылки

Литература

  • А. И. Капралов Рекомендации по применению жидкостных солнечных коллекторов. ВИНИТИ, 1988
  • Гелиотехника. Академия Наук Узбекской АССР, 1966
  • Солнечный душ\\Наука и жизнь, издательство Правда. 1986 №1, стр 131
  • Г. В. Казаков Принципы совершенствования гелиоархитектуры. Свит, 1990

вакуумный и воздушный тепловой, трубчатый

Экономия отопления – одна из главных забот хозяина частного дома. Для создания системы отопления предлагаются печи с котлами нагревания, электрические, дровяные варианты, но носители обходятся дорого, особенно при значительных площадях строений. Альтернативой традиционным системам может стать коллектор солнечный – устройство, которое при правильном подборе и размещении снимает заботы об отоплении не только дома, но и теплиц, других строений. Рассмотрим разновидности, отличительные особенности и характеристики приборов.

Преимущества и недостатки солнечных коллекторов для отопления

Специалисты выделяют ряд положительных качеств гелиосистем:

  1. Автономность горячего водоснабжения в любое время года. Коллектор солнечный исправно поставляет энергию при перебоях, профилактических, ремонтных работах на магистрали.
  2. Длительный срок службы. В зависимости от типа модели система работает до 30 лет, срок окупаемости даже дорогого агрегата не превышает 5-6 лет.
  3. Экономия достигается отсутствием тарификации на поставку тепла. Ежемесячный расчет не зависит от повышения цены на электроэнергию.
  4. Универсальность применения. Солнечный коллектор для отопления дома может одновременно применяться для обогрева теплицы, бассейна, других хозяйственных помещений.
  5. Простота монтажа. Система легко встраивается в существующий тип отопления, а при эксплуатации не будет грязи, отходов, как, например, при использовании твердотопливных котлов.

К дополнительным преимуществам относятся: снижение суммарной нагрузки на тепло-, энергосеть строения, оптимизация конструкции под собственные нужды.

Минусы касаются высокой цены оборудования и необходимости тщательного выбора приборов. На эффективность работы влияют не только климатические условия региона, но и особенности ландшафта местности, формы крыши, длина светового дня, прочие показатели.

Совет! При выборе системы с пассивной циркуляцией, производная эффективность невысокая, поэтому для регионов с суровыми зимами, коротким световым днем рекомендуется выбирать принудительные варианты управления.

КПД правильно выбранного коллектора достигает 95%, для средней, северной полосы КПД снижается до 75-80%, но это выше, чем все прочие системы отопления.

Важно! Чтобы произвести правильный расчет солнечного коллектора для отопления, необходимо перемножить величину инсоляции в регионе за год, площадь отапливаемых помещений и КПД – получится годовой показатель. Для поиска дневного берется дневной показатель инсоляции.

Данные по инсоляции региона доступны в специальных таблицах на сайтах метеосводок, геологических организаций города, района или области.

Виды солнечных коллекторов и принцип работы

Солнечным коллектором называется устройство, преобразующее энергию солнца в тепловую.

Различаются приборы по множеству признаков:

  • по типу теплоносителя на воздушные и жидкостные, где в качестве жидкости используется вода, антифриз, этиленгликоль, прочие субстанции;
  • по конструкции устройства могут быть плоскими и вакуумными.

Для отопления дома применяются любые типы агрегатов, так как принцип работы не меняется и основан на способности материалов поглощать солнечную энергию в любом диапазоне. При потреблении энергии физические свойства материалов проявляются в увеличении скорости движения молекул, нагревании вещества и это тепло затем передается для отопления дома.

В соответствии с конструктивными особенностями солнечные коллекторы бывают:

  1. Плоскими. Это системы в виде прямоугольника, выполненные из прочного материала. Внутри корпуса выложена изоляционная прокладка, поверхность которой накрыта пластиной, абсорбирующей тепло. В углубления пластины монтируются медные трубки, передающие теплоноситель. Корпус закрыт оболочкой со свойством поглощения солнечных лучей и защитным стеклом.
  2. Вакуумными. Это трубчатые системы, также закрытые специальным корпусом. Внутри вакуумных трубок циркулирует теплоноситель, передающий тепловую энергию теплоносителю наружного контура.

Различаются коллекторы по способу использования носителя тепла:

Рекомендуем к прочтению:

  • пассивные системы – это агрегаты, применяемые в конструкции с накопительным баком, используемые для горячего водоснабжения дома без обустройства других инженерных сооружений сети;
  • активные системы – агрегаты, где кроме коллектора конструкция дополняется насосом, защитными клапанами и применяется не только для обеспечения горячего водоснабжения, но и отопления дома.

По передаче тепла различаются агрегаты:

  1. Косвенного действия, при которых система отопления и водоснабжения дополняется баком-аккумулятором. Этот бак передает тепловую энергию, полученную наружным путем во внутренний контур, то есть отопление, ГВС.
  2. Прямого действия или прямоточные, используемые для систем горячего водоснабжения. Транспортировка воды в контуре коллектора происходит за счет разности температур и при помощи дополнительно установленных кранов, клапанов.

Как коллектор работает зимой?

Для систем отопления рекомендуется выбирать вакуумный солнечный коллектор, который лучше подходит для обеспечения бесперебойной подачи тепла в помещения.

Работает гелиосистема следующим образом:

  • При поглощении солнечной энергии теплоноситель в контурах трубок испаряется, поднимается вверх и конденсируется в теплообменнике прибора. Происходит передача тепла в теплоноситель внешнего контура. Затем после охлаждения теплоноситель из контура трубок стекает вниз и процесс повторяется.
  • Прогретый теплоноситель из наружного контура подается в бак-аккумулятор, откуда полученная тепловая энергия транспортируется до теплоносителя системы ГВС и отопления.
  • Движение теплоносителя в наружном контуре осуществляется установкой циркуляционного насоса и автоматической системы управления. В систему входит контроллер, датчики и прочие элементы управления, которые поддерживают установленные параметры работы коллектора.

Для увеличения эффективности, выполнения задач в зимний период, рекомендуется монтировать дублирующие источники энергии. Например, дополнительный агрегат нагрева с применением топлива различных типов или можно решить задачу установкой электрического ТЭНа в бак-аккумулятор. Функциональность дублирующих источников тепла также контролируют приборы автоматики, запуская и отключая агрегаты по мере необходимости.

Как правильно выбирать коллектор?

Профессионалы советуют обращать внимание на следующие факторы:

  1. Плоская гелиосистема выгоднее прочих по цене, но не при замене, ремонте элементов. Любая поломка может вывести из строя систему абсорбции, а это увеличит затраты на ремонт. Данный класс оборудования обладает способностью нагревать воду максимум на 40 градусов выше температуры окружающей среды.
  2. Вакуумный коллектор намного чувствительнее к внешним агрессивным воздействиям, но при этом замена хрупких трубок не отнимает много времени и денег.
  3. В зимний период плоские системы выгоднее, так как забирают энергию с большей площади, чем вакуумные, однако вторые удобнее при обустройстве ТЭНов в бак в качестве косвенного обогревающего элемента. Выбирая вакуумный гелиоприбор нужно смотреть на наличие нескольких колб длиной до 2 м и шириной до 60 мм. Для обеспечения эффективного термогенеза внутри должна быть прямая или U-образная вставка.
  4. Воздушные тепловые солнечные коллекторы отличаются предельной простотой конструкции, выдерживают низкие температуры, редко требуют ремонт, но намного слабее прогревают комнаты в доме. Короткие трубки малого диаметра снижают расчетный показатель выработки нагрева, поэтому применяют такие агрегаты в регионах с теплым климатом, длительным световым периодом.
  5. Измеряемая в кВт мощность приборов является номинальной. Показатель применим только для измерения количества тепла, производимого в период высшей точки солнечной активности. Для утра и вечера расчет не является актуальным. В ночное время суток используется накопленная за день энергия. Именно она поддерживает уровень тепла в помещениях, поэтому следует учитывать мощность сопрягаемой с коллектором системы и проверить способность длительного сохранения тепла.

Важно! Если в продаже предлагается устройство с низким уровнем энергосбережения, то для морозных зим такие агрегаты не подходят. Также не рекомендуется подбирать водные проводники, которые при агрессивных понижениях температуры попросту замерзнут.

  1. Если выбрать вертикальные способы монтажа коллекторов, то обеспечивается автоматический сход снега, но КПД будет снижен.

Самое выгодное размещение коллектора – поворот лицевой стороной на юг, максимально допустимое отклонение от южного направления не должно превышать 30 градусов. Для обеспечения высокой эффективности системы в течение всего года, необходимо рассчитывать угол установки. равный показателю широты местности.

На заметку! Проектирование системы следует поручить профессионалу. Специалист подберет оптимальные варианты конструкций, способ крепления к крыше, произведет замеры и продумает оправданность применения дополнительных каркасов.

Схемы подключения коллекторов

Типичные схемы установки коллекторов приводятся без указания типа оборудования. Важно соблюдать основное правило – гелиосистема должна передавать преобразованную солнечную энергию теплоаккумулятору, в качестве которого может выступать буферная емкость отопления или бойлер ГВС, оборудованные теплообменником для подключения солнечного коллектора.

Для регионов с суровыми зимами, малой продолжительностью светового дня аккумулятор в обязательном порядке оборудуется косвенным нагревательным элементом, иначе в пасмурную погоду и зимой тепла можно и не дождаться. Схема с самотечной транспортировкой жидкости считается более практичной, но для самостоятельного движения теплоносителя охладитель нужно располагать выше, чем нагреватель. Поэтому низ бака размещается на расстоянии минимум 0,5 м выше, чем верхняя точка гелиосистемы.

Если бойлер размещен в верхней части чердака, подойдет схема расположения коллектор на крыше. Трубы следует обернуть теплоизоляционными материалами толщиной до 100 мм, а для снижения гидравлического сопротивления системы применяются трубы большего диаметра.

При системе, в которой коллектор прогревает бойлер косвенного нагрева (в прогревании также участвует и котел), целесообразнее применять насос и установить бойлер в котельной возле котла.

Рекомендуем к прочтению:

Если применяется схема подключения гелиосистемы на буферную теплоаккумулирующую емкость, например, для круглогодичного использования системы и прогрева солнечной энергией всей системы отопления в доме, подойдет такой вариант размещения.

Для существующих систем отопления в доме применяется следующий вариант интеграции оборудования. Таким образом солнечный коллектор подключается на отдельный бак-аккумулятор, менять оборудование не придется.

Для обустройства системы пригодится аварийный клапан повышенного давления, расширительный бак объемом от 0,1 объема контура и автоматический воздухоотводчик. Для предупреждения ухода воды из бойлера нужно смонтировать на холодный трубопровод обратный клапан. Монтаж обязательной автоматики управления циркуляционными насосами приводит к удорожанию проекта, но в противном случае систему придется включать и отключать вручную, например, когда нагрева от солнца нет.

Совет! Если солнечный коллектор используется круглый год, в качестве теплоносителя заливается незамерзайка. Для сезонного применения коллектора в систему закачивается вода, а перед заморозками жидкость нужно слить.

Как сделать солнечный коллектор самостоятельно?

Для изготовления солнечного воздушного обогревателя, который будет работать зимой и летом потребуется:

  • рама из деревянных плашек с фанерным дном размером 150х150 см;
  • планки с сечением 2х4 см;
  • пленки изоляционная и рефлектирующая;
  • зачерненный лист металла;
  • сетка зачерненная;
  • лист поликарбоната с наклеенной УФ-пленкой;
  • 2 вентилятора;
  • 2 обратных клапана для монтажа на выходе из коллектора.

Как сделать воздушный солнечный коллектор для отопления дома своими руками:

  1. Фанерное днище размером 150х150 см раскроить на две части размерами 105х150 см и 45х105 см. Теперь эти части соединить между собой планкой.
  2. Выстлать полотно изоляционной пленкой со светоотражающими свойствами. Высверлить в днище снизу 2 дырки размером в 10 см для забора холодного воздуха из дома и 2 отверстия сверху того же диаметра для вывода теплых потоков воздуха из коллектора. В отверстия снизу впоследствии будут вмонтированы вентиляторы для затягивания потоков в коллектор, а на верхние потом установятся обратные клапаны для блокировки движения воздуха при отключенных вентиляторах.
  3. Фанерную конструкцию рамы нужно утеплить рефлектирующей и изоляционной пленкой. Это снизит теплопотери коллектора. Лучше всего подходит алюминизированная пленка, которая хорошо отражает тепловые лучи, поступающие от перегретого абсорбера.
  4. Абсорбером выступает лист металла, выкрашенный черной краской. К внутренней стороне абсорбера прибить сетку, которая нужна для изменения структуры воздушного потока, создаваемого вентиляторами. Вся конструкция прибивается к раме коллектора. Получается, что втянутый в коллектор холодный воздух из дома будет проходить вдоль сетки, прогреваться и становится однородным по температуре.
  5. Присоединить к вентиляторам питание, установить приборы в нижние отверстия. Мощность вентиляторов 14 Вт, этого достаточно для обеспечения поступлений на коллектор от 3 кВт/час.
  6. Для снижения теплопотери абсорбер закрывается листом прозрачного поликарбоната. Такие листы уже оклеены пленками для защиты от УФ-излучения.

Выглядит система на крыше следующим образом.

Но изготовленный воздушный коллектор можно установить на стену дома, для чего просверлить 4 отверстия, диаметр которых равен 10 см, затем установить гелиосистему. Это простейший вариант воздушного коллектора, который успешно применяется на практике и изготавливается с минимальными затратами, но есть вариант обустройства конструкции с помощью других подручных средств, например, как на видео ниже.

Солнечный воздушный коллектор SolarVenti — Биолан

[TS_VCSC_Fancy_Tabs_Container tabs_preloader=»15″ tab_contid=»e9a2a3cd-409e-9″][TS_VCSC_Fancy_Tabs_Single title=»Сушка помещения» tab_id=»86ce54c2-308e-3″ padding=»padding-top:0px;padding-right:0px;padding-bottom:0px;padding-left:0px;»]

SolarVenti  использует нагретый наружный воздух как средство для осушения помещения.

Солнце подогревает воздух в панели до температуры, которая выше температуры воздуха  в доме. Этот нагретый воздух вдувается, вентилятором, в здание, а влажный воздух вытесняется из помещения наружу.

SolarVenti незаменим для подвальных помещений, в которых  очень часто возникает проблема высокой влажности.

Во многих домах с пластиковыми окнами наблюдается такой эффект, как запотевание окна. На стеклах образуется водный конденсат, в обиходе закрепилось выражение — «окна плачут«.Как относиться к этой проблеме и что можно сделать для её устранения?

Главное, успокоиться и не паниковать. То, что ваши окна «плачут» — говорит о том, что они установлены качественно и полностью герметично.

Решение проблемы — SolarVenti.

Чтобы исключить риск выпадения конденсата на окнах, а в дальнейшем появления плесени, нужно избавиться от повышенной влажности воздуха в помещении.

Для этих целей и разработан солнечный воздушных коллектор SolarVenti.

С SolarVenti окна перестанут плакать, а риск появления плесени сводится к нулю. Грамотно подобранный и смонтированный солнечный коллектор SolarVenti улучшит микроклимат во всем доме.

SolarVenti сушит, проветривает и нагревает воздух в помещении полностью автономно.

[/TS_VCSC_Fancy_Tabs_Single][TS_VCSC_Fancy_Tabs_Single title=»Обогрев дома» tab_id=»229ab9fb-c50b-3″ padding=»padding-top:0px;padding-right:0px;padding-bottom:0px;padding-left:0px;»]

[/TS_VCSC_Fancy_Tabs_Single][TS_VCSC_Fancy_Tabs_Single title=»Охлаждение дома» tab_id=»1487080449719-2-0″ padding=»padding-top:0px;padding-right:0px;padding-bottom:0px;padding-left:0px;»]

Солнечные воздушные  коллекторы SolarVenti могут регулировать подачу нагретого воздуха в помещение и охлаждать  комнаты в доме, когда солнце и температура наружного воздуха становится слишком жаркой.

Модели SV7 / SV14 / SV20 SV30 разработаны для этой цели, имеют доп. опцию, которая содержит дополнительный вентилятор. Этот дополнительный вентилятор, установленный на северном  фасаде, что на теневой стороне,  подключается к SolarVenti  и термостату установленным  в доме.

Когда температура в помещении достигает установленной термостатом температуры, коллектор остановиться. Вместо этого, охлаждающий вентилятор начнет работать. А так как второй вентилятор подает воздух в дом из теневой (северной) стороны, то он будет понижать температуру в помещении. Таким образом, нагнетается попеременно холодный и теплый воздух в дом — в зависимости от конкретной необходимости (сигнала термостата).

Дополнительный вентилятор на теневой стороне приводится в действие от солнечного элемента, установленного в SolarVenti солнечной панели коллектора воздуха. Это означает, что дополнительный вентилятор также может свободно работать автономно.

В рабочий режим , солнечный коллектор входит как только начинает светить солнце. Солнечные лучи генерируют электричество в  ячейках встроенного солнечного фотоэлемента, в следствии чего начинает работать вентиляторы. Вентилятор всасывает свежий воздух через заднюю панель внутрь солнечного коллектора, где воздух подогревается и вдувается в дом.

В жаркие летние дни, не требуется дополнительный подогрев. Вы можете отключить систему и благодаря запатентованной SolarVenti задней перфорированной пластины, коллектор в состоянии охлаждать себя, от перегрева. Солнечные воздушные коллекторы SolarVenti  являются единственными на рынке системами, которые имеют пассивное саморегулирующее охлаждение и могут самоохлаждаться в чрезвычайно солнечном климате. Модели других производителей имеют дополнительный вентилятор для охлаждения.

Воздушный солнечный коллектор своими руками как собрать и изготовить

Изготовление солнечных воздушных коллекторов своими руками

Солнечные воздушные коллекторы применяются для дополнительного обогрева жилых или не жилых помещений в холодный период года, с помощью теплого воздуха, который нагревается за счет энергии солнца. В данном разделе вы узнаете, как сделать солнечный воздушный коллектор своими руками из подручных материалов и минимальными затратами.

Солнечный воздушный коллектор (теплогенератор) из пивных алюминиевых банок

Материалы для изготовления солнечного воздушного коллектора (теплогенератора), могут быть весьма разнообразны, но наиболее дешевый и эффективный вариант, это использование алюминиевых банок из под пива или напитков.

Использование солнечного воздушного коллектора для зимнего обогрева курятника

Обогрев курятника должен быть эффективным и экономным, и при желании затраты на обогрев можно сократить используя энергию солнца. А всего-то на стенке курятника необходимо соорудить не сложный солнечный воздушный коллектор.

Компактный, оконный, солнечный воздушный коллектор

При желании, можно сделать более практичный солнечный воздушный коллектор, который в любую минуту можно снять и отправить в кладовку, и с этим справится любая домохозяйка, не прибегая к помощи мужской силы.

Как сделать оконный солнечный воздушный коллектор для обогрева квартир

Не будем забывать, что конструкция солнечных воздушных коллекторов довольно гибкая, и их вполне можно приспособить для отопления квартир, всего, то, нужно установить его в оконный проем. Хотя не стоит обольщаться, применять такую конструкцию, можно, только если ваши окна выходят на юг

Солнечный воздушный коллектор из корпуса потолочного светильника

Думаю, многие встречали, эти ужасные потолочные светильники (металлические короба), которые использовались на предприятиях. Даже сейчас их можно встретить в некоторых производственных помещениях. Но с другой стороны, предприятия модернизируются, делают ремонт, и эти светильники, десятками, а, то и сотнями выкидывают в металлолом, которые в свою очередь, под лозунгом «в хозяйстве пригодится» растаскивались работниками.

Возможно, и в вашем хозяйстве завалялся подобный светильник, который так и не нашел своего применения. Но применение такому светильнику имеется, и он может послужить для обогрева вашего дома, хоз помещения или теплицы.

Строительство солнечного воздушного коллектора площадью 9кв.м.

При строительстве солнечных воздушных коллекторов есть одна простая закономерность, а именно, чем больше площадь коллектора, тем эффективнее он работает, а значит, способен отопить больше площадь.

500 Вт солнечный воздушный коллектор из гофрированной воздуховодной трубы

С приходом холодов, каждый задумывается об обогреве своего жилья, подсобных помещений, теплиц и т.д., однако с каждым годом цены на энергоносители постоянно растут, и наибольшая статья расходов в холодное время года как раз приходится на отопление. Однако эту статью расходов можно уменьшить, если в качестве дополнительного отопления использовать бесплатную энергию солнца, при помощи нехитрого устройства – солнечного воздушного коллектора, который можно изготовить своими руками.

Солнечный воздушный коллектор из старой двери

Солнечный воздушный коллектор, это настолько гибкая конструкция, что если понимать его принцип действия, то его можно сделать из чего угодно, даже из старого хлама, о чем собственно и пойдет речь. И если внешний вид вас не смущает (например, будет использоваться для отопления теплицы), то для изготовления солнечного воздушного коллектора, можно использовать старую дверную коробку с дверью, которая возможно завалялась в закромах после ремонта.

Как сделать солнечный воздушный коллектор из водосточных труб 2

Основной недостаток солнечного воздушного коллектора в том, что его необходимо устанавливать на стене дома с южной стороны, и часто бывает, что как раз южная сторона дома является лицевой. Соответственно, чтобы солнечный воздушный коллектор не портил фасад дома, нужно его сделать таким, чтобы он вписывался в экстерьер дома или был незаметным и сливался с фундаментом дома.

Воздушный солнечный коллектор — самостоятельный монтаж

Сегодня среди жителей частных домов остро стоит вопрос о функциональной и экономной системе отопления. В наше время не нужно закупать дорогое топливо и заботиться о перевозке. Хозяевам предлагается воспользоваться неограниченными природными ресурсами. Воздушный солнечный коллектор — это устройство, которое перерабатывает энергию солнца в тепло и поставляет ее в дом. Необязательно покупать готовые аппараты, вроде солар фокс. Обогреватель можно сделать своими руками.

Современные аппараты используются как дополнительное оборудование для отопления, которое перерабатывает солнечный свет в топливо для помещения. Но оно гарантирует хозяевам качественный обогрев воды и отопление лишь для жителей южных территорий, где большую часть года тепло. И это только в том в случае, если коллекторы имеют довольно большие размеры и поставлены на незатемненных дворах. Вне зависимости от видов агрегаты работают по одному общему принципу.

Каждая гелиосистема — это система контуров с поочередным месторасположением приборов, вырабатывающих тепло и передающих его в помещение. Ведущими рабочими органами считаются солнечные батареи на фотоэлементах.

Солнечные коллекторы лишь помогают в выработке дополнительного тепла. Всецело переводить отопление дома на такой вид небезопасно по причине невозможности предугадать точный прогноз и количество дней с безоблачной погодой.

Коллекторы представлены как система труб, объединенных поочередно с выходной и входной магистралями или же имеющих вид змеи. По соединениям протекает вода (если устройство работает от воды), смешанная с антифризом. Циркуляцию обеспечивают физические особенности жидкости: испарительные процессы, изменение давления и прочие.

Сбор и обработка энергии солнца выполняется с помощью абсорберов. Это или сплошная пластина из железа с матовой внешней поверхностью, или система нескольких пластинок, которые соединены с трубами.

Для конструирования верхней части корпуса и крышки применяются расходники со способностью принимать лучи. Довольно популярными материалами профессионалы называют оргстекло, аналогичные полимеры, жаропрочное стекло.

Для исключения потерь энергии с тыла устройства в него помещается слой термоизоляции.

Стоит отметить, что полимеры недостаточно стойко выдерживают воздействие ультрафиолета. Что касается пластика, то он способен деформироваться от повышенной температуры, а это нередко приводит к разгерметизации аппарата. Вследствие этого внедрение аналогичных расходников для оборудования корпуса коллектора следует исключить.

Воду как теплоноситель хозяева могут использовать лишь только в системах, специализированных для подачи дополнительного тепла в осень и весну. В том случае, если владелец собирается использовать систему на протяжении всего года, то в самую первую осень следует долить до воды необходимое количество антифриза.

В некоторых гелиосистемах энергия образуется с помощью воздуха. Каналы для обеспечения его циркуляции можно изготовить из простого профнастила.

Если солнечный коллектор планируется для подогрева маленького строения, не зависимого от централизованной системы отопления жилого дома, то следует построить самую примитивную конструкцию с одним контуром и прибором для нагрева в начале магистрали. Схема настолько проста, что ее не нужно обеспечивать насосами. Но максимально ее использовать можно только в летний период.

При подключении коллектора в двухконтурную конструкцию все обстоит гораздо труднее, но и количество подходящих для использования дней значительно увеличено. Устройство начинает работать сразу же с одного контура. Основная нагрузка приходится на ведущую магистраль, которая работает от электричества или топлива.

Чтобы собрать солнечный коллектор, хозяин может взять уже составленную схему.

Независимо от производителей энергии и числа ясных дней, любой солнечный аппарат пользуется большим спросом среди владельцев частных домов и дач. Они очень популярны среди людей, которые заботятся о природе и стараются окружать себя экологически чистыми предметами, без загрязнений и вредных выбросов.

Есть довольно много факторов, по которым систематизируют те или другие оборудования. Впрочем, для устройств, подлежащих самостоятельной сборке и применимых для отопления помещений, более оптимальным станет деление по типу. Так, системы делятся на водные и воздушные. Чаще всего хозяева делают выбор в пользу первых.

Простой паровой коллектор можно соорудить из гофры. Еще потребуется теплоизолятор из фольги и фанерная панель для коробки. Для начала следует обработать гофру, прокладывая ее в нужном порядке. Прибор окрашивается темной краской. Далее идет монтаж подводов для поступления и циркуляции воздуха.

Нередко применяется классификация по максимальной температуре, до которой доходят трубы.

Низкие температуры. Самая высокая их температура – 50 градусов. Используются для нагрева воды в огородных баках, санузлах с июня по август и для комфорта в холодные вечера.

Средние температуры. Их пик нагрева составляет 80 градусов. Они хорошо отапливают комнаты и другие постройки. Подходящий вариант для частного дома и дачи.

Высокие температуры. Самый большой показатель, которого достигает устройство – 300 градусов. Такой коллектор желательно использовать только для промышленности: заводских помещений, цехов и др.

Конструирование прибора самостоятельно — интересная процедура, которая приносит очень много пользы. Она позволяет правильно применять энергию солнца, решить большое количество значительных хозяйственных вопросов.

Поглощающая панель изготовлена из сотового поликарбоната, окрашенного в темный цвет. Верхний и нижний края панели, т. е. отрытые торцы каналов поликарбонатного листа, вставлены в разрезанные вдоль трубы.

Пошаговая инструкция по основным этапам работы:

  • монтаж поглощающей панели;
  • подсоединение аккумулятора к задней стенке;
  • термоизоляция для аккумулятора;
  • сборка устройства;
  • вставка металлопрофиля;
  • сверление отверстий для соединения с трубами;
  • сварка всех составляющих;
  • установка стойки для готового аппарата.

Самым простым и недорогим материалом для изготовления солнечного коллектора среди профессионалов всегда считалась древесина. В строительных магазинах в специальных отделах представлены различные брусья, доски, плиты, панели и другие товары. Что касается металла, то он стоит значительно дороже, но его отличает высокая прочность.

На каждый расходник у продавца в обязательном порядке должен быть сертификат качества, в котором есть отдельный пункт, посвященный требованиям к постройкам и конструкциям на улице. Обычно на продукцию дается гарантия сроком на 30 лет. Для того чтобы материалы прослужили это время, нужно смотреть на характеристики и по возможности приобрести средства защиты.

Если хозяин планирует изготовить деревянный корпус, то его стоит обработать специальными пропитками и антисептиками. Они помогут защитить древесину от насекомых, плесени и случайно проскочивших искр.

Главным принципом, которому нужно следовать при составлении проекта и практической части, считается доступность материалов в соотношении стоимости и финансовых возможностей владельцев. То есть, имеются ли они в свободном доступе или коллектор можно собрать из подручных средств.

Есть множество оптимальных для сборки, к примеру, ПВХ или же ПП труба с угловыми фитингами. Известны модели, изготовленные из пустых пивных банок. Для предотвращения утрат тепла на дно короба стелется изоляция. Как правило, это пенопластовые плиты или минеральная вата. Сегодня строительная индустрия выпускает довольно большое количество изолирующих материалов на любой вкус.

Для утепления короба разрешается использование фольги. Она гарантирует и удержание тепла, и отблеск лучей от плоскости.

Если для изоляции применяется пенопластовая или пенополистирольная плита, то трубам и магистралям необходимо обеспечить канавки. Абсорбер помещается на защиту сверху и надежно крепится к днищу корпуса методом в зависимости от расходника.

Приемник тепла — абсорбирующая составляющая конструкции. Это целая система труб, где нагревается теплоноситель, и элементов, произведенных в большинстве из листов меди. Наилучшим материалом для создания теплоприемника являются трубы из меди. Мастера-самоучки придумали другой альтернативный вариант — спиральный теплообменник из полипропиленового шланга.

Любопытно и такое решение — абсорбер гелиосистемы из гибкой полимерной трубы. Чтобы соединить все детали между собой, требуется использовать фитинги нужных размеров.

Для солнечного коллектора в доме и гараже можно найти много полезных деталей от старой бытовой техники. В этот перечень входят теплообменник из ненужного холодильника, водопроводные трубы с основой из полиэтилена, старые батареи. Необходимым аспектом для производительности является теплопроводность.

Для сборки коллектора своими руками наилучшим вариантом считается медь. Она обладает теплопроводностью, которая равняется 394 Вт/м?. У алюминия данный параметр может меняться – 202-236 Вт/м?.

Трубы из меди давно зарекомендовали себя как наилучший материал для теплоприемника. Но это не означает, что другие отстают от них по всем параметрам.

При равных критериях производительность теплообменника из меди станет на 20 процентов больше, чем у металлопластика. Но второй материал значительно выгоднее.

Любую трубу, независимо от расходника, в обязательном порядке следует герметизировать. Они прокладываются в параллельном направлении, или же хозяева могут использовать принцип змеевика. Кстати, это самый надежный метод, потому что понижает риск возникновения дыр и гарантирует более равномерное перемещение воздуха.

Вершина короба, в котором располагается теплообменник, запирается стеклом. Вместо него можно применить современные материалы, наподобие акриловых полимеров или же цельного поликарбоната. Пластину лучше выбрать рифленую или матовую. Некоторые хозяева закрывают пространство полиэтиленовой пленкой в несколько слоев.

После сооружения конструкции следует тщательно проверить на наличие всех деталей. Если все на месте – можно переходить непосредственно к монтажу.

Для начала хозяину следует установить аванкамеру. Она располагается в самой высокой точке – чердак, эстакада, крыша. Здесь следует помнить о весе в зависимости от типа нагревателя. Если планируется водяной коллектор, то его масса будет гораздо больше, чем у воздушного. Но перекрытия на всякий случай лучше еще раз все проверить.

После этого монтируется короб. Наиболее надежное и оптимальное месторасположение для него – южная сторона. А угол наклона должен равняться максимум 45 градусам.

Затем все проложенные трубы объединяются в одну систему. Каждая из них снабжается поперечниками. Самый маленький имеет размеры в полдюйма, и он применяется для прибора напорной части системы.

Чтобы энергия не терялась при передвижении воздуха, необходимо каждую трубу изолировать. Для этого можно применить пенопласт, базальтовую вату или фольгу. Это касается и аванкамеры.

Обычным и легкодоступным вариантом термоизоляции накопительной емкости считается сооружение вокруг фанерного или дощатого короба. Зазоры наполняются утеплителем – шлаковатой, смесью сухой травы с глиной, опилками.

Впоследствии монтажа всех составляющих и утепления части систем необходимо подключить вентиляторы и терморегуляторы. Постепенно коллектор заполнится воздухом и нагреется. Обязательно стоит проверить работу клапанов, которые будут препятствовать циркуляции воздуха в нерабочее время.

Увеличение температуры случается в том числе и в облачную погоду. Подогретый теплоноситель начинает подниматься в верхнюю часть накопителя. Циркуляция воздуха осуществляется до того момента, пока жар теплоносителя, поступающего в радиатор, не будет равен температурному режиму у выхода из аппарата.

Воздушный солнечный коллектор своими руками как собрать и изготовить

Используя недорогие подручные материалы и простое оборудование, можно собрать эффективный воздушный солнечный коллектор для обогрева дома.

Устройство работает по простому принципу: черная поверхность поглощает солнечное тепло и отдает его воздуху. Пока на коллектор светит солнце, абсорбер нагревает нагнетаемый вентиляторами холодный домашний воздух. В помещение возвращается уже нагретый воздух — благодаря такой вентиляции температура в помещении постепенно повышается.

Воздушный солнечный коллектор обычно устанавливают на крышу или на южную стену дома, предварительно сделав четыре отверстия диаметром около 10 см, объясняет кандидат технических наук, автор многочисленных публикаций об энергосбережении и книги «Энергосберегающие коттеджи» Юрий Дудикевич.

«Через нижние отверстия в стене прохладный домашний воздух будет подаваться на коллектор, нагреваться и возвращаться обратно в помещение через верхние отверстия, — объясняет специалист. — На выходе коллектора устанавливаются обратные клапаны, которые блокируют движение воздуха при отключенных вентиляторах».

Согласно подсчетам эксперта, воздушный солнечный коллектор позволяет получать 1,5 кВт*ч тепловой энергии на один квадратный метр площади. «Например, 10 коллекторов, площадью два метра каждый, могут давать 30 кВт*ч в солнечный день, — объясняет украинский инженер. — В декабре, когда температура воздуха на улице достигала -6 ° С, суммарная выходная тепловая энергия коллектора в течение солнечного дня (7:00) составила 6 кВт*ч, а эффективность — не менее 50%, а в октябре коэффициент полезного действия устройства повысился до 75 %».

Теплый воздух из солнечного нагревателя лучше направить под пол, советует эксперт. «Устроить это можно посредством плоских прямоугольных воздуховодов шириной 30 и высотой 5 сантиметров, — объясняет Юрий Дудикевич. — Их можно изготовить своими руками из оцинкованной жести, к тому же они имеют большую площадь поверхности, чем круглые трубы, и поэтому лучше отдают тепло».

При этом необходимо обязательно обернуть в теплоизоляцию каналы и пол, отмечает специалист, добавляя, что отличными свойствами обладает природный утеплитель из извести и костры льна или конопли.

Воздушный солнечный коллектор может использоваться не только для обогрева дома, но и для отопления парников, сушки неотапливаемых помещений, сушки фруктов и овощей, а также древесины весной, летом и осенью.

По словам эксперта, воздушный коллектор – самым дешевым средством обогрева дома. «За водяную солнечную систему надо отдать не менее 4 тыс. евро, а воздушный аналог, который не уступает по эффективности, можно сделать собственноручно за 100 евро, — отмечает Юрий Дудикевич. — Такие устройства благодаря доступным материалам можно собирать даже на уроках труда в школе».

Для изготовления воздушного солнечного коллектора нужны базовые знания, а также материалы и инструменты, которые можно купить в ближайшем магазине или найти в собственном хозяйстве.

Чтобы смастерить солнечный воздушный обогреватель, который может работать и зимой, понадобится деревянная рама с фанерным дном, изоляционная и рефлектирующая пленка, металлический лист, зачерненная сетка и лист прозрачного поликарбоната. К тому же нужны два вентилятора, и два обратных клапана, которые устанавливаются на выходе из коллектора.

Фанерное днище размером 1500х1500 мм нужно раскроить на две части: 1050х1500 мм и 450х1050 мм (соединяются между собой планкой сечением 20х40 мм) и вырезать четыре отверстия для движения вентилируемого воздуха (можно использовать форматно-раскроечный станок).

В днище устланном изоляционной пленкой с теплоотражающим свойствам необходимо просверлить снизу два отверстия диаметром 10 см для забора холодного домашнего воздуха и два отверстия сверху — для отвода горячего воздуха из коллектора. «В нижние отверстия мы будем монтировать вентиляторы, с помощью которых холодный воздух будет втягиваться в коллектор, а на верхние позже установим обратные клапаны, которые будут блокировать движение воздуха при отключенных вентиляторах», — объясняет Юрий Дудикевич.

Утепление фанерного днища рамы изоляционной и рефлектирующой пленкой помогает уменьшить теплопотери коллектора. Алюминизированная пленка отражает тепловые лучи, которые поступают от нагретого абсорбера.

Основной элемент коллектора — абсорбер – окрашенный в черный цвет металлический лист.

К внутренней стороне абсорбера прибивается металлическая сетка, которая меняет структуру воздушного потока, создаваемого вентиляторами, и вся эта конструкция монтируется к раме коллектора.

«Втянутый в коллектор холодное домашний воздух движется вдоль сетки, прогревается и становится температурно однородным», — объясняет Юрий Дудикевич.

Далее присоединяем питание к вентиляторам и монтируем их в отверстия, которые будут находиться снизу.

«Два вентилятора Домовент ВКО-100 создают воздушный поток скоростью 200 м3/ч, — объясняет эксперт. — Мощность одного вентилятора составляет 14 Вт при дневных солнечных поступлениях на коллектор от 3 кВт*ч и больше».

Для установки воздушного коллектора необходимо просверлить в стене четыре отверстия диаметром 10 см.

И наконец — для уменьшения теплопотерь абсорбер накрываем листом прозрачного поликарбоната, который имеет защитную пленку от губительного ультрафиолетового излучения.

Видео: как собрать воздушный коллектор своими руками из пивных банок

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Солнечный коллектор своими руками — обзор, обвязка.


Навигация по записям

Разработка и оценка инновационного солнечного коллектора воздуха с прозрачным абсорбером и крышкой

Применение солнечных коллекторов — популярный инструмент для использования солнечной энергии. В этой работе плоский солнечный воздушный коллектор был исследован под прямым солнечным излучением с целью повышения термической эффективности солнечного воздушного коллектора с решетчатой ​​стеклянной крышкой, перфорированными алюминиевыми листами абсорбера (пористость 0,0177, 0,0314 и толщина поглотителя 1,25, 2,5. мм), что лучше всего подходит для солнечной сушилки.Было оценено влияние пористости и толщины на характеристики поглотителя коллектора. Были приняты шесть уровней массового расхода воздуха (от 0,0056 до 0,0385 кг · м −2 с −1 ). Испытания проводились в трех повторностях в дни с очень ясным небом в сентябре и октябре. Результаты экспериментов показали, что термический КПД коллектора увеличивался за счет увеличения пористости поглотителя. Поглотитель с меньшей пористостью показал лучший тепловой КПД при меньшем потоке воздушной массы.При минимальном расходе воздуха эффективность абсорбера с пористостью 0,0177 и 0,0314 составила 0,31 и 0,29 соответственно, тогда как при максимальном расходе эффективность резко изменилась на 0,83 и 0,88 соответственно. Этот солнечный воздухонагреватель можно использовать для сушки сельскохозяйственных продуктов, обогрева теплиц и т. Д.

1. Введение

Солнечные воздухонагреватели по своей природе обладают низким тепловым КПД из-за низкой теплоемкости и низкой теплопроводности воздуха по сравнению с жидкостными солнечными коллекторами [1].Многие исследователи пытались повысить эффективность солнечных воздухонагревателей, обеспечивая тесную теплопередачу между воздухом и поглощающей средой. Основная проблема — низкий коэффициент теплопередачи между поглотителем и воздухом, что снижает тепловой КПД [2]. Улучшение конструкции солнечных коллекторов приведет к повышению производительности системы. В солнечных коллекторах использовались различные абсорбирующие пластины и системы остекления, о которых сообщалось в литературе, пористый (просвечивающий) абсорбер и непористый, а также различные типы остекления.Основным недостатком непористого поглотителя является отсутствие полной теплопередачи между поглотителем и жидкостью, что приводит к низкому тепловому КПД, поскольку коэффициент конвективной теплопередачи между воздухом и пластиной поглотителя довольно низкий, следовательно, температура пластины поглотителя будет высокой. и радиационные потери довольно велики. В пористом типе поглощение солнечного лучистого тепла и тепловая конвекция между воздухом и поглотителем может эффективно усилить воздух, проходящий через поглотитель коллектора, что улучшает качество коэффициента теплопередачи и тепловой КПД, поэтому он будет лучше по тепловым характеристикам в сравнение с непористым поглотителем-коллектором [3].Пористые пластины поглотителя изучались в различных исследованиях, таких как поглотитель из резаной алюминиевой фольги [4], проволочные сетки [5, 6], стекло для розничной торговли [7], куски угля [8], полые сферы [9], страницы, сделанные из черного синтетического волокна [10] и плотной черной хлопчатобумажной ткани [11]. Преимущество пористого поглотителя связано с меньшим рассеиванием тепловой энергии в окружающую среду за счет поглощения и глубины проникновения солнечного излучения [1].

В исследовании, проведенном Whilier, 1964 [12], на солнечном воздушном коллекторе было обнаружено, что использование прозрачного слоя покрытия необходимо для повышения экономической эффективности коллектора.Zomorodian et al., 2001 [11] изучали коллектор с толстым поглотителем из черной хлопчатобумажной ткани и решетчатой ​​стеклянной крышкой с вертикальным расстоянием между решетчатыми стеклянными листами (прозрачной крышкой) 3, 5, 7 и 9 мм для уменьшения потерь тепла от верхней части. часть коллектора и для увеличения теплового КПД.

В ходе исследования влияния направления ветра на тепловые характеристики было обнаружено, что термический КПД повышается, когда ветер дует перпендикулярно направлению канавок, а самый низкий коэффициент достигается, когда ветер дует вдоль канавок.Влияние этого изменения направления ветра на тепловой КПД составляло от 10 до 20 процентов [13].

Используя программное обеспечение FLUENT для оценки пластин числовой сетки с теплопередачей параллельно потоку всасывания, было обнаружено, что тепловые характеристики зависят от шести безразмерных параметров. Одна из этих размерных групп была x = t / D , отношение толщины к диаметру отверстия. Увеличение этого параметра увеличивало площадь поверхности теплопередачи внутри отверстия, таким образом увеличивая теплопередачу в поглощающую пластину и приводило к увеличению теплового КПД поглотителя [14].

Для увеличения коэффициента теплопередачи между поглотителем и воздухом были оценены три перфорированных алюминиевых листа с различной пористостью и толщиной 1,25 мм. Для уменьшения тепловых потерь с верхней поверхности использовался один слой простой стеклянной крышки. В результате этого исследования были представлены две лучшие пористости для листов абсорбера для лучшего теплового КПД в различных рабочих условиях [15].

Для уменьшения радиационных и конвекционных потерь и уменьшения сильного воздействия воздушного потока на верхнюю часть коллектора и направление обдува, настоящее исследование проводилось на решетчатой ​​стеклянной крышке (прозрачной крышке) с металлическим прозрачным поглотителем солнечной энергии. воздухонагреватель для уличных условий.

2. Материалы и методы

Этот прозрачный солнечный воздушный коллектор состоял из оптически прозрачного слоя из нескольких узких стеклянных листов, имеющих решетчатую форму в виде крышки коллектора с двойным остеклением, пористого алюминиевого листового абсорбера, прессованного деревянного каркаса, покрытого дном. слой утеплителя из стекловаты толщиной 50 мм. Опытный коллектор экспериментального размера показан на рисунке 1.


2.1. Стеклянная крышка

Входящий воздух поступал через щели, образованные решетчатой ​​крышкой коллектора.Это всасывание воздуха восстанавливает часть коротковолнового излучения, поглощаемого стеклянными листами, и вызывает лучшее охлаждение кусков стеклянного покрытия. Более того, поскольку воздух проходит вниз через абсорбер с более равномерно распределенным рисунком, пластина абсорбера будет более равномерно охлаждаться охлаждающей жидкостью. Десять листов стекла (20 × 70 см) толщиной 4 мм и вертикальным расстоянием между прорезями (воздушным зазором) 4 мм использовались в качестве решетчатой ​​стеклянной крышки с двойным остеклением [11], как показано на рисунках 2 и 3.



2.2. Пластина абсорбера

В данном исследовании два пористых алюминиевых поглотителя с эффективной площадью поверхности 106 × 75 см, пористостью 𝑃1 = 0,0177 (диаметр отверстия 3 мм и шаг 2 см) и 𝑃2 = 0,0314 (диаметр отверстия 2 мм и шаг 1 см). и толщины 𝑡1 = 1,25 и 2 = 2,5 мм использовались для исследования влияния пористости и толщины на тепловой КПД коллектора. Расположение отверстий на обоих поглотителях имело квадратную форму, как показано на фиг.4. Поверхности поглотителей затем были окрашены в черный матовый цвет.


2.3. Установка абсорбера

Для поддержания равномерного расхода воздуха через пластину абсорбера вдоль и поперек направления воздушного потока площадь поперечного сечения между абсорбером и стеклянной крышкой в ​​направлении потока поддерживалась постоянной, 1 = 2, как в Рисунок 2.

Абсорбер смонтирован в корпусе коллектора в виде наклонной пластины. Для установки стеклянной крышки был изготовлен деревянный каркас прямоугольной формы (внутренние размеры 70 × 105 см, высота передней стенки 2 см, высота задней стенки 9 см), рисунок 3.Для установки корпуса коллектора и воздушного редуктора был возведен табурет из металлического краеугольного камня длиной 105, 70, 65 см соответственно. Этот колесный носитель также использовался для изменения угла наклона пластины амортизатора на юг, как показано на рисунке 1.

2.4. Контрольно-измерительные приборы

В данном исследовании 12 интеллектуальных датчиков температуры (SMT-160 ± 0,5 ° C) использовались для измерения температуры в различных местах абсорбера, входящего и выходящего воздуха. Два датчика на отверстии для впуска воздуха, датчик на выходе для воздуха и шесть наверху и внизу пластины абсорбера симметрично рядом с отверстиями абсорбера для измерения температуры воздуха до и после прохождения через пористый абсорбер.Вдоль направления воздушного потока на пластине абсорбера были установлены три затемненных датчика для контроля температуры корпуса абсорбера.

Центробежный вентилятор с постоянной скоростью (Парма, 1400 об / мин, 50 Гц, Италия) использовался в качестве источника воздушного потока, подключенного к инвертору (N50-015SF, 1,5 кВт, Корея) для изменения скорости воздушного потока. Скорость воздушного потока измеряли с помощью анемометра (Lutron, Тайвань) в трубе из ПВХ (внутренний диаметр 10 см), соединенной с выходным каналом коллектора. Скорость воздушного потока была преобразована в расход воздуха путем умножения средней скорости воздушного потока на площадь поперечного сечения внутреннего воздуховода.Кроме того, для измерения интенсивности солнечного излучения использовался пиранометр кремниевого типа (Caselia, w, 0–2000 ± 1 w, Великобритания).

2,5. Методика эксперимента

Испытательная установка находилась на сельскохозяйственном факультете Ширазского университета. Наклон коллектора и пиранометра с учетом (1) и в соответствии с 30 градусной широтой шираза был установлен на 45 градусов к югу [1] 𝛼 = местная высота +15. (1)

В каждой серии экспериментов (каждый поглотитель) измерялся тепловой КПД коллектора для шести уровней расхода воздуха (0.0056, 0,0118, 0,018, 0,0235, 0,029 и 0,0385 кг · м −2 с −1 ). Для установки каждой скорости потока использовался инвертор для изменения оборотов двигателя, затем скорость вентилятора была изменена и получен другой поток.

Испытания проводились (сентябрь-октябрь 2010 г.) в трех повторностях в дни с очень ясным небом с 11 до 13 часов, при условии, что солнечное излучение и тепловые условия окружающей среды не показали значительных изменений за это время, [16].

3. Результаты и обсуждение

Для расчета теплового КПД коллектора применялась формула (2). 𝜂 = ̇𝑚𝑐𝑝𝑇0 − 𝑇𝑖𝐺𝑇.(2)

Чтобы оценить значительное влияние соответствующих параметров на термический КПД, данные были проанализированы с использованием программного обеспечения SPSS (версия 16). Результаты показаны в Таблице 1. Результаты показали, что влияние скорости воздушного потока, пористости и толщины поглотителя было очень значительным на тепловой КПД солнечного воздухонагревателя. Показано, что тепловой КПД коллектора увеличивается за счет увеличения потока воздушного потока для четырех поглотителей (2 пористости и 2 толщины), как на рисунке 5.При низких и средних расходах воздуха возрастающая скорость очень значительна, тогда как эта тенденция сохраняется при более высоких расходах, но с уменьшающейся скоростью. Об этой тенденции изменения сообщили многие другие исследователи.


Переменная df Сумма квадратов F ​​

F ​​ 5 2.781 15322.199 **
P 1 0,009 242,393 **
Th 1 0,006 177,936 **
𝐹 ∗ 𝑃 5 0,015 84,428 **
𝐹 ∗ 𝑇ℎ 5 0,001 7,517 **
𝑃 ∗ 𝑇ℎ 1 0,000 4,972
𝐹 ∗ 𝑃 ∗ 𝑇ℎ 5 0.001 3,168
Ошибка 48 0,002

** Уровень значимости 1%.

Можно сделать вывод, что при меньших расходах воздуха коэффициент конвективной теплопередачи между пластиной абсорбера и охлаждающим воздухом имеет более низкий порядок величины, что приводит к более высокой температуре поверхности абсорбера. Более высокая температура поверхности поглотителя увеличивает конвективные и лучистые тепловые потери в верхней части.Эти результаты демонстрируют очень хорошее согласие с исследованиями многих других исследователей [4, 11].

Из-за низкой теплоемкости воздуха, небольшой разницы температур между охлаждающим воздухом и абсорбером, которая возникает при более высоком массовом потоке воздуха, эффективность коллектора увеличивается очень медленно при высоких расходах воздуха. Другими словами, тепловой КПД увеличивается при более высоких скоростях воздушного потока из-за большего контактного объема воздушного потока, что приводит к высокому коэффициенту теплопередачи, и это снижает потери тепла за счет излучения и конвекции, что приводит к увеличению эффективности.Следовательно, необходимо провести точное обоснование между повышением мощности нагнетателя и КПД коллектора при более высоких расходах воздуха.

Обращаясь к рисунку 6, можно сделать вывод, что при увеличении градиента температуры на выходе и окружающего воздуха на единицу солнечной инсоляции тепловой КПД демонстрирует тенденцию к снижению во всех коллекторах. Кроме того, за счет увеличения потока воздушной массы уменьшение разницы между температурой вытяжного и окружающего воздуха на единицу солнечной радиации приводит к увеличению теплового КПД.Этот факт может быть связан с лучшей теплопередачей между пористым поглотителем и всасываемым вниз воздухом, а также с эффектом прохождения охлаждающего воздуха через пластину поглотителя.


Самая пористая пластина поглотителя показала лучший термический КПД по сравнению с другими. Этот факт также показан на Рисунке 6, как и ожидалось. На самом деле эти два графика, рисунки 5 и 6, вполне подтверждаются друг другом.

Максимальный тепловой КПД поглотителя коллекторов с пористостью поглотителя 0.0177 и 0,0314 составили 0,83 и 0,88 соответственно при самых высоких расходах воздуха для более толстого поглотителя.

При минимальном расходе воздуха эффективность поглотителя с пористостью 0,0177 и 0,0314 составила 0,31 и 0,29 соответственно. Этот эффект может быть связан с более низким коэффициентом теплопередачи и более высокой температурой пластины поглотителя, что привело к большим конвекционным и радиационным потерям тепла.

4. Выводы

Решетчатая стеклянная крышка и воздушный солнечный коллектор с двумя различными перфорированными пластинами-поглотителями, двух толщин и при массовом расходе воздуха 0.0056 до 0,0385 кг · м −2 с −1 . Максимальный тепловой КПД 0,88 был достигнут для самой пористой и толстой пластины абсорбера при самом высоком массовом расходе воздуха, но при очень низких расходах воздуха пористость абсорбера оказывала обратное влияние на эффективность. Поглотитель с меньшей пористостью продемонстрировал более высокую эффективность.

Номенклатура
𝑃: Пористость абсорбера
∅: Диаметр отверстия
𝐴: Площадь поперечного сечения между абсорбером и стеклянной крышкой
ID: Внутренний диаметр
𝛼: Угол наклона коллектора и пиранометра
𝜂: Тепловой КПД коллектора
̇𝑚: Поток массы воздуха на единицу площади коллектора (кгс − 1 м − 2 )
𝑐𝑝: Удельная теплоемкость воздуха (jkg∘ − 1C − 1)
𝐺𝑇: Поток излучения на коллекторе (Wm − 2)
𝑇0: Выход температура воздуха (∘C)
𝑇𝑖: Температура воздуха на входе (∘C).

Модели для новых гофрированных и пористых солнечных коллекторов воздуха в переходных режимах

Были разработаны математические модели для оценки динамического поведения двух солнечных коллекторов: первый оснащен V-пористым поглотителем, а второй — Поглотитель с U-образным гофром. Коллекторы имеют одинаковую геометрию, площадь поперечного сечения и изготовлены из одних и тех же материалов, единственная разница между ними — поглотители. Поглотители с V-образным рифлением рассматривались в литературе, но смоделированные здесь поглотители с V-образным профилем не очень часто рассматривались.Модели основаны на дифференциальных уравнениях первого порядка, которые описывают теплообмен между основными компонентами двух типов солнечных воздухонагревателей. Оба коллектора подвергались воздействию солнца в одних и тех же метеорологических условиях, под одинаковым углом наклона и работали при одинаковом массовом расходе воздуха. Испытания проводились в климатических условиях Бухареста (Румыния, Юго-Восточная Европа). Есть хорошее согласие между теоретическими результатами и экспериментами. Средняя ошибка смещения составила около 7.75% и 10,55% для солнечных коллекторов с V-пористым поглотителем и с U-образным гофрированным поглотителем соответственно. Коллектор на основе V-пористого поглотителя имеет более высокий КПД, чем коллектор с U-образным гофрированным поглотителем около полудня в ясные дни. В период восхода и захода солнца коллектор с гофрированным U-образным поглотителем более эффективен.

1 Введение

Солнечные воздухонагреватели — это солнечные коллекторы, в которых в качестве рабочей жидкости используется воздух. Широко распространенные применения включают процессы обогрева и сушки помещений.Среди их преимуществ — простота обслуживания и изготовления, то, что они не замерзают и менее подвержены коррозии по сравнению с солнечными коллекторами воды. Солнечные воздушные коллекторы могут быть застекленными или неглазурованными, а их поглотители обычно состоят из материалов, имеющих высокое поглощение солнечного света и низкое излучение, т.е. е. селективные характеристики.

Многие исследователи сосредоточили свое внимание на улучшении тепловых характеристик солнечных коллекторов воздуха. Для улучшения теплопередачи за счет конвекции от поглотителя к проходящему воздуху было протестировано несколько конструктивных решений, таких как гофрированная пластина поглотителя [1, 2], геометрия шероховатости [3, 4] или ребра, приваренные над и под поглотителем. пластина [5, 6].Работоспособность однопроходного солнечного воздухонагревателя с перегородками исследована в [7]. Результаты показывают, что увеличение количества ребер и увеличение ширины перегородки эффективны при низких массовых расходах. Тепловые характеристики солнечного воздушного коллектора с ребром, закрепленным на поглотителе, исследованы в [8]. Авторы обнаружили ошибку смещения 3,5% между теоретическими и экспериментальными результатами. Влияние геометрических параметров круглых поперечных ребер на теплоотдачу прямоугольного канала с обогреваемой пластиной исследовано в [9].Тепловой КПД воздуховода с шероховатой поверхностью на 5–9% выше, чем у гладкого воздуховода.

Существуют две общие геометрии поглотителей солнечных коллекторов; первый — поглотитель с U-образным гофром, второй — поглотитель с V-образным гофром.

Конвективная теплопередача в гофрированных U-образных солнечных коллекторах (см. Рис. 1) была численно исследована Gao et al. [10]. Результаты показывают, что для эффективного подавления потерь тепла, вызванных естественной конвекцией, соотношение высот должно быть больше 2, геометрическое соотношение должно быть больше 1, а угол наклона должен быть меньше 40 °.Основная цель использования U-гофрированных поглощающих пластин состоит в том, чтобы увеличить турбулентность и скорость теплопередачи внутри канала воздушного потока, которые имеют решающее значение для повышения эффективности солнечного воздушного коллектора [11, 12].

Рисунок 1:

Схематическое изображение площади поперечного сечения солнечного воздухонагревателя с U-образным гофром [10].

Большое количество исследований было выполнено на солнечном воздушном коллекторе с V-образным гофром. Ref. [13] разработали математическую модель такого коллектора.Эта модель смогла правильно спрогнозировать среднюю температуру всех компонентов коллектора, мгновенную температуру воздуха в любой секции коллектора, температуру воздуха на выходе и эффективность теплового преобразования. Было обнаружено, что лучший солнечный воздушный коллектор с V-образной гофрированной пластиной поглотителя имеет высоту 50 мм от центра треугольника и угол наклона 60 ° по сторонам. Это показано на рисунке 2.

Рисунок 2:

Конструкция воздухосборника с гофрированным V-образным абсорбером [13].

Авторы работы. [14] провели экспериментальные исследования характеристик теплопередачи и производительности солнечных коллекторов с прямоугольными ребрами. Солнечные коллекторы с решеткой продольных прямоугольных ребер показали высокую тепловую эффективность, что связано с дополнительной площадью поверхности. Тепловые характеристики солнечных коллекторов с V-образной канавкой и с поперечным гофром теоретически сравнивались в работе [4]. [15], в широком диапазоне конфигураций и условий эксплуатации.Результаты показали, что коллектор с поперечным гофром превосходит коллектор с V-образной канавкой. Изготовление и оценка характеристик солнечного воздухонагревателя с V-образной канавкой изучались в [16]. Авторы сообщили об эффективности коллектора около 35%.

Было выполнено несколько исследований характеристик солнечных коллекторов воздуха с пористыми поглотителями. Авторы работ. [17–19] экспериментально исследовали однопроходный солнечный воздухонагреватель. Результаты показали, что эффективность этого солнечного воздушного коллектора выше, чем у солнечного воздушного коллектора без пористой среды.

Пытаясь улучшить тепловой КПД солнечных коллекторов, Munuswamy et al. [20] провели численные эксперименты по эффективности использования наночастиц в солнечных водосборных системах. Авторы работы [21] теоретически и экспериментально исследовали работу солнечных водонагревателей в различных условиях эксплуатации. Максимальный тепловой КПД составил около 45%. Два плоских пластинчатых коллектора с одинаковой площадью поверхности сравнивались в [22]. Первый имеет вертикальные стояки с ребрами с внутренними канавками, а второй — с гладкими стояками.Результаты показывают, что эффективность коллектора с оребренной трубой выше, чем у коллектора без стояка.

Поглотители с V-образным рифлением рассматривались в нескольких статьях [13–16]. Новизна данной работы состоит в том, что она сосредоточена на V-пористых поглотителях, которые редко рассматривались в литературе. Тепловые характеристики коллектора с гофрированным V-образным пористым поглотителем сравниваются с характеристиками однопроходного коллектора с гофрированным U-образным поглотителем. Коллекторы практически идентичны, поскольку отличаются только типом поглотителя.Коллекторы испытываются на открытом воздухе в одинаковых метеорологических и радиометрических условиях. Представлены нестационарные математические модели для этих двух типов солнечных воздухонагревателей. Предложенные модели представляют общий интерес, так как могут быть легко использованы с поглотителями различной формы за счет изменения критериального уравнения коэффициента конвективной теплоотдачи. Валидация — важный шаг в развитии математического моделирования, и поэтому было проведено сравнение с фактическими экспериментальными результатами, полученными в Бухаресте, Румыния (44 ° 26 ′ северной широты, 26 ° 6 ′ восточной долготы).

2 Экспериментальное оборудование

Оба солнечных коллектора состоят из поглотителя, остекления, изоляции и деревянного каркаса коллектора, на котором были собраны эти компоненты. Оба коллектора имеют единую стеклянную крышку (1,5 м × 0,75 м). Задняя часть и края обоих коллекторов изолированы полистиролом, чтобы избежать потерь тепла. Использовались два типа поглотителей. Первый (пористый поглотитель с V-образным гофром) был изготовлен из мягкой стали с двумя слоями проволочной сетки, а второй (поглотитель с U-образным гофром) — из алюминия.Размер двух коллекторов составляет 1,52 м × 0,7 м × 0,0007 м и 1,4 м × 1,13 м × 0,00035 м соответственно. В таблице 1 представлены параметры коллекторов.

Таблица 1:

Параметры солнечных коллекторов воздуха.

980 м коллектор
Параметры Значение Единица
Коллектор
Площадь абсорбера коллектора

0

0

1,125 0.085 м
Пропускание стеклянной крышки 0,85
Абсорбционная способность поглотителя 0,9
V-гофрированный пористый поглотитель
Поглотитель Мягкая сталь
Коэффициент излучения поглотителя 0,8
Толщина поглотителя 0,0007 м
Плотность поглотителя 7,820 кг / м 3
Слои поглотителя
Электропроводность поглотителя 15 Вт / (м · К)
Удельная теплоемкость мягкой стали 502.4 Дж / (кг · К)
U-образный гофрированный поглотитель
Поглотительная пластина Алюминий
Коэффициент излучения пластины поглотителя 0,1
Толщина пластины поглотителя 0,0007 м
Плотность пластины поглотителя 2,700 кг / м 3
Слои пластины поглотителя 1
Электропроводность пластины поглотителя 237 Вт / (м K)
Удельная теплоемкость алюминия 904 Дж / (кг K)
Стеклянная крышка
Количество прозрачных крышек 1
Поглощающая способность прозрачной крышки 0.2

Два солнечных коллектора были установлены в Политехническом университете Бухареста (44 ° 26′N, 26 ° 6′E). Наклон коллектора составлял 55 °, что вполне достаточно для обогрева помещений зимой в географическом месте Бухареста.

Пиранометр Kipp and Zonen CMP3 использовался для измерения солнечного излучения на уровне и наклоне коллекторов. Пиранометр был подключен к компьютеру, и измерения регистрировались с интервалом времени 10 с.

Фотография и схематический вид экспериментальной установки показаны на рисунке 3. Экспериментальные исследования проводились в течение сентября и октября 2014 г. в условиях ясного неба. Дальнейшие подробности следующие.

Рисунок 3:

(A) фотография и (B) схематический вид солнечных коллекторов воздуха: (1) воздушный вентилятор, (2) датчик влажности, (3) датчик давления, (4) воздухозаборник, (5) V-образный пористый поглотитель, (6) ребра, (7) термопреобразователь, (8) пиранометр, (9) выход воздуха и (10) U-образный поглотитель.

2.1 Поглотители

Основным компонентом солнечных коллекторов воздуха является поглотитель, который преобразует солнечную энергию в тепло и передает ее текущему воздуху. Форма поглотителя имеет большое значение. Кроме того, увеличение площади поверхности поглотителя увеличивает количество тепла, передаваемого воздуху [5, 6].

Поглотители коллекторов, используемых в данном исследовании, имеют разную конфигурацию и изготовлены из разных материалов (см. Рисунок 4). Один коллектор представляет собой однопроходный воздухосборник с поглотителем из алюминия (поглотитель с гофрированной U-образной формой).Другой коллектор представляет собой оригинальный коллектор проходного воздуха с поглотителем, состоящим из проволочной сетки из мягкой стали (пористый поглотитель с V-образным рифлением). Оба типа поглотителей окрашены в черный цвет для преобразования максимального количества солнечной энергии в тепло.

Рис. 4:

Поглотитель с U-образным гофром (слева) и пористый поглотитель с V-образным гофром (справа).

Коллектор на основе гофрированного пористого поглотителя имеет прямоугольную форму. Его корпус выполнен из дерева и имеет длину 1.2 м и шириной 0,8 м. Эскиз этого коллектора представлен на рисунке 5 (а). Поглотитель представляет собой двухслойную проволочную сетку из мелких ячеек размером примерно 0,1–0,2 мм, которую можно рассматривать как пористый материал с большими порами примерно 0,05–0,1 мм (рис. 5 (b)). Проволочная сетка помещается в кожух так, чтобы воздух проходил над сеткой, под ней и сквозь нее. С этой точки зрения коллектор можно рассматривать как комбинацию однопроходного воздухосборника и проходного воздухосборника. Эффективная поверхность пористого поглотителя из двух проволочных сеток составляет (2 × 0.7 × 1,523 = 2,1322 м 2 ). Эффективная площадь теплопередачи между проволочной сеткой и воздухом была рассчитана по следующей формуле:

(1) Aab = nWabPt⋅Lab + LabPt⋅Wab⋅π⋅Thab

Рис. 5:

(a) Эскиз солнечного коллектора на основе пористого поглотителя с V-образной гофрой и (b) вид на V-пористый поглотитель.

, где W ab — ширина одной стальной ячейки (0,7 м), L ab — длина одной стальной ячейки (1,523 м), Pt — шаг стальной сетки ( 0.00017 м), Th ab — диаметр стальной проволочной сетки (0,0001 м) и n — количество проволочных сеток ( n = 2; двухслойная сетка). После расчетов эффективная площадь теплопередачи между проволочной сеткой и воздухом составляет 7,88 м 2 . И пористый поглотительный коллектор с V-образным рифлением, и пористый поглотительный коллектор с U-образным рифлением имеют одинаковую чистую площадь поверхности отверстия (площадь стеклянного покрытия), равную 1,125 м 2 (1,5 м × 0,75 м). Однако площадь теплопередачи у коллектора с пористым поглотителем с V-образной гофрой больше, чем у коллектора с гофрированным U-образным поглотителем.

Коллектор с U-образным гофрированным абсорбером имеет три прямых перегородки для отвода потока и повышения коэффициента турбулентности (рис. 6 (a) и (b)). Между стеклянной крышкой и пластиной-поглотителем сохраняется зазор. Воздух проходит через воздушный канал (под пластиной поглотителя) для сбора тепла от поглотителя, который представляет собой окрашенный в черный цвет алюминиевый лист толщиной 0,35 мм. Коэффициенты поглощения и теплопроводности пластины составляют 95% и 205 Вт / (м · К) соответственно.

Рис. 6:

(a) Эскиз солнечного коллектора на основе U-образного гофрированного поглотителя и (b) вид U-образного поглотителя с перегородками.

2.2 Термопреобразователи

Были использованы тридцать два термопреобразователя, равномерно распределенных на нижней поверхности поглотителя (см. Рисунок 7) в идентичных местах вдоль направления воздушного потока для каждого коллектора. Температуру приточного воздуха измеряли двумя термопреобразователями. На конце каждого коллектора были закреплены четыре термопреобразователя для измерения температуры воздуха на выходе.Термопреобразователи были установлены в одном и том же положении во входной зоне обоих коллекторов, чтобы получить распределения температуры на входе. Все термопреобразователи были подключены к компьютеру. Измерения регистрировались с 10-секундными интервалами.

Рисунок 7:

Термопреобразователи для обоих солнечных коллекторов воздуха.

3 Анализ экспериментальных данных

Полезный тепловой поток, подводимый коллектором к воздуху, рассчитывается с помощью следующего уравнения:

(2) Q˙u = m˙aCpaTa, out − Ta, в

, где Ta, out − Ta, in — повышение температуры воздуха Spara между входом и выходом коллектора, а m˙a (кг / с) — это массовый расход воздуха, определяемый по формуле

(3) m˙a = ρaV˙a = ρvaπ⋅d24

где V˙a — объемный расход воздуха, выходящего из коллектора через канал диаметром d , va — скорость воздуха, а ρa — плотность воздуха.Предполагается, что удельная теплоемкость воздуха Cpa [кДж / (кг K)] линейно зависит от температуры (° C) [23].

(4) Cpa = 1,0057 + 0,000066Tm, a − 27

Поток солнечной энергии, поглощаемый поглотителем солнечного коллектора, определяется выражением

(5) Qs = (τα) GTAc

, где GT (Вт / м 2 ) — это полное солнечное излучение, падающее на наклонную поверхность коллектора, Ac (m 2 ) — площадь поверхности коллектора и (τα ) — эффективное произведение коэффициента пропускания и поглощения, которое рассчитывается с помощью следующего уравнения:

(6) (τα) = τα1− (1 − α) ρg

Тепловой КПД солнечных коллекторов воздуха определяется как отношение полезного теплового потока, подаваемого коллектором, и полного потока энергии, поглощаемого поглотителем [ 24]:

(7) η = m˙aCpaTa, out − Ta, inAcταGT

Были измерены температура окружающей среды, солнечное излучение, температура воздуха на выходе и скорость воздуха на выходе.Были рассчитаны тепловая характеристика коллектора, расход воздуха, тепловой поток и, наконец, эффективность преобразования солнечной энергии в тепловую.

В установившемся режиме работы поток полезного тепла, отдаваемого солнечным коллектором, равен потоку энергии, поглощаемой рабочим телом (воздухом), за вычетом потока тепла, теряемого с поверхности поглотителя в окружающую среду. Полезный выходной поток солнечных коллекторов может быть записан как

(8) Qu = ταG − ULTma − Tamb

Поток солнечной энергии, поглощаемый поглотителем на единицу площади поверхности, S (Вт / м 2 ), рассчитывается по [24]

(9) S = ταGT

Производительность двух коллекторов сравнивалась с использованием данных измерений.Солнечный воздушный коллектор с V-образным гофрированным пористым поглотителем более или менее эффективен, чем солнечный воздушный коллектор с U-образным гофрированным поглотителем, в зависимости от режима излучения. Например, эффективность коллектора на основе V-пористого поглотителя выше ближе к полудню в ясные дни. Однако в начале и в конце ясных дней коллектор на основе пористого поглотителя менее эффективен, чем коллектор с гофрированным U-образным поглотителем (см. Таблицу 2).

4 Модели

Разработаны две модели для нестационарного режима; первый — для солнечного воздушного коллектора с гофрированным пористым абсорбером «V», а второй — для солнечного воздушного коллектора с гофрированным «U» поглотителем.

Температура поглотителя зависит от координаты в направлении потока воздуха. Были рассмотрены три узла для каждого типа солнечного воздушного коллектора (т.е. среднее значение температуры в стеклянной крышке, поглотителе и проходящем воздухе, соответственно). Основные уравнения получаются путем применения баланса энергии для каждого узла. Уравнения баланса энергии записываются при следующих предположениях:

  1. Температурный градиент по толщине стеклянной крышки отсутствует.

  2. Воздух не поглощает солнечную радиацию.

  3. Тепловые потери через заднюю и боковые стороны коллектора в основном связаны с проводимостью через древесину (толщиной 3 см), а потери, вызванные ветром и тепловым излучением, не учитываются.

  4. Характеристики воздушного потока зависят от температуры.

  5. Температура воздуха на входе равна температуре окружающей среды.

  6. Предполагается, что все воздушные каналы не имеют утечек.

  7. Коллекторы обращены на юг (к полуденному солнцу в Бухаресте).

4.1 Зависимая от времени модель солнечного воздушного коллектора с V-образным пористым поглотителем

Энергия, поступающая в солнечный коллектор, поступает от солнечного излучения, попадающего на поверхность поглотителя. Солнечное излучение проходит через стеклянную крышку и поглощается поглотителем. Воздух проходит через пористый поглотитель, где нагревается. Систему уравнений можно проиллюстрировать с помощью тепловых сетей.Модель состоит из трех узлов, соответствующих стеклянной крышке, воздушному потоку и сетчатому поглотителю соответственно. Подробности следующие.

4.1.1 Стеклянная крышка

Малая толщина крышки позволяет предположить, что свойства стекла постоянны, и, таким образом, учитывать равномерную температуру по всему стеклу. Между стеклом и окружающей средой происходит конвекционная теплопередача, а на стекло поступает излучение от солнца и от поглотителя. Изменение внутренней энергии стеклянного покрытия равно поглощенной энергии от солнца плюс энергия, передаваемая конвекцией и излучением от поглотителя минус исходящая энергия конвекции в окружающую среду минус исходящая энергия через излучение в небо (см.[12] в Приложении А).

4.1.2 Рабочая жидкость (воздух)

Тепловая энергия, полученная воздухом в коллекторе, равна тепловому потоку, передаваемому от поглотителя из проволочной сетки к воздуху минус тепло, передаваемое от воздушного потока к стеклянной крышке минус чистая тепловая энергия, переносимая воздушным потоком из коллектора (см. уравнение [13] в Приложении A).

4.1.3 Сетчатый поглотитель

Изменение внутренней энергии поглотителя из проволочной сетки равно поглощенной энергии солнца минус тепловая энергия, передаваемая за счет конвекции стеклу минус радиационная теплопередача от поглотителя к стеклянной крышке ( см. ур.[14] в Приложении A).

4.2 Временная модель солнечного воздушного коллектора с U-образным гофрированным поглотителем

Другой солнечный воздушный коллектор состоит из стеклянной крышки, поглотителя и плоского деревянного дна, прикрепленного к задней изоляции снизу. Пространство между гофрированным U-образным поглотителем и деревянным днищем представляет собой воздушный канал, в котором воздух нагревается поглотителем солнечного излучения. Воздух проходит по U-образному гофрированному поглотителю. Была получена система трех дифференциальных уравнений для описания баланса энергии стекла, воздуха и пластины поглотителя соответственно.Подробности следующие.

4.2.1 Стеклянная крышка

Малая толщина крышки позволяет рассматривать равномерную температуру по всей поверхности. Тепло передается за счет теплопроводности от стекла к окружающей среде и от поглотителя к стеклу и за счет излучения солнца и поглотителя, соответственно, к стеклу. Один обозначает h c, pg (Вт / м 2 K) коэффициент конвективной теплопередачи между поглощающей пластиной и стеклянной крышкой, h r, pg (Вт / м 2 K) коэффициент теплопередачи излучения между поглощающей пластиной и крышкой, на h c, g-amb (Вт / м 2 K) коэффициент конвективной теплопередачи между стеклянной крышкой и окружающей средой и на h r, g-sky (Вт / м 2 K) коэффициент радиационной теплопередачи между покровом и небом.Энергетический баланс в стеклянной крышке определяется уравнением. (15) в Приложении A.

4.2.2 Рабочая жидкость (воздух)

Энергетический баланс может быть выражен аналогичным образом для воздуха, протекающего внутри канала коллектора, и представляет собой изменение теплоемкости воздуха во времени (см. Ур. [16] в Приложении A). Правая часть равна теплообмену между пластиной абсорбера и воздухом, протекающим через коллектор, за вычетом количества тепла, отбираемого из коллектора за счет расхода воздуха.

4.2.3 Пластина абсорбера

Уравнение баланса энергии включает изменение теплоемкости пластины абсорбера с течением времени. Он равен входному потоку солнечной энергии, поглощаемому поглотителем, за вычетом потока тепловой энергии, передаваемой конвекцией от пластины поглотителя в воздух, и за вычетом радиационного теплового потока и конвективного теплового потока, соответственно, передаваемых от поглотителя к стеклянной крышке ( см. уравнение [17] в Приложении A).

4.3 Модели, зависящие от пространства

Для воздуха, проходящего через воздушный канал над термопреобразователями, на нижней поверхности пластин поглотителя (см. Рисунок 7), уравнение стационарного баланса энергии записывается для определенного положения на поверхности канал (см. ур.[18] в Приложении А). Учитывается конвекционная теплопередача между текущим воздухом и стеклянной крышкой, а также тепло, передаваемое между пластиной поглотителя и воздухом.

5 Процедура решения модели

Начальное распределение температуры в компонентах коллектора необходимо при решении наборов трех дифференциальных уравнений первого порядка, представленных в разделах 4.1 и 4.2, соответственно. Также должны быть известны мгновенные граничные условия, включая солнечное излучение, температуру окружающей среды и массовый расход рабочей жидкости (воздуха).

Модель имеет четыре входных параметра, а именно температуру окружающей среды, солнечное излучение, температуру на входе и скорость ветра. Свойства коллектора также являются входными данными для модели. Все эти параметры считываются из файлов входных данных. Модели рассчитывают температуру на выходе и сравнивают ее с измеренной температурой на выходе. Кроме того, модели рассчитывают температуру поглотителя, температуру стеклянного покрытия, среднюю температуру воздуха и тепловой КПД коллекторов.

Система трех дифференциальных уравнений первого порядка решалась методом Рунге – Кутта четвертого порядка.Программный пакет, используемый для кодирования модели, — это MATLAB версии R2012a.

6 Проверка моделей

Модели были проверены путем сравнения результатов моделирования с данными измерений. Эксперименты проводились одновременно для обоих солнечных коллекторов воздуха в Бухаресте в сентябре и октябре 2014 года. На Рисунке 8 показано изменение во времени солнечного излучения и температуры окружающей среды в течение 3 дней.

Рисунок 8:

Изменение температуры окружающей среды и солнечного излучения в течение 3 дней в Бухаресте, Румыния.

Эти два коллектора были испытаны на одной экспериментальной установке и в одних и тех же метеорологических условиях. Таким образом, сравнение считается истинной оценкой производительности. Эксперименты показывают, что в большинстве случаев коллектор на основе V-гофрированного пористого поглотителя более эффективен, чем коллектор на основе U-образного поглотителя. Воздушный поток, проходящий через отверстия пористого коллектора, способствует увеличению площади поверхности теплопередачи на единицу объема и, следовательно, повышению теплового КПД по сравнению с U-образным гофрированным коллектором.Эффективность коллектора на основе V-гофрированного пористого поглотителя выше ближе к полудню ясных дней, в то время как в начале и в конце ясных дней коллектор на основе V-гофрированного пористого поглотителя менее эффективен, чем коллектор с V-образным гофром. Поглотитель с U-образным гофром (см. Таблицу 2). Частично это можно объяснить более низкой оптической эффективностью пористого поглотителя при больших углах падения из-за цилиндрической формы сетчатых волокон.

Таблица 2:

КПД коллектора с V-образным гофрированным пористым поглотителем и V-образным гофрированным поглотителем, соответственно, в разное время в ясный день 22 сентября 2014 г.

93579 900
Время Солнечное излучение G (Вт / м 2 ) V-гофрированный пористый поглотитель U-гофрированный поглотитель 222 0,150 0,158
10:00 460 0,163 0,150
11:00 791 0,262 0,221
12:00 966 0.545 0,394
13:00 1118,5 0,621 0,483

Результаты измерений и моделирования температуры стекла, температуры поглотителя, температуры окружающей среды и температуры выходящего воздуха показаны на рисунке 9. В целом , смоделированные значения следуют той же тенденции, что и измеренные значения. Отклонение от измеренной температуры больше в начале экспериментов, а в дальнейшем становится меньше. Например, разница между смоделированной и измеренной температурой воздуха на выходе для коллектора с V-образным гофрированным пористым поглотителем составляет около -7 ° ранним утром 29 сентября 2014 г., но уменьшается почти до 0 ° после 7 минут работы (Рисунок 9). .Довольно похожие результаты были получены для того же коллектора 10 октября 2014 года. Первоначальная большая разница между моделированием и измерениями объясняется тепловой инерцией коллектора, которая усиливается, когда начинается воздушный поток. Аналогичные результаты получены в случае коллектора с гофрированным U-образным поглотителем, но в этом случае начальная смоделированная температура выше измеренной температуры (см. Рисунок 9). Кроме того, временной интервал, необходимый для того, чтобы разница между моделируемой и измеренной температурой стала почти равной нулю, составляет около 18 минут (см. Результаты за 10 октября 2014 г.).Частично это можно объяснить большей тепловой инерцией коллектора на основе U-гофрированного поглотителя, чем у коллектора на основе V-образного пористого поглотителя.

Рисунок 9:

Изменение во времени нескольких расчетных и измеренных температур в течение нескольких дней в сентябре и октябре 2014 года. Рассматриваются коллекторы на основе пористого поглотителя с V-образным гофром и поглотителя с U-образным гофром. Расход воздуха 0,33 кг / с.

Два статистических показателя, а именно относительная среднеквадратическая ошибка (rRMSE) и ошибка относительного среднего смещения (rMBE), были использованы для оценки производительности модели.Они определены следующим образом:

(10) rRMSE = ∑i = 1n (Ci − Mi) 2 / n1 / n∑i = 1nMi

(11) rMBE = ∑i = 1nCi − Mi∑i = 1nMi

, где C i и M i — это расчетные и измеренные значения соответственно, а n — количество наблюдений.

Результаты представлены в таблице 3. Результаты моделирования и измерений хорошо согласуются друг с другом. В целом модель, разработанная для коллектора на основе гофрированного поглотителя с U-образным профилем, работает несколько лучше, чем модель коллектора на основе пористого поглотителя с V-образным гофром.

Таблица 3:

Сравнение результатов моделирования и измерений.

a, среднее значение a, выход 9033 9033 905 Q u
Статистические показатели Пористый поглотитель с V-образной гофрой U-образный гофрированный поглотитель
T 67 T 67
Q u η T a, среднее η
Rrmse 0.0400 0,0042 0,1034 0,1036 0,0147 0,0044 0,0084 0,0843
rMBE -0,0390 -0,0120 -0,0029 0,0024

857

0,0014 0,0014

Интересно сравнить результаты, полученные с помощью простой стационарной модели ур. (8) и результаты, полученные с использованием модели на основе нестационарных дифференциальных уравнений, предложенной в данной статье.Уравнение (8) использовалось следующим образом. Постоянные значения использовались в течение дня для оптической эффективности (τα) и общего коэффициента теплопотерь UL. Затем были использованы экспериментальные значения за 29 сентября для солнечной освещенности G, температуры окружающей среды Tamb и полезного теплового потока Q˙u, соответственно. Таким образом, ур. (8) решалась в единственной неизвестной температуре Tma. На рисунке 10 показано значение средней температуры воздуха Tma, полученное с помощью этой процедуры на основе стационарного уравнения. (8) (которая обозначена как «измеренная») и значение Tma, полученное с использованием модели, предложенной в этой статье (которая обозначена как «вычисленная»).Оба ряда температуры Tma связаны с началом работы и соответствуют постоянному массовому расходу воздуха 0,33 кг / с. Как правило, стационарная модель обеспечивает значения температуры на несколько градусов меньше, чем динамическая модель. Стационарная модель лучше работает в случае коллектора на основе V-гофрированного пористого поглотителя.

Рис. 10:

Средняя температура воздуха Tma, полученная с помощью стационарного уравнения. (8) (обозначены как «измеренные») и модели, предложенные в этой статье (обозначенные как «рассчитанные») для обоих солнечных коллекторов воздуха.Результаты соответствуют началу операции. Постоянный массовый расход воздуха 0,33 кг / с был рассмотрен 29 сентября 2014 года.

Обратите внимание, что для обеспечения одинаковых условий движения воздуха в обоих коллекторах (т.е. одинаковое потребление энергии при одинаковой массе расход предусмотрен в обоих коллекторах) на входной части коллектора размещена металлическая сеть с гофрированным U-образным поглотителем. Характеристики сети были такими же, как у коллектора с гофрированным пористым поглотителем.Добавляя несколько металлических листов сети и контролируя энергопотребление вентиляторов, можно получить одинаковые условия потока для внутреннего движения воздуха или, другими словами, одинаковые потери давления на обоих коллекторах. Более того, для обоих коллекторов потери давления контролировались датчиками давления, размещенными на одинаковом расстоянии от выхода (см. Рисунок 3).

Массовый расход включен в модели в качестве входного параметра, но энергия, необходимая для создания этого массового расхода, не учитывается в расчетах энергетического баланса и эффективности.Использование пористого материала действительно повысило бы тепловые коэффициенты и, таким образом, повысило бы эффективность солнечных коллекторов. Однако это также увеличит силу сопротивления, так что для поддержания постоянного массового расхода может потребоваться больше энергии, что приведет к снижению эффективности.

Полезно оценить приближение, вызванное пренебрежением энергией, необходимой для перемещения воздуха внутри коллекторов. Мы выбрали период времени в 20 минут с 12:00 29 сентября.Полезное тепло, собираемое коллектором на основе пористого поглотителя, составляет 604 052 Дж. Мощность вентилятора составляет 18 Вт. В течение 20-минутного интервала потребляемая вентилятором электрическая энергия составляет 21 600 Дж (электрическая энергия). Эта энергия составляет 21600/604 052 = 3,57% полезной тепловой энергии, обеспечиваемой воздушным солнечным коллектором. Чтобы определить, сколько тепловой энергии потребляется электростанцией для производства этого количества электроэнергии, нужно умножить значение электроэнергии на 3,5, что является средним коэффициентом производительности электростанций в Румынии.Результат — 75 600 Дж (тепловая энергия). Эта тепловая энергия составляет 75 600/604 052 = 12,5% полезной тепловой энергии, обеспечиваемой воздушным солнечным коллектором. Следовательно, пренебрежение электрической энергией, необходимой для переноса воздуха в коллектор, является вполне разумным предположением.

Типичное пространственное распределение температуры воздуха вдоль воздушных каналов показано на рисунках 11 и 12 для обоих типов солнечных коллекторов для двух уровней освещенности. Были рассчитаны средние температуры воздуха для четырех линий термопреобразователей.Средняя температура является функцией положения внутри воздушного канала (здесь рассматривались четыре положения, а именно X 1 = 19,5 см, X 2 = 56,5 см, X 3 = 93,5 см. и X 4 = 140,5 см, как показано на рисунке 3).

Рисунок 11:

Изменение средней температуры воздуха в коллекторе с V-образным гофрированным пористым поглотителем в пространстве.

Рисунок 12:

Изменение средней температуры воздуха в коллекторе с U-образным гофрированным поглотителем в пространстве.

Средняя температура воздуха повышается по мере движения воздуха по воздушному каналу, как и ожидалось. Кроме того, средние температуры имеют небольшую тенденцию к снижению вблизи выхода из воздухонагревателя. Эта тенденция объясняется конечным расхождением и охлаждающими эффектами, а также смешиванием выходящего горячего воздуха с окружающим воздухом из-за рециркуляции.

В большинстве экспериментов изменение температуры коллектора составляет менее 5 ° для обоих коллекторов. Однако это изменение температуры может достигать 10 ° в пористом коллекторе с V-образным рифлением при высоких значениях падающего излучения (рис. 11).Модель основана на средней температуре внутри коллектора. Таким образом, недооценка на входе в коллектор хорошо компенсируется завышением на выходе из коллектора, о чем свидетельствует хорошее согласие между расчетными и экспериментальными результатами (см. Таблицу 3).

Обратите внимание, что разница температур между средней измеренной температурой и средней температурой, рассчитанной по ур. (18) (в Приложении А) составляет от 1,5 до 2 °. На изменение температуры воздуха влияет тип поглотителя и уровень солнечного излучения.Рисунки 11 и 12 показывают, что температура имеет тенденцию к увеличению с увеличением солнечного излучения.

7 Выводы

Работа солнечных коллекторов в реальных условиях, включая колебания падающей солнечной радиации, по своей сути динамична. Представлены явные нестационарные модели солнечных коллекторов воздуха с пористым поглотителем и без него, пригодные для моделирования динамических систем. Были рассмотрены два конкретных воздухонагревателя: пористый коллектор с гофрированным V-образным профилем и коллектор с гофрированным U-образным профилем.Обратите внимание, что абсорберы с V-образным рифлением рассматривались в предыдущих статьях, но смоделированные здесь пористые абсорберы с V-образным рифлением не очень часто рассматривались в литературе. Серия экспериментов была проведена при различных погодных условиях в Бухаресте, Румыния.

Результаты показывают хорошее согласие между теоретическими результатами и экспериментами. Среднеквадратичное значение среднеквадратичного отклонения составило около 10,36% и 8,43% для солнечных коллекторов с пористым поглотителем с гофрированным V-образным профилем и поглотителем с гофрированным U-образным профилем соответственно.

Экспериментальное сравнение тепловых характеристик двух коллекторов было проведено в широком диапазоне конфигураций и рабочих условий. Коллектор на основе пористого поглотителя с V-образным гофром имеет более высокий КПД, чем коллектор с гофрированным U-образным гофром в середине ясных дней. В период восхода и захода солнца коллектор с гофрированным U-образным поглотителем более эффективен.

Авторы благодарят рецензентов за полезные комментарии и предложения. Один автор (QAA) благодарит Министерство высшего образования Ирака за финансовую поддержку при подготовке этой работы.

Приложение A: Уравнения баланса энергии

Модель солнечного воздушного коллектора с гофрированным V-образным пористым поглотителем

  1. Стеклянная крышка

    (12) MgCpgdTgdt = αgGAc + hc, a − gAabTma − Tg + hr , p − gAabTp − Tg − hc, g − ambAcTg − Tamb − hr, g − skyAcTg − Tsky

  2. Рабочая жидкость (воздух)

    (13) MaCpadTadt = hc, p − aAabTp − Tma − hc , a − gAabTma − Tg − maCpaTa, out − Ta, in

  3. Сетчатый поглотитель

    (14) MpCppdTpdt = ταGAc − hc, p − aAabTp − Tma − hr, p − gAabTp

    2

    Модель солнечного коллектора воздуха с гофрированным поглотителем «U»

    1. Стеклянная крышка

      (15) MgCpgdTgdt = αgGAc + hc, p − ghcp − gAabTp − Tg + hr, p − gAabTp − Tg , g − ambAcTg − Tamb − hr, g − skyAcTg − Tsky

    2. Рабочая жидкость (воздух)

      (16) MaCpadTmadt = hc, p − aAabTp − Tma − m˙aCpaTa, out − Ta, дюйм

    3. Пластина абсорбера

      (17) MpCppdTpdt = τ αGAc − hc, p − aAabTp − Tma − hr, p − gAabTp − Tg − hc, p − gAabTp − Tg

    Пространственно-зависимые модели

    (18) MaCpadTadx = hc, p − aAabTp − Ta − hc, a − gAabTa − Tg

    Приложение B: Определение коэффициентов теплопередачи

    Коэффициенты теплопередачи за счет конвекции от стеклянной крышки за счет ветра равны [25]

    (19) hc, g − amb = 5.7 + 3.8vwind

    Коэффициент радиационной теплопередачи от стеклянной крышки к небу равен [26]

    (20) ч, g − sky = σεgTg + TskyTg2 + Tsky2

    Небо считается черным телом при некоторой фиктивной температуре неба, Tsky. Поскольку температура неба является функцией многих параметров, правильно ее оценить сложно. Исследователи оценили это, используя разные корреляции. Одно широко используемое уравнение из [24] для ясного неба:

    (21) Tsky = Tamb − 6

    Средняя температура воздуха рассчитывается как среднее между температурами воздуха на входе и выходе коллектора:

    (22) Tma = Ta, out + Ta, in2

    В пористом поглотителе число Нуссельта для коэффициента конвекции от воздуха до стеклянной крышки в случае числа Рейнольдса и числа Прандтля 5 × 10 5 < Re a <10 7 и 0.5 < Pr a <2,000, соответственно, это [27]

    (23) Nua − g = 0,664⋅Rea0,5⋅Pra1 / 32 + 0,073Rea0,8Pra1 + 2Rea − 0,1Pra2 / 3−12

    Для Pra≤0,05,

    (24) Nua − g = 0,565⋅Rea⋅Pra

    Для других значений числа Прандтля

    (25) Nua − g = 0,0296⋅Rea4 / 5⋅Pra1 / 3

    Наиболее важное соотношение теплопередачи — между поглотителем и воздушным потоком. Принудительная конвекция — преобладающий способ теплопередачи. Уравнение числа Нуссельта для проволочной сетки, разработанное в [28], имеет вид

    (26) Nup − a = 4 × 10−4Rea1.22PtDh0.625s10Pt2.22110Pt2.66exp − 1.25lns10Pt2exp − 0.824lnl10Pt2

    Также число Нуссельта для расчета конвективной теплопередачи между U-образной гофрированной пластиной воздуху в случае ламинарного потока ( Re a <2300), [29] - это

    (27) Nup-a = 5,4 + (0,0019 × (ReaPra (Dh / L)) 1,71) (1 + 0,00563 × (ReaPra (Dh / L)) 1,71)

    Для переходного потока (2300 < Re a > 6,000) [15],

    (28) Nup − a = 0,116 × Rea2 / 3−125 × Pra1 / 3 × 1 + DhL2 / 3 × vavw0.14

    Для турбулентного потока (6000 < Re a , 10 < L / D h <400),

    (29) Nup-a = 0,036 × (Rea) 0,8 × Pra1 / 3 × (Dh / L) 0,055

    Характеристики потока при принудительной конвекции обычно описываются числом Рейнольдса:

    (30) Rea = vaLμa

    Коэффициент конвективной теплопередачи для воздуха, движущегося внутри воздушного канала, равен

    (31) hc, p − a = NuakaDh

    Коэффициент радиационной теплопередачи между стеклянной крышкой и поглотителем для обоих типов коллекторов рассчитывается по формуле

    (32) ч, p-g = σ (Tp + Tg) (Tp2 + Tg2) (1 / εp) + (1 / εg) −1

    Ссылки

    [1] D.Дович и М. Андраши, Численный анализ тепловых характеристик плоских и гофрированных пластинчатых солнечных коллекторов, J. Solar Energy 86 (2012), 2416–2431. Искать в Google Scholar

    [2] Н. Хитеш Панчал, Н. Сони, М. Праджапти, Д. Патель, У. Сони, Дж. Праджапти и др., Экспериментальное исследование двухходового воздухонагревателя с гофрированной пластиной поглотителя и amul cool алюминиевые банки, внутр. J. Adv. Англ. Technol. 11 (2011), 324–328. Искать в Google Scholar

    [3] М. Варун, Р. Сайни и С.Сингал, Обзор геометрии шероховатости, используемой в солнечных воздухонагревателях, J. Solar Energy 81 (2007), 1340–1350. Искать в Google Scholar

    [4] А. Ланжевар, Дж. Бхагориа и Р. Сарвия, Теплообмен и трение в канале солнечного воздухонагревателя с W-образной шероховатостью ребра на пластине-поглотителе, J. Energy. 36 (2011), 4531–4541. Искать в Google Scholar

    [5] H. Chii-Dong, H., Y. Хо-Мин и Ч. Цзун-Чинг, Эффективность коллектора восходящих двухходовых солнечных воздухонагревателей с прикрепленными ребрами, Int. Commun.Тепломассообмен 38 (2011), 49–56. Искать в Google Scholar

    [6] М. Ян, X. Ян, X. Ли, З. Ван и П. Ван, Проектирование и оптимизация солнечного воздухонагревателя с пластиной поглотителя с ленточным ребром, Прил. Энергия 113 (2014), 1349–1362. Поиск в Google Scholar

    [7] М. Сабзпушани, К. Мохаммади и Х. Хорасанизаде, Оценка эксергетических характеристик однопроходного солнечного воздухонагревателя с перегородкой, Energy 64 (2014), 697–706. Искать в Google Scholar

    [8] W. Chang, Y. Wang, M.Ли, Х. Луо, С. Чжан, Ю. Руан и др., Теоретические и экспериментальные исследования тепловых характеристик солнечного воздушного коллектора с оребренным поглотителем, Энергетические процедуры 70 (2015), 13–22. Искать в Google Scholar

    [9] С. Гурприт и С. Сидху, Улучшение теплопередачи солнечного воздухонагревателя, шероховатого с помощью круглого поперечного ребра жесткости, Int. Adv. Res. J. Sci. Англ. Technol. 1 (2014), 196–200. Искать в Google Scholar

    [10] В. Гао, В. Линь и Э. Лу, Численное исследование естественной конвекции внутри канала между плоской крышкой и поглотителем синусоидальной волны гофрированного солнечного воздухонагревателя, Energy Беседы.Управлять. 41 (2000), 145–151. Поиск в Google Scholar

    [11] В. Линь, В. Гао и Т. Лю, Параметрическое исследование тепловых характеристик солнечных коллекторов с поперечным гофром, Appl. Therm. Англ. 26 (2006), 1043–1053. Искать в Google Scholar

    [12] В. Гао, В. Линь, Т. Лю и К. Ся, Аналитические и экспериментальные исследования тепловых характеристик солнечных воздухонагревателей с поперечным гофром и плоскими пластинами, Прил. Энергия 84 (2007), 425–441. Искать в Google Scholar

    [13] Карим М., Э.Перес, З. Амин, Математическое моделирование противоточного солнечного коллектора V-Grove, J. Renewable Energy 67 (2014), 192–201. Искать в Google Scholar

    [14] М. Факур Пакдаман, А. Лашкари, Х. Басират Табризи и Р. Хоссейни, Оценка эффективности солнечного воздухонагревателя с естественной конвекцией и пластиной-поглотителем с прямоугольными ребрами, Energy Convers. Управлять. 52 (2011), 1215–1225. Поиск в Google Scholar

    [15] Л. Тао, Л. Вэньсянь, Г. Венфэн и Х. Чаофэн, Сравнительное исследование тепловых характеристик солнечных коллекторов с поперечным гофром и V-образной канавкой, Int.J. Green Energy 4 (2007), 427–451. Поиск в Google Scholar

    [16] А. Анурадха и Р. Оммен, Изготовление и оценка производительности солнечного воздухонагревателя с v-образной канавкой, Int. J. Sci. Англ. Res. 4 (2013), 2072–2080. Искать в Google Scholar

    [17] Н. Пайсарн и К. Банча, Теоретическое исследование характеристик теплопередачи и производительности плоских солнечных воздухонагревателей, Int. Commun. Тепломассообмен 30 (2003), 1125–1136. Искать в Google Scholar

    [18] M. El-Khawajah, F.Эгелиоглу и М. Газал, Оребренные однопроходные солнечные воздухонагреватели с проволочной сеткой в ​​качестве поглощающей пластины, Int. J. Зеленая энергия 12 (2015), 108–116. Искать в Google Scholar

    [19] К. Сопиан, Супранто, В. Дауд, М. Отман и Б. Ятим, Тепловые характеристики двухходового солнечного коллектора с пористой средой и без нее, Возобновляемая энергия 18 (1999), 557 –564. Искать в Google Scholar

    [20] Д. Мунусвами, В. Мадхаван и М. Мохан, Сравнение влияния наночастиц Al2O3 и CuO на производительность плоского солнечного коллектора, J.Неравновесие. Термодин. 4 (2015), 265–273. Искать в Google Scholar

    [21] В. Мадади, Х. Бехешти, Т. Таваколи и А. Рахими, Экспериментальное исследование и анализ первого термодинамического закона солнечной системы водонагревателя, J. Non-Equilib. Термодин. 40 (2015), 171–183. Искать в Google Scholar

    [22] Д. Мунусвами и В. Мадхаван, Экспериментальный анализ влияния внутреннего оребрения на эффективность плоского солнечного коллектора с использованием наночастиц Al2O3, J. Non-Equilib. Термодин.40 (2015), 185–192. Искать в Google Scholar

    [23] К. С. Онг, Тепловые характеристики солнечных воздухонагревателей: математическая модель и методика решения, Sol. Энергия 55 (1995), 93–109. Искать в Google Scholar

    [24] Дж. А. Даффи и У. А. Бекман, Солнечная инженерия тепловых процессов, 2-е изд., John Wiley & Sons, Нью-Йорк, 1991. Искать в Google Scholar

    [25] WH McAdams, Heat Transmission, 3-е изд., McGraw-Hill, New York, 1954. Искать в Google Scholar

    [26] X.Чжай, Ю. Дай и Р. Ван, Сравнение отопления и естественной вентиляции в солнечном доме, вызванной двумя солнечными коллекторами на крыше, Прил. Thermal Eng. 25 (2005), 741–757. Искать в Google Scholar

    [27] VDI-Gesellschaft, Verfahrenstechnik Und Chemieingenieurwesen, VDI Heat Atlas, Springer Heidelberg, Dordrecht, London, New York, 2010. Искать в Google Scholar

    [28] R. Saini and J. Saini, Корреляция теплопередачи и коэффициента трения для воздуховодов с искусственной шероховатостью с расширенной металлической сеткой в ​​качестве элемента шероховатости, Int.J. Heat Mass Transfer 40 (1997), 973–986. Искать в Google Scholar

    [29] Б. Бенамар и С. Рашид, Теоретическое исследование плоских однопроходных солнечных воздухонагревателей с ребрами и перегородками со стеклянной крышкой и без нее. 1-я Национальная конференция по возобновляемым источникам энергии и приложениям, 2014 г. Поиск в Google Scholar

    Поступило: 29-29 2016

    Исправлено: 19.06.2016

    Принято: 13-7-13

    Опубликовано в Интернете: 2016-9-13

    Опубликовано в печати: 2017-1-1

    © 2017 De Gruyter Mouton

    % PDF-1.7 % 1 0 объект >>>] / OFF [] / Order [] / RBGroups [] >> / OCGs [6 0 R 7 0 R] >> / Pages 3 0 R / StructTreeRoot 8 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 5 0 obj > / Шрифт >>> / Поля [] >> эндобдж 2 0 obj > поток 2020-08-12T10: 02: 25 + 02: 002020-08-12T10: 02: 25 + 02: 002020-08-12T10: 02: 25 + 02: 00Microsoft® Word 2019application / pdfuuid: e0fba33b-b9e6-496b-8d13 -244884f22dc8uuid: 91ff652e-6549-4bed-9b27-c9a175fe1fc2 Microsoft® Word 2019 конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 123 0 объект > эндобдж 75 0 объект > эндобдж 76 0 объект > эндобдж 124 0 объект > эндобдж 125 0 объект > эндобдж 126 0 объект > эндобдж 127 0 объект > эндобдж 78 0 объект > эндобдж 79 0 объект > эндобдж 80 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 82 0 объект > эндобдж 83 0 объект > эндобдж 84 0 объект > эндобдж 85 0 объект > эндобдж 86 0 объект > эндобдж 87 0 объект > эндобдж 88 0 объект > эндобдж 89 0 объект > эндобдж 17 0 объект > / MediaBox [0 0 595.U% # 5d7PS! I — 8 i’4yҚ Z = k.A 慐] H F эт {2 » «R) 7 ,. ) / = m’ѭw ګ 鹈 {% J & kFu) XUlѰEZJ-Q 8AzK ~ Nbu Xh: Gl’0B

    Стоит ли вложения в солнечный воздухонагреватель?

    В зависимости от сложности системы коммерческие солнечные воздухонагреватели варьируются от менее 1000 долларов за отопление одной комнаты до 6000 долларов за большие или многокомнатные приложения [источник: Darling, altE]. Но имейте в виду, что это дополнительные источники тепла; вам все равно понадобится обычная система отопления. Солнечные системы, предназначенные для центрального отопления, призваны заменить от 40 до 80 процентов обычного отопления.Они наиболее экономически эффективны, когда обеспечивают 50% тепла в дом [источник: NC Solar Center, Министерство энергетики США]. Разумеется, простой комнатный обогреватель не сократит ваши расходы на отопление на такой процент. Однако это снизит количество обычного тепла, необходимое для поддержания комфорта в доме.

    Установка требует дополнительных затрат. Простая установка блока под силу опытному мастеру-мастеру, но солнечные коллекторы имеют размеры около 4 футов (1,2 метра) в ширину и 7 футов (2 метра) в ширину.1 метр) высотой. И они тяжелые, поэтому вам понадобится один или два помощника, чтобы установить один на крышу. Вам может потребоваться разрешение на строительство, и вам обязательно нужно убедиться, что установка коллектора на крышу не превысит его предельную нагрузку. Для более крупных или более сложных систем требуются воздуховоды и электрическая проводка, но коммерческие производители прилагают все усилия, чтобы упростить установку с помощью встроенных вентиляторов и термостатов, которые вы можете подключить к существующим розеткам в вашем доме. Если вы решите нанять подрядчика, ищите того, у кого есть опыт в технологии установки солнечных батарей.

    Каждый дом индивидуален, а климатические условия сильно различаются от места к месту, поэтому то, сколько денег солнечный воздухонагреватель снимает с вашего счета за отопление, зависит от состояния вашего дома и места, где вы живете. Если ваш дом плохо герметичен и изолирован, установка солнечного теплового блока не сэкономит много энергии; Воздух, нагретый солнечными батареями, выходит наружу так же быстро, как и воздух, нагретый обычным способом. Солнечные воздухонагреватели лучше всего работают в регионах с долгой, холодной и солнечной зимой. В более теплых регионах с короткими зимами проектирование системы, выполняющей двойную функцию для нагрева воды в домашних условиях в летний период, повышает рентабельность и ускоряет окупаемость инвестиций.Это сложнее, чем добавить солнечное отопление помещения. Это требует добавления в систему воздухо-водяного теплообменника. Для некоторых конструкций также требуется сантехника. Как и солнечный воздухонагреватель, это дополнительная энергия. Он не заменит электричество или природный газ для нагрева воды в большинстве климатических условий, но вы можете заставить его работать, чтобы снизить стоимость этой функции.

    Найдите ссылки на другие инновации в области энергосбережения ниже.

    Связанные статьи HowStuffWorks

    Источники

    • Университет AltE.«Введение в солнечную тепловую энергию: солнечные нагреватели и солнечные водонагреватели». Солнечное воздушное и водяное отопление. (Проверено 13.05.2009). http://howto.altestore.com/Library-Articles/Solar-Air-and-Water-Heating/An-Introduction-to-Solar-Thermal-Solar-Heaters-and-Solar-Water-Heaters/a83/
    • Чирас, Дэн. «Руководство покупателя по солнечному отоплению». Новости Матери-Земли: декабрь 2006 г. / январь 2007 г. (дата обращения 13.05.2009). http://www.motherearthnews.com/Renewable-Energy/2006-12-01/Buyers-Guide-to-Solar-Heating.aspx
    • Коэн, Ариэль.«Состояние Союза в 2007 году: Признание угрозы стратегической нефтяной зависимости». Фонд «Наследие». 24 января 2007 г. (дата обращения 18.05.2009). http://www.heritage.org/Research/EnergyandEnvironment/wm1324.cfm
    • Дорогой, Дэвид. «Солнечный воздухонагреватель». Энциклопедия альтернативной энергии и устойчивого образа жизни. (Проверено 13.05.2009). http://www.daviddarling.info/encyclopedia/S/AE_solar_air_heater.html
    • Дери, Саша. «Солнечное воздушное отопление: обзор». AltE University. Солнечное воздушное и водяное отопление.(Проверено 13.05.2009). http://howto.altestore.com/Library-Articles/Solar-Air-and-Water-Heating/Solar-Air-Heating-Overview/a37/
    • House-Energy. «Солнечное отопление воздуха и пространства». (Проверено 13.05.2009). http://www.house-energy.com/Solar/Solar-air-heating.htm
    • House-Energy. «Солнечные системы отопления помещений». (Проверено 13.05.2009). http://www.house-energy.com/Solar/Air-Options-Solution.htm
    • Корнер, Стив и Энди Заугг. Полный справочник по солнечным системам воздушного отопления. Эммаус, Пенсильвания: Rodale Press, 1984.
    • Мерф, Даррен. «Сделай сам солнечный обогреватель из алюминиевых банок». Engadget, 30 апреля 2007 г. (дата обращения 21.05.2009). http://www.engadget.com/2007/04/30/diy-solar-heater-constructed-with-alumin-cans/
    • Солнечный центр Северной Каролины. «Отопление помещений с помощью активных систем солнечной энергии». Государственный университет Северной Каролины и Министерство энергетики Северной Каролины. Июнь 2000 г. (дата обращения 13.05.2009). http://www.ncsc.ncsu.edu/information_resources/factsheets/20acspht.pdf
    • Пал, Грег.Естественное отопление дома: полное руководство по вариантам возобновляемой энергии. Уайт Ривер Джанкшен, Вирджиния: Издательство Chelsea Green Publishing Company, 2003.
    • Устойчивые источники. «Солнечные системы горячего водоснабжения, отопления и охлаждения». Справочник по устойчивому строительству. Обновлено 12 сентября 2008 г. (дата обращения 13.05.2009). http://www.greenbuilder.com/sourcebook/HeatCool.html#ACTIVESPACE
    • Министерство энергетики США. «Активное солнечное отопление». Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии; Энергосберегающие. Обновлено 24 марта 2009 г.(Проверено 13.05.2009). http://www.energysavers.gov/your_home/space_heating_cooling/index.cfm/mytopic=12490
    • Министерство энергетики США. «Солнечное отопление и охлаждение космического пространства». Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии; Программа солнечных энергетических технологий. Обновлено 11 июля 2007 г. (дата обращения 13.05.2009). http://www1.eere.energy.gov/solar/sh_basics_space.html
    • Министерство энергетики США. «Предварительный подогрев вентиляции». Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии; Энергосберегающие. Обновлено 30 декабря 2008 г.(Проверено 13.05.2009). http://www.energysavers.gov/your_home/space_heating_cooling/index.cfm/mytopic=12510

    За и против: солнечные системы воздушного отопления

    Чарльза Хопкинса

    Чарльз Хопкинс

    Когда большинство думает о солнечной энергии, на ум приходят фотоэлектрические установки и солнечные термальные воды. Это технологии, которые в тот или иной момент учитываются в большинстве крупномасштабных проектов и легко понятны заинтересованным сторонам проекта. Однако какие альтернативные варианты могут рассмотреть проекты, чтобы сократить счета за электроэнергию и уменьшить наше воздействие на окружающую среду?

    Вы, возможно, уже слышали о солнечных системах воздушного отопления, также известных как солнечные коллекторы, тип солнечной тепловой технологии, которая позволяет проектам предварительно нагревать поступающий воздух путем установки перфорированной металлической облицовки на обшивку здания.Крошечные отверстия позволяют всасывать воздух и нагревать его за счет солнечного излучения, прежде чем направить его в систему вентиляции здания. Динамичность технологии заключается в ее гибкости применения, а это означает, что нагретый воздух можно вводить или использовать различными способами. В большинстве сценариев воздух предварительно нагревается, а затем направляется непосредственно в здание или направляется в блок на крыше для помощи в системах рекуперации тепла, хотя в более простых случаях воздух может проходить непосредственно через ограждающую конструкцию здания для обогрева соседних помещений.

    Другие преимущества: затенение: облицовка затеняет внешние стены, снижая охлаждающую нагрузку в жаркие летние дни. Существует также минимальное обслуживание, требующее небольшой механической поддержки, за исключением правильного размещения наружных стен и систем вентиляции для втягивания предварительно нагретого воздуха. С точки зрения пассажиров, это позволяет увеличить воздухообмен, что приведет к улучшению качества воздуха в помещении и, таким образом, к более счастливым пассажирам. В рабочем состоянии типичные открытые коллекторы работают с КПД от 60% до 80%, создавая значительную разницу в сроках окупаемости.Установленная стоимость относительно невысока (от 14 до 17 долларов за кв. Фут), что компенсируется государственными льготами, в зависимости от местоположения.1 В Массачусетсе проекты могут претендовать на 30% федеральный налоговый кредит на солнечную батарею и / или 15% освобождение от налогов штата. Обычно срок окупаемости составляет от четырех до семи лет.

    Как и в большинстве случаев использования солнечной энергии, тип проекта, ориентация и местоположение играют ключевую роль в оптимизации эффективности. Конверты, в которых преобладают выходы на южную сторону со значительной площадью поверхности, больше всего выиграют от просвечиваемых коллекторов, в то время как небольшие коммерческие или жилые помещения с ограниченной площадью оболочки и / или увеличенным остеклением могут не обеспечить значительной экономии энергии.Таким образом, ориентация здания имеет первостепенное значение. При проектировании проекта необходимо учитывать не только массивность здания, но и ограждающую конструкцию — большие вертикальные системы облицовки не предлагают больших возможностей для остекления и проемов в оболочке, тем самым уменьшая дневное освещение и доступ к видам. Следует также подумать об общем программировании внутри здания, поскольку более длинные воздуховоды, идущие к занятым помещениям, будут сопровождаться повышенными потерями тепла, что приведет к общему снижению эффективности.

    Наконец, очень важна макромассация сайта, но ее часто упускают из виду.Недавно мы рассмотрели возможность предварительного нагрева воздуха солнечной энергией для высокопрофильного здания в районе морского порта, но, согласно генеральному плану, строительство соседних зданий будет сводить на нет солнечный потенциал. Кроме того, требуется подробный анализ конструкции полости, массирования здания для устранения снежных заносов, чтобы гарантировать, что наружный воздух всегда доступен для системы HVAC здания в ненастную погоду.

    Одним из основных препятствий, с которыми сталкиваются коллекторы за пределами общих требований к массе, является местоположение — не все климатические условия идеальны для обнаруженных коллекторов, сужая потенциальный рынок до тех, с более холодным климатом, расположенных в более высоких широтах в местах, где более холодные месяцы и достаточно солнечного света, поскольку Нагревание наружного воздуха в таких климатических условиях выше.2 Помимо расположения, существуют также соображения архитектурного дизайна — коллекторы требуют большой площади поверхности и более темной поверхности для более эффективного улавливания солнечной радиации, оба фактора потенциально могут вызвать опасения по поводу эстетики у владельцев.

    В нижней строке? Установленные солнечные коллекторы все еще кажутся новой технологией, привязанной к конкретным климатическим условиям и типам зданий. Тем не менее, солнечный сбор воздуха — это простая и экономичная технология с большим потенциалом на Северо-Востоке.Наши более продолжительные и холодные зимы предлагают широкие возможности для снижения типичных счетов за отопление, используя просвечивающий коллектор — даже яркий свет от снега может помочь повысить эффективность.

    При этом не во всех типах зданий можно успешно установить солнечные воздушные коллекторы. В лучших тематических исследованиях были выделены здания с большей массой: высотные жилые дома, больницы, складские / распределительные центры и производственные центры — это лишь несколько примеров проектов, в которых успешно реализованы солнечные коллекторы воздуха.С некоторой предусмотрительностью солнечные воздушные коллекторы могут предложить значительные преимущества и прямую интеграцию с более крупными зданиями, заинтересованными в достижении своих энергетических целей.

    1 Солнечное воздушное отопление. Описание товара. Атлас Интернэшнл. 2013 г. (http://www.atas.com/products/walls/inspire-solar-air-heating/inspire-wall#ProductInfo).
    2 Козубал и др., «Оценка производительности и экономики транспирированных солнечных коллекторов для коммерческого применения.”Американский совет по энергоэффективной экономике. 2008 г. (https://www.aceee.org/files/proceedings/2008/data/papers/3_107.pdf).

    Чарльз Хопкинс, LEED AP BD + C, инженер-энергетик компании Vanderweil Engineers.

    Как использовать солнечное воздушное отопление в вашем доме

    Мы можем получать долю продаж от товаров, на которые есть ссылки на этой странице. Учить больше.

    Цены на топливо могут повыситься в любое время, но солнце всегда будет бесплатным. И именно поэтому многие люди обращаются к солнечным системам воздушного отопления , чтобы поддерживать комфорт в своих домах в зимний период.

    Помимо поддержания тепла в домах круглый год, солнечное воздушное отопление имеет ряд преимуществ:

    • Защищает окружающую среду и снижает выбросы углекислого газа
    • Экономия на счетах за электроэнергию
    • Поддерживать тепло даже без электричества
    • Меньшая зависимость от зарубежных источников топлива
    • Простота сборки при минимальном обслуживании
    • Может быть установлен непосредственно в существующие системы центрального кондиционирования воздуха
    • Срок службы 25-30 лет

    Как работает солнечное воздушное отопление?

    Пластины солнечного коллектора крепятся к стене для улавливания солнечной энергии и используются для нагрева воздуха.Они смогут это сделать, даже если будет частично пасмурно. Пока есть солнечный свет, солнечные коллекторы могут поддерживать комфорт в вашем доме, собирая тепло.

    Солнечные системы воздушного отопления обычно используются в дополнение к существующим системам отопления. Он работает вместе с существующей основной системой отопления для обеспечения тепла в доме, что приводит к меньшей потребности основной системы отопления в производстве тепла.

    Это означает снижение стоимости топлива на 30%.

    Как устанавливается солнечная система воздушного отопления?

    Теперь, когда вы знаете о преимуществах солнечной системы воздушного отопления, вы, вероятно, задаетесь вопросом, как ее установить в своем доме.

    Хорошая новость заключается в том, что солнечное воздушное отопление — это простая в реализации технология. Если вы занимаетесь своими руками, вы можете купить панели в Интернете и сделать это самостоятельно. Но если вы не уверены, что сможете сделать это самостоятельно, вы можете нанять профессионального установщика, который сделает это за вас.

    Мы обсудим типы пластин солнечного коллектора воздуха, чтобы вы имели хорошее представление о том, чего ожидать в процессе установки.

    Пластины солнечных коллекторов воздуха обычно бывают двух типов; пассивное прямое усиление и активное прямое усиление . Это называется прямым усилением, потому что коллектор получает солнечное тепло, которое падает прямо на него.

    Пассивный солнечный коллектор не требует вентиляторов для циркуляции воздуха через него. Он устанавливается вертикально, выходное отверстие вверху, а входное — внизу. При изменении температуры воздух всасывается снизу и нагревается по мере подъема.

    С другой стороны, активный солнечный коллектор состоит из движущихся частей, которые обеспечивают циркуляцию воздуха через него. Обычно используемый для обогрева больших помещений, этот тип солнечной системы воздушного отопления не требует, чтобы вход или выход был установлен в определенном направлении.

    Затем эти коллекторы помещают в защищенное от тени место, в идеале на стене, выходящей на юг, где они могут лучше всего поглощать солнечный свет. Поскольку солнечные коллекторы тяжелые, рекомендуется попросить друга помочь вам при установке самодельного воздуха.

    Но является ли солнечная система отопления хорошей инвестицией?

    После того, как вы оплатите первоначальные вложения в установку солнечной системы воздушного отопления, вы можете начать отопление своего дома совершенно бесплатно! Самое приятное то, что вам не нужно долго ждать, чтобы окупить свои вложения. Всего через 3–6 лет стоимость сэкономленного электричества или газа уже окупит ваши инвестиции в солнечный воздухонагреватель.

    Чтобы максимально использовать преимущества солнечной системы воздушного отопления, рекомендуется проконсультироваться с профессиональным экспертом по установке солнечных батарей.Они смогут сказать вам, какой тип системы имеет лучшую производительность, самый простой в сборке и самый дешевый — для ваших индивидуальных нужд.

    Если у вас есть интерес к подобным солнечным решениям, поделитесь с нами своими мыслями в комментариях ниже!

    Примечание редактора. Этот пост был обновлен для обеспечения свежести и последовательности.

    Экономьте деньги, переведя свой дом на солнечную энергию. Подсчитайте свои сбережения.

    Солнечные коллекторы Transpired | SBED

    Солнечные коллекторы Transpired — это солнечные системы воздушного отопления, изготовленные из предварительно обработанных перфорированных стальных обшивок.Обработанные для увеличения поглощения солнечной энергии стальные кожухи устанавливаются на южные стены или крыши, создавая полость между металлической обшивкой и стенами или крышами.

    Процесс нагрева воздуха в солнечных коллекторах Transpired

    1. Стальная оболочка поглощает солнечную энергию и нагревает пограничный слой воздуха на своей поверхности.
    2. Блок вентилятора подает воздух из полости в здание, которое впоследствии втягивает наружный воздух через перфорационные отверстия в полость, включая пограничный слой нагретого воздуха вокруг перфорационных отверстий.
    3. Проходя через отверстия, нагретый воздух продолжает нагреваться краями отверстий.
    4. Когда он движется вверх в полости, нагретый воздух дополнительно нагревается внутренней стороной стальной оболочки. [1]
    5. Нагретый воздух затем может быть распределен по зданию или направлен в блок HVAC (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха) для снижения энергии, необходимой для основной системы отопления.

    Другие потенциальные преимущества солнечных коллекторов Transpired

    • Низкие затраты на техобслуживание и эксплуатацию с длительным сроком службы
    • Верните тепло, теряемое строительной тканью
    • Циркуляция горячего воздуха до уровня пола, что снижает потребность в обогреве.
    • Обеспечьте дополнительный слой изоляции

    [1] Непосредственные области вокруг перфораций на внешней стороне стальной обшивки нагревают воздух до того, как он будет втянут через перфорационные отверстия: см. C.Ф. Кучер, «Эффективность теплообмена и падение давления для воздушного потока через перфорированные пластины с боковым ветром и без него», Journal of Heat Transfer , 1994, vol. 116, стр. 391-399 (стр. 397, рис. 9). Большая часть тепла поступает от окружающих областей перфорации на внешней стороне стальной обшивки. Края перфорации, которые нагревают воздух, когда он проходит, также вносят свой вклад в некоторый приток тепла. Наконец, есть небольшой вклад в приток тепла со стороны стальной обшивки, обращенной к полости: см. G.МЫ. Ван Деккер, К.Г.Т. Холландс и А.П.Брюнгер, «Отношения теплообмена для неглазурованных прозрачных солнечных коллекторов с круглыми отверстиями на квадратном или треугольном шаге», Solar Energy , 2001, т. 71, No. 1, pp. 33-45.

    .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *