Aurinkokeräimet: tyypit, toimintaperiaate, järjestelmän suunnittelu
Lämpöpumput ota energiaa auringon lämmittämästä maaperästä, vedestä tai ilmasta. Kattilat käyttävät polttoaineen palamisen aikana vapautunutta lämpöä, joka lopulta on myös tuote aurinkoenergian muuntamisesta maan pitkän evoluution aikana. Aurinkokeräimet ovat tietyssä mielessä ainutlaatuisia: he saavat energiaa suoraan auringosta.
Jotta huomenna on mahdollisuus lämmittää käyttövettä käyttövettä varten täysin ilmaiseksi tai lämmittää talosi, joudut tänään käyttämään rahaa aurinkokeräimien ostamiseen. Tällaisten laitteiden huomattavat kustannukset huomioon ottaen on erittäin tärkeää olla tekemättä virhettä valitessaan. Joten, sinun pitäisi saada ainakin yleisiä ideoita aurinkokeräimien erityispiirteistä ja niiden työn vivahteista.
sisältö:
Aurinkokeräimien käytön erityispiirteet
Aurinkokeräimien tärkein ominaisuus, joka erottaa ne muun tyyppisistä lämpögeneraattoreista, on heidän työnsä syklisyys. Ei aurinkoa - ei lämpöenergiaa. Seurauksena on, että tällaiset asennukset ovat passiivisia yöllä.
Keskimääräinen päivittäinen lämmöntuotanto riippuu suoraan kesäajan pituudesta. Jälkimmäinen määritetään ensinnäkin alueen maantieteellisellä leveysasteella ja toiseksi vuoden ajan perusteella. Kesäkaudella, jonka aikana insolaation huippu putoaa pohjoisella pallonpuoliskolla, kerääjä toimii maksimaalisen tehokkaasti. Talvella sen tuottavuus laskee ja saavuttaa vähimmäisarvon joulukuussa-tammikuussa.
Talvella aurinkokeräimien hyötysuhde heikkenee paitsi päivänvalon tuntien keston lyhentymisen, myös auringonvalon muutoskulman muutoksen takia. Aurinkokeräimen suorituskyvyn vaihtelut vuoden aikana olisi otettava huomioon laskettaessa sen osuutta lämmönjakelujärjestelmään.
Toinen tekijä, joka voi vaikuttaa aurinkokeräimen tuottavuuteen, on alueen ilmasto-ominaispiirteet. Maamme alueella on monia paikkoja, joissa aurinko on piilotettu yli 200 päivän ajan vuodessa paksun pilvikerroksen tai sumuhunnun taakse. Pilvisellä säällä aurinkokeräimen suorituskyky ei laske nollaan, koska se pystyy sieppaamaan hajallaan olevan auringonvalon, mutta heikkenee huomattavasti.
Aurinkokeräimien toimintaperiaate ja tyypit
On aika sanoa muutama sana aurinkokeräimen laitteesta ja toimintaperiaatteesta. Suunnittelun pääelementti on adsorberi, joka on kuparilevy, johon on hitsattu putki. Imevänsä sille kuuluvan auringonvalon lämpöä, levy (ja sen mukana myös putki) kuumenee nopeasti. Tämä lämpö siirretään putken läpi kiertävään nestemäiseen jäähdytysnesteeseen, joka puolestaan kuljettaa sitä edelleen järjestelmän läpi.
Fyysisen kehon kyky absorboida tai heijastaa auringonsäteitä riippuu ensinnäkin sen pinnan luonteesta. Esimerkiksi peilipinta heijastaa täydellisesti valoa ja lämpöä, mutta musta sitä vastoin imee. Siksi Adsorberin kuparilevylle levitetään musta päällyste (yksinkertaisin vaihtoehto on musta maali).
Aurinkokeräimen toimintaperiaate
1. Aurinkokeräin.
2. Puskurisäiliö.
3. Kuuma vesi.
4. Kylmä vesi.
5. Ohjain.
6. Lämmönvaihdin.
7. Pumppu.
8. Kuuma virta.
9. Kylmä virta.
On mahdollista lisätä auringosta tulevan lämmön määrää valitsemalla oikein lasi, joka peittää adsorberin. Tavallinen lasi ei ole tarpeeksi läpinäkyvää.Lisäksi se häikäisee, heijastaen osaa siihen laskevasta auringonvalosta. Aurinkokeräimissä yleensä yritetään käyttää erityistä lasia, jolla on vähän rautapitoisuutta, mikä lisää sen läpinäkyvyyttä. Pinnan heijastaman valon osuuden vähentämiseksi lasille levitetään heijastamaton päällyste. Ja niin, että pöly ja kosteus, jotka myös vähentävät lasin läpivirtausta, eivät pääse keräilijän sisään, kotelo suljetaan ja joskus jopa täytetään inertillä kaasulla.
Kaikista näistä temppuista huolimatta aurinkokeräimien hyötysuhde on edelleen kaukana 100%, johtuen niiden suunnittelun epätäydellisyydestä. Lämmitetty adsorberlevy säteilee osan vastaanotetusta lämmöstä ympäristöön kuumentaen sen kanssa kosketuksessa olevaa ilmaa. Lämpöhäviön minimoimiseksi adsorptioaine on eristettävä. Adsorberin tehokkaan lämmöneristysmenetelmän etsiminen on johtanut insinööreihin luomaan useita aurinkokeräinlajeja, joista yleisimmät ovat tasaiset ja putkimaiset tyhjiökerrokset.
Litteät aurinkokeräimet
Litteät aurinkokeräimet.
Litteän aurinkokeräimen suunnittelu on erittäin yksinkertainen: se on yläpuolella lasilla peitetty metallirasia. Korin pohjan ja seinien lämmöneristykseen käytetään yleensä mineraalivillaa. Tämä vaihtoehto ei ole kaukana ihanteellisesta, koska lämmön siirtoa adsorptorista lasille ilman läpi kanavan sisällä ei ole suljettu pois. Koska lämpötilaero on suuri kollektorin sisällä ja ulkopuolella, lämpöhäviö on melko merkittävä. Seurauksena tasainen aurinkokeräin, joka toimii täydellisesti keväällä ja kesällä, tulee erittäin tehoton talvella.
Litteä aurinkokeräinlaite
1. Tuloputki.
2. Suojalasi.
3. Imeytymiskerros.
4. Alumiinirunko.
5. Kupariputket.
6. Lämmöneriste.
7. Poistoputki.
Putkimaiset tyhjiö aurinkokeräimet
Putkimaiset tyhjiö aurinkokeräimet.
Tyhjiö aurinkokeräin on paneeli, joka koostuu suuresta määrästä suhteellisen ohuita lasiputkia. Jokaisessa niistä on adsorberi. Kaasun (ilman) lämmönsiirron estämiseksi putket evakuoidaan. Koska adsorboijien lähellä ei ole kaasua, tyhjiökollektoreille on ominaista alhaiset lämpöhäviöt jopa pakkasellakin.
Tyhjiöjakotyttölaite
1. Lämmöneristys.
2. Lämmönvaihtimen kotelo.
3. Lämmönvaihdin (keräin)
4. Suljettu korkki.
5. Tyhjiöputki.
6. Lauhdutin.
7. Imevä levy.
8. Lämpöputki käyttönesteellä.
Sovellukset aurinkokeräimiin
Aurinkokeräimien, samoin kuin kaikkien muiden lämpögeneraattoreiden, päätarkoitus on rakennusten lämmitys ja veden valmistelu kuumavesijärjestelmään. On jäljellä selvittää, minkä tyyppiset aurinkokeräimet soveltuvat parhaiten tietyn toiminnon suorittamiseen.
Litteille aurinkokeräimille, kuten olemme havainneet, on ominaista hyvä suorituskyky keväällä ja kesällä, mutta ne ovat tehottomia talvella. Tästä seuraa, että niitä ei ole käytännöllistä käyttää lämmitykseen, jonka tarve syntyy tarkalleen kylmän sään alkaessa. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että tällä laitteella ei olisi lainkaan liiketoimintaa.
Litteillä keräimillä on yksi kiistaton etu - ne ovat huomattavasti halvempia kuin tyhjiömalleja, joten tapauksissa, joissa aurinkoenergiaa aiotaan käyttää yksinomaan kesällä, on järkevää ostaa ne. Litteät aurinkokeräimet selviävät täydellisesti veden valmistuksesta kesällä kuumaa vettä varten. Vielä useammin niitä käytetään lämmittämään mukava veden lämpötila ulkouima-altaissa.
Putkimaiset tyhjiöjakotukit ovat monipuolisempia. Talvikylmien myötä niiden suorituskyky ei heikkene niin merkittävästi kuin litteiden mallien tapauksessa, mikä tarkoittaa, että niitä voidaan käyttää ympäri vuoden.Tämä tekee mahdolliseksi käyttää tällaisia aurinkokeräimiä paitsi kuuman veden toimittamiseen, myös lämmitysjärjestelmään.
Litteiden ja tyhjiö aurinkokeräimien vertailu.
Aurinkokeräimien sijainti
Aurinkokeräimen hyötysuhde riippuu suoraan absorboijaan pudotettavan auringonvalon määrästä. Tästä seuraa, että keräilijän tulisi sijaita avoimessa tilassa, missä ei koskaan (tai ainakin niin kauan kuin mahdollista) vierekkäisten rakennusten varjo, vuorien lähellä sijaitsevat puut jne.
Suuri merkitys ei ole vain keräilijän sijainti, vaan myös sen suunta. Pohjoisimman pallonpuoliskon ”aurinkoisin” puoli on eteläinen puoli, mikä tarkoittaa, että ihannetapauksessa keräimen “peilit” tulisi kääntää tarkalleen etelään. Jos tätä on teknisesti mahdotonta tehdä, sinun tulee valita suunta mahdollisimman lähelle etelä - lounaaseen tai kaakkoon.
Ei pidä sivuuttaa sellaista parametria kuin aurinkokeräimen kallistuskulma. Kulman suuruus riippuu auringon paikan poikkeamasta zenitistä, joka puolestaan määräytyy sen alueen maantieteellisen leveyden mukaan, jolla laitetta käytetään. Jos kallistuskulmaa ei ole asetettu oikein, optinen energiahäviö kasvaa merkittävästi, koska merkittävä osa auringonvalosta heijastuu keräilylasista eikä siten saavuta absorboijaa.
Kuinka valita oikea aurinkokeräin
Jos haluat talosi lämmitysjärjestelmän selviytyvän tehtävästä ylläpitää mukavaa lämpötilaa tiloissa ja hanasta virtaavaa kuumaa eikä haaleaa vettä, ja suunnittelet samalla aurinkokeräimen käyttöä lämmöntuottajana, sinun on laskettava laitteiden tarvittava teho etukäteen. Tässä tapauksessa on otettava huomioon melko suuri joukko parametreja, mukaan lukien kollektorin tarkoitus (kuuman veden syöttö, lämmitys tai niiden yhdistelmä), kohteen lämmön tarve (lämmitettyjen huoneiden kokonaispinta-ala tai kuuman veden keskimääräinen päivittäinen kulutus), alueen ilmasto-ominaispiirteet ja kollektorin asennuksen ominaisuudet.
Periaatteessa tällaisten laskelmien tekeminen ei ole niin vaikeaa. Kunkin mallin suorituskyky on tiedossa, mikä tarkoittaa, että voit helposti arvioida keräilijöiden määrän, joita tarvitaan talon lämmön toimittamiseen. Aurinkokeräimiä tuottavilla yrityksillä on tietoa (ja voi tarjota sen kuluttajalle) laitteiden tehon muutoksista maaston maantieteellisestä leveysasteesta, ”peilien” kallistuskulmasta, niiden suunnan poikkeamasta etelästä jne., Mikä antaa sinun tehdä tarvittavat muutokset laskettaessa säiliön suorituskykyä.
Tarvittavaa kollektoritehoa valittaessa on erittäin tärkeää saavuttaa tasapaino tuotetun pulan ja ylimääräisen lämmön välillä. Asiantuntijat suosittelevat keskittymistä maksimaaliseen mahdolliseen keräystehoon, ts. Käyttämään laskelmissa osoitinta tuottavimmalle kesäkaudella. Tämä on ristiriidassa keskivertokäyttäjän toiveen kanssa ottaa marginaalilla varusteita (ts. Laskea kylmimmän kuukauden teho), jotta lämpö keräimestä riittää vähemmän aurinkoisiksi syksy- ja talvipäivinä.
Jos kuitenkin valitset tietä, jolla valitaan aurinkokeräin, jolla on suurempi teho, sen suorituskyvyn huipulla, toisin sanoen lämpimällä aurinkoisella säällä, kohtaat vakavan ongelman: lämpöä syntyy enemmän kuin kulutetaan, ja tämä uhkaa piirin ylikuumenemista ja muita epämiellyttäviä seurauksia . Tämän ongelman ratkaisemiseksi on kaksi vaihtoehtoa: joko asentaa pienitehoinen aurinkokeräin ja kytkeä rinnakkain redundantit lämmönlähteet tai ostaa malli, jolla on suuri tehovaranto ja tarjota tapoja purkaa ylimääräinen lämpö kevät-kesäkaudella.
Järjestelmän pysähtyminen
Puhutaanpa hieman enemmän ongelmista, jotka liittyvät tuotetun lämmön ylimäärään.Oletetaan siis, että olet asentanut riittävän tehokkaan aurinkokeräimen, joka pystyy toimittamaan lämmön kokonaan kodin lämmitysjärjestelmään. Mutta kesä tuli, ja lämmitystarve katosi. Jos voit sammuttaa sähkökattilan virran, katkaista polttoaineen syöttö kaasukattilalla, silloin meillä ei ole aurinkoa - emme voi sammuttaa sitä, kun se on liian kuuma.
Järjestelmän pysähtyminen on yksi aurinkokeräimien suurimmista mahdollisista ongelmista. Jos keräyspiiristä ei oteta riittävästi lämpöä, jäähdytysneste ylikuumenee. Tietyn ajankohtana jälkimmäinen voi kiehua, mikä johtaa sen kiertämisen lopettamiseen virtapiiriä pitkin. Kun jäähdytysneste jäähtyy ja tiivistyy, järjestelmä jatkaa toimintaansa. Kuitenkin kaukana kaikista jäähdytysnesteistä siirtyy rauhallisesti siirtyminen nestemäisestä tilasta kaasumaiseen tilaan ja päinvastoin. Jotkut ylikuumenemisen seurauksena saavat hyytelömäisen konsistenssin, mikä tekee piirin jatkamisen toimimattomaksi.
Vain kollektorin tuottaman lämmön vakaa poistaminen auttaa estämään pysähtymisen. Jos laitteiden teho lasketaan oikein, ongelmien todennäköisyys on melkein nolla.
Jopa tässä tapauksessa ylivoimaisen esteen olosuhteiden esiintymistä ei kuitenkaan voida sulkea pois, siksi ylikuumenemiselta suojautumisen mahdollisuudet olisi suunniteltava etukäteen:
1. Varavaraston asentaminen kuuman veden keräämistä varten. Jos vesi kuumavesijärjestelmän pääsäiliössä on saavuttanut asetetun maksimiarvon ja aurinkokeräin tuottaa edelleen lämpöä, vaihtaminen tapahtuu automaattisesti, ja vesi alkaa lämmetä jo varastosäiliössä. Luotua lämpimän veden varastoa voidaan käyttää kotitalouksien tarpeisiin myöhemmin pilvisellä säällä.
2. Lämmitetty vesi uima-altaassa. Uima-altaan talojen omistajilla (sillä ei ole väliä sisä- tai ulkotiloissa) on loistava tilaisuus siirtää ylimääräinen lämpö. Altaan tilavuus on verrattain suurempi kuin minkään kotitalouden säilytystilan, josta seuraa, että siinä oleva vesi ei kuumene niin paljon, että se ei enää kykene absorboimaan lämpöä.
3. Tyhjennä kuuma vesi. Koska ei ole mahdollista kuluttaa ylimääräistä lämpöä, voit yksinkertaisesti tyhjentää lämmitetyn veden kuumavesisäiliöstä pieniin viemäreihin pieninä erinä. Säiliöön tuleva kylmä vesi laskee koko tilavuuden lämpötilaa, mikä jatkaa lämmön poistamista piiristä.
4. Ulkoinen lämmönvaihdin tuulettimella. Jos aurinkokeräimellä on suuri kapasiteetti, ylimääräinen lämpö voi olla myös erittäin suuri. Tässä tapauksessa järjestelmä on varustettu lisäpiirillä, joka on täytetty kylmäaineella. Tämä lisäpiiri on kytketty järjestelmään lämmönvaihtimella, joka on varustettu tuulettimella ja asennettu rakennuksen ulkopuolelle. Jos on ylikuumenemisen riski, ylimääräinen lämpö menee ylimääräiseen piiriin ja "vapautuu" ilmaan lämmönvaihtimen kautta.
5. Lämmön purkautuminen maahan. Jos talossa olevan aurinkokeräimen lisäksi on maaperän lämpöpumppu, kaivoon voidaan lähettää ylimääräistä lämpöä. Tässä tapauksessa ratkaisee kaksi ongelmaa kerralla: toisaalta suojaat kollektoripiiriä ylikuumenemiselta ja toisaalta palautat maan tyhjennetyn lämpövarannon talvella.
6. Aurinkokeräimen eristys suorasta auringonvalosta. Tämä menetelmä on teknisesti yksi yksinkertaisimmista. Tietenkin, kiivetä katolle ja manuaalisesti verrata keräintä ei ole sen arvoista - se on vaikeaa ja vaarallista. On paljon järkevämpää asentaa kauko-ohjattava näyttö, kuten rullakaihdin. Voit jopa kytkeä seulan ohjausyksikön ohjaimeen - jos lämpötilan lämpötila piiri nousee vaarallisesti, kollektori sulkeutuu automaattisesti.
7. Jäähdytysnesteen tyhjennys. Tätä menetelmää voidaan pitää kardinaalisena, mutta samalla se on melko yksinkertainen. Jos on olemassa ylikuumenemisen vaara, jäähdytysneste poistetaan pumpun kautta erityiseen säiliöön, joka on integroitu järjestelmäpiiriin.Kun olosuhteet muuttuvat jälleen suotuisiksi, pumppu palauttaa jäähdytysnesteen virtapiiriin ja kollektori palautetaan.
Muut järjestelmän komponentit
Ei riitä, että kerätään vain auringon säteilylämpö. Se on edelleen välttämätöntä kuljettaa, kerätä, siirtää kuluttajille, kaikkia näitä prosesseja on tarpeen hallita jne. Tämä tarkoittaa, että katolla olevien keräilijöiden lisäksi järjestelmä sisältää monia muita komponentteja, jotka saattavat olla vähemmän havaittavissa, mutta ei yhtä tärkeitä. Keskitytään vain joihinkin niistä.
lämmönsiirtoaineen
Jäähdytysnesteen toiminta kollektoripiirissä voidaan suorittaa joko vedellä tai pakkasnesteellä.
Vedellä on useita haittoja, jotka asettavat tiettyjä rajoituksia sen käytölle jäähdytysnesteenä aurinkokollektoreissa:
- Ensinnäkin, jäätymislämpötiloissa se jäätyy. Jotta jäädytetty jäähdytysneste ei rikkoa piirin putkia, se on tyhjennettävä kylmän sään lähestyessä, mikä tarkoittaa, että talvella et saa edes pieniä määriä lämpöenergiaa keräilijältä.
- Toiseksi veden liian korkea kiehumispiste voi aiheuttaa usein pysähtymistä kesällä.
Jäätymättömällä nesteellä, toisin kuin vedellä, on huomattavasti alhaisempi jäätymispiste ja verrattain korkeampi kiehumispiste, mikä lisää käytön mukavuutta jäähdytysaineena. Kuitenkin korkeissa lämpötiloissa "jäätymätön" voi muuttua peruuttamattomasti, joten sitä tulisi suojata liialliselta ylikuumenemiselta.
Mukautettu pumppu aurinkojärjestelmiin
Jäähdytysnesteen pakkokierron varmistamiseksi kollektoripiiriä pitkin tarvitaan aurinkojärjestelmiin sovitettu pumppu.
Kuumavesilämmönvaihdin
Lämmönsiirto aurinkokeräinpiiristä veteen, jota käytetään lämpimän käyttöveden syöttöön, tai lämmitysjärjestelmän lämmönsiirtoon tapahtuu lämmönvaihtimen avulla. Kuuman veden keräämiseen käytetään pääsääntöisesti suurta säiliötä, jossa on jo sisäänrakennettu lämmönvaihdin. On järkevää käyttää säiliöitä, joissa on kaksi tai useampia lämmönvaihtimia: tämä antaa sinun ottaa lämpöä paitsi aurinkokeräimestä myös muista lähteistä (kaasu tai sähkökattila, lämpöpumppu jne.).
automaatio
Tällainen monimutkainen järjestelmä ei voi tehdä ilman automaatiota, joka ohjaa ja ohjaa prosessia. Säätimen avulla voit automatisoida kollektorin toiminnan: se analysoi lämpötilan piirissä ja varastosäiliössä, ohjaa pumppua ja venttiilejä, jotka vastaavat jäähdytysnesteen liikkeestä piirin pitkin. Jos virtapiirin jäähdytysneste ylikuumenee ja säiliössä oleva vesi ylikuumenee, ohjain antaa käskyn vapauttaa lämpö vaihtoehtoiselle jäähdytyselementille - ylimääräiselle vesisäiliölle tai ulkoilman lämmönvaihtimelle.
Jos päivänvalopäivien lopussa varastosäiliön veden lämpötila ylittää jäähdytysnesteen lämpötilan kollektoripiirissä, automaatio pysäyttää jäähdytysnesteen kiertämisen virtapiiriä pitkin, jotta kertynyt lämpö ei päästä ilmakehään itse keräimen kautta. Nykyaikaiset ohjaimet mahdollistavat järjestelmän toiminnan etävalvonnan ja tarvittaessa säätöjen tekemisen.
Nykyään ei ole vaikea löytää aurinkokeräintä ja mitään sen toimintaan tarvittavia komponentteja markkinoilta. Järjestelmä on täysin mahdollista koota erikseen ostettavista elementeistä. Valmistajat tarjoavat kuitenkin valmiita sarjoja, joihin sisältyy keräin, pumput, varastosäiliöt, ohjausautomaatio jne. Tällaisen sarjan ostaminen ei ole vain ajan säästö, vaan myös tae järjestelmän suorituskyvystä.
