Napkollektorok: típusok, működési elv, rendszer kialakítása
Hőszivattyúk nyerjen energiát a nap melegített talajból, vízből vagy levegőből. A kazánok az üzemanyag elégetése során felszabaduló hőt használják fel, amely végső soron a napenergia átalakításának a terméke is a Föld hosszú fejlődése során. A napkollektorok bizonyos értelemben egyediek: közvetlenül a napból kapják az energiát.
Annak érdekében, hogy holnap abszolút ingyenesen melegítsük fel használati melegvíz felhasználására vagy a ház felmelegítésére, ma még pénzt kell költenie a napkollektorok vásárlására. Az ilyen berendezések jelentős költségei miatt nagyon fontos, hogy ne tévesszen meg választáskor. Tehát legalább általános ötleteket kell beszereznie a napkollektorok sajátosságaira és munkájuk népszerűségeire vonatkozóan.
Tartalom:
A napkollektorok használatának sajátosságai
A napkollektorok fő jellemzője, amely megkülönbözteti őket más típusú hőtermelőktől, munkájuk ciklikus jellege. Nincs nap - nincs hőenergia. Ennek eredményeként az ilyen létesítmények passzív éjszaka.
Az átlagos napi hőtermelés közvetlenül függ a nappali órák hosszától. Ez utóbbit egyrészt a terület földrajzi szélessége határozza meg, másrészt az évszak. Nyáron, amikor az insoláció csúcsa az északi féltekén esik, a kollektor maximális hatékonysággal fog működni. Télen csökken a termelékenység, december-januárban eléri a minimumot.
Télen a napkollektorok hatékonysága nem csak a nappali órák időtartamának csökkenése miatt, hanem a napfény beesési szögének megváltozása miatt is csökken. A napkollektor teljesítményének ingadozásait az év során figyelembe kell venni a hőellátó rendszerhez való hozzájárulás kiszámításakor.
Egy másik tényező, amely befolyásolhatja a napkollektor termelékenységét, a régió éghajlati jellemzői. Hazánk területén sok olyan hely található, ahol évente több mint 200 napig a nap egy vastag felhőréteg vagy köd fátyol mögött rejtőzik. Felhős időben a napkollektor teljesítménye nem csökken nullára, mivel képes eloszlatni a szórt napfényt, de jelentősen csökken.
A napkollektorok működésének elve és típusai
Ideje néhány szót mondani a napkollektor készülékéről és működési elvéről. Tervezésének fő eleme egy adszorber, amely egy rézlemez egy hegesztett csővel. Felszívva a rá eső napfény hőjét, a lemez (és vele együtt a cső) gyorsan felmelegszik. Ezt a hőt továbbítják a csőön átáramló folyékony hűtőfolyadékhoz, amely tovább továbbítja azt a rendszeren keresztül.
A fizikai test képessége a nap sugarai elnyelésére vagy visszaverésére elsősorban a felületétől függ. Például egy tükör felülete tökéletesen tükrözi a fényt és a hőt, a fekete ellenkezőleg - elnyeli. Ezért egy fekete bevonatot alkalmaznak az adszorber rézlapjára (a legegyszerűbb lehetőség a fekete festék).
A napkollektor működésének elve
1. Napkollektor.
2. Puffer tartály.
3. Forró víz.
4. Hideg víz.
5. A vezérlő.
6. Hőcserélő.
7. Szivattyú.
8. Forró patak.
9. Hideg patak.
A nap által leadott hőmennyiség növelhető az adszorbert lefedő üveg megfelelő kiválasztásával. A normál üveg nem eléggé átlátszó.Ezen felül tükrözi, tükrözve a rá eső napfény egy részét. A napkollektorokban általában alacsony vastartalmú speciális üveget próbálnak használni, ami növeli az átlátszóságát. A felület által visszatükrözött fény részarányának csökkentése érdekében az üvegre fényvisszaverődésgátló bevonatot alkalmaznak. És úgy, hogy a por és a nedvesség, amelyek szintén csökkentik az üveg áthaladását, ne kerüljenek a kollektor belsejébe, az edényt lezárják, és néha még inert gázzal megtöltik.
Mindezen trükkök ellenére a napkollektorok hatékonysága még mindig messze van a 100% -otól, tervezésük hibája miatt. A fűtött adszorber lemez sugározza a beérkező hő egy részét a környezetbe, felmelegedve a vele érintkező levegőt. A hőveszteség minimalizálása érdekében az adszorbert szigetelni kell. Az adszorber vezette mérnökök hatékony hőszigetelési módszerének kutatása a napkollektorok különféle fajtáinak létrehozására, amelyek közül a leggyakoribb a sík és cső alakú vákuum.
Lapos napkollektorok
Lapos napkollektorok.
A lapos napkollektor kialakítása rendkívül egyszerű: ez egy fémdoboz, amely felülről üveggel van borítva. A test aljának és falainak hőszigeteléséhez általában ásványgyapotot használnak. Ez a lehetőség messze nem ideális, mivel a csatorna belsejében lévő levegő révén az adszorberből az üvegbe történő hőátadás nem zárható ki. A kollektoron belüli és a külső hőmérsékleti különbségek miatt a hőveszteség nagyon jelentős. Ennek eredményeként egy lapos napkollektor, amely tökéletesen működik tavasszal és nyáron, télen rendkívül nem hatékony.
Lapos napkollektoros eszköz
1. Bemeneti cső.
2. Védő üveg.
3. Az abszorpciós réteg.
4. Alumínium keret.
5. Rézcsövek.
6. Hőszigetelő.
7. Kimeneti cső.
Tubular Vacuum napkollektorok
Cső alakú vákuum napkollektorok.
A vákuum napkollektor egy olyan panel, amely nagyszámú, viszonylag vékony üvegcsőből áll. Mindegyikben van egy adszorber. A gáz (levegő) hőátadás kizárása érdekében a csöveket evakuálják. Mivel az adszorberek közelében nincs gáz, a vákuumgyűjtőket még fagyos időjárás esetén is alacsony hőveszteség jellemzi.
Vákuumcsatorna-eszköz
1. Hőszigetelés.
2. Hőcserélő ház.
3. Hőcserélő (kollektor)
4. Zárt parafa.
5. Vákuumcső.
6. Kondenzátor.
7. Felszívó lemez.
8. Hőcső működő folyadékkal.
Alkalmazások napkollektorokhoz
A napkollektorok, valamint bármely más hőtermelő fő célja épületek fűtése és a víz előkészítése melegvíz-ellátó rendszerhez. Még ki kell derítenie, hogy melyik típusú napkollektorok felelnek meg leginkább egy adott funkció végrehajtásához.
A lapos napkollektorokat, amint azt észleltük, jó teljesítmény jellemzi tavasszal és nyáron, de télen hatástalanok. Ebből következik, hogy nem célszerű őket fűtésre használni, amelynek igénye pontosan a hideg időjárás kezdetén merül fel. Ez azonban nem azt jelenti, hogy egyáltalán nincs üzlet ezzel a berendezéssel.
A lapos kollektoroknak van egy vitathatatlan előnye - lényegesen olcsóbbak, mint a vákuummodellek, tehát azokban az esetekben, amikor a napenergiát kizárólag nyáron kívánják felhasználni, érdemes ezeket megvásárolni. A lapos napkollektorok tökéletesen megbirkóznak azzal a feladattal, hogy nyáron meleg vizet készítsenek. Még gyakrabban fűtik őket a kültéri medencékben a kellemes vízhőmérsékletre.
A cső alakú vákuumcsatorna sokoldalúbb. A téli hidegek megjelenésével teljesítményük nem csökken annyira, mint a lapos modellek esetében, ami azt jelenti, hogy egész évben használhatók.Ez lehetővé teszi az ilyen napkollektorok használatát nemcsak a meleg vízellátáshoz, hanem a fűtési rendszerben is.
Lapos és vákuum napkollektorok összehasonlítása.
A napkollektorok elhelyezkedése
A napkollektor hatékonysága közvetlenül függ az adszorberbe jutó napfény mennyiségétől. Ebből következik, hogy a gyűjtőt nyitott helyen kell elhelyezni, ahol a (szomszédos épületek, a hegyek közelében fekvő fák stb.) Árnyéka soha (vagy legalábbis a lehető leghosszabb ideig) esik.
Nagy jelentőséggel bír nemcsak a gyűjtő elhelyezkedése, hanem orientációja is. Északi féltekén a legnaposabb oldal a déli oldal, ami azt jelenti, hogy ideális esetben a kollektor „tükröit” pontosan délre kell fordítani. Ha ezt technikailag lehetetlen megtenni, akkor a dél - délnyugat vagy délkelet felé a lehető legközelebb álló irányt kell választania.
Nem szabad figyelmen kívül hagyni egy olyan paramétert, mint a napkollektor lejtési szöge. A szög nagysága a Nap helyzetének a zenittől való eltérésétől függ, amelyet viszont annak a területnek a földrajzi szélessége határoz meg, amelyben a berendezést működni fogják. Ha a dőlésszöget nem állítják be helyesen, az optikai energiaveszteség jelentősen növekszik, mivel a napfény jelentős része visszaverődik a gyűjtőüvegről, és ezért nem éri el az abszorptort.
Hogyan válasszuk ki a megfelelő napkollektorokat?
Ha azt akarja, hogy házának fűtési rendszere megbirkózzon a kényelmes hőmérséklet fenntartásával a helyiségben, és a csapokból kifolyó forró, nem pedig langyos víz mellett, és ugyanakkor azt tervezi, hogy napenergia-gyűjtőt alkalmazna hőtermelőként, előre kell kiszámítania a berendezés szükséges teljesítményét. Ebben az esetben meglehetősen nagy számú paramétert kell figyelembe venni, ideértve a kollektor célját (melegvíz-ellátás, fűtés vagy ezek kombinációja), a tárgy hőigényét (a fűtött helyiségek teljes területe vagy a melegvíz átlagos napi fogyasztása), a régió éghajlati jellemzőit és a kollektor-felszerelés jellemzőit.
Alapvetően nem ilyen nehéz elvégezni az ilyen számításokat. Az egyes modellek teljesítménye ismert, ami azt jelenti, hogy könnyen becsülheti meg a ház hőszállításához szükséges kollektorok számát. A napkollektorokat gyártó cégek rendelkeznek információkkal (és ezeket a fogyasztók számára meg tudják adni) a berendezések teljesítményének változásáról a terep földrajzi szélességétől, a „tükrök” dőlésszögétől, tájolásuk déli iránytól való eltérésétől stb., Amely lehetővé teszi a szükséges módosítások elvégzését. a tartály teljesítményének kiszámításakor.
A szükséges kollektorteljesítmény kiválasztásakor nagyon fontos az egyensúly elérése a keletkező hiány és a fölösleges hő között. A szakértők azt javasolják, hogy összpontosítson a lehető legnagyobb kollektorteljesítményre, azaz használja a mutatót a számítások során a legtermékenyebb nyári szezonra. Ez ellentmond az átlagfelhasználó azon kívánságának, hogy tartalékot vegyen igénybe (vagyis kiszámítsa a leghidegebb hónap teljesítményét), hogy a kollektorból származó hő elegendő legyen kevésbé napos őszi és téli napokon.
Ha azonban a megnövekedett teljesítményű napkollektor választása mellett halad, akkor teljesítményének csúcsán, vagyis meleg napos időben komoly probléma merül fel: több hő képződik, mint amennyit elfogyaszt, és ez az áramkör túlmelegedését és más kellemetlen következményeket fenyeget. . Kétféle lehetőség van ennek a problémanak a megoldására: vagy telepítsen egy kis fogyasztású napenergia-gyűjtőt, és párhuzamosan csatlakoztassa a redundáns hőforrásokat, vagy vásároljon egy nagy teljesítménytartalékkal rendelkező modellt, és keresse meg a módszert a felesleges hő kibocsátására a tavaszi-nyári szezonban.
A rendszer stagnálása
Beszéljünk egy kicsit a keletkező hő feleslegével kapcsolatos problémákról.Tehát tegyük fel, hogy elegendő teljesítményű napkollektorot telepített, amely teljes mértékben hőt szolgáltathat otthona fűtési rendszerének. De eljött a nyár, és a fűtés iránti igény eltűnt. Ha az elektromos kazán kikapcsolja az energiát, a gázkazán megszakíthatja az üzemanyag-ellátást, akkor nincs napfényünk - nem kapcsolhatjuk ki, ha túl meleg.
A napkollektorok egyik fő potenciális problémája a rendszer stagnálása. Ha nem elegendő hő vesz fel a kollektor köréből, a hűtőfolyadék túlmeleged. Egy bizonyos pillanatban az utóbbi felforrhat, ami az áramkör mentén történő keringésének leállításához vezet. Amikor a hűtőfolyadék lehűl és kondenzálódik, a rendszer folytatja működését. Ugyanakkor messze minden fajta hűtőfolyadékról nyugodtan átváltani az átmenetet folyékony állapotból gáznemű állapotba és fordítva. Néhányan a túlmelegedés eredményeként zselésszerű állagot kapnak, ami lehetetlenné teszi az áramkör további működését.
Csak a kollektor által termelt hő stabil eltávolítása segít elkerülni a stagnálást. Ha a berendezés teljesítményének kiszámítása helyes, akkor a problémák valószínűsége majdnem nulla.
Ugyanakkor még ebben az esetben sem kizárt a vis maior körülményeinek bekövetkezése, ezért előre meg kell határozni a túlmelegedés elleni védekezés lehetőségeit:
1. Tartalék tartály felszerelése a forró víz felhalmozódására. Ha a melegvíz-ellátó rendszer főtartályában lévő víz elérte a beállított maximális értéket, és a napkollektor továbbra is hőt szolgáltat, automatikusan megváltozik, és a víz már a tartaléktartályban kezd felmelegedni. A melegvíz készlete később, felhős időben felhasználható háztartási igényekre.
2. Fűtött víz a medencében. A medencével rendelkező házak tulajdonosai (nem számít, beltéri vagy kültéri) nagyszerű lehetőséget kínálnak a fölösleges hő elvezetésére. A medence térfogata összehasonlíthatatlanul nagyobb, mint bármely háztartási tárolóhely, ebből következik, hogy a benne lévő víz nem melegszik fel annyira, hogy már nem képes felszívni a hőt.
3. Engedje le a forró vizet. A hőszükséglet hiányában egyszerűen leengedheti a felmelegített vizet a forró víz tárolótartályából kis részletekben a kis csatornába. A tartályba belépő hideg víz csökkenti a teljes térfogat hőmérsékletét, amely továbbra is eltávolítja a hőt az áramkörből.
4. Külső hőcserélő ventilátorral. Ha a napkollektor nagy kapacitással rendelkezik, a fölösleges hő is nagyon nagy lehet. Ebben az esetben a rendszer egy kiegészítő körrel van felszerelve, amely hűtőközeggel van feltöltve. Ezt a kiegészítő áramkört egy ventillátorral felszerelt és az épületen kívül felszerelt hőcserélő köti össze a rendszerrel. Ha fennáll a túlmelegedés veszélye, akkor a fölösleges hő bekerül a kiegészítő körbe, és a hőcserélőn keresztül "szabadul fel" a levegőbe.
5. Hő kibocsátása a talajba. Ha a házban található napkollektor mellett van egy talajhőszivattyú, akkor a fölösleges hő eljuthat a kútba. Ebben az esetben két problémát old meg egyszerre: egyrészt megvédi a kollektoráramot a túlmelegedéstől, másrészt visszaállítja a téli időszakban kimerült talaj hőtartalékát.
6. A napkollektor elszigetelése a közvetlen napfénytől. Ez a módszer műszaki szempontból az egyik legegyszerűbb. Természetesen a tetőre mászás és a kollektor kézi rögzítése nem érdemes - nehéz és nem biztonságos. Sokkal ésszerűbb távoli vezérlésű képernyőt felszerelni, mint pl. Redőny. A szűrő vezérlőegységet akár a vezérlőhöz is csatlakoztathatja - ha az áramkör hőmérséklete veszélyesen emelkedik, a kollektor automatikusan bezáródik.
7. Hűtőfolyadék lefolyó. Ez a módszer bíborosnak tekinthető, ugyanakkor meglehetősen egyszerű. Ha fennáll a túlmelegedés veszélye, a hűtőfolyadékot egy szivattyún keresztül a rendszer áramkörébe integrált speciális tartályba ürítik.Amikor a feltételek ismét kedvezővé válnak, a szivattyú visszatér a hűtőfolyadékot az áramkörbe, és a kollektor helyreáll.
Egyéb rendszerösszetevők
Nem elegendő csupán a nap által sugárzott hő összegyűjtése. Még mindig szükséges szállítani, felhalmozni, átadni a fogyasztóknak, ellenőrizni kell ezeket a folyamatokat, stb. Ez azt jelenti, hogy a tetőn található kollektorok mellett a rendszer számos más összetevőt tartalmaz, amelyek kevésbé észrevehetők, de nem kevésbé fontosak. Csak néhányukra összpontosítsunk.
hőátadó közeg
A kollektorkörben a hűtőfolyadék funkcióját víz vagy nemfagyasztó folyadék hajthatja végre.
A víznek számos hátránya van, amelyek bizonyos korlátozásokat vezetnek be a napkollektorok hűtőközegként történő felhasználására:
- Először is, fagyasztási hőmérsékleten lefagy. Annak érdekében, hogy a fagyasztott hűtőfolyadék ne szakítsa meg az áramkör csöveit, a hideg időjárás megkötésével le kell engedni, ami azt jelenti, hogy télen még kevés hőenergiát nem fog a kollektorból kapni.
- Másodszor, a víz nem túl magas forráspontja a nyáron gyakori stagnálást okozhat.
A nem fagyasztó folyadéknak, a vízzel ellentétben, lényegesen alacsonyabb a fagypontja és a páratlanul magasabb forráspontja, ami növeli a hűtőközegként történő felhasználás kényelmét. Magas hőmérsékleten azonban a „nemfagyás” visszafordíthatatlan változásokon mehet keresztül, ezért védeni kell a túlzott túlmelegedéstől.
Adapált szivattyú napelemes rendszerekhez
A hűtőközeg kényszerített áramlásának biztosításához a kollektoráram mentén szükség van egy szolárrendszerhez adaptált szivattyúra.
HMV hőcserélő
A hőátadást a napkollektor köréből a használati melegvíz-ellátáshoz használt vízbe vagy a fűtési rendszer hővezetőjébe hőcserélő hajtja végre. A forró víz felhalmozására általában egy nagyméretű tartályt használnak, már beépített hőcserélővel. Ésszerű kettő vagy több hőcserélővel ellátott tartályokat használni: ez lehetővé teszi, hogy hőmennyiségét nem csak a napkollektorról, hanem más forrásokból (gáz vagy elektromos kazán, hőszivattyú stb.) Is vegye.
automatizálás
Egy ilyen összetett rendszer nem képes automatizálás nélkül, amely irányítja és irányítja a folyamatot. A vezérlő lehetővé teszi a kollektor működésének automatizálását: elemzi az áramkör és a tárolótartály hőmérsékletét, vezérli a szivattyút és a szelepeket, amelyek felelősek a hűtőfolyadék áramlásáért az áramkör mentén. Ha az áramkörben lévő hűtőfolyadék túlmeleged és a tartályban lévő víz túlmelegszik, akkor a vezérlő parancsot ad arra, hogy a hőt egy alternatív hűtőborda - egy kiegészítő víztartály vagy egy kültéri levegő hőcserélője számára engedje el.
Ha a nappali órák végén a tárolótartályban lévő víz hőmérséklete meghaladja a kollektorkörben lévő hűtőfolyadék hőmérsékletét, akkor az automatizálás leállítja a hűtőfolyadék keringését az áramkör mentén, hogy a felhalmozódott hő nem kerül a légkörbe a kollektoron keresztül. A modern vezérlők lehetővé teszik a rendszer működésének távolról történő megfigyelését és szükség esetén a beállítások elvégzését.
Manapság nem lesz nehéz megtalálni a napkollektorokat és a piacon működéséhez szükséges összes alkatrészt. Teljesen lehetséges a rendszer összeszerelése külön megvásárolt elemekből. A gyártók azonban kész készleteket kínálnak, amelyek tartalmaznak egy kollektort, szivattyúkat, tárolótartályokat, vezérlő automatizálást stb. Egy ilyen készlet megvásárlása nem csak időmegtakarítást jelent, hanem a rendszer teljesítményének garantálását is.
