קולטי שמש: סוגים, עקרון פעולה, תכנון מערכות
משאבות חום שואב אנרגיה מאדמה, מים או אוויר שחוממים על ידי השמש. הדודים משתמשים בחום שמשתחרר במהלך בעירה של דלק, שבסופו של דבר הוא גם תוצר של המרת אנרגיה סולארית במהלך ההתפתחות הארוכה של כדור הארץ. קולטי שמש הם, במובן מסוים, ייחודיים: הם מקבלים אנרגיה ישירות מהשמש.
כדי שתהיה לך מחר הזדמנות לחמם מים למים חמים ביתיים בחינם לחלוטין או לחמם את הבית שלך, היום אתה עדיין צריך לבזבז כסף על רכישת קולטי שמש. בהתחשב בעלות הניכרת של ציוד כזה, חשוב מאוד לא לטעות בעת הבחירה. לכן, עליכם לקבל רעיונות כלליים לפחות לגבי הספציפיות של קולטי שמש ועל הדקויות של עבודתם.
תוכן:
הפרטים של השימוש בקולטי שמש
המאפיין העיקרי של קולטי שמש המבדיל אותם מסוגים אחרים של מחוללי חום הוא האופי המחזורי של עבודתם. אין שמש - אין אנרגיה תרמית. כתוצאה מכך, מתקנים כאלה הם פסיביים בלילה.
ייצור החום היומי הממוצע תלוי ישירות באורך שעות האור. האחרון נקבע, ראשית, על ידי קו הרוחב הגאוגרפי של האזור, ושנית, לפי נקודת השנה. במהלך תקופת הקיץ, שבמהלכה נופל שיא הנחיתה בחצי הכדור הצפוני, יעבוד האספן ביעילות מירבית. בחורף, תפוקתו יורדת ומגיעה למינימום בחודשים דצמבר-ינואר.
בחורף יעילות קולטי השמש פוחתת לא רק כתוצאה מירידה בשעות אור היום, אלא גם בגלל שינוי בזווית השכיחות של אור השמש. יש לקחת בחשבון תנודות בביצועיו של קולט השמש במהלך השנה בעת חישוב תרומתו למערכת אספקת החום.
גורם נוסף שיכול להשפיע על התפוקה של קולט השמש הוא התכונות האקלימיות של האזור. על שטחה של ארצנו ישנם מקומות רבים שבהם, יותר מ -200 יום בשנה, השמש מוסתרת מאחורי שכבת עננים עבה או מאחורי מעטה ערפל. במזג אוויר מעונן, הביצועים של קולט השמש לא יורדים לאפס, מכיוון שהוא מסוגל לתפוס את אור השמש המפוזר, אך הוא מופחת משמעותית.
עקרון הפעולה וסוגי קולטי השמש
הגיע הזמן לומר כמה מילים על המכשיר ועיקרון הפעולה של קולט השמש. המרכיב העיקרי בעיצובו הוא סופג, שהוא צלחת נחושת עם צינור מרותך אליו. סופג את חום אור השמש הנופל עליו, והצלחת (ואיתה הצינור) מתחממת במהירות. חום זה מועבר אל נוזל הקירור הנוזל המסתובב דרך הצינור, וזה בתורו מעביר אותו הלאה דרך המערכת.
יכולתו של הגוף הפיזי לקלוט או לשקף את קרני השמש תלויה קודם כל באופי פני השטח שלו. לדוגמה, משטח מראה משקף בצורה מושלמת אור וחום, אך שחור, להפך, סופג. זו הסיבה שמרחים ציפוי שחור על לוח הנחושת של הסופר (האפשרות הפשוטה ביותר היא צבע שחור).
עקרון הפעולה של קולט השמש
1. קולט שמש.
2. מיכל מאגר.
3. מים חמים.
4. מים קרים.
5. הבקר.
6. מחליף חום.
7. משאבה
8. זרם חם.
9. זרם קר.
אפשר להגדיל את כמות החום שמתקבלת מהשמש על ידי בחירה נכונה של זכוכית המכסה את הספיחה. זכוכית רגילה אינה שקופה מספיק.בנוסף, הוא בוהק ומשקף חלק מאור השמש הנופל עליו. בקולטי שמש, ככלל, הם מנסים להשתמש בזכוכית מיוחדת עם תכולת ברזל נמוכה, מה שמגדיל את השקיפות שלה. כדי להפחית את שבריר האור המוחזר על פני השטח, מוחל ציפוי אנטי-רפלקטיבי על הזכוכית. וככה שאבק ולחות, שמפחיתים גם את תפוקת הזכוכית, לא נכנסים לתוך הקולט, התיק אטום, ולפעמים אפילו מתמלא בגז אינרטי.
למרות כל הטריקים הללו, היעילות של קולטי השמש עדיין רחוקה מ -100%, בשל חוסר השלמות בעיצובם. לוח הספיחה המחומם מקרין חלק מהאש שהתקבל לסביבה, ומחמם את האוויר במגע עמו. על מנת למזער את אובדן החום יש לבודד את הסופר. החיפוש אחר שיטה יעילה לבידוד תרמי של הספיח הוביל למהנדסים ליצור כמה סוגים של קולטי שמש, כאשר הנפוצים שבהם הם אלו ואקום שטוח וצינורי.
קולטי שמש שטוחים
קולטי שמש שטוחים.
העיצוב של קולט שמש שטוח הוא פשוט ביותר: מדובר בקופסת מתכת המכוסה זכוכית מלמעלה. לבידוד תרמי של קרקעית וקירות הגוף, ככלל, משתמשים בצמר סלעים. אפשרות זו רחוקה מלהיות אידיאלית, מכיוון שלא מועברים העברת חום מהסופר לספוג הזכוכית דרך האוויר בתוך התעלה. עם הבדל גדול בטמפרטורה בתוך הקולט ומחוצה לו, אובדן החום הוא די משמעותי. כתוצאה מכך, אספן שמש שטוח, המתפקד בצורה מושלמת באביב ובקיץ, הופך להיות לא יעיל במיוחד בחורף.
מכשיר קולטי שמש שטוח
1. צינור כניסה.
2. זכוכית מגן.
3. שכבת הקליטה.
4. מסגרת אלומיניום.
5. צינורות נחושת.
6. מבודד חום.
7. צינור יציאה.
קולטי שמש ואקום צינוריים
קולטי שמש ואקום צינוריים.
אספן השמש הוואקום הוא לוח המורכב ממספר גדול של צינורות זכוכית דקיקים יחסית. בתוך כל אחד מהם נמצא adsorber. כדי לא לכלול העברת חום באמצעות גז (אוויר), הצינורות מפונים. בגלל המחסור בגז ליד הסופרים, אספני הוואקום מאופיינים באובדי חום נמוכים אפילו במזג אוויר כפור.
מכשיר סעפת ואקום
1. בידוד תרמי.
2. דיור מחליף חום.
3. מחליף חום (אספן)
4. פקק אטום.
5. צינור ואקום.
6. קבל.
7. צלחת סופגת.
8. צינור חום עם נוזל עבודה.
יישומים לקולטני שמש
המטרה העיקרית של קולטי שמש, כמו גם כל מחוללי חום אחרים, היא חימום מבנים והכנת מים למערכת אספקת מים חמים. נותר לברר איזה סוג של קולטי שמש מתאים ביותר לביצוע פונקציה מסוימת.
קולטי שמש שטוחים, כפי שמצאנו, מאופיינים בביצועים טובים באביב ובקיץ, אך אינם יעילים בחורף. מכאן עולה כי אין זה מעשי להשתמש בהם לצורך חימום, אשר הצורך בהם מתעורר בדיוק עם תחילת מזג האוויר הקר. עם זאת, אין זה אומר שאין עסק כלל לציוד זה.
לאספנים שטוחים יש יתרון חסר עוררין - הם זולים משמעותית מדגמי ואקום, ולכן במקרים שבהם מתוכנן להשתמש באנרגיה סולארית באופן בלעדי בקיץ, הגיוני לרכוש אותם. קולטי שמש שטוחים מתמודדים בצורה מושלמת עם משימת הכנת המים למים חמים בקיץ. לעתים קרובות יותר הם משמשים לחימום לטמפרטורת מים נוחה בבריכות חיצוניות.
סעפות ואקום צינוריות מגוונות יותר. עם הופעת הצטננות החורף, הביצועים שלהם פוחתים לא כל כך משמעותית כמו במקרה של דגמים שטוחים, מה שאומר שאפשר להשתמש בהם כל השנה.זה מאפשר להשתמש בקולטי שמש כאלה לא רק לאספקת מים חמים, אלא גם במערכת החימום.
השוואה בין קולטי שמש שטוחים ווואקום.
מיקום קולטי שמש
היעילות של קולט השמש תלויה ישירות בכמות אור השמש הנופלת על הסופר. מכאן, שיש לאסוף את האספן בחלל פתוח, שבו לעולם (או לפחות כמה שיותר זמן) הצל מהבניינים הסמוכים, עצים הממוקמים ליד הרים וכו '.
חשיבות רבה היא לא רק מיקום האספן, אלא גם התמצאותו. הצד ה"שמש "ביותר בחצי הכדור הצפוני שלנו הוא הצד הדרומי, כלומר, באופן אידיאלי, יש לפנות את" מראות "האספן בדיוק דרומה. אם אי אפשר לעשות זאת מבחינה טכנית, עליכם לבחור את הכיוון הכי קרוב שאפשר לדרום - דרום-מערב או דרום-מזרח.
אסור להתעלם מפרמטר כזה כמו זווית הנטייה של קולט השמש. גודל הזווית תלוי בסטיית מיקום השמש מהזיטה, אשר בתורו נקבעת על ידי הרוחב הגיאוגרפי של האזור בו יופעל הציוד. אם זווית ההטיה לא מוגדרת כראוי, אובדן האנרגיה האופטית יגדל משמעותית, מכיוון שחלק משמעותי מאור השמש ישתקף מזכוכית האספן, ולכן לא יגיע לבולם.
כיצד לבחור את קולטי השמש הנכונים
אם אתה רוצה שמערכת החימום של הבית שלך תתמודד עם המשימה של שמירה על טמפרטורה נוחה במקום, ומים חמים ולא פושרים שזורמים מהברזים, ובאותה עת מתכננים להשתמש בקולט שמש כגנרטור חום, עליך לחשב מראש את הכוח הדרוש של הציוד. במקרה זה, יהיה צורך לקחת בחשבון מספר גדול למדי של פרמטרים, כולל מטרת האספן (אספקת מים חמים, חימום, או שילוב ביניהם), דרישת החום של החפץ (שטח כולל של חדרים מחוממים או צריכה יומית ממוצעת של מים חמים), תכונות אקלימיות של האזור ותכונות התקנת האספן.
באופן עקרוני, ביצוע חישובים כאלה אינו כה קשה. הביצועים של כל דגם ידועים, מה שאומר שאתה יכול בקלות להעריך את מספר האספנים הדרושים בכדי לספק חום לבית. לחברות המייצרות קולטי שמש יש מידע (ויכול לספק אותו לצרכן) על שינוי כוחו של הציוד בהתאם לרוחב הגיאוגרפי של השטח, זווית הנטייה של "המראות", סטיית הכיוון שלהם מדרום וכו ', המאפשרת לבצע את התיקונים הנדרשים. בעת חישוב ביצועי המאגר.
בבחירת כוח האספן הנדרש, חשוב מאוד להשיג איזון בין המחסור לחום העודף שנוצר. מומחים ממליצים להתמקד בעוצמת האספן המרבית האפשרית, כלומר, להשתמש במחוון לעונת הקיץ היצרנית ביותר בחישובים. זה נוגד את רצונו של המשתמש הממוצע לקחת ציוד בשוליים (כלומר לחשב את כוחו של החודש הקר ביותר), כך שהחום מהאספן יספיק בימי סתיו וחורף פחות שטופי שמש.
עם זאת, אם תלכו בדרך של בחירת קולט סולארי בעל עוצמה מוגברת, אז בשיא ביצועיו, כלומר במזג אוויר שטוף שמש חמים, תיתקלו בבעיה חמורה: יופק יותר חום מאשר נצרך, וזה מאיים על התחממות יתר של המעגל ותוצאות לא נעימות אחרות . ישנן שתי אפשרויות לפתור בעיה זו: התקן אספן שמש בעל עוצמה נמוכה ובמקביל מחבר מקורות חום מיותרים במקביל, או רכוש דגם עם רזרבת כוח גדולה ומספק דרכים לפרוק חום עודף בעונת האביב-קיץ.
קיפאון מערכת
בואו נדבר קצת יותר על הבעיות הקשורות לעודף חום שנוצר.לכן, נניח שהתקנת אספן שמש חזק מספיק שיכול לספק חום מלא למערכת החימום של הבית שלך. אולם הקיץ הגיע והצורך בחימום נעלם. אם אתה יכול לכבות את החשמל של דוד חשמל, כבה את אספקת הדלק לדוד גז, אז אין לנו כוח על השמש - אנחנו לא יכולים לכבות אותו כשהוא חם מדי.
קיפאון של המערכת הוא אחת הבעיות הפוטנציאליות העיקריות של קולטי השמש. אם נלקח מספיק חום ממעגל האספנים, נוזל הקירור מתחמם יתר על המידה. ברגע מסוים, האחרון עשוי להרתיח, מה שיוביל להפסקת זרימתו לאורך המעגל. כאשר נוזל הקירור מתקרר ומתעבה, המערכת תחזור לפעולה. עם זאת, הרחק מכל סוגי נוזלי הקירור מעבירים ברוגע את המעבר ממצב נוזלי למצב גזי ולהפך. חלקם כתוצאה מחימום יתר רוכשים עקביות דמויית ג'לי, מה שהופך את המשך הפעולה של המעגל לבלתי אפשרי.
רק הסרת יציבות של חום המיוצר על ידי האספן תעזור למנוע סטגנציה. אם חישוב עוצמת הציוד נעשה נכון, הסיכוי לבעיות הוא כמעט אפס.
עם זאת, גם במקרה זה, לא נכלל התרחשות כוח עליון ולכן יש לחזות מראש דרכים להגנה מפני התחממות יתר:
1. התקנת מיכל מילואים להצטברות מים חמים. אם המים במיכל הראשי של מערכת אספקת המים החמים הגיעו למקסימום שנקבע, וקולט השמש ממשיך לספק חום, יתבצע החלפה אוטומטית, והמים יתחילו להתחמם כבר במיכל השמורה. מלאי מים חמים שנוצר יכול לשמש לצרכים ביתיים מאוחר יותר, במזג אוויר מעונן.
2. מים מחוממים בבריכה. לבעלי בתים עם בריכה (לא משנה, פנים או חוץ) יש הזדמנות נהדרת להסיט עודף חום. נפח הבריכה גדול באופן בלתי משתנה מנפח האחסון הביתי כלשהו, שממנו יוצא שהמים בתוכו לא מתחממים עד כדי כך שהם כבר לא יכולים לספוג חום.
3. מסננים מים חמים. בהיעדר היכולת לבלות חום עודף, תוכלו פשוט לנקז את המים המחוממים ממיכל האחסון למים חמים למי ביוב קטנים בחלקים קטנים. המים הקרים הנכנסים למיכל יורידו את הטמפרטורה של הנפח כולו, אשר ימשיכו להוריד חום מהמעגל.
4. מחליף חום חיצוני עם מאוורר. אם יש לקולט השמש קיבולת גבוהה, החום העודף יכול להיות גם גדול מאוד. במקרה זה, המערכת מצוידת במעגל נוסף מלא בקירור. מעגל נוסף זה מחובר למערכת באמצעות מחליף חום המצויד במאוורר ומורכב מחוץ לבניין. אם קיים סיכון להתחממות יתר, עודף חום נכנס למעגל הנוסף והוא "משתחרר" לאוויר דרך מחליף החום.
5. פריקת חום לאדמה. אם בנוסף לקולט השמש בבית יש משאבת חום לאדמה, ניתן לשלוח חום עודף לבאר. במקרה זה, אתה פותר שתי בעיות בבת אחת: מצד אחד אתה מגן על מעגל האספנים מפני התחממות יתר, ומצד שני אתה משחזר את שמורת החום שהתרוקנה באדמה במהלך החורף.
6. בידוד קולטי שמש מאור שמש ישיר. שיטה זו היא טכנית אחת הפשוטות ביותר. כמובן שטיפס על הגג והרמת ידני של הקולט אינו שווה את זה - זה קשה ולא בטוח. זה הרבה יותר רציונלי להתקין מסך מבוקר מרחוק, כמו תריס גלילה. אתה יכול אפילו לחבר את יחידת בקרת ההקרנה לבקר - אם הטמפרטורה במעגל עולה בצורה מסוכנת, הקולט ייסגר אוטומטית.
7. ניקוז נוזל קירור. שיטה זו יכולה להיחשב קרדינלית, אך יחד עם זאת היא די פשוטה. אם קיים סיכון להתחממות יתר, נוזל הקירור מוזרם באמצעות משאבה למיכל מיוחד המשולב במעגל המערכת.כאשר התנאים הופכים לטובים שוב, המשאבה תחזיר את נוזל הקירור למעגל, והקולטן ישוחזר.
רכיבי מערכת אחרים
זה לא מספיק פשוט לאסוף את החום שמקרינה השמש. עדיין יש צורך להעביר, לצבור, להעביר אותו לצרכנים, יש צורך לשלוט על כל התהליכים הללו וכו '. המשמעות היא שבנוסף לקולטים הממוקמים על הגג, המערכת מכילה רכיבים רבים אחרים, שעשויים להיות פחות מורגשים, אך לא פחות חשובים. הבה נתמקד רק בחלק מהם.
נוזל קירור
את פעולת נוזל הקירור במעגל האספן ניתן לבצע על ידי מים או נוזל שאינו מקפיא.
למים מספר חסרונות שמטילים מגבלות מסוימות על השימוש בהם כנוזל קירור בקולטי שמש:
- ראשית, בטמפרטורות הקפוא הוא קופא. כך שהנוזל הקירור הקפוא לא ישבור את צינורות המעגל, יהיה עליו לרוקן אותו בגישה של מזג אוויר קר, מה שאומר שבחורף לא תקבלו אפילו כמויות קטנות של אנרגיה תרמית מהאספן.
- שנית, נקודת רתיחה לא גבוהה מדי עלולה לגרום לקיפאון תכוף בקיץ.
לנוזל שאינו מקפיא, בניגוד למים, יש נקודת הקפאה נמוכה משמעותית ונקודת רתיחה גבוהה יותר באופן בלתי משתנה, מה שמגדיל את הנוחות בשימוש כחומר נוזל קירור. עם זאת, בטמפרטורות גבוהות, "ההקפאה" עלולה לעבור שינויים בלתי הפיכים, ולכן יש להגן עליה מפני התחממות יתר יתר.
משאבה מותאמת למערכות סולאריות
כדי להבטיח זרימה מאולצת של נוזל הקירור לאורך מעגל האספנים, יש צורך במשאבה המותאמת למערכות סולאריות.
מחליף חום DHW
העברת חום ממעגל קולטי השמש למים המשמשים באספקת המים החמים הביתית, או למנשא החום של מערכת החימום מתבצעת באמצעות מחליף חום. ככלל, לצורך הצטברות מים חמים, משתמשים במיכל נפח גדול עם מחליף חום מובנה שכבר. זה רציונלי להשתמש במכלים עם שני מחליפי חום או יותר: זה יאפשר לכם לקחת חום לא רק מקולט השמש, אלא גם ממקורות אחרים (דוד גז או חשמל, משאבת חום וכו ').
אוטומציה
מערכת מורכבת כזו לא יכולה להסתדר בלי אוטומציה, השולטת ושולטת בתהליך. הבקר מאפשר לבצע אוטומציה של עבודת הקולט: הוא מנתח את הטמפרטורה במעגל ובמיכל האחסון, שולט על המשאבה והשסתומים האחראיים לתנועת נוזל הקירור לאורך המעגל. אם נוזל הקירור במעגל מתחמם יתר על המידה והמים במיכל מתחממים יתר על המידה, הבקר ייתן פקודה לשחרר את החום לכור חום חלופי - מיכל מים נוסף או מחליף חום חיצוני.
אם בסוף שעות האור היום הטמפרטורה של המים במיכל האחסון עולה על הטמפרטורה של נוזל הקירור במעגל האספן, האוטומציה תעצור את זרימת נוזל הקירור לאורך המעגל כך שהחום המצטבר לא ישוחרר לאטמוספרה דרך האספן עצמו. בקרים מודרניים מאפשרים לפקח מרחוק על פעולת המערכת ובמידת הצורך לבצע התאמות.
כיום לא יהיה קשה למצוא קולטי שמש ואת כל המרכיבים הדרושים להפעלתו בשוק. בהחלט ניתן להרכיב מערכת מאלמנטים שנרכשו בנפרד. עם זאת, היצרנים מציעים ערכות מוכנות, הכוללות אספן, משאבות, מיכלי אחסון, אוטומציה שליטה וכו '. רכישת ערכה כזו אינה רק חיסכון בזמנכם, אלא גם ערובה לביצועי המערכת.
