Minél jobb a szoláris fűtési rendszerek használata. Magánház szoláris fűtése: opciók és készülék diagramok

Napenergiával működő fűtési rendszerek

4.1. A napelemes rendszerek osztályozása és alapelemei

A szoláris fűtési rendszerek olyan rendszerek, amelyek a napsugárzást használják hőenergia-forrásként. Az övék jellemző különbség más alacsony hőmérsékletű fűtési rendszerekben egy speciális elem - egy napelem vevő - használata, amelyet a napsugárzás rögzítésére és átalakítására terveztek. hőenergia.

A napsugárzás felhasználási módja szerint a szoláris alacsony hőmérsékletű fűtési rendszereket passzív és aktív rendszerekre osztják.

A passzív rendszerek olyan szoláris fűtési rendszerek, amelyekben maga az épület vagy annak egyes burkolatai (kollektorépület, kollektorfal, kollektortető stb.) a napsugárzást fogadó és hővé alakító elemként szolgálnak.

Rizs. 4.1.1 Passzív, alacsony hőmérsékletű szoláris fűtési rendszer „fali kollektor”: 1 - napsugarak; 2 - sugár-átlátszó képernyő; 3 - légcsappantyú; 4 - fűtött levegő; 5 - hűtött levegő a helyiségből; 6 - a faltömb saját hosszúhullámú hősugárzása; 7 - fekete sugarat érzékelő falfelület; 8 - vakok.

Az alacsony hőmérsékletű szoláris fűtési rendszereket aktív rendszereknek nevezzük, amelyekben a napkollektor egy önálló, különálló, az épülethez nem kapcsolódó berendezés. Az aktív napelemes rendszerek a következőkre oszthatók:

rendeltetés szerint (melegvíz-ellátó rendszerek, fűtési rendszerek, kombinált rendszerek hő- és hidegellátási célokra);

a használt hűtőfolyadék típusa szerint (folyadék - víz, fagyálló és levegő);

a munkavégzés időtartama szerint (egész évben, szezonálisan);

sémák műszaki megoldása szerint (egy-, két-, többkörös).

A levegő széles körben elterjedt, nem fagyos hűtőfolyadék a működési paraméterek teljes skálájában. Hőhordozóként történő felhasználáskor lehetőség van a fűtési rendszerek szellőztető rendszerrel való kombinálására. A levegő azonban alacsony hőfokú hűtőközeg, ami a rendszerek eszközének fémfogyasztásának növekedéséhez vezet légfűtés a vízrendszerekhez képest.

A víz hővisszatartó és széles körben elérhető hőhordozó. 0 ° C alatti hőmérsékleten azonban fagyásgátló folyadékot kell hozzáadni. Ezenkívül szem előtt kell tartani, hogy az oxigénnel telített víz a csővezetékek és a készülékek korrózióját okozza. A vízi napkollektoros rendszerek fémfogyasztása azonban sokkal alacsonyabb, ami nagyban hozzájárul szélesebb körű alkalmazásukhoz.

A szezonális szoláris melegvíz-rendszerek általában egykörösek, és a nyári és az átmeneti hónapokban, pozitív külső hőmérsékletű időszakokban működnek. A karbantartott létesítmény rendeltetésétől és az üzemeltetési feltételektől függően rendelkezhetnek kiegészítő hőforrással, vagy nélkülözhetik.

Az épületek napkollektoros fűtési rendszerei általában kétkörös vagy leggyakrabban többkörösek, és a különböző körökhöz különböző hőhordozók használhatók (például a szolárkörben - nem fagyos folyadékok vizes oldatai, a közbenső körökben - víz, és a fogyasztói körben - levegő).

Az épületek hő- és hidegellátására szolgáló kombinált, egész évben használható napelemes rendszerek többkörösek, és további hőforrást tartalmaznak hagyományos fosszilis tüzelésű hőtermelő vagy hőtranszformátor formájában.

Sematikus ábrája szoláris hőellátó rendszert a 4.1.2. ábra mutatja. Három keringtető kört tartalmaz:

az első kör, amely 1 napkollektorokból, 8 keringető szivattyúból és 3 folyékony hőcserélőből áll;

egy második kör, amely egy 2 tárolótartályból, egy 8 keringető szivattyúból és egy 3 hőcserélőből áll;

a harmadik kör, amely egy 2 tárolótartályból, egy 8 keringető szivattyúból, egy víz-levegő hőcserélőből (légfűtő) 5 áll.

Rizs. 4.1.2. A szoláris hőellátó rendszer sematikus diagramja: 1 - napkollektor; 2 - tárolótartály; 3 - hőcserélő; 4 - épület; 5 - légfűtő; 6 - tartalék a fűtési rendszerhez; 7 - a melegvíz-ellátó rendszer duplája; nyolc - keringető szivattyú; 9 - ventilátor.

A szoláris fűtési rendszer a következőképpen működik. A hőbefogadó kör hőhordozója (fagyállója) az 1 napkollektorokban felmelegedve a 3 hőcserélőbe kerül, ahol a fagyálló hője a 3 hőcserélő gyűrűs terében keringő vízbe kerül a 3. a szekunder kör 8. szivattyújának működése. A felmelegített víz belép a 2. tárolóba. A tárolóból a vizet a 8 melegvíz-ellátó szivattyú veszi fel, szükség esetén a 7. tartalékban a kívánt hőmérsékletre hozza, és belép az épület melegvíz-ellátó rendszerébe. A tárolótartály feltöltése a vízellátó rendszerből történik.

Fűtéshez a 2 tárolótartályból a vizet a 8 harmadik kör szivattyúja juttatja az 5 fűtőberendezésbe, amelyen a levegő a 9 ventilátor segítségével áramlik át, és felmelegedéskor bejut a 4 épületbe. napkollektorok által termelt napsugárzás vagy hőenergia hiánya, üzembe helyezéskor a tartalék bekapcsol 6.

A szoláris hőellátó rendszer elemeinek megválasztását és elrendezését minden egyes esetben az éghajlati tényezők, az objektum rendeltetése, a hőfogyasztás módja és a gazdasági mutatók határozzák meg.

4.2. Koncentráló napkollektorok

A koncentráló napkollektorok polírozott fémből készült gömb- vagy parabola tükrök (4.2.1. ábra), melyek fókuszában hőbefogadó elem (napkazán) van elhelyezve, amelyen keresztül a hűtőfolyadék kering. Hőhordozóként vizet vagy nem fagyos folyadékokat használnak. Hőhordozóként használva víz éjszaka és bent hideg időszak a rendszert ki kell üríteni, nehogy lefagyjon.

A napsugárzás rögzítésének és átalakításának nagy hatékonyságának biztosítása érdekében a koncentráló szoláris vevőt folyamatosan szigorúan a Nap felé kell irányítani. Erre a célra a szoláris vevő egy nyomkövető rendszerrel van felszerelve, amely tartalmaz egy napirány-érzékelőt, egy elektronikus jelátalakító egységet, egy hajtóműves villanymotort a szolár vevő szerkezetének két síkban történő forgatásához.

Rizs. 4.2.1. Koncentráló napkollektorok: a - parabola koncentrátor; b - parabola-hengeres koncentrátor; 1 - napsugarak; 2 - hőelnyelő elem (napkollektor); 3 - tükör; 4 - a nyomkövető rendszer meghajtó mechanizmusa; 5 - a hűtőfolyadékot szállító és eltávolító csővezetékek.

A koncentráló napkollektoros rendszerek előnye, hogy viszonylag magas hőmérsékleten (akár 100 °C-ig) hőt és egyenletes gőzt tudnak termelni. A hátrányok közé tartozik a szerkezet magas költsége; a fényvisszaverő felületek portól való folyamatos tisztításának szükségessége; csak nappali órákban működjön, ezért nagy akkumulátorokra van szükség; nagy energiafogyasztás a napelemes nyomkövető rendszer meghajtásához, arányos a megtermelt energiával. Ezek a hátrányok korlátozzák az aktív, alacsony hőmérsékletű, koncentrált napkollektoros napkollektoros fűtési rendszerek széles körű elterjedését. Az utóbbi időben a lapos napkollektorokat leggyakrabban alacsony hőmérsékletű szoláris fűtési rendszerekben használják.

4.3. Lakás napkollektorok

A lapos napkollektor egy elnyelő lapos panellel és lapos átlátszó szigeteléssel ellátott készülék a napenergia elnyelésére és hőenergiává alakítására.

A lapos napkollektorok (4.3.1. ábra) üveg vagy műanyag burkolatból (egy, dupla, hármas), nap felőli oldalon feketére festett hőelnyelő panelből, hátul szigetelésből és házból (fém, műanyag) állnak. , üveg, fa).

Rizs. 4.3.1. Lapos napkollektor: 1 - napsugarak; 2 - üvegezés; 3 - tok; 4 - hőelnyelő felület; 5 - hőszigetelés; 6 - tömítőanyag; 7 - a hőfogadó lemez belső hosszúhullámú sugárzása.

Hőelnyelő panelként bármilyen fém vagy műanyag lemez használható hűtőfolyadék csatornákkal. A hőelnyelő panelek kétféle alumíniumból vagy acélból készülnek: lemezcsöves és sajtolt panelek (cső a lemezben). A műanyag paneleket nem használják széles körben törékenységük és napfény hatására gyors öregedésük, valamint alacsony hővezető képességük miatt.

A napsugárzás hatására a hőelnyelő panelek 70-80 °C-os hőmérsékletre melegednek, ami magasabb, mint a környezeti hőmérséklet, ami a panel konvektív hőátadásának növekedéséhez vezet. környezetés saját sugárzása az égboltra. A hűtőfolyadék magasabb hőmérsékletének elérése érdekében a lemez felületét spektrálisan szelektív rétegek borítják, amelyek aktívan elnyelik a nap rövid hullámhosszú sugárzását, és csökkentik saját hősugárzását a spektrum hosszú hullámhosszú részén. Az ilyen „fekete nikkel”, „fekete króm”, alumínium réz-oxid, réz-oxid és mások alapú kialakítások drágák (költségük gyakran arányos magának a hőelnyelő panelnek a költségével). A síkkollektorok teljesítményének javításának másik módja a hőelnyelő panel és az átlátszó szigetelés közötti vákuum létrehozása a hőveszteség csökkentése érdekében (negyedik generációs napkollektorok).

A napkollektorokra épülő napkollektoros rendszerek üzemeltetésének tapasztalatai számos jelentős hátrányt tártak fel az ilyen rendszerekben. Először is az magas ár gyűjtők. Munkájuk hatékonyságának növelése a szelektív bevonatok révén, az üvegezés átláthatóságának növelése, az evakuálás, valamint a hűtőrendszer elrendezése gazdaságilag veszteségesnek bizonyul. Jelentős hátránya az üvegek portól való gyakori tisztításának szükségessége, ami gyakorlatilag kizárja a kollektor ipari területeken történő használatát. A napkollektorok hosszú távú működése során, különösen téli körülmények között, gyakori meghibásodásuk figyelhető meg az üveg megvilágított és elsötétült felületeinek egyenetlen tágulása miatt, az üvegezés sértetlensége miatt. Szállítás és telepítés során is nagy százalékban fordul elő kollektor meghibásodás. A kollektoros rendszerek jelentős hátránya az év és napközbeni terhelés egyenetlensége is. Az európai és Oroszország európai részének magas (legfeljebb 50%) diffúz sugárzású kollektorok üzemeltetésének tapasztalata azt mutatta, hogy lehetetlen egy egész évben működő autonóm melegvíz-ellátó és fűtési rendszert létrehozni. A középső szélességi körökben minden napkollektoros napelemes rendszerben szükség van nagy térfogatú tárolótartályok beépítésére és további energiaforrás beépítésére a rendszerbe, ami csökkenti használatuk gazdasági hatását. Ebben a tekintetben a legcélszerűbb olyan területeken használni őket, ahol magas a napsugárzás átlagos intenzitása (legalább 300 W / m 2).

Potenciális lehetőségek a napenergia felhasználására Ukrajnában

Ukrajna területén a napsugárzás energiája egy átlagos éves nappali órákra átlagosan 4 kW ∙ óra 1 m 2 -enként. nyári napok- 6 - 6,5 kW ∙ h-ig), azaz körülbelül 1,5 ezer kW ∙ h évente négyzetméterenként. Ez nagyjából ugyanaz, mint Közép-Európában, ahol a napenergia felhasználása a legelterjedtebb.

A kedvező éghajlati viszonyok mellett Ukrajna magasan képzett tudományos személyzettel rendelkezik a napenergia-felhasználás területén. Miután visszatért prof. Boyko B.T. az UNESCO-tól, ahol az UNESCO napenergia felhasználásával foglalkozó nemzetközi programját vezette (1973-1979), intenzív tudományos és szervezési tevékenységet kezdett a Harkovi Politechnikai Intézetben (ma Nemzeti Műszaki Egyetem). - KhPI) az anyagtudomány új tudományos és oktatási irányának kidolgozásáról a napenergia területén. Már 1983-ban, a Szovjetunió Felsőoktatási Minisztériumának N 885. számú, 83/07/13-i rendeletével összhangban a Harkovi Politechnikai Intézetben először a Szovjetunió felsőoktatási intézményének gyakorlatában fizikusok képzését. profilalkotással a napenergia anyagtudományi területén a „Fémek fizikája” szakon belül indult. Ezzel lefektették az alapjait az 1988-ban végzett "Fizikai anyagtudomány az elektronika és a napenergia számára" (FMEG) tanszékének. FMEG Osztálya a Műszermérnöki Technológiai Tudományos Kutatóintézettel (Kharkov) együttműködve űrprogram Ukrajna részt vett a szilícium létrehozásában napelemek hatékonysággal 13 - 14% az ukrán űrrepülőgépeknél.

Az FMEG Tanszék 1994 óta a Stuttgarti Egyetem és az Európai Közösség, valamint a Zürichi Műszaki Egyetem és a Svájci Nemzeti Tudományos Társaság támogatásával aktívan részt vesz a fólia PVC fejlesztésével kapcsolatos tudományos kutatásban.

A napelemes erőművek igénybevétele alapján a lakossági fűtési, hűtési és melegvízellátási feladatokat, adminisztratív épületek, ipari és mezőgazdasági létesítmények. A napelemes erőművek a következő osztályozással rendelkeznek:

• rendeltetés szerint: melegvíz-ellátó rendszerek; fűtési rendszerek; kombinált berendezések hő- és hidegellátási célokra;
• a felhasznált hőhordozó típusa szerint: folyadék; levegő;
• munkaidő szerint: egész évben; szezonális;
• séma műszaki megoldása szerint: egykörös; kettős áramkör; több áramkörű.

A szoláris fűtési rendszerekben a leggyakrabban használt hőhordozók a folyadékok (víz, etilénglikol oldat, szerves anyag) és a levegő. Mindegyiknek vannak bizonyos előnyei és hátrányai. A levegő nem fagy meg, nem hoz létre nagy problémák a berendezések szivárgásával és korróziójával kapcsolatos. A levegő alacsony sűrűsége és hőkapacitása, valamint a levegős berendezések méretei miatt azonban a hűtőfolyadék szivattyúzásához szükséges energiafogyasztás magasabb, mint a folyékony rendszereké. Ezért a legtöbb üzemeltetett szoláris fűtési rendszerben előnyben részesítik a folyadékokat. Lakás és kommunális igények esetén a fő hőhordozó a víz.

Ha a napkollektorok negatív külső levegőhőmérsékletű időszakokban üzemelnek, akkor vagy fagyállót kell használni hűtőfolyadékként, vagy valamilyen módon elkerülni a hűtőfolyadék befagyását (például a víz időben történő leeresztésével, felfűtésével, a napelem szigetelésével). gyűjtő).

Az egész évben üzemelő melegvíz-ellátás napelemes berendezései duplikált hőforrással felszerelhetők vidéki házakkal, többszintes és lakóépületekkel, szanatóriumokkal, kórházakkal és egyéb objektumokkal. A szezonális létesítmények, mint például az úttörőtáborok, panziók, mobil létesítmények geológusok, építők, pásztorok számára, általában a nyári és az év átmeneti hónapjaiban, pozitív külső hőmérsékletű időszakokban működnek. Rendelkezhetnek redundáns hőforrással vagy nélkülözhetik, a létesítmény típusától és az üzemi feltételektől függően.

A szoláris melegvíz-ellátó rendszerek költsége az objektum költségének 5-15%-a lehet, és függ éghajlati viszonyok, a felszerelés költsége és fejlettségének mértéke.

A fűtési rendszerekhez tervezett szoláris berendezésekben mind folyadékot, mind levegőt használnak hőhordozóként. A többkörös szoláris erőművekben különböző hőhordozók használhatók különböző körökben (például a szoláris körben - víz, az elosztó körben - levegő). Hazánkban elterjedtek a hőellátást szolgáló víz-napelemes berendezések.

A fűtési rendszerekhez szükséges napkollektorok felülete általában 3-5-szöröse a melegvíz-rendszerek kollektorainak felületének, így ezeknek a rendszereknek a kihasználtsága különösen a nyári szezonban alacsonyabb. A fűtési rendszer beépítési költsége az objektum költségének 15-35%-a lehet.

A kombinált rendszerek magukban foglalhatnak egész évben működő fűtési és melegvízellátási berendezéseket, valamint hő- és hidegellátást szolgáló hőszivattyú és hőcső üzemmódban működő berendezéseket. Ezeket a rendszereket még nem használják széles körben az iparban.

A kollektor felületére érkező napsugárzás fluxusának sűrűsége nagymértékben meghatározza a szoláris hőellátó rendszerek hőtechnikai és műszaki-gazdasági mutatóit.

A napsugárzás fluxusának sűrűsége napközben és egész évben változik. Ez a napenergiát használó rendszerek egyik jellemzője, és a naperőművek konkrét mérnöki számításainál az E számított értékének megválasztása a döntő.

Napkollektoros hőellátó rendszer tervezési diagramjaként tekintsük a 3.3 ábrán látható diagramot, amely lehetővé teszi a különböző rendszerek működési sajátosságainak figyelembevételét. Az 1 napkollektor a napsugárzás energiáját hővé alakítja, amely a 3 hőcserélőn keresztül a 2 tárolótartályba kerül. A hőcserélő magában a tároló tartályban is elhelyezhető. A hűtőfolyadék keringését egy szivattyú biztosítja. A felmelegített hűtőfolyadék belép a melegvíz-ellátó és fűtési rendszerbe. A napsugárzás hiánya vagy hiánya esetén a melegvízellátáshoz vagy fűtéshez 5 tartalék hőforrás kapcsol be.

3.3. ábra. Napkollektoros hőellátó rendszer diagramja: 1 - napkollektorok; 2 - melegvíz-tároló tartály; 3 - hőcserélő; 4 - padlófűtéses épület; 5 - tartalék (további energiaforrás); 6 - passzív napelemes rendszer; 7 - kavicsos akkumulátor; 8 - lengéscsillapítók; 9 - ventilátor; 10 - meleg levegő áramlása az épületbe; 11- recirkulált levegő ellátása az épületből

A napkollektoros fűtési rendszerben a "Competitor" atomerőmű új generációs "Raduga" napkollektorait használják, amelyek javított termikus jellemzőkkel rendelkeznek, mivel szelektív bevonatot alkalmaznak egy hőelnyelő panelen. rozsdamentes acélbólés extra erős üvegből készült, áttetsző bevonat magas optikai jellemzőkkel.

A rendszer hőhordozóként használja: pozitív hőmérsékletű vizet vagy fagyállót a fűtési szezonban (szoláris kör), vizet (2. padlófűtési kör) és levegőt (harmadik napkollektoros levegős fűtési kör).

Tartalék forrásként villanybojler szolgált.

Használatával a napelemes rendszerek hatékonyságának javítása érhető el különböző módszerek hőenergia felhalmozása, szoláris rendszerek termikus kazánokkal és hőszivattyús berendezésekkel való ésszerű kombinációja, aktív és passzív fejlesztési rendszerek kombinációja hatékony eszközöketés automatikus vezérlési módszerek.

Az energiaárak emelkedésével egyre fontosabbá válik az alternatív energiaforrások alkalmazása. És mivel sokaknak a fűtés a fő kiadási tétel, ezért elsősorban fűtésről beszélünk: gyakorlatilag fizetni kell egész évbenés jelentős összegeket. Ha pénzt szeretne megtakarítani, az első dolog, ami eszébe jut nap melege: erőteljes és teljesen ingyenes energiaforrás. És teljesen lehetséges használni. Ráadásul a berendezés drága, de többszöröse olcsóbb, mint hőszivattyúk... Beszéljünk részletesebben arról, hogyan lehet a napenergiát felhasználni egy ház fűtésére.

Fűtés napról: előnyei és hátrányai

Ha a napenergia fűtési felhasználásáról beszélünk, akkor szem előtt kell tartania, hogy kettő van különböző eszközök a napenergia átalakítására:

Mindkét lehetőségnek megvannak a maga sajátosságai. Bár azonnal meg kell mondania, melyiket választja, ne rohanjon feladni a meglévő fűtési rendszert. A nap természetesen minden reggel felkel, de nem mindig esik elegendő fény a napelemekre. A legokosabb megoldás a kombinált rendszer készítése. Ha elegendő energia érkezik a napból, a második hőforrás nem működik. Ezzel megvédheti magát, kényelmes körülmények között élhet, és pénzt takaríthat meg.

Ha nincs kedv vagy lehetőség két rendszer telepítésére, akkor a napkollektoros fűtésének legalább dupla teljesítménytartalékkal kell rendelkeznie. Akkor határozottan mondhatod, hogy mindenesetre lesz meleged.

A napenergia fűtési felhasználásának előnyei:

Hátrányok:

• A beérkező hőmennyiség függése az időjárástól és a régiótól.
• A garantált fűtéshez olyan rendszerre van szükség, amely párhuzamosan tud működni a napkollektoros rendszerrel. Sok gyártó fűtőberendezések biztosítják ezt a lehetőséget. Különösen a falra szerelhető gázkazánok európai gyártói biztosítják a napenergiával való közös üzemeltetést (pl. kazánok Baxi). Még akkor is, ha olyan berendezést szerelt fel, amelyre nincs ilyen lehetőség, a munkában megegyezhet fűtési rendszer vezérlő segítségével.
• Szilárd pénzügyi befektetések a kiindulási ponton.
• Időszakos karbantartás: A csöveket és a paneleket meg kell tisztítani a rátapadt szennyeződésektől, és le kell mosni a portól.
• Egyes folyékony napkollektorok nem működnek nagyon alacsony hőmérsékleten. A súlyos fagyok előestéjén a folyadékot le kell engedni. De ez nem vonatkozik minden modellre és nem minden folyadékra.

Most nézzük meg közelebbről a napkollektoros fűtőelemek egyes típusait.

Napkollektorok

Napkollektorokat használnak napkollektoros fűtésre. Ezek a berendezések a nap melegét használják fel egy fűtőfolyadék felmelegítésére, amelyet azután melegvizes fűtési rendszerben lehet használni. A sajátosság az, hogy a ház fűtésére szolgáló szoláris vízmelegítő csak 45-60 ° C hőmérsékletet ad ki, és a legtöbb magas hatásfok 35 °C-on mutatja a kijáratnál. Ezért az ilyen rendszereket melegvizes padlókkal együtt ajánlott használni. Ha nem akar lemondani a radiátorokról, vagy növelje a szakaszok számát (kb. kétszeresére), vagy melegítse fel a hűtőfolyadékot.

A ház biztosítására meleg víz melegvíz fűtésre pedig napkollektorok (lapos és csöves) használhatók

Most a napkollektorok típusairól. Szerkezetileg két módosítás létezik:

• lakás;
• cső alakú.

Mindegyik csoportban vannak eltérések anyagban és kialakításban is, de működési elve megegyezik: a csöveken hűtőfolyadék fut át, ami a naptól felmelegszik. De a tervek teljesen mások.

Lapos napkollektorok

Ezek a napkollektoros fűtési rendszerek rendelkeznek egyszerű kialakításés ezért ezek azok, amelyek kívánt esetben saját kezűleg is elkészíthetők. A fém kerethez szilárd aljzat van rögzítve. A tetejére hőszigetelő réteg kerül. A veszteségek csökkentése és a házfalak szigetelése. Ezután jön az adszorberréteg - egy olyan anyag, amely jól elnyeli a napsugárzást, hővé alakítva azt. Ez a réteg általában fekete. Az adszorberen csövek vannak rögzítve, amelyeken keresztül a hűtőfolyadék áramlik. Felülről ez az egész szerkezet átlátszó fedéllel van lezárva. A burkolat anyaga lehet feszített üveg vagy valamelyik műanyag (leggyakrabban polikarbonát). Egyes modelleknél a burkolat fényáteresztő anyaga speciális kezelésen eshet át: a fényvisszaverő képesség csökkentése érdekében nem simává, hanem enyhén matttá teszik.

A lapos napkollektor csövek általában kígyóba vannak rendezve, két lyuk van - egy bemenet és egy kimenet. Egycsöves és kétcsöves csatlakozás is megvalósítható. Ez úgy van, ahogy tetszik. De a normál hőcseréhez szivattyú szükséges. Gravitációs rendszer is lehetséges, de ez nagyon hatástalan lesz a hűtőfolyadék alacsony mozgási sebessége miatt. Ez a fajta napkollektor használható fűtésre, bár hatékonyan lehet vele melegíteni a melegvízellátást.

A gravitációs kollektornak van egy változata, de elsősorban vízmelegítésre használják. Ezt a kialakítást műanyag napkollektornak is nevezik. Ez két tányérból származik átlátszó műanyag, hermetikusan rögzítve a testhez. Belül van egy labirintus a víz mozgására. Néha az alsó panel feketére van festve. Két nyílás van - bemenet és kimenet. A víz a labirintusban haladva, a naptól felmelegszik, és már melegen jön ki. Ez a rendszer jól működik víztartállyal, és könnyen felmelegíti a melegvízellátást. A hagyományos hordó modern helyettesítője nyári lélek... Sőt, hatékonyabb csere.

Mennyire hatékonyak a napkollektorok? A mai háztartási napelemes berendezések közül ezek mutatják legjobb pontszámok: hatékonyságuk 72-75%. De nem minden olyan jó:

• nem működnek éjszaka, és nem működnek jól felhős időben;
• nagy hőveszteség, különösen szél esetén;
• alacsony karbantarthatóság: ha valami elromlik, akkor jelentős részt, vagy az egész panelt cserélni kell.

Mindazonáltal egy magánház napfényből történő fűtése gyakran ezekkel a napelemes berendezésekkel történik. Az ilyen beállítások népszerűek déli országokban aktív sugárzással és pozitív hőmérséklettel téli időszak... Nem a mi teleinkre valók, de be nyári szezon jó eredményeket mutatni.

Levegőgyűjtő

Ez az egység egy ház légfűtésére használható. Szerkezetileg nagyon hasonlít a fent leírt műanyag kollektorhoz, de levegő kering és felmelegszik benne. Az ilyen eszközöket a falakra akasztják. Kétféleképpen működhetnek: ha a napkollektoros légfűtő hermetikusan le van zárva, a levegőt a helyiségből veszik, felmelegszik, és ugyanabba a helyiségbe tér vissza.

Van egy másik lehetőség is. A fűtést szellőztetéssel kombinálja. A levegőelosztó külső burkolatán lyukak vannak. Rajtuk keresztül jut be a szerkezet belseje hideg levegő... A labirintuson áthaladva a napsugaraktól felmelegszik, majd felmelegedve lép be a szobába.

A ház ilyen fűtése többé-kevésbé hatékony lesz, ha a telepítés a teljes déli falat elfoglalja, és ezen a falon nem lesz árnyék.

Cső gyűjtők

A hűtőfolyadék itt is a csöveken keresztül kering, de ezek a hőcserélő csövek mindegyike be van dugva üveg lombik... Mindegyik egy elosztóba áll össze, ami lényegében egy fésű.

A cső alakú kollektor vázlata (kattintson a kép nagyításához)

A csőkollektoroknak kétféle csöve van: koaxiális és tollas. A koaxiális - cső a csőben - egymásba vannak ágyazva, és a széleik tömítettek. A két fal között ritka levegőtlen környezet jön létre. Ezért az ilyen csöveket vákuumcsöveknek is nevezik. A tollcsövek egy szabályos cső, amely egyik oldalán le van zárva. Tollnak pedig azért hívják őket, mert a hőátadás fokozására egy adszorberlemezt helyeznek beléjük, aminek ívelt szélei vannak, és némileg a tollra emlékeztet.

Ezenkívül a hőcserélők különböző házakba helyezhetők. különböző típusok... Az első a Heat-pipe termikus csatornák. Ez egy egész transzformációs rendszer napfény hőenergiába. A hőcső üreges réz cső kis átmérőjű, egyik végén forrasztva. A másodiknak hatalmas hegye van. A csövet alacsony forráspontú anyaggal töltik meg. Melegítéskor az anyag forrni kezd, egy része gáz halmazállapotúvá válik, és felemelkedik a csőben. Útközben a fűtött csőfalaktól egyre jobban felmelegszik. Feljut a csúcsra, ahol egy ideig marad. Ezalatt a gáz a hő egy részét átadja a masszív csúcsnak, fokozatosan lehűl, lecsapódik és leülepszik, ahol a folyamat megismétlődik.

A második módszer - U-típusú - egy hagyományos hűtőfolyadékkal töltött cső. Itt nincs hír vagy meglepetés. Minden a szokásos módon történik: az egyik oldalról a hűtőfolyadék belép, áthaladva a csövön, felmelegszik a napfénytől. Az egyszerűsége ellenére ez a típusú hőcserélő hatékonyabb. De ritkábban használják. Ennek az az oka, hogy az ilyen típusú szoláris vízmelegítők egyetlen egészet alkotnak. Ha az egyik cső megsérül, a teljes részt ki kell cserélni.

A Heat-pipe rendszerű csőkollektorok drágábbak, kisebb hatékonyságot mutatnak, de gyakrabban használják őket. És mindez azért, mert a sérült csövet néhány perc alatt ki lehet cserélni. Ezenkívül, ha koaxiális lombikot használnak, akkor a cső is javítható. Egyszerűen szétszereljük (eltávolítjuk a felső sapkát), és a sérült elemet (a hőcsatorna vagy maga az izzó) kicseréljük egy szervizelhetőre. Ezután a csövet a helyére kell helyezni.

Melyik kollektor jobb fűtésre

Déli régiókhoz enyhe télés sok napsütéses nap egy évben a legjobb mód- laposgyűjtő. Ezen az éghajlaton a legmagasabb termelékenységet mutatja.

A keményebb éghajlatú régiókban a csőkollektorok alkalmasak. Ráadásul a Heat-pipe rendszerek jobban megfelelnek a zord télnek: éjszaka és még borús időben is felmelegítenek, összegyűjtve a napsugárzás spektrumának nagy részét. Nem félnek az alacsony hőmérséklettől, de a pontos hőmérsékleti tartományt tisztázni kell: ez a hőcsatornában lévő anyagtól függ.

Ezek a rendszerek, ha megfelelően számolják, lehetnek alapvetőek, de gyakrabban egyszerűen megtakarítják a fűtési költségeket egy másik, fizetős energiaforrásból.

Egy másik kiegészítő fűtés lehet egy légelosztó. Az egész falban elkészíthető, és könnyen elkészíthető. Kiválóan alkalmas garázs vagy nyaraló fűtésére. Sőt, a nem megfelelő fűtés miatt nem télen, hanem ősszel jelentkezhetnek problémák. Fagyban és hóban a nap energiája sokszorosa, mint felhős esős időben.

Napelemek

A „napenergia” szó hallatán elsősorban az akkumulátorokra gondolunk, amelyek a fényt elektromos árammá alakítják. Ezt pedig speciális fotoelektromos átalakítók végzik. Kereskedelmi forgalomban kaphatók különféle félvezetőkből. Leggyakrabban azért háztartási használatra szilícium napelemeket használunk. Nekik van a legtöbb alacsony árés meglehetősen tisztességes teljesítményt mutat: 20-25%.

Egyes országokban elterjedtek a magánházak napelemei

A napelemek közvetlenül fűtésre csak akkor használhatók, ha a kazán vagy egyéb fűtőtest elektromos áramon ehhez az áramforráshoz csatlakozik. Ezenkívül a napelemek és az elektromos akkumulátorok integrálhatók az otthoni áramellátó rendszerbe, és így csökkenthető a használt villamos energia havi számlája. Elvileg ezekből az attitűdökből teljesen reális a család szükségleteinek teljes kielégítése. Csak sok pénzt és helyet igényel. Átlagosan azóta négyzetméter panelek 120-150W között kaphatók. Tehát számolja meg, hány négyzet a tető ill szomszédos terület ilyen paneleknek kell elfoglalniuk.

A szoláris fűtés jellemzői

A szoláris fűtési rendszer kiépítésének megvalósíthatósága sokak számára kérdéses. Ennek fő oka az, hogy drága, és soha nem térül meg. Azzal, hogy drága, egyet kell értenünk: a berendezések árai meglehetősen magasak. De senki sem akadályoz meg abban, hogy kicsiben kezdje. Például egy ötlet hatékonyságának és gyakorlatiasságának felméréséhez készítsen egy hasonló telepítést saját maga. A költségek minimálisak, és első kézből kaphat ötletet. Aztán majd eldöntöd, hogy foglalkozol-e ezzel az egésszel vagy sem. Ez csak a lényeg: a teoretikusok összes negatív üzenete. A gyakorlók közül egyetlenegyet sem találtak. Aktívan keresik a javítási, átdolgozási módokat, de senki sem mondta, hogy az ötlet haszontalan. Ez mond valamit.

Most, hogy a szoláris fűtési rendszer telepítése soha nem lesz kifizetődő. Amíg a megtérülési idő

a hidak hazánkban nagyok. A napkollektorok vagy akkumulátorok élettartamához hasonlítható. De ha megnézzük az összes energiaforrás árnövekedésének dinamikáját, akkor feltételezhetjük, hogy hamarosan ez egészen elfogadható feltételekre csökken.

Most tulajdonképpen arról, hogyan készítsünk rendszert. Először is meg kell határoznia a ház és hét hő- és melegvíz-szükségletét. A szoláris fűtési rendszer kiszámításának általános módszere a következő:

• Tudva, hogy melyik régióban található a ház, megtudhatja, hogy az év minden hónapjában mennyi napfény esik a terület 1 m 2 -ére. A szakértők ezt insolációnak nevezik. Ezen adatok alapján meg tudja becsülni, hogy mennyi napelemek Szükséged van. De először meg kell határoznia, hogy mennyi hőre lesz szükség a melegvíz-ellátás és a fűtés előkészítéséhez.
• Ha van melegvíz órája, akkor tudja, mennyi meleg vizet költ el havonta. Nyomtassa ki az egy hónapra vonatkozó átlagfogyasztási adatokat, vagy számoljon a maximális fogyasztás szerint - aki akarja. Az otthoni hőveszteségről is rendelkeznie kell adatokkal.
• Vessen egy pillantást a szállítani kívánt napkollektorokra. A teljesítményükre vonatkozó adatok birtokában hozzávetőlegesen meg tudja határozni az igényeinek kielégítéséhez szükséges elemek számát.

A napelemes rendszer alkatrészeinek számának meghatározása mellett meg kell határozni a tartály térfogatát, amelyben felhalmozódik forró víz melegvízhez. Ez egyszerűen megtehető, ha ismeri családja tényleges kiadásait. Ha van felszerelve HMV mérő, és több évre vonatkozó adatokkal rendelkezik, akkor megjelenítheti az átlagos napi fogyasztást (az átlagos havi fogyasztás osztva a napok számával). Ez megközelítőleg a szükséges tartály térfogata. De a tartályt körülbelül 20%-os tartalékkal kell venni. Csak abban az esetben.

Ha nincs melegvízellátás vagy mérő, használhatja a fogyasztási arányokat. Egy ember átlagosan 100-150 liter vizet fogyaszt naponta. Tudva, hogy hány ember él állandóan a házban, kiszámolja a tartály szükséges térfogatát: az arányt megszorozzák a lakosok számával.

Azonnal le kell mondani, hogy a racionális (megtérülés szempontjából) a középső sáv Oroszországban napenergiával működő fűtési rendszer működik, amely a hőigény mintegy 30%-át fedezi és teljes mértékben ellátja forró víz... Ez átlagos eredmény: egyes hónapokban a fűtést 70-80%-ban a napelemes rendszer biztosítja, néhány hónapban (december-január) pedig csak 10%-ot. És ismét sok függ a napelemek típusától és a lakóhely régiójától.

És ez nem csak „észak” vagy „dél”. A napsütéses napok számáról van szó. Például a nagyon hideg Chukotkában a napkollektoros fűtés nagyon hatékony lesz: ott szinte mindig süt a nap. Anglia jóval enyhébb éghajlatán, örök ködök mellett a hatékonysága rendkívül alacsony.
;

Eredmények

Annak ellenére, hogy számos kritikus a napenergia hatástalanságáról és a túl hosszú megtérülési időről beszél, egyre többen térnek át legalább részben alternatív források... A megtakarítások mellett sokakat vonz az államtól való függetlenség és annak árpolitikája. Annak érdekében, hogy ne sajnálja a hiábavaló befektetett pénzt, először is végezhet egy kísérletet: saját kezűleg készítse el az egyik napelemes berendezést, és döntse el maga, mennyire vonzza (vagy nem).

A műszaki tudományok doktora B. I. Kazanjan
Moszkvai Energetikai Intézet
(műszaki egyetem), Oroszország
Energy Journal, 2005. 12. szám.

1. Bemutatkozás.

A fő okok, amelyek arra késztették az emberiséget, hogy részt vegyen a megújuló energiaforrások nagyszabású ipari fejlesztésében:
- éghajlati változások a légkör CO2-tartalmának növekedése miatt;
- sokak erős függősége fejlett országok, különösen az európaiak, az üzemanyagimportból;
- korlátozott fosszilis tüzelőanyag-készletek a Földön.
A világ legtöbb fejlett országa által nemrégiben aláírt Kiotói Jegyzőkönyv napirendre tűzte a környezet CO2-kibocsátásának csökkentését elősegítő technológiák felgyorsítását. E technológiák fejlesztésének lendületét nemcsak az éghajlatváltozás veszélyének és az ezzel járó gazdasági veszteségeknek a tudata adja, hanem az is, hogy az üvegházhatású gázok kibocsátására vonatkozó kvóták olyan árucikké váltak, amelyeknek nagyon is van értéke. Az egyik technológia, amely lehetővé teszi a fosszilis tüzelőanyag-felhasználás és a CO2-kibocsátás csökkentését, az alacsony minőségű hő előállítása melegvíz-ellátáshoz, fűtéshez, légkondicionáláshoz, technológiai és egyéb igényekhez napenergia felhasználásával. Jelenleg az emberiség által fogyasztott primer energia több mint 40%-a esik ezekre az igényekre, és ebben a szektorban a napenergia-technológiák a legkiforrottabbak és gazdaságilag leginkább elfogadhatók széles körben. gyakorlati használat... Sok országban a szoláris fűtési rendszerek használata egyúttal a gazdaság fosszilis tüzelőanyagok behozatalától való függőségének csökkentését is jelenti. Ez a feladat különösen fontos az Európai Unió országai számára, amelyek gazdasága már 50%-ban a fosszilis energiaforrások behozatalától függ, és 2020-ra ez a függőség 70%-ra nőhet, ami veszélyezteti e térség gazdasági függetlenségét.

2. A szoláris fűtési rendszerek alkalmazásának mértéke

A mérlegről modern használat a napenergia fűtési szükségleteit az alábbi statisztikák igazolják.
2004 végére az EU-országokban telepített napkollektorok összterülete elérte a 13 960 000 m2-t, a világon pedig meghaladta a 150 000 000 m2-t. Éves növekedés Európában a napkollektorok területe átlagosan 12%, egyes országokban pedig eléri a 20-30%-ot vagy még azt is. Az ezer lakosra jutó kollektorok számát tekintve világelső Ciprus, ahol a házak 90%-a napelemes berendezésekkel van felszerelve (ezer lakosra 615,7 m2 napkollektor jut), ezt követi Izrael, Görögország és Ausztria. A beépített kollektorok területén Európában az abszolút vezető Németország - 47%, ezt követi Görögország - 14%, Ausztria - 12%, Spanyolország - 6%, Olaszország - 4%, Franciaország - 3%. Az európai országok vitathatatlanul vezető szerepet töltenek be a szoláris fűtési rendszerek új technológiáinak fejlesztésében, de messze lemaradnak Kínától az új napelemes berendezések üzembe helyezésében. A világviszonylatban üzembe helyezett napkollektorok számának 2004 végi növekedésére vonatkozó statisztikai adatok a következő megoszlást adják: Kína - 78%, Európa - 9%, Törökország és Izrael - 8%, egyéb országok - 5%.
Az ESTIF (European Federation of Solar Thermal Plants Industry) szakértői értékelése szerint csak az EU-ban a napkollektorok hőellátó rendszerekben történő felhasználásának műszaki és gazdasági lehetősége több mint 1,4 milliárd m2, amely több mint 680 000 GWh termelésére képes. hőenergia évente. A közeljövő tervei szerint 2010-ig 100 000 000 m2 kollektor telepítése szerepel ebben a régióban.

3. A napkollektor a szoláris fűtési rendszer kulcseleme

A napkollektor minden napkollektoros fűtési rendszer fő eleme. Ebben történik a napenergia hővé alakítása. A teljes szoláris fűtési rendszer hatásfoka és annak gazdasági mutatók.
A fűtési rendszerekben elsősorban kétféle napkollektort használnak: lapos és vákuum.

A lapos napkollektor testből, átlátszó burkolatból, abszorberből és hőszigetelésből áll (1. ábra).

ÁBRA. 1 Tipikus lapos napkollektoros kivitel

A test a fő tartószerkezet, az átlátszó burkolat lehetővé teszi a napsugárzás bejutását a kollektorba, védi az abszorbert a külső környezettől és csökkenti a hőveszteséget a kollektor elülső oldaláról. Az abszorber elnyeli a napsugárzást és hőt ad át a hűtőközegnek a hőbefogadó felületéhez csatlakozó csöveken keresztül. A hőszigetelés csökkenti a hőveszteséget a kollektor hátsó és oldalsó felületeiről.
Az abszorber hőbefogadó felülete szelektív bevonattal van ellátva, amelynek nagy abszorpciós együtthatója van a nap spektrumának látható és közeli infravörös tartományában, és alacsony az emissziós tényezője a spektrális tartományban, amely megfelel a kollektor működési hőmérsékletének. A legjobb modern kollektorok abszorpciós együtthatója 94-95%, emissziós tényezője 3-8%, a fűtési rendszerekre jellemző üzemi hőmérsékleti tartományban a hatásfok meghaladja az 50%-ot. Nem szelektív fekete abszorber bevonat a modern kollektorokban ritkán használják a nagy sugárzási veszteségek miatt ... A 2. ábra a modern síkkollektorok példáit mutatja be.

A vákuumkollektorokban (3. ábra) az abszorber minden eleme külön üvegcsőbe kerül, amiben vákuum jön létre, aminek köszönhetően a levegő konvekciójából és hővezetéséből adódó hőveszteség szinte teljesen elnyomódik. Az abszorber felületének szelektív bevonata minimalizálja a sugárzási veszteségeket. Ebből adódóan a vákuumkollektor hatásfoka lényegesen magasabb, mint a laposkollektoré, költsége pedig lényegesen magasabb.

a b

2. ábra Lapos napkollektorok

a) Wagner cég, b) Feron cég

a b

3. ábra Wissman vákuum-elosztó
a) általános forma, b) kapcsolási rajz

3. Napkollektoros hőellátó rendszerek hődiagramjai

A világgyakorlatban a kisméretű napkollektoros fűtési rendszerek a legelterjedtebbek. Általában ezek a rendszerek napkollektorokat tartalmaznak teljes területtel 2-8m2, akkumulátor tartály, kapacitás amelyet a használt kollektorok, a keringető szivattyú vagy szivattyúk (fűtőkör típusától függően) és egyéb segédberendezések területe határoz meg. Kis rendszerekben a hűtőfolyadék keringtetése a kollektor és a tárolótartály között a természetes konvekciónak köszönhetően (termoszifon elv) szivattyú nélkül is megoldható. Ebben az esetben a tárolótartályt a kollektor felett kell elhelyezni. Az ilyen beépítések legegyszerűbb típusa egy kollektor, amely a kollektor felső végén található tároló tartállyal van összekapcsolva (4. ábra). Az ilyen típusú rendszereket általában kis családi házas házak melegvízellátására használják.

4. ábra Thermosiphon szolár fűtési rendszer.

ábrán. Az 5. ábra egy aktív rendszer példáját mutatja nagyobb méretű, amelyben az akkumulátortartály a kollektorok alatt található, és a hűtőfolyadék keringtetése szivattyú segítségével történik. Az ilyen rendszereket igényekre és melegvízellátásra és fűtésre használják. A fűtési terhelés egy részének fedezésében részt vevő aktív rendszerekben főszabály szerint tartalék hőforrást biztosítanak villamos energiával vagy gázzal. .

5. ábra Termikus áramkör aktív napkollektoros melegvíz-ellátó és fűtési rendszer

Viszonylag új jelenség a szoláris hőellátás alkalmazásának gyakorlatában nagyméretű rendszerek, amelyek képesek kielégíteni a melegvíz-ellátás és a fűtés igényeit bérházak vagy teljes lakóterületek. Ezek a rendszerek napi vagy szezonális hőtárolást használnak.
A napi felhalmozás feltételezi a rendszer működtetésének lehetőségét a felhalmozott hő felhasználásával több napig, szezonálisan - több hónapig.
A szezonális hőfelhalmozáshoz nagyméretű, vízzel teli földalatti tározókat használnak, amelyekbe a nyáron a kollektorokból beérkező összes hőfelesleget elvezetik. A szezonális felhalmozódás másik lehetősége a talaj fűtése csövekkel ellátott kutak segítségével, amelyeken keresztül a meleg víz kering a kollektorokból.

Az 1. táblázat a nagy napelemes rendszerek főbb paramétereit mutatja napi és szezonális hőtárolóval, összehasonlítva egy családi házas kis napelemes rendszerrel.

Rendszer típusa
Gyűjtőfelület egy fő m2 / fő
Hőtároló térfogata, l / m2col
Napenergiával fedezett HMV terhelés aránya %
A napenergia által fedezett teljes terhelés aránya
A napenergiából nyert hő költsége Németország viszonyok között Euro / kWh