Saulės šildymas namuose su kolektoriais: veikimo principas ir kaina

Ar realu aprūpinti savo namus saulės šilumine energija? Šiandien aptarsime galimybę naudoti saulės sistemas kaip pagrindinį šildymo šaltinį, apsvarstysime saulės kolektorių ekonominio pagrindimo ir efektyvumo klausimą..

Pagrindiniai šildymo sistemos komponentai

Saulės kolektoriai yra saulės sistemos šildymo šaltinis, kurio tikslas – efektyviausias energijos perdavimas iš infraraudonųjų saulės spindulių spektro į aušinimo skystį. Saulės šviesos šiluminis diapazonas yra 40–45% viso radiacijos srauto, konkrečiais skaičiais – 200–500 W / m.² priklausomai nuo platumos, metų laiko ir dienos.

Iš esmės pakanka vien kolektorių, kad būtų galima pastatyti paprasčiausią saulės sistemą. Jų kanalais įprastas vanduo gali cirkuliuoti, naudojamas buitinėms reikmėms ir būstui šildyti. Tačiau šis požiūris nėra pakankamai efektyvus dėl daugelio priežasčių, iš kurių pirmoji yra energijos nuostolių nepapildymas per dieną. Todėl vienas iš svarbiausių saulės šildymo sistemos elementų yra šilumos akumuliatorius – indas su vandeniu.

Namo šildymo schema su saulės kolektoriais: 1 – šalto vandens tiekimas; 2 – šilumokaitis; 3 – šilumos akumuliatorius; 4 – temperatūros jutiklis; 5 – aušinimo skysčio kontūras; 6 – siurblinė; 7 – valdiklis; 8 – išsiplėtimo bakas; 9 – karštas vanduo; 10 – trijų krypčių vožtuvas; 11 – saulės kolektorius

Saulės kolektoriaus techninis įtaisas taip pat yra savotiškas apribojimas. Jo kanalai turi gana mažą srauto plotą, dėl kurio gali užsikimšti mechaninės priemaišos. Taip pat yra didelė aušinimo skysčio užšalimo naktį tikimybė, o viršutinė darbinės temperatūros diapazono riba yra 200–300 ° С. Kolektoriai yra skirti greitam aušinimo skysčio, kuris patenka žemoje temperatūroje, cirkuliacijai, yra greitai kaitinamas saulės spindulių ir taip pat greitai perduoda šilumą akumuliatoriui.

Vakuuminiai U formos saulės kolektorių vamzdžiai

Dėl šių priežasčių įprasta naudoti propilenglikolį su specialių priedų rinkiniu tiesioginiam šildymui šilumos vamzdynuose. Taigi, trečiasis privalomas saulės šildymo sistemos elementas yra specialus aušinimo skystis ir mainų grandinė, dažnai struktūriškai įtraukiama į šilumos akumuliatorių arba gali būti paties kolektoriaus dalis..

Kolekcininkų įvairovė ir skirtumai

Nesigilinant į technines prietaiso detales, pagrindinis skirtumas tarp plokščių ir vakuuminių kolektorių slypi jų naudojimo skirtingose ​​klimato zonose tikslingume. Plokščius kolektorius geriausia naudoti pietinėse platumose, kai vyrauja aukštesnė nei nulis temperatūra, vakuuminiuose – arčiau šiaurinių.

Plokščio saulės kolektoriaus konstrukcija: 1 – aušinimo skysčio išleidimo anga; 2 – kolektoriaus rėmas; 3 – struktūrizuotas kruša atsparus stiklas; 4 – absorberis; 5 – variniai vamzdžiai; 6 – šilumos izoliacija; 7 – aušinimo skysčio įleidimo anga

Tam tikrų tipų saulės kolektorių panaudojimo galimybes lemia keletas ypatybių:

• vakuuminių kolektorių nesugebėjimas savarankiškai išvalyti sniego;
• dideli plokščių saulės kolektorių šilumos nuostoliai, augantys esant temperatūros skirtumui;
• mažas plokščių kolektorių atsparumas vėjo apkrovoms;
• aukšta vakuuminių saulės kolektorių projekto kaina;
• efektyvus plokščių kolektorių naudojimas žemoje temperatūroje.

Vakuuminio kolektoriaus su netiesioginiu šilumos perdavimu dizainas: 1 – aušinto šilumos nešiklio įėjimas; 2 – šilumokaitis (kolektorius); 3 – sandarus kamštis; 4 – vakuuminis vamzdis; 5 – aliuminio plokštė (absorberis); 6 – šilumos vamzdis; 7 – darbinis skystis; 8 – šildomo aušinimo skysčio išleidimo anga; 9 – šilumos kriauklės korpusas; 10 – šilumos vamzdžių kondensatorius; 11 – izoliacija

Vienas iš svarbiausių skirtumų slypi diegimo procese. Plokščius kolektorius reikia pristatyti visiškai surinktus, o vakuuminius kolektorius galima surinkti vietoje. Taip pat plokšti kolektoriai paprastai neturi savo šilumos akumuliatoriaus ir mainų grandinės..

Saulės energijos problemos

Saulės šildymo sistemos nėra be trūkumų, iš kurių svarbiausias yra energijos šaltinio nestabilumas. Naktį sistema nešildo, o ilgai trunkančiu debesuotu oru tikėtis, kad giedras dangus įšildys namus, yra mažesnis nei vidutinis malonumas. Jei pakankamai didelio tūrio akumuliatorius sugeba išlaikyti reikiamą šilumos kiekį bent iki ryto, tada kelių dienų savarankiško darbo esant nepakankamam apšvietimui galima tikėtis tik ženkliai išplėtus saulės elektrinę. Tai, savo ruožtu, sukelia priešingą problemą: pasiekus maksimalios galios režimą (pavyzdžiui, giedrą pavasario dieną), tokiai saulės sistemai reikės intensyvesnio šilumos šalinimo arba laikinai išjungti kelis absorberius jų šešėliavimu..

Svarbu suprasti, kad saulės klimato sistemos Rusijos klimato sąlygomis negali būti naudojamos kaip vienintelis ar pagrindinis šildymo šaltinis. Tačiau jie gali žymiai sumažinti energijos suvartojimą šildymo sezono metu. Ypač efektyviai veikia hibridiniai kolektoriai, kuriuose šildytuvai derinami su fotoelementais. Jei debesuotumas atitolina didžiąją dalį IR spinduliuotės, fotoelektrinės spektro dalies praradimas nėra toks didelis.

Kitas saulės kolektorių trūkumas yra aušinimo skysčio priverstinės cirkuliacijos poreikis kolektorių-akumuliatorių sistemoje. Kai kuriuose vakuuminiuose kolektoriuose yra natūralus cirkuliacijos bakas ir jie yra virš absorberio. Tokie įrenginiai paprastai naudojami karšto vandens tiekimo sistemose, kuriose vanduo tiekiamas esant šalto vandens tiekimo slėgiui. Tačiau vis dar yra būdų, kaip nustatyti bendrą saulės kolektorių ir šildymo sistemos veikimą..

Vakuuminis saulės kolektorius su rezervuaru

Integracija į šildymo sistemą

Yra du būdai, kaip saulės kolektorius sujungti su savavališkai sudėtinga skysto šildymo sistema. Pagrindinis energijos šaltinis gali būti dujos arba elektra – jokio reikšmingo skirtumo nėra.

Pirmasis variantas yra šildyti visą dienos bateriją. Akumuliatorius bendrauja su katilu kartu ir paeiliui, esant nepakankamai aukštai temperatūrai, pastarasis įsijungia ir šildo skystį. Tinkamai suprojektuota tokio tipo sistema gali efektyviai veikti net be priverstinės cirkuliacijos..

1 – šildymo kontūras; 2 – šildymo skystis; 3 – temperatūros jutiklis; 4 – siurblinė; 5 – valdiklis; 6 – pompa; 7 – išsiplėtimo bakas; 8 – sanitarinis vanduo; 9 – šaltas vanduo; 10 – karšto vandens tiekimas; 11 – saulės kolektorius; 12 – šildymo katilas

Antrasis derinio tipas apima šilumos akumuliatoriaus, turinčio dvi grandines, naudojimą. Per vieną iš kolektoriaus pašalinama šiluma, per antrą – aušinimo skysčio šildymą sistemoje, vanduo iš akumuliatoriaus tarnauja kaip karšto vandens tiekimo šaltinis. Kadangi grandinės yra izoliuotos viena nuo kitos, šildymo sistemoje ir šilumos mainų cikle iš saulės kolektoriaus galima naudoti daugiau šilumą sugeriančių skysčių ar antifrizo. Pagrindinis trūkumas yra sistemos nepastovumas, nes abiejose grandinėse cirkuliacija yra priversta.

1 – šalto vandens tiekimas; 2 – temperatūros jutiklis; 3 – saulės kolektoriaus šilumokaitis; 4 – katilo šilumokaitis; 5 – kolektoriaus aušinimo skysčio grandinė; 6 – siurblinė; 7 – valdiklis; 8 – išsiplėtimo bakas; 9 – cirkuliacinis siurblys; 10 – karšto vandens išleidimo anga; 11 – šildymo katilas; 12 – saulės kolektorius

Galios skaičiavimas ir įrengimas

Pereinant prie saulės energijos nereikia skubėti ir paviršutiniškai. Dažnai išvadas apie saulės energijos sistemos įrengimo tinkamumą galima padaryti tik po kelerių metų stebėjimų ir skaičiavimų..

Deja, pasikliauti saulės žemėlapiais nėra prasmės, nes vietinės oro sąlygos gali labai iškreipti vidurkį. Todėl pirmas dalykas, kurį reikia padaryti, yra savarankiškai sudaryti ataskaitą apie saulės radiacijos intensyvumą toje vietoje, kur įrengti kolektoriai. Matavimams naudojami piranometrai; per 5 tūkstančius rublių galite įsigyti biudžetinį įrenginį su pakankamu funkcijų rinkiniu.

Pyranometras

Matavimai turėtų būti atliekami skirtingu dienos metu, maždaug per savaitę, visus metus. Matuojant reikia atsižvelgti į kolektorių pasvirimo kampą ir orientaciją. Gauti duomenys galų gale tikrinami naudojant hidrometeorologinio centro statistiką apie debesuotų dienų procentą per metus.

Norint užtikrinti aukštą saulės jėgainės efektyvumą, reikėtų atsižvelgti į neigiamą scenarijų, tai yra, atskaitos tašku turėtų būti laikomas ilgiausias laikotarpis, kai apšvietimas yra mažiausias. Idealiu atveju galite įvertinti dar blogesnių oro sąlygų tikimybę, naudodamiesi meteorologine statistika per pastaruosius 15–20 metų. Gauti duomenys apie gaunamą saulės energiją padės nustatyti reikiamą bendrą absorbcijos lauko plotą ir nustatyti kolektorių, kuriuos reikia įsigyti, skaičių..

Kaip minėta, kolektoriai labai retai naudojami kaip pagrindinis šildymo šaltinis, dažniausiai jie atlieka pagalbinį vaidmenį. Bet dalyvavimo dalį galima apskaičiuoti, ji nurodoma procentais nuo visos namo elektros sistemos galios arba jo šilumos nuostolių. Gavęs reikiamą kilovatų skaičių, jis padauginamas iš optinių absorberių efektyvumo, pridedami keli koeficientai – orientacijos, pakreipimo, temperatūros sąlygų pataisos, taip pat saugos riba.

Pagal generuojamos galios „grynąją“ vertę pasirenkamas:

• reikiamas tam tikro modelio kolektorių skaičius ir vidutiniškai vienas atsarginis saulės kolektorius 10–15 veikiančių;
• vamzdynų sistema su gamintojo rekomenduojama talpa ir atsparumu temperatūrai;
• cirkuliacijos grupė, uždarymo vožtuvai, kiti pagalbiniai įtaisai;
• rezervuaro tūris ir vieta. Sistemose, kurių paros akumuliavimo arba šilumos ištraukimo galia didesnė kaip 20 kW, prasminga statyti izoliuotas betonines talpyklas, kurių tūris yra 15–20 m.³.

Savarankiškam montavimui ir priežiūrai būtina suprojektuoti sistemą, paskirstyti vietą pagalbiniams įtaisams pastatyti ir saulės kolektoriui pritvirtinti ant pietinio (šiaurinio pusrutulio) stogo šlaito, atsižvelgiant į įrangos tiekėjo rekomendacijas dėl vėjo apkrovų. Nepamirškite, kad įsigiję visą asortimentą įrangos iš vieno platintojo, jūs gausite galimybę nemokamai sudaryti, jei ne šildomos saulės sistemos projektą, tai bent jau gerai suderinamos įrangos ir komponentų sąrašą..

Ar man reikia šilumos siurblio

Vienas pagrindinių saulės kolektorių šildymo sistemų trūkumų yra didelės išlaidos. Nors plokščių kolektorių gamybos technologija yra gerai įvaldoma, vakuuminiai absorberiai išlieka brangūs, o esant tam tikroms oro sąlygoms bus galima sėkmingai eksploatuoti tik juos. Tačiau yra ir kita alternatyva – oro tipo kolektoriai.

Oro tipo saulės kolektorius

Dėl paprastesnio įrenginio jų kaina yra mažesnė, be to, yra autonominio veikimo galimybė. Oro kolektorių efektyvumas padidėja įdiegus ventiliatorių, maitinamą integruotu saulės skydeliu. Dėl pagreitinto, bet proporcingo kanalų aušinimo šildymo, grąžinimo šilumos nuostoliai per kolektorių yra kuo mažesni. Galios apribojimą galima pasiekti kontroliuojant ventiliatoriaus greitį arba tiesiog išjungiant srautą – oro kolektoriai nebijo šiluminio smūgio, be to, lengva nustatyti natūralią recirkuliaciją..

Trūksta oro sistemų mažai aušinant skysčio. Oro šiluminė talpa yra mažesnė, be to, absorberis beveik visada kaitinamas nefokusuojant. Norint integruotis į šildymo sistemą (kuri dažniausiai reikalinga dėl to, kad neįmanoma įrengti vėdinimo kanalo į šildomą patalpą), iš tikrųjų reikalingas šilumos siurblys arba padalinta sistema..

Tačiau oro šaltinio efektyvumui padidinti gali būti naudojami ir oro šaltinio šilumos siurbliai. Su jais cirkuliacijos greitis gali būti padidintas iki reikšmių, nepriimtinų buitinėse vėdinimo sistemose, o tai padidina našumą 2-3 kartus dėl didelio temperatūrų skirtumo. Naktį kolektorius taip pat turės žemą gamybos greitį darbinės temperatūros diapazone.

Oras, naudojamas kaip šilumos nešiklis, gali būti sausinamas arba pakeičiamas anglies dioksidu ar kitomis šilumą sulaikančiomis dujomis. Tačiau nėra prasmės naudoti šilumos siurblių su pirminiu vandens kontūru: iš pradžių jie yra skirti veikti esant dideliam temperatūrų skirtumui, todėl galios padidėjimo nepakanka norint pateisinti įrengimo kainą..

Saulės šildymo sistemos kaina

Malonumas naudoti švarią energiją kainuoja brangiai, bent jau šiandien. Teisingai kalbant, yra keletas teigiamų naujienų: per pastaruosius penkerius metus plokščių kolektorių gamybos sąnaudos sumažėjo 2–2,5 karto, to paties netrukus galima tikėtis ir iš prietaisų su vakuuminiais absorberiais.

Plokščių ir vakuuminių kolektorių kainą lemia gamybos apimtis – saulės spinduliuotės vertė idealiomis apšvietimo sąlygomis, tai yra specifinė galia. Vidutiniškai už 1 kW plokščių saulės kolektorių turėsite sumokėti apie 350–500 USD, o už pilną įrengimą su išorine baterija – apie 800–1000 USD. Vakuuminių saulės kolektorių kainos svyruoja didesniame intervale – nuo 600 USD iki 1000–1200 USD už kompleksą, atsižvelgiant į eksploatacinių savybių kokybę, vamzdžių medžiagą, šilumokaičio izoliaciją ir kitas savybes..

Talpinių kolektorių matavimo etalonas yra litrai vandens, pašildyto iki kuo aukštesnės temperatūros. Sukurtos elektros energijos kiekį galite apskaičiuoti pagal bendrą absorberio plotą arba išreikšdami jį savita vandens šiluma. Atsižvelgiant į sistemos sudėtingumą, išlaidos labai skiriasi, vieno iš vidutinio rinkos segmento pavyzdžių kaina siekia 1500 USD už 300 litrų (4–5 gyventojams), kai temperatūrų skirtumas yra apie 50 ° C, o tai prilygsta 2,5 kW konkrečios galios..

Panašūs įrašai:

1. Dulkių siurblys baseinui – veikimo principas, veislės, modelių su charakteristikomis ir kaina aprašymas Ne visi galvoja, kad pastačius baseiną ir įvertinus visus įrengimo niuansus, vargu ar jiems teks neatsargiai mėgautis maudynėmis ar vandens procedūromis. Priežastis ta, kad iš pradžių skaidrus ir skaidrus vanduo laikui...
2. Halogeninės lempos – namo veikimo principas ir tipai, kaip pasirinkti galią ir kainą Norėdami pakeisti įprastas lemputes, jie sukūrė didelio ryškumo analogą, reikalaujantį mažesnės įtampos tinkle, tinkantį standartinėms lizdams. Halogeninės lempos skiriasi nuo standartinių pramoninių įrenginių, namų šviestuvų šviesos srauto ir tarnavimo laiko atžvilgiu....
3. Sausos spintelės namams – prietaisas ir veikimo principas, veislės, kaip pasirinkti pagal dydį ir kainą Ne visuose namuose, esančiuose už miesto ribų, ir mažų miestų gyvenamuosiuose pastatuose yra visi patogumui užtikrinti būtini patogumai. Tai ypač pasakytina apie vonios ir kanalizacijos sistemą. Šiuo atžvilgiu toks prietaisas kaip...
4. Dulkių siurblio „Turbo“ šepetys – prietaiso veikimo principas, kaip pasirinkti pagal gamintoją, dydį ir kainą Įsigijęs naują dulkių siurblį, pirkėjas gauna visą komplektą skirtingų šepetėlių, iš kurių dažniausiai jis naudoja tik vieną – standartinį. Kad grindys ar kiti paviršiai būtų švarūs tik su jo pagalba, neveiks,...

Skaityti daugiau  Dujiniai vandens šildytuvai (vandens šildytuvai)