Солнечный воздушный коллектор: Солнечный коллектор воздуха

Содержание

Солнечный коллектор воздуха

Относительно недавно на рынке появились, и уже стали достаточно популярными, воздушные коллекторы на солнечных батареях. «Умельцы» собирают воздушные нагреватели из пивных банок и прочего мусора, снимают видео и обсуждают на форумах. В этой статье мы расскажем о конструкции воздушных коллекторов и о сфере их применения в строительстве домов.

Воздушный коллектор представляет собой некую плоскую камеру, черную изнутри, с одной прозрачной стенкой. С одной стороны в камеру заходит холодный воздух — с другой стороны выходит нагретый. Изготовить воздушный коллектор несложно, по крайней мере гораздо проще, чем водяной, но есть ряд тонкостей..

Насколько полезен воздушный солнечный коллектор?

Применяются воздушные коллектора либо для нагрева приточного воздуха в системах вентиляции, либо для нагрева воздуха в режиме рециркуляции. Вроде бы все просто, но возникает ряд логичных вопросов. Мы уже писали о сложностях солнечного отопления при помощи водяных солнечных коллекторов, с воздушными системами, ровно та же проблема —  солнце плохо светит зимой. Таким образом, применение солнечных коллекторов для отопления ограничено. Это могут быть:

  • жилые дома в южных регионах;
  • цеха, склады, производственные помещения;
  • или дачи и теплицы, отапливаемые преимущественно в межсезонье.

Гораздо больший интерес представляет задача о нагреве приточного воздуха. Дело в том, что в зимний период, перед тем, как подавать свежий воздух в помещение, его нужно нагреть до температуры, близкой к комнатной, и именно для этих целей коллектор воздуха на солнечной энергии крайне полезен. Конечно, солнце зимой светит очень мало, но и приточного воздуха требуется не так уж много. 

Ранее, когда дома остекляли деревянными рамами, проблем с вентиляцией помещений не возникало. С санузле и на кухне работала естественная вытяжка, а свежей воздух поступал через щели в окнах. Сегодня ситуация иная — почти все окна заменены на пластиковые, квартира в целом становится герметичной и если нет дополнительной механической вентиляции, вытяжка не работает должным образом, а притока свежего воздуха практически нет. Между тем, для каждого человека нужно подавать до 60м³*час свежего воздуха, поэтому крайне важно летом открывать окна, а зимой иметь хоть какой-то приток.

Из этих соображений воздушный солнечный коллектор должен висеть на стене и подавать через эту самую стену воздух в комнату. При этом коллектор должен иметь свой вентилятор, работающей от небольшой солнечной батареи, находящейся там же, где и само устройство. Принцип работы довольно прост, солнце светит, воздух нагревается, вентилятор крутится, происходит приток. Если солнце не светит, вентилятор не вращается, и подачи воздуха не происходит.

Именно такие солнечные системы российского производства поставляет наша компания. Небольшая солнечная батарея и вентилятор находятся непосредственно внутри коллектора, плюс само устройство работает как крупнодисперсный фильтр воздуха, что в городских условиях довольно важно. В результате система работает сама по себе, без подключения к электросети и может быть полезна в автономных системах, где подключение к сетевому электричеству отсутствует. Системы комплектуются крепежными элементами для крыши или фасада и системой управления и поставляются в собранном виде с детальной инструкцией по установке.

Конечно, сфера применения воздушных СК не столь велика, однако, при их помощи можно довольно просто и недорого решать очень важную задачу – приток свежего воздуха в помещение в зимний период.


Самые популярные модели воздушных солнечных коллекторов

SolarFox vsf-1w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 25

Воздушный поток, м³ — 35

Повышение темп., °С — 15-20°

SolarFox vsf-2w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 50

Воздушный поток, м³ — 90

Повышение темп., °С — 25-30°

SolarFox vsf-3w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 80

Воздушный поток, м³ — 110

Повышение темп., °С — 30-35°

SolarFox vsf-4w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 100

Воздушный поток, м³ — 140

Повышение темп., °С — 35-40°

 

SolarFox vsf-5w

Тип крепления — к стене

Макс. площадь, м² — 150

Воздушный поток, м³ — 200

Повышение темп., °С — 40-45°

SolarFox vsf-1r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 25

Воздушный поток, м³ — 35

Повышение темп., °С — 15-20°

 

SolarFox vsf-2r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 50

Воздушный поток, м³ — 90

Повышение темп., °С — 25-30°

SolarFox vsf-3r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 80

Воздушный поток, м³ — 110

Повышение темп., °С — 30-35°

 

SolarFox vsf-4r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 100

Воздушный поток, м³ — 140

Повышение темп., °С — 35-40°

SolarFox vsf-5r

Тип крепления — на крышу

Макс. площадь, м² — 150

Воздушный поток, м³ — 200

Повышение темп., °С — 40-45°

 

Полный ассортимент и цены представлены в разделе каталога Солнечные коллекторы воздуха

Перейти к другим полезным статьям..

Солнечные воздушные коллекторы | AW-Therm.com.ua

С. Михненко

Солнечные воздушные коллекторы приобретают все большее число сторонников. Это решение, которое открывает намного больше возможностей, чем жидкостные фототермальные коллекторы. Они действительно заслуживают того, чтобы на них обратили более пристальное заинтересованное внимание

Солнечные воздушные коллекторы (СВК) – это тепловой абсорбер, в котором в качестве рабочего тела используется воздух, а в качестве источника тепла – солнечное излучение. Холодный воздух попадает в систему каналов, где он нагревается солнечным теплом, и затем поступает в обогреваемое помещение.

Доступно каждому

СВК – это настолько просто, что домашние умельцы сами берутся изготавливать их буквально из подручных материалов. В ход идут даже пустые алюминиевые банки (рис. 1). Автор этой конструкции поделился своими разработками в социальной сети и сообщил, что осенью и весной в таком «подоконном» коллекторе воздух нагревается от 10-12 ºС до 80–85 ºС, а зимой в солнечный день от –15ºС на входе в СВК до +40–45ºС на выходе в помещение. Если в теплый сезон такой солнечный нагреватель уже не нужен – его просто убирают.

Рис. 1. Самодельный подоконный СВК из алюминиевых банок

Когда в ЕС разрабатывали нормы и стандарты по отоплению и теплоизоляции, то выяснилось, что их первые версии содержали существенно завышенные нормы. Оказалось, что сначала не учли все количество солнечного тепла, падающего снаружи на оболочку здания и попадающего внутрь через окна. Это исправили и ввели термин solar gain – количество «дарового» тепла от солнечной радиации, которого даже зимой бывает настолько много, что от него нужно защищаться, и которое нужно обязательно принимать во внимание при всех тепловых расчетах для зданий и сооружений.

Простой солнечный воздушный коллектор состоит из воздухопроводов, хорошо поглощающих солнечное излучение. Затем эта тепловая энергия передается воздуху. Нагретый в СВК воздух соединяется с вентиляционным каналом, подающим его внутрь здания.

Немного школьной физики

Теплопроводность воды приблизительно в 28 раз больше теплопроводности воздуха. При этом удельная теплоемкость воздуха примерно в 4 раза меньше удельной теплоемкости воды, а плотностьводы больше плотностивоздуха примерно в 816 раз.

Из этого следует, что как теплоноситель воздух менее выгоден, чем вода. Чтобы перенести одинаковое количество теплоты с воздухом, его нужно подать в сотни раз больше, чем воды. При этом между жидкостным теплоносителем и воздухом имеется «посредник». Но мы живем именно в воздушной среде. И нагревать, в конце концов, нужно именно воздух.

СВК обычно используется как дополнительный обогреватель для экономии на отоплении. Вспомните, как нагревается воздух в припаркованном на солнце автомобиле. Примерно то же самое происходит и в СВК.

Солнечный коллектор, работающий на воздухе – это отличная альтернатива жидкостным системам. В работе СВК практически нет ограничений – воздух в качестве теплоносителя не закипает и не замерзает. Такого понятия как «стагнация гелиосистемы», вынуждающая инженеров идти на дорогостоящие конструктивно-технологические решения в жидкостных коллекторах, просто нет.

Быстрый прогрев воздуха в помещении до нужной температуры – тоже одна из особенностей СВК. Несмотря на то, что воздух имеет меньшую теплоемкость, чем вода, он подвижен, хорошо регулируется (по температуре и количеству). Воздух обеспечивает быстрое изменение температуры и более равномерное распределение тепла внутри помещений. Он безопасен в пожарном отношении. Нагретый воздух можно распределять по каналам вентсистем.

На широте Киева

Как много тепла можно сэкономить, применяя СВК? Для этого количество солнечного тепла, падающего на землю, например, на широте Киева (~ 1384,05 кВт·ч/м2/год), умножим на КПД солнечного коллектора ~ 65–70 %. В результате получим выработку тепла одним квадратным метром солнечного коллектора около 900 кВт·ч. Показанная на рис. 1 самоделка потенциально может выработать до 2 МВт·ч тепла в год. Это немало.

Поступление солнечного тепла в течение года неравномерно. На широте Киева зимой поступает 14 %, весной — 29 %, летом -36 %, а осенью — 21 % от всего годового количества солнечной радиации. В январе-феврале эта цифра снижается до 3 % от суммы годового solar gain, и с 1 м2 СВК за это время удастся собрать около 30 кВт·ч тепловой энергии.

Тем не менее, СВК отлично работают именно в холодном климате. Особенно – когда погода неустойчива и возможно неожиданное понижение температуры или заморозки. Вот три фото (рис. 2 а, б, в) частных домов, оборудованных СВК. Один — в г. Ричмонде, штат Миннесота, (45°27′ с. ш.), два других – в г. Метуен (42°43′ с. ш.) и г. Оберн (42°12′ с. ш), штат Массачусетс, США. Все находятся намного севернее широты г. Киева (50° 25′ с. ш.).

Рис. 2. СВК на стенах жилых зданий:
а) г. Ричмонд, Миннесота, США; б) г. Метуен, Массачусетс, США; в) г. Оберн, Массачусетс, США

Основные схемы

СВК выполняют по разным схемам – с забором наружного воздуха, с забором внутреннего воздуха; с перепуском. Их выполняют с остеклением и без. Они бывают пассивные и активные.

Есть три основные схемы подключения СВК: рис. 3 – с притоком наружного воздуха (а), с рециркуляцией внутреннего воздуха (б), с подмешиванием нагретого в СВК воздуха в вентиляционный канал (в) и их сочетания.

Если СВК использовать зимой для нагрева воздуха, циркулирующего только внутри помещения, то это значит, что 2 коллектора (рис. 1) площадью по 2,5 м2 в самые холодные месяцы года (январь – февраль) смогут обеспечить для донагрева в среднем 150 кВт·ч, а за всю зиму – 630 кВт·ч, весной – 1,3 МВт·ч, за осень – 0,95 МВт·ч. В ночное время перепуск воздуха можно отключать.

Рис. 3. Основные схемы подключения настенного СВК

Поскольку теплоноситель в СВК – это воздух, то, естественно, его очень часто используют совместно с системой вентиляции.

Если СВК подключить к каналу геотермальной гравитационной системы естественной вентиляции (рис. 3, в), то это значительно увеличит тягу в нем за счет увеличения перепада температур между притоком и выпуском и стабилизирует ее работу в межсезонье.

Пассивные схемы (рис. 3, 4) – это недорогое решение, его можно довольно просто применить в уже построенном доме.

Рис. 4. СВК с рекуператором тепла

При подключении по рециркуляционной схеме (рис. 3, б) или по схеме с подмешиванием воздуха из вентканала (рис. 3, в), можно получить систему очистки воздуха, многократно прогоняя внутренний воздух через систему фильтров, присоединенную к патрубкам СВК. Комбинированные схемы (рис. 4, 5), как правило, выполняются по схеме с рекуператором тепла. СВК с рекуператорами можно устанавливать как на стенах, так и на крышах.

Рис. 5. СВК в комбинации с рекуператором тепла воздуха, теплообменником для ГВС, аккумулятором тепла и воздушной печью

Активные СВК

Активная система с СВК (рис. 5, 6, 7) для циркуляции воздуха имеет привод вентилятора. В активной системе нет необходимости «правильно» размещать по вертикали впускные и выпускные отверстия, так как воздух всасывается или нагнетается принудительно, и гравитационные и конвекционные потоки, как в естественной системе, не используются. Поэтому СВК в активной системе можно устанавливать на наклонной крыше под самый конек, а затем нагретый воздух направлять вниз вентилятором.

Рис. 6. Когенерационная СВК в комбинации с PV-модулем, рекуператором тепла воздуха, теплообменником для ГВС

Еще один способ, который сейчас набирает популярность – это комбинация солнечного фотовольтаического коллектора (PV-панели) и расположенного снизу СВК. Суть этого метода заключается в рекуперации тепла, отбираемого с нижней (затененной) стороны PV-модулей (его часто бывает в 3 – 4 раза больше, чем электроэнергии, произведенной модулем).

Рис. 7. Активная СВК с системой слежения за температурой и вентилятором переменного расхода

Тут имеется очевидное техническое преимущество – помимо получения электричества от PV-панели, а от СВК – тепловой энергии (когенерация), отбор и рекуперация тепла воздушным коллектором улучшает режим работы и КПД PV-модуля. СВК позволяет PV-системе работать ближе к его наилучшей эффективности (обычно это около 25 ºС). Это уменьшает общий период окупаемости всей комбинированной системы. Избыточное тепло, которое поступает в помещение «не вовремя», можно сбросить в емкость ГВС. Если СВК имеют большую площадь, причем располагаются на стенах, по-разному ориентированным по сторонам света, то имеет смысл установить систему автоматики (рис. 7), следящую за работой системы. На рынке представлен большой выбор различных универсальных датчиков и программируемых контроллеров, которые можно подобрать к вентилятору с переменной скоростью, и затем собрать такую активную систему самому.

Сейчас имеется огромное число конструктивных решений для СВК. Постоянно появляются новые оригинальные предложения (например, как на рис. 8).

Рис. 8. СВК в виде съемной оконной фрамуги из алюминиевого профиля

Барьерные функции СВК

Помимо генерации тепла СВК может выполнять барьерные и теплозащитные функции. В этом случае СВК занимает всю поверхность стены или крыши. Наружная поверхность СВК и стена здания образуют так называемый фасад с двойной оболочкой (ФДО). Таким путем можно «накрыть» стены, крыши и наклонные элементы зданий. Наружная часть ФДО выполняет с одной стороны барьерную функцию (защита внутренней части – т.е. собственно стены здания от намокания), с другой – это теплопоглощающая поверхность, хорошо пропускающая тепло на свою внутреннюю сторону. Ее обычно выполняют с мелкой перфорацией.

ФДО внутри разделен на вертикальные секции. Наружная поверхность ФДО нагревается солнечным теплом и передает его воздуху между наружной и внутренней стенками. Нагретый воздух активно поднимается вверх, откуда его отбирают внутрь для подогрева здания. Очень часто, как и в обычных СВК, горячий воздух здесь используется в сочетании с системой вентиляции – непосредственно или косвенно, через рекуператор. Восходящий поток горячего воздуха в полости ФДО энергично подсушивает стену здания, улучшая его теплоизоляционные характеристики.

Это свойство высоко оценили в странах с суровым климатом – в Канаде, на севере США, в Германии и Скандинавии. СВК типа «солнечная стена» здесь не только используется для отопления или подогрева воздуха в системе вентиляции, сколько выполняет энергосберегающие функции.

На рис. 9 показаны примеры применения СВК в виде ФДО – в аэропорту Торонто, Канада, на крыше и наклонной стене производственного здания в г. Бутбей Харбор, Мэн, США, в средней школе в г. Шервуде, Массачусетс, США, на базе ВМС США в Портсмуте. Здание авиационной администрации в аэропорту Торонто удостоено серебряного сертификата LEED – за высокие энергосберегающие и экологические свойства.

Рис. 9. СВК типа «солнечная стена» на фасадах общественных и производственных зданий в Канаде и США

Важное свойство сочетания СВК–ФДО в том, что в жаркое время года эта система охлаждает здание. Вверху и внизу системы устроены заслонки, которые обычно закрыты в холодное время. Воздух через перфорированные отверстия (в некоторых профильных системах выполнены специальные щели) в режиме работы СВК проникает в межфасадное пространство ФДО, поднимается вверх и поступает в распределительные каналы для обогрева. В жаркое время года верхние и нижние заслонки полностью открываются, каналы для обогрева перекрываются, и нагретый воздух интенсивно вентилирует межфасадный зазор. Избыточное тепло уносится вверх, а само здание не перегревается. Автоматика регулирует поворот наружных заслонок и степень открывания каналов для забора теплого воздуха внутрь здания. Ночью заслонки закрываются, и СВК–ФДО служит буфером, препятствующим потере тепла зданием.

Перспективное решение

СВК появились и начали активно применяться не так давно. Намного позже, чем, например фотовольтаические и жидкостные фототермальные коллекторы. Все особенности и преимущества СВК еще не раскрыты. Специальные исследования, проведенные в США и Канаде, показали, что системы СВК (фасадные и модульные) уменьшают энергопотребление здания примерно на 10–50 % от обычной тепловой нагрузки на отопление зимой и охлаждение летом. Совместное использование СВК с системами отопления, вентиляции и климатизации, а также в качестве наружного защитного щита здания, весьма перспективно.

В Украине технологию СВК активно продвигают энтузиасты экологического строительства. Однако в нашей стране уже имеются компании, предлагающие эту разновидность солнечной техники в промышленном исполнении.

Читайте статьи и новости в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь на YouTube-канал.

Просмотрено: 12 927
Вас может заинтересовать:

Вам также может понравиться


Заказ был отправлен, с Вами свяжется наш менеджер.

Воздушный солнечный коллектор с аккумулятором тепла

Отопление частного дома можно организовать различными способами. Чаще всего это подключение к центральной системе теплоснабжения или установка индивидуальных отопительных приборов, которые нагревают теплоноситель путем сжигания газа, жидкого или твердого топлива. Реже владельцы небольших коттеджей для обогрева используют электрические котлы и различные типы тепловентиляторов, направляя воздушный поток в жилое помещение.

Сегодня существуют альтернативные методы отопления, например, устройства, которые превращают солнечное излучение в тепловую энергию. Солнечные коллекторы для отопления дома достаточно эффективны, полностью экологичны и не требуют особого ухода.

Почему использовать солнечное отопление выгодно

Система отопления от солнечных коллекторов имеет несколько очень значимых достоинств:

  • солнечное тепло бесплатно и им можно пользоваться во всех уголках планеты, несмотря на климатические условия;
  • использование энергии солнца предполагает затраты исключительно на приобретение установки, все остальное время солнечный коллектор работает полностью автономно;
  • конструкция системы автономного отопления с солнечным коллектором достаточно проста, поэтому ее можно даже сделать своими руками.

Важно понимать, что самодельный коллектор и аккумулятор тепловой энергии будет иметь достаточно низкий КПД по сравнению с промышленными образцами, но все равно позволит значительно сэкономить средства на горячем водоснабжении дома.

Самый простой расчет показывает, что коллектора площадью 3 м2 достаточно не только для создания источника горячей воды в небольшом частном доме, но и для его отопления в период межсезонья. Это ощутимо снижает затраты на использование энергоресурсов, а следовательно, и ваш семейный бюджет.

Устройство гелиоустановки

Солнечные коллекторы для отопления и создания горячего водоснабжения дома состоят из следующих компонентов:

  • устройство для нагрева воды или другого теплоносителя;
  • аккумулятор тепловой энергии;
  • контур для перемещения тепловой энергии теплоносителем.

Солнечный коллектор для обустройства отопления представляет собой систему трубок с теплоносителем, в качестве которого выступает воздух, вода, пропилен-гликоль или любая другая незамерзающая жидкость. В качестве аккумулятора тепловой энергии выступает емкость со змеевиком, по которому циркулирует поступивший из коллектора теплоноситель. Тепловой контур служит для объединения устройства нагрева воды, воздуха или антифриза с аккумулятором тепла.

Принцип работы

Солнечная энергия попадает в коллектор, где нагревает теплоноситель, который циркулирует в гелиоустановке. После нагрева он попадает в аккумулятор тепла, где происходит теплообмен между змеевиком и водой. Нагретая вода из аккумулятора поступает в систему отопления или горячего водоснабжения дома.

Циркуляция воды в гелиосистеме происходит самотеком или при помощи циркуляционного насоса (в зависимости от назначения системы и способа установки бака-аккумулятора по отношению к коллектору).

Естественное движение воды или воздуха по контуру обусловлено принципом конвекции, когда после нагрева жидкость стремится вверх от коллектора к аккумулятору тепла.

Если брать в расчет, что гелиосистема будет использоваться только для горячего водоснабжения, то кроме солнечного коллектора и аккумулятора тепла больше ничего не нужно. Если систему планируется использовать для отопления дома, то для прокачки теплоносителя через радиаторы может потребоваться насос.

Типы поглотителей тепла

Современная промышленность освоила производство нескольких типов нагревательных теплообменников для солнечных отопительных систем:

Все они работают по одному принципу, но имеют некоторые конструктивные особенности и разницу в КПД. Для правильного выбора того или иного типа гелиоустановки необходимо знание их особенностей и грамотный расчет. Рассмотрим каждый тип солнечного коллектора более подробно.

Плоский нагревательный теплообменник

Такой тип солнечного коллектора для отопления состоит из плоского, теплоизолированного с трех сторон короба, заполненного адсорбирующим тепло веществом. Внутри этого вещества находится теплообменник из тонкостенных металлических труб, по которому циркулирует вода или пропилен-гликоль.

Конструкция плоского поглотителя солнечной энергии и расчет необходимых его параметров достаточно просты, поэтому именно этот вид «нагревателя», используют для изготовления отопительной гелиосистемы своими руками.

Вакуумный теплообменник

Вакуумный поглотитель тепла состоит из стеклянных труб, внутри которых находятся трубки меньшего диаметра с адсорбентом, аккумулирующим солнечное тепло. Внутри трубок с адсорбентом проложены металлические трубочки, по которым движется теплоноситель.

Между стеклянной трубкой большого диаметра и трубкой с аккумулирующим тепло веществом создан вакуум, который препятствует утечке тепла из адсорбента в атмосферу.

КПД такой установки самый высокий среди всех типов солнечных коллекторов. Исходя из мощности устройства производят расчет его необходимой площади для нагрева теплоносителя.

Воздушный коллектор для обогрева дома

В таком устройстве в качестве теплоносителя используется воздух, циркуляция которого осуществляется как естественным способом, так и при помощи вентилятора. Как правило, воздушный коллектор используют исключительно для обогрева в период межсезонья небольших дачных построек, так как такая конструкция имеет достаточно низкий КПД. Кроме того, для нагрева воды и создания горячего водоснабжения дома эта установка не подходит, поэтому используется нашими соотечественниками крайне редко.

Несмотря на низкую эффективность воздушный поглотитель имеет два достоинства: простую конструкцию и отсутствие теплоносителя (воды), а вместе с ней и коррозии, течей, проблем с замерзанием и пр.

Создание солнечного коллектора своими руками

Для создания плоского поглотителя солнечного тепла потребуется достаточно сложный расчет необходимой площади теплообменника, объема емкости и длины контура. Самостоятельный расчет требует соответствующих знаний, опыта и исходных данных. Для упрощения задачи вам будет представлено три основных типоразмера гелиосистемы:

  • объем аккумуляторного бака в 100-150 л длина трубы теплообменника 7 м, площадь коллектора 2 м2;
  • объем аккумуляторного бака в 150-300 л длина трубы теплообменника 9 м, площадь коллектора 3 м2;
  • объем аккумуляторного бака в 200-400 л длина трубы теплообменника 12 м, площадь коллектора 4 м2.

Инструкция по самостоятельной сборке.

Короб

Сделать его можно из фанерного или пластикового листа и деревянных реек, закрепленных по его периметру в качестве бортов.

Теплообменник

Для его изготовления необходимо сварить решетку или согнуть из металлических труб, которые и будут использоваться для нагрева теплоносителя. Готовое изделие закрепить скобами на второй лист пластика или фанеры и окрасить черной матовой краской.

Приклеить утеплитель по всей площади короба.

Сборка

Установить теплообменник в подготовленный короб. Сверху поглотителя установить стекло, предварительно промазав места его соприкосновения с коробом герметиком на основе силикона. Самодельный поглотитель солнечного тепла готов.

Изготовление аккумулятора тепла

Из медной трубы следует сделать змеевик, после чего поместить его в подготовленную емкость, предварительно проделав отверстия для входа и выхода теплоносителя. Вывести через уплотнения из аккумулятора концы теплообменника.

Утепление

Необходимо тщательно утеплить бак-аккумулятор минеральной ватой.

Для сохранности утеплительного слоя закрыть его листом оцинкованного металла, создав своеобразный «чехол».

Монтаж

Следует изготовить опорную конструкцию под аккумулятор тепла и установить рядом с ним готовый солнечный коллектор. После чего все устройства соединить тепловым контуром.

Запуск системы

Для нагрева воды и подачи ее в здание следует заполнить систему антифризом, а аккумулятор тепла водой. Через 20-30 минут вода в баке начнет нагреваться, после чего ее можно использовать для отопления помещения или других нужд.

Воздушные коллекторы в зимнее время года сокращают расход топлива (газа, электричества), на котором работает котёл до 52%. Летом модуль работает на поддержание влажностного микроклимата и кондиционирование помещений.

Как устроен воздушный коллектор

Принцип работы основан на простых физических законах. Солнечные лучи проникая в атмосферу земли практически не отдают тепла. Нагрев воздуха происходит после того как ультрафиолет попадает на твердые поверхности. Под действием солнечных лучей грунт и другие предметы нагреваются. Происходит теплообмен.

Устройство воздушных солнечных коллекторов использует описанное явление, аккумулируя тепло и направляя его в помещение. В конструкции присутствуют следующие детали:

  • корпус с теплоизоляцией;
  • нижний экран, абсорбер;
  • радиатор с аккумулирующими ребрами;
  • верхняя часть из обычного стекла или поликарбоната.

В конструкцию коллектора входят вентиляторы. Основное предназначение: нагнетание нагретого воздуха в жилые помещения. В процессе работы вентиляторов создается принудительная конвекция, за счет которой холодные воздушные массы поступают в блок коллектора.

Принцип обогрева и его эффективность

Абсорберы воздушных коллекторов делают черного цвета, для увеличения интенсивности нагрева под воздействием солнечного излучения. Температура воздуха в коллекторе достигает 70-80°С. Тепла с избытком хватает для полноценного обогрева помещений небольшой площади.

Принцип действия воздухонагревателя следующий:

  • воздух закачивается с улицы в корпус коллектора принудительным способом;
  • внутри блока установлены абсорберы, отражающие тепло, поднимающие температуру внутри ящика до 70-80°С;
  • происходит нагрев воздуха;
  • разогретые воздушные массы принудительно нагнетаются в отапливаемые помещения.

В заводских моделях обеспечение циркуляции воздуха осуществляется при помощи вентиляторов, подключенных к солнечным батареям. Как только ультрафиолетовое излучение становится достаточно интенсивным, чтобы выработать некоторое количество электроэнергии, турбины включаются. Коллекторы начинают работать на обогрев. Зимой интенсивность излучения Солнца снижается.

Дом не сможет полностью функционировать на солнечном воздушном отоплении. Воздухонагреватели используются как дополнительный источник тепла. При правильных расчетах одна установка (данные взяты из технических характеристик воздушных солнечных коллекторов Solar Fox) обеспечит следующую экономию, за отопительный сезон:

  • газ до 315 м³;
  • дрова до 3,9 м³.

Система солнечного воздушного обогрева компенсирует около 30% необходимого для здания тепла. Полная окупаемость достигается в течение 2-3 лет. Если учесть, что принцип работы связан с использованием установки и для кондиционирования воздуха, а в течение года вырабатывается около 4000 кВт, целесообразность использования становится еще очевиднее.

В странах ЕС широкое распространение получило конструкторское решение «солнечная стена». Конструкция заключается в следующем:

  • в здании одна из стен изготавливается из аккумулирующего материала;
  • перед панелью устанавливается стеклянная перегородка;
  • в течение дня тепло аккумулируется, после чего отдается в помещение ночью.

Для усиления конвекции, солнечный коллектор делается не во всю стену. Вверху и внизу предусматривают раздвижные шторки.

Солнечный коллектор — водяной или воздушный

Каждый из нагревателей эффективен, отличается только основное предназначение и принцип работы:

  • Водяной коллектор — применяется для обеспечения потребностей в ГВС и низкотемпературных систем теплых полов. Эффективность работы в зимний период существенно снижается. Вакуумные и панельные коллекторы косвенного нагрева, подсоединенные к буферной емкости, продолжают аккумулировать тепло в течение всего года. Главный недостаток, высокая стоимость гелиоколлектора, монтажа и обвязки.
  • Воздушный вентиляционный коллектор — отличается простой конструкцией и устройством, которое при желании можно изготовить самостоятельно. Основное предназначение: обогрев помещений. Конечно, существуют схемы, позволяющие использовать полученное тепло для ГВС, но при этом эффективность воздушных коллекторов падает практически вдвое. Преимущества: низкая стоимость комплекта и установки.

Солнечные воздушные системы отопления работают только днем. Нагрев воздуха начинается даже в пасмурную погоду, при сильной облачности и во время дождя. Работа воздухонагревателей зимой не прекращается.

Как и из чего сделать воздушный коллектор

Главное достоинство солнечных воздухонагревателей, в простоте конструкции. При желании можно сделать самодельное солнечное воздушное отопление частного дома, затратив на это минимум средств.

Для начала потребуется сделать расчеты производительности, затем подобрать тип конструкции и выбрать материалы для изготовления. Корпус и абсорберы можно изготовить из подручных средств, существенно сэкономив бюджет.

Как сделать расчёты коллектора

Вычисления выполняются следующим образом:

  • каждый м² от площади коллектора даст 1,5 кВт/час тепловой энергии, при условии, что будет солнечная погода;
  • для полноценного обогрева помещения требуется 1 кВт тепловой энергии на 10 м².

Приблизительный расчет мощности покажет, что для отопления жилого дома на 100 м² необходимо установить коллекторы общей площадью 7-8 м².

Для обеспечения максимальной производительности надо определить сторону дома с максимальной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Практика показывает, что оптимальное место для установки — это скат кровли или южная стена здания.

Типы конструкции коллектора

В домашних условиях выполняют сборку неразборного корпуса. Это деревянный ящик с абсорбером, радиатором и верхним прозрачным экраном. При изготовлении используют подручные средства: профнастил, алюминиевые пивные банки, обычное стекло.

Материалы для изготовления коллектора

Для нагнетания воздуха в отапливаемые помещения устанавливают 2-4 вентилятора. Подойдут кулеры, снятые со старого компьютера.


Установка и подключение воздушного коллектора

Для монтажа воздухонагревателей нужно подготовить поверхность стены, сделав 4 отверстия под воздуховоды. Внутри здания гофрированные трубы разводят по комнатам, направляя в сторону пола.

Самодельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома подключаются к электросети, через трансформатор. При наличии навыков в качестве источника питания можно установить аккумулятор на солнечных батареях.

Теплоэффективность изготовленных своими руками воздухонагревателей существенно ниже, чем у заводской продукции. При отсутствии специальных навыков лучше использовать готовые модули. Как показывают реальные отзывы о коллекторах, оптимальный вариант для покупки из представленных на отечественном рынке: Solar Fox, Солнцедар и ЯSolar-Air.

Воздухонагреватели не используются в качестве основного источника тепла и выполняют исключительно вспомогательную функцию. В домах с солнечными воздушными коллекторами изначально устанавливают котел, покрывающий потребности в отоплении на 100%.

При грамотных расчетах и интенсивной эксплуатации, вложения окупятся в течение 1-2 лет. В случае самостоятельного изготовления коллектора, затраты вернутся уже в середине первого отопительного сезона.


Пошаговая инструкция изготовления воздушного коллектора

Изготовление солнечного воздухогрейного коллектора из квадратной трубы:

Из нескольких теплоаккумулирующих сред для теплоаккумуляторов воздушного типа наиболее известными и употребимыми являются камни. Хотя применение этого материала кажется сравнительно дешевым и легким решением, однако, это не всегда так. Наиболее существенным преимуществом камней является их низкая стоимость (если камней действительно много).

В зависимости от конструкции и размеров отсека для камней могут потребоваться камни размером до 100 мм. На 1 м 2 коллектора требуется 35. 180 кг камней из-за их малой теплоемкости. Огромное количество камней усложняет проблему их транспортировки и перегрузки, а также требует отсека, достаточного по размеру, чтобы вместить их. При 30% пустот объем камней, необходимый для аккумулирования того же количества тепла, что и бак с водой, должен быть в 2,5 раза больше.

Большая периметральная площадь этих отсеков-аккумуляторов влечет за собой более высокие строительные расходы и большие потери тепла. Потенциальная возможность более значительных потерь тепла из больших отсеков с камнями по сравнению с меньшими по размеру водяными баками, тем не менее, компенсируется сравнительно медленным естественным движением тепла через камни в отличие от постоянного движения воды внутри большого бака при изменении температуры (например, из-за потери тепла).

Одним из серьезных ограничений в использовании камней является недостаточность их универсальности как рабочих тел для других целей помимо аккумулирования тепла, они, например, не могут служить теплоносителем для подогрева воды, охлаждения и даже отопления жилого помещения. Один из немногих и наиболее распространенных способов приготовления горячей воды в этом случае заключается в установке небольшого (0,1. 0,4 м 3 ) неизолированного водяного бака между камнями. Теплообмен протекает медленно, но продолжается круглые сутки.

Методы солнечного охлаждения применимы тогда, когда камни удерживают прохладу для дальнейшего использования. Эту прохладу можно получить путем:

  • циркуляции холодного ночного воздуха;
  • воздуха, охлажденного ночной радиацией;
  • воздуха, охлажденного внепиковыми холодильными компрессорами.

Воздушные теплоаккумулирующие системы ограничивают способ передачи тепла окружающему пространству.

На рис. 1 показан купольный дом, спроектированный фирмой Тотал энвайронментал экшн, в котором отсек с камнями расположен в пределах помещения. Передача тепла из отсека в помещение происходит медленно путем естественной конвекции из комнаты в нижнюю часть отсека и оттуда через верх, а при необходимости, при помощи небольших вспомогательных вентиляторов (куполообразная форма была выбрана заказчиком, а отдельно стоящий солнечный коллектор указывает на ограничения, накладываемые строительным участком).


Воздушные солнечные коллекторы (расположенные отдельно) и теплоаккумулятор с твердой засыпкой в купольном доме:
A – панели солнечного коллектора;
B – контейнер теплоаккумулятора с кирпичным или каменным щебнем;
C – подземный изолированный канал для подачи воздуха

Местоположение теплового аккумулятора с камнями может явиться серьезным ограничением в их использовании. Если теплоаккумулятор размещается в подвале здания, то расходы на сооружение отсека необязательно должны быть включены в общую стоимость системы солнечного теплоснабжения. Однако, если под тепловой аккумулятор отводится подвал, предназначенный для других целей, или жилое помещение, то стоимость сооружения такого отсека добавляется к стоимости системы. На рис. 2 показано использование контейнера-аккумулятора с засыпкой из камней в качестве архитектурного элемента здания. В доме Джорджа Лефа (Денвер, Колородо) этот способ применен довольно удачно. Однако из-за большого веса контейнеров или отсеков для камней под ними должны предусматриваться прочные фундаменты.


Засыпка, содержащаяся в вертикальном цилиндре из фиброкартона

На рис. 3 представлен разрез дома в Бостоне, выполненного по проекту фирмы Тотал энвайронментал экшн на средства фирмы АИА Рисерч корп. Американского института архитекторов. Площадка для дома представляет собой крутой северный склон холма с высокими зданиями к югу. Солнечный коллектор устанавливается как можно выше, чтобы не попасть в тень от соседних зданий. Вследствие своих больших размеров и массы теплоаккумулирующий отсек с камнями находится на нижнем этаже здания.


Разрез солнечного дома (Бостон)

В проекте предусмотрен довольно простой способ передачи тепла к отсеку и от него. На рис. 4, где показана схема солнечной системы, теплый воздух из солнечного коллектора поступает в верхнюю часть отсека. Он затягивается внутрь, выходит снизу и поступает обратно в коллектор. Для обогрева дома прохладный воздух поступает в нижнюю часть отсека и нагревается по мере подъема между камнями. Самые теплые камни наверху нагревают воздух до наибольшей степени. На рис. также показан цикл отопления на жидком топливе, в котором комнатный воздух обходит отсек с камнями. Обычно, аккумуляторный отсек не должен нагреваться отопителем, за исключением случаев, когда он располагается внутри жилого помещения.


Схема системы солнечного теплоснабжения для дома в Бостоне;
A – режим поглощения солнечной энергии. Воздух поступает через дно солнечного коллектора и выходит через верх. Нагретый воздух подается вниз, проходя через тепловой аккумулятор с камнями и нагревая его, и возвращается обратно в коллектор;
B – режим отопления помещения. Воздух засасывается из жилого помещения и поступает в нижнюю часть теплоаккумулятора. При прохождении через камни он нагревается и поступает обратно в жилое помещение;
C – режим дублирующего отопления. Отопитель, работающий на жидком топливе, нагревает воздух, поступающий из жилого помещения через приточную камеру в нижней части теплового аккумулятора. Нагретый воздух поступает в жилое помещение через верхнюю камеру теплоаккумулятора;
D – бак для приготовления горячей воды находится внутри теплоаккумулирующей среды, которая играет роль или нагревателя, или подогревателя в зависимости от уровня температуры теплоаккумулятора

Одна из важных причин того, что теплый воздух подается из солнечного коллектора в верхнюю часть отсека, заключается в стремлении обеспечить температурную стратификацию. Это дает возможность нагревать комнатный воздух до наивысшей возможной температуры при помощи самых теплых камней, находящихся в верхней части отсека. Если теплый воздух будет поступать через низ отсека, даже без перемещения внутри него, то тепло из нижней части распределится равномерно по всему отсеку, что вызовет в нем общее понижение температуры. Подача комнатного воздуха в то же место, что и теплого воздуха из коллектора, будет способствовать этому выравниванию тепла по отсеку, а не нагреву воздуха в целях отопления здания.

Форма отсека теплового аккумулятора имеет особое значение при использовании камней в качестве теплоаккумулирующей среды. Вообще, чем больше расстояние, которое воздуху требуется пройти через камни, тем больше должен быть размер камней для уменьшения перепада давления и снижения необходимой мощности вентилятора. Например, если отсек представляет собой высокий цилиндр (см. рис. 2), то требуются камни большего размера. Если высота цилиндра более 2,5 м, то размер камней должен быть по крайней мере 50 мм; для более высоких цилиндров размер камней должен быть еще больше. Для приземистых, горизонтальных отсеков, которые обычно устанавливаются в подвалах, может подойти гравий диаметром 25. 50 мм (рис. 5).


Форма отсека теплового аккумулятора:
а – вертикальный отсек;
1 – теплый воздух из солнечного коллектора; 2 – размер камней в поперечнике 50. 100 мм; 3 – холодный воздух к коллектору;
б – горизонтальный отсек;
1 – теплый воздух из солнечного коллектора; 2 – холодный воздух к коллектору; 4 – гравий в поперечнике 25. 50 мм; 5 – теплый воздух к дому; 6 холодный воздух из дома

Предлагаемые выше размеры в большей степени зависят от скорости проходящего через камни воздуха. Чем меньше скорость воздуха, тем мельче должны быть камни и тем толще их слой. По сути дела, увеличение перепада давления проходящего через камни воздушного потока прямо пропорционально увеличению скорости воздуха. Разумеется, чем меньше камни в поперечнике, тем больше суммарная площадь поверхности камней, которая получает тепло от воздуха. Вообще, камни или булыжники должны быть достаточно большими, чтобы поддерживать низкий перепад давления при достаточно хорошем теплообмене.

В теплоаккумулирующих системах воздушного типа можно также использовать небольшие контейнеры для воды, которые можно разместить на стеллажах, полках или каким-либо другим способом, чтобы дать воздуху возможность беспрепятственно обтекать их. Такими контейнерами могут являться пластмассовые, стеклянные, алюминиевые емкости, бутыли, банки. Проблема укладки или размещения контейнеров решается разными путями, но, пожалуй, наиболее успешным является установка их на поддоны с последующим продуванием воздуха по горизонтали между поддонами (рис. 6).


Отсек теплового аккумулятора для воздушных систем, в которых применяются небольшие контейнеры с водой:
1 – поступление воздушного потока; 2 – контейнеры с водой; 3 – полки; 4 – выход воздушного потока; 5 – отсек аккумулятора

Можно разместить небольшие контейнеры между балками перекрытий (пустоты здесь выступают в качестве воздушных коробов) или использовать вертикальные пустоты теплоаккумулятора, служащие перегородками между помещениями или элементами наружнымх стен. И опять, при размещении теплоаккумулятора внутри отапливаемого помещения все потери тепла из него поступают в здание. На рис. 7 показан разрез дома, спроектированного фирмой «Тотал энвайронментал экшн» (Миннеаполис, Массачусетс). В этом проекте воздух, циркулируя в замкнутом контуре, проходит вверх через вертикальный, обращенный на юг солнечный коллектор, а затем опускается вниз через вертикальный объем, заполненный небольшими контейнерами с водой.


Вертикальные воздушные солнечные коллекторы и водяной теплоаккумулятор контейнерного типа в Джиллис-хаус:
1 – отсек; 2 – солнечный коллектор

Стену такой конструкции нелегко приспособить для камней, и в этом заключается одно из главных преимуществ контейнеров с водой. Другое преимущество в том, что для воды требуется меньший объем пространства, для аккумуляции того же количества тепла, что и камни. Утечка воды вряд ли вызовет проблемы, поскольку в одном месте протечки потеря воды составит не более нескольких литров.


Проект солнечного дома для Миннеаполиса:
1 – комната отдыха; 2 – общая комната; 3 – спальня; 4 – тепловой аккумулятор; 5 – солнечный коллектор для приготовления горячей воды; 6 – солнечный коллектор; 7 – столовая; 8 – гараж

По контракту с АИА Рисерч корп. фирма Тотал энвайронментал экшн использовала саму конструкцию дома для аккумулирования тепла. Система, показанная на рис. 8, разработана для Миннеаполиса.

Солнечный воздушный коллектор SolarBox

Применение солнечного воздушного коллектора SolarBox:

Туристические объекты

Промышленные объекты

Коммерческие объекты

Сушильные технологии

Герметичный светопрозрачный короб, внутри которого циркулирует воздух, нагреваясь от солнечного света.


Изделие автономно работает от солнечной панели. Включается в момент, когда солнце активно и выключается, когда солнца нет. Используется осенью, зимой, весной как дополнительный источник отопления или вентиляция помещения свежим подогретым воздухом. Также может работать в комбинированном режиме (отопление+вентиляция). Перенастройка режимов происходит пользователем вручную без демонтажа коллектора.

Воздушный коллектор монтируется на стене или крыше, на южной стене здания. Солнечные лучи должны попадать на коллектор беспрепятственно.

Солнечный воздушный коллектор SolarBox создаст комфортные условия для жизни и работы, здоровый микроклимат в Вашем доме, исчезнут условия развития грибка, плесени, будет чистый и свежий воздух в помещениях, обеспечится качественное вентилирование, дополнительный прогрев помещения, увеличение срока службы здания, сохранность материальных ценностей, будет значительная экономия денежных средств.

При попадании солнечных лучей на поверхность коллектора, нагревается алюминиевый абсорбер, окрашенный в чернный цвет, который находится внутри утепленного короба. Солнечный воздушный коллектор имеет с фасадной стороны светопрозрачную конструкцию, для пропускания солнечных лучей.
Воздух, который проходит сквозь нагретый абсорбер, нагревается, и вентилятором подается в помещение нагретым. Разница температуры воздуха на входе и выходе из солнечного воздушного коллектора SolarBox составляет 20-40 градусов в солнечную погоду.
Работа вентилятора обеспечивается подачей энергии от солнечной панели, встроенной в солнечный коллектор. Коллектор работает только в солнечную погоду.

Принцип работы солнечного воздушного коллектора

Схемы установки воздушного солнечного коллектора:

Существует несколько схем установки и крепления солнечных воздушных коллекторов, наиболее распространенные — на стене, на крыше, рядом с домом. Место установки и способы крепления подбираются индивидуально, исходя из характеристик объекта, и по желанию заказчика. Солнечные воздушные коллекторы SolarBox устанавливаются на солнечной стороне здания под таким углом, чтобы их нагрев от солнечных лучей был максимальным.

SolarBox 2,0

SolarBox 0,7

Габариты коллектора: 960x1970x50 мм
Максимальная площадь помещения, где установлен коллектор: 100 кв.м.
Объем воздушного потока: до 60 куб.м./час.
Расстояние между центрами отверстий: 1540 мм.
Масса изделия в упаковке: 25,0 кг.

Габариты коллектора: 670x1000x50 мм.
Максимальная площадь помещения, где установлен коллектор: 50 кв.м.
Объем воздушного потока: до 60 куб.м./час.
Расстояние между центрами отверстий: 660 мм.
Масса изделия в упаковке: 15,0 кг.

Модельный ряд солнечного воздушного коллектора SolarBox

Солнечный воздушный коллектор SolarBox может работать в 3 режимах:

Режим отопления.

Режим вентиляции.

Режим комбинированный (отопление и вентиляции).

Ручной электрический выключатель, (прилагается), позволяет отключать вентилятор, когда прогрев и вентиляция воздуха не требуется.
Потребитель самостоятельно устанавливает необходимый для него режим работы коллектора.

Воздух в коллектор поступает из помещения, нагревается и возвращается нагретым в помещение. Этот режим используют, как дополнительное отопление помещения. В солнечные дни в помещении может быть достаточно тепло только лишь от воздушного солнечного коллектора, и не потребуется включения основного отопления: газового, электрического или от другого источника тепла;

Свежий холодный воздух с улицы через фильтр поступает в коллектор, подогревается, проходя сквозь нагретый от солнца коллектор, и поступает в помещение нагретым. В зимний и осенне — весенний период ценно то, что свежий воздух заходит в помещение не холодным, а подогретым. Люди меньше болеют, помещение не выхолаживается, происходит циркуляция воздуха в помещении, проживание стает более комфортным.

Воздух в коллектор поступает из помещения для отопления, но дополнительно открывается клапан для частичного подмешивания свежего воздуха. Свежий холодный воздух будет смешиваться с теплым воздухом из помещения, и будет поступать в помещение подогретым солнцем.

Основные типы солнечных коллекторов — Статьи об энергетике

Солнечные коллекторы представляют собой простую систему по сбору солнечного тепла и его преобразование в тепловую энергию, которую затем можно использовать для бытового назначения. Сразу стоит отметить, что солнечные коллекторы могут нагревать теплоноситель до температуры не более 60 градусов, поэтому подключать такие системы лучше всего к теплому полу, а не к радиаторам отопления.

Конструктивно любой солнечный коллектор состоит из солнечной панели, резервуара с теплоносителем и небольшого насоса для циркуляции воды в системе. В тех регионах, где количество солнечных дней недостаточно для эффективной работы системы в течение всего года, к резервуару с теплоносителем дополнительно подключают нагревательный прибор, который будет нагревать теплоноситель до необходимой температуры. Панели солнечных коллекторов могут выполняться различного исполнения: трубчатые, плоские или воздушные.

Плоские солнечные коллекторы

Плоский солнечный коллектор представляет собой корпус с впускным и выпускным патрубками, внутри которого расположены термоизоляционный слой, теплосборник (адсорбирующая пластина) с теплообменными медными или алюминиевыми трубками. Для защиты лицевая панель коллектора прикрыта стеклом или прозрачным пластиком. Принцип действия плоского солнечного коллектора заключается в удержании солнечного тепла внутри корпуса коллектора, за счет которого нагреваются теплообменные трубки с теплоносителем.
 

Существуют определенные правила по установке плоских солнечных коллекторов. Во-первых, оптимальный угол падения солнечных лучей равен 90 градусам. Чем ближе угол падения солнечных лучей к оптимальному, тем выше эффективность коллектора. Из-за постоянного движения Солнца добиться оптимального угла в течение всего дня будет невозможно при статическом солнечном коллекторе. Поэтому нужно расположить панель коллектора таким образом, чтобы на нее как можно дольше падал солнечный свет. Во-вторых, для исключения зависимости от угла падения солнечных лучей, солнечные коллекторы необходимо устанавливать на подвижном основании или использовать системы слежения за Солнцем.
 

Трубчатые солнечные коллекторы

Существуют различные способы по сбору тепловой энергии. Однако в системах отопления не достаточно лишь собрать тепло, необходимо еще его сохранить, не допустив потерь. Для этого используются различные теплоизоляционные материалы, но лучшим вариантом для исключения потерь тепла является использование вакуума. Именно на использовании вакуумных трубок и основан принцип действия трубчатых солнечных коллекторов.

На сегодняшний день в трубчатых солнечных коллекторах применяются два вида тепловых трубок: коаксиальные и перьевые. Теплоноситель в системах с коаксиальными трубками нагревается от одной из стенок самой трубки. Нагрев воздуха внутри колбы происходит при поглощении тепловой энергии Солнца специальным поглощающим слоем, нанесенным на одну из стенок колбы. Солнечные коллекторы с коаксиальными трубками достаточно сложны и имеют невысокую производительность. Однако коаксиальные трубки могут нагревать теплоноситель даже при отрицательных температурах на улице.
 

Перьевая трубка для солнечного коллектора представляет собой колбу с пластиной из адсорбирующего материала. Для лучшего сохранения тепла внутри колбы делают вакуум. Тепловые каналы в перьевых трубках могут быть двух типов: Heat-pipe или U-type.
 

Тепловые трубки Heat-pipe при установке на панели солнечного коллектора соединяются через специальную шину. На каждой из трубок расположен массивный медный наконечник, который и передает тепловую энергию в систему. Внутри самой трубки в колбе перьевой трубки находится вещество, которое по мере увеличения температуры закипает и превращается в газ, поднимающийся в верхнюю часть трубки. Нагретый газ и передает тепло в систему с теплоносителем через медный наконечник.
 

 

Трубчатые коллекторы типа U-type (с прямоточным каналом) состоят из U-образных трубок, в которых движется теплоноситель. Недостатком подобных систем можно назвать необходимость замены всего коллектора в случае выхода из строя одной из трубок внутри корпуса.
 

Теплоноситель в солнечном коллекторе

Чаще всего в качестве теплоносителя в солнечных коллекторах используется вода или антифриз. Использовать воду можно в тех системах, которые не предполагают работу при отрицательных температурах. В любом случае лучшие показатели по эффективности показывают солнечные коллекторы, которые дополнительно имеют замкнутую систему циркуляции теплоносителя. Альтернативой солнечным коллекторам, в которых необходимо использовать теплоноситель, могут послужить воздушные солнечные коллекторы, которые можно использовать в комбинированных системах отопления.

Воздушный солнечный коллектор

Воздушный солнечный коллектор можно достаточно легко собрать самостоятельно. Для этого необходимо в герметичном корпусе устроить лабиринт, проходя по которому холодный воздух будет нагреваться и попадать внутрь помещения. При этом циркуляция воздуха может быть как естественной, так и принудительной. Температура, до которой может нагреться воздух внутри воздушного коллектора, не будет превышать 50 градусов даже в самый жаркий день, однако и таких показателей будет достаточно для дополнительного обогрева помещений.
 

Статьи по теме:
Солнечные батареи — экономия или деньги на ветер
Солнечный коллектор: устройство, конструкция, монтаж
Солнечный коллектор своими руками
Вакуумный солнечный коллектор. Устройство и принцип действия

Воздушный солнечный коллектор своими руками как собрать и изготовить

Изготовление солнечных воздушных коллекторов своими руками

Солнечные воздушные коллекторы применяются для дополнительного обогрева жилых или не жилых помещений в холодный период года, с помощью теплого воздуха, который нагревается за счет энергии солнца. В данном разделе вы узнаете, как сделать солнечный воздушный коллектор своими руками из подручных материалов и минимальными затратами.

Солнечный воздушный коллектор (теплогенератор) из пивных алюминиевых банок

Материалы для изготовления солнечного воздушного коллектора (теплогенератора), могут быть весьма разнообразны, но наиболее дешевый и эффективный вариант, это использование алюминиевых банок из под пива или напитков.

Использование солнечного воздушного коллектора для зимнего обогрева курятника

Обогрев курятника должен быть эффективным и экономным, и при желании затраты на обогрев можно сократить используя энергию солнца. А всего-то на стенке курятника необходимо соорудить не сложный солнечный воздушный коллектор.

Компактный, оконный, солнечный воздушный коллектор

При желании, можно сделать более практичный солнечный воздушный коллектор, который в любую минуту можно снять и отправить в кладовку, и с этим справится любая домохозяйка, не прибегая к помощи мужской силы.

Как сделать оконный солнечный воздушный коллектор для обогрева квартир

Не будем забывать, что конструкция солнечных воздушных коллекторов довольно гибкая, и их вполне можно приспособить для отопления квартир, всего, то, нужно установить его в оконный проем. Хотя не стоит обольщаться, применять такую конструкцию, можно, только если ваши окна выходят на юг

Солнечный воздушный коллектор из корпуса потолочного светильника

Думаю, многие встречали, эти ужасные потолочные светильники (металлические короба), которые использовались на предприятиях. Даже сейчас их можно встретить в некоторых производственных помещениях. Но с другой стороны, предприятия модернизируются, делают ремонт, и эти светильники, десятками, а, то и сотнями выкидывают в металлолом, которые в свою очередь, под лозунгом «в хозяйстве пригодится» растаскивались работниками.

Возможно, и в вашем хозяйстве завалялся подобный светильник, который так и не нашел своего применения. Но применение такому светильнику имеется, и он может послужить для обогрева вашего дома, хоз помещения или теплицы.

Строительство солнечного воздушного коллектора площадью 9кв.м.

При строительстве солнечных воздушных коллекторов есть одна простая закономерность, а именно, чем больше площадь коллектора, тем эффективнее он работает, а значит, способен отопить больше площадь.

500 Вт солнечный воздушный коллектор из гофрированной воздуховодной трубы

С приходом холодов, каждый задумывается об обогреве своего жилья, подсобных помещений, теплиц и т.д., однако с каждым годом цены на энергоносители постоянно растут, и наибольшая статья расходов в холодное время года как раз приходится на отопление. Однако эту статью расходов можно уменьшить, если в качестве дополнительного отопления использовать бесплатную энергию солнца, при помощи нехитрого устройства – солнечного воздушного коллектора, который можно изготовить своими руками.

Солнечный воздушный коллектор из старой двери

Солнечный воздушный коллектор, это настолько гибкая конструкция, что если понимать его принцип действия, то его можно сделать из чего угодно, даже из старого хлама, о чем собственно и пойдет речь. И если внешний вид вас не смущает (например, будет использоваться для отопления теплицы), то для изготовления солнечного воздушного коллектора, можно использовать старую дверную коробку с дверью, которая возможно завалялась в закромах после ремонта.

Как сделать солнечный воздушный коллектор из водосточных труб 2

Основной недостаток солнечного воздушного коллектора в том, что его необходимо устанавливать на стене дома с южной стороны, и часто бывает, что как раз южная сторона дома является лицевой. Соответственно, чтобы солнечный воздушный коллектор не портил фасад дома, нужно его сделать таким, чтобы он вписывался в экстерьер дома или был незаметным и сливался с фундаментом дома.

Воздушный солнечный коллектор — самостоятельный монтаж

Сегодня среди жителей частных домов остро стоит вопрос о функциональной и экономной системе отопления. В наше время не нужно закупать дорогое топливо и заботиться о перевозке. Хозяевам предлагается воспользоваться неограниченными природными ресурсами. Воздушный солнечный коллектор — это устройство, которое перерабатывает энергию солнца в тепло и поставляет ее в дом. Необязательно покупать готовые аппараты, вроде солар фокс. Обогреватель можно сделать своими руками.

Современные аппараты используются как дополнительное оборудование для отопления, которое перерабатывает солнечный свет в топливо для помещения. Но оно гарантирует хозяевам качественный обогрев воды и отопление лишь для жителей южных территорий, где большую часть года тепло. И это только в том в случае, если коллекторы имеют довольно большие размеры и поставлены на незатемненных дворах. Вне зависимости от видов агрегаты работают по одному общему принципу.

Каждая гелиосистема — это система контуров с поочередным месторасположением приборов, вырабатывающих тепло и передающих его в помещение. Ведущими рабочими органами считаются солнечные батареи на фотоэлементах.

Солнечные коллекторы лишь помогают в выработке дополнительного тепла. Всецело переводить отопление дома на такой вид небезопасно по причине невозможности предугадать точный прогноз и количество дней с безоблачной погодой.

Коллекторы представлены как система труб, объединенных поочередно с выходной и входной магистралями или же имеющих вид змеи. По соединениям протекает вода (если устройство работает от воды), смешанная с антифризом. Циркуляцию обеспечивают физические особенности жидкости: испарительные процессы, изменение давления и прочие.

Сбор и обработка энергии солнца выполняется с помощью абсорберов. Это или сплошная пластина из железа с матовой внешней поверхностью, или система нескольких пластинок, которые соединены с трубами.

Для конструирования верхней части корпуса и крышки применяются расходники со способностью принимать лучи. Довольно популярными материалами профессионалы называют оргстекло, аналогичные полимеры, жаропрочное стекло.

Для исключения потерь энергии с тыла устройства в него помещается слой термоизоляции.

Стоит отметить, что полимеры недостаточно стойко выдерживают воздействие ультрафиолета. Что касается пластика, то он способен деформироваться от повышенной температуры, а это нередко приводит к разгерметизации аппарата. Вследствие этого внедрение аналогичных расходников для оборудования корпуса коллектора следует исключить.

Воду как теплоноситель хозяева могут использовать лишь только в системах, специализированных для подачи дополнительного тепла в осень и весну. В том случае, если владелец собирается использовать систему на протяжении всего года, то в самую первую осень следует долить до воды необходимое количество антифриза.

В некоторых гелиосистемах энергия образуется с помощью воздуха. Каналы для обеспечения его циркуляции можно изготовить из простого профнастила.

Если солнечный коллектор планируется для подогрева маленького строения, не зависимого от централизованной системы отопления жилого дома, то следует построить самую примитивную конструкцию с одним контуром и прибором для нагрева в начале магистрали. Схема настолько проста, что ее не нужно обеспечивать насосами. Но максимально ее использовать можно только в летний период.

При подключении коллектора в двухконтурную конструкцию все обстоит гораздо труднее, но и количество подходящих для использования дней значительно увеличено. Устройство начинает работать сразу же с одного контура. Основная нагрузка приходится на ведущую магистраль, которая работает от электричества или топлива.

Чтобы собрать солнечный коллектор, хозяин может взять уже составленную схему.

Независимо от производителей энергии и числа ясных дней, любой солнечный аппарат пользуется большим спросом среди владельцев частных домов и дач. Они очень популярны среди людей, которые заботятся о природе и стараются окружать себя экологически чистыми предметами, без загрязнений и вредных выбросов.

Есть довольно много факторов, по которым систематизируют те или другие оборудования. Впрочем, для устройств, подлежащих самостоятельной сборке и применимых для отопления помещений, более оптимальным станет деление по типу. Так, системы делятся на водные и воздушные. Чаще всего хозяева делают выбор в пользу первых.

Простой паровой коллектор можно соорудить из гофры. Еще потребуется теплоизолятор из фольги и фанерная панель для коробки. Для начала следует обработать гофру, прокладывая ее в нужном порядке. Прибор окрашивается темной краской. Далее идет монтаж подводов для поступления и циркуляции воздуха.

Нередко применяется классификация по максимальной температуре, до которой доходят трубы.

Низкие температуры. Самая высокая их температура – 50 градусов. Используются для нагрева воды в огородных баках, санузлах с июня по август и для комфорта в холодные вечера.

Средние температуры. Их пик нагрева составляет 80 градусов. Они хорошо отапливают комнаты и другие постройки. Подходящий вариант для частного дома и дачи.

Высокие температуры. Самый большой показатель, которого достигает устройство – 300 градусов. Такой коллектор желательно использовать только для промышленности: заводских помещений, цехов и др.

Конструирование прибора самостоятельно — интересная процедура, которая приносит очень много пользы. Она позволяет правильно применять энергию солнца, решить большое количество значительных хозяйственных вопросов.

Поглощающая панель изготовлена из сотового поликарбоната, окрашенного в темный цвет. Верхний и нижний края панели, т. е. отрытые торцы каналов поликарбонатного листа, вставлены в разрезанные вдоль трубы.

Пошаговая инструкция по основным этапам работы:

  • монтаж поглощающей панели;
  • подсоединение аккумулятора к задней стенке;
  • термоизоляция для аккумулятора;
  • сборка устройства;
  • вставка металлопрофиля;
  • сверление отверстий для соединения с трубами;
  • сварка всех составляющих;
  • установка стойки для готового аппарата.

Самым простым и недорогим материалом для изготовления солнечного коллектора среди профессионалов всегда считалась древесина. В строительных магазинах в специальных отделах представлены различные брусья, доски, плиты, панели и другие товары. Что касается металла, то он стоит значительно дороже, но его отличает высокая прочность.

На каждый расходник у продавца в обязательном порядке должен быть сертификат качества, в котором есть отдельный пункт, посвященный требованиям к постройкам и конструкциям на улице. Обычно на продукцию дается гарантия сроком на 30 лет. Для того чтобы материалы прослужили это время, нужно смотреть на характеристики и по возможности приобрести средства защиты.

Если хозяин планирует изготовить деревянный корпус, то его стоит обработать специальными пропитками и антисептиками. Они помогут защитить древесину от насекомых, плесени и случайно проскочивших искр.

Главным принципом, которому нужно следовать при составлении проекта и практической части, считается доступность материалов в соотношении стоимости и финансовых возможностей владельцев. То есть, имеются ли они в свободном доступе или коллектор можно собрать из подручных средств.

Есть множество оптимальных для сборки, к примеру, ПВХ или же ПП труба с угловыми фитингами. Известны модели, изготовленные из пустых пивных банок. Для предотвращения утрат тепла на дно короба стелется изоляция. Как правило, это пенопластовые плиты или минеральная вата. Сегодня строительная индустрия выпускает довольно большое количество изолирующих материалов на любой вкус.

Для утепления короба разрешается использование фольги. Она гарантирует и удержание тепла, и отблеск лучей от плоскости.

Если для изоляции применяется пенопластовая или пенополистирольная плита, то трубам и магистралям необходимо обеспечить канавки. Абсорбер помещается на защиту сверху и надежно крепится к днищу корпуса методом в зависимости от расходника.

Приемник тепла — абсорбирующая составляющая конструкции. Это целая система труб, где нагревается теплоноситель, и элементов, произведенных в большинстве из листов меди. Наилучшим материалом для создания теплоприемника являются трубы из меди. Мастера-самоучки придумали другой альтернативный вариант — спиральный теплообменник из полипропиленового шланга.

Любопытно и такое решение — абсорбер гелиосистемы из гибкой полимерной трубы. Чтобы соединить все детали между собой, требуется использовать фитинги нужных размеров.

Для солнечного коллектора в доме и гараже можно найти много полезных деталей от старой бытовой техники. В этот перечень входят теплообменник из ненужного холодильника, водопроводные трубы с основой из полиэтилена, старые батареи. Необходимым аспектом для производительности является теплопроводность.

Для сборки коллектора своими руками наилучшим вариантом считается медь. Она обладает теплопроводностью, которая равняется 394 Вт/м?. У алюминия данный параметр может меняться – 202-236 Вт/м?.

Трубы из меди давно зарекомендовали себя как наилучший материал для теплоприемника. Но это не означает, что другие отстают от них по всем параметрам.

При равных критериях производительность теплообменника из меди станет на 20 процентов больше, чем у металлопластика. Но второй материал значительно выгоднее.

Любую трубу, независимо от расходника, в обязательном порядке следует герметизировать. Они прокладываются в параллельном направлении, или же хозяева могут использовать принцип змеевика. Кстати, это самый надежный метод, потому что понижает риск возникновения дыр и гарантирует более равномерное перемещение воздуха.

Вершина короба, в котором располагается теплообменник, запирается стеклом. Вместо него можно применить современные материалы, наподобие акриловых полимеров или же цельного поликарбоната. Пластину лучше выбрать рифленую или матовую. Некоторые хозяева закрывают пространство полиэтиленовой пленкой в несколько слоев.

После сооружения конструкции следует тщательно проверить на наличие всех деталей. Если все на месте – можно переходить непосредственно к монтажу.

Для начала хозяину следует установить аванкамеру. Она располагается в самой высокой точке – чердак, эстакада, крыша. Здесь следует помнить о весе в зависимости от типа нагревателя. Если планируется водяной коллектор, то его масса будет гораздо больше, чем у воздушного. Но перекрытия на всякий случай лучше еще раз все проверить.

После этого монтируется короб. Наиболее надежное и оптимальное месторасположение для него – южная сторона. А угол наклона должен равняться максимум 45 градусам.

Затем все проложенные трубы объединяются в одну систему. Каждая из них снабжается поперечниками. Самый маленький имеет размеры в полдюйма, и он применяется для прибора напорной части системы.

Чтобы энергия не терялась при передвижении воздуха, необходимо каждую трубу изолировать. Для этого можно применить пенопласт, базальтовую вату или фольгу. Это касается и аванкамеры.

Обычным и легкодоступным вариантом термоизоляции накопительной емкости считается сооружение вокруг фанерного или дощатого короба. Зазоры наполняются утеплителем – шлаковатой, смесью сухой травы с глиной, опилками.

Впоследствии монтажа всех составляющих и утепления части систем необходимо подключить вентиляторы и терморегуляторы. Постепенно коллектор заполнится воздухом и нагреется. Обязательно стоит проверить работу клапанов, которые будут препятствовать циркуляции воздуха в нерабочее время.

Увеличение температуры случается в том числе и в облачную погоду. Подогретый теплоноситель начинает подниматься в верхнюю часть накопителя. Циркуляция воздуха осуществляется до того момента, пока жар теплоносителя, поступающего в радиатор, не будет равен температурному режиму у выхода из аппарата.

Воздушный солнечный коллектор своими руками как собрать и изготовить

Используя недорогие подручные материалы и простое оборудование, можно собрать эффективный воздушный солнечный коллектор для обогрева дома.

Устройство работает по простому принципу: черная поверхность поглощает солнечное тепло и отдает его воздуху. Пока на коллектор светит солнце, абсорбер нагревает нагнетаемый вентиляторами холодный домашний воздух. В помещение возвращается уже нагретый воздух — благодаря такой вентиляции температура в помещении постепенно повышается.

Воздушный солнечный коллектор обычно устанавливают на крышу или на южную стену дома, предварительно сделав четыре отверстия диаметром около 10 см, объясняет кандидат технических наук, автор многочисленных публикаций об энергосбережении и книги «Энергосберегающие коттеджи» Юрий Дудикевич.

«Через нижние отверстия в стене прохладный домашний воздух будет подаваться на коллектор, нагреваться и возвращаться обратно в помещение через верхние отверстия, — объясняет специалист. — На выходе коллектора устанавливаются обратные клапаны, которые блокируют движение воздуха при отключенных вентиляторах».

Согласно подсчетам эксперта, воздушный солнечный коллектор позволяет получать 1,5 кВт*ч тепловой энергии на один квадратный метр площади. «Например, 10 коллекторов, площадью два метра каждый, могут давать 30 кВт*ч в солнечный день, — объясняет украинский инженер. — В декабре, когда температура воздуха на улице достигала -6 ° С, суммарная выходная тепловая энергия коллектора в течение солнечного дня (7:00) составила 6 кВт*ч, а эффективность — не менее 50%, а в октябре коэффициент полезного действия устройства повысился до 75 %».

Теплый воздух из солнечного нагревателя лучше направить под пол, советует эксперт. «Устроить это можно посредством плоских прямоугольных воздуховодов шириной 30 и высотой 5 сантиметров, — объясняет Юрий Дудикевич. — Их можно изготовить своими руками из оцинкованной жести, к тому же они имеют большую площадь поверхности, чем круглые трубы, и поэтому лучше отдают тепло».

При этом необходимо обязательно обернуть в теплоизоляцию каналы и пол, отмечает специалист, добавляя, что отличными свойствами обладает природный утеплитель из извести и костры льна или конопли.

Воздушный солнечный коллектор может использоваться не только для обогрева дома, но и для отопления парников, сушки неотапливаемых помещений, сушки фруктов и овощей, а также древесины весной, летом и осенью.

По словам эксперта, воздушный коллектор – самым дешевым средством обогрева дома. «За водяную солнечную систему надо отдать не менее 4 тыс. евро, а воздушный аналог, который не уступает по эффективности, можно сделать собственноручно за 100 евро, — отмечает Юрий Дудикевич. — Такие устройства благодаря доступным материалам можно собирать даже на уроках труда в школе».

Для изготовления воздушного солнечного коллектора нужны базовые знания, а также материалы и инструменты, которые можно купить в ближайшем магазине или найти в собственном хозяйстве.

Чтобы смастерить солнечный воздушный обогреватель, который может работать и зимой, понадобится деревянная рама с фанерным дном, изоляционная и рефлектирующая пленка, металлический лист, зачерненная сетка и лист прозрачного поликарбоната. К тому же нужны два вентилятора, и два обратных клапана, которые устанавливаются на выходе из коллектора.

Фанерное днище размером 1500х1500 мм нужно раскроить на две части: 1050х1500 мм и 450х1050 мм (соединяются между собой планкой сечением 20х40 мм) и вырезать четыре отверстия для движения вентилируемого воздуха (можно использовать форматно-раскроечный станок).

В днище устланном изоляционной пленкой с теплоотражающим свойствам необходимо просверлить снизу два отверстия диаметром 10 см для забора холодного домашнего воздуха и два отверстия сверху — для отвода горячего воздуха из коллектора. «В нижние отверстия мы будем монтировать вентиляторы, с помощью которых холодный воздух будет втягиваться в коллектор, а на верхние позже установим обратные клапаны, которые будут блокировать движение воздуха при отключенных вентиляторах», — объясняет Юрий Дудикевич.

Утепление фанерного днища рамы изоляционной и рефлектирующой пленкой помогает уменьшить теплопотери коллектора. Алюминизированная пленка отражает тепловые лучи, которые поступают от нагретого абсорбера.

Основной элемент коллектора — абсорбер – окрашенный в черный цвет металлический лист.

К внутренней стороне абсорбера прибивается металлическая сетка, которая меняет структуру воздушного потока, создаваемого вентиляторами, и вся эта конструкция монтируется к раме коллектора.

«Втянутый в коллектор холодное домашний воздух движется вдоль сетки, прогревается и становится температурно однородным», — объясняет Юрий Дудикевич.

Далее присоединяем питание к вентиляторам и монтируем их в отверстия, которые будут находиться снизу.

«Два вентилятора Домовент ВКО-100 создают воздушный поток скоростью 200 м3/ч, — объясняет эксперт. — Мощность одного вентилятора составляет 14 Вт при дневных солнечных поступлениях на коллектор от 3 кВт*ч и больше».

Для установки воздушного коллектора необходимо просверлить в стене четыре отверстия диаметром 10 см.

И наконец — для уменьшения теплопотерь абсорбер накрываем листом прозрачного поликарбоната, который имеет защитную пленку от губительного ультрафиолетового излучения.

Видео: как собрать воздушный коллектор своими руками из пивных банок

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Солнечный коллектор своими руками — обзор, обвязка.


Навигация по записям

вакуумный и воздушный тепловой, трубчатый

Экономия отопления – одна из главных забот хозяина частного дома. Для создания системы отопления предлагаются печи с котлами нагревания, электрические, дровяные варианты, но носители обходятся дорого, особенно при значительных площадях строений. Альтернативой традиционным системам может стать коллектор солнечный – устройство, которое при правильном подборе и размещении снимает заботы об отоплении не только дома, но и теплиц, других строений. Рассмотрим разновидности, отличительные особенности и характеристики приборов.

Преимущества и недостатки солнечных коллекторов для отопления

Специалисты выделяют ряд положительных качеств гелиосистем:

  1. Автономность горячего водоснабжения в любое время года. Коллектор солнечный исправно поставляет энергию при перебоях, профилактических, ремонтных работах на магистрали.
  2. Длительный срок службы. В зависимости от типа модели система работает до 30 лет, срок окупаемости даже дорогого агрегата не превышает 5-6 лет.
  3. Экономия достигается отсутствием тарификации на поставку тепла. Ежемесячный расчет не зависит от повышения цены на электроэнергию.
  4. Универсальность применения. Солнечный коллектор для отопления дома может одновременно применяться для обогрева теплицы, бассейна, других хозяйственных помещений.
  5. Простота монтажа. Система легко встраивается в существующий тип отопления, а при эксплуатации не будет грязи, отходов, как, например, при использовании твердотопливных котлов.

К дополнительным преимуществам относятся: снижение суммарной нагрузки на тепло-, энергосеть строения, оптимизация конструкции под собственные нужды.

Минусы касаются высокой цены оборудования и необходимости тщательного выбора приборов. На эффективность работы влияют не только климатические условия региона, но и особенности ландшафта местности, формы крыши, длина светового дня, прочие показатели.

Совет! При выборе системы с пассивной циркуляцией, производная эффективность невысокая, поэтому для регионов с суровыми зимами, коротким световым днем рекомендуется выбирать принудительные варианты управления.

КПД правильно выбранного коллектора достигает 95%, для средней, северной полосы КПД снижается до 75-80%, но это выше, чем все прочие системы отопления.

Важно! Чтобы произвести правильный расчет солнечного коллектора для отопления, необходимо перемножить величину инсоляции в регионе за год, площадь отапливаемых помещений и КПД – получится годовой показатель. Для поиска дневного берется дневной показатель инсоляции.

Данные по инсоляции региона доступны в специальных таблицах на сайтах метеосводок, геологических организаций города, района или области.

Виды солнечных коллекторов и принцип работы

Солнечным коллектором называется устройство, преобразующее энергию солнца в тепловую.

Различаются приборы по множеству признаков:

  • по типу теплоносителя на воздушные и жидкостные, где в качестве жидкости используется вода, антифриз, этиленгликоль, прочие субстанции;
  • по конструкции устройства могут быть плоскими и вакуумными.

Для отопления дома применяются любые типы агрегатов, так как принцип работы не меняется и основан на способности материалов поглощать солнечную энергию в любом диапазоне. При потреблении энергии физические свойства материалов проявляются в увеличении скорости движения молекул, нагревании вещества и это тепло затем передается для отопления дома.

В соответствии с конструктивными особенностями солнечные коллекторы бывают:

  1. Плоскими. Это системы в виде прямоугольника, выполненные из прочного материала. Внутри корпуса выложена изоляционная прокладка, поверхность которой накрыта пластиной, абсорбирующей тепло. В углубления пластины монтируются медные трубки, передающие теплоноситель. Корпус закрыт оболочкой со свойством поглощения солнечных лучей и защитным стеклом.
  2. Вакуумными. Это трубчатые системы, также закрытые специальным корпусом. Внутри вакуумных трубок циркулирует теплоноситель, передающий тепловую энергию теплоносителю наружного контура.

Различаются коллекторы по способу использования носителя тепла:

Рекомендуем к прочтению:

  • пассивные системы – это агрегаты, применяемые в конструкции с накопительным баком, используемые для горячего водоснабжения дома без обустройства других инженерных сооружений сети;
  • активные системы – агрегаты, где кроме коллектора конструкция дополняется насосом, защитными клапанами и применяется не только для обеспечения горячего водоснабжения, но и отопления дома.

По передаче тепла различаются агрегаты:

  1. Косвенного действия, при которых система отопления и водоснабжения дополняется баком-аккумулятором. Этот бак передает тепловую энергию, полученную наружным путем во внутренний контур, то есть отопление, ГВС.
  2. Прямого действия или прямоточные, используемые для систем горячего водоснабжения. Транспортировка воды в контуре коллектора происходит за счет разности температур и при помощи дополнительно установленных кранов, клапанов.

Как коллектор работает зимой?

Для систем отопления рекомендуется выбирать вакуумный солнечный коллектор, который лучше подходит для обеспечения бесперебойной подачи тепла в помещения.

Работает гелиосистема следующим образом:

  • При поглощении солнечной энергии теплоноситель в контурах трубок испаряется, поднимается вверх и конденсируется в теплообменнике прибора. Происходит передача тепла в теплоноситель внешнего контура. Затем после охлаждения теплоноситель из контура трубок стекает вниз и процесс повторяется.
  • Прогретый теплоноситель из наружного контура подается в бак-аккумулятор, откуда полученная тепловая энергия транспортируется до теплоносителя системы ГВС и отопления.
  • Движение теплоносителя в наружном контуре осуществляется установкой циркуляционного насоса и автоматической системы управления. В систему входит контроллер, датчики и прочие элементы управления, которые поддерживают установленные параметры работы коллектора.

Для увеличения эффективности, выполнения задач в зимний период, рекомендуется монтировать дублирующие источники энергии. Например, дополнительный агрегат нагрева с применением топлива различных типов или можно решить задачу установкой электрического ТЭНа в бак-аккумулятор. Функциональность дублирующих источников тепла также контролируют приборы автоматики, запуская и отключая агрегаты по мере необходимости.

Как правильно выбирать коллектор?

Профессионалы советуют обращать внимание на следующие факторы:

  1. Плоская гелиосистема выгоднее прочих по цене, но не при замене, ремонте элементов. Любая поломка может вывести из строя систему абсорбции, а это увеличит затраты на ремонт. Данный класс оборудования обладает способностью нагревать воду максимум на 40 градусов выше температуры окружающей среды.
  2. Вакуумный коллектор намного чувствительнее к внешним агрессивным воздействиям, но при этом замена хрупких трубок не отнимает много времени и денег.
  3. В зимний период плоские системы выгоднее, так как забирают энергию с большей площади, чем вакуумные, однако вторые удобнее при обустройстве ТЭНов в бак в качестве косвенного обогревающего элемента. Выбирая вакуумный гелиоприбор нужно смотреть на наличие нескольких колб длиной до 2 м и шириной до 60 мм. Для обеспечения эффективного термогенеза внутри должна быть прямая или U-образная вставка.
  4. Воздушные тепловые солнечные коллекторы отличаются предельной простотой конструкции, выдерживают низкие температуры, редко требуют ремонт, но намного слабее прогревают комнаты в доме. Короткие трубки малого диаметра снижают расчетный показатель выработки нагрева, поэтому применяют такие агрегаты в регионах с теплым климатом, длительным световым периодом.
  5. Измеряемая в кВт мощность приборов является номинальной. Показатель применим только для измерения количества тепла, производимого в период высшей точки солнечной активности. Для утра и вечера расчет не является актуальным. В ночное время суток используется накопленная за день энергия. Именно она поддерживает уровень тепла в помещениях, поэтому следует учитывать мощность сопрягаемой с коллектором системы и проверить способность длительного сохранения тепла.

Важно! Если в продаже предлагается устройство с низким уровнем энергосбережения, то для морозных зим такие агрегаты не подходят. Также не рекомендуется подбирать водные проводники, которые при агрессивных понижениях температуры попросту замерзнут.

  1. Если выбрать вертикальные способы монтажа коллекторов, то обеспечивается автоматический сход снега, но КПД будет снижен.

Самое выгодное размещение коллектора – поворот лицевой стороной на юг, максимально допустимое отклонение от южного направления не должно превышать 30 градусов. Для обеспечения высокой эффективности системы в течение всего года, необходимо рассчитывать угол установки. равный показателю широты местности.

На заметку! Проектирование системы следует поручить профессионалу. Специалист подберет оптимальные варианты конструкций, способ крепления к крыше, произведет замеры и продумает оправданность применения дополнительных каркасов.

Схемы подключения коллекторов

Типичные схемы установки коллекторов приводятся без указания типа оборудования. Важно соблюдать основное правило – гелиосистема должна передавать преобразованную солнечную энергию теплоаккумулятору, в качестве которого может выступать буферная емкость отопления или бойлер ГВС, оборудованные теплообменником для подключения солнечного коллектора.

Для регионов с суровыми зимами, малой продолжительностью светового дня аккумулятор в обязательном порядке оборудуется косвенным нагревательным элементом, иначе в пасмурную погоду и зимой тепла можно и не дождаться. Схема с самотечной транспортировкой жидкости считается более практичной, но для самостоятельного движения теплоносителя охладитель нужно располагать выше, чем нагреватель. Поэтому низ бака размещается на расстоянии минимум 0,5 м выше, чем верхняя точка гелиосистемы.

Если бойлер размещен в верхней части чердака, подойдет схема расположения коллектор на крыше. Трубы следует обернуть теплоизоляционными материалами толщиной до 100 мм, а для снижения гидравлического сопротивления системы применяются трубы большего диаметра.

При системе, в которой коллектор прогревает бойлер косвенного нагрева (в прогревании также участвует и котел), целесообразнее применять насос и установить бойлер в котельной возле котла.

Рекомендуем к прочтению:

Если применяется схема подключения гелиосистемы на буферную теплоаккумулирующую емкость, например, для круглогодичного использования системы и прогрева солнечной энергией всей системы отопления в доме, подойдет такой вариант размещения.

Для существующих систем отопления в доме применяется следующий вариант интеграции оборудования. Таким образом солнечный коллектор подключается на отдельный бак-аккумулятор, менять оборудование не придется.

Для обустройства системы пригодится аварийный клапан повышенного давления, расширительный бак объемом от 0,1 объема контура и автоматический воздухоотводчик. Для предупреждения ухода воды из бойлера нужно смонтировать на холодный трубопровод обратный клапан. Монтаж обязательной автоматики управления циркуляционными насосами приводит к удорожанию проекта, но в противном случае систему придется включать и отключать вручную, например, когда нагрева от солнца нет.

Совет! Если солнечный коллектор используется круглый год, в качестве теплоносителя заливается незамерзайка. Для сезонного применения коллектора в систему закачивается вода, а перед заморозками жидкость нужно слить.

Как сделать солнечный коллектор самостоятельно?

Для изготовления солнечного воздушного обогревателя, который будет работать зимой и летом потребуется:

  • рама из деревянных плашек с фанерным дном размером 150х150 см;
  • планки с сечением 2х4 см;
  • пленки изоляционная и рефлектирующая;
  • зачерненный лист металла;
  • сетка зачерненная;
  • лист поликарбоната с наклеенной УФ-пленкой;
  • 2 вентилятора;
  • 2 обратных клапана для монтажа на выходе из коллектора.

Как сделать воздушный солнечный коллектор для отопления дома своими руками:

  1. Фанерное днище размером 150х150 см раскроить на две части размерами 105х150 см и 45х105 см. Теперь эти части соединить между собой планкой.
  2. Выстлать полотно изоляционной пленкой со светоотражающими свойствами. Высверлить в днище снизу 2 дырки размером в 10 см для забора холодного воздуха из дома и 2 отверстия сверху того же диаметра для вывода теплых потоков воздуха из коллектора. В отверстия снизу впоследствии будут вмонтированы вентиляторы для затягивания потоков в коллектор, а на верхние потом установятся обратные клапаны для блокировки движения воздуха при отключенных вентиляторах.
  3. Фанерную конструкцию рамы нужно утеплить рефлектирующей и изоляционной пленкой. Это снизит теплопотери коллектора. Лучше всего подходит алюминизированная пленка, которая хорошо отражает тепловые лучи, поступающие от перегретого абсорбера.
  4. Абсорбером выступает лист металла, выкрашенный черной краской. К внутренней стороне абсорбера прибить сетку, которая нужна для изменения структуры воздушного потока, создаваемого вентиляторами. Вся конструкция прибивается к раме коллектора. Получается, что втянутый в коллектор холодный воздух из дома будет проходить вдоль сетки, прогреваться и становится однородным по температуре.
  5. Присоединить к вентиляторам питание, установить приборы в нижние отверстия. Мощность вентиляторов 14 Вт, этого достаточно для обеспечения поступлений на коллектор от 3 кВт/час.
  6. Для снижения теплопотери абсорбер закрывается листом прозрачного поликарбоната. Такие листы уже оклеены пленками для защиты от УФ-излучения.

Выглядит система на крыше следующим образом.

Но изготовленный воздушный коллектор можно установить на стену дома, для чего просверлить 4 отверстия, диаметр которых равен 10 см, затем установить гелиосистему. Это простейший вариант воздушного коллектора, который успешно применяется на практике и изготавливается с минимальными затратами, но есть вариант обустройства конструкции с помощью других подручных средств, например, как на видео ниже.

Солнечные воздушные коллекторы SolarVenti Professional

Модели SolarVenti Professional используются на заводе в Дании
Для больших коммерческих и профессиональных зданий

SolarVenti ® Профессиональные солнечные коллекторы воздуха значительно сокращают эксплуатационные расходы на отопление и осушение больших коммерческих и профессиональных зданий.

SolarVenti ® Professional может быть интегрирован с существующими системами кондиционирования воздуха ( HVAC : Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха ) или разработан специально для оптимизации требований HVAC нового здания.

Функция

Солнечный коллектор нагревается солнечным излучением.
Энергия солнечного излучения передается в здание в виде свежего, предварительно нагретого воздуха.

Воздух поступает в коллектор через запатентованную заднюю стенку с двойной перфорацией. Воздух проходит через поглотитель из черного технического материала, устойчивого к высоким температурам. Материал также является эффективным воздушным фильтром.

Уникальной особенностью этого коллектора является преобразование солнечной энергии в теплый свежий воздух.Воздушный зазор между задней стенкой и поглотителем обеспечивает достаточное тепловое сопротивление для передачи тепловой энергии входящему воздуху, устраняя необходимость в изоляции.

Преимущества
  • Быстрая окупаемость
  • Мощное осушение и бесплатный дополнительный подогретый свежий воздух, что приводит к снижению энергопотребления
  • Улучшает работу существующих систем вентиляции
  • Особенно подходит для применения в профессиональных и коммерческих зданиях.
Приложения

Подогрев свежего воздуха :

  • для складов и складских помещений
  • для промышленных и сельскохозяйственных зданий
  • для коммерческих зданий, офисов, магазинов и т. Д.
  • для спортивных клубов, спортзалов, бассейнов и гидромассажных ванн
  • в учреждения (сельские дома, музеи, больницы, школы и т. Д.)
  • в гостиницы, большие общественные дома, большие рестораны и т. Д.

и :

  • Сушка хранимой древесины, биомассы, зерна и кормовых продуктов
  • Хранение коллекций винтажных и классических автомобилей в сухом виде

Загрузки

Новый сертификат для SolarVenti Professional. Ознакомьтесь с новым сертификатом DIN CERTCO для SV Professional и прочтите, что означает этот сертификат.


На этапе проектирования нужно будет учесть капоты, мансардные окна и другое техническое оборудование на крыше

Преимущества профессиональных устройств SolarVenti ®

  • Активное солнечное отопление
  • Улучшение здоровья и эффективности
  • Низкие затраты на установку
  • Отсутствие затрат на осушение воздуха
  • Гарантированная окупаемость

Размещение профессиональных блоков SolarVenti ®

  • Установка рядом с вентиляционными установками
  • SolarVenti ® Professional разработан для крыш (или грунтовых) с небольшим уклоном или без него.
  • SolarVenti ® Professional оптимально устанавливается лицом как можно ближе к югу.
  • Возможно отклонение до 45 градусов относительно юга, просто увеличив площадь солнечных коллекторов.

Размеры в мм: (Д x Ш x Г) 1004 x 1970 x 300
Вес на модуль в кг: 10
Войлок / поглотитель 1,25 м 2 поглотитель / фетр на м 2 коллектор :
2 мм черный полиэстер
Крышка: 10 мм поликарбонат (устойчивый к УФ)

Перепад давления:
25 Па /50 м 3 / м 2 коллектор
75 Па /100 м 3 / м 2 коллектор
175 Па /1 150 м 3 / м 2 коллектор

КПД: 70% при расходе воздуха 125 м 3 / м 2 коллектор
Макс.выход энергии: ок. 842 Вт / м 2 коллектор
Средняя выработка энергии:
500 <кВтч / м 2 (зависит от типа системы управления)

Другие рекомендации: Макс. длина каждого ряда коллекторов: 20 метров. Для больших объемов воздуха рекомендуется использовать большее количество рядов коллекторов.

Разработка и оценка инновационного солнечного коллектора воздуха с прозрачным абсорбером и крышкой

Применение солнечных коллекторов — популярный инструмент для использования солнечной энергии.В этой работе плоский солнечный воздушный коллектор был исследован под прямым солнечным излучением с целью повышения термической эффективности солнечного воздушного коллектора с решетчатой ​​стеклянной крышкой, перфорированными алюминиевыми листами абсорбера (пористость 0,0177, 0,0314 и толщина поглотителя 1,25, 2,5. мм), что лучше всего подходит для солнечной сушилки. Было оценено влияние пористости и толщины на характеристики поглотителя коллектора. Были приняты шесть уровней массового расхода воздуха (от 0,0056 до 0,0385 кг · м −2 с −1 ).Испытания проводились в трех повторностях в дни с очень ясным небом в сентябре и октябре. Результаты экспериментов показали, что термический КПД коллектора увеличивался за счет увеличения пористости поглотителя. Поглотитель с меньшей пористостью показал лучший тепловой КПД при меньшем потоке воздушной массы. При минимальном расходе воздуха эффективность абсорбера с пористостью 0,0177 и 0,0314 составила 0,31 и 0,29 соответственно, тогда как при максимальном расходе эффективность резко изменилась на 0.83 и 0,88 соответственно. Этот солнечный воздухонагреватель можно использовать для сушки сельскохозяйственных продуктов, обогрева теплиц и т. Д.

1. Введение

Солнечные воздухонагреватели по своей природе обладают низким тепловым КПД из-за низкой теплоемкости и низкой теплопроводности воздуха по сравнению с жидкостными солнечными коллекторами [1]. Многие исследователи пытались повысить эффективность солнечных воздухонагревателей, обеспечивая тесную теплопередачу между воздухом и поглощающей средой.Основная проблема — низкий коэффициент теплопередачи между поглотителем и воздухом, что снижает тепловой КПД [2]. Улучшение конструкции солнечных коллекторов приведет к повышению производительности системы. В солнечных коллекторах использовались и описаны в литературе различные абсорбирующие пластины и системы остекления, пористые (просвечивающие) абсорберы и непористые, а также различные типы остекления. Основным недостатком непористого поглотителя является отсутствие полной теплопередачи между поглотителем и жидкостью, что приводит к низкому тепловому КПД, поскольку коэффициент конвективной теплопередачи между воздухом и пластиной поглотителя довольно низкий, следовательно, температура пластины поглотителя будет высокой. и радиационные потери довольно велики.В пористом типе поглощение солнечного лучистого тепла и тепловая конвекция между воздухом и поглотителем может эффективно усилить воздух, проходящий через поглотитель коллектора, что улучшает качество коэффициента теплопередачи и тепловой КПД, поэтому он будет лучше по тепловым характеристикам в сравнение с непористым поглотителем-коллектором [3]. Пористые поглотительные пластины изучались в различных исследованиях, таких как поглотитель из резаной алюминиевой фольги [4], проволочные сетки [5, 6], розничное стекло [7], куски угля [8], полые сферы [9], страницы, изготовленные из черного синтетического волокна [10] и плотной черной хлопчатобумажной ткани [11].Преимущество пористого поглотителя связано с меньшим рассеиванием тепловой энергии в окружающую среду за счет поглощения и глубины проникновения солнечного излучения [1].

В исследовании, проведенном Whilier, 1964 [12], на солнечном воздушном коллекторе было обнаружено, что использование прозрачного слоя покрытия необходимо для повышения экономической эффективности коллектора. Zomorodian et al., 2001 [11], исследовали коллектор с толстым поглотителем из черной хлопчатобумажной ткани и решетчатой ​​стеклянной крышкой с вертикальным расстоянием между решетчатыми стеклянными листами (прозрачной крышкой) 3, 5, 7 и 9 мм для уменьшения потерь тепла от верхней части. часть коллектора и для увеличения теплового КПД.

При исследовании влияния направления ветра на тепловые характеристики было обнаружено, что термический КПД повышается, когда ветер дует перпендикулярно направлению канавок, а самый низкий коэффициент достигается, когда ветер дует вдоль канавок. Влияние этого изменения направления ветра на тепловой КПД составляло от 10 до 20 процентов [13].

Используя программное обеспечение FLUENT для оценки пластин числовой сетки с теплопередачей параллельно потоку всасывания, было обнаружено, что тепловые характеристики зависят от шести безразмерных параметров.Одна из этих размерных групп была x = t / D , отношение толщины к диаметру отверстия. Увеличение этого параметра увеличивает площадь поверхности теплопередачи внутри отверстия, что приводит к большей теплопередаче в поглощающую пластину и приводит к увеличению теплового КПД поглотителя [14].

Для увеличения коэффициента теплопередачи между поглотителем и воздухом были оценены три перфорированных алюминиевых листа с разной пористостью и толщиной 1.25 мм. Для уменьшения тепловых потерь с верхней поверхности использовался один слой простой стеклянной крышки. В результате этого исследования были представлены две лучшие пористости для листов абсорбера для лучшего теплового КПД при различных рабочих условиях [15].

Для уменьшения радиационных и конвекционных потерь и уменьшения сильного воздействия воздушного потока на верхнюю часть коллектора и направление обдува, настоящее исследование проводилось на решетчатой ​​стеклянной крышке (прозрачной крышке) с металлическим прозрачным поглотителем солнечной энергии. воздухонагреватель для уличных условий.

2. Материалы и методы

Этот прозрачный солнечный воздушный коллектор состоял из оптически прозрачного слоя из нескольких узких стеклянных листов, имеющих решетчатую форму в виде крышки коллектора с двойным остеклением, пористого алюминиевого листового поглотителя, прессованного деревянного каркаса, покрытого дном. слой утеплителя из стекловаты толщиной 50 мм. Опытный коллектор экспериментального размера показан на рисунке 1.


2.1. Стеклянная крышка

Входящий воздух поступал через щели, образованные решетчатой ​​крышкой коллектора.Это всасывание воздуха восстанавливает часть коротковолнового излучения, поглощаемого стеклянными листами, и вызывает лучшее охлаждение кусков стеклянного покрытия. Более того, поскольку воздух проходит вниз через абсорбер с более равномерно распределенным рисунком, пластина абсорбера будет более равномерно охлаждаться охлаждающей жидкостью. Десять листов стекла (20 × 70 см) толщиной 4 мм и вертикальным расстоянием между прорезями (воздушным зазором) 4 мм использовались в качестве решетчатого стеклянного покрытия с двойным остеклением [11], как показано на рисунках 2 и 3.



2.2. Пластина абсорбера

В данном исследовании два пористых алюминиевых абсорбера с эффективной площадью поверхности 106 × 75 см, пористостью 𝑃1 = 0,0177 (диаметр отверстия 3 мм и шаг 2 см) и 𝑃2 = 0,0314 (диаметр отверстия 2 мм и шаг 1 см). и толщины 𝑡1 = 1,25 и 2 = 2,5 мм использовались для исследования влияния пористости и толщины на тепловой КПД коллектора. Расположение отверстий на обоих поглотителях имело квадратную форму, как показано на фиг.4. Поверхности поглотителей затем были окрашены в черный матовый цвет.


2.3. Установка абсорбера

Для поддержания равномерного расхода воздуха через пластину абсорбера вдоль и поперек направления воздушного потока площадь поперечного сечения между абсорбером и стеклянной крышкой в ​​направлении потока поддерживалась постоянной, 𝐴1 = 2, как в Рисунок 2.

Абсорбер

был смонтирован в корпусе коллектора в виде наклонной пластины. Для установки стеклянной крышки был изготовлен деревянный каркас прямоугольной формы (внутренние размеры 70 × 105 см, высота передней стенки 2 см, высота задней стенки 9 см), рисунок 3.Для установки корпуса коллектора и воздушного редуктора был возведен табурет из металлического краеугольного камня длиной 105, 70, 65 см соответственно. Этот колесный носитель также использовался для изменения угла наклона пластины амортизатора на юг, как показано на рисунке 1.

2.4. Контрольно-измерительные приборы

В этом исследовании 12 интеллектуальных датчиков температуры (SMT-160 ± 0,5 ° C) использовались для измерения температуры в различных местах абсорбера, входящего и выходящего воздуха. Два датчика на отверстии для впуска воздуха, датчик на выходе для воздуха и шесть наверху и внизу пластины абсорбера симметрично рядом с отверстиями абсорбера для измерения температуры воздуха до и после прохождения через пористый абсорбер.Вдоль направления воздушного потока на пластине абсорбера были установлены три затемненных датчика для контроля температуры корпуса абсорбера.

Центробежный вентилятор с постоянной скоростью (Парма, 1400 об / мин, 50 Гц, Италия) использовался в качестве источника воздушного потока, подключенного к инвертору (N50-015SF, 1,5 кВт, Корея) для изменения скорости воздушного потока. Скорость воздушного потока измеряли с помощью анемометра (Lutron, Тайвань) в трубе из ПВХ (внутренний диаметр 10 см), соединенной с выходным каналом коллектора. Скорость воздушного потока была преобразована в расход воздуха путем умножения средней скорости воздушного потока на площадь поперечного сечения внутреннего воздуховода.Кроме того, для измерения интенсивности солнечного излучения использовался пиранометр кремниевого типа (Caselia, w, 0–2000 ± 1 w, Великобритания).

2.5. Методика эксперимента

Испытательная установка находилась на сельскохозяйственном факультете Ширазского университета. Наклон коллектора и пиранометра с учетом (1) и в соответствии с 30 градусной широтой шираза был установлен на 45 градусов к югу [1] 𝛼 = местная высота +15. (1)

В каждой серии экспериментов (каждый поглотитель) измеряли тепловую эффективность коллектора для шести уровней расхода воздуха (0.0056, 0,0118, 0,018, 0,0235, 0,029 и 0,0385 кг · м −2 с −1 ). Для установки каждой скорости потока использовался инвертор для изменения оборотов двигателя, затем скорость вентилятора была изменена и получен другой поток.

Испытания проводились (сентябрь-октябрь 2010 г.) в трех повторностях в дни с очень ясным небом с 11 до 13 часов, при условии, что солнечное излучение и тепловые условия окружающей среды не показали значительных изменений за это время, [16].

3. Результаты и обсуждение

Для расчета теплового КПД коллектора была использована (2) 𝜂 = ̇𝑚𝑐𝑝𝑇0 − 𝑇𝑖𝐺𝑇.(2)

Чтобы оценить значительное влияние соответствующих параметров на термический КПД, данные были проанализированы с использованием программного обеспечения SPSS (версия 16). Результаты проиллюстрированы в таблице 1. Результаты показали, что влияние скорости воздушного потока, пористости и толщины поглотителя было очень значительным на тепловой КПД солнечного воздухонагревателя. Показано, что тепловой КПД коллектора увеличивается за счет увеличения потока воздушного потока для четырех поглотителей (2 пористости и 2 толщины), как на рисунке 5.При низких и средних расходах воздуха возрастающая скорость очень значительна, тогда как эта тенденция продолжается при более высоких расходах, но с уменьшающейся скоростью. Об этой тенденции изменения сообщили многие другие исследователи.

199 **

Переменная df Сумма квадратов F

P 1 0,009 242,393 **
Th 1 0,006 177,936 **
84,428 **
𝐹 ∗ 𝑇ℎ 5 0,001 7,517 **
𝑃 ∗ 𝑇ℎ 1 0,000 4,972 5 0.001 3,168
Ошибка 48 0,002

** Уровень значимости 1%.

Можно сделать вывод, что при меньших расходах воздуха коэффициент конвективной теплопередачи между пластиной абсорбера и охлаждающим воздухом имеет более низкий порядок величины, что приводит к более высокой температуре поверхности абсорбера. Более высокая температура поверхности поглотителя увеличивает конвективные и лучистые тепловые потери в верхней части.Эти результаты демонстрируют очень хорошее согласие с исследованиями многих других исследователей [4, 11].

Из-за низкой теплоемкости воздуха, небольшой разницы температур между охлаждающим воздухом и абсорбером, которая возникает при более высоком массовом потоке воздуха, эффективность коллектора увеличивается очень медленно при высоких расходах воздуха. Другими словами, термический КПД увеличивается при более высоких расходах воздуха из-за большего контактного объема расхода воздуха, что приводит к высокому коэффициенту теплопередачи, и это снижает потери тепла за счет излучения и конвекции, что приводит к увеличению КПД.Следовательно, необходимо провести точное обоснование между повышением мощности нагнетателя и КПД коллектора при более высоких расходах воздуха.

Обращаясь к рисунку 6, можно сделать вывод, что при увеличении градиента температуры на выходе и окружающего воздуха на единицу солнечной инсоляции тепловой КПД демонстрирует тенденцию к снижению во всех коллекторах. Кроме того, за счет увеличения потока воздушной массы уменьшение разницы между температурой вытяжного и окружающего воздуха на единицу солнечной радиации приводит к увеличению теплового КПД.Этот факт может быть связан с лучшей теплопередачей между пористым поглотителем и всасываемым вниз воздухом, а также с эффектом прохождения охлаждающего воздуха через пластину поглотителя.


Самая пористая пластина поглотителя показала лучший термический КПД по сравнению с другими. Этот факт также показан на Рисунке 6, как и ожидалось. На самом деле эти два графика, рисунки 5 и 6, вполне подтверждаются друг другом.

Максимальный тепловой КПД поглотителя коллекторов с пористостью поглотителя 0.0177 и 0,0314 составили 0,83 и 0,88 соответственно при самых высоких расходах воздуха для более толстого поглотителя.

При минимальном расходе воздуха эффективность поглотителя с пористостью 0,0177 и 0,0314 составила 0,31 и 0,29 соответственно. Этот эффект может быть связан с более низким коэффициентом теплопередачи и более высокой температурой пластины поглотителя, что привело к большим конвекционным и радиационным потерям тепла.

4. Выводы

Решетчатая стеклянная крышка и воздушный солнечный коллектор с двумя различными перфорированными пластинами-поглотителями, двух толщин и при массовом расходе воздуха 0.0056 до 0,0385 кг · м −2 с −1 . Максимальный тепловой КПД 0,88 был достигнут для самой пористой и толстой пластины абсорбера при самом высоком массовом расходе воздуха, но при очень низких расходах воздуха пористость абсорбера оказывала обратное влияние на эффективность. Поглотитель с меньшей пористостью продемонстрировал более высокую эффективность.

Номенклатура
Внутренний диаметр диаметр
𝑃: Пористость абсорбера
∅: Диаметр отверстия
𝐴: Площадь поперечного сечения между абсорбером и стеклянной крышкой
𝛼: Угол наклона коллектора и пиранометра
𝜂: Тепловой КПД коллектора
̇𝑚: Поток массы воздуха на единицу площади коллектора − (2 кгс − 1 м) )
𝑐𝑝: Удельная теплоемкость воздуха (jkg∘ − 1C − 1)
𝐺𝑇: Поток излучения на коллекторе (Wm − 2)
𝑇0: Выход температура воздуха (∘C)
𝑇𝑖: Температура воздуха на входе (∘C).

% PDF-1.7 % 1 0 объект >>>] / OFF [] / Order [] / RBGroups [] >> / OCGs [6 0 R 7 0 R] >> / Pages 3 0 R / StructTreeRoot 8 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 5 0 obj > / Шрифт >>> / Поля [] >> эндобдж 2 0 obj > поток 2020-08-12T10: 02: 25 + 02: 002020-08-12T10: 02: 25 + 02: 002020-08-12T10: 02: 25 + 02: 00Microsoft® Word 2019application / pdfuuid: e0fba33b-b9e6-496b-8d13 -244884f22dc8uuid: 91ff652e-6549-4bed-9b27-c9a175fe1fc2 Microsoft® Word 2019 конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 123 0 объект > эндобдж 75 0 объект > эндобдж 76 0 объект > эндобдж 124 0 объект > эндобдж 125 0 объект > эндобдж 126 0 объект > эндобдж 127 0 объект > эндобдж 78 0 объект > эндобдж 79 0 объект > эндобдж 80 0 объект > эндобдж 81 0 объект > эндобдж 82 0 объект > эндобдж 83 0 объект > эндобдж 84 0 объект > эндобдж 85 0 объект > эндобдж 86 0 объект > эндобдж 87 0 объект > эндобдж 88 0 объект > эндобдж 89 0 объект > эндобдж 17 0 объект > / MediaBox [0 0 595.U% # 5d7PS! I — 8 i’4yҚ Z = k.A 慐] H F эт {2 » «R) 7 ,. ) / = m’ѭw ګ 鹈 {% J & kFu) XUlѰEZJ-Q 8AzK ~ Nbu Xh: Gl’0B

Модели для новых гофрированных и пористых солнечных коллекторов при переходных режимах работы

Были разработаны математические модели для оценки динамического поведения двух солнечных коллекторов: первый оснащен V-образным коллектором. поглотитель, а второй — с гофрированным U-образным поглотителем. Коллекторы имеют одинаковую геометрию, площадь поперечного сечения и изготовлены из одних и тех же материалов, единственная разница между ними — поглотители.Поглотители с V-образным рифлением рассматривались в литературе, но смоделированные здесь поглотители с V-образной пористостью не очень часто рассматривались. Модели основаны на дифференциальных уравнениях первого порядка, которые описывают теплообмен между основными компонентами двух типов солнечных воздухонагревателей. Оба коллектора подвергались воздействию солнца в одних и тех же метеорологических условиях, под одинаковым углом наклона и работали при одинаковом массовом расходе воздуха. Испытания проводились в климатических условиях Бухареста (Румыния, Юго-Восточная Европа).Есть хорошее согласие между теоретическими результатами и экспериментами. Средняя ошибка смещения составила около 7,75% и 10,55% для солнечного коллектора воздуха с V-пористым поглотителем и с U-образным гофрированным поглотителем соответственно. Коллектор на основе V-пористого поглотителя имеет более высокий КПД, чем коллектор с U-образным гофрированным поглотителем около полудня в ясные дни. В период восхода и захода солнца коллектор с гофрированным U-образным поглотителем более эффективен.

1 Введение

Солнечные воздухонагреватели — это солнечные коллекторы, в которых в качестве рабочей жидкости используется воздух.Широко распространенные применения включают процессы обогрева и сушки помещений. Среди их преимуществ — простота обслуживания и изготовления, то, что они не замерзают и менее подвержены коррозии по сравнению с солнечными коллекторами воды. Солнечные воздушные коллекторы могут быть застекленными или неглазурованными, а их поглотители обычно состоят из материалов, имеющих высокое поглощение солнечной энергии и низкое излучение, т.е. е. селективные характеристики.

Многие исследователи сосредоточили свое внимание на улучшении тепловых характеристик солнечных коллекторов воздуха.Для улучшения теплопередачи за счет конвекции от абсорбера к проходящему воздуху было испытано несколько конструктивных решений, таких как гофрированная пластина абсорбера [1, 2], геометрия шероховатости [3, 4] или ребра, приваренные над абсорбером и под ним. пластина [5, 6]. Работоспособность однопроходного солнечного воздухонагревателя с перегородками исследована в [7]. Результаты показывают, что увеличение количества ребер и увеличение ширины перегородки эффективны при низких массовых расходах. Тепловые характеристики солнечного воздушного коллектора с ребром, закрепленным на поглотителе, исследованы в [8].Авторы обнаружили ошибку смещения 3,5% между теоретическими и экспериментальными результатами. Влияние геометрических параметров круглых поперечных ребер на теплоотдачу прямоугольного воздуховода с обогреваемой пластиной исследовано в [9]. Тепловой КПД воздуховода с шероховатой поверхностью на 5–9% выше, чем у гладкого воздуховода.

Есть две общие геометрии поглотителя солнечных коллекторов воздуха; первый — поглотитель с U-образным гофром, второй — поглотитель с V-образным гофром.

Конвективный теплоперенос в гофрированных U-образных солнечных коллекторах (см. Рисунок 1) был численно исследован Gao et al. [10]. Результаты показывают, что для эффективного подавления потерь тепла, вызванных естественной конвекцией, соотношение высот должно быть больше 2, геометрическое соотношение должно быть больше 1, а угол наклона должен быть меньше 40 °. Основная цель использования U-гофрированных поглощающих пластин состоит в том, чтобы увеличить турбулентность и скорость теплопередачи внутри канала воздушного потока, которые имеют решающее значение для повышения эффективности солнечного воздушного коллектора [11, 12].

Рисунок 1:

Схематический вид площади поперечного сечения солнечного воздухонагревателя с U-образным гофром [10].

Большое количество исследований было выполнено на солнечном воздушном коллекторе с V-образным гофром. Ref. [13] разработали математическую модель такого коллектора. Эта модель смогла правильно спрогнозировать среднюю температуру всех компонентов коллектора, мгновенную температуру воздуха в любой секции коллектора, температуру воздуха на выходе и эффективность теплового преобразования.Было обнаружено, что лучший солнечный воздушный коллектор с V-образной гофрированной пластиной-поглотителем имеет высоту 50 мм от центра треугольника и угол наклона 60 ° по сторонам. Это показано на рисунке 2.

Рисунок 2:

Конструкция воздухосборника с гофрированным V-образным абсорбером [13].

Авторы исх. [14] провели экспериментальные исследования характеристик теплопередачи и производительности солнечных коллекторов с прямоугольными ребрами. Солнечные коллекторы с решеткой продольных прямоугольных ребер показали высокую тепловую эффективность, что связано с дополнительной площадью поверхности.Тепловые характеристики солнечных коллекторов с V-образной канавкой и с поперечным гофром теоретически сравнивались в работе [4]. [15], в широком диапазоне конфигураций и условий эксплуатации. Результаты показали, что коллектор с поперечным гофром превосходит коллектор с V-образной канавкой. Изготовление и оценка характеристик солнечного воздухонагревателя с V-образной канавкой изучались в [16]. Авторы сообщили о КПД коллектора около 35%.

Было выполнено несколько исследований производительности солнечных коллекторов воздуха с пористыми поглотителями.Авторы работ. [17–19] экспериментально исследовали однопроходный солнечный воздухонагреватель. Результаты показали, что эффективность этого солнечного воздушного коллектора выше, чем у солнечного воздушного коллектора без пористой среды.

Пытаясь повысить тепловой КПД солнечных коллекторов, Munuswamy et al. [20] провели численные эксперименты по эффективности использования наночастиц в солнечных водосборных системах. Авторы работы [21] теоретически и экспериментально исследовали работу солнечных водонагревателей в различных условиях эксплуатации.Максимальный тепловой КПД составил около 45%. Два плоских пластинчатых коллектора с одинаковой площадью поверхности сравнивались в [22]. Первый имеет вертикальные стояки с ребрами с внутренними канавками, а второй — с гладкими стояками. Результаты показывают, что эффективность коллектора с оребренной трубой выше, чем у коллектора без стояка.

Поглотители с V-образным рифлением рассматривались в нескольких статьях [13–16]. Новизна данной работы состоит в том, что она сосредоточена на V-пористых поглотителях, которые редко рассматривались в литературе.Тепловые характеристики коллектора с гофрированным V-образным пористым поглотителем сравниваются с характеристиками однопроходного коллектора с гофрированным U-образным поглотителем. Коллекторы практически идентичны, поскольку отличаются только типом поглотителя. Коллекторы испытываются на открытом воздухе в одинаковых метеорологических и радиометрических условиях. Представлены нестационарные математические модели для этих двух типов солнечных воздухонагревателей. Предлагаемые модели представляют общий интерес, так как могут быть легко использованы с поглотителями различной формы за счет изменения критериального уравнения коэффициента конвективной теплоотдачи.Валидация — важный шаг в развитии математического моделирования, и поэтому было сообщено о сравнении с фактическими экспериментальными результатами, полученными в Бухаресте, Румыния (44 ° 26 ′ северной широты, 26 ° 6 ′ восточной долготы).

2 Экспериментальное оборудование

Оба солнечных коллектора состоят из поглотителя, остекления, изоляции и деревянного каркаса коллектора, на котором были собраны эти компоненты. Оба коллектора имеют единую стеклянную крышку (1,5 м × 0,75 м). Задняя часть и края обоих коллекторов изолированы полистиролом, чтобы избежать потерь тепла.Использовались два типа поглотителей. Первый (пористый поглотитель с V-образным гофром) был изготовлен из мягкой стали с двумя слоями проволочной сетки, а второй (поглотитель с U-образным гофром) — из алюминия. Размер двух коллекторов составляет 1,52 м × 0,7 м × 0,0007 м и 1,4 м × 1,13 м × 0,00035 м соответственно. В таблице 1 представлены параметры коллекторов.

Таблица 1:

Параметры солнечных коллекторов воздуха.

125 V-гофрированный пористый поглотитель 2 Пластина поглотителя .1
Параметры Значение Агрегат
Коллектор
Коллектор Площадь поглотителя 1 м 2
Высота коллектора 0,085 м
Пропускание стеклянной крышки 0,85
Поглощающая способность
Поглотитель Мягкая сталь
Коэффициент излучения поглотителя 0,8
Толщина поглотителя 0.0007 м
Плотность поглотителя 7,820 кг / м 3
Слои поглотителя 2
K152
Удельная теплоемкость мягкой стали 502,4 Дж / (кг · К)
П-образный гофрированный поглотитель
Пластина поглотителя Алюминий
Толщина плиты абсорбера 0,0007 м
Плотность плиты абсорбера 2,700 кг / м 3
Слои плиты абсорбера проводимость 237 Вт / (м · К)
Удельная теплоемкость алюминия 904 Дж / (кг · К)
Стеклянная крышка
Количество прозрачных крышек 1
Поглощающая способность прозрачной крышки 0.2

Два солнечных коллектора были установлены в Политехническом университете Бухареста (44 ° 26′N, 26 ° 6′E). Наклон коллектора составлял 55 °, что вполне достаточно для обогрева помещений зимой в географическом месте Бухареста.

Пиранометр Kipp and Zonen CMP3 использовался для измерения солнечного излучения на уровне и наклоне коллекторов. Пиранометр был подключен к компьютеру, и измерения регистрировались с интервалом времени 10 с.

Фотография и схематический вид экспериментальной установки показаны на рисунке 3. Экспериментальные исследования проводились в течение сентября и октября 2014 г. в условиях ясного неба. Дальнейшие подробности следующие.

Рисунок 3:

(A) фотография и (B) схематический вид солнечных коллекторов воздуха: (1) воздушный вентилятор, (2) датчик влажности, (3) датчик давления, (4) воздухозаборник, (5) V-образный пористый поглотитель, (6) ребра, (7) термопреобразователь, (8) пиранометр, (9) выход воздуха и (10) U-образный поглотитель.

2.1 Абсорберы

Основным компонентом солнечных коллекторов воздуха является абсорбер, который преобразует солнечную энергию в тепло и передает ее текущему воздуху. Форма поглотителя имеет большое значение. Кроме того, увеличение площади поверхности поглотителя увеличивает количество тепла, передаваемого воздуху [5, 6].

Поглотители коллекторов, используемых в этом исследовании, имеют разную конфигурацию и изготовлены из разных материалов (см. Рисунок 4). Один коллектор представляет собой однопроходный воздухосборник с поглотителем из алюминия (поглотитель с гофрированной U-образной формой).Другой коллектор представляет собой оригинальный коллектор проходного воздуха с поглотителем, состоящим из проволочной сетки из мягкой стали (пористый поглотитель с V-образным рифлением). Оба типа поглотителей окрашены в черный цвет для преобразования максимального количества солнечной энергии в тепло.

Рисунок 4:

Поглотитель с U-образным гофром (слева) и пористый поглотитель с V-образным гофром (справа).

Коллектор на основе гофрированного пористого поглотителя имеет прямоугольную форму. Его корпус выполнен из дерева и имеет длину 1.2 м и шириной 0,8 м. Эскиз этого коллектора представлен на рисунке 5 (а). Поглотитель представляет собой двухслойную проволочную сетку из мелких ячеек размером примерно 0,1–0,2 мм, которую можно рассматривать как пористый материал с большими порами примерно 0,05–0,1 мм (рис. 5 (b)). Проволочная сетка помещается в кожух так, чтобы воздух проходил над сеткой, под ней и сквозь нее. С этой точки зрения коллектор можно рассматривать как комбинацию однопроходного воздухосборника и проходного воздухосборника. Эффективная поверхность пористого поглотителя из двух проволочных сеток составляет (2 × 0.7 × 1,523 = 2,1322 м 2 ). Эффективная площадь теплопередачи между проволочной сеткой и воздухом была рассчитана по следующей формуле:

(1) Aab = nWabPt⋅Lab + LabPt⋅Wab⋅π⋅Thab

Рисунок 5:

(a) Эскиз солнечного коллектора на основе пористого поглотителя с V-образной гофрой и (b) вид на V-пористый поглотитель.

, где W ab — ширина одной стальной ячейки (0,7 м), L ab — длина одной стальной ячейки (1,523 м), Pt — шаг стальной сетки ( 0.00017 м), Th ab — диаметр стальной проволочной сетки (0,0001 м) и n — количество проволочных сеток ( n = 2; двухслойная проволочная сетка). После расчетов эффективная площадь теплопередачи между проволочной сеткой и воздухом составляет 7,88 м 2 . И пористый поглотительный коллектор с V-образным рифлением, и пористый поглотительный коллектор с U-образным рифлением имеют одинаковую чистую площадь поверхности отверстия (площадь стеклянного покрытия), равную 1,125 м 2 (1,5 м × 0,75 м). Однако площадь теплопередачи у коллектора с пористым поглотителем с V-образной гофрой больше, чем у коллектора с гофрированным U-образным поглотителем.

Коллектор с U-образным гофрированным поглотителем имеет три прямых перегородки для отвода потока и повышения коэффициента турбулентности (рис. 6 (a) и (b)). Между стеклянной крышкой и пластиной-поглотителем сохраняется зазор. Воздух проходит через воздушный канал (под пластиной поглотителя) для сбора тепла от поглотителя, который представляет собой окрашенный в черный цвет алюминиевый лист толщиной 0,35 мм. Коэффициенты поглощения и теплопроводности пластины составляют 95% и 205 Вт / (м · К) соответственно.

Рисунок 6:

(a) Эскиз солнечного коллектора на основе U-образного гофрированного поглотителя и (b) вид U-образного поглотителя с перегородками.

2.2 Термопреобразователи

Были использованы тридцать два термопреобразователя, равномерно распределенных на нижней поверхности поглотителя (см. Рисунок 7) в идентичных местах вдоль направления воздушного потока для каждого коллектора. Температуру приточного воздуха измеряли двумя термопреобразователями. На конце каждого коллектора были закреплены четыре термопреобразователя для измерения температуры воздуха на выходе.Термопреобразователи были установлены в одном и том же положении во входной зоне обоих коллекторов, чтобы получить распределение температуры на входе. Все термопреобразователи были подключены к компьютеру. Измерения регистрировались с 10-секундными интервалами.

Рисунок 7:

Термопреобразователи для обоих солнечных коллекторов воздуха.

3 Анализ экспериментальных данных

Полезный тепловой поток, подводимый коллектором к воздуху, рассчитывается с помощью следующего уравнения:

(2) Q˙u = m˙aCpaTa, out − Ta, in

, где Ta, out − Ta, in — повышение температуры воздуха Spara между входом и выходом коллектора, а m˙a (кг / с) — это массовый расход воздуха, определяемый по формуле

(3) m˙a = ρaV˙a = ρvaπ⋅d24

где V˙a — объемный расход воздуха, выходящего из коллектора через канал диаметром d , va — скорость воздуха, а ρa — плотность воздуха.Предполагается, что удельная теплоемкость воздуха Cpa [кДж / (кг K)] линейно зависит от температуры (° C) [23].

(4) Cpa = 1,0057 + 0,000066Tm, a − 27

Поток солнечной энергии, поглощаемый поглотителем солнечного коллектора, определяется выражением

(5) Qs = (τα) GTAc

, где GT (Вт / м 2 ) — это полное солнечное излучение, падающее на наклонную поверхность коллектора, Ac (m 2 ) — площадь поверхности коллектора и (τα ) — эффективное произведение коэффициента пропускания и поглощения, которое рассчитывается с помощью следующего уравнения:

(6) (τα) = τα1− (1 − α) ρg

Тепловой КПД солнечных коллекторов воздуха определяется как отношение полезного теплового потока, подаваемого коллектором, и полного потока энергии, поглощаемого поглотителем [ 24]:

(7) η = m˙aCpaTa, out − Ta, inAcταGT

Были измерены температура окружающей среды, солнечное излучение, температура воздуха на выходе и скорость воздуха на выходе.Были рассчитаны тепловая характеристика коллектора, расход воздуха, тепловой поток и, наконец, эффективность преобразования солнечной энергии в тепловую.

В установившемся режиме работы поток полезного тепла, отдаваемого солнечным коллектором, равен потоку энергии, поглощаемой рабочим телом (воздухом), за вычетом потока тепла, теряемого с поверхности поглотителя в окружающую среду. Полезный выходной поток солнечных коллекторов может быть записан как

(8) Qu = ταG − ULTma − Tamb

Поток солнечной энергии, поглощаемый поглотителем на единицу площади поверхности, S (Вт / м 2 ), рассчитывается по [24]

(9) S = ταGT

Производительность двух коллекторов сравнивалась с использованием данных измерений.Солнечный воздушный коллектор с V-образным гофрированным пористым поглотителем более или менее эффективен, чем солнечный воздушный коллектор с U-образным гофрированным поглотителем, в зависимости от режима излучения. Например, эффективность коллектора на основе V-пористого поглотителя выше ближе к полудню в ясные дни. Однако в начале и в конце ясных дней коллектор на основе пористого поглотителя менее эффективен, чем коллектор с гофрированным U-образным поглотителем (см. Таблицу 2).

4 Модели

Разработаны две модели для нестационарного режима; первый — для солнечного воздушного коллектора с гофрированным пористым абсорбером «V», а второй — для солнечного воздушного коллектора с гофрированным «U» поглотителем.

Температура поглотителя зависит от координаты в направлении потока воздуха. Были рассмотрены три узла для каждого типа солнечного воздушного коллектора (т.е. среднее значение температуры в стеклянной крышке, поглотителе и проходящем воздухе, соответственно). Основные уравнения получаются путем применения баланса энергии для каждого узла. Уравнения баланса энергии записываются при следующих предположениях:

  • Температурный градиент по толщине стеклянной крышки отсутствует.

  • Воздух не поглощает солнечное излучение.

  • Тепловые потери через заднюю и боковые стенки коллектора в основном связаны с проводимостью через древесину (толщиной 3 см), а потери, вызванные ветром и тепловым излучением, не учитываются.

  • Характеристики воздушного потока зависят от температуры.

  • Температура воздуха на входе равна температуре окружающей среды.

  • Предполагается, что все воздушные каналы не имеют утечек.

  • Коллекторы обращены на юг (в сторону полуденного солнца в Бухаресте).

4.1 Временная модель солнечного воздушного коллектора с V-гофрированным пористым поглотителем

Энергия, поступающая в солнечный коллектор, поступает от солнечного излучения, попадающего на поверхность поглотителя. Солнечное излучение проходит через стеклянную крышку и поглощается поглотителем. Воздух проходит через пористый поглотитель, где нагревается. Систему уравнений можно проиллюстрировать с помощью тепловых сетей.Модель состоит из трех узлов, соответствующих стеклянной крышке, воздушному потоку и сетчатому поглотителю соответственно. Подробности следующие.

4.1.1 Стеклянная крышка

Малая толщина крышки позволяет предположить, что свойства стекла постоянны, и, таким образом, учитывать равномерную температуру по всему стеклу. Между стеклом и окружающей средой происходит конвекционная теплопередача, а на стекло поступает излучение от солнца и от поглотителя. Изменение внутренней энергии стеклянного покрытия равно поглощенной энергии от солнца плюс энергия, передаваемая конвекцией и излучением от поглотителя минус исходящая энергия конвекцией в окружающую среду минус исходящая энергия через излучение в небо (см.[12] в Приложении А).

4.1.2 Рабочая жидкость (воздух)

Тепловая энергия, полученная воздухом в коллекторе, равна тепловому потоку, передаваемому от поглотителя из проволочной сетки к воздуху за вычетом тепла, передаваемого от воздушного потока к стеклянной крышке, за вычетом чистая тепловая энергия, переносимая воздушным потоком из коллектора (см. уравнение [13] в Приложении A).

4.1.3 Сетчатый поглотитель

Изменение внутренней энергии поглотителя из проволочной сетки равно поглощенной энергии от солнца минус тепловая энергия, передаваемая за счет конвекции стеклу минус радиационная теплопередача от поглотителя к стеклянной крышке ( см. ур.[14] в Приложении А).

4.2 Временная модель солнечного воздушного коллектора с U-образным гофрированным поглотителем

Другой солнечный воздушный коллектор состоит из стеклянной крышки, поглотителя и плоского деревянного дна, прикрепленного к задней изоляции снизу. Пространство между гофрированным U-образным поглотителем и деревянным днищем представляет собой воздушный канал, в котором воздух нагревается поглотителем солнечного излучения. Воздух проходит по гофрированному U-образному поглотителю. Была получена система трех дифференциальных уравнений для описания баланса энергии стекла, воздуха и пластины поглотителя соответственно.Подробности следующие.

4.2.1 Стеклянная крышка

Малая толщина крышки позволяет рассматривать равномерную температуру по всей поверхности. Тепло передается за счет теплопроводности от стекла к окружающей среде и от поглотителя к стеклу и за счет излучения солнца и поглотителя, соответственно, к стеклу. Один обозначает как h c, pg (Вт / м 2 K) коэффициент конвективной теплопередачи между поглощающей пластиной и стеклянной крышкой, как h r, pg (Вт / м 2 ). K) коэффициент теплопередачи излучения между поглощающей пластиной и крышкой, на h c, g-amb (Вт / м 2 K) коэффициент конвективной теплопередачи между стеклянной крышкой и окружающей средой и на h r, g-sky (Вт / м 2 K) коэффициент радиационной теплопередачи между покровом и небом.Энергетический баланс в стеклянной крышке определяется уравнением. (15) в Приложении A.

4.2.2 Рабочая жидкость (воздух)

Аналогичным образом можно выразить энергетический баланс для воздуха, протекающего внутри канала коллектора, и он представляет собой изменение теплоемкости воздуха во времени (см. Ур. [16] в Приложении A). Правая часть равна теплообмену между пластиной абсорбера и воздухом, протекающим через коллектор, за вычетом количества тепла, отбираемого из коллектора за счет расхода воздуха.

4.2.3 Пластина абсорбера

Уравнение баланса энергии включает изменение теплоемкости плиты абсорбера с течением времени. Он равен входному потоку солнечной энергии, поглощаемому поглотителем, за вычетом потока тепловой энергии, передаваемой конвекцией от пластины поглотителя в воздух, и за вычетом радиационного теплового потока и конвективного теплового потока, соответственно, передаваемых от поглотителя к стеклянной крышке ( см. уравнение [17] в Приложении A).

4.3 Модели, зависящие от места

Для воздуха, проходящего через воздушный канал над термопреобразователями, на нижней поверхности пластин поглотителя (см. Рисунок 7), уравнение стационарного баланса энергии записывается для определенного положения на канал (см. ур.[18] в Приложении А). Учитывается конвекционная теплопередача между текущим воздухом и стеклянной крышкой, а также тепло, передаваемое между пластиной поглотителя и воздухом.

5 Процедура решения модели

Начальное распределение температуры в компонентах коллектора необходимо при решении наборов трех дифференциальных уравнений первого порядка, представленных в разделах 4.1 и 4.2, соответственно. Также должны быть известны мгновенные граничные условия, включая солнечное излучение, температуру окружающей среды и массовый расход рабочей жидкости (воздуха).

Модель имеет четыре входных параметра, а именно температуру окружающей среды, солнечное излучение, температуру на входе и скорость ветра. Свойства коллектора также являются входными данными для модели. Все эти параметры считываются из файлов входных данных. Модели рассчитывают температуру на выходе и сравнивают ее с измеренной температурой на выходе. Кроме того, модели рассчитывают температуру поглотителя, температуру стеклянного покрытия, среднюю температуру воздуха и тепловой КПД коллекторов.

Система трех дифференциальных уравнений первого порядка решалась методом Рунге – Кутта четвертого порядка.Программный пакет, используемый для кодирования модели, — это MATLAB версии R2012a.

6 Проверка моделей

Модели были проверены путем сравнения результатов моделирования с данными измерений. Эксперименты проводились одновременно для обоих солнечных коллекторов воздуха в Бухаресте в сентябре и октябре 2014 года. На Рисунке 8 показано изменение во времени солнечного излучения и температуры окружающей среды в течение 3 дней.

Рисунок 8:

Изменение температуры окружающей среды и солнечного излучения в течение 3 дней в Бухаресте, Румыния.

Эти два коллектора были испытаны на одной экспериментальной установке и в одних и тех же метеорологических условиях. Таким образом, сравнение считается истинной оценкой производительности. Эксперименты показывают, что в большинстве случаев коллектор на основе V-гофрированного пористого поглотителя более эффективен, чем коллектор на основе U-образного гофрированного поглотителя. Воздушный поток, проходящий через отверстия пористого коллектора, способствует увеличению площади поверхности теплообмена на единицу объема и, следовательно, повышению теплового КПД по сравнению с U-образным гофрированным коллектором.Эффективность коллектора на основе V-гофрированного пористого поглотителя выше ближе к полудню ясных дней, в то время как в начале и в конце ясных дней коллектор на V-гофрированном пористом поглотителе менее эффективен, чем коллектор с V-образным гофром. Поглотитель с U-образным гофром (см. Таблицу 2). Частично это можно объяснить более низкой оптической эффективностью пористого поглотителя при больших углах падения из-за цилиндрической формы сетчатых волокон.

Таблица 2:

КПД коллектора с V-образным гофрированным пористым поглотителем и V-образным гофрированным поглотителем, соответственно, в разное время в ясный день 22 сентября 2014 г.

2 2 002
Время Солнечное излучение G (Вт / м 2 ) V-гофрированный пористый поглотитель U-гофрированный поглотитель
222 0,150 0,158
10:00 460 0,163 0,150
11:00 791 0,262 0,262 0,262 0.545 0,394
13:00 1118,5 0,621 0,483

Результаты измерений и моделирования температуры стекла, температуры поглотителя, температуры окружающей среды и температуры выходящего воздуха показаны на рисунке 9. В целом , смоделированные значения следуют той же тенденции, что и измеренные значения. Отклонение от измеренной температуры больше в начале экспериментов, а в дальнейшем становится меньше. Например, разница между смоделированной и измеренной температурой воздуха на выходе для коллектора с V-образным гофрированным пористым поглотителем составляет около -7 ° ранним утром 29 сентября 2014 г., но уменьшается почти до 0 ° после 7 минут работы (рис. 9). .Довольно похожие результаты были получены для того же коллектора 10 октября 2014 года. Первоначальная большая разница между моделированием и измерениями объясняется тепловой инерцией коллектора, которая усиливается, когда начинается воздушный поток. Аналогичные результаты получены в случае коллектора с гофрированным U-образным поглотителем, но в этом случае начальная смоделированная температура выше измеренной температуры (см. Рисунок 9). Кроме того, временной интервал, необходимый для того, чтобы разница между моделируемой и измеренной температурой стала почти равной нулю, составляет около 18 минут (см. Результаты за 10 октября 2014 г.).Частично это можно объяснить большей тепловой инерцией коллектора на основе U-гофрированного поглотителя, чем у коллектора на основе V-образного пористого поглотителя.

Рисунок 9:

Изменение во времени нескольких расчетных и измеренных температур в течение нескольких дней в сентябре и октябре 2014 года. Рассматриваются коллекторы, основанные как на пористом поглотителе с V-образным гофром, так и на поглотителе с U-образным гофром. Расход воздуха 0,33 кг / с.

Два статистических показателя, а именно относительная среднеквадратичная ошибка (rRMSE) и ошибка относительного среднего смещения (rMBE), были использованы для оценки производительности модели.Они определены следующим образом:

(10) rRMSE = ∑i = 1n (Ci − Mi) 2 / n1 / n∑i = 1nMi

(11) rMBE = ∑i = 1nCi − Mi∑i = 1nMi

, где C i и M i — это расчетные и измеренные значения соответственно, а n — количество наблюдений.

Результаты представлены в таблице 3. Результаты моделирования и измерений хорошо согласуются друг с другом. В целом модель, разработанная для коллектора на основе гофрированного поглотителя с U-образным профилем, работает несколько лучше, чем модель коллектора на основе пористого поглотителя с V-образным гофром.

Таблица 3:

Сравнение результатов моделирования и измерений.

−0275 −02902 −0,0390 −0275 −02902 −0,0390 −0275 −02
Статистические показатели V-образный пористый поглотитель U-образный гофрированный поглотитель
T 9, среднее значение a, выход Q u η T a, среднее значение
  • a, среднее значение
  • a, 9008 Q u
  • η
    Rrmse 0.0400 0,0042 0,1034 0,1036 0,0147 0,0044 0,0084 0,0843
    rMBE −0,0390 0,0014 0,0014

    Интересно сравнить результаты, полученные с помощью простой стационарной модели ур. (8) и результаты, полученные с использованием модели на основе нестационарных дифференциальных уравнений, предложенной в данной статье.Уравнение (8) использовалось следующим образом. В течение дня использовались постоянные значения оптической эффективности (τα) и общего коэффициента теплопотерь UL. Затем были использованы экспериментальные значения в течение 29 сентября для солнечной освещенности G, температуры окружающей среды Tamb и полезного теплового потока Q˙u, соответственно. Таким образом, ур. (8) решалась в единственной неизвестной температуре Tma. На рисунке 10 показано значение средней температуры воздуха Tma, полученное с помощью этой процедуры на основе стационарного уравнения. (8) (которая обозначена как «измеренная») и значение Tma, полученное с использованием модели, предложенной в этой статье (которая обозначена как «вычисленная»).Оба ряда температуры Tma связаны с началом работы и соответствуют постоянному массовому расходу воздуха 0,33 кг / с. Как правило, стационарная модель обеспечивает значения температуры на несколько градусов меньше, чем динамическая модель. Стационарная модель лучше работает в случае коллектора на основе V-гофрированного пористого поглотителя.

    Рис. 10:

    Средняя температура воздуха Tma, полученная с использованием стационарного уравнения. (8) (обозначены как «измеренные») и модели, предложенные в этой статье (обозначенные как «рассчитанные») для обоих солнечных коллекторов воздуха.Результаты соответствуют началу операции. Постоянный массовый расход воздуха 0,33 кг / с был рассмотрен 29 сентября 2014 года.

    Обратите внимание, что для обеспечения одинаковых условий движения воздуха в обоих коллекторах (т. Е. Одинаковое потребление энергии при одинаковой массе расход предусмотрен в обоих коллекторах) на входной части коллектора размещена металлическая сетка с гофрированным U-образным поглотителем. Характеристики сети были такими же, как у коллектора с гофрированным пористым поглотителем.Добавляя несколько металлических листов сети и контролируя энергопотребление вентиляторов, можно получить одинаковые условия потока для внутреннего движения воздуха или, другими словами, одинаковые потери давления на обоих коллекторах. Более того, для обоих коллекторов потери давления контролировались датчиками давления, размещенными на одинаковом расстоянии от выхода (см. Рисунок 3).

    Массовый расход включен в модели в качестве входного параметра, но энергия, необходимая для создания этого массового расхода, не учитывается в расчетах энергетического баланса и эффективности.Использование пористого материала действительно повысило бы тепловые коэффициенты и, таким образом, повысило бы эффективность солнечных коллекторов. Однако это также увеличит силу сопротивления, так что для поддержания постоянного массового расхода может потребоваться больше энергии, что приведет к снижению эффективности.

    Полезно оценить приближение, вызванное пренебрежением энергией, необходимой для перемещения воздуха внутри коллекторов. Мы выбрали период времени в 20 минут с 12:00 29 сентября.Полезное тепло, собираемое коллектором на основе пористого поглотителя, составляет 604 052 Дж. Мощность вентилятора составляет 18 Вт. В течение 20-минутного интервала потребляемая вентилятором электрическая энергия составляет 21 600 Дж (электрическая энергия). Эта энергия составляет 21600/604 052 = 3,57% полезной тепловой энергии, обеспечиваемой воздушным солнечным коллектором. Чтобы определить, сколько тепловой энергии потребляется электростанцией для производства этого количества электроэнергии, нужно умножить значение электроэнергии на 3,5, что является средним коэффициентом производительности электростанций в Румынии.Результат — 75 600 Дж (тепловая энергия). Эта тепловая энергия составляет 75 600/604 052 = 12,5% полезной тепловой энергии, обеспечиваемой воздушным солнечным коллектором. Следовательно, пренебрежение электрической энергией, необходимой для переноса воздуха в коллектор, является вполне разумным предположением.

    Типичное пространственное распределение температуры воздуха вдоль воздушных каналов показано на рисунках 11 и 12 для обоих типов солнечных коллекторов для двух уровней освещенности. Были рассчитаны средние температуры воздуха для четырех линий термопреобразователей.Средняя температура является функцией положения внутри воздушного канала (здесь рассматривались четыре положения, а именно: X 1 = 19,5 см, X 2 = 56,5 см, X 3 = 93,5 см. и X 4 = 140,5 см, как показано на рисунке 3).

    Рисунок 11:

    Изменение средней температуры воздуха в коллекторе с V-образным гофрированным пористым поглотителем в пространстве.

    Рисунок 12:

    Изменение средней температуры воздуха в коллекторе с U-образным гофрированным поглотителем в пространстве.

    Средняя температура воздуха повышается по мере движения воздуха по воздушному каналу, как и ожидалось. Кроме того, средние температуры имеют небольшую тенденцию к снижению вблизи выхода из воздухонагревателя. Эта тенденция объясняется конечным расхождением и эффектами охлаждения, а также смешиванием выходящего горячего воздуха с окружающим воздухом из-за рециркуляции.

    В большинстве экспериментов изменение температуры коллектора составляет менее 5 ° для обоих коллекторов. Однако это изменение температуры может достигать 10 ° в пористом коллекторе с V-образным рифлением при высоких значениях падающего излучения (рис. 11).Модель основана на средней температуре внутри коллектора. Таким образом, недооценка на входе в коллектор хорошо компенсируется завышением на выходе из коллектора, о чем свидетельствует хорошее согласие между расчетными и экспериментальными результатами (см. Таблицу 3).

    Обратите внимание, что разница температур между средней измеренной температурой и средней температурой, рассчитанной по ур. (18) (в Приложении А) составляет от 1,5 до 2 °. На изменение температуры воздуха влияет тип поглотителя и уровень солнечного излучения.Рисунки 11 и 12 показывают, что температура имеет тенденцию к увеличению с увеличением солнечного излучения.

    7 Выводы

    Работа солнечных коллекторов воздуха в реальных условиях, включая колебания падающей солнечной радиации, по своей сути динамична. Представлены явные нестационарные модели солнечных коллекторов воздуха с пористым поглотителем и без него, пригодные для моделирования динамических систем. Были рассмотрены два конкретных воздухонагревателя: пористый коллектор с гофрированным V-образным профилем и коллектор с гофрированным U-образным профилем.Обратите внимание, что абсорберы с V-образным рифлением рассматривались в предыдущих статьях, но смоделированные здесь пористые абсорберы с V-образным рифлением не очень часто рассматривались в литературе. Серия экспериментов была проведена при различных погодных условиях в Бухаресте, Румыния.

    Результаты показывают хорошее согласие между теоретическими результатами и экспериментами. Среднеквадратичное значение среднеквадратичного отклонения составляло около 10,36% и 8,43% для солнечных коллекторов с пористым поглотителем с гофрированным V-образным профилем и поглотителем с гофрированным U-образным профилем соответственно.

    Экспериментальное сравнение тепловых характеристик двух коллекторов было проведено в широком диапазоне конфигураций и рабочих условий. Коллектор на основе пористого поглотителя с V-образным гофром имеет более высокий КПД, чем коллектор с гофрированным U-образным гофром в середине ясных дней. В период восхода и захода солнца коллектор с гофрированным U-образным поглотителем более эффективен.

    Авторы благодарят рецензентов за полезные комментарии и предложения. Один автор (QAA) благодарит Министерство высшего образования Ирака за финансовую поддержку при подготовке этой работы.

    Приложение A: Уравнения баланса энергии

    Модель солнечного воздушного коллектора с гофрированным V-образным пористым поглотителем

    • Стеклянная крышка

      (12) MgCpgdTgdt = αgGAc + hc, a − gAabTma − Tg + hr , p − gAabTp − Tg − hc, g − ambAcTg − Tamb − hr, g − skyAcTg − Tsky

    • Рабочая жидкость (воздух)

      (13) MaCpadTadt = hc, p − aAabTp − Tma − hc , a − gAabTma − Tg − maCpaTa, out − Ta, in

    • Сетчатый поглотитель

      (14) MpCppdTpdt = ταGAc − hc, p − aAabTp − Tma − hr, p − gAabTp

    • 900

      Модель солнечного коллектора воздуха с гофрированным U-образным поглотителем

      • Стеклянная крышка

        (15) MgCpgdTgdt = αgGAc + hc, p − ghcp − gAabTp − Tg + − hr, p − gAabTc − Tg , g − ambAcTg − Tamb − hr, g − skyAcTg − Tsky

      • Рабочая жидкость (воздух)

        (16) MaCpadTmadt = hc, p − aAabTp − Tma − m˙aCpaTa, out − Ta, дюйм

      • Пластина абсорбера

        (17) MpCppdTpdt = τ αGAc − hc, p − aAabTp − Tma − hr, p − gAabTp − Tg − hc, p − gAabTp − Tg

      Пространственно-зависимые модели

      (18) MaCpadTadx = hc, p − aAabTp − Ta − hc, a − gAabTa − Tg

      Приложение B: Определение коэффициентов теплопередачи

      Коэффициенты теплопередачи за счет конвекции от стеклянной крышки за счет ветра равны [25]

      (19) hc, g − amb = 5.7 + 3.8vwind

      Коэффициент радиационной теплопередачи от стеклянной крышки к небу равен [26]

      (20) ч, g − sky = σεgTg + TskyTg2 + Tsky2

      Небо считается черным телом при некоторой фиктивной температуре неба, Tsky. Поскольку температура неба является функцией многих параметров, правильно ее оценить сложно. Исследователи оценили это, используя разные корреляции. Одно широко используемое уравнение из [24] для ясного неба:

      (21) Tsky = Tamb − 6

      Средняя температура воздуха рассчитывается как среднее между температурами воздуха на входе и выходе коллектора:

      (22) Tma = Ta, out + Ta, in2

      В пористом поглотителе число Нуссельта для коэффициента конвекции от воздуха до стеклянной крышки в случае числа Рейнольдса и числа Прандтля 5 × 10 5 < Re a <10 7 и 0.5 < Pr a <2,000, соответственно, это [27]

      (23) Nua − g = 0,664⋅Rea0,5⋅Pra1 / 32 + 0,073Rea0,8Pra1 + 2Rea − 0,1Pra2 / 3−12

      Для Pra≤0,05,

      (24) Nua − g = 0,565⋅Rea⋅Pra

      Для других значений числа Прандтля

      (25) Nua − g = 0,0296⋅Rea4 / 5⋅Pra1 / 3

      Наиболее важное соотношение теплопередачи — между поглотителем и воздушным потоком. Принудительная конвекция — преобладающий способ теплопередачи. Уравнение числа Нуссельта для проволочной сетки, разработанное в [28], имеет вид

      (26) Nup − a = 4 × 10−4Rea1.22PtDh0.625s10Pt2.22110Pt2.66exp − 1.25lns10Pt2exp − 0.824lnl10Pt2

      Также число Нуссельта для расчета конвективной теплопередачи между U-образной гофрированной пластиной воздуху в случае ламинарного потока ( Re a a 90 <2300), [29] - это

      (27) Nup-a = 5,4 + (0,0019 × (ReaPra (Dh / L)) 1,71) (1 + 0,00563 × (ReaPra (Dh / L)) 1,71)

      Для переходного потока (2300 < Re a > 6000) [15],

      (28) Nup − a = 0,116 × Rea2 / 3−125 × Pra1 / 3 × 1 + DhL2 / 3 × vavw0.14

      Для турбулентного потока (6000 < Re a , 10 < L / D h <400),

      (29) Nup-a = 0,036 × (Rea) 0,8 × Pra1 / 3 × (Dh / L) 0,055

      Характеристики потока при принудительной конвекции обычно описываются числом Рейнольдса:

      (30) Rea = vaLμa

      Коэффициент конвективной теплопередачи для воздуха, движущегося внутри воздушного канала, равен

      (31) hc, p − a = NuakaDh

      Коэффициент радиационной теплопередачи между стеклянной крышкой и поглотителем для обоих типов коллекторов рассчитывается по формуле

      (32) ч, p-g = σ (Tp + Tg) (Tp2 + Tg2) (1 / εp) + (1 / εg) −1

      Ссылки

      [1] D.Дович и М. Андраши, Численный анализ тепловых характеристик плоских и гофрированных пластинчатых солнечных коллекторов, J. Solar Energy 86 (2012), 2416–2431. Искать в Google Scholar

      [2] Н. Хитеш Панчал, Н. Сони, М. Праджапти, Д. Патель, У. Сони, Дж. Праджапти и др., Экспериментальное исследование двухходового воздухонагревателя с гофрированной пластиной поглотителя и алюминиевые банки amul cool, Int. J. Adv. Англ. Technol. 11 (2011), 324–328. Искать в Google Scholar

      [3] М. Варун, Р. Сайни и С.Сингал, Обзор геометрии шероховатости, используемой в солнечных воздухонагревателях, J. Solar Energy 81 (2007), 1340–1350. Искать в Google Scholar

      [4] А. Ланжевар, Дж. Бхагориа и Р. Сарвия, Теплопередача и трение в канале солнечного воздухонагревателя с W-образной шероховатостью ребра на пластине-поглотителе, J. Energy. 36 (2011), 4531–4541. Искать в Google Scholar

      [5] H. Chii-Dong, H., Y. Хо-Мин и Ч. Цзун-Чинг, Эффективность коллектора восходящих двухходовых солнечных воздухонагревателей с прикрепленными ребрами, Int. Commun.Тепломассообмен 38 (2011), 49–56. Искать в Google Scholar

      [6] М. Ян, X. Ян, X. Ли, З. Ван и П. Ван, Проектирование и оптимизация солнечного воздухонагревателя с пластиной поглотителя с ленточным ребром, Прил. Энергия 113 (2014), 1349–1362. Поиск в Google Scholar

      [7] М. Сабзпушани, К. Мохаммади и Х. Хорасанизаде, Оценка эксергетических характеристик однопроходного солнечного воздухонагревателя с перегородкой, Energy 64 (2014), 697–706. Искать в Google Scholar

      [8] W. Chang, Y. Wang, M.Ли, Х. Луо, С. Чжан, Ю. Руан и др., Теоретические и экспериментальные исследования тепловых характеристик солнечного воздушного коллектора с оребренным поглотителем, Энергетические процедуры 70 (2015), 13–22. Искать в Google Scholar

      [9] С. Гурприт и С. Сидху, Улучшение теплопередачи солнечного воздухонагревателя, шероховатого с помощью круглого поперечного ребра жесткости, Int. Adv. Res. J. Sci. Англ. Technol. 1 (2014), 196–200. Искать в Google Scholar

      [10] В. Гао, В. Линь и Э. Лу, Численное исследование естественной конвекции внутри канала между плоской крышкой и поглотителем синусоидальных волн гофрированного солнечного воздухонагревателя, Energy Беседы.Управлять. 41 (2000), 145–151. Поиск в Google Scholar

      [11] В. Линь, В. Гао и Т. Лю, Параметрическое исследование тепловых характеристик солнечных коллекторов с поперечным гофром, Appl. Therm. Англ. 26 (2006), 1043–1053. Искать в Google Scholar

      [12] В. Гао, В. Линь, Т. Лю и Ч. Ся, Аналитические и экспериментальные исследования тепловых характеристик солнечных воздухонагревателей с поперечным гофром и плоскими пластинами, Прил. Энергия 84 (2007), 425–441. Искать в Google Scholar

      [13] Карим М., Э.Перес, З. Амин, Математическое моделирование противоточного солнечного коллектора V-Grove, J. Renewable Energy 67 (2014), 192–201. Искать в Google Scholar

      [14] М. Факур Пакдаман, А. Лашкари, Х. Басират Тебризи и Р. Хоссейни, Оценка производительности солнечного воздухонагревателя с естественной конвекцией и пластиной-поглотителем с прямоугольными ребрами, Energy Convers. Управлять. 52 (2011), 1215–1225. Поиск в Google Scholar

      [15] Л. Тао, Л. Вэньсянь, Г. Венфэн и Х. Чаофэн, Сравнительное исследование тепловых характеристик солнечных коллекторов с поперечным рифлением и V-образной канавкой, Int.J. Green Energy 4 (2007), 427–451. Поиск в Google Scholar

      [16] А. Анурадха и Р. Оммен, Изготовление и оценка производительности солнечного воздухонагревателя с v-образной канавкой, Int. J. Sci. Англ. Res. 4 (2013), 2072–2080. Искать в Google Scholar

      [17] Н. Пайсарн и К. Банча, Теоретическое исследование характеристик теплопередачи и производительности плоских солнечных воздухонагревателей, Int. Commun. Тепломассообмен 30 (2003), 1125–1136. Искать в Google Scholar

      [18] M. El-Khawajah, F.Эгелиоглу и М. Газал, Оребренные однопроходные солнечные воздухонагреватели с проволочной сеткой в ​​качестве поглощающей пластины, Int. J. Green Energy 12 (2015), 108–116. Искать в Google Scholar

      [19] К. Сопиан, Супранто, В. Дауд, М. Отман и Б. Ятим, Тепловые характеристики двухходового солнечного коллектора с пористой средой и без нее, Возобновляемая энергия 18 (1999), 557 –564. Поиск в Google Scholar

      [20] Д. Мунусвами, В. Мадхаван и М. Мохан, Сравнение влияния наночастиц Al2O3 и CuO на производительность плоского солнечного коллектора, J.Неравновесие. Термодин. 4 (2015), 265–273. Искать в Google Scholar

      [21] В. Мадади, Х. Бехешти, Т. Таваколи и А. Рахими, Экспериментальное исследование и анализ первого термодинамического закона солнечной системы водонагревателя, J. Non-Equilib. Термодин. 40 (2015), 171–183. Искать в Google Scholar

      [22] Д. Мунусвами и В. Мадхаван, Экспериментальный анализ влияния внутреннего оребрения на эффективность плоского солнечного коллектора с использованием наночастиц Al2O3, J. Non-Equilib. Термодин.40 (2015), 185–192. Искать в Google Scholar

      [23] К. С. Онг, Тепловые характеристики солнечных воздухонагревателей: математическая модель и методика решения, Sol. Энергия 55 (1995), 93–109. Искать в Google Scholar

      [24] Дж. А. Даффи и У. А. Бекман, Солнечная инженерия тепловых процессов, 2-е изд., John Wiley & Sons, Нью-Йорк, 1991. Искать в Google Scholar

      [25] WH McAdams, Heat Transmission, 3-е изд., McGraw-Hill, New York, 1954. Искать в Google Scholar

      [26] X.Чжай, Ю. Дай и Р. Ван, Сравнение отопления и естественной вентиляции в солнечном доме, вызванной двумя солнечными коллекторами на крыше, Прил. Thermal Eng. 25 (2005), 741–757. Искать в Google Scholar

      [27] VDI-Gesellschaft, Verfahrenstechnik Und Chemieingenieurwesen, VDI Heat Atlas, Springer Heidelberg, Dordrecht, London, New York, 2010. Искать в Google Scholar

      [28] R. Saini and J. Saini, Корреляция теплопередачи и коэффициента трения для воздуховодов с искусственной шероховатостью с расширенной металлической сеткой в ​​качестве элемента шероховатости, Int.J. Тепломассообмен 40 (1997), 973–986. Искать в Google Scholar

      [29] Б. Бенамар и С. Рашид, Теоретическое исследование плоских однопроходных солнечных воздухонагревателей с ребрами и перегородками со стеклянной крышкой и без нее. 1-я Национальная конференция по возобновляемым источникам энергии и их применениям, 2014 г. Поиск в Google Scholar

      Получено: 29-29 2016

      Исправлено: 2016-6-19

      Принято: 13-7-13

      Опубликовано в Интернете: 2016-9-13

      Опубликовано в печати: 2017-1-1

      © 2017 De Gruyter Mouton

      Amazon.com: Солнечный воздухонагреватель Кондиционер Вытяжной вентилятор Вентиляторная панель Осушитель воздуха Вентиляция с тепловым насосом Приточный воздухонагреватель Вентиляционная крыша на чердаке Гараж Подвал Подвал Отопление деревянного дома Тепловой склад Домик OS20: Все остальное

      В солнечный день температура нагнетаемого воздуха примерно на 40-86 ℉ выше, чем температура приточного воздуха снаружи или в помещении. Кроме того, температура наружного воздуха в полдень повысилась примерно на 50.

      В зависимости от модели прибл. В час в комнату подается от 5 до 140 м³ сухого теплого воздуха. Свежий воздух солнечного воздухонагревателя выдавливает мутный воздух из комнаты, сохраняя воздух свежим и богатым кислородом. Избегайте влаги, формальдегида (HCHO), летучих органических соединений, бензола и запаха. Обмен воздуха в помещении возможен в течение 2 часов.

      • Всегда чистая и свежая семья

      Улучшение атмосферы в жилище — введение кислорода и уменьшение углекислого газа; выделять неприятные запахи, которые могут доставлять дискомфорт; контролировать температуру и влажность в помещении.Когда в комнате продолжает течь сухой и теплый воздух, влажность и гниение значительно уменьшаются.

      • Осушение и увлажнение: Оптимальный уровень (как для комфорта, так и для качества строительства) — это относительная влажность (RF) 40-70%.

      Поглотите комнатную влагу и слейте воду из комнаты. Вентиляция + Отопление = Осушение. Убедитесь в ценности вашего загородного дома и деревянной мебели. Особенно подходит для деревянных домов и подвалов.Солнечный воздухонагреватель Nakoair в подвале может в достаточной степени устранить влажность в подвале и продлить срок службы внутренней конструкции и электрического прибора. Проблема: влажные подвалы. Один из первых признаков влажности в подвале — затхлый запах. Влажность скоро разрушит предметы, хранящиеся в подвале, такие как текстиль, картонные коробки или мебель. Чтобы помещения снова стали пригодными для использования, их необходимо регулярно отапливать, механически осушать и вентилировать. Ниже 50 ℉ электрический осушитель замерзнет, ​​и эффект осушения будет намного хуже.Кроме того, осушитель требует охлаждения и потребляет много электроэнергии. Обычно это приводит к высоким эксплуатационным расходам.

      Сухой воздух забирает воду из тела, заставляя его чувствовать себя сухим, жарким, подавленным, кашляющим, хриплым и больным в горле.

      • Уменьшить загрязнение воздуха и выбросы парниковых газов в результате использования ископаемого топлива для отопления.
      • Безопасность: низкое напряжение, отсутствие огня, отсутствие электричества в доме, отсутствие дыма и пыли.

      За и против: Солнечные системы воздушного отопления

      Чарльз Хопкинс

      Чарльз Хопкинс

      Когда большинство думает о солнечной энергии, на ум приходят фотоэлектрические и солнечные тепловые водонагреватели. Это технологии, которые в тот или иной момент учитываются в большинстве крупномасштабных проектов, и их легко понять заинтересованные стороны. Однако какие альтернативные варианты могут рассмотреть проекты, чтобы сократить счета за электроэнергию и уменьшить наше воздействие на окружающую среду?

      Возможно, вы уже слышали о системах солнечного нагрева воздуха, также известных как солнечные коллекторы, тип солнечной тепловой технологии, которая позволяет проектам предварительно нагревать поступающий воздух путем установки перфорированной металлической облицовки на обшивку здания.Крошечные отверстия позволяют всасывать воздух и нагревать его за счет солнечного излучения, прежде чем направить его в систему вентиляции здания. Динамичность технологии заключается в ее гибкости применения, а это означает, что нагретый воздух можно вводить или использовать различными способами. В большинстве сценариев воздух предварительно нагревается, а затем направляется непосредственно в здание или направляется в блок на крыше для помощи в системах рекуперации тепла, хотя в более простых случаях воздух может проходить непосредственно через ограждающую конструкцию здания для обогрева прилегающих помещений.

      К другим преимуществам относится затенение: облицовка затеняет внешние стены, снижая охлаждающую нагрузку в жаркие летние дни. Существует также минимальное обслуживание, требующее небольшой механической поддержки, за исключением правильного размещения наружных стен и систем вентиляции для втягивания предварительно нагретого воздуха. С точки зрения пассажиров, это позволяет увеличить воздухообмен, что приведет к улучшению качества воздуха в помещении и, таким образом, к более счастливым пассажирам. В рабочем состоянии типичные открытые коллекторы работают с КПД от 60% до 80%, создавая значительную разницу в сроках окупаемости.Установленная стоимость относительно невысока (от 14 до 17 долларов за кв. Фут), что компенсируется государственными льготами, в зависимости от местоположения.1 В Массачусетсе проекты могут претендовать на 30% федеральный налоговый кредит на солнечную энергию и / или 15% освобождение от налогов штата. Обычно срок окупаемости составляет от четырех до семи лет.

      Как и в большинстве случаев использования солнечной энергии, тип проекта, ориентация и местоположение играют ключевую роль в оптимизации эффективности. Конверты, в которых преобладают выходы на южную сторону со значительной площадью поверхности, больше всего выиграют от просвечиваемых коллекторов, тогда как небольшие коммерческие или жилые помещения с ограниченной площадью оболочки и / или увеличенным остеклением могут не обеспечить значительной экономии энергии.Таким образом, ориентация здания имеет первостепенное значение. При разработке проекта необходимо учитывать не только массивность здания, но и ограждающую конструкцию — большие вертикальные системы облицовки не предлагают много возможностей для остекления и проемов в оболочке, тем самым уменьшая дневное освещение и доступ к видам. Следует также подумать об общем программировании внутри здания, поскольку более длинные воздуховоды, идущие к занятым помещениям, будут сопровождаться повышенными потерями тепла, что приведет к общему снижению эффективности.

      Наконец, очень важно макромассирование сайта, но его часто упускают из виду.Недавно мы рассмотрели потенциал солнечного подогрева воздуха для высокопрофильного здания в районе морского порта, но, согласно генеральному плану, строительство соседних зданий будет сводить на нет солнечный потенциал. Кроме того, требуется подробный анализ конструкции полости, массирования здания для устранения снежных заносов, чтобы гарантировать, что наружный воздух всегда доступен для системы HVAC здания в ненастную погоду.

      Одним из основных препятствий, с которыми сталкиваются коллекторы за пределами общих требований к массе, является местоположение — не все климатические условия идеальны для обнаруженных коллекторов, сужая потенциальный рынок до тех, с более холодным климатом, расположенных в более высоких широтах в местах, где более холодные месяцы и достаточно солнечного света. поскольку в этом климате нагрузка на обогрев наружного воздуха выше.2 Помимо расположения, существуют также соображения архитектурного дизайна — коллекторам требуется большая площадь поверхности и более темная поверхность для более эффективного улавливания солнечной радиации, оба фактора потенциально вызывают опасения по поводу эстетики у владельцев.

      В нижней строке? Установленные солнечные коллекторы все еще кажутся новой технологией, привязанной к конкретным климатическим условиям и типам зданий. Тем не менее, солнечный сбор воздуха — это простая и экономичная технология с большим потенциалом на Северо-Востоке.Наши более продолжительные и холодные зимы предлагают широкие возможности для снижения типичных счетов за отопление с использованием прозрачного коллектора — даже яркий свет от снега может помочь повысить эффективность.

      При этом не во всех типах зданий можно успешно установить солнечные воздушные коллекторы. В лучших тематических исследованиях были выделены здания с большей массой: высотные жилые дома, больницы, складские / распределительные центры и производственные центры — это лишь несколько примеров проектов, в которых успешно реализованы солнечные коллекторы воздуха.С некоторой предусмотрительностью солнечные воздушные коллекторы могут предложить значительные преимущества и прямую интеграцию с более крупными зданиями, заинтересованными в достижении своих энергетических целей.

      1 Солнечное воздушное отопление. Описание товара. Атлас Интернэшнл. 2013 г. (http://www.atas.com/products/walls/inspire-solar-air-heating/inspire-wall#ProductInfo).
      2 Козубал и др., «Оценка производительности и экономики прозрачных солнечных коллекторов для коммерческих приложений.”Американский совет по энергоэффективной экономике. 2008 г. (https://www.aceee.org/files/proceedings/2008/data/papers/3_107.pdf).

      Чарльз Хопкинс, LEED AP BD + C, инженер-энергетик компании Vanderweil Engineers.

      Солнечные коллекторы Transpired | SBED

      Солнечные коллекторы Transpired — это солнечные системы воздушного отопления, изготовленные из предварительно обработанных перфорированных стальных обшивок. Обработанные для увеличения поглощения солнечной энергии стальные кожухи устанавливаются на южные стены или крыши, создавая полость между металлической обшивкой и стенами или крышей.

      Процесс нагрева воздуха в солнечных коллекторах Transpired

      1. Стальная оболочка поглощает солнечную энергию и нагревает пограничный слой воздуха на своей поверхности.
      2. Блок вентилятора подает воздух из полости в здание, которое впоследствии втягивает наружный воздух через перфорационные отверстия в полость, включая пограничный слой нагретого воздуха вокруг перфораций.
      3. Проходя через отверстия, нагретый воздух продолжает нагреваться краями отверстий.
      4. Когда он движется вверх в полости, нагретый воздух дополнительно нагревается внутренней стороной стальной оболочки. [1]
      5. Затем нагретый воздух может быть распределен по зданию или направлен в блок HVAC (отопление, вентиляция, кондиционирование), чтобы снизить потребление энергии основной системой отопления.

      Другие потенциальные преимущества солнечных коллекторов Transpired

      • Низкие затраты на обслуживание и эксплуатацию с длительным сроком службы
      • Верните тепло, потерянное через строительную ткань
      • Циркуляция горячего воздуха до уровня пола, что снижает потребность в обогреве.
      • Обеспечьте дополнительный слой изоляции

      [1] Непосредственные области вокруг перфораций на внешней стороне стальной оболочки нагревают воздух до того, как он будет втянут через перфорационные отверстия: см. C.Ф. Кучер, «Эффективность теплообмена и падение давления для воздушного потока через перфорированные пластины с боковым ветром и без него», Journal of Heat Transfer , 1994, vol. 116, стр. 391-399 (стр. 397, рис. 9). Большая часть тепла поступает от окружающих участков перфорации на внешней стороне стальной обшивки. Края перфорации, которые нагревают воздух, когда он проходит, также вносят свой вклад в некоторый приток тепла. Наконец, есть небольшой вклад в приток тепла со стороны стальной обшивки, обращенной к полости: см. G.МЫ. Ван Деккер, К.Г.Т. Холландс и А.П. Брюнгер, «Отношения теплообмена для неглазурованных прозрачных солнечных коллекторов с круглыми отверстиями на квадратном или треугольном шаге», Solar Energy , 2001, т. 71, No. 1, pp. 33-45.

      .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *