Próżniowy kolektor słoneczny - urządzenie, zasada działania, odmiany, wady i zalety, zasady doboru i rozmieszczenia
Wraz z nadejściem zimnej pory roku każdy właściciel prywatnego domu mimowolnie myśli o tym, jak zwiększyć wydajność ogrzewania, a jednocześnie zaoszczędzić na kosztach. W tej sytuacji wychodzą nowoczesne technologie wykorzystujące energię światła słonecznego do generowania ciepła. Przeanalizujmy czym jest próżniowy kolektor słoneczny, jakie jest jego urządzenie, zasada działania i zakres, jakie ma plusy i minusy, jakie typy urządzeń istnieją, a także jakie są kryteria jego doboru i zasady umieszczania.
Kolektor słoneczny - co to jest, urządzenie, zasada działania
Urządzenia klimatyczne, które bezpośrednio zamieniają energię światła słonecznego na ciepło, w terminologii technicznej nazywa się kolektorem słonecznym. Urządzenie nie generuje energii elektrycznej, jak klasyczna bateria słoneczna, a jedynie gromadzi, koncentruje i przekazuje ciepło do systemu grzewczego. Jako nośnik ciepła działa woda, ciecz niezamarzająca lub powietrze.
Zgodnie z cechami konstrukcyjnymi i związaną z nimi zasadą działania kolektory słoneczne wykorzystywane do ogrzewania domu, w tym zimą, dzielą się na 3 główne typy - płaskie, próżniowe i powietrzne. Konstrukcyjnie urządzenie jest zestawem połączonych szeregowo rur w postaci cewki podłączonej do linii zasilającej i powrotnej. Wewnątrz nich krąży płyn chłodzący - woda, płyn niezamarzający lub powietrze.
Każdy model kolektora próżniowego zawiera następujący zestaw głównych elementów:
- Zewnętrzna duża przezroczysta rura bez powietrza.
- Wewnętrzna mała rurka, wewnątrz której krąży płyn chłodzący.
- Kolektor-dystrybutor z połączonymi dużymi rurami, wewnątrz których znajdują się rury o mniejszej średnicy.
Schematycznie ten projekt jest analogiem przezroczystego termosu o maksymalnej izolacji termicznej. Dzięki temu małe rurki dobrze się nagrzewają i przenoszą ciepło do krążącego w nich chłodziwa.
Zasada działania kolektora opiera się na naturalnych prawach zmiany właściwości substancji pod wpływem temperatury – siłą napędową, która powoduje krążenie chłodziwa wewnątrz układu rurowego są takie naturalne procesy jak zmiana gęstości substancja, konwekcja, kompresja-ekspansja itp.
Jednocześnie, aby zwiększyć intensywność pochłaniania energii cieplnej ze słońca, stosuje się specjalne adsorbenty, na przykład metalowe płytki z poczerniałą powłoką. Z drugiej strony, aby zmaksymalizować przenikanie światła słonecznego, górna część instalacji wykonana jest z materiału o wysokiej przepuszczalności światła.
Aplikacja
Zainstalowanie kolektora słonecznego na potrzeby prywatnego domu pozwala rozwiązać nie tylko problemy z ogrzewaniem, ale także dodatkową liczbę problemów:
- Produkcja ciepłej wody użytkowej - do pryszniców, wanien, prania, sprzątania, zmywania naczyń.
- Utrzymanie standardów funkcjonowania basenu.
- Ogrzewanie szklarni, szklarni, szklarni.
- Stworzenie alternatywnego rezerwowego systemu ogrzewania na wypadek awarii istniejącego.
- Optymalizacja, redukcja kosztów eksploatacji tradycyjnego systemu grzewczego.
- Przygotowanie ciepłej wody technicznej.
Zwróć uwagę ! Wydajność kolektora słonecznego jest tak wysoka, że można go wykorzystać do ogrzewania domu nawet zimą - ale pod warunkiem zamontowania modelu próżniowego. Wyjaśnia to przede wszystkim cechy konstrukcyjne sprzętu i specyfika jego działania w niskich temperaturach. W przeciwieństwie do płaskich odpowiedników, jego rurki nie są pokryte śniegiem, wytrzymałość materiału jest wystarczająca, aby wytrzymać nawet duży grad, a urządzenie oparte na zasadzie termosu pozwala doprowadzić wodę do wrzenia przy silnym mrozie poza.
Plusy i minusy
W zależności od konstrukcji sprzętu kolektora słonecznego system grzewczy ma pewną liczbę plusów i minusów. Tak więc zalety odmian płaskich przejawiają się w:
- Najkorzystniejszy stosunek "ceny sprzętu - produkcja ciepła" dla regionów o klimacie umiarkowanym.
- Pełna autonomia produkcji ogrzewania i ciepłej wody.
- Maksymalna wydajność w okresie największej aktywności słonecznej w porównaniu z panelami słonecznymi i turbinami wiatrowymi.
- Niezależność od standardowych źródeł energii i stały wzrost ich cen.
- Średni okres zwrotu to 3-5 lat.
- Żywotność - nie mniej niż 30 lat.
- Funkcja samooczyszczania ze śniegu, gradu.
- Łatwe podłączenie do systemu grzewczego.
- Absolutna nieszkodliwość dla środowiska.
Płaski kolektor słoneczny służący do podgrzewania chłodziwa instalacji grzewczej nie jest pozbawiony wad:
- Wysoki koszt sprzętu, konieczność poniesienia kosztów instalacji i wdrożenia w systemie grzewczym.
- Obecność cech żeglarskich urządzenia, co stwarza prawdopodobieństwo uszkodzenia przy silnym wietrze.
- Niska wydajność w pochmurną pogodę, a także w chłodne dni.
- Duże straty ciepła spowodowane niedoskonałością urządzenia konstrukcyjnego.
Odmiany próżniowe różnią się od płaskich lepszą wydajnością, a także następującymi pozytywnymi cechami:
- Szeroki zakres temperatur pracy, w tym mrozu do -30-500C.
- Minimalne parametry żagla i prawdopodobieństwo uszkodzenia wiatru.
- Zwiększona wydajność dzięki zdolności pochłaniania promieniowania niewidzialnej części widma światła słonecznego.
- Mała utrata ciepła z obudowy.
- Wysoka niezawodność działania.
- Konserwacja - w przypadku awarii konieczna jest wymiana jednego lub więcej elementów roboczych, a nie całej konstrukcji.
- Możliwość podgrzania chłodziwa do 3000C.
- Niewrażliwość konstrukcji na opady atmosferyczne.
Negatywne właściwości modeli próżniowych wiążą się przede wszystkim z wysokimi kosztami sprzętu i surowymi wymaganiami instalacyjnymi.
Ważny! Wydajność kolektorów słonecznych zależy nie tylko od pogody, ale także od warunków instalacji, ukształtowania terenu i czasu nasłonecznienia. Wszystkie te czynniki znacząco wpływają na czas zwrotu.
Odmiany
Nowoczesne kolektory słoneczne to woda i powietrze. W przypadku tych pierwszych jako chłodziwo stosuje się wodę, płyn niezamarzający lub inny płyn o odpowiednich właściwościach. Krążąc przez wewnętrzne rurki, przekazuje ciepło do wymiennika ciepła systemu grzewczego. Wewnątrz modyfikacji powietrza podobnie ogrzewany jest strumień powietrza, który jest następnie dostarczany na potrzeby ogrzewania.
Zgodnie z cechami konstrukcyjnymi urządzenia są podzielone na 2 główne typy:
- Mieszkanie. Mają one formę niskiego wydłużonego pudełka, którego dolna część wyłożona jest warstwą termoizolacyjną, a górna pokryta jest powłoką przepuszczającą światło, najczęściej z mocnego szkła. Wewnątrz znajduje się materiał dobrze pochłaniający ciepło, w masie którego osadzone są rurki z krążącym chłodziwem. Urządzenia charakteryzują się niskim kosztem.
- Próżnia. Stanowią zestaw pojedynczych rurek termosu, wewnątrz których znajduje się wkład absorbujący ciepło oraz rurki z chłodziwem. Urządzenia charakteryzują się dużą powierzchnią roboczą oraz maksymalną wydajnością.
W zależności od temperatury chłodziwa i odpowiedniego zakresu zastosowania sprzęt dzieli się na 3 typy:
- Niska temperatura. Ogrzewanie nośnika ciepła do 50-600С. Służą do podgrzewania wody do pryszniców, basenów, podlewania roślin, a także do podgrzewania wiosną lub jesienią.
- Średnia temperatura. Chłodziwo jest podgrzewane do 80-900C. Segment ten obejmuje większość domowych kolektorów słonecznych opartych na rurach HDPE i innych dostępnych materiałach. Służą do ogrzewania domu.
- Wysoka temperatura. Temperatura płynu chłodzącego sięga 3000C. Głównym zakresem zastosowania jest przemysłowe ogrzewanie dużych powierzchni i terytoriów hangarów, warsztatów, centrów handlowych itp.
Zgodnie z metodą aplikacji elektrownie słoneczne dzielą się na 2 kategorie:
- Bierny. Używany bez dodatkowego wyposażenia. Podłączone są do pośredniego kotła grzewczego do produkcji ciepłej wody użytkowej.
- Aktywny. System działa przy udziale powiązanych urządzeń – pompy obiegowej, zaworów, zasobnika, dodatkowych grzałek itp. Służy do ogrzewania i podgrzewania wody.
Zgodnie ze schematem wymiany ciepła kolektory dzielą się na 2 typy:
- Pośredni. W obwodzie zastosowano zasobnik baterii, w którym ciepło z obwodu zewnętrznego przekazywane jest do wewnętrznego.
- Bezpośredni. Ciepło z instalacji przekazywane jest bezpośrednio do odbiornika.
Rekomendacje! Aby utrzymać wydajność w chłodne dni, słoneczny system grzewczy jest połączony z dodatkowym źródłem energii. W tym celu do zasobnika wprowadza się element grzejny, a parametry jego pracy kontroluje automatyka oparta na regulatorze temperatury.
Kryteria wyboru
Przy wyborze kolektora słonecznego należy kierować się następującymi kryteriami:
- Modele płaskie charakteryzują się maksymalną wytrzymałością, jednak w przypadku awarii wymagają całkowitej wymiany, co wiąże się z maksymalnymi kosztami finansowymi.
- Próbki próżniowe są bardziej wydajne na zimę, ponieważ bardziej podgrzewają chłodziwo, ale wyróżnia je kruchość rurek. Jednak w przypadku awarii istnieje możliwość zmiany poszczególnych elementów.
Przydatne wideo
- Ze względu na prostotę urządzenia modyfikacje powietrza trwają dłużej i nie wymagają specjalnej konserwacji. Ich główną wadą jest niewystarczające wytwarzanie ciepła w zimnych porach roku.
- Ilość ciepła generowanego przez urządzenie próżniowe zależy bezpośrednio od wielkości rur. Za optymalne uważane są modele z kilkoma rurkami o długości co najmniej 2 mi średnicy 6 cm lub większej.
- Wskaźnik mocy urządzenia charakteryzuje ilość wytwarzanego ciepła, wyrażoną w kW, w zależności od położenia słońca w zenicie i całkowitej bezchmurności.
Uwaga! Kolektor słoneczny działa skutecznie tylko w dzień. Aby utrzymać ciepło w pomieszczeniu w nocy, konieczne jest zainstalowanie akumulatora ciepła. W dzień będzie akumulować ciepło, a nocą je oddawać.
Zasady umieszczania
Aby kolektor słoneczny skutecznie dostarczał ciepło do domu, także zimą, przy jego montowaniu należy wziąć pod uwagę następujące zasady:
- Powierzchnia robocza urządzenia powinna być skierowana w południową część nieba i nie odchylać się o więcej niż 30 stopni.
Przydatne wideo
- Panel pochłaniający światło nie powinien być zacieniony przez znajdujące się w pobliżu obiekty - domy, drzewa, rury, ogrodzenia itp.
- Umieszczając urządzenie na dachu domu, należy wcześniej zaprojektować dla niego uchwyt.
- Aby uniknąć gromadzenia się opadów na powierzchni roboczej, urządzenie musi być zainstalowane jak najbliżej płaszczyzny pionowej, ale z minimalnym uszkodzeniem w celu wychwytywania światła słonecznego.
- Dla optymalnej pracy przez cały rok urządzenie musi być zainstalowane od strony południowej pod kątem równym szerokości geograficznej obszaru.
Odniesienie! Nie będzie możliwe stworzenie całkowicie autonomicznego systemu grzewczego opartego na helio-kolektorze. Ponieważ w celu zapewnienia maksymalnej wydajności konieczne będzie wyposażenie obwodu w pompę obiegową, automatykę i inne urządzenia zasilane energią elektryczną. Jednak znaczne zmniejszenie zużycia głównego źródła energii - gazu, prądu elektrycznego, węgla - z jego pomocą jest całkiem wykonalnym zadaniem.
Przydatne wideo
Podsumowanie
Kolektor słoneczny to klimatyczne urządzenie do gromadzenia i przekazywania ciepła energii słonecznej do nośnika ciepła instalacji grzewczej. Urządzenia tego typu to cieczowe i powietrzne, płaskie i próżniowe. Ogólny schemat ich pracy sprowadza się do tego, że chłodziwo znajdujące się w dętkach jest ogrzewane ciepłem światła słonecznego, a następnie wchodzi do wymiennika ciepła i przekazuje energię do ogrzewania lub dostarczania ciepłej wody.
Kolektor ciepła może być wykorzystywany do różnych celów - podgrzewanie wody na potrzeby domowe, ogrzewanie domu, szklarni i pomieszczeń gospodarczych, utrzymanie reżimu cieplnego zbiorników, stworzenie alternatywnego systemu grzewczego, obniżenie kosztów głównego systemu grzewczego. Zaletami urządzeń są opłacalna produkcja ciepła, niezależność od zewnętrznych źródeł energii, wysoka sprawność, szybki zwrot, trwałość, praca w niskich temperaturach, nieszkodliwość. Wady - wysoki koszt sprzętu i instalacji, możliwość uszkodzenia przez wiatr, prawdopodobieństwo utraty ciepła.
Kolektory słoneczne są klasyfikowane według szeregu kryteriów:
- Wzory - płaskie, próżniowe.
- Poziom nagrzania chłodziwa - niska, średnia i wysoka temperatura.
- Sposób aplikacji - aktywny i pasywny.
- Schemat wymiany ciepła - bezpośredni i pośredni.
Niezbędny jest dobór i instalacja sprzętu w oparciu o specjalne zasady, zalecenia i specyficzne warunki użytkowania.
