Päikeseküttesüsteemid. Päikesesoojuskollektorid. Päikeseküttesüsteemid

Energiahindade tõusuga muutub üha olulisemaks alternatiivsete energiaallikate kasutamine. Ja kuna küte on paljude jaoks peamine kuluartikkel, siis räägime eelkõige küttest: maksta tuleb peaaegu aastaringselt ja märkimisväärseid summasid. Kui soovite raha säästa, tuleb esimese asjana meelde päikesesoojus: võimas ja täiesti tasuta energiaallikas. Ja selle kasutamine on üsna realistlik. Pealegi on seadmed kallid, kuid kordades odavamad kui soojuspumbad. Räägime lähemalt, kuidas saab päikeseenergiat maja kütmiseks kasutada.

Päikeseküte: plussid ja miinused

Kui me räägime päikeseenergia kasutamisest kütteks, siis peate meeles pidama, et neid on kaks erinevaid seadmeid päikeseenergia muundamiseks:

Mõlemal valikul on oma omadused. Kuigi peate kohe ütlema, kumma valite, ärge kiirustage olemasolevast küttesüsteemist loobuma. Päike tõuseb loomulikult igal hommikul, kuid teie päikesepatareid ei saa alati piisavalt valgust. Kõige mõistlikum lahendus on kombineeritud süsteemi tegemine. Kui päikeseenergiat on piisavalt, siis teine ​​soojusallikas ei tööta. Seda tehes kaitsete ennast, elate mugavates tingimustes ja säästate raha.

Kui pole soovi või võimalust kahte süsteemi paigaldada, peaks teie päikeseküttel olema vähemalt kaks korda suurem võimsusreserv. Siis võid kindlalt öelda, et sooja saab igal juhul.

Päikeseenergia kütmiseks kasutamise eelised:

Puudused:

• Sissetuleva soojuse hulga sõltuvus ilmast ja piirkonnast.
• Garanteeritud kütmiseks vajate süsteemi, mis töötab paralleelselt päikeseküttesüsteemiga. Paljud tootjad kütteseadmed sellist võimalust ette näha. Eelkõige pakuvad Euroopa seinale paigaldatavate gaasikatelde tootjad ühist kasutamist päikeseküttega (näiteks Baxi boilerid). Isegi kui olete paigaldanud seadmed, millel see võimalus puudub, saate kontrolleri abil küttesüsteemi tööd koordineerida.
• Alguses kindlad finantsinvesteeringud.
• Perioodiline hooldus: torud ja paneelid tuleb puhastada kleepunud prahist ja pesta tolmust.
• Mõned vedelad päikesekollektorid ei saa töötada väga madalatel temperatuuridel. Tugevate külmade ootuses tuleb vedelik kurnata. Kuid see ei kehti kõigi mudelite ja mitte kõigi vedelike kohta.

Nüüd vaatame üksikasjalikumalt kõiki päikesekütteelementide tüüpe.

Päikesekollektorid

Päikesekütteks kasutatakse päikesekollektoreid. Need paigaldised kasutavad päikese soojust soojusülekandevedeliku soojendamiseks, mida saab seejärel kasutada kuuma vee küttesüsteemis. Spetsiifilisus seisneb selles, et maja kütmiseks mõeldud päikeseboiler toodab ainult temperatuuri 45–60 ° C ja näitab suurimat efektiivsust 35 ° C juures väljalaskeava juures. Seetõttu soovitatakse selliseid süsteeme kasutada koos sooja veega põrandatega. Kui te ei soovi radiaatoritest loobuda, suurendage sektsioonide arvu (umbes kaks korda) või soojendage jahutusvedelikku.

Kodu kindlustamiseks soe vesi ja vee soojendamiseks võite kasutada päikesekollektoreid (lamedad ja torukujulised)

Nüüd päikesekollektorite tüüpidest. Struktuuriliselt on kaks modifikatsiooni:

• tasane;
• torukujuline.

Igas rühmas on erinevusi nii materjalides kui ka disainis, kuid neil on sama tööpõhimõte: torudest jookseb jahutusvedelik, mida soojendab päike. Lihtsalt kujundused on täiesti erinevad.

Lamedad päikesekollektorid

Nendel päikeseküttesüsteemidel on lihtne disain ja seetõttu saab neid soovi korral oma kätega teha. Tugev põhi on kinnitatud metallraamile. Peal asetatakse soojusisolatsioonikiht. Isoleeritud kadude ja korpuse seinte vähendamiseks. Seejärel tuleb adsorberi kiht – materjal, mis neelab hästi päikesekiirgust, muutes selle soojuseks. See kiht on tavaliselt must. Adsorberile kinnitatakse torud, mille kaudu jahutusvedelik voolab. Ülevalt on kogu see struktuur suletud läbipaistva kaanega. Kattematerjal võib olla kurnatud klaas või üks plastist (kõige sagedamini polükarbonaat). Mõne mudeli puhul võib katte valgust läbilaskev materjal läbida eritöötluse: peegelduvuse vähendamiseks muudetakse see mitte siledaks, vaid kergelt matiks.

Lameda päikesekollektori torud asetatakse tavaliselt madu sisse, seal on kaks auku - sisse- ja väljalaskeava. Võimalik on ühe- ja kahetoruühendus. See meeldib teile nii. Kuid normaalseks soojusülekandeks on vaja pumpa. Võimalik on ka gravitatsioonisüsteem, kuid see on jahutusvedeliku väikese kiiruse tõttu väga ebaefektiivne. Just seda tüüpi päikesekollektoreid kasutatakse kütteks, kuigi sellega saab tõhusalt soojendada vett sooja tarbevee jaoks.

On olemas gravitatsioonikollektori variant, kuid seda kasutatakse peamiselt vee soojendamiseks. Seda disaini nimetatakse ka plastikuks. päikesekollektor. Need on kaks läbipaistvast plastikust plaati, mis on korpuse külge hermeetiliselt kinnitatud. Sees on labürint vee liigutamiseks. Mõnikord värvitakse alumine paneel mustaks. Seal on kaks auku - sisse- ja väljalaskeava. Vesi antakse sees, kui see läbi labürindi liigub, soojendab seda päike ja see väljub juba soojana. Selline skeem töötab hästi veepaagiga ja soojendab kergesti vett sooja tarbevee jaoks. See on kaasaegne asendus tavapärasele välidušile paigaldatud tünnile. Ja tõhusam asendus.

Kui tõhusad on päikesekollektorid? Kõigi tänaste kodumaiste päikeseenergiapaigaldiste hulgas näitavad need tipptulemused: nende efektiivsus on 72-75%. Kuid mitte kõik pole nii hea:

• nad ei tööta öösel ja ei tööta hästi pilves ilmaga;
• suured soojuskaod, eriti tuulega;
• madal hooldatavus: kui midagi ebaõnnestub, peate muutma olulist osa või kogu paneeli.

Sellest hoolimata toimub eramaja päikesekütmine sageli just nende päikesepatareide abil. Sellised paigaldised on populaarsed lõunapoolsetes riikides, kus on aktiivne kiirgus ja positiivne temperatuur talvine periood. Meie talveks need ei sobi, aga suvehooajal annavad häid tulemusi.

Õhukollektor

Seda seadet saab kasutada õhuküte Majad. Struktuurilt on see väga sarnane ülalkirjeldatud plastikkollektoriga, kuid õhk ringleb ja soojeneb selles. Sellised seadmed on riputatud seintele. Need võivad toimida kahel viisil: kui päikeseküttekeha on õhukindel, võetakse ruumist õhk, soojendatakse ja suunatakse tagasi samasse ruumi.

On veel üks võimalus. See ühendab kütte ventilatsiooniga. Õhukollektori väliskorpuses on augud. Nende kaudu siseneb struktuuri külm õhk. Labürindi läbides soojeneb see päikesekiirte mõjul ja seejärel soojenedes siseneb see tuppa.

Maja selline küte on enam-vähem efektiivne, kui paigaldus hõlmab kogu lõunaseina ja sellel seinal pole varju.

Torukujulised kollektorid

Ka siin ringleb jahutusvedelik läbi torude, aga iga selline soojusvahetustorud sisestatakse klaaskolbi. Kõik need on ühendatud kollektoriga (kollektoriga), mis tegelikult on kamm.

Torukujulise kollektori skeem (pildi suurendamiseks klõpsake)

Torukollektoritel on kahte tüüpi torusid: koaksiaalsed ja sulgedega. Koaksiaal - toru torus - asetsevad üksteise sisse ja nende servad on tihendatud. Toas on kahe seina vahele loodud haruldane õhuvaba keskkond. Seetõttu nimetatakse selliseid torusid ka vaakumtorudeks. Suletorud on tavaline toru, mis on ühelt poolt suletud. Ja neid kutsutakse sulgedeks, sest soojusülekande suurendamiseks sisestatakse neisse neelamisplaat, millel on kumerad servad ja mis meenutab mõneti sulge.

Lisaks saab soojusvahetid sisestada erinevatesse korpustesse. erinevat tüüpi. Esimesed on termilised kanalid Heat-pipe (Hit pipe). See kogu süsteem teisendusi päikesevalgus V soojusenergia. Soojustoru on väikese läbimõõduga õõnes vasktoru, mis on ühest otsast joodetud. Teisel on tohutu jootraha. Toru täidetakse madala keemistemperatuuriga ainega. Kuumutamisel hakkab aine keema, osa sellest läheb gaasilisse olekusse ja tõuseb torust üles. Teel toru köetavatest seintest kuumeneb see üha rohkem. See jõuab tippu, kuhu jääb mõnda aega. Selle aja jooksul kannab gaas osa soojusest massiivsele otsale, jahtub järk-järgult, kondenseerub ja settib, kus protsess kordub uuesti.

Teine viis - U-tüüpi - on traditsiooniline jahutusvedelikuga täidetud toru. Siin pole uudiseid ega üllatusi. Kõik on nagu tavaliselt: ühelt poolt siseneb jahutusvedelik, läbides toru, soojeneb see päikesevalgusest. Vaatamata oma lihtsusele on seda tüüpi soojusvaheti tõhusam. Kuid seda kasutatakse harvemini. Ja kõik sellepärast, et seda tüüpi päikeseveeboilerid on üks tervik. Kui üks toru on kahjustatud, tuleb kogu osa välja vahetada.

Heat-pipe süsteemiga torukollektorid on kallimad, näitavad vähem efektiivsust, kuid neid kasutatakse sagedamini. Ja kõik sellepärast, et kahjustatud toru saab paari minutiga vahetada. Veelgi enam, kui kolb on koaksiaalne, saab toru ka parandada. See võetakse lihtsalt lahti (ülemine kork eemaldatakse) ja kahjustatud element (soojuskanal või pirn ise) asendatakse hooldatavaga. Seejärel sisestatakse toru oma kohale.

Milline kollektor on kütmiseks parem

Sest lõunapoolsed piirkonnad pehmete talvede ja paljude päikeseliste päevadega aastas parim variant— lamekollektor. Sellises kliimas näitab see suurimat tootlikkust.

Raskema kliimaga piirkondade jaoks sobivad torukujulised kollektorid. Veelgi enam, Heat-pipe'iga süsteemid sobivad paremini karmideks talvedeks: need soojendavad isegi öösel ja isegi pilvise ilmaga, kogudes suurema osa päikesekiirguse spektrist. Nad ei karda madalat temperatuuri, kuid täpset temperatuurivahemikku tuleb selgitada: see sõltub soojuskanalis olevast ainest.

Need süsteemid võivad õige arvutamise korral olla elementaarsed, kuid sagedamini säästavad nad lihtsalt küttekulusid teisest, tasulisest energiaallikast.

Teine lisaküte võib olla õhukollektor. Seda saab teha kogu seina ulatuses ja seda on lihtne oma kätega rakendada. Sobib suurepäraselt garaaži või suvila kütmiseks. Pealegi ei pruugi ebapiisava kütmisega seotud probleemid tekkida mitte talvel, nagu eeldate, vaid sügisel. Pakase ja lumega on päikese energia kordades suurem kui pilvise vihmase ilmaga.

Päikesepaneelid

Kui kuuleme sõnu "päikeseenergia", mõtleme ennekõike patareidele, mis muudavad valguse elektriks. Ja seda teevad spetsiaalsed fotoelektrilised muundurid. Neid toodab tööstus erinevatest pooljuhtidest. Kõige sagedamini selleks koduseks kasutamiseks Kasutame ränist päikesepatareisid. Neil on kõige rohkem madal hind ja näitavad üsna korralikku jõudlust: 20-25%.

Mõnes riigis eramaja päikesepaneelid - tavaline nähtus

Päikesepaneelide otsene kasutamine kütteks on võimalik ainult siis, kui boiler vm küttekeha elektril, mille ühendate selle vooluallikaga. Samuti saab päikesepaneelid koos elektriakudega integreerida kodu elektrivarustussüsteemi ja seeläbi vähendada igakuiseid arveid kasutatud elektri eest. Põhimõtteliselt on täiesti reaalne nende paigaldiste abil pere vajaduste täielik rahuldamine. See võtab lihtsalt palju raha ja ruumi. Keskmiselt saab paneeli ruutmeetrilt 120-150W. Seega kaaluge, mitu ruutu katusel või kohalikul alal peaksid sellised paneelid hõivama.

Päikesekütte omadused

Paljud inimesed kahtlevad päikeseküttesüsteemi paigaldamise otstarbekuses. Peamine argument on see, et see on kallis ja ei tasu end kunagi ära. Peame nõustuma tõsiasjaga, et see on kallis: seadmete hinnad on üsna kõrged. Kuid keegi ei keela teil alustada väikesest. Näiteks selleks, et hinnata enda sarnase paigalduse tegemise idee efektiivsust ja praktilisust. Kulud on minimaalsed ja teil on vahetu kogemus. Siis otsustad, kas tegeled selle kõigega või mitte. Siin on asi: kõik negatiivsed sõnumid on teoreetikutelt. Alates praktikud ei kohanud ühtki. Otsitakse aktiivselt võimalusi täiustamiseks, ümbertöötamiseks, kuid keegi ei öelnud, et idee on kasutu. See räägib millestki.

Nüüd, kui päikeseküttesüsteemi paigaldamine ei tasu end kunagi ära. Kuigi tasuvusaeg

Sillad meie riigis on suured. See on võrreldav päikesekollektorite või akude elueaga. Aga kui vaadata kõigi energiakandjate hinnakasvu dünaamikat, siis võib eeldada, et see taandub peagi üsna vastuvõetavatele tingimustele.

Nüüd tegelikult sellest, kuidas süsteemi luua. Kõigepealt tuleb kindlaks teha oma kodu ja seitsme soojuse ja sooja vee vajadus. Üldine metoodika päikeseküttesüsteemi arvutus on järgmine:

• Teades, millises piirkonnas maja asub, saate teada, kui palju päikesevalgust langeb aasta igal kuul 1m 2 pinnale. Eksperdid nimetavad seda insolatsiooniks. Nende andmete põhjal saate seejärel hinnata, kui palju päikesepaneele vajate. Kuid kõigepealt peate kindlaks määrama, kui palju soojust on vaja sooja tarbevee valmistamiseks ja kütmiseks.
• Kui loendur kuum vesi kui teil on, siis teate kuuma vee kogust, mille te kuus kulutate. Näidake kuu keskmise tarbimise andmeid või arvutage maksimaalne tarbimine - see, kes seda soovib. Samuti peaksid teil olema andmed maja soojuskadude kohta.
• Vaadake, milliseid päikesekütteseadmeid soovite tarnida. Omades andmeid nende toimivuse kohta, saate ligikaudselt määrata oma vajaduste katmiseks vajalike elementide arvu.

Lisaks päikesesüsteemi komponentide arvu määramisele on vaja kindlaks määrata paagi maht, kuhu kogutakse kuuma vee jaoks kuuma vett. Seda saab hõlpsasti teha, teades oma pere tegelikke kulutusi. Kui teil on paigaldatud soojaveearvesti ja teil on andmeid mitme aasta kohta, saate arvutada keskmise tarbimise päevas (kuu keskmine tarbimine jagatud päevade arvuga). See on ligikaudu teie jaoks vajaliku paagi suurus. Kuid paaki tuleb võtta umbes 20% varuga. Igaks juhuks.

Kui sooja veevarustust või arvestit pole, saate kasutada tarbimismäärasid. Üks inimene tarbib keskmiselt 100-150 liitrit vett päevas. Teades, kui palju inimesi majas alaliselt elab, arvutate paagi vajaliku mahu: määr korrutatakse elanike arvuga.

Peab kohe ütlema, et Kesk-Venemaa jaoks on ratsionaalne (tasuvuse mõttes) päikeseküttesüsteem, mis katab umbes 30% soojuse vajadusest ja varustab täielikult. kuum vesi. See on keskmine tulemus: mõnel kuul tagab päikesesüsteem kütte 70-80%, mõnel (detsember-jaanuar) aga vaid 10%. Jällegi sõltub palju tüübist päikesepaneelid ja elukohapiirkond.

Ja see ei ole ainult "põhja" või "lõuna" küsimus. See puudutab päikesepaisteliste päevade arvu. Näiteks väga külmas Tšukotkas on päikeseküte väga tõhus: päike paistab seal peaaegu alati. Inglismaa märksa pehmemas kliimas igaveste ududega on selle efektiivsus ülimalt madal.
;

Tulemused

Vaatamata paljudele kriitikutele, kes räägivad päikeseenergia ebaefektiivsusest ja ka pikaajaline tasuvus, üha enam inimesi läheb vähemalt osaliselt sellele üle alternatiivsed allikad. Lisaks säästmisele köidab paljusid sõltumatus riigist ja selle hinnapoliitika. Et mitte asjatult investeeritud summasid kahetseda, võite esmalt läbi viia katse: teha oma kätega üks päikesepatareipaigaldistest ja otsustada ise, kui palju see teid köidab (või mitte).

Detsembri pärastlõunal genereeris Zürichist mitte kaugel füüsik A. Fischer auru; see oli siis, kui päike oli madalaimas punktis ja õhutemperatuur oli 3°C. Päev hiljem soojendas päikesekollektor pindalaga 0,7 m2 30 liitrit külm vesi aia veevarustusest kuni +60°С.

Talvel päikeseenergiat saab hõlpsasti kasutada siseõhu soojendamiseks. Kevadel ja sügisel, kui on sageli päikesepaisteline, kuid külm, päikeseküte tubades ei ole põhikütet. See võimaldab säästa veidi energiat ja seega ka raha. Majade puhul, mida kasutatakse harva või hooajaliselt (suvilad, bangalod), on päikeseküte eriti kasulik talvel, sest. välistab seinte liigse jahutamise, vältides niiskuse kondenseerumisest ja hallitusest tingitud hävimist. Seega vähenevad iga-aastased tegevuskulud põhimõtteliselt.

Majade kütmisel päikesesoojuse abil on vaja lahendada arhitektuursetest ja konstruktsioonielementidest lähtuvate ruumide soojusisolatsiooni probleem, s.o. loomise ajal tõhus süsteem päikeseküte peaks ehitama maju, millel on head soojusisolatsiooni omadused.

Küttekulu
Lisaküte

Päikeseenergia panus kodu kütmisse
Kahjuks ei lange Päikeselt soojuse sisendperiood alati faasis kokku soojuskoormuste ilmnemise perioodiga.

Suurem osa suveperioodil meie käsutuses olevast energiast läheb kaotsi pideva nõudluse puudumise tõttu (tegelikult on kollektorisüsteem teatud määral isereguleeruv süsteem: kui kanduri temperatuur jõuab tasakaaluväärtus, soojuse neeldumine peatub, kuna päikesekollektori soojuskaod muutuvad võrdseks tajutava soojusega).

Päikesekollektori poolt neelatud kasuliku soojuse hulk sõltub 7 parameetrist:

1. sissetuleva päikeseenergia hulk;
2. optilised kaod läbipaistvas isolatsioonis;
3. päikesekollektori soojust vastuvõtva pinna neelavad omadused;
4. soojuse ülekande efektiivsus jahutusradiaatorilt (päikesekollektori soojust vastuvõtvalt pinnalt vedelikku, s.o jahutusradiaatori kasuteguri väärtusest);
5. läbipaistva soojusisolatsiooni läbilaskvus, mis määrab soojuskao taseme;
6. päikesekollektori soojust vastuvõtva pinna temperatuur, mis omakorda sõltub jahutusvedeliku kiirusest ja jahutusvedeliku temperatuurist päikesekollektori sisselaskeava juures;
7. välistemperatuur.

Päikesekollektori kasutegur, s.o. kasutatud energia ja langeva energia suhe määratakse kõigi nende parameetritega. Soodsates tingimustes võib see ulatuda 70% -ni ja ebasoodsates tingimustes langeda 30% -ni. Efektiivsuse täpse väärtuse saab esialgsest arvutusest saada ainult süsteemi käitumist täielikult modelleerides, võttes arvesse kõiki ülaltoodud tegureid. On ilmne, et sellist probleemi saab lahendada ainult arvuti abil.

Kuna päikesekiirguse vootihedus on pidevas muutumises, on arvutushinnanguteks võimalik kasutada kiirguse summaarseid summasid päevas või isegi kuus.

Tabelis. 1 näitena on toodud:

Tabel 1. Igakuised päikesekiirguse kogused Kew linnas (Londoni lähedal)

Tabel näitab, et optimaalse kaldenurgaga pind saab (keskmiselt 8 talvekuud) umbes 1,5 korda rohkem energiat kui horisontaalne pind. Kui horisontaalpinnale saabuva päikesekiirguse summad on teada, siis kaldpinnaks teisendamiseks saab need korrutada selle koefitsiendi (1,5) ja päikesekollektori kasuteguri aktsepteeritud väärtuse korrutisega, mis võrdub 40-ga. %, s.o.

1,5*0,4=0,6

See annab kasuliku energia koguse, mille kald soojust vastuvõttev pind teatud aja jooksul neelab.

Päikeseenergia efektiivse panuse määramiseks hoone soojavarustusse kasvõi käsitsi arvutades on vaja koostada vähemalt igakuised Päikeselt saadud nõudluse ja kasuliku soojuse bilansid. Selguse huvides kaaluge näidet.

Kasutades ülaltoodud andmeid ja võttes arvesse maja, mille soojuskadu on 250 W/°C, on asukoha aastane kraadpäev 2800 (67200°C*h). ja päikesekollektorite pindala on näiteks 40 m2, siis saadakse järgmine jaotus kuude lõikes (vt tabel 2).

Tabel 2. Päikeseenergia efektiivse panuse arvutamine

Küttekulu
Olles arvutanud Päikese poolt pakutava soojushulga, tuleb see esitada rahas.

Toodetud soojuse maksumus sõltub:

Nii saadud tegevuskulusid saab seejärel võrrelda päikeseküttesüsteemi kapitalikuludega.

Vastavalt sellele, kui eeldada, et ülaltoodud näites kasutatakse päikeseküttesüsteemi traditsioonilise küttesüsteemi asemel, mis tarbib näiteks gaaskütust ja toodab soojust hinnaga 1,67 rubla / kWh, siis selleks, et aasta säästu määramiseks on vaja 8358 kWh päikeseenergiast (vastavalt tabelis 2 toodud arvutustele 40 m2 kollektoripinna kohta), mis on korrutatud 1,67 rubla / kWh-ga, mis annab

8358 * 1,67 \u003d 13957,86 rubla.

Lisaküte
Üks küsimusi, mida kõige sagedamini küsivad inimesed, kes soovivad mõista päikeseenergia kasutamist kütmisel (või mõnel muul eesmärgil), on küsimus: "Mida sa teed, kui päike ei paista?" Olles mõistnud energia salvestamise mõistet, esitavad nad järgmise küsimuse: "Mida teha, kui akus pole enam soojusenergiat?" Küsimus on õigustatud ja vajadus üleliigse, sageli traditsioonilise süsteemi järele on peamiseks komistuskiviks päikeseenergia laialdasele kasutuselevõtule alternatiivina olemasolevatele energiaallikatele.

Kui päikeseküttesüsteemi võimsus ei ole piisav hoone ülalpidamiseks külma ja pilvise ilmaga, võivad tagajärjed isegi kord talvel olla piisavalt tõsised, et eeldada tavapärase täismahus küttesüsteemi kasutamist. varukoopia. Enamik päikeseenergiaga köetavaid hooneid vajab täielikku varusüsteemi. Praegu tuleks enamikus valdkondades päikeseenergiat pidada traditsiooniliste energialiikide tarbimise vähendamise vahendiks, mitte nende täielikuks asendajaks.

Tavalised küttekehad sobivad asendamiseks, kuid on palju muid alternatiive, näiteks:

Kaminad;
- puupliidid;
- puuküttekehad.

Oletame aga, et me tahtsime teha päikeseküttesüsteemi, mis oleks piisavalt suur, et pakkuda ruumi kõige rohkem soojust ebasoodsad tingimused. Kuna väga külmade päevade ja pikkade pilvise ilma kombinatsioon on haruldane, lisamõõtmed päikeseenergia elektrijaam(kollektor ja aku), mida nendel juhtudel vaja oleks, oleks suhteliselt väikese kütusesäästu juures liiga kallis. Lisaks töötab süsteem enamasti nimivõimsusest väiksema võimsusega.

Päikeseküttesüsteem, mis on kavandatud varustama 50% küttekoormusest, suudab anda piisavalt soojust vaid 1 päevaks väga külma ilmaga. Päikesesüsteemi suuruse kahekordistamisega tagatakse maja soojusega 2 külma pilvise päeva jooksul. Kui periood on pikem kui 2 päeva, on hilisem suuruse suurendamine sama põhjendamatu kui eelmine. Lisaks esineb pehme ilmaga perioode, mil teist korda ei ole vaja.

Kui nüüd suurendada küttesüsteemi kollektorite pindala veel 1,5 korda, et vastu pidada 3 külma ja pilvise päevaga, siis teoreetiliselt piisab, kui katta 1/2 kogu maja vajadusest. talve jooksul. Kuid praktikas ei pruugi see muidugi nii olla, sest vahel tuleb 4 (või enam) päeva järjest külma pilves ilma. Selle 4. päeva arvestamiseks vajame päikeseküttesüsteemi, mis suudaks teoreetiliselt koguda 2 korda rohkem soojust, kui hoone kütteperioodil vajab. On selge, et külmad ja pilvised perioodid võivad olla pikemad, kui päikeseküttesüsteemi projekteerimisel ette nähtud. Mida suurem on kollektor, seda vähem intensiivselt kasutatakse iga täiendavat selle suurust, seda vähem säästetakse energiat kollektori pinnaühiku kohta ja seda väiksem on investeeringutasuvus iga täiendava pinnaühiku kohta.

Küll aga on püütud julgelt koguda päikesekiirgusest saadavat soojusenergiat kogu küttevajaduse katmiseks ning abiküttesüsteemist loobuda. Kui harva välja arvata sellised süsteemid nagu G. Hay päikesemaja, on pikaajaline soojuse salvestamine võib-olla ainus alternatiiv abisüsteemile. Hr Thomason jõudis oma esimeses kodus Washingtonis peaaegu 100% päikeseküttele; vaid 5% küttekoormusest kattis tavaline õliküttega küttekeha.

Kui abisüsteem katab vaid väikese protsendi kogu koormusest, siis on mõttekas kasutada elektrikütet, hoolimata asjaolust, et see nõuab elektrijaamas märkimisväärse koguse energia tootmist, mis seejärel muundatakse kütteks soojuseks. (1 kWh soojusenergia tootmiseks hoones kulub elektrijaamas 10500 ... 13700 kJ). Enamasti tuleb elektrikeris odavam kui õli- või gaasipliit ning hoone kütmiseks kuluv suhteliselt väike elektrienergia võib selle kasutamist õigustada. Lisaks on elektrikeris vähem materjalimahukas seade, kuna elektrispiraalide valmistamiseks kasutatakse suhteliselt väikest materjalikogust (võrreldes küttekehaga).

Kuna päikesekollektori kasutegur tõuseb oluliselt madalatel temperatuuridel töötades, tuleb küttesüsteem projekteerida nii, et see kasutaks võimalikult madalaid temperatuure - isegi 24...27°C tasemel. Thomasoni sooja õhu süsteemi üks eeliseid on see, et see jätkab akust kasuliku soojuse eraldamist toatemperatuurile lähedasel temperatuuril.

Uues ehituses küttesüsteemid võib eeldada madalamate temperatuuride kasutamist, näiteks pikendades sooja vee torukujulisi radiaatoreid, suurendades kiirguspaneelide suurust või suurendades õhuhulka madalamal temperatuuril. Disainerid valivad kõige sagedamini ruumide soojendamise sooja õhuga või suurendatud kiirguspaneelide kasutamise. Õhkküttesüsteem kasutab madalal temperatuuril salvestatud soojust kõige paremini ära. Kiirgusküttepaneelidel on pikk viivitus (süsteemi sisselülitamise ja õhuruumi soojendamise vahel) ja need nõuavad tavaliselt kõrgemat töötemperatuuri kui kuumaõhusüsteemid. Seetõttu ei kasutata salvestusseadmest saadavat soojust täielikult ära madalamatel temperatuuridel, mis on vastuvõetavad süsteemide jaoks, millel on soe õhk, ja sellise süsteemi üldine tõhusus on madalam. Kiirguspaneelisüsteemi mõõtmete ületamine õhuga sarnaste tulemuste saavutamiseks võib kaasa tuua märkimisväärseid lisakulusid.

Suurendada süsteemi üldist efektiivsust (päikeseküte ja lisavarusüsteem) ja samal ajal vähendada üldkulusid, kõrvaldades seisakuid koostisosad, on paljud disainerid valinud päikesekollektori ja aku integreerimise tee abisüsteemiga. Levinud on sellised koostiselemendid, Kuidas:

Fännid;
- pumbad;
- soojusvahetid;
- juhtorganid;
- torud;
- õhukanalid.

Artiklis Systems Engineering toodud arvud näitavad erinevaid skeeme sellised süsteemid.

Süsteemidevaheliste liideste kavandamise lõks on juhtimisseadmete ja liikuvate osade arvu suurenemine, mis suurendab mehaaniliste rikete tõenäosust. Kiusatus tõsta efektiivsust 1-2% võrra, lisades süsteemide liitekohta veel ühe seadme, on peaaegu vastupandamatu ja võib olla päikeseküttesüsteemi rikke kõige levinum põhjus. Tavaliselt ei tohiks lisakütteseade soojendada päikesesoojuse akumulaatori kambrit. Kui see juhtub, on päikesesoojuse kogumise faas vähem efektiivne, kuna see protsess toimub peaaegu alati rohkem kõrged temperatuurid Oh. Teistes süsteemides parandab aku temperatuuri langetamine hoone soojuse kasutamise tõttu süsteemi üldist efektiivsust.

Selle vooluahela muude puuduste põhjused on tingitud aku suurtest soojuskadudest selle pidevalt kõrgete temperatuuride tõttu. Süsteemides, kus abiseadmed akut ei soojenda, kaotab viimane oluliselt vähem soojust, kui päikest pole mitu päeva. Ka selliselt projekteeritud süsteemides on mahuti soojuskadu 5...20% kogu päikeseküttesüsteemi neelavast soojusest. Soojendusega akuga abiseadmed, on soojuskadu palju suurem ja seda saab õigustada ainult siis, kui akukonteiner asub hoone köetavas ruumis

Päikeseküttesüsteemid

4.1. Päikesesüsteemide klassifikatsioon ja põhielemendid

Päikeseküttesüsteemid on süsteemid, mis kasutavad soojusenergia allikana päikesekiirgust. Nende iseloomulik erinevus teistest madala temperatuuriga küttesüsteemidest on spetsiaalse elemendi - päikesevastuvõtja - kasutamine, mis on mõeldud päikesekiirguse püüdmiseks ja selle muundamiseks soojusenergiaks.

Päikesekiirguse kasutamise meetodi järgi jaotatakse päikese madala temperatuuriga küttesüsteemid passiivseteks ja aktiivseteks.

Päikeseküttesüsteeme nimetatakse passiivseteks, milles hoone ise või selle üksikud piirded (kollektorhoone, kollektorsein, kollektorkatus jne) toimivad elemendina, mis võtab vastu päikesekiirgust ja muudab selle soojuseks (joonis 4.1.1 )) .

Riis. 4.1.1 Passiivne madala temperatuuriga päikeseküttesüsteem “kollektorsein”: 1 – Päikesekiired; 2 – poolläbipaistev ekraan; 3 - õhusiiber; 4 - kuumutatud õhk; 5 - jahutatud õhk ruumist; 6 - seinamassiivi enda pikalaineline soojuskiirgus; 7 - seina musta kiirgust vastuvõttev pind; 8 - rulood.

Aktiivseks nimetatakse madala temperatuuriga päikeseküttesüsteeme, milles päikesevastuvõtja on iseseisev eraldiseisev seade, mis ei ole hoonega seotud. Aktiivsed päikesesüsteemid võib jagada järgmisteks osadeks:

otstarbe järgi (sooja veevarustus, küttesüsteemid, soojus- ja külmavarustuse kombineeritud süsteemid);

kasutatud jahutusvedeliku tüübi järgi (vedelik - vesi, antifriis ja õhk);

töö kestuse järgi (aastaringselt, hooajaliselt);

vastavalt skeemide tehnilisele lahendusele (ühe-, kahe-, mitmeahelaline).

Õhk on laialdaselt kasutatav jahutusvedelik, mis ei külmu kogu tööparameetrite ulatuses. Soojuskandjana kasutamisel on võimalik kombineerida küttesüsteeme ventilatsioonisüsteemiga. Õhk on aga väikese soojusvõimsusega soojuskandja, mis toob kaasa metallikulu suurenemise õhkküttesüsteemide paigaldamisel võrreldes veesüsteemidega.

Vesi on soojusintensiivne ja laialdaselt kättesaadav jahutusvedelik. Kuid temperatuuril alla 0°C on vaja lisada antifriisi. Lisaks tuleb arvestada, et hapnikuga küllastunud vesi põhjustab torustike ja aparatuuri korrosiooni. Kuid metalli tarbimine vee-päikesesüsteemides on palju väiksem, mis aitab suurel määral kaasa nende laiemale kasutamisele.

Hooajalised sooja vee päikesesüsteemid on tavaliselt üheahelalised ja töötavad suvel ja üleminekukuudel positiivse välistemperatuuriga perioodidel. Olenevalt hooldatava objekti eesmärgist ja töötingimustest võib neil olla täiendav soojusallikas või ilma selleta hakkama saada.

Päikesesüsteemid hoonete kütmiseks on tavaliselt kahe- või enamasti mitmeahelalised ning erinevatel ahelatel saab kasutada erinevaid soojuskandjaid (näiteks päikesekontuuris antifriisi vedelike vesilahused, vahekontuurides vesi ja õhk tarbijaahelas).

Hoonete soojuse ja külmaga varustamiseks mõeldud aastaringsed kombineeritud päikesesüsteemid on mitmeahelalised ja sisaldavad täiendavat soojusallikat traditsioonilise orgaanilisel kütusel töötava soojusgeneraatori või soojustrafo näol.

elektriskeem päikeseküttesüsteem on näidatud joonisel 4.1.2. See sisaldab kolme tsirkulatsiooniahelat:

esimene ahel, mis koosneb päikesekollektoritest 1, tsirkulatsioonipumbast 8 ja vedelsoojusvahetist 3;

teine ​​ahel, mis koosneb akumulatsioonipaagist 2, tsirkulatsioonipumbast 8 ja soojusvahetist 3;

kolmas ahel, mis koosneb akumulatsioonipaagist 2, tsirkulatsioonipumbast 8, vesi-õhk soojusvahetist (küttekehast) 5.

Riis. 4.1.2. Päikeseküttesüsteemi skemaatiline diagramm: 1 - päikesekollektor; 2 - säilituspaak; 3 - soojusvaheti; 4 - hoone; 5 - kütteseade; 6 - küttesüsteemi alaõpe; 7 - sooja veevarustuse varusüsteem; 8 - tsirkulatsioonipump; 9 - ventilaator.

Päikeseküttesüsteem töötab järgmiselt. Päikesekollektorites 1 soojendatud soojusvastuvõtukontuuri jahutusvedelik (antifriis) siseneb soojusvahetisse 3, kus antifriisi soojus kandub toimel soojusvaheti 3 rõngakujulises ruumis ringlevale veele. sekundaarahela pumbast 8. Kuumutatud vesi siseneb akumulatsioonipaaki 2. Vesi võetakse akumulatsioonipaagist sooja vee etteandepumba 8 abil, viiakse vajadusel dublieris 7 vajaliku temperatuurini ja siseneb hoone soojaveevarustussüsteemi. Säilituspaaki toidetakse veevärgist.

Kütmiseks suunatakse vesi akumulatsioonipaagist 2 kolmanda ahela 8 pumba abil küttekehasse 5, mille kaudu õhk juhitakse ventilaatori 9 abil ja soojenemisel siseneb see hoonesse 4. päikesekiirguse või päikesekollektorite tekitatud soojusenergia nappuse korral lülitatakse töö sisse varu 6.

Päikese soojusvarustussüsteemi elementide valiku ja paigutuse määravad igal juhul kliimategurid, rajatise eesmärk, soojuse tarbimise režiim ja majandusnäitajad.

4.2. Kontsentreeruvad päikesevastuvõtjad

Kontsentreeruvad päikesevastuvõtjad on poleeritud metallist sfäärilised või paraboolsed peeglid (joonis 4.2.1), mille fookusesse on paigutatud soojust vastuvõttev element (päikesekatel), mille kaudu ringleb jahutusvedelik. Soojuskandjana kasutatakse vett või mittekülmuvaid vedelikke. Kasutades vett soojuskandjana öösel ja külmal perioodil, tuleb süsteem tühjendada, et vältida selle külmumist.

Päikesekiirguse püüdmise ja muundamise protsessi kõrge efektiivsuse tagamiseks peab kontsentreeriv päikesevastuvõtja olema pidevalt suunatud rangelt Päikesele. Selleks on päikesevastuvõtja varustatud jälgimissüsteemiga, sealhulgas päikese suunaanduriga, elektroonilise signaali muundamisseadmega, elektrimootoriga koos käigukastiga päikesevastuvõtja konstruktsiooni kahes tasapinnas pööramiseks.

Riis. 4.2.1. Kontsentreeruvad päikesevastuvõtjad: a - paraboolkontsentraator; b – paraboolse küna kontsentraator; 1 - päikesekiired; 2 - soojust vastuvõttev element (päikesekollektor); 3 - peegel; 4 – jälgimissüsteemi ajamimehhanism; 5 - jahutusvedelikku varustavad ja tühjendavad torustikud.

Kontsentreeruvate päikesevastuvõtjatega süsteemide eeliseks on võime tekitada suhteliselt kõrgel temperatuuril (kuni 100 °C) soojust ja ühtlast auru. Puuduste hulgas on ehituse kõrge hind; vajadus peegeldavate pindade pideva tolmust puhastamise järele; töötada ainult valgel ajal ja seetõttu on vaja suuri akusid; suur energiatarve Päikese kursi jälgimissüsteemi juhtimiseks, mis on proportsionaalne genereeritud energiaga. Need puudused takistavad aktiivsete madala temperatuuriga päikeseküttesüsteemide laialdast kasutamist koos kontsentreeritud päikesevastuvõtjatega. Viimasel ajal kasutatakse madala temperatuuriga päikeseküttesüsteemides kõige sagedamini lamedaid päikesevastuvõtjaid.

4.3. Lamedad päikesekollektorid

Lameplaat päikesekollektor – lameda konfiguratsiooniga neelava paneeli ja lameda läbipaistva isolatsiooniga seade päikesekiirguse energia neelamiseks ja selle soojuseks muundamiseks.

Tasapinnalised päikesekollektorid (joonis 4.3.1) koosnevad klaasist või plastikust kattest (ühekordne, kahekordne, kolmekordne), päikesepoolselt küljelt mustaks värvitud soojust neelavast paneelist, tagaküljest isolatsioonist ja korpusest (metall, plastik , klaas, puit).

Riis. 4.3.1. Lame päikesekollektor: 1 - päikesekiired; 2 - klaasimine; 3 - keha; 4 - soojust vastuvõttev pind; 5 - soojusisolatsioon; 6 - hermeetik; 7 - soojust vastuvõtva plaadi enda pikalainekiirgus.

Soojust vastuvõtva paneelina saate jahutusvedeliku jaoks kasutada mis tahes metall- või plastlehte, millel on kanalid. Soojust vastuvõtvad paneelid on valmistatud kahte tüüpi alumiiniumist või terasest: lehttoru ja stantsitud paneelid (toru lehes). Plastpaneele, mis on tingitud haprusest ja kiirest vananemisest päikesevalguse toimel, samuti madala soojusjuhtivuse tõttu, ei kasutata laialdaselt.

Päikesekiirguse toimel kuumutatakse soojust vastuvõtvad paneelid temperatuurini 70–80 ° C, mis ületavad ümbritseva õhu temperatuuri, mis suurendab paneeli konvektiivset soojusülekannet. keskkond ja oma kiirgus taevasse. Jahutusvedeliku kõrgemate temperatuuride saavutamiseks kaetakse plaadi pind spektraalselt selektiivsete kihtidega, mis neelavad aktiivselt päikese lühilainekiirgust ja vähendavad spektri pikalainelises osas enda soojuskiirgust. Sellised "mustal niklil", "mustal kroomil", alumiiniumil vaskoksiidil, vasel vaskoksiidil ja teistel põhinevad struktuurid on kallid (nende maksumus on sageli proportsionaalne soojust vastuvõtva paneeli enda maksumusega). Teine võimalus lameplaatkollektorite jõudluse parandamiseks on soojuskadude vähendamiseks tekitada soojust neelava paneeli ja läbipaistva isolatsiooni vahele vaakum (neljanda põlvkonna päikesekollektorid).

Päikesekollektoritel põhinevate päikesepatareide käitamise kogemus on näidanud selliste süsteemide mitmeid olulisi puudusi. Esiteks on see kollektsionääride kõrge hind. Nende töö efektiivsuse suurendamine selektiivsete katete, klaaside läbipaistvuse suurendamise, evakueerimise ja jahutussüsteemi seadme tõttu osutuvad majanduslikult kahjumlikuks. Oluliseks puuduseks on vajadus klaasi sagedaseks puhastamiseks tolmust, mis praktiliselt välistab kollektori kasutamise tööstuspiirkondades. Päikesekollektorite pikaajalisel kasutamisel, eriti talvistes tingimustes, esineb nendes sageli rikkeid valgustatud ja tumedate klaasipiirkondade ebaühtlase laienemise tõttu, mis on tingitud klaaside terviklikkuse rikkumisest. Samuti esineb suur protsent kollektori rikkeid transportimisel ja paigaldamisel. Kollektoriga süsteemide oluliseks puuduseks on ka ebaühtlane koormus aasta ja päeva jooksul. Kollektorite töökogemus Euroopa ja Venemaa Euroopa osa tingimustes, kus hajuskiirgus on suur (kuni 50%), näitas, et aastaringse autonoomse kuuma veevarustuse ja küttesüsteemi loomine on võimatu. Kõik keskmistel laiuskraadidel asuvad päikesekollektoriga päikesesüsteemid nõuavad suurte akumulatsioonipaakide paigaldamist ja täiendava energiaallika kaasamist süsteemi, mis vähendab nende kasutamise majanduslikku mõju. Sellega seoses on kõige otstarbekam neid kasutada kõrge keskmise päikesekiirguse intensiivsusega (mitte alla 300 W/m2) piirkondades.

Potentsiaalsed võimalused päikeseenergia kasutamiseks Ukrainas

Ukraina territooriumil on päikesekiirguse energia ühe aasta keskmise valguspäeva kohta keskmiselt 4 kW ∙ tundi 1 m kohta. ruutmeeter. See on umbes sama, mis Kesk-Euroopas, kus päikeseenergia kasutamine on kõige levinum.

Lisaks soodsatele kliimatingimustele Ukrainas on päikeseenergia kasutamise valdkonnas kõrgelt kvalifitseeritud teadustöötajad. Pärast naasmist prof. Boyko B.T. UNESCOst, kus ta juhtis UNESCO rahvusvahelist päikeseenergia kasutamise programmi (1973-1979), alustas intensiivset teaduslikku ja organisatsioonilist tegevust Harkovi Polütehnilises Instituudis (praegu Riiklik Tehnikaülikool). - KhPI) uue materjaliteaduse teadus- ja haridusvaldkonna väljatöötamise kohta päikeseenergia jaoks. Juba 1983. aastal alustati NSVL Kõrgharidusministeeriumi 13. juuli 1983. aasta korraldusega N 885 esmakordselt NSV Liidus kõrghariduse praktikas füüsikute koolitust koos profileerimisega materjaliteaduse alal. alustati Harkovi Polütehnilises Instituudis päikeseenergia eriala "Metallide füüsika" raames. See pani aluse 1988. aastal lõpetanud osakonna "Füüsikaline materjaliteadus elektroonika ja päikeseenergia jaoks" (FMEG) loomisele. FMEG osakond koostöös Instrument Engineering Technology uurimisinstituudiga (Harkov) Ukraina kosmoseprogrammi raames osales tõhusalt ränist päikesepatareide loomisel. 13 - 14% Ukraina kosmoselaevade puhul.

Alates 1994. aastast on FMEG osakond Stuttgarti Ülikooli ja Euroopa Ühenduse ning Zürichi Tehnikaülikooli ja Šveitsi riikliku teadusühingu toel aktiivselt kaasatud teaduslikesse uuringutesse kileliste päikesepatareide väljatöötamise alal.

Kirjeldus:

Sotši olümpiarajatiste projekteerimisel on eriti oluline keskkonnasõbralike taastuvate energiaallikate ja ennekõike päikesekiirguse energia kasutamine. Sellega seoses passiivse väljatöötamise ja rakendamise kogemus päikesesüsteemid soojusvarustus elamutes ja ühiskondlikud hooned Liaoningi provintsis (Hiina), sest geograafiline asukoht Ja kliimatingimused sellest Hiina osast on võrreldavad Sotši omadega.

Hiina Rahvavabariigi kogemus

Zhao Jinling, cand. tehnika. Sci., Daliani polütehniline ülikool (PRC), tööstusliku soojus- ja elektrisüsteemide osakonna praktikant,

A. Ya. Shelginsky, tehnikadoktor. teadused, prof., teadus. Juhataja, MPEI (TLÜ), Moskva

Sotši olümpiarajatiste projekteerimisel on eriti oluline keskkonnasõbralike taastuvate energiaallikate ja ennekõike päikesekiirguse energia kasutamine. Sellega seoses pakuvad huvi passiivsete päikeseküttesüsteemide arendamise ja rakendamise kogemus Liaoningi provintsis (Hiina) elamutes ja avalikes hoonetes, kuna selle Hiina osa geograafiline asukoht ja kliimatingimused on võrreldavad Sotši omadega. .

Taastuvate energiaallikate (TAV) kasutamine soojusvarustussüsteemides on praegu asjakohane ja väga paljutõotav, eeldusel, et seda küsimust käsitletakse pädevalt, kuna traditsioonilised energiaallikad (nafta, gaas jne) ei ole piiramatud. Sellega seoses on paljud riigid, sealhulgas Hiina, minemas üle keskkonnasõbralike taastuvate energiaallikate kasutamisele, millest üks on päikesekiirguse soojus.

Päikesekiirguse soojuse tõhusa kasutamise võimalus Hiina Rahvavabariigis sõltub piirkonnast, kuna kliimatingimused riigi eri osades on väga erinevad: parasvöötme mandriosast (lääne ja põhjaosa) kuumade suvede ja karmide talvedega, subtroopiline. riigi keskpiirkondades kuni troopilise mussoonini lõunarannikul ja saartel, määratakse selle territooriumi geograafilise asukoha järgi, kus objekt asub (tabel).

Liaoningi provintsis on päikesekiirguse intensiivsus 5000 kuni 5850 MJ/m2 aastas (Sotšis umbes 5000 MJ/m2 aastas), mis võimaldab hoonete kütte- ja jahutussüsteeme aktiivselt kasutada vastavalt kasutusviisile. päikesekiirguse energiast. Sellised päikesekiirguse ja välisõhu soojust muundavad süsteemid võib jagada aktiivseteks ja passiivseteks.

Passiivsed päikeseküttesüsteemid (PSTS) kasutavad soojendatud õhu loomulikku tsirkulatsiooni (joonis 1), st gravitatsioonijõude.

Aktiivsetes päikeseküttesüsteemides (joonis 2) kasutatakse selle töö tagamiseks täiendavaid energiaallikaid (näiteks elekter). Päikesekiirguse soojus siseneb päikesekollektoritesse, kus see osaliselt akumuleerub ja kandub üle vahesoojuskandjale, mis transporditakse pumpadega ja jaotatakse ruumidesse.

Võimalikud on nullkütte ja külma tarbimisega süsteemid, kus siseõhu vastavad parameetrid tagatakse ilma täiendavate energiakuludeta, mis on tingitud:

• vajalik soojusisolatsioon;
• valik ehitusmaterjalid vastavate soojus- ja külmasalvestusomadustega hooned;
• vastavate omadustega täiendavate soojus- ja külmaakude süsteemis kasutamine.

Joonisel fig. Joonisel 3 on kujutatud hoone passiivse soojusvarustussüsteemi täiustatud tööskeem koos elementidega (kardinad, ventiilid), mis võimaldavad täpsemalt reguleerida siseõhu temperatuuri. Hoone lõunapoolsele küljele on paigaldatud nn Trombe sein, mis koosneb massiivsest seinast (betoon, tellis või kivi) ja klaasvaheseinast, mis paigaldatakse väljastpoolt seinast väikesele kaugusele. Massiivse seina välispind on sisse värvitud tumedat värvi. Klaasvaheseina kaudu soojendatakse massiivset seina ning klaasvaheseina ja massiivse seina vahelist õhku. Köetav massiivne sein kannab kiirguse ja konvektiivse soojusülekande tõttu kogunenud soojuse tuppa. Seega ühendab see disain kollektori ja soojusakumulaatori funktsioonid.

Klaasvaheseina ja seina vahelises vahekihis olevat õhku kasutatakse jahutusvedelikuna, et varustada ruumi soojusega külmal ajal ja päikesepaistelisel päeval. Kardinaid kasutatakse selleks, et vältida öisel külmal perioodil soojuse väljavoolu keskkonda ja soojal perioodil päikesepaistelistel päevadel liigset soojavõitu, mis vähendab oluliselt soojusülekannet massiivse seina ja väliskeskkonna vahel.

Kardinad on valmistatud hõbedase kattega mittekootud materjalidest. Vajaliku õhuringluse tagamiseks kasutatakse õhuklappe, mis asuvad massiivse seina ülemises ja alumises osas. Õhuklappide töö automaatne juhtimine võimaldab säilitada vajalikke soojuse sisse- või väljavoolusid hooldatavas ruumis.

Passiivne päikeseküttesüsteem töötab järgmiselt:

1. Külmal ajal (küte):

• päikesepaisteline päev - kardin on üles tõstetud, klapid on avatud (joonis 3a). See viib massiivse seina kuumutamiseni läbi klaasvaheseina ja õhu soojendamiseni vahekihis klaasist vahesein ja seina. Soojus siseneb ruumi köetavast seinast ja kihis soojendatud õhust, ringledes läbi kihi ja ruumi mõjul. gravitatsioonijõud põhjustatud õhutiheduse erinevusest erinevatel temperatuuridel (looduslik tsirkulatsioon);
• öö, õhtu või pilvine päev - kardin on maas, klapid on suletud (joonis 3b). Soojusülekanne väliskeskkonda väheneb oluliselt. Temperatuuri ruumis hoiab soojuse vastuvõtmine massiivselt seinalt, mis on kogunud selle päikesekiirguse soojuse;

2. Soojal ajal (jahutamine):

• päikesepaisteline päev - kardin on langetatud, alumised klapid on avatud, ülemised on suletud (joonis 3c). Kardin kaitseb massiivse seina soojenemist päikesekiirguse eest. välisõhk siseneb tuppa maja varjutatud küljelt ja väljub läbi klaasvaheseina ja seina vahelise kihi keskkonda;
• öö, õhtu või pilvine päev - kardin on üles tõstetud, alumised klapid on avatud, ülemised suletud (joonis 3d). Välisõhk siseneb ruumi vastaspool kodus ja väljub keskkonda läbi klaasvaheseina ja massiivse seina vahelise kihi. Sein jahutatakse konvektiivse soojusvahetuse tulemusena vahekihti läbiva õhuga ja soojuse väljavoolu tõttu kiirgusega keskkonda. Päevasel ajal jahutatud sein hoiab ruumis vajaliku temperatuuri.

Ehitiste passiivsete päikeseküttesüsteemide arvutamiseks mittestatsionaarse soojusülekande matemaatilised mudelid at loomulik konvektsioon tagada ruumidele vajalikud temperatuuritingimused, olenevalt hoone välispiirete termofüüsikalistest omadustest, päikesekiirguse ja välistemperatuuri päevastest muutustest.

Määrata Dalianis saadud tulemuste usaldusväärsus ja täpsustamine polütehniline ülikool töötas välja, valmistas ja uuris Dalianis asuva passiivsete päikeseküttesüsteemidega elamu eksperimentaalset mudelit. Trombe sein on paigutatud ainult lõunafassaadile, automaatikaga õhuklapid ja kardinad (joon. 3, foto).

Katse käigus kasutasime:

• väike ilmajaam;
• seadmed päikesekiirguse intensiivsuse mõõtmiseks;
• anemograaf RHAT-301 õhu liikumise kiiruse määramiseks ruumis;
• termomeeter TR72-S ja termopaarid ruumitemperatuuri mõõtmiseks.

Eksperimentaalsed uuringud viidi läbi aasta soojal, ülemineku- ja külmal perioodil erinevates ilmastikutingimustes.

Ülesande lahendamise algoritm on toodud joonisel 1. 4.

Katse tulemused kinnitasid saadud arvutuslike seoste usaldusväärsust ja võimaldasid korrigeerida individuaalseid sõltuvusi konkreetseid piirtingimusi arvestades.

Praegu on Liaoningi provintsis palju elamuid ja koole, mis kasutavad passiivseid päikeseküttesüsteeme.

Passiivsete päikeseküttesüsteemide analüüs näitab, et need on teatud kliimapiirkondades teiste süsteemidega võrreldes üsna paljutõotavad järgmistel põhjustel:

• odavus;
• hoolduse lihtsus;
• usaldusväärsus.

Passiivsete päikeseküttesüsteemide miinusteks on asjaolu, et välisõhu temperatuuri muutumisel väljaspool arvutustes võetud piire võivad siseõhu parameetrid erineda nõutavast (arvutuslikust).

Hea energiasäästuefekti saavutamiseks hoonete sooja- ja külmavarustussüsteemides temperatuuritingimuste täpsema hoidmisega ettenähtud piirides on soovitav kombineerida passiivseid ja aktiivseid päikesesoojus- ja külmavarustussüsteeme.

Sellega seoses täiendavad teoreetilised uuringud ja eksperimentaalne töö füüsilised mudelid võttes arvesse varem saadud tulemusi.

Kirjandus

1. Zhao Jinling, Chen Bin, Liu Jingjun, Wang Yongxun Trombe seinaga täiustatud passiivse päikesemaja dünaamiline soojustõhususe simulatsioon ISES Solar Word Congress, 2007, Peking, Hiina, Vols 1-V: 2234-2237.

2. Zhao Jinling, Chen Bin, Chen Cuiying, Sun Yuanyuan Passiivsete päikeseküttesüsteemide dünaamilise soojusvastuse uuring. Harbini Tehnoloogiainstituudi ajakiri (uus seeria). 2007 kd. 14:352–355.

Eramaja päikesekütte ehitamine oma kätega pole nii keeruline ülesanne, kui väheteadlikule võhikule tundub. Selleks on vaja keevitaja oskusi ja materjale, mis on saadaval igas riistvarapoes.

Oma kätega eramaja päikesekütte loomise asjakohasus

Täieliku autonoomia saavutamine on iga eraehitust alustava omaniku unistus. Kuid kas päikeseenergia on tõesti võimeline elamut kütma, eriti kui selle kogumise seade on kokku pandud garaažis?

Olenevalt piirkonnast võib päikesevoog anda alates 50 W/m² pilvisel päeval kuni 1400 W/m² selgel päeval. suvine taevas. Selliste näitajate korral on isegi primitiivne kollektor madala efektiivsusega (45-50%) ja pindalaga 15 ruutmeetrit. suudab toota umbes 7000-10000 kWh aastas. Ja see säästis 3 tonni küttepuid tahkeküttekatla jaoks!

• keskmiselt 900 vatti seadme ruutmeetri kohta;
• vee temperatuuri tõstmiseks on vaja kulutada 1,16 W;
• võttes arvesse ka kollektori soojuskadu, suudab 1 ruutmeetrit soojendada umbes 10 liitrit vett tunnis temperatuurini 70 kraadi;
• ühe inimese jaoks vajaliku 50 liitri kuuma vee saamiseks peate kulutama 3,48 kW;
• pärast hüdrometeoroloogiakeskuse andmete kontrollimist päikesekiirguse võimsuse (W / sq.m) kohta piirkonnas on vaja jagada 3480 W saadud päikesekiirguse võimsusega - see on vajalik pindala päikesekollektor 50 liitri vee soojendamiseks.

Nagu selgub, tõhus küttesüsteem selle rakendamine eranditult päikeseenergia kasutamisega on üsna problemaatiline. Lõppude lõpuks on süngel talvehooajal päikesekiirgust väga vähe ja paigutada kollektor pindalaga 120 ruutmeetrit. alati ei õnnestu.

Niisiis, kas päikesekollektorid ei tööta? Ärge hinnake neid enne tähtaega. Nii et sellise ajami abil saab suvel hakkama ilma boilerita – võimsust jätkub perele sooja veega varustamiseks. Talvel on võimalik energiakulusid vähendada, varustades päikesekollektorist juba soojendatud vett elektriboilerisse.
Lisaks on päikesekollektor suurepäraseks abiliseks soojuspumbale madala temperatuuriga küttega majas (soojad põrandad).

Nii et talvel kasutatakse soojendatud jahutusvedelikku soojad põrandad, ja suvel saab üleliigse soojuse suunata maasoojusringi. See vähendab soojuspumba võimsust.
Pealegi maasoojus ei uuene, nii et aja jooksul tekib mulla paksusesse aina kasvav "külmakott". Näiteks tavapärases maasoojusringis on kütteperioodi alguses temperatuur +5 kraadi ja lõpus -2C. Kütmisel tõuseb algtemperatuur +15 C-ni ja kütteperioodi lõpuks ei lange alla +2C.

Omatehtud päikesekollektori seade

Enesekindlal meistril pole termokollektorit keeruline kokku panna. Võite alustada väikesest seadmest sooja vee pakkumiseks riigis ja eduka katse korral liikuda täieõigusliku päikesejaama loomisega.

Metalltorudest lame päikesekollektor

Lihtsaim teostatav kollektor on lame. Tema seadme jaoks vajate:

• keevitusmasin;
• torud alates roostevabast terasest või vask;
• terasleht;
• karastatud klaas või polükarbonaat;
• puitlauad raami jaoks;
• mittesüttiv isolatsioon, mis talub 200 kraadini kuumutatud metalli;
• kõrgetele temperatuuridele vastupidav mattmust värv.

Päikesekollektori kokkupanek on üsna lihtne:

1. Torud on keevitatud terasleht- see toimib päikeseenergia adsorberina, seega peaks torude sobivus olema võimalikult tihe. Kõik on värvitud matt mustaks.



2. Torudega plekile asetatakse raam nii, et torud oleksid koos sees. Torude sisenemiseks ja väljumiseks puuritakse augud. Kütteseade on paigaldatud. Hügroskoopse materjali kasutamisel peate hoolitsema veekindluse eest - lõppude lõpuks ei kaitse märg isolatsioon enam torusid jahtumise eest.





3. Isolatsioon on fikseeritud OSB leht, kõik vuugid on täidetud hermeetikuga.
4. Adsorberi küljele asetatakse läbipaistev klaas või väikese õhuvahega polükarbonaat. Selle eesmärk on vältida teraslehe jahtumist.
5. Pärast hermeetiku paigaldamist saate klaasi kinnitada puidust aknaklaasihelmestega. See hoiab ära külma õhu sisenemise ja kaitseb klaasi kuumutamisel ja jahutamisel raami kokkusurumise eest.

Kollektori täielikuks toimimiseks vajate akumulatsioonipaaki. Seda saab valmistada plastikust tünn, väljast isoleeritud, millesse on spiraalina paigaldatud päikesekollektoriga ühendatud soojusvaheti. Kuuma vee sisselaskeava peaks olema ülaosas ja külma väljalaskeava all.

Oluline on paak ja kollektor õigesti paigutada. Varustama looduslik ringlus vesi, paak peab olema kollektori kohal ja torud peavad olema püsiva kaldega.

Päikesekütteseade improviseeritud materjalidest

Kui koos keevitusmasin sõprust ei saanud vähendada, käepärast saab teha lihtsa päikeseküttekeha. Näiteks plekkpurkidest. Selleks tehakse põhja augud, pangad ise kinnitatakse üksteise külge hermeetikuga ja istuvad sellel PVC-torude ristmikel. Need on mustaks värvitud ja sobivad klaasi alla raami sisse samamoodi nagu tavalised torud.

Päikeseenergia maja fassaad

Miks mitte kaunistada maja tavalise voodri asemel millegi kasulikuga? Näiteks tehes päikeseküttekeha kogu seina lõunaküljele.

Selline lahendus optimeerib küttekulusid korraga kahes suunas - vähendab energiakulusid ja vähendab oluliselt soojuskadusid täiendav isolatsioon fassaad.

Seadet on lihtne häbistada ja see ei vaja eritööriistu:

• isolatsioonile asetatakse värvitud tsingitud leht;
• peale asetatakse roostevaba teras gofreeritud toru, ka mustaks värvitud;
• kõik on kaetud polükarbonaat lehtedega ja kinnitatud alumiiniumnurkadega.

Kui see meetod tundub keeruline, näitab video tinavalikut, polüpropüleenist torud ja filmid. Kui palju lihtsam!