Az armatúra és a kollektor munkája egy DC generátorban

A napkollektorok használatának sajátosságai

A napkollektorok fő jellemzője, amely megkülönbözteti őket más típusú hőtermelőktől, működésük ciklikus jellege. Ha nincs nap, nincs hőenergia sem. Ennek eredményeként az ilyen hozzáállás éjszaka passzív.

Az átlagos napi hőtermelés közvetlenül függ a nappali órák hosszától. Ez utóbbit egyrészt a terület földrajzi szélessége, másrészt az évszak határozza meg. A nyári időszakban, amely az északi féltekén az inszoláció csúcsa, a kollektor maximális hatékonysággal fog működni. Télen a termelékenység csökken, december-januárban eléri a minimumot.

Télen a napkollektorok hatékonysága nemcsak a nappali órák időtartamának csökkenése, hanem a napfény beesési szögének változása miatt is csökken. A hőellátó rendszerhez való hozzájárulás kiszámításakor figyelembe kell venni a napkollektor teljesítményének az egész évre vonatkozó ingadozásait.

Egy másik tényező, amely befolyásolhatja a napkollektor termelékenységét, a régió klimatikus jellemzői. Hazánk területén sok olyan hely van, ahol a nap egy vastag felhőréteg vagy a ködfátyol mögött rejtőzik évente legalább 200 napig. Felhős időben a napkollektor teljesítménye nem csökken nullára, mivel képes elszórt napfényt megfogni, de jelentősen csökken.

Gyűjtő vízellátó rendszer

Ha egy kollektort tartalmaz a rendszer, akkor bármilyen eszközt telepítenek az áramkörbe, külön ágat fektetnek rá. Ugyanakkor a csövek teljes hossza növekszik, de a következő pozitív szempontok jelennek meg:

1. A vízbevitel minden pontján mindig stabil és egyenlő nyomás lesz;
2. Ha megérinti a reduktor kollektoros kimenetét ebben az ágban, amely alkalmas bármilyen vízvezeték-szerelvényre, beállíthatja a nyomást, és ez eltér a teljes értéktől;
3. A kollektor és a vízelvezetési pont közötti minden bemetszés egyetlen darab cső, amelyet titokban rögzíteni lehet a padlóban, a falban vagy a falfülkében;
4. Bármely vízvezeték szerelvény kikapcsolható anélkül, hogy javítás vagy csere céljából leállítanák a teljes hideg víz vagy meleg víz ellátást.

A kollektor áramkör hátrányai:

1. A hosszabb csőhosszak automatikusan növelik a vezeték hidraulikai ellenállását;
2. A vezeték hosszának növekedése miatt a kollektor nem fog működni a természetes vízkeringés módjában, ami befolyásolhatja a fűtési rendszer választását vagy megváltoztatását;
3. Ha lehetetlen a csőrendszert titokban rögzíteni a falakban vagy a fülkékben, akkor a csövek nagy felhalmozódása megváltoztathatja a belső teret vagy akár a helyiség kialakítását.

A napkollektorok működési elve és típusai

Itt az ideje, hogy néhány szót szóljon a napkollektor felépítéséről és működéséről. Kialakításának fő eleme egy adsorber, amely egy rézlemez, amelyhez hegesztett cső van. A rá eső napsugarak hőjét elnyelve a lemez (és vele együtt a cső) gyorsan felmelegszik. Ez a hő a csövön keresztül keringő folyékony hőhordozóra kerül, amely viszont tovább továbbítja a rendszer mentén.

A fizikai test képessége a nap sugarainak elnyelésére vagy visszaverésére elsősorban a felszín jellegétől függ. Például a tükör felülete tökéletesen visszatükrözi a fényt és a hőt, a fekete viszont éppen ellenkezőleg, elnyeli. Éppen ezért fekete bevonatot visznek fel az adszorber rézlemezére (a legegyszerűbb lehetőség a fekete festék).

Hogyan működik a napkollektor

1. Napkollektor. 2. Puffertartály. 3. Forró víz.

4. Hideg víz. 5. Vezérlő. 6. Hőcserélő.

7. Vízszivattyú. 8. Forró adatfolyam. 9. Hideg patak.

Az is lehetséges, hogy növelje a naptól kapott hő mennyiségét azáltal, hogy kiválasztja a megfelelő üvegt, amely elborítja az adszorbert. A rendes üveg nem elég átlátszó. Ezenkívül vakítóan tükrözi a beeső napsugarak egy részét. A napkollektorokban általában olyan speciális üvegeket próbálnak használni, amelyek alacsony vastartalmúak, ami növeli annak átlátszóságát. A felület által visszavert fény arányának csökkentése érdekében az üvegre fényvisszaverő bevonatot alkalmaznak. És hogy a por és nedvesség ne kerüljön a kollektor belsejébe, ami szintén csökkenti az üveg áteresztőképességét, a tokot lezárva, sőt néha inert gázzal töltik meg.

Mindezen trükkök ellenére a napkollektorok hatékonysága még mindig messze van a 100% -tól, ami a tervezésük tökéletlenségének tudható be. A fűtött adszorber lemez a kapott hő egy részét a környezetbe sugározza, felmelegítve a vele érintkező levegőt. A hőveszteség minimalizálása érdekében az adszorbert le kell szigetelni. Az adsorberek szigetelésének hatékony módjának keresése arra késztette a mérnököket, hogy többféle napkollektort hozzanak létre, amelyek közül a legelterjedtebbek a lapos és a csőszerű vákuumkollektorok.

Lapos napkollektorok

Lapos napkollektorok.
A lapos napkollektor kialakítása rendkívül egyszerű: tetején üveggel borított fémdobozról van szó. Általános szabályként az ásványgyapotot használják a tok aljának és falainak hőszigetelésére. Ez a lehetőség korántsem ideális, mivel nincs kizárva a hő átadása az adszorberből az üvegbe a doboz belsejében lévő levegő segítségével. A kollektoron belül és kívül nagy hőmérséklet-különbség mellett a hőveszteségek meglehetősen jelentősek. Ennek eredményeként a lapos napkollektor, amely tökéletesen működik tavasszal és nyáron, télen rendkívül hatástalanná válik.

Lapos napkollektoros készülék

1. Bemeneti cső. 2. Biztonsági üveg.

3. Abszorpciós réteg. 4. Alumínium váz.

5. Rézcsövek. 6. Hőszigetelő. 7. Kimeneti cső.

Cső alakú vákuum napkollektorok

Cső alakú vákuum napkollektorok.
A napkollektor egy panel, amely nagyszámú, viszonylag vékony üvegcsőből áll. Mindegyikben található egy adszorber. A gáz (levegő) hőátadásának kizárása érdekében a csöveket kiürítjük. Az adszorberek közelében lévő gáz hiányának köszönhető, hogy a vákuumkollektorokat fagyos időben is alacsony hőveszteség jellemzi.

Vákuum elosztó készülék

1. Hőszigetelés. 2. Hőcserélő ház. 3. Hőcserélő (kollektor)

4. Zárt dugó. 5. Vákumcső. 6. Kondenzátor.

7. Abszorbeáló lemez. 8. Hőcső munkafolyadékkal.

Alkalmazások napkollektorokhoz

A napkollektorok, mint bármely más hőtermelő fő célja az épületek fűtése és a víz előkészítése a melegvízellátó rendszer számára. Meg kell még deríteni, hogy a napkollektorok mely típusa a legalkalmasabb egy adott funkció ellátására.

A lapos napkollektorok, mint megtudtuk, tavasszal és nyáron jó teljesítményt nyújtanak, télen azonban hatástalanok. Ebből az következik, hogy nem megfelelő a fűtésre történő felhasználás, amelynek szükségessége pontosan a hideg idő beköszöntével jelentkezik. Ez azonban nem jelenti azt, hogy ennek a berendezésnek egyáltalán nincs vállalkozása.

A lapos kollektoroknak egyetlen vitathatatlan előnyük van - lényegesen olcsóbbak, mint a vákuummodellek, ezért azokban az esetekben, amikor a tervek szerint kizárólag nyáron kívánják használni a napenergiát, érdemes ezeket megvásárolni.A lapos napkollektorok tökéletesen megbirkóznak a víz előkészítésével a meleg vízellátáshoz nyáron. Még gyakrabban használják a szabadtéri medencékben a kellemes hőmérsékletű víz melegítésére.

A csöves vákuumos kollektorok sokoldalúbbak. A téli hideg beköszöntével teljesítményük nem csökken annyira, mint a lapos modelleknél, ami azt jelenti, hogy egész évben használhatók. Ez lehetővé teszi az ilyen napkollektorok használatát nemcsak meleg vízellátáshoz, hanem a fűtési rendszerben is.

Lapos és vákuum napkollektorok összehasonlítása.

A felszerelés költsége

Sok háztulajdonos téved abban a hitben, hogy a kazánház sokrétűje mesés pénzt ér. Vízvezeték üzletekben megtalálható sok modell csengő és síp nélkül, amely csak 200-500 rubelbe kerül. Az ilyen berendezések nem rendelkeznek szabályozó mechanizmusokkal, hőfejekkel és egyéb kiegészítő elemekkel, és legfeljebb 2-3 áramkörre vannak tervezve.

A kibővített funkcionalitású modellek körülbelül 4-5 ezer rubelbe kerülnek egy ház vagy ipari épület tulajdonosának, aki kompetens fűtési rendszert akar szervezni. Egy hosszú, több felső és alsó kimenettel ellátott cső hőfejekkel, áramlásmérőkkel, nyilakkal és egyéb alkatrészekkel lesz ellátva. Az ilyen szerkezeteket gyakran orosz gyártók vagy a szomszédos országok védjegyei gyártják. A legdrágább az automatikus beállítású importált berendezés, amelynek ára 10-16 ezer rubel lesz.

A napkollektorok elrendezése

A napkollektor hatékonysága közvetlenül függ az adszorberre eső napfény mennyiségétől. Ebből következik, hogy a gyűjtőt szabad helyen kell elhelyezni, ahol soha nem esik (vagy legalábbis a leghosszabb ideig) árnyék a szomszédos épületekből, a hegyek közelében elhelyezkedő fákból stb.

Nem csak a gyűjtő elhelyezkedése a lényeg, hanem a tájolása is. Az északi féltekénk legnaposabb oldala a déli, ami azt jelenti, hogy ideális esetben a tározó "tükreit" szigorúan dél felé kell fordítani. Ha ezt technikailag lehetetlen megtenni, akkor a lehető legközelebb kell állnia a déli - délnyugati vagy délkeleti irányhoz.

Nem szabad szem elől téveszteni egy olyan paramétert, mint a napkollektor dőlésszöge. A szög értéke a Nap helyzetének a zenittől való eltérésétől függ, amelyet viszont a berendezés szélességének szélessége határoz meg. Ha a dőlésszöget nem megfelelően állítják be, akkor az optikai energiaveszteség jelentősen megnő, mivel a napfény jelentős része visszaverődik a kollektorüvegből, és ezért nem éri el az elnyelőt.

Gerjesztő tekercsek

Az egyenáramú generátor készülék csak kis elektromos gépeknél használható. Először is, mivel kis fogyasztású készülékeknél az állandó mágnesek használata megengedett. Más esetekben csak a mágnesszelepek - maggal rendelkező tekercsek - vagy gerjesztő tekercsek képesek megfelelő erősségű mágneses fluxust létrehozni. Az elfogyasztott étel típusa szerint a generátorok a következő osztályokba sorolhatók:

• független izgalommal;
• öngerjesztő.

Az első művelethez kiegészítő áramforrásra van szükség. Ez a fő hátránya ennek a géptípusnak, ezért használatuk korlátozott. A független gerjesztésű generátorokban a tekercseket az armatúra táplálja. E rendszer szerint elrendezett elektromos gépek, három típusra oszthatók:

• sönt (párhuzamos gerjesztéssel);
• soros (soros);
• összetett generátorok (párhuzamos és soros gerjesztésű tekercsekkel).

Hogyan válasszuk ki a megfelelő teljesítményű napkollektort?

Ha azt szeretné, hogy otthona fűtési rendszere megbirkózzon azzal a feladattal, hogy fenntartsa a kényelmes hőmérsékletet a helyiségben, és a csapokból forró, nem langyos víz áramlik, és egyidejűleg azt tervezi, hogy napkollektort használ hőgenerátorként, előre ki kell számolnia a szükséges berendezés teljesítményét.

Ugyanakkor figyelembe kell venni a meglehetősen nagy számú paramétert, beleértve a kollektor célját (melegvízellátás, fűtés vagy ezek kombinációja), az objektum hőigényét (a fűtött helyiségek teljes területe ill. átlagos napi melegvíz-fogyasztás), a régió éghajlati jellemzői, a kollektor telepítésének jellemzői.

Elvileg ilyen számítások elvégzése nem olyan nehéz. Az egyes modellek teljesítménye ismert, ami azt jelenti, hogy könnyen megbecsülheti a ház hőellátásához szükséges kollektorok számát. A napkollektorok gyártásával foglalkozó vállalatoknak vannak információik (és meg tudják adni azokat a fogyasztóknak) a berendezés teljesítményének változásáról a terület földrajzi szélességének függvényében, a "tükrök" dőlésszögétől, a tájolásuk a déli irányból stb., ami lehetővé teszi a szükséges korrekciók elvégzését a kollektor teljesítményének kiszámításakor.

A szükséges kollektor kapacitás kiválasztásakor nagyon fontos egyensúlyt elérni a keletkezett hő hiánya és feleslege között. A szakértők azt javasolják, hogy a lehető legnagyobb gyűjtőkapacitásra koncentráljanak, vagyis a számítások során a legeredményesebb nyári szezon mutatóját használják. Ez ellentétes azzal az óhajjal, hogy az átlagfelhasználó árréssel vegyen felszerelést (vagyis a leghidegebb hónap erejével számoljon), hogy a kevésbé napos őszi és téli napokon is elegendő legyen a kollektor hője.

Ha azonban megnövelt teljesítményű napkollektort választ, akkor teljesítményének csúcsán, azaz meleg, napos időben komoly problémával kell szembenéznie: több hő keletkezik, mint amennyit elfogyaszt, és ez az áramkör túlmelegedésével fenyeget. és egyéb kellemetlen következmények ... A probléma megoldására két lehetőség kínálkozik: vagy telepítsen alacsony fogyasztású napkollektort, és télen párhuzamosan csatlakoztasson tartalék hőforrásokat, vagy vásároljon nagy teljesítménytartalékkal rendelkező modellt, és gondoskodjon a felesleges hő elvezetésének módjairól a tavaszi-nyári szezonban. .

A

A vízellátó hálózat elosztócsonkja lehetővé teszi számos eszköz autonóm csatlakoztatását egy bemenethez. Ezenkívül minden eszköznek van személyes kapcsolata, és a vízsugarat közvetlenül a kollektorcsőben vágják el.

Amellett, hogy az elosztó jelenléte lehetővé teszi egy lakás egy vagy több vízvezetékének vízellátásának egy pontból történő kikapcsolását, egy ilyen rendszer kényelmes szociális épületekben, bevásárlóközpontokban vagy szállodákban: ha valahol áramlik, a vízvezeték blokkolása a megfelelő csővezetékben még az épület bekapcsolása nélkül is lehetséges, ahol az esemény történt.

A vízellátás hátrányai az elosztón keresztül:

1. A felhasznált vízvezetékek hossza többször hosszabb lesz, mint a hagyományos rendszer esetén, ami megnöveli a telepítés költségeit.
2. A csöveket nem lehet a falba helyezni, ill. A szerkezet helyet foglal és csökkenti a hasznos területet, és ez kis lakások vagy nem lakóhelyiségek számára jelent problémát.

A rendszer stagnálása

Beszéljünk még egy kicsit a keletkezett hő feleslegével kapcsolatos problémákról. Tehát tegyük fel, hogy telepített egy kellően nagy teljesítményű napkollektort, amely teljes mértékben képes hőt biztosítani otthona fűtési rendszerének. De eljött a nyár, és a fűtés iránti igény megszűnt. Ha egy elektromos kazánt ki lehet kapcsolni, és egy gázkazánt meg lehet szakítani az üzemanyag-ellátásból, akkor nincs energiánk a nap felett - nem tudjuk „kikapcsolni”, ha túl meleg lesz.

A rendszer stagnálása a napkollektorok egyik legnagyobb potenciális problémája. Ha a kollektor áramköréből nem nyer elegendő hőt, a hűtőfolyadék túlmelegszik. Egy bizonyos pillanatban az utóbbi felforralhat, ami a keringés áramkör mentén történő megszűnéséhez vezet. Amikor a hűtőfolyadék lehűl és kondenzálódik, a rendszer folytatja működését. Azonban nem minden típusú hőátadó folyadék nyugodtan adja át az átmenetet a folyadékból a gáz halmazállapotba és fordítva. Egyesek a túlmelegedés következtében kocsonyaszerű konzisztenciát kapnak, ami lehetetlenné teszi az áramkör további működését.

Csak a kollektor által termelt hő stabil eltávolítása segít elkerülni a stagnálást. Ha a berendezés teljesítményének kiszámítását helyesen végzik, akkor a problémák valószínűsége gyakorlatilag nulla.

Még ebben az esetben sem kizárt a vis maior előfordulása, ezért a túlmelegedés elleni védekezés módszereit előre meg kell tervezni:

1. Tartalék tartály felszerelése a forró víz felhalmozásához. Ha a melegvízellátó rendszer fő tartályában a víz eléri a beállított maximumot, és a napkollektor tovább táplálja a hőt, az automatikusan átkapcsol, és a víz már a tartaléktartályban elkezd melegíteni. A létrehozott meleg vízkészlet később, felhős időben felhasználható a háztartási szükségletekre.

2. Fűtött medence vize. Az úszómedencével rendelkező házak tulajdonosainak (akár beltéri, akár kültéri) kiváló lehetőségük van a felesleges hőenergia eltávolítására. A medence térfogata összehasonlíthatatlanul nagyobb, mint bármely háztartási tárolóeszköz térfogata, ami azt jelenti, hogy a benne lévő víz nem melegszik fel annyira, hogy már nem képes elnyelni a hőt.

3. Forró víz elvezetése. Ha nincs lehetőség a felesleges hő hasznos elköltésére, egyszerűen csak kis adagokban ürítheti a fűtött vizet a tárolótartályból a melegvíz-ellátáshoz a csatornába. A tartályba belépő hideg víz csökkenti a teljes térfogat hőmérsékletét, ami tovább távolítja el a hőt az áramkörből.

4. Külső hőcserélő ventilátorral. Ha a napkollektor nagy kapacitású, akkor a hőfelesleg is nagyon nagy lehet. Ebben az esetben a rendszer fel van szerelve egy további hűtőközeggel töltött körrel. Ezt a kiegészítő áramkört egy ventilátorral ellátott és az épületen kívülre szerelt hőcserélő köti össze. Ha fennáll a túlmelegedés veszélye, a felesleges hő bejut a kiegészítő körbe, és a hőcserélőn keresztül a levegőbe "dobódik".

5. Hő leadása a földbe. Ha a házban a napkollektoron kívül földi hőszivattyú van, akkor a felesleges hő a kútba vezethető. Ugyanakkor egyszerre két problémát old meg: egyrészt megvédi a kollektor áramkört a túlmelegedéstől, másrészt helyreállítja a tél folyamán kimerült talaj hőtartalékát.

6. A napkollektor elkülönítése a közvetlen napfénytől. Technikai szempontból ez a módszer az egyik legegyszerűbb. Természetesen nem érdemes felmászni a tetőre, és manuálisan letakarni a kollektort - ez nehéz és nem biztonságos. Sokkal racionálisabb egy távvezérelt redőnyt felszerelni, mint egy redőnyt. Akár a lengéscsillapító vezérlőegységet is csatlakoztathatja a vezérlőhöz - az áramkör veszélyes hőmérséklet-emelkedése esetén a kollektor automatikusan bezáródik.

7. A hűtőfolyadék leeresztése. Ez a módszer kardinálisnak tekinthető, ugyanakkor meglehetősen egyszerű. Ha fennáll a túlmelegedés veszélye, a hűtőfolyadékot egy szivattyú segítségével a rendszer áramkörébe integrált speciális tartályba engedik. Ha a körülmények ismét kedvezővé válnak, a szivattyú visszavezeti a hűtőfolyadékot az áramkörbe, és a kollektor helyreáll.

Az elosztó blokk felszerelése

A fűtőkollektor telepítése megtörténik a kazán közvetlen közelében... A fűtőtestből származó radiátorcsöveket gyakran a padló mentén fektetik le, majd betonozzák és szigetelik a szerkezetet, ami minimalizálja a hőveszteséget. Maga az elosztó blokk egy speciálisan előkészített pajzsba vagy fali fülkébe van felszerelve. Egy speciális fedél lehet csuklós vagy beépített, kiegészítve ajtó- és oldalsó bélyegzéssel, vagy nyitva. Ha nincs lehetőség a szekrény felszerelésére, akkor az elosztó blokkot a falhoz kell rögzíteni, a padlótól alacsony magasságban.

Ha az épület többszintes, akkor az elosztót a ház minden emeletére telepítik, amely lehetővé teszi bármely helyiség fűtését. Egy ilyen rendszer lehetővé teszi egy vagy több fűtőtest, az egész helyiség, egy teljes áramkör szabályozását, csatlakoztatását és leválasztását. Ez kiküszöböli a hűtőközeg-ellátás kikapcsolását más fűtési forrásokból. Raktárakat, folyosókat, folyosókat, szekrényeket használnak helyiségként az elosztócsatorna felszereléséhez.

Egyéb rendszerelemek

Nem elég egyszerűen összegyűjteni a napból kisugárzott hőt. Még mindig szállítani, felhalmozni, átadni a fogyasztóknak, mindezeket a folyamatokat figyelemmel kell kísérni, stb. Ez azt jelenti, hogy a tetőn elhelyezett kollektorok mellett a rendszer sok más alkatrészt is tartalmaz, amelyek kevésbé érezhetőek, de nem kevésbé fontos. Koncentráljunk csak néhányra.

Hőhordozó

A hűtőfolyadék funkciója a kollektorkörben vízzel vagy fagyálló folyadékkal végezhető.

A víznek számos hátránya van, amelyek bizonyos korlátozásokat szabnak a napkollektorokban hőhordozóként történő használatára:

• Először negatív hőmérsékleten megszilárdul. Annak megakadályozása érdekében, hogy a fagyott hűtőfolyadék megrepedjen az áramkör csöveiből, a hideg időjárás közeledtével le kell üríteni, ami azt jelenti, hogy télen még kis mennyiségű hőenergiát sem fog kapni a kollektortól.
• Másodszor, a víz nem túl magas forráspontja nyáron gyakori pangást okozhat.

A nem fagyasztó folyadéknak, a vízzel ellentétben, lényegesen alacsonyabb a fagyáspontja és összehasonlíthatatlanul magasabb a forráspontja, ami növeli a hőhordozóként történő használat kényelmét. Magas hőmérsékleten azonban a "nem fagyás" visszafordíthatatlan változásokon mehet át, ezért védeni kell a túlzott túlmelegedéstől.

Szivattyú napelemes rendszerekhez

A hűtőfolyadék erőltetett keringésének biztosítása érdekében a kollektorkör mentén szivattyú szükséges a napelemes rendszerek számára.

HMV hőcserélő

A hőátadást a napkollektor áramköréből a melegvíz-ellátásba vagy a fűtési rendszer fűtőközegébe hőcserélő segítségével hajtják végre. A meleg víz felhalmozásához általában nagy térfogatú, beépített hőcserélővel ellátott tartályt használnak. Ésszerű két vagy több hőcserélővel ellátott tartályokat használni: ez lehetővé teszi a hő elvételét nemcsak a napkollektorból, hanem más forrásokból is (gáz vagy elektromos kazán, hőszivattyú stb.).

Klasszikus kapcsolási rajz

A ház körüli vízellátó csövek szokásos bekötési diagramja pólusú vagy szekvenciális: a fővezetékről egy csővezetéket irányítanak el, amelyhez a szükséges eszközök és berendezések pólókon és csapokon keresztül csatlakoznak.

Ez a csatlakozási technológia a következő pontokban előnyös:

1. Minimális teljes csőhossz;
2. Alacsony hidraulikus ellenállás a vízellátó rendszerben.

A gyakorlatban ez a séma nem a legjobb oldalról bizonyult - kiderült, hogy jobb, ha egy kapcsolatot fésűvel hajtunk végre. A hagyományos csatlakozás hátránya, hogy ha egyszerre több szelepet nyitnak, az egyikben vagy mindkettőben csökken a nyomás.