Lucrarea armăturii și a colectorului într-un generator de curent continuu

Specificul utilizării colectoarelor solare

Principala caracteristică a colectoarelor solare, care îi deosebește de alte tipuri de generatoare de căldură, este natura ciclică a funcționării lor. Dacă nu există soare, nu există nici energie termică. Drept urmare, astfel de atitudini sunt pasive noaptea.

Producția medie zilnică de căldură depinde direct de durata orelor de lumină. Acesta din urmă este determinat, în primul rând, de latitudinea geografică a zonei și, în al doilea rând, de sezon. În perioada de vară, care este vârful insolației din emisfera nordică, colectorul va funcționa cu eficiență maximă. Iarna, productivitatea sa scade, atingând un minim în decembrie-ianuarie.

În timpul iernii, eficiența colectoarelor solare scade nu numai datorită scăderii duratei orelor de lumină naturală, ci și datorită schimbării unghiului de incidență a soarelui. Fluctuațiile performanței colectorului solar pe tot parcursul anului ar trebui luate în considerare la calcularea contribuției sale la sistemul de alimentare cu căldură.

Un alt factor care poate afecta productivitatea colectorului solar sunt caracteristicile climatice ale regiunii. Pe teritoriul țării noastre există multe locuri în care soarele este ascuns în spatele unui strat gros de nori sau în spatele unui voal de ceață timp de 200 sau mai multe zile pe an. Pe vreme înnorată, performanța colectorului solar nu scade la zero, deoarece este capabil să capteze lumina soarelui împrăștiată, dar scade semnificativ.

Sistem de alimentare cu apă colector

Dacă un colector este inclus în sistem, atunci orice dispozitiv este instalat în circuit, o ramură separată îi va fi pusă. În același timp, lungimea totală a țevilor crește, dar apar următoarele aspecte pozitive:

1. În toate punctele de admisie a apei va exista întotdeauna o presiune stabilă și egală;
2. Când atingeți ieșirea colectorului reductorului din această ramură, potrivită pentru orice corp de instalații sanitare, puteți regla presiunea și va fi diferită de valoarea totală;
3. Fiecare intrare între colector și punctul de extragere a apei este o singură bucată de țeavă care poate fi fixată în secret în podea, în perete sau într-o nișă de perete;
4. Orice instalație sanitară poate fi oprită fără a opri întreaga sursă de apă rece sau apă caldă pentru reparare sau înlocuire.

Dezavantaje ale circuitului colector:

1. Lungimile mai mari ale țevilor cresc automat rezistența hidraulică în linie;
2. Datorită creșterii lungimii liniei, colectorul nu va funcționa în modul de circulație naturală a apei, ceea ce poate afecta alegerea sau schimbarea sistemului de încălzire;
3. Dacă este imposibil să se fixeze sistemul de țevi în secret în pereți sau nișe, atunci o acumulare mare de țevi poate forța să schimbe interiorul sau chiar designul spațiilor.

Principiul de funcționare și tipurile de colectoare solare

Acum este momentul să spunem câteva cuvinte despre structura și funcționarea colectorului solar. Elementul principal al designului său este un adsorbant, care este o placă de cupru cu o țeavă sudată pe ea. Absorbând căldura razelor solare care cad pe ea, placa (și odată cu ea conducta) se încălzește rapid. Această căldură este transferată către purtătorul de căldură lichid care circulă prin conductă, care, la rândul său, îl transportă mai departe de-a lungul sistemului.

Capacitatea corpului fizic de a absorbi sau reflecta razele soarelui depinde în primul rând de natura suprafeței sale. De exemplu, o suprafață a oglinzii reflectă perfect lumina și căldura, dar una neagră, dimpotrivă, absoarbe. De aceea, un strat negru este aplicat pe placa de cupru a adsorbantului (cea mai simplă opțiune este vopseaua neagră).

Cum funcționează colectorul solar

1. Colector solar. 2. Rezervor tampon. 3. Apa fierbinte.

4. Apă rece. 5. Controlor. 6. Schimbător de căldură.

7. Pompă de apă. 8. Flux fierbinte. 9. Curent rece.

De asemenea, este posibil să creșteți cantitatea de căldură primită de la soare alegând sticla corectă care acoperă adsorbantul. Sticla obișnuită nu este suficient de transparentă. În plus, luminează, reflectând o parte din lumina soarelui incidentă. În colectorii solari, de regulă, aceștia încearcă să utilizeze sticlă specială cu un conținut scăzut de fier, ceea ce îi mărește transparența. Pentru a reduce proporția de lumină reflectată de suprafață, un strat antireflex este aplicat pe sticlă. Și pentru ca praful și umezeala să nu pătrundă în colector, ceea ce reduce și capacitatea de sticlă, carcasa este sigilată și uneori chiar umplută cu un gaz inert.

În ciuda tuturor acestor trucuri, eficiența colectoarelor solare este încă departe de 100%, ceea ce se datorează imperfecțiunii designului lor. Placa adsorbantă încălzită radiază o parte din căldura primită în mediu, încălzind aerul în contact cu aceasta. Pentru a minimiza pierderile de căldură, adsorbantul trebuie izolat. Căutarea unei modalități eficiente de izolare a adsorbantului a determinat inginerii să creeze mai multe tipuri de colectoare solare, dintre care cele mai frecvente sunt colectoarele de vid plate și tubulare.

Colectoare solare plate

Colectoare solare plate.
Designul unui colector solar plat este extrem de simplu: este o cutie metalică acoperită cu sticlă deasupra. De regulă, vata minerală este utilizată pentru izolarea termică a fundului și a pereților carcasei. Această opțiune este departe de a fi ideală, deoarece transferul de căldură de la adsorbant la sticlă prin intermediul aerului din interiorul cutiei nu este exclus. Cu o diferență mare de temperatură în interiorul colectorului și în exterior, pierderile de căldură sunt destul de semnificative. Drept urmare, un colector solar plat, care funcționează perfect primăvara și vara, devine extrem de ineficient iarna.

Dispozitiv colector solar plat

1. Conducta de admisie. 2. Geam de siguranta.

3. Stratul de absorbție. 4. Cadru din aluminiu.

5. Tuburi de cupru. 6. Izolator termic. 7. Conducta de evacuare.

Colectoare solare cu vid tubular

Colectoare solare cu vid tubular.
Un colector solar de vid este un panou format dintr-un număr mare de tuburi de sticlă relativ subțiri. În fiecare dintre ele se află un adsorbant. Pentru a exclude transferul de căldură prin gaz (aer), tuburile sunt evacuate. Datorită absenței gazului în apropierea adsorberilor, colectoarele de vid se disting prin pierderi reduse de căldură chiar și pe vreme geroasă.

Dispozitiv colector de vid

1. Izolație termică. 2. Carcasa schimbătorului de căldură. 3. Schimbător de căldură (colector)

4. Fișă sigilată. 5. Tub de vid. 6. Condensator.

7. Placă absorbantă. 8. Conducta de încălzire cu fluid de lucru.

Aplicații pentru colectoarele solare

Scopul principal al colectoarelor solare, ca orice alte generatoare de căldură, este de a încălzi clădirile și de a pregăti apa pentru un sistem de alimentare cu apă caldă. Rămâne să aflăm ce tip de colectoare solare este cel mai potrivit pentru a îndeplini o anumită funcție.

Colectoarele solare plate, așa cum am aflat, au performanțe bune primăvara și vara, dar sunt ineficiente iarna. Din aceasta rezultă că utilizarea lor pentru încălzire, a cărei nevoie apare exact odată cu debutul vremii reci, este inadecvată. Acest lucru, însă, nu înseamnă că nu există deloc afaceri pentru acest echipament.

Colectoarele plate au un avantaj incontestabil - sunt semnificativ mai ieftine decât modelele cu vid, prin urmare, în cazurile în care este planificată utilizarea energiei solare exclusiv vara, este logic să le achiziționați.Colectoarele solare plate fac față perfect sarcinii de pregătire a apei pentru alimentarea cu apă caldă vara. Chiar mai des sunt folosite pentru încălzirea apei la o temperatură confortabilă în bazinele exterioare.

Colectoarele de vid tubulare sunt mai versatile. Odată cu venirea frigului de iarnă, performanța lor nu scade la fel de mult ca în cazul modelelor plate, ceea ce înseamnă că pot fi utilizate tot timpul anului. Acest lucru face posibilă utilizarea unor astfel de colectoare solare nu numai pentru alimentarea cu apă caldă, ci și în sistemul de încălzire.

Compararea colectoarelor solare plate și de vid.

Costul echipamentului

Mulți proprietari de case se înșală în convingerea că o varietate de camere de boiler merită bani fabuloși. În magazinele de instalații sanitare puteți găsi multe modele fără clopote și fluiere, care va costa doar 200-500 de ruble. Astfel de echipamente nu vor avea mecanisme de reglare, capete termice și alte elemente suplimentare și sunt proiectate pentru maximum 2-3 circuite.

Modelele cu funcționalitate extinsă vor costa proprietarul unei case sau clădiri industriale care dorește să organizeze un sistem de încălzire competent, aproximativ 4-5 mii de ruble. O conductă lungă cu mai multe ieșiri de sus și de jos va fi completă cu capete termice, debitmetre, săgeți și alte părți. Astfel de structuri sunt adesea produse de producătorii ruși sau de mărcile comerciale ale țărilor vecine. Cel mai scump este echipamentul importat cu reglare automată, care va costa 10-16 mii de ruble.

Amenajarea colectoarelor solare

Eficiența unui colector solar depinde direct de cantitatea de lumină solară care cade pe adsorbant. Rezultă din aceasta că colectorul ar trebui să fie amplasat într-un spațiu deschis, unde nu cade niciodată o umbră din clădirile învecinate, copaci situați lângă munți etc. (sau cel puțin pentru cel mai mult timp).

Nu contează doar locația colectorului, ci și orientarea acestuia. Cea mai „însorită” parte din emisfera noastră nordică este cea sudică, ceea ce înseamnă că, în mod ideal, „oglinzile” rezervorului ar trebui să fie întoarse strict spre sud. Dacă este tehnic imposibil să faceți acest lucru, atunci ar trebui să alegeți direcția cât mai aproape posibil de sud - sud-vest sau sud-est.

Nu trebuie să pierdem din vedere un astfel de parametru ca unghiul de înclinare al colectorului solar. Valoarea unghiului depinde de abaterea poziției Soarelui față de zenit, care la rândul său este determinată de latitudinea zonei în care echipamentul va fi operat. Dacă unghiul de înclinare nu este setat corect, atunci pierderea de energie optică va crește semnificativ, deoarece o parte semnificativă a soarelui va fi reflectată din sticla colectoră și, prin urmare, nu va ajunge la absorbant.

Înfășurări de excitație

Dispozitivul generator de curent continuu are potențialul de a fi utilizat numai la mașini electrice mici. În primul rând, deoarece pentru dispozitivele cu putere redusă, este permisă utilizarea magneților permanenți. În alte cazuri, numai solenoizii - bobine cu miez - sau înfășurările de excitație pot crea un flux magnetic de rezistență suficientă. După tipul de mâncare pe care o consumă generatoarele pot fi împărțite în următoarele clase:

• cu entuziasm independent;
• excitat de sine.

Pentru prima operație, este necesară o sursă de curent auxiliar. Acesta este principalul dezavantaj al acestui tip de mașină, astfel încât utilizarea lor este limitată. La generatoarele cu excitație independentă, înfășurările sunt alimentate din armătură. Mașini electrice amenajate conform acestei scheme, sunt împărțite la rândul lor în trei tipuri:

• șunt (cu excitație paralelă);
• serial (cu serial);
• generatoare compuse (cu bobine de excitație paralele și în serie).

Cum să alegeți un colector solar cu puterea potrivită

Dacă doriți ca sistemul de încălzire al casei dvs. să facă față sarcinii de a menține o temperatură confortabilă în incintă și apă caldă, nu călduță curgea de la robinete și, în același timp, intenționați să utilizați un colector solar ca generator de căldură, trebuie să calculați în prealabil puterea necesară a echipamentului.

În același timp, va fi necesar să se ia în considerare un număr destul de mare de parametri, inclusiv scopul colectorului (alimentare cu apă caldă, încălzire sau combinația acestora), cererea de căldură a obiectului (suprafața totală a încăperilor încălzite sau consumul mediu zilnic de apă caldă), caracteristicile climatice ale regiunii, caracteristicile instalației colectorului.

În principiu, a face astfel de calcule nu este atât de dificil. Performanța fiecărui model este cunoscută, ceea ce înseamnă că puteți estima cu ușurință numărul de colectoare necesare pentru a furniza căldura casei. Companiile angajate în producția de colectoare solare au informații (și le pot furniza consumatorului) despre schimbarea puterii echipamentelor în funcție de latitudinea geografică a zonei, unghiul de înclinare a "oglinzilor", abaterea orientarea lor din direcția sud etc., ceea ce face posibilă efectuarea corecțiilor necesare la calcularea performanței colectorului.

Atunci când selectați capacitatea necesară a colectorului, este foarte important să realizați un echilibru între lipsa și excesul de căldură generată. Experții recomandă concentrarea pe capacitatea maximă posibilă a colectorului, adică folosirea indicatorului pentru cel mai productiv sezon de vară în calcule. Acest lucru se opune dorinței utilizatorului mediu de a lua echipamente cu o marjă (adică să calculeze după puterea celei mai reci luni), astfel încât căldura din colector să fie suficientă chiar și în zilele mai puțin însorite de toamnă și iarnă.

Cu toate acestea, dacă alegeți un colector solar cu putere crescută, atunci la vârful performanței sale, adică pe vreme caldă și însorită, vă veți confrunta cu o problemă serioasă: va fi produsă mai multă căldură decât consumată și acest lucru amenință supraîncălzirea circuitului. și alte consecințe neplăcute ... Există două opțiuni pentru rezolvarea acestei probleme: fie instalați un colector solar cu putere redusă și conectați sursele de căldură de rezervă în paralel în timpul iernii, fie achiziționați un model cu o rezervă de putere mare și asigurați modalități de descărcare a excesului de căldură în sezonul primăvară-vară .

Caracteristici ale

Colectorul de distribuție din rețeaua de alimentare cu apă vă permite să conectați în mod autonom mai multe dispozitive la o singură intrare. Mai mult, fiecare dispozitiv are o conexiune personală, iar jetul de apă este tăiat direct în tubul colector.

Pe lângă faptul că prezența unui distribuitor vă permite să opriți alimentarea cu apă pentru una sau mai multe unități sanitare dintr-un apartament dintr-un punct, o astfel de schemă este convenabilă în clădirile sociale, centrele comerciale sau hotelurile: dacă curge undeva, blocarea fluxului de apă în conducta corespunzătoare este posibilă chiar și fără acces la sediul în care s-a produs incidentul.

Dezavantaje ale alimentării cu apă prin colector:

1. Lungimea conductelor de apă utilizate va fi de câteva ori mai mare decât în ​​schema tradițională, ceea ce va crește costul instalării.
2. Țevile nu pot fi așezate în perete, respectiv, structura va ocupa spațiu și va reduce suprafața utilă, iar aceasta este o problemă pentru apartamentele mici sau spațiile nerezidențiale.

Stagnarea sistemului

Să vorbim puțin mai mult despre problemele asociate cu un exces de căldură generată. Deci, să presupunem că ați instalat un colector solar suficient de puternic, care poate furniza pe deplin căldură sistemului de încălzire al casei dvs. Dar a venit vara și a dispărut nevoia de încălzire. Dacă puteți opri sursa de alimentare pentru un cazan electric sau puteți întrerupe alimentarea cu combustibil pentru un cazan pe gaz, atunci nu avem energie electrică asupra soarelui - nu îl putem „opri” atunci când se încălzește prea mult.

Stagnarea sistemului este una dintre problemele majore potențiale pentru colectoarele solare. Dacă nu se preia suficientă căldură din circuitul colectorului, lichidul de răcire se supraîncălzește. La un moment dat, acesta din urmă poate fierbe, ceea ce va duce la încetarea circulației sale de-a lungul circuitului. Când lichidul de răcire se răcește și se condensează, sistemul va relua funcționarea. Cu toate acestea, nu toate tipurile de fluide de transfer de căldură transferă calm tranziția de la un lichid la o stare gazoasă și invers. Unele, ca urmare a supraîncălzirii, dobândesc o consistență asemănătoare jeleului, ceea ce face imposibilă funcționarea în continuare a circuitului.

Doar o îndepărtare stabilă a căldurii produse de colector va ajuta la evitarea stagnării. Dacă calculul puterii echipamentului se face corect, probabilitatea problemelor este practic nulă.

Cu toate acestea, chiar și în acest caz, nu este exclusă apariția forței majore, prin urmare, ar trebui prevăzute în prealabil metode de protecție împotriva supraîncălzirii:

1. Instalarea unui rezervor de rezervă pentru acumularea apei calde. Dacă apa din rezervorul principal al sistemului de alimentare cu apă caldă a atins valoarea maximă stabilită, iar colectorul solar continuă să furnizeze căldură, acesta va trece automat și apa va începe să se încălzească deja în rezervorul de rezervă. Aprovizionarea cu apă caldă creată poate fi utilizată ulterior pentru nevoile casnice, pe vreme înnorată.

2. Apă încălzită din piscină. Proprietarii de case cu piscină (fie interioară, fie în aer liber) au o oportunitate excelentă de a elimina excesul de energie termică. Volumul piscinei este incomparabil mai mare decât volumul oricărui depozit de uz casnic, ceea ce înseamnă că apa din ea nu se va încălzi atât de mult încât nu va mai putea absorbi căldura.

3. Scurgerea apei calde. În absența posibilității de a consuma excesul de căldură în mod util, puteți pur și simplu scurge apa încălzită în porții mici din rezervorul de stocare pentru alimentarea cu apă caldă în canalizare. În același timp, apa rece care intră în rezervor va reduce temperatura întregului volum, care va continua să elimine căldura din circuit.

4. Schimbător de căldură extern cu ventilator. Dacă colectorul solar are o capacitate mare, excesul de căldură poate fi, de asemenea, foarte mare. În acest caz, sistemul este echipat cu un circuit suplimentar umplut cu agent frigorific. Acest circuit suplimentar este conectat la sistem prin intermediul unui schimbător de căldură echipat cu un ventilator și montat în afara clădirii. Dacă există riscul supraîncălzirii, excesul de căldură intră în circuitul suplimentar și este „aruncat” în aer prin schimbătorul de căldură.

5. Descărcare de căldură în pământ. Dacă, pe lângă colectorul solar, casa are o pompă de căldură sursă la sol, excesul de căldură poate fi direcționat în puț. În același timp, rezolvați două probleme simultan: pe de o parte, protejați circuitul colector de supraîncălzire, pe de altă parte, restabiliți rezerva de căldură din solul epuizat în timpul iernii.

6. Izolarea colectorului solar de lumina directă a soarelui. Din punct de vedere tehnic, această metodă este una dintre cele mai simple. Desigur, nu merită să vă urcați pe acoperiș și să acoperiți manual colectorul - este greu și nesigur. Este mult mai rațional să instalați un obturator controlat de la distanță, ca un obturator cu role. Puteți chiar conecta unitatea de control a clapetei la controler - în cazul unei creșteri periculoase a temperaturii în circuit, galeria se va închide automat.

7. Scurgerea lichidului de răcire. Această metodă poate fi considerată cardinală, dar în același timp este destul de simplă. Dacă există riscul supraîncălzirii, lichidul de răcire este golit cu ajutorul unei pompe într-un rezervor special integrat în circuitul sistemului. Când condițiile devin din nou favorabile, pompa va readuce lichidul de răcire în circuit și colectorul va fi restabilit.

Instalarea blocului colector

Se realizează instalarea colectorului de încălzire în imediata apropiere a cazanului... Conductele de radiator de la încălzitor sunt adesea așezate de-a lungul podelei, după care structura este betonată și izolată, ceea ce minimizează pierderile de căldură. Blocul colector în sine este montat într-un scut special sau o nișă de perete. O clapă specială poate fi articulată sau încorporată, completată cu ștampilare ușă și laterală sau deschisă. Dacă nu există posibilitatea montării dulapului, atunci blocul colector este fixat pe perete la o înălțime mică de podea.

Dacă clădirea are mai multe etaje, atunci distribuitorul va fi instalat pe fiecare etaj al casei, ceea ce va permite încălzirea oricărei camere. Un astfel de sistem vă va permite să reglați, conectați și deconectați unul sau mai multe radiatoare de încălzire, întreaga cameră, un circuit complet. Aceasta elimină necesitatea de a opri alimentarea cu lichid de răcire a altor surse de încălzire. Depozitele, holurile, coridoarele, dulapurile sunt folosite ca spații pentru instalarea colectorului de distribuție.

Alte componente ale sistemului

Nu este suficient să colectăm pur și simplu căldura radiată de la soare. Încă trebuie transportat, acumulat, transferat către consumatori, toate aceste procese trebuie monitorizate etc. Aceasta înseamnă că, pe lângă colectoarele situate pe acoperiș, sistemul conține multe alte componente, care pot fi mai puțin vizibile, dar nu mai puțin important. Să ne concentrăm doar pe câteva dintre ele.

Purtător de căldură

Funcția lichidului de răcire din circuitul colector poate fi îndeplinită fie de apă, fie de un lichid antigel.

Apa are o serie de dezavantaje care impun anumite restricții privind utilizarea sa ca agent de răcire în colectoarele solare:

• În primul rând, la temperaturi negative, se solidifică. Pentru a preveni lichidul de răcire înghețat să explodeze conductele circuitului, odată cu apropierea vremii reci va trebui să fie drenat, ceea ce înseamnă că iarna nu veți primi nici măcar cantități mici de energie termică de la colector.
• În al doilea rând, un punct de fierbere nu prea ridicat al apei poate provoca stagnări frecvente vara.

Lichidul care nu congelează, spre deosebire de apă, are un punct de congelare semnificativ mai scăzut și un punct de fierbere incomparabil mai ridicat, ceea ce crește confortul utilizării acestuia ca purtător de căldură. Cu toate acestea, la temperaturi ridicate, „non-congelarea” poate suferi modificări ireversibile, deci ar trebui protejat de supraîncălzirea excesivă.

Pompă adaptată pentru sisteme solare

Pentru a asigura circulația forțată a lichidului de răcire de-a lungul circuitului colector, este necesară o pompă adaptată pentru sistemele solare.

Schimbător de căldură ACM

Transferul de căldură de la circuitul colectorului solar la alimentarea cu apă caldă sau la mediul de încălzire al sistemului de încălzire se efectuează cu ajutorul unui schimbător de căldură. De regulă, un rezervor cu volum mare cu schimbător de căldură încorporat este utilizat pentru a acumula apă fierbinte. Este rațional să se utilizeze rezervoare cu două sau mai multe schimbătoare de căldură: acest lucru va permite preluarea căldurii nu numai din colectorul solar, ci și din alte surse (cazan electric sau cu gaz, pompă de căldură etc.).

Schema de cablare clasică

Diagrama de cablare obișnuită pentru conductele de alimentare cu apă din casă este tee sau secvențială: o conductă este deviată de la riserul principal, la care dispozitivele și echipamentele necesare sunt conectate prin tee și robinete.

Această tehnologie de conectare este benefică în următoarele puncte:

1. Lungimea totală minimă a țevii;
2. Rezistență hidraulică redusă în sistemul de alimentare cu apă.

În practică, această schemă nu s-a dovedit din partea cea mai bună - s-a dovedit că este mai bine să implementați o conexiune printr-un pieptene. Dezavantajul conexiunii tradiționale este că atunci când mai multe supape sunt deschise în același timp, presiunea într-una dintre ele sau în ambele scade.