Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками как источника тепла для жилого дома | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 26 октября, печатный экземпляр отправим 30 октября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №16 (120) август-2 2016 г.

Дата публикации: 06.08.2016

Статья просмотрена: 565 раз

Библиографическое описание:

Гритчин, Р. Д. Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками как источника тепла для жилого дома / Р. Д. Гритчин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 16 (120). — С. 76-79. — URL: https://moluch.ru/archive/120/33165/ (дата обращения: 12.10.2024).



Рассматриваются особенности применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками в системах горячего водоснабжения и отопления для жилого дома.

Ключевые слова: вакуумный солнечный коллектор, отопление, горячее водоснабжение, альтернативный источник тепла, тепловая трубка, абсорбер солнечного света

Использование солнечной энергии один из самых доступных источников энергии. Колоссальный запас и свободный доступ являются наиболее весомыми достоинствами подобного энергоносителя. Создано огромное количество всевозможных установок, которые продолжают совершенствоваться, перерабатывающих солнечную энергию в электричество, нагревающих разного рода теплоносители. Одними из таких устройств являются солнечные коллекторы. В данном случае рассмотрим вакуумный солнечный коллектор с тепловыми трубками [1].

Вакуумные трубы представляют собой две концентрически расположенные, одна внутри другой, стеклянные трубы, которые создают между собой закрытое сильно разряженное пространство, т. е. вакуум (отсюда и их название — вакуумные). Они выполнены из термозакаленного боросиликатного стекла, которое характеризуется малым коэффициентом линейного теплового расширения (до 3,1·10−6°C−1при 20 °C) [2] и выдерживает относительно высокие температуры, а главное — резкие ее перепады. На поверхность внутренней трубы нанесено селективное покрытие, благодаря которому она функционирует как высокоэффективный абсорбер солнечного света [3].

Непосредственно переносчиком поглощенной энергии солнечного света является хладагент внутри тепловой трубки. Перенос тепла происходит за счёт того, что жидкостьиспаряетсяна горячем конце трубки, поглощаятеплоту испарения, иконденсируетсяна холодном, откуда перемещается обратно на горячий конец.

Материалы и хладагенты для тепловых трубок выбираются в зависимости от условий применения: от жидкогогелиядля сверхнизких температур дортутии дажеиндиядля высокотемпературных применений. Однако большинство современных трубок в качестве рабочей жидкости используютаммиак,воду,метанолиэтанол [4].

Примерная конструкция вакуумного солнечного коллектора с тепловыми трубками представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Конструкция вакуумного солнечного коллектора с тепловыми трубками

Непосредственно об особенностях применения вакуумных солнечных коллекторов с тепловыми трубками.

Коллекторы следует устанавливать в местах, где ветровая нагрузка Vm (средняя скорость ветра) не превышают 150 км/ч и снеговая нагрузка Sk (вес снега) не превышает 1,25 кН/м.

Эффективность установки максимальна при прямом перпендикулярном воздействии солнечных лучей на поверхность коллектора. Поэтому установка панелей производится тепловоспринимающей поверхностью к экватору и под определенным углом к горизонту (от 30 до 60 градусов, в зависимости от широты). Так же угол наклона коллектора влияет на возможность скопления снега в холодный период года. Однако не всегда возможно установить такой угол наклона, при котором будет максимальная эффективность работы коллектора и минимально возможная вероятность скопления снега на его поверхности. Возникает вопрос — какой выбрать угол установки панели, чтобы обеспечить требуемую мощность коллектора и сократить количество очисток от снега. На практике, снег подтаивает на солнце и сползает в нижнюю половину или треть коллектора, где может превращаться в снежно-ледяную корку. Вакуумные коллекторы, расположенные под углом 55–60 градусов к горизонту, даже при небольшом ветре, легко обдуваются от снега естественным образом, если только они не установлены на земле, где намело сугробы.

Пример установки вакуумных солнечных коллекторов на крыше жилого дома приведен на рисунке 2.

Рис. 2 Пример установки вакуумных солнечных коллекторов (установлены 3 панели у конька крыши) на крыше жилого дома.

Если же, и плоские и вакуумные коллекторы установлены на крыше или на земле, где собирается снег, то и тот, и другой придется отчищать для нормальной работоспособности. Общее правило — чем больше угол наклона коллектора, тем меньше на нем будет собираться снег. Вакуумные коллекторы, установленные под углом от 55 градусов и выше, имеют еще одно преимущество перед плоскими коллекторами — они обладают повышенной устойчивостью к обильным снегопадам.

Также существует мнение, что солнечные коллекторы покрываясь изморозью перестают нормально работать, на самом деле, изморозь не сильно влияет на работоспособность коллекторов. Изморозь обычно появляется после обильных осадков при повышенной влажности, как только выходит солнце, изморозь превращается в воду.

Установку коллекторов следует производить в месте, которое будет освещаться Солнцем на протяжении большей части светового дня, которое не будет затеняться деревьями, сооружениями, естественным и искусственным ландшафтом.

Следует предусмотреть защиту от перегрева. В случае, если система проектирована для питания центрального отопления, в летние месяцы она будет производить намного больше необходимого горячей воды. В этом случае рекомендуется к системе установить устройство для рассеивания тепла или прибавить несколько потребителей горячей воды в летний период (например, бассейн и др.).

Поддержание поверхности тепловоспринимающей поверхности коллектора в чистом состоянии. Такие виды загрязнений как пыль, листья, отложения солей, ветки растений и их семена оказывают прямое негативное влияние на эффективную работу установки. Поэтому, следует периодически очищать поверхность солнечного коллектора от посторонних объектов.

Температура стагнации. Возможны случаи, когда циркуляция теплоносителя в коллекторе сильно замедляется или вовсе прекращается — повреждение циркуляционных труб, неисправность циркуляционного насоса, активация заложенной в контроллере функции защиты бойлера от высокой температуры. При этом коллектор продолжит повышать свою температуру, пока не достигнет граничной температуры клапана для понижения температуры, и в этот именно момент будет выброшена из системы горячая вода. Если предохранительный клапан не установлен на коллекторе, то в главной трубе может образоваться пар. В конечном счете возможен возврат пара к бойлеру по возвратной трубе. Клапан на бойлере откроется, чтобы высвободить давление или тепло, в зависимости от необходимости. В таких условиях коллекторная труба достигнет максимальной температуры примерно в 160 °C. В сущности, возврата тепла из коллектора в форме пара не достаточно, чтобы повлиять на дальнейшее повышение температуры в бойлере (т. е. входящая тепловая мощность меньше тепловых потерь водонакопителя). При нормальном применении стагнация вследствие остановки насосов появлялась бы редко, так как перерывы в подаче электричества обычно бывают во время бурь и в облачную погоду. Защита водонакопителя против перегрева необходима единственно в том случае, когда нет потребления горячей воды в течение нескольких дней, и только в периоды сильного солнечного жара (летом). Если установка не эксплуатируется длительный период (два-три дня и более), рекомендуется накрывать панель коллектора или проектировать систему с устройством для рассеивания тепла или для альтернативного применения тепла, предотвращая таким образом перегрев системы и стагнацию коллектора. Стагнация коллектора не повредит его самого, однако изоляция труб в близости к входу и выходу коллектора должна находиться в состоянии выдержать температуры до 200 °С (например, из стеклянной ваты или минеральной ваты с внешней оболочкой из алюминиевой фольгой, предохраняя таким образом все составные части) [3].

Литература:

1. Вакуумный нагреватель на солнечной энергии. — URL: http://ekobatarei.ru/vidy/vakuumnyj-nagrevatel-na-solnechnoj-energii (Дата обращения 03.08.2016).

2. Боросиликатное стекло. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Боросиликатное_ стекло(Дата обращения 03.08.2016).

  1. Технический паспорт инструкция по установке и эксплуатации солнечных коллекторов SUNSYSTEM плоского коллектора серии РК вакуумно-трубного коллектора серии VTC. — URL: http://tula.sol-batery.ru/netcat_files/multifile/9651/381388j7yjt22u7h.pdf (Дата обращения 03.08.2016).

4. Тепловая трубка. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Тепловая_трубка (Дата обращения 03.08.2016).

Основные термины (генерируются автоматически): коллектор, вакуумный солнечный коллектор, горячая вода, солнечный свет, горячее водоснабжение, рассеивание тепла, солнечная энергия, стагнация коллектора, тепловая трубка, угол наклона коллектора.


Ключевые слова

отопление, вакуумный солнечный коллектор, горячее водоснабжение, альтернативный источник тепла, тепловая трубка, абсорбер солнечного света

Похожие статьи

Сравнение солнечных коллекторов, используемых в целях теплоснабжения и горячего водоснабжения жилого дома в условиях Краснодарского края

В данной статье рассматриваются различные виды солнечных коллекторов для теплоснабжения и горячего водоснабжения частного дома, а так же подобран наиболее оптимальный вид солнечных коллекторов для использования в условиях Краснодарского края.

Управление системой горячего водоснабжения зданий и сооружений с эффективным пластинчатым теплообменником

Приведены исследования характерных режимов работы теплообменной системы горячего водоснабжения зданий; даны рекомендации по экономия тепловой энергии.

Создание оптимальных тепловых условий в теплицах в зимний период

О целесообразности применения воздушного отопления для производственных зданий

В настоящей статье рассматриваются основные компоненты и преимущества воздушного отопления.

Воздушное отопление помещений

В статье отражено понятие воздушного отопления как системы отопления помещений горячим воздухом, рассмотрены способы и системы воздушного отопления, изучены преимущества и недостатки воздушной системы отопления помещений.

Рекуперация воздуха в системе домового отопления

В статье рассматривается устройство для передачи тепловой энергии от вытяжного воздуха к приточному.

Геотермальное отопление односемейного жилого дома

В данной статье рассмотрена система геотермального отопления, используемая в односемейном жилом доме: её содержание, установка, преимущества и недостатки.

Способы реализации систем передачи данных при оперативно-дистанционном контроле трубопроводов в пенополиуретановой изоляции

Рассматриваются возможные способы передачи данных при оперативно-дистанционном контроле трубопроводов в пенополиуретановой (ППУ) изоляции.

Система солнечного отопления с рефлекторами, устанавливаемыми с северной стороны здания

Приведена система солнечного воздушного отопления для здания с системой рефлекторов, с водяным аккумулятором тепла на основе пластиковых бутылок. Определены требуемая масса воды, количество пластиковых бутылок и объем аккумулятора тепла.

Сравнительный анализ выбора оптимального типа солнечных коллекторов для комбинированных гелиосистем горячего водоснабжения и отопление в Махачкале

В данной статье производится анализ и сравнение плоских солнечных коллекторов (СК) и СК на основе вакуумных трубок. Сравнение произведено исходя из климатологических характеристик города Махачкалы. Рассчитана производительность отдельно каждого типа ...

Похожие статьи

Сравнение солнечных коллекторов, используемых в целях теплоснабжения и горячего водоснабжения жилого дома в условиях Краснодарского края

В данной статье рассматриваются различные виды солнечных коллекторов для теплоснабжения и горячего водоснабжения частного дома, а так же подобран наиболее оптимальный вид солнечных коллекторов для использования в условиях Краснодарского края.

Управление системой горячего водоснабжения зданий и сооружений с эффективным пластинчатым теплообменником

Приведены исследования характерных режимов работы теплообменной системы горячего водоснабжения зданий; даны рекомендации по экономия тепловой энергии.

Создание оптимальных тепловых условий в теплицах в зимний период

О целесообразности применения воздушного отопления для производственных зданий

В настоящей статье рассматриваются основные компоненты и преимущества воздушного отопления.

Воздушное отопление помещений

В статье отражено понятие воздушного отопления как системы отопления помещений горячим воздухом, рассмотрены способы и системы воздушного отопления, изучены преимущества и недостатки воздушной системы отопления помещений.

Рекуперация воздуха в системе домового отопления

В статье рассматривается устройство для передачи тепловой энергии от вытяжного воздуха к приточному.

Геотермальное отопление односемейного жилого дома

В данной статье рассмотрена система геотермального отопления, используемая в односемейном жилом доме: её содержание, установка, преимущества и недостатки.

Способы реализации систем передачи данных при оперативно-дистанционном контроле трубопроводов в пенополиуретановой изоляции

Рассматриваются возможные способы передачи данных при оперативно-дистанционном контроле трубопроводов в пенополиуретановой (ППУ) изоляции.

Система солнечного отопления с рефлекторами, устанавливаемыми с северной стороны здания

Приведена система солнечного воздушного отопления для здания с системой рефлекторов, с водяным аккумулятором тепла на основе пластиковых бутылок. Определены требуемая масса воды, количество пластиковых бутылок и объем аккумулятора тепла.

Сравнительный анализ выбора оптимального типа солнечных коллекторов для комбинированных гелиосистем горячего водоснабжения и отопление в Махачкале

В данной статье производится анализ и сравнение плоских солнечных коллекторов (СК) и СК на основе вакуумных трубок. Сравнение произведено исходя из климатологических характеристик города Махачкалы. Рассчитана производительность отдельно каждого типа ...

Задать вопрос