Saules apkure mājās ar kolektoriem: darbības princips un cena

Vai ir reāli nodrošināt jūsu māju ar saules siltumenerģiju? Šodien mēs apspriedīsim iespēju izmantot saules enerģijas sistēmas kā galveno apkures avotu, apsvērsim jautājumu par saules kolektoru ekonomisko pamatojumu un efektivitāti.

Apkures sistēmas galvenās sastāvdaļas

Saules kolektori kalpo par Saules sistēmas apkures avotu, kura mērķis ir visefektīvākā enerģijas pārnešana no saules starojuma infrasarkanā spektra uz dzesēšanas šķidrumu. Saules gaismas termiskais diapazons ir 40–45% no kopējās radiācijas plūsmas, konkrētos skaitļos tas ir 200–500 W / m² atkarībā no platuma, gada laika un dienas.

Principā ar kolektoriem vien pietiek, lai izveidotu vienkāršāko saules sistēmu. Pa to kanāliem var cirkulēt parasts ūdens, ko izmanto mājsaimniecības vajadzībām un mājokļa apsildīšanai. Tomēr šī pieeja nav pietiekami efektīva vairāku iemeslu dēļ, no kuriem pirmais ir enerģijas zudumu papildināšanas trūkums pilnu dienu. Tāpēc viens no vissvarīgākajiem saules apkures sistēmas elementiem ir siltuma akumulators – trauks ar ūdeni.

Mājas apkures shēma ar saules kolektoriem: 1 – aukstā ūdens padeve; 2 – siltummainis; 3 – siltuma akumulators; 4 – temperatūras sensors; 5 – dzesēšanas šķidruma kontūra; 6 – sūkņu stacija; 7 – kontrolieris; 8 – izplešanās tvertne; 9 – karsts ūdens; 10 – trīsceļu vārsts; 11 – saules kolektors

Saules kolektora tehniskā ierīce ir arī sava veida ierobežojums. Tās kanāliem ir diezgan mazs plūsmas laukums, kas rada risku aizsērēt ar mehāniskiem piemaisījumiem. Pastāv arī liela varbūtība, ka dzesēšanas šķidrums sasalst naktī, savukārt darba temperatūras diapazona augšējā robeža ir 200–300 ° С. Kolektori ir paredzēti ātrai nepārtrauktai dzesēšanas šķidruma cirkulācijai, kas nonāk zemā temperatūrā, tiek ātri uzsildīta saules gaismas ietekmē un tikpat ātri nodod siltumu akumulatoram.

U veida vakuuma saules kolektora caurules

Šo iemeslu dēļ ir ierasts izmantot propilēnglikolu ar īpašu piedevu komplektu tiešai karsēšanai siltumapgādes caurulēs. Tātad, trešais obligātais apkures saules sistēmas elements ir īpašs dzesēšanas šķidrums un apmaiņas ķēde, kas bieži ir strukturāli iekļauta siltuma akumulatorā, vai arī var būt daļa no paša kolektora.

Kolekcionāru dažādība un atšķirības

Neiedziļinoties ierīces tehniskajās detaļās, galvenā atšķirība starp plakanajiem un vakuuma kolektoriem slēpjas to izmantošanas lietderībā dažādās klimatiskajās zonās. Plakanos kolektorus vislabāk izmantot dienvidu platuma grādos ar dominējošo temperatūru virs nulles, vakuuma – tuvāk ziemeļu platumam.

Plakanā saules kolektora dizains: 1 – dzesēšanas šķidruma izeja; 2 – kolektora rāmis; 3 – strukturēts pret krusu izturīgs stikls; 4 – absorbētājs; 5 – vara caurules; 6 – siltumizolācija; 7 – dzesēšanas šķidruma ieplūde

Dažu veidu saules kolektoru izmantošanas iespējamība ir saistīta ar vairākām funkcijām:

• vakuuma kolektoru nespēja tīrīt sevi no sniega;
• augsti siltuma zudumi plakaniem saules kolektoriem, kas aug ar temperatūras starpību;
• zema plakano kolektoru izturība pret vēja slodzi;
• saules vakuuma kolektoru projekta augstās izmaksas;
• plakano kolektoru efektīva izmantošana zemā temperatūras diapazonā.

Vakuuma kolektora dizains ar netiešu siltuma pārnesi: 1 – atdzesēta siltumnesēja ieeja; 2 – siltummainis (kolektors); 3 – aizzīmogots spraudnis; 4 – vakuuma caurule; 5 – alumīnija plāksne (absorbētājs); 6 – siltuma caurule; 7 – darba šķidrums; 8 – apsildāma dzesēšanas šķidruma izeja; 9 – siltuma izlietnes korpuss; 10 – siltuma caurules kondensators; 11 – izolācija

Viena no vissvarīgākajām atšķirībām slēpjas instalēšanas procesā. Plakanie kolektori ir jāpiegādā pilnībā samontēti, bet vakuuma kolektorus var montēt uz vietas. Arī plakaniem kolektoriem parasti nav sava siltuma akumulatora un apmaiņas kontūra..

Saules enerģijas problēmas

Saules apkures sistēmām nav trūkumu, no kuriem vissvarīgākais ir enerģijas avota nestabilitāte. Naktīs sistēma nesasilda, un ilgstošos mākoņainos laika apstākļos gaidīt skaidras debesis, kas sildīs māju, ir zemāks prieks. Ja akumulators ar pietiekami lielu tilpumu spēj saglabāt nepieciešamo siltuma daudzumu vismaz līdz rītam, tad vairāku dienu autonomu darbu nepietiekama apgaismojuma apstākļos var sagaidīt tikai ar ievērojamu saules enerģijas fermas paplašināšanu. Tas, savukārt, rada pretēju problēmu: sasniedzot maksimālās jaudas režīmu (piemēram, skaidrā pavasara dienā), šādai saules sistēmai būs nepieciešama intensīvāka siltuma noņemšana vai vairāku absorbētāju īslaicīga izslēgšana ar to ēnojumu..

Ir svarīgi saprast, ka saules enerģijas sistēmas Krievijas klimata apstākļos nevar izmantot kā vienīgo vai galveno apkures avotu. Tomēr tie var ievērojami samazināt enerģijas patēriņu apkures sezonā. Īpaši efektīvi darbojas hibrīdu kolekcionāri, kuros sildītāji tiek apvienoti ar fotoelementiem. Ja mākoņainība aizkavē lielāko daļu IR starojuma, tad spektra fotoelektriskās daļas zudumi nav tik nozīmīgi.

Vēl viens saules kolektoru trūkums ir nepieciešamība pēc dzesēšanas šķidruma piespiedu cirkulācijas kolektora-akumulatora sistēmā. Daži vakuuma kolektori ir aprīkoti ar tvertni dabiskai cirkulācijai un atrodas virs absorbētāja. Šādas iekārtas parasti izmanto karstā ūdens apgādes sistēmās ar ūdens ņemšanu zem auksta ūdens padeves spiediena. Bet joprojām ir veidi, kā izveidot šādu saules kolektoru kopīgu darbību ar apkures sistēmu..

Vakuuma saules kolektors ar tvertni

Integrācija apkures sistēmā

Ir divi veidi, kā apvienot saules kolektorus ar patvaļīgi sarežģītu šķidrās apkures sistēmu. Galvenais enerģijas avots var būt gan gāze, gan elektrība – būtiskas atšķirības nav.

Pirmais variants ir sildīt kopējo ikdienas akumulatoru. Akumulators sazinās ar katlu kopīgi un secīgi; nepietiekami augstā temperatūrā pēdējais ieslēdzas un uzsilda šķidrumu. Šāda veida pareizi izstrādāta sistēma var efektīvi darboties pat bez piespiedu cirkulācijas..

1 – apkures loks; 2 – sildīšanas šķidrums; 3 – temperatūras sensors; 4 – sūkņu stacija; 5 – kontrolieris; 6 – sūknis; 7 – izplešanās tvertne; 8 – sanitārais ūdens; 9 – auksts ūdens; 10 – karstā ūdens padeve; 11 – saules kolektors; 12 – apkures katls

Otrais kombinācijas veids ietver siltuma akumulatora izmantošanu ar divām ķēdēm. Caur vienu no kolektora tiek noņemts siltums, caur otro – dzesēšanas šķidruma sildīšana sistēmā, ūdens no akumulatora kalpo kā karstā ūdens padeves avots. Tā kā ķēdes ir izolētas viena no otras, apkures sistēmā un siltuma apmaiņas ciklā no saules kolektora var izmantot vairāk siltumu absorbējošu šķidrumu vai antifrīzu. Galvenais trūkums ir sistēmas nepastāvība, jo abās shēmās cirkulācija ir piespiesta.

1 – aukstā ūdens padeve; 2 – temperatūras sensors; 3 – saules kolektora siltummainis; 4 – katla siltummainis; 5 – kolektora dzesēšanas šķidruma kontūra; 6 – sūkņu stacija; 7 – kontrolieris; 8 – izplešanās tvertne; 9 – cirkulācijas sūknis; 10 – karstā ūdens izvade; 11 – apkures katls; 12 – saules kolektors

Jaudas aprēķināšana un uzstādīšana

Pārejā uz saules enerģiju netiek pieņemta steiga un virspusēja pieeja. Bieži vien secinājumus par saules enerģijas sistēmas uzstādīšanas lietderību var izdarīt tikai pēc vairāku gadu novērojumiem un aprēķiniem..

Diemžēl nav daudz jēgas paļauties uz saules kartēm, jo ​​vietējie laika apstākļi var ievērojami izkropļot vidējo rādītāju. Tāpēc pirmais, kas jādara, ir patstāvīgi sastādīt ziņojumu par saules starojuma intensitāti vietā, kur uzstādīti kolektori. Mērījumiem tiek izmantoti piranometri; 5 tūkstošu rubļu robežās jūs varat iegādāties budžeta ierīci ar pietiekamu funkciju komplektu.

Pyranometer

Mērījumi jāveic dažādos dienas laikos ar biežumu aptuveni nedēļu visa gada garumā. Mērījumu laikā jāņem vērā kolektoru slīpuma leņķis un orientācija. Iegūtos datus galu galā pārbauda ar hidrometeoroloģiskā centra statistiku par mākoņaino dienu procentuālo daudzumu gadā.

Lai nodrošinātu augstu saules enerģijas efektivitāti, jāapsver visnegatīvākais scenārijs, tas ir, par atskaites punktu jāņem ilgākais periods ar zemāko apgaismojumu. Ideālā gadījumā var izmantot vēl sliktāku laika apstākļu iespējamību, izmantojot meteoroloģisko statistiku par pēdējiem 15–20 gadiem. Saņemtie dati par ienākošo saules enerģiju palīdzēs noteikt nepieciešamo absorbcijas lauka kopējo platību un noteikt iegādājamo kolektoru skaitu..

Kā minēts, kolektorus ļoti reti izmanto kā galveno apkures avotu, tiem parasti ir palīgfunkcija. Bet dalības daļu var aprēķināt, to norāda procentos no mājas energosistēmas kopējās jaudas vai tās siltuma zudumiem. Saņemot vajadzīgo kilovatu skaitu, tas tiek reizināts ar absorbētāju optisko efektivitāti, tiek pievienoti vairāki koeficienti – korekcijas orientācijai, slīpumam, temperatūras apstākļiem, kā arī drošības rezerve.

Saskaņā ar ģenerētās jaudas “neto” vērtību tiek izvēlēts:

• nepieciešamais noteikta modeļa kolektoru skaits un vidēji viens rezerves saules kolektors uz 10-15 darbojas;
• cauruļvadu sistēma ar ražotāja ieteikto jaudu un izturību pret temperatūru;
• cirkulācijas grupa, slēgvārsti, citas palīgierīces;
• uzglabāšanas tvertnes tilpums un atrašanās vieta. Sistēmās, kuru ikdienas uzkrāšanas vai siltuma ieguves jauda pārsniedz 20 kW, ir jēga būvēt izolētas betona tvertnes ar tilpumu 15–20 m.³.

Pašinstalācijai un uzturēšanai ir nepieciešams sastādīt sistēmas projektu, atvēlēt vietu palīgierīču novietošanai un piestiprināt saules kolektoru uz dienvidu (ziemeļu puslodes) jumta slīpuma, ņemot vērā aprīkojuma piegādātāja ieteikumus attiecībā uz vēja slodzēm. Neaizmirstiet, ka, iegādājoties pilnu aprīkojuma klāstu no viena izplatītāja, jūs iegūstat iespēju sastādīt, ja ne saules apkures sistēmas projektu, tad vismaz labi saderīgu aprīkojuma un komponentu sarakstu.

Vai man ir nepieciešams siltumsūknis?

Viens no galvenajiem saules apkures sistēmu trūkumiem ir augstās izmaksas. Kamēr plakano kolektoru ražošanas tehnoloģija ir labi apgūta, vakuuma absorbētāji joprojām ir dārgi, un galu galā noteiktos laika apstākļos būs iespējams veiksmīgi darbināt tikai tos. Bet ir arī cita alternatīva – gaisa tipa kolektori.

Gaisa tipa saules kolektors

Sakarā ar vienkāršāku ierīci, to izmaksas ir mazākas, turklāt ir iespējama autonoma darbība. Gaisa kolektoru efektivitāte tiek palielināta, uzstādot ventilatora ventilatoru, kuru darbina ar integrētu saules paneli. Kanālu dzesēšanas paātrinātas, bet proporcionālas sildīšanas dēļ tiek samazināti atgriešanās siltuma zudumi caur kolektoru. Jaudas ierobežojumu var panākt, kontrolējot ventilatora ātrumu vai vienkārši bloķējot plūsmu – gaisa kolektori nebaidās no termiska trieciena, turklāt ir viegli uzstādīt dabisko recirkulāciju.

Gaisa sistēmu trūkums nelielā dzesēšanas šķidruma sildīšanas pakāpē. Gaisa siltuma jauda ir mazāka, turklāt absorbētājs gandrīz vienmēr tiek uzkarsēts bez fokusēšanas. Lai varētu integrēties apkures sistēmā (kas visbiežāk ir vajadzīgs tāpēc, ka nav iespējams ventilācijas kanālu ievietot apsildāmā telpā), tiešām ir nepieciešams siltumsūknis vai sadalīta sistēma.

Tomēr gaisa avota siltumsūkņus var izmantot arī, lai palielinātu gaisa kondicionēšanas efektivitāti. Ar to palīdzību cirkulācijas ātrumu var paaugstināt līdz vērtībām, kas nav pieņemamas sadzīves ventilācijas sistēmās, kas lielās temperatūras starpības dēļ palielina izlaides daudzumu 2-3 reizes. Naktīs kolektoram būs arī zems ražošanas ātrums darba temperatūras diapazonā.

Gaisu, ko izmanto kā siltumnesēju, var mitrināt vai aizstāt ar oglekļa dioksīdu vai citu siltumu aizturošu gāzi. Tomēr nav jēgas izmantot siltumsūkņus ar primāro ūdens kontūru: tie sākotnēji ir paredzēti darbam ar lielām temperatūras atšķirībām, un tāpēc jaudas palielināšana nav pietiekama, lai pamatotu uzstādīšanas izmaksas.

Saules apkures sistēmas izmaksas

Prieks par tīras enerģijas izmantošanu sagādā lielas izmaksas, vismaz šodien. Taisnību sakot, ir dažas pozitīvas ziņas: pēdējo piecu gadu laikā plakano kolekciju ražošanas izmaksas ir samazinājušās 2–2,5 reizes, to pašu drīz var sagaidīt arī no ierīcēm ar vakuuma absorbētājiem.

Plakano un vakuuma kolektoru izmaksas nosaka ražošanas apjoms – saules starojuma vērtība ideālos apgaismojuma apstākļos, tas ir, īpatnējā jauda. Vidēji par 1 kW plakanā tipa saules kolektoriem jums būs jāmaksā apmēram USD 350–500, bet par pilnīgu uzstādīšanu ar ārēju akumulatoru – apmēram 800–1000 USD. Vakuuma saules kolektoru izmaksas svārstās augstākā diapazonā – no USD 600 līdz USD 1000–1200 par kompleksu atkarībā no veiktspējas kvalitātes, cauruļu materiāla, siltummaiņa izolācijas un citām īpašībām.

Kapacitīvajiem kolektoriem mērīšanas standarts ir litros ūdens, kas uzsildīts līdz augstākajai iespējamajai temperatūrai. Saražotās elektroenerģijas daudzumu var aprēķināt, izmantojot kopējo absorbētāja laukumu, vai arī izsakot to caur īpašu ūdens siltumu. Atkarībā no sistēmas sarežģītības izmaksas ievērojami atšķiras, viena no vidējā tirgus segmenta piemēriem cena sasniedz 1500 USD par 300 litriem (4-5 iedzīvotājiem) ar temperatūras starpību aptuveni 50 ° C, kas ir ekvivalenta 2,5 kW īpatnējās jaudas..

Līdzīgi ieraksti:

1. Ultraskaņas vannas darbības princips – kā izvēlēties un lietot ražošanā vai mājās Ultraskaņas vanna ir ērti un moderni ierīce, ko izmanto ražošanā un mājās. Tas darbojas, pamatojoties uz ultraskaņas viļņu tehnoloģiju, lai veiktu dziļas attīrīšanas, tīrīšanas un dziedināšanas procedūras. Tas ir īpaši...
2. Halogēnās lampas – mājas darbības princips un veidi, kā izvēlēties jaudu un cenu Halogēnās lampas ir izdevīgs veids, kā izgaismot savu māju, ar ekonomisku, ilgtspējīgu un ērtu izmantošanu. Šī WordPress raksta mērķis ir parādīt savas izvēles procesu vienkāršu un saprotamu punktu. Raksts apraksta...
3. Pārnēsājama termiskā soma – darba princips un ilgums, labākie modeļi un cena Latvijā ir pārnēsājama termiskā soma, kas viegli var pārvadāt ēdienu un uzturvielas pašām, un to iespējams izmantot gan privātās, gan komercdzīvēs. Tās darba princips ir viegli saprotams - ar temperatūras...
4. Ūdens bultiņa apkurei: darbības princips un mērķis Ūdensbultiņu konstrukcija ir izstrādāta, lai nodrošinātu ātru un efektīvu māju apkuri. Šīs bultiņas īpašības palīdz taupīgāk un efektīvāk izmantot apsildi. Papildu priekšrocība ir tāda, ka tās neatbrīvo siltuma izdalīšanās, radot...

Lasīt vairāk  Zemgrīdas apkure ar šķidrumu un elektrību: kombinētā apkures sistēma X-L PIPE