Solvärmare

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 23 juli 2020; kontroller kräver 14 redigeringar .

En solvärmare  är en typ av solfångare . Designad för produktion av varmvatten genom att absorbera solstrålning, omvandla den till värme , ackumulering och överföring till konsumenten.

Historik

Den första solvärmaren skapades 1767 av den schweiziske botanikern Horace Benedict de Saussure och på grund av sin kraft gjorde den det möjligt att laga soppa .

Den moderna typen av varmvattenberedare skapades 1953 i Israel av ingenjören Levi Issar och förbättrades av Dr Zvi Tavor 1955 , för vilken han tre år senare fick en utmärkelse på 1000 israeliska lira av landets premiärminister, David Ben-Gurion [ 1] .

Enhet

Vakuumfångaren solvärmare, den mest effektiva men också den dyraste, består av två huvudelement:

Utomhusenheten består av vakuumrör med en selektiv beläggning applicerad på insidan i flera lager och ett reflekterande lager. Denna beläggning är den viktigaste i driften av solfångare. Effektiviteten hos en selektiv beläggning mäts genom absorptionskoefficienten (α) för solenergi, den relativa emissiviteten (ε) för långvågig värmestrålning och förhållandet mellan absorptivitet och emissivitet (α/ε). Huvudtyper av selektiva beläggningar som används för vakuumgrenrör: Al-N-Al, Al-N/SS/CU

Solfångaren säkerställer insamling av solstrålning i alla väder, vilket försvagar beroendet av yttre temperatur. Energiabsorptionskoefficienten för kollektorer når 98%, men på grund av förluster i samband med reflektion av ljus från glasrör och deras ofullständiga ljustransmission är den lägre.

Effektiviteten hos solfångare som en första approximation kan beräknas med hjälp av följande formel:

,

var  är det beräknade värdet på verkningsgraden,  är den nominella (optiska) verkningsgraden för installationen under normala förhållanden,  är en koefficient beroende på kollektorns typ och värmeisolering,  är temperaturskillnaden mellan kylvätskan och den omgivande luften (gr. C), E är insolering (W/kvm ).

Data för vissa typer av samlare ges nedan.

samlartyp Bedömd effektivitet Koefficient
Plan platt solfångare 72-75 3-5
Vakuum solfångare med värmerör 60-65 0,7-1,1
solfångare av plast 50-60 upp till 80

Solfångare omvandlar direkt och spritt solljus till värme. Infraröd strålning som passerar genom moln absorberas också och omvandlas till värme.

En värmeväxlartank är ett system för omvandling, underhåll och lagring av värme som tas emot från solenergi, samt från andra energikällor (till exempel en traditionell värmare som drivs på el, gas eller diesel ), som försäkrar systemet i händelse av otillräcklig solenergi. Det uppvärmda vattnet strömmar från inomhusenhetens värmeväxlare till värmesystemets radiatorer och vattnet från tanken används för varmvattenförsörjning .

En gas- eller elvärmare ska inte placeras parallellt med solvärmaren (i detta fall kommer den att värma kallvatten), utan måste installeras i serie efter solvärmaren. Då kommer dess bidrag till uppvärmning att vara minimalt, eftersom det bara kommer att värma upp vattnet som redan värmts upp av solen.

Typer av solvärmare

Solvärmare kan vara aktiva eller passiva typer. Det aktiva systemet använder en elektrisk pump för att cirkulera vätska genom grenröret ; det passiva systemet har ingen pump och förlitar sig endast på naturlig cirkulation. Det finns experimentella prover där kylvätskan pumpas av en stirlingpump som får energi från solen.

Passiva system

Passiva (Thermosyphon) system flyttar det färdiga vattnet eller kylvätskan genom systemet på grund av naturlig gravitation som uppstår när skillnaden i densitet av det uppvärmda och kylda kylmediet. Passiva system med konvektion är billigare än aktiva system, men också mindre effektiva på grund av den långsamma cirkulationen i systemet. Värmeledningssystem är dyrare än konvektiva system, men har lägre driftskostnader. Dessutom tillåter värmerörssystem att värme pumpas nedåt, det vill säga mot konvektionskrafterna. Egenskaperna är mycket beroende av den specifika typen av rör.

Aktiva system

Aktiva system använder elektriska pumpar , ventiler och kontroller för att cirkulera kylvätska genom grenröret. De är vanligtvis dyrare än passiva system, men också mer effektiva.

Aktiva system med öppen loop

Aktiva system med öppen krets använder pumpar för att cirkulera vatten genom grenrör . Aktiva öppna system är populära i regioner med positiva temperaturer eller säsongsbetonad användning. Kan användas vid lufttemperaturer ner till -20 °C eller -25 °C.

Closed Loop Active Systems

I dessa system är kollektorkylvätskan vanligtvis vattenglykol frostskyddsmedel . Värmeväxlare överför värme från den primära kylvätskan till vatten som lagras i tankar (värmeackumulatorer). Slutna kretssystem är populära i områden som utsätts för långvariga frystemperaturer eftersom de har bra frysskydd. På grund av de höga temperaturerna under kylvätskestagnation under perioder med maximal exponering är inte alla frostskyddsmedel lämpliga för användning i solsystem.

Med panelgrenrör

På grund av sin tillförlitlighet och hållbarhet har platta solfångare fått störst popularitet. I solrika regioner ( Turkiet , södra delar av Kina , Saudiarabien , etc.) används en aluminium- eller stålplåt som absorbator i sådana samlare. Effektivitetsvärdena för solfångare med en sådan design är låga, vilket kompenseras av höga (överdrivna) värden för solytbestrålning i dessa regioner . I designen av moderna platta solfångare används antireflekterande glas med reducerat järninnehåll, en selektiv kopparabsorberande beläggning och en ökad tjocklek på värmeisoleringen (minst 50 mm).

För värdena för solinstrålning (instrålning) även i de södra regionerna i Ryssland krävs samlare med en kopparplatta med en speciell högeffektiv selektiv beläggning. På grund av koppars höga värmeledningsförmåga är värmeöverföringen av energi till kylvätskan och den totala effektiviteten hos en platt kopparsolfångare mycket högre.

Med ett vakuumförgreningsrör

På grund av användningen av värmerör i konstruktionen av vakuumkollektorer uppnås större effektivitet vid drift vid låga temperaturer och svagt ljus. Samtidigt leder användningen av en extra termisk krets till oundvikliga förluster förknippade med överföringen av värme mellan media, därför är effektiviteten hos vakuumsamlare praktiskt taget densamma vid temperaturer över +15 grader, och ibland till och med lägre än så. av plattkollektorer. Vakuumsolfångarens tvårörskonstruktion saknar denna nackdel. På grund av högkvalitativa flerskikts mycket selektiva beläggningar och evakuering kan en modern solfångare fånga solenergi i ett mycket brett strålningsspektrum (mycket bredare än det synliga spektrumet).

Det finns flera huvudtyper av vakuumsolfångare:

En kolv i en kolv

I samlare av den första typen upphettas värmebäraren i kontakt med den selektiva beläggningen av glaskolven. Både vatten och frostskyddsmedel (eller dess blandning med vatten) kan fungera som kylvätska. Sådana system fungerar i frånvaro av övertryck från kylvätskan, eftersom de inte kan vattentätas effektivt. Oftast är dessa system med passiv cirkulation av kylvätskan.

Kolv i en kolv med ett värmerör

I samlare som använder kolvar av den andra typen används kopparvärmerör. Värme överförs från absorbatorn till röret med hjälp av fenor. Värmeröret överför värme till värmerörskondensorn, som är ansluten till en kollektor i vilken kylvätskan cirkulerar.

Kolv i kolv med U-rör

I kollektorer som använder kolvar av den tredje typen används U-formade kopparrör, värmen överförs från absorbatorn till röret med aluminiumflänsar. Kylvätskan strömmar direkt genom värmerören.

Vakuumkolv

Huvudskillnaden mellan kolvarna av den fjärde typen är vakuumvärmeisoleringen av kopparvärmeröret. Om i flaskor av den första och andra typen är vakuumskiktet placerat mellan flaskornas glasväggar, så har både absorbatorn och värmeröret reducerat lufttryck i evakuerade flaskor. Dessutom ökar närvaron av endast ett lager glas istället för två installationens effektivitet .

  • Kolv i en kolv med ett värmerör.

  • Vakuumuppsamlare.

Enligt värmeöverföringsanordningen mellan kolven och kylvätskan särskiljs följande huvudtyper av kollektorer:

  • Tvårörssystem. Kylvätskan cirkulerar inuti kolven. U-rör.

  • Enkelrörssystem. Värmerörskondensorn sätts in i kollektorröret.

  • Tvårörssystem. Värmerörskondensatorn sätts in mellan kollektorrören.

Plastsamlare

Den enklaste lösningen för solvärme är solfångare i plast . Tillverkad av högdensitetspolyeten ( HDPE ) genom stämpling. Sådana samlare har som regel ingen extra värmeisolering och används för att värma vatten på sommaren. Prestanda hos plastsamlare är ganska starkt beroende av vindhastigheten. Lågt hydrauliskt motstånd gör att du kan ansluta kollektorkretsen av denna typ direkt till vattencirkulationssystemet.

Installation

Solvärmare installeras på taket av byggnader i en vinkel mot horisonten som är lika med områdets geografiska latitud . Lutningsvinkeln under installationen beror på infallsvinkeln för solens strålar, mot vilken ytan måste vara vinkelrät. Den optimala lutningsvinkeln på vintern är 60°, på sommaren - 30°. I praktiken rekommenderas det att välja 45 °. Den andra parametern är azimut , som inte får avvika från 0° (söderlig). Detta är inte alltid möjligt, så en avvikelse från sydlig riktning på upp till 45 ° är acceptabel.

Dessutom installeras grupper av värmare i öppna utrymmen, till exempel ovanför parkeringar, men så nära konsumenten (byggnaden) som möjligt.

På grund av att solvärmaren inte kan stängas av, under perioder med maximal solinstrålning och lågt vattenintag, kan temperaturen ( stagnationstemperatur eller stagnationstemperatur) i den nå, beroende på typ, 200 °C (platta system) och 300°C (vakuumsystem).

Därför kan plaströr (polymer) och zinkbelagda stålrör inte användas som rör för varmvattenberedare . Rör av koppar eller rostfritt stål bör användas .

Det är också nödvändigt att tillhandahålla värmeisolering av den första (varma) rörkretsen av varmvattenberedare för att förhindra brännskador och bränder, och materialet för värmeisolering och fästelement måste överensstämma med de angivna temperaturförhållandena.

Tillverkade grenrörshus är märkta med den exakta stagnationstemperaturen för en given modellserie.

Livslängden för samlare är minst 15 år.

Det finns försök att installera samlare på väggarna i hus, nästan i vertikalt läge. I detta fall, särskilt på höga breddgrader, är uppsamlarens effektivitet högre under vintermånaderna och lägre under sommarmånaderna. Det finns ett annat argument för en sådan installation: uppsamlaren är bekvämare att underhålla, den samlar mindre damm, det är lättare att tvätta den och det finns mindre risk för skador från hagel. Dessutom är en sådan uppsamlare belägen ganska låg i förhållande till tanken med uppvärmt vatten, konvektionshastigheten ökar avsevärt och det finns inget behov av ett aktivt system. Att installera solfångaren på väggen minskar värmeförlusten i huset (lägenheten), vilket minskar behovet av energi för uppvärmning.

Applikation

Solvärmare används för varmvattenförsörjning för hushåll och kommersiellt bruk, industriell värmeförsörjning, uppvärmning av poolvatten, etc.

Det största antalet produktionsprocesser som använder varmt och varmt vatten (30-90 °C) sker inom livsmedels- och textilindustrin, som därmed har störst potential för användning av solfångare.

Ekologi

Driften av en solvärmare för hushåll minskar CO 2 -utsläppen i proportion till mängden bränsle som sparas. Dessutom minskar i detta fall växthuseffekten av koldioxidutsläpp.

Distribution

Världsledande inom produktion och tillämpning är Kina . Under 2007 använde cirka 40 miljoner familjer med totalt 150 miljoner människor solvärmare i Kina. År 2009 hade den totala ytan av installerade solvärmare vuxit till 140 miljoner m². Detta räcker för att leverera varmvatten till cirka 60 miljoner hushåll [2] . År 2020 kommer 300 miljoner m² lokaler i Kina att vara utrustade med solvärmare.

Under 2010 producerade cirka 2 800 företag solvärmare i Kina, varav 1 200 företag tillverkade komponenter. Kinas totala marknad för solvärmare var 73,5 miljarder yuan (ungefär 11,5 miljarder dollar) 2010. De största kinesiska tillverkarna är Sunrain Group, Linuo Group, Himin Solar och Sangle Solar. Den årliga försäljningen för vart och ett av de fyra stora företagen överstiger 2 miljarder yuan (ungefär $313 miljoner) [3] .

Vattenvärmare används också mycket i Israel , där cirka 85 % av lägenheterna är utrustade med denna utrustning. . Detta beror på en lag som antogs 1976 och förpliktigande att bygga bostäder med inbyggda solvärmare. Undantaget är höghus (mer än 9 våningar), där takytan är otillräcklig för att rymma solfångare som är tillräckliga för alla konsumenter av byggnaden. En sådan utbredd användning av solvärmare sparar cirka 8 % av all el som produceras i landet.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ http://my.ynet.co.il/pic/yarok/020908/index.htm  (nedlänk) Tackbrev från Ben-Gurion (hebreiska)
  2. ↑ Eric Martinot, Junfeng Renewable Energy Policy Update för Kina 21 juli 2010 . Hämtad 22 juli 2010. Arkiverad från originalet 13 februari 2015.
  3. ↑ Bärbel Epp Solar Thermal Competition värms upp i Kina 10 september 2012 . Datum för åtkomst: 13 september 2012. Arkiverad från originalet den 17 december 2013.

Litteratur

  • M. Zgut. Fällor för solen // Vetenskap och liv, förlag Pravda. 1988 nr 6, sid. 87-88
  • GV Kazakov Principer för förbättring av solararkitektur. Sweet, 1990