Vytápění pomocí solárních kolektorů ve městě Orenburg | Článek v časopise Mladý vědec

Azarova, T. B. Vytápění s využitím solárních kolektorů ve městě Orenburg / T. B. Azarova, K. P. Guseva, T. S. Zhilina. — Text: přímý // Mladý vědec. — 2017. — č. 8 (142). — S. 40-43. — URL: https://moluch.ru/archive/142/40076/ (datum přístupu: 26.02.2025).

Článek je věnován aplikaci přitápění pomocí solárních kolektorů. Odhalí typy a výhody solárních kolektorů a také provede výpočet pro určení kolektorové plochy.

Klíčová slova: solární kolektor, solární energie, regulátor

V poslední době dramaticky vzrostl zájem o problém využití solární energie. Sluneční energie je kinetická energie záření generovaného v důsledku reakcí v hlubinách Slunce. Vzhledem k tomu, že jeho zásoby jsou prakticky nekonečné, je klasifikován jako obnovitelný zdroj energie. Sluneční energii lze využít k vytápění, v zemědělství, sušení různých produktů a materiálů a v průmyslových procesech.

Sluneční kolektor je zařízení pro sběr tepelné energie ze Slunce (solární instalace), přenášené blízkým infračerveným zářením a viditelným světlem [1].

Na rozdíl od solárních panelů, které vyrábějí elektřinu přímo, solární kolektor vyrábí teplo z chladiva.

Kolektory byly vyvinuty asi před dvěma sty lety. V roce 1767 vytvořil švýcarský vědec Horace de Saussure plochý sluneční kolektor. Účinnost solárních topných systémů se od 1970. let neustále zvyšuje díky použití povlaků kolektorů z tvrzeného skla s nízkým obsahem železa, zlepšené tepelné izolace a odolných selektivních povlaků [2].

Solární kolektory se používají pro vytápění průmyslových a domácích prostor, pro zásobování teplou vodou pro průmyslové procesy a domácí potřeby.

V Evropě v roce 2000 byla celková plocha solárních kolektorů 14,89 milionů m² a celosvětově 71,341 milionů m² [3].

V roce 2011 bylo 23 výrobců a dodavatelů plochých kolektorů ve 12 zemích, 88 výrobců a dodavatelů vakuových trubicových kolektorů z 21 zemí [4].

Typický solární kolektor ukládá sluneční energii do střešních modulů z trubek a kovových desek, které jsou natřeny černou barvou, aby se maximalizovala absorpce slunečního záření. Jsou uzavřeny ve skle nebo plastu a nakloněny směrem k jihu, aby zachytily maximum slunečního světla. Kolektor je tedy miniaturní skleník, který akumuluje teplo pod skleněnou výplní [1,5].

Vzhledem k tomu, že sluneční záření je distribuováno po povrchu, musí mít kolektor velkou plochu. V současné době existuje mnoho různých modelů kolektorů [1,5,6,7].

Typy solárních kolektorů:

Pro výběr a instalaci solárního kolektoru existují určitá doporučení. Pro jižní oblasti s mírnými zimami a velkým počtem slunečných dnů v roce je nejlepší možností plochý kolektor. V takovém klimatu vykazuje nejvyšší produktivitu [1,5].

Pro regiony s drsnějším klimatem jsou vhodné trubicové kolektory. Systémy s Heat-pipe jsou navíc vhodnější pro drsné zimy: topí i v noci, za oblačného počasí a shromažďují většinu spektra slunečního záření. Nebojí se nízkých teplot, ale přesný rozsah teplot je třeba objasnit: závisí na látce v tepelném kanálu. Tyto systémy, pokud jsou správně kalkulovány, mohou být hlavní, ale častěji jednoduše šetří náklady na vytápění z jiného, ​​placeného zdroje energie.

Pokud potřebujete pouze zásobování teplou vodou, můžete zvolit buď plochý nebo vakuový solární kolektor. Vakuový kolektor bude účinnější pouze v zimě a zatažené obloze.

Kolektor by měl být umístěn v poloze, která umožňuje nerušený průchod slunečního světla od 9:15 do 20:XNUMX, protože to je doba, kdy je sluneční energie na maximu. Kolektor se instaluje přední stranou na jih pod úhlem odpovídajícím instalační šířce. Odchylky XNUMX° od jižního směru jsou přijatelné a nemají vliv na tepelný výkon kolektoru. Při instalaci kolektoru je nutné vypočítat možné zatížení větrem.

Rám a montážní prvky jsou testovány na rychlost větru 160 km/h.

Snaží se instalovat kolektor co nejblíže akumulační nádrži, protože prodloužení přenosového vedení snižuje účinnost a zvyšuje náklady na instalaci.

Pro zvýšení potenciálního tepelného výkonu v zimním období se doporučuje, aby byl kolektor instalován pod úhlem o 15°-20° větším, než je odpovídající zeměpisná šířka, čímž se získá maximální plocha kolektoru.

Zařízení nesmí být instalováno tak, aby trubky byly vodorovné nebo obrácené, zařízení nebude fungovat.

Nejvyššího ročního koeficientu energetické účinnosti solárního zařízení lze dosáhnout, pokud je umístěno jižním směrem se sklonem 30°-35° k horizontále. I při nepatrné odchylce od těchto podmínek je vhodné instalovat solární termickou instalaci. V tabulce 1 je uveden optimální úhel sklonu kolektoru v závislosti na účelu systému (viz tabulka 1) [8].

Optimální úhel sklonu

Využití solárního tepla

Optimální úhel sklonu solárních kolektorů

Příprava horké vody

Ohřev teplé vody + vytápění

Příprava teplé vody + ohřev bazénu

Příprava teplé vody + ohřev bazénu + vytápění místností

Solární kolektor je hlavní součástí solárního topného systému, k němu je však nutné zvolit doplňkové zařízení pro zajištění provozu. Většina výrobců toto zařízení zpravidla dodává společně s rozdělovačem [9].

Základní výbava zahrnuje:

– Indikace tlakoměrů a teploměrů

– Třícestný termostatický ventil

Hlavním úkolem výpočtu plochy solárního kolektoru je určit množství tepla potřebného pro systém. Jakmile získáte hodnotu potřebného tepla, můžete začít s výpočtem počtu trubic pro vakuový solární kolektor.

Zvažme možnost umístění solárního zařízení ve městě Orenburg. Hodnota slunečního záření je převzata z [6]. V červnu je sluneční energie na 1 m2 6,44 kWhm2/den a v prosinci 0,8 kWhm2/den [11,12].

Nejprve určíme množství tepla potřebného pro systém zásobování teplou vodou [6,10].

Určujeme, o kolik stupňů se má zvýšit teplota vody a její objem pro 4člennou rodinu. Podle empirických údajů spotřebuje průměrný člověk 50 litrů vody denně. Celkový objem akumulačního ohřívače je třeba vypočítat na základě 1,5–2 denních potřeb. V souladu s tím to vede k 300 litrům denně.

Průměrná teplota vstupní vody = 15°C. Mělo by se zahřát na 50 °C.

Poté určíme množství energie potřebné k ohřevu tohoto množství vody. Bereme v úvahu, že na ohřátí jednoho litru vody o jeden stupeň je potřeba vydat energii rovnou 1 kcal. Ukazuje se, že je 10500 kcal. Přijatou energii převádíme na kWh. V souladu s tím je to 12,21 kWh (1 kWh = 859,8 kcal)

Dále určíme množství energie, kterou mohou solární kolektory RUCELF ® absorbovat a přeměnit na teplo.

Solární kolektor RUCELF ® je schopen absorbovat až 80 % sluneční energie.

Hodnota přenosu absorbované energie elektronek RUCELF ® je 6,440,8=5,152 kWh/den absorpční plochy kolektoru za červen.

Hodnota přenosu absorbované energie vakuových trubic RUCELF ® je 0,80,8=0,64 kWh/den absorpční plochy kolektoru za prosinec.

Absorpční plocha vakuové trubice o průměru 58 a délce 1800 mm je 0,08 m2. Z toho vyplývá, že jedna trubice je schopna v červnu a prosinci přijímat a vysílat solární teplo v množství 0,41 kWh, respektive 0,051 kWh.

Pomocí výše vypočítané hodnoty určíme počet trubek, které je třeba nainstalovat.

Energie potřebná k ohřevu potřebného množství vody je 12,21 kWh.

Energie, kterou může přenést jedna elektronka, je v závislosti na měsíci 0,41 kWh a 0,051 kWh.

Červen – 12,21 / 0,41 = 29,8 30 trubek;

Prosinec – 12,21 / 0,051 = 240 trubek.

Po výpočtu počtu trubic v kolektorech vidíme, že v závislosti na měsíci používání pro přípravu požadovaného množství vody se počet trubic může výrazně lišit [13,14].

V tomto případě není vhodná možnost „čím více, tím lépe“. V zimě získáme potřebné množství tepla, ale v létě nás čeká velmi významný problém – likvidace přebytečného tepla.

Poté akceptujeme vypočtenou hodnotu elektronek 30.

K instalaci přijímáme jeden kolektor RUCELF ® model SCV-1800–30. Technické parametry modelu jsou uvedeny v tabulce 2.

Technické parametry modelu

model

Počet trubek, ks.

Šířka, mm

Absorpční plocha, m 2

Celková hmotnost, kg

Hloubka, mm (v úhlu 450)