Sol vandvarmer

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 23. juli 2020; checks kræver 14 redigeringer .

En solfanger er en type solfanger . Designet til produktion af varmt vand ved at absorbere solstråling, omdanne den til varme , akkumulering og overførsel til forbrugeren.

Historie

Den første solvarmer blev skabt i 1767 af den schweiziske botaniker Horace Benedict de Saussure , og på grund af sin kraft gjorde den det muligt at tilberede suppe .

Den moderne type vandvarmere blev skabt i 1953 i Israel af ingeniør Levi Issar og forbedret af Dr. Zvi Tavor i 1955 , for hvilken han 3 år senere modtog en pris på 1000 israelske lira fra landets premierminister, David Ben-Gurion [ 1] .

Enhed

Vakuumfangeren solvarmer, den mest effektive, men også den dyreste, består af to hovedelementer:

udendørs enhed - solfangere til vakuum;
indendørsenhed - reservoir-varmeveksler.

Udendørsenheden består af vakuumrør med en selektiv belægning påført indvendigt i flere lag og et reflekterende lag. Denne belægning er den vigtigste i driften af solfangere. Effektiviteten af en selektiv belægning måles ved absorptionskoefficienten (α) for solenergi, den relative emissivitet (ε) af langbølget termisk stråling og forholdet mellem absorptionsevne og emissivitet (α/ε). Hovedtyper af selektive belægninger, der anvendes til vakuummanifolder: Al-N-Al, Al-N/SS/CU

Solfangeren sikrer opsamling af solstråling i al slags vejr, hvilket svækker afhængigheden af den ydre temperatur. Energiabsorptionskoefficienten for solfangere når 98%, men på grund af tab forbundet med reflektion af lys fra glasrør og deres ufuldstændige lystransmission er den lavere.

Effektiviteten af solfangere som en første tilnærmelse kan beregnes ved hjælp af følgende formel:

$\eta ={\eta }_{0}-{\frac {k\cdot \Delta T}{E}}$ ,

hvor er den beregnede værdi af virkningsgraden, er den nominelle (optiske) effektivitet af installationen under normale forhold, er en koefficient afhængig af solfangerens type og varmeisolering, er temperaturforskellen mellem kølevæsken og den omgivende luft (gr. C), E er insolation (W/kvm ). $\eta$ ${\eta }_{0}$ ${k}_{1}$ $\Delta T$

Data for nogle typer samlere er angivet nedenfor.

samlertype	Nominel effektivitet ${\eta }_{0}$	Koefficient ${k}_{1}$
Flad plade solfanger	72-75	3-5
Vakuum solfanger med varmerør	60-65	0,7-1,1
plast solfanger	50-60	op til 80

Solfangere omdanner direkte og spredt sollys til varme. Infrarød stråling , der passerer gennem skyer , absorberes også og omdannes til varme.

En varmevekslertank er et system til at omdanne, vedligeholde og lagre varme modtaget fra solenergi, samt fra andre energikilder (f.eks. et traditionelt varmelegeme, der kører på el, gas eller diesel ), som forsikrer systemet ift. utilstrækkelig solenergi. Det opvarmede vand strømmer fra indendørsenhedens varmeveksler til varmesystemets radiatorer , og vandet fra tanken bruges til varmtvandsforsyning .

En gas- eller elvarmer bør ikke placeres parallelt med solvarmeren (i dette tilfælde vil den opvarme koldt vand), men skal installeres i serie efter solvarmeren. Så vil dets bidrag til opvarmning være minimalt, da det kun vil opvarme vandet, der allerede er opvarmet af solen.

Typer af sol vandvarmere

Solvarmevandvarmere kan være aktive eller passive typer. Det aktive system bruger en elektrisk pumpe til at cirkulere væske gennem manifolden ; det passive system har ingen pumpe og er kun afhængig af naturlig cirkulation. Der er eksperimentelle prøver, hvor kølevæsken pumpes af en stirlingpumpe, der modtager energi fra solen.

Passive systemer

Passive (Thermosyphon) systemer flytter det færdige vand eller kølevæske gennem systemet på grund af naturlig tyngdekraft, der opstår, når forskellen i densitet af det opvarmede og afkølede kølevæske. Passive systemer med konvektion er billigere end aktive systemer, men også mindre effektive på grund af den langsomme cirkulation i systemet. Varmerørssystemer er dyrere end konvektionssystemer, men har lavere driftsomkostninger. Derudover tillader varmerørsystemer at pumpe varme nedad, det vil sige mod konvektionskræfterne. Karakteristika er meget afhængige af den specifikke type rør.

Et eksempel på et system med passiv cirkulation af kølevæsken (to-kredsløb).
Trykfrit system med passiv kølevæskecirkulation.
Et eksempel på et system med aktiv kølevæskecirkulation (med et genopvarmningssystem fra en konventionel brændstofkedel).

Aktive systemer

Aktive systemer bruger elektriske pumper , ventiler og controllere til at cirkulere kølevæske gennem manifolden. De er normalt dyrere end passive systemer, men også mere effektive.

Aktive open loop-systemer

Aktive åbne sløjfesystemer bruger pumper til at cirkulere vand gennem manifolder . Aktive åbne sløjfesystemer er populære i områder med positive temperaturer eller sæsonbestemt brug. Kan betjenes ved lufttemperaturer ned til -20 °C eller -25 °C.

Closed Loop Active Systems

I disse systemer er kollektorkølevæsken typisk vand-glykol frostvæske . Varmevekslere overfører varme fra den primære kølevæske til vand lagret i tanke (varmeakkumulatorer). Lukkede kredsløbssystemer er populære i områder med langvarige frysetemperaturer, da de har god frostbeskyttelse. På grund af de høje temperaturer under kølevæskestagnation i perioder med maksimal eksponering er ikke alle frostvæsker egnede til brug i solcelleanlæg.

Med panelmanifold

På grund af deres pålidelighed og holdbarhed har flade solfangere opnået den største popularitet. I solrige regioner ( Tyrkiet , de sydlige regioner i Kina , Saudi-Arabien osv.) bruges en aluminium- eller stålplade som absorber i sådanne samlere. Effektivitetsværdierne for solfangere med et sådant design er lave, hvilket kompenseres af høje (overdrevne) værdier af soloverfladebestråling i disse regioner. I designet af moderne flade solfangere anvendes anti-reflekterende glas med reduceret jernindhold, en selektiv kobberabsorberende belægning og en øget tykkelse af varmeisolering (minimum 50 mm).

For værdierne af solindstråling (insolation) selv i de sydlige regioner af Rusland kræves samlere med en kobberplade med en særlig højeffektiv selektiv belægning. På grund af kobbers høje varmeledningsevne er varmeoverførslen af energi til kølevæsken og den samlede effektivitet af en flad kobbersolfanger meget højere.

Med en vakuummanifold

På grund af brugen af varmerør i design af vakuumkollektorer opnås større effektivitet ved drift ved lave temperaturer og svagt lys. Samtidig fører brugen af et ekstra termisk kredsløb til uundgåelige tab forbundet med overførsel af varme mellem medier, derfor ved temperaturer over +15 grader er effektiviteten af vakuumsamlere praktisk talt den samme, og nogle gange endda lavere end det af fladpladesamlere. Vakuumsolfangerens torørsdesign er fri for denne ulempe. På grund af højkvalitets flerlags meget selektive belægninger og evakuering er en moderne solfanger i stand til at fange solenergi i et meget bredt strålingsspektrum (meget bredere end det synlige spektrum).

Der er flere hovedtyper af vakuumsolfangere:

1. En kolbe i en kolbe.
2. Kolbe i en kolbe med et varmerør.
3. Kolbe i kolbe med U-formet rør.
4. Vakuumkolbe.

En kolbe i en kolbe

I samlere af den første type opvarmes varmebæreren i kontakt med den selektive belægning af glaspæren. Både vand og frostvæske (eller dets blanding med vand) kan fungere som kølemiddel. Sådanne systemer fungerer i fravær af overtryk fra kølevæsken, da de ikke kan vandtættes effektivt. Oftest er der tale om systemer med passiv cirkulation af kølevæsken.

Kolbe i en kolbe med et varmerør

I samlere, der bruger kolber af den anden type, anvendes kobbervarmerør. Varme overføres fra absorberen til røret ved hjælp af finner. Varmerøret overfører varme til varmerørskondensatoren, som er forbundet med en kollektor, hvori kølevæsken cirkulerer.

Kolbe i kolbe med U-rør

I solfangere, der anvender kolber af den tredje type, anvendes kobber U-formede varmerør.Varme overføres fra absorberen til røret ved hjælp af aluminiumsfinner. Kølevæsken strømmer direkte gennem varmerørene.

Vakuumkolbe

Den største forskel mellem kolberne af den fjerde type er vakuumvarmeisoleringen af kobbervarmerøret. Hvis vakuumlaget i kolber af den første og anden type er placeret mellem glasvæggene i kolberne, så er både absorberen og varmerøret ved reduceret lufttryk i evakuerede kolber. Derudover øger tilstedeværelsen af kun et lag glas i stedet for to installationens effektivitet .

Kolbe i en kolbe med et varmerør.
Vakuum opsamler enhed.

I henhold til varmeoverførselsanordningen mellem kolben og kølevæsken skelnes følgende hovedtyper af samlere:

To rør system. Kølevæsken cirkulerer inde i kolben. U-rør.
Enkeltrørssystem. Varmerørskondensatoren indsættes i solfangerrøret.
To rør system. Varmerørskondensatoren indsættes mellem solfangerrørene.

Plastsamlere

Den enkleste løsning til solvarme er plastik solfangere . Fremstillet af højdensitetspolyethylen ( HDPE ) ved stempling. Sådanne samlere har som regel ikke ekstra termisk isolering og bruges til at opvarme vand om sommeren. Ydeevnen af plastsamlere er ret stærkt afhængig af vindhastigheden. Lav hydraulisk modstand giver dig mulighed for at forbinde kollektorkredsløbet af denne type direkte til vandcirkulationssystemet.

Installation

Solvarmevandvarmere er installeret på taget af bygninger i en vinkel til horisonten svarende til områdets geografiske breddegrad . Hældningsvinklen under installationen afhænger af indfaldsvinklen for solens stråler, som overfladen skal være vinkelret på. Den optimale hældningsvinkel om vinteren er 60°, om sommeren - 30°. I praksis anbefales det at vælge 45°. Den anden parameter er azimut , som ikke må afvige fra 0° (sydgående). Dette er ikke altid muligt, så en afvigelse fra sydlig retning på op til 45 ° er acceptabel.

Derudover installeres grupper af varmeovne i åbne rum, for eksempel over parkeringspladser, men så tæt som muligt på forbrugeren (bygningen).

På grund af det faktum, at solvarmeren ikke kan slukkes, kan temperaturen ( stilstandstemperatur eller stagnationstemperatur) i den i perioder med maksimal solindstråling og lavt vandindtag, afhængigt af typen, nå op på 200 °C (flade systemer) og 300 °C (vakuumsystemer).

Derfor kan plastrør (polymer) og zinkbelagte stålrør ikke anvendes som rør til vandvarmere . Kobber eller rustfrit stålrør bør anvendes .

Det er også nødvendigt at sørge for termisk isolering af det første (varme) rørkredsløb af vandvarmere for at forhindre forbrændinger og brande, og materialet til termisk isolering og fastgørelseselementer skal overholde de angivne temperaturbetingelser.

Fremstillede manifoldhuse er mærket med den nøjagtige stagnationstemperatur for en given modelserie.

Samlernes levetid er mindst 15 år.

Der er forsøg på at installere samlere på væggene i huse, næsten i lodret position. I dette tilfælde, især på høje breddegrader, er solfangerens effektivitet højere i vintermånederne og lavere i sommermånederne. Der er et andet argument til fordel for en sådan installation: opsamleren er mere bekvem at vedligeholde, den samler mindre støv, det er lettere at vaske det, og der er mindre risiko for skader fra hagl. Derudover er en sådan opsamler placeret ret lavt i forhold til tanken med opvarmet vand, konvektionshastigheden øges betydeligt, og der er ikke behov for et aktivt system. Montering af solfangeren på væggen reducerer varmetabet i huset (lejligheden), hvilket reducerer behovet for energi til opvarmning.

Ansøgning

Solvarmere bruges til varmtvandsforsyning til husholdningsbrug og kommerciel brug, industriel varmeforsyning, opvarmning af swimmingpoolvand mv.

Det største antal produktionsprocesser, der anvender varmt og varmt vand (30-90 °C), foregår i fødevare- og tekstilindustrien, som dermed har det højeste potentiale for anvendelse af solfangere.

Økologi

Driften af en solvarmer til boligen reducerer CO 2 -udledningen i forhold til mængden af sparet brændstof. Derudover reduceres i dette tilfælde drivhuseffekten af kuldioxidemissioner.

Fordeling

Verdens førende inden for produktion og anvendelse er Kina . I 2007 brugte omkring 40 millioner familier med i alt 150 millioner mennesker solvandvarmere i Kina. I 2009 var det samlede areal af installerede solvarmevandvarmere vokset til 140 millioner m². Dette er nok til at levere varmt vand til cirka 60 millioner husstande [2] . I 2020 vil 300 millioner m² lokaler i Kina være udstyret med solvarmere.

I 2010 producerede omkring 2.800 virksomheder solvarmevandvarmere i Kina, hvoraf 1.200 virksomheder producerede komponenter. Kinas samlede marked for solvandvarmere var på 73,5 milliarder yuan (ca. 11,5 milliarder dollars) i 2010. De største kinesiske producenter er Sunrain Group, Linuo Group, Himin Solar og Sangle Solar. Det årlige salg for hver af de fire store virksomheder overstiger 2 milliarder yuan (ca. $313 millioner) [3] .

Vandvarmere er også meget udbredt i Israel , hvor cirka 85% af lejlighederne er udstyret med dette udstyr. . Det skyldes en lov vedtaget i 1976 og forpligter til at bygge bolig med indbyggede solvarmere. Undtagelsen er højhuse (mere end 9 etager), hvor tagarealet er utilstrækkeligt til at rumme solfangere tilstrækkeligt til alle bygningens forbrugere. En sådan udbredt brug af solvarmere sparer omkring 8 % af al elektricitet , der produceres i landet.

Se også

Noter

↑ http://my.ynet.co.il/pic/yarok/020908/index.htm (downlink) Takkebrev fra Ben-Gurion (hebraisk)
↑ Eric Martinot, Junfeng Renewable Energy Policy Update For China 21. juli 2010 . Hentet 22. juli 2010. Arkiveret fra originalen 13. februar 2015. (ubestemt)
↑ Bärbel Epp Solar Thermal Competition varmer i Kina 10. september 2012 . Dato for adgang: 13. september 2012. Arkiveret fra originalen 17. december 2013. (ubestemt)

Litteratur

M. Zgut. Fælder for solen // Videnskab og liv, forlag Pravda. 1988 nr. 6, s. 87-88
GV Kazakov Principper for forbedring af solararkitektur. Sød, 1990