Práca kotvy a kolektora v generátore jednosmerného prúdu

Špecifiká použitia slnečných kolektorov

Hlavnou vlastnosťou solárnych kolektorov, ktorá ich odlišuje od iných typov generátorov tepla, je cyklická povaha ich činnosti. Ak nie je slnko, nie je ani tepelná energia. Výsledkom je, že takéto postoje sú v noci pasívne.

Priemerná denná výroba tepla priamo závisí od dĺžky denného svetla. Posledne menované je určené po prvé zemepisnou šírkou oblasti a po druhé sezónou. Počas letného obdobia, ktoré je vrcholom slnečného žiarenia na severnej pologuli, bude kolektor pracovať s maximálnou účinnosťou. V zime klesá jeho produktivita a v decembri až januári dosahuje minimum.

V zime klesá účinnosť slnečných kolektorov nielen z dôvodu poklesu doby denného svetla, ale aj so zmenou uhla dopadu slnečného žiarenia. Pri výpočte jeho príspevku do systému zásobovania teplom by sa mali brať do úvahy výkyvy výkonu solárnych kolektorov počas celého roka.

Ďalším faktorom, ktorý môže ovplyvniť produktivitu solárneho kolektora, sú klimatické vlastnosti regiónu. Na území našej krajiny je veľa miest, kde sa 200 a viac dní v roku skrýva slnko za hrubou vrstvou oblakov alebo za rúškom hmly. V oblačnom počasí výkon slnečného kolektora neklesne na nulu, pretože je schopný zachytávať rozptýlené slnečné svetlo, ale výrazne klesá.

Zberný systém zásobovania vodou

Ak je v systéme zahrnutý kolektor, potom je v obvode nainštalované akékoľvek zariadenie, bude k nemu položená samostatná vetva. Zároveň sa zvyšuje celková dĺžka rúr, ale objavujú sa nasledujúce pozitívne aspekty:

1. Vo všetkých bodoch príjmu vody bude vždy stabilný a rovnaký tlak;
2. Pri poklepaní na výstup kolektora reduktora v tejto vetve, vhodnom pre akékoľvek vodovodné zariadenie, môžete nastaviť tlak, ktorý sa bude líšiť od celkovej hodnoty;
3. Každý výrez medzi kolektorom a miestom odberu vody je jeden kus potrubia, ktoré môže byť tajne pripevnené v podlahe, stene alebo výklenku steny;
4. Akékoľvek vodovodné zariadenie je možné vypnúť bez zastavenia celého prívodu studenej alebo horúcej vody kvôli oprave alebo výmene.

Nevýhody kolektorového obvodu:

1. Dlhšia dĺžka potrubia automaticky zvyšuje hydraulický odpor v potrubí;
2. Z dôvodu zväčšenia dĺžky vedenia nebude kolektor pracovať v režime prirodzenej cirkulácie vody, čo môže mať vplyv na výber alebo zmenu vykurovacieho systému;
3. Ak nie je možné urobiť potrubný systém tajne pripevnený v stenách alebo výklenkoch, potom môže veľká akumulácia potrubí prinútiť zmeniť interiér alebo dokonca dizajn priestorov.

Princíp činnosti a typy slnečných kolektorov

Teraz je čas povedať pár slov o štruktúre a činnosti slnečného kolektora. Hlavným prvkom jeho konštrukcie je adsorbér, čo je medená doska s na ňu privarenou rúrkou. Absorpcia tepla slnečných lúčov dopadajúcich na ňu sa doska (a s ňou aj potrubie) rýchlo zahreje. Toto teplo sa prenáša na kvapalný nosič tepla cirkulujúci cez potrubie, ktorý ho následne transportuje ďalej pozdĺž systému.

Schopnosť fyzického tela absorbovať alebo odrážať slnečné lúče závisí predovšetkým od povahy jeho povrchu. Napríklad zrkadlový povrch dokonale odráža svetlo a teplo, ale čierny naopak pohlcuje. Preto sa na medenú dosku adsorbéra nanáša čierny povlak (najjednoduchšou možnosťou je čierna farba).

Ako funguje slnečný kolektor

1. Slnečný kolektor. 2. Vyrovnávacia nádrž. 3. Horúca voda.

4. Studená voda. 5. Kontrolór. 6. Výmenník tepla.

7. Vodné čerpadlo. 8. Horúci prúd. 9. Studený prúd.

Je tiež možné zvýšiť množstvo tepla prijatého zo slnka výberom správneho skla pokrývajúceho adsorbér. Bežné sklo nie je dostatočne priehľadné. Okrem toho oslňuje, čo odráža časť dopadajúceho slnečného žiarenia. V slnečných kolektoroch sa spravidla snažia použiť špeciálne sklo s nízkym obsahom železa, čo zvyšuje jeho priehľadnosť. Na zníženie podielu svetla odrážaného povrchom sa na sklo nanáša antireflexný povlak. A aby sa prach a vlhkosť nedostali dovnútra kolektora, čo tiež znižuje priechodnosť skla, je puzdro utesnené a niekedy dokonca naplnené inertným plynom.

Napriek všetkým týmto trikom nie je účinnosť solárnych kolektorov ani zďaleka 100%, čo je dané nedokonalosťou ich konštrukcie. Vyhrievaná adsorpčná doska vyžaruje časť prijatého tepla do prostredia a ohrieva tak vzduch, ktorý s ním prichádza do styku. Aby sa minimalizovali tepelné straty, adsorbér musí byť izolovaný. Hľadanie efektívneho spôsobu izolácie adsorbéra viedlo inžinierov k vytvoreniu niekoľkých typov slnečných kolektorov, z ktorých najbežnejšie sú ploché a rúrkové vákuové kolektory.

Ploché solárne kolektory

Ploché solárne kolektory.
Konštrukcia plochého solárneho kolektora je mimoriadne jednoduchá: je to kovová skrinka pokrytá na vrchu sklom. Na tepelnú izoláciu dna a stien skrinky sa spravidla používa minerálna vlna. Táto možnosť nie je ani zďaleka ideálna, pretože nie je vylúčený prenos tepla z adsorbéra na sklo pomocou vzduchu vo vnútri skrinky. Pri veľkom rozdiele teplôt vo vnútri kolektora a vonku sú tepelné straty dosť značné. Vďaka tomu sa plochý solárny kolektor, ktorý perfektne funguje na jar a v lete, stáva v zime mimoriadne neúčinným.

Ploché solárne kolektorové zariadenie

1. Prívodné potrubie. 2. Bezpečnostné sklo.

3. Absorpčná vrstva. 4. Hliníkový rám.

5. Medené rúrky. 6. Tepelný izolátor. 7. Výstupné potrubie.

Rúrkové vákuové slnečné kolektory

Rúrkové vákuové slnečné kolektory.
Solárny vákuový kolektor je panel zložený z veľkého množstva relatívne tenkých sklenených trubíc. V každom z nich je umiestnený adsorbér. Rúrky sa evakuujú, aby sa vylúčil prenos tepla plynom (vzduchom). Je to kvôli absencii plynu v blízkosti adsorbérov, že vákuové kolektory majú nízke tepelné straty aj v mrazivom počasí.

Vákuové rozdeľovacie zariadenie

1. Tepelná izolácia. 2. Teleso výmenníka tepla. 3. Výmenník tepla (kolektor)

4. Utesnená zástrčka. 5. Vákuová trubica. 6. Kondenzátor.

7. Absorpčná doska. 8. Tepelné potrubie s pracovnou kvapalinou.

Aplikácie slnečných kolektorov

Hlavným účelom solárnych kolektorov, rovnako ako iných generátorov tepla, je vykurovanie budov a príprava vody pre systém zásobovania teplou vodou. Zostáva zistiť, ktorý typ slnečných kolektorov je najvhodnejší na vykonávanie konkrétnej funkcie.

Ploché solárne kolektory, ako sme zistili, majú dobrý výkon na jar a v lete, v zime sú však neúčinné. Z toho vyplýva, že ich použitie na vykurovanie, ktorého potreba sa objavuje práve s nástupom chladného počasia, je nepraktické. To však neznamená, že s týmto zariadením nie je vôbec žiadny podnik.

Ploché kolektory majú jednu nespornú výhodu - sú výrazne lacnejšie ako vákuové modely, preto v prípade, že sa plánuje slnečná energia využívať výhradne v lete, má zmysel ich kúpiť.Ploché solárne kolektory dokonale zvládajú úlohu prípravy vody na dodávku teplej vody v lete. Ešte častejšie sa používajú na ohrev vody na príjemnú teplotu vo vonkajších bazénoch.

Rúrkové vákuové kolektory sú všestrannejšie. S príchodom zimného chladu sa ich výkonnosť až tak neznižuje ako v prípade plochých modelov, čo znamená, že sa dajú používať celoročne. To umožňuje používať takéto solárne kolektory nielen na zásobovanie teplou vodou, ale aj vo vykurovacom systéme.

Porovnanie plochých a vákuových slnečných kolektorov.

Náklady na vybavenie

Mnoho majiteľov domov sa mýli v domnienke, že rozdeľovač kotolní stojí za rozprávkové peniaze. V inštalatérskych obchodoch nájdete veľa modelov bez akýchkoľvek zvonov a píšťaliek, čo bude stáť iba 200-500 rubľov. Takéto zariadenie nebude mať regulačné mechanizmy, tepelné hlavy a ďalšie prídavné prvky a je určené pre maximálne 2 - 3 okruhy.

Modely s rozšírenou funkčnosťou budú stáť majiteľa domu alebo priemyselnej budovy, ktorý chce zorganizovať kompetentný vykurovací systém, približne 4 - 5 tisíc rubľov. Dlhé potrubie s niekoľkými hornými a spodnými vývodmi bude vybavené tepelnými hlavami, prietokomermi, šípkami a ďalšími časťami. Takéto štruktúry často vyrábajú ruskí výrobcovia alebo ochranné známky susedných krajín. Najdrahšie je dovážané zariadenie s automatickým nastavením, ktoré bude stáť 10-16 tisíc rubľov.

Usporiadanie solárnych kolektorov

Účinnosť solárneho kolektora priamo závisí od množstva slnečného žiarenia dopadajúceho na adsorbér. Z toho vyplýva, že kolektor by mal byť umiestnený na voľnom priestranstve, kde nikdy (alebo aspoň najdlhšie) neklesne tieň zo susedných budov, stromov nachádzajúcich sa v blízkosti hôr atď.

Nezáleží iba na umiestnení kolektora, ale aj na jeho orientácii. Najslnečnejšou stranou na našej severnej pologuli je južná, čo znamená, že ideálne by bolo „zrkadlá“ nádrže otočiť prísne na juh. Ak je to technicky nemožné, mali by ste zvoliť smer čo najbližšie k juhu - juhozápad alebo juhovýchod.

Jeden by nemal stratiť zo zreteľa taký parameter, ako je uhol sklonu slnečného kolektora. Hodnota uhla závisí od odchýlky polohy Slnka od zenitu, ktorá je zase určená zemepisnou šírkou oblasti, v ktorej bude zariadenie prevádzkované. Ak nie je správne nastavený uhol sklonu, potom sa strata optickej energie výrazne zvýši, pretože značná časť slnečného žiarenia sa bude odrážať od kolektorového skla, a preto nebude dosahovať na absorbér.

Budiace vinutia

Zariadenie generátora jednosmerného prúdu má potenciál na použitie iba v malých elektrických strojoch. Po prvé, pretože pre zariadenia s nízkou spotrebou energie je použitie permanentných magnetov prípustné. V iných prípadoch môžu magnetický tok dostatočnej sily vytvoriť iba solenoidy - cievky s jadrom - alebo budiace vinutie. Podľa druhu jedla, ktoré jedia generátory možno rozdeliť do nasledujúcich tried:

• s nezávislým vzrušením;
• seba-vzrušený.

Pre prvú operáciu je potrebný pomocný zdroj prúdu. To je hlavná nevýhoda tohto typu strojov, takže ich použitie je obmedzené. V generátoroch s nezávislým budením sú vinutia napájané z kotvy. Elektrické stroje usporiadané podľa tejto schémy, sú rozdelené postupne do troch typov:

• bočník (s paralelným budením);
• sériové (so sériovým);
• zložené generátory (s paralelnými a sériovými budiacimi cievkami).

Ako zvoliť solárny kolektor správnej sily

Ak chcete, aby si vykurovací systém vášho domu poradil s úlohou udržiavať v priestoroch príjemnú teplotu, z vodovodných kohútikov tiekla teplá, nie vlažná voda a zároveň plánujte ako solárny kolektor použiť slnečný kolektor, vopred musíte vypočítať požadovaný výkon zariadenia.

Zároveň bude potrebné zohľadniť pomerne veľké množstvo parametrov vrátane účelu kolektora (dodávka teplej vody, vykurovanie alebo ich kombinácia), potreby tepla objektu (celková plocha vykurovaných miestností resp. priemerná denná spotreba teplej vody), klimatické vlastnosti regiónu, vlastnosti kolektorovej inštalácie.

Takéto výpočty nie sú v zásade také ťažké. Výkon každého modelu je známy, čo znamená, že môžete ľahko odhadnúť počet kolektorov potrebných na zabezpečenie tepla v dome. Spoločnosti zaoberajúce sa výrobou solárnych kolektorov majú informácie (a môžu ich poskytnúť spotrebiteľovi) o zmene sily zariadenia v závislosti od zemepisnej šírky oblasti, uhla sklonu „zrkadiel“, odchýlky ich orientácia z južného smeru a pod., čo umožňuje vykonať potrebné korekcie pri výpočte výkonu kolektora.

Pri výbere požadovanej kapacity kolektora je veľmi dôležité dosiahnuť rovnováhu medzi nedostatkom a prebytkom vyrobeného tepla. Odborníci odporúčajú zamerať sa na maximálnu možnú kapacitu kolektorov, to znamená pri výpočtoch použiť ukazovateľ najproduktívnejšej letnej sezóny. To je v rozpore s túžbou priemerného používateľa brať zariadenie s rezervou (to znamená vypočítať podľa výkonu najchladnejšieho mesiaca), aby bolo teplo z kolektora dostatočné aj v menej slnečných jesenných a zimných dňoch.

Ak si však vyberiete solárny kolektor so zvýšeným výkonom, potom na vrchole jeho výkonu, teda za teplého slnečného počasia, budete čeliť vážnym problémom: bude sa vyrábať viac tepla, ako sa spotrebuje, čo hrozí prehriatím okruhu a ďalšie nepríjemné následky ... Existujú dve možnosti riešenia tohto problému: buď nainštalujte solárny kolektor s nízkym výkonom a v zime paralelne zapojte záložné zdroje tepla, alebo si kúpte model s veľkou rezervou výkonu a zabezpečte spôsoby odvádzania prebytočného tepla v jarno-letnej sezóne .

Vlastnosti

Distribučné potrubie vo vodovodnej sieti vám umožňuje autonómne pripojiť niekoľko zariadení k jednému vstupu. Každé zariadenie má navyše osobné spojenie a vodný lúč je odrezaný priamo v trubici kolektora.

Okrem skutočnosti, že prítomnosť distribútora vám umožňuje vypnúť prívod vody pre jednu alebo niekoľko inštalatérskych jednotiek v byte z jedného bodu, je takáto schéma vhodná v sociálnych budovách, nákupných centrách alebo hoteloch: ak niekde prúdi, blokovanie prietoku vody v príslušnom potrubí je možné aj bez prístupu do priestorov, kde k incidentu došlo.

Nevýhody prívodu vody cez rozdeľovač:

1. Dĺžka použitých vodovodných potrubí bude niekoľkonásobne dlhšia ako v prípade tradičnej schémy, čo zvýši náklady na inštaláciu.
2. Rúry nie je možné umiestniť do steny, respektíve, konštrukcia zaberie miesto a zmenší úžitkovú plochu, čo predstavuje problém pre malé byty alebo nebytové priestory.

Stagnácia systému

Poďme si povedať niečo viac o problémoch spojených s prebytkom generovaného tepla. Povedzme teda, že ste nainštalovali dostatočne výkonný solárny kolektor, ktorý dokáže plne dodať teplo vykurovacej sústave vášho domu. Lenže prišlo leto a potreba vykurovania zmizla. Ak môžete vypnúť napájanie elektrického kotla alebo prerušiť dodávku paliva pre plynový kotol, nemáme napájanie cez slnko - nemôžeme ho „vypnúť“, keď je príliš horúci.

Stagnácia systému je jedným z hlavných potenciálnych problémov solárnych kolektorov. Ak sa z okruhu kolektora neodoberá dostatok tepla, chladiaca kvapalina sa prehrieva. V určitom okamihu môže druhý vrieť, čo povedie k ukončeniu jeho cirkulácie pozdĺž okruhu. Keď sa chladiaca kvapalina ochladí a kondenzuje, systém obnoví činnosť. Nie všetky typy kvapalín na prenos tepla však pokojne prenášajú prechod z kvapalného do plynného skupenstva a naopak. Niektoré v dôsledku prehriatia získajú rôsolovitú konzistenciu, čo znemožňuje ďalšiu činnosť obvodu.

Iba stabilné odvádzanie tepla produkovaného kolektorom zabráni stagnácii. Ak je výpočet výkonu zariadenia vykonaný správne, pravdepodobnosť problémov je prakticky nulová.

Ani v tomto prípade však nie je vylúčený výskyt vyššej moci, preto by sa mali vopred počítať s metódami ochrany pred prehriatím:

1. Inštalácia rezervnej nádrže na akumuláciu teplej vody. Ak voda v hlavnej nádrži systému zásobovania teplou vodou dosiahla stanovené maximum a solárny kolektor naďalej dodáva teplo, automaticky sa prepne a voda sa začne ohrievať už v rezervnej nádrži. Vytvorený prísun teplej vody je možné použiť pre domáce potreby neskôr, pri oblačnom počasí.

2. Vyhrievaná voda v bazéne. Majitelia domov s bazénom (či už vnútorným alebo vonkajším) majú vynikajúcu príležitosť na odstránenie prebytočnej tepelnej energie. Objem bazénu je neporovnateľne väčší ako objem ľubovoľného skladu v domácnosti, čo znamená, že voda v ňom sa nebude tak ohrievať, že už nebude schopná absorbovať teplo.

3. Vypúšťanie horúcej vody. Ak nemáte príležitosť užitočne minúť prebytočné teplo, môžete jednoducho ohriatu vodu v malých častiach vypustiť zo zásobníka na dodávku teplej vody do kanalizácie. Studená voda vstupujúca do nádrže zároveň zníži teplotu celého objemu, čím sa bude naďalej odvádzať teplo z okruhu.

4. Vonkajší výmenník tepla s ventilátorom. Ak má solárny kolektor veľkú kapacitu, môže byť prebytočné teplo tiež veľmi veľké. V takom prípade je systém vybavený prídavným okruhom naplneným chladivom. Tento prídavný okruh je pripojený k systému pomocou výmenníka tepla vybaveného ventilátorom a namontovaného mimo budovu. Ak existuje riziko prehriatia, prebytočné teplo vstupuje do prídavného okruhu a cez výmenník tepla sa „vyhadzuje“ do vzduchu.

5. Odvod tepla do zeme. Ak má dom okrem solárneho kolektora aj tepelné čerpadlo zo zeme, môže prebytočné teplo smerovať do studne. Zároveň riešite dva problémy naraz: na jednej strane chránite kolektorový okruh pred prehriatím, na druhej strane obnovíte tepelnú rezervu v pôde vyčerpanej počas zimy.

6. Izolácia slnečného kolektora od priameho slnečného žiarenia. Z technického hľadiska je táto metóda jednou z najjednoduchších. Samozrejme sa neoplatí liezť na strechu a zakrývať kolektor ručne - je to tvrdé a nebezpečné. Oveľa racionálnejšie je nainštalovať diaľkovo ovládanú uzávierku, napríklad roletu. K regulátoru môžete dokonca pripojiť riadiacu jednotku klapky - v prípade nebezpečného zvýšenia teploty v okruhu sa rozdeľovač automaticky uzavrie.

7. Vypúšťanie chladiacej kvapaliny. Táto metóda sa dá považovať za kardinálnu, ale zároveň je celkom jednoduchá. Ak existuje riziko prehriatia, chladiaca kvapalina sa vypúšťa pomocou čerpadla do špeciálnej nádrže integrovanej do okruhu systému. Keď sa podmienky opäť stanú priaznivými, čerpadlo vráti chladiacu kvapalinu do okruhu a kolektor sa obnoví.

Inštalácia bloku rozdeľovača

Inštalácia vykurovacieho kolektora sa vykonáva v tesnej blízkosti kotla... Rúry radiátora z ohrievača sú často položené pozdĺž podlahy, po ktorej je konštrukcia betónovaná a izolovaná, čo minimalizuje tepelné straty. Samotný kolektorový blok je namontovaný v špeciálne pripravenom štítovom alebo nástennom výklenku. Špeciálna klapka môže byť sklopná alebo zabudovateľná, doplnená dvierkami a bočným vyrazením, alebo otvorená. Ak nie je možné namontovať skrinku, potom je blok rozdeľovača pripevnený k stene v nízkej výške od podlahy.

Ak je budova viacpodlažná, potom bude na každom poschodí domu nainštalovaný rozdeľovač, ktorý umožní vykurovanie akejkoľvek miestnosti. Takýto systém vám umožní regulovať, pripájať a odpájať jeden alebo viac vykurovacích radiátorov, celú miestnosť, celý okruh. To vylučuje potrebu vypnúť prívod chladiacej kvapaliny k iným zdrojom vykurovania. Ako priestory na inštaláciu rozvodného potrubia sa používajú sklady, chodby, chodby, šatníky.

Ostatné komponenty systému

Nestačí iba zbierať teplo vyžarované zo slnka. Stále je potrebné ho prepravovať, akumulovať, prenášať na spotrebiteľov, je potrebné monitorovať všetky tieto procesy atď. To znamená, že okrem kolektorov umiestnených na streche obsahuje systém aj mnoho ďalších komponentov, ktoré môžu byť menej nápadné, ale nemenej dôležité. Zamerajme sa iba na niekoľko z nich.

Nosič tepla

Funkciu chladiacej kvapaliny v okruhu kolektora je možné vykonávať buď vodou, alebo nemrznúcou kvapalinou.

Voda má niekoľko nevýhod, ktoré kladú určité obmedzenia na jej použitie ako chladiacej kvapaliny v solárnych kolektoroch:

• Najskôr pri negatívnych teplotách tuhne. Aby zamrznutá chladiaca kvapalina nepraskla v potrubí okruhu, bude sa s chladným počasím musieť vypustiť, čo znamená, že v zime z kolektora nebudete prijímať ani malé množstvo tepelnej energie.
• Po druhé, nie príliš vysoký bod varu vody môže v lete spôsobiť častú stagnáciu.

Nemrznúca kvapalina má na rozdiel od vody výrazne nižší bod tuhnutia a neporovnateľne vyšší bod varu, čo zvyšuje pohodlie jeho použitia ako nosiča tepla. Pri vysokých teplotách však môže „nemrznúca zmes“ prejsť nezvratnými zmenami, preto by mala byť chránená pred nadmerným prehriatím.

Čerpadlo prispôsobené pre solárne systémy

Na zabezpečenie nútenej cirkulácie chladiacej kvapaliny pozdĺž okruhu kolektora je potrebné čerpadlo upravené pre solárne systémy.

Výmenník tepla TÚV

Prenos tepla z okruhu solárneho kolektora na prívod teplej vody alebo na vykurovacie médium vykurovacieho systému sa uskutočňuje pomocou výmenníka tepla. Na akumuláciu teplej vody sa spravidla používa veľkoobjemová nádrž so zabudovaným výmenníkom tepla. Je racionálne používať nádrže s dvoma alebo viacerými tepelnými výmenníkmi: to umožní odber tepla nielen zo slnečného kolektora, ale aj z iných zdrojov (plynový alebo elektrický kotol, tepelné čerpadlo atď.).

Klasická schéma zapojenia

Zvyčajná schéma zapojenia vodovodných potrubí okolo domu je tee alebo sekvenčná: potrubie je odklonené od hlavnej stúpačky, ku ktorej sú pripojené potrebné zariadenia a vybavenie cez odpaliská a kohútiky.

Táto technológia pripojenia je prospešná v nasledujúcich bodoch:

1. Minimálna celková dĺžka potrubia;
2. Nízky hydraulický odpor vo vodovodnom systéme.

V praxi sa táto schéma z najlepšej stránky neosvedčila - ukázalo sa, že je lepšie realizovať spojenie pomocou hrebeňa. Nevýhodou tradičného zapojenia je, že pri otvorení viacerých ventilov súčasne klesá tlak v jednom z nich alebo v obidvoch.