Co je vzduchový sluneční kolektor?

Tým vědců z Uralské federální univerzity a Sichuanské zemědělské univerzity (Čína) vyvinul, vyrobil a úspěšně otestoval solární vzduchový kolektor. Účinností akumulace tepla, tepelnou vodivostí, přenosem tepla a účinností výrazně převyšuje světové analogy. Nový solární vzduchový kolektor je schopen stabilně vytápět místnosti nejen ve dne, ale i v noci. Článek o výzkumné a vývojové práci byl publikován v časopise Applied Energy.

Novinkou nového kolektoru je, že je navržen na bázi kompozitního tepelného akumulátoru, který je vyroben tavením materiálu s fázovou změnou a měděné pěny.

„Nový kolektor má oproti kolektoru bez použití měděné pěny více než dvojnásobnou tepelnou vodivost. Do režimu akumulace tepla se přepnul o půl hodiny rychleji, doba akumulace se zkrátila, objem akumulovaného tepla byl mnohem větší a teplota vytápění byla vyšší. Jinými slovy, tepelná akumulační kapacita zařízení se zlepšila. To mu umožnilo uvolnit více tepelné energie v noci, to znamená, že se zvýšila účinnost přenosu tepla. Zároveň se doba uvolňování tepla zkrátila o 20 % a pokles teploty vzduchu na výstupu z kolektoru byl až o 10 %,“ komentuje Vladimír Alekhin, vedoucí oddělení počítačově podporovaných konstrukčních systémů pro stavebnictví. projektů na Institutu výstavby a architektury UrFU, vedoucí výzkumu na ruské straně, spoluautor článku.

Díky vylepšení se distribuce tepla v místnosti zjednotila, zmenšil se rozsah kolísání teplot v místnosti a bylo v ní pohodlnější. A rezerva tepla uložená v kolektoru se zvýšila, takže k jeho ochlazování docházelo pomaleji. Nový kolektor je tedy úspornější než jeho předchůdci.

Nový solární vzduchový kolektor byl úspěšně testován v Číně při teplotách od -15 do +5 °C. Testy ukázaly: jestliže se dosavadní světový výzkum zaměřoval na jeden či dva faktory účinnosti solárních vzduchových kolektorů, pak se skupině ruských a čínských vědců podařilo zlepšit celou řadu parametrů.

Design „klasických“ solárních vzduchových kolektorů, které se instalují na vnější stěny budov, zahrnuje průhledné skleněné kryty, solární panely pohlcující teplo, izolační vrstvy a kovové pláště. Solární absorbéry jsou hlavní komponenty, které přeměňují světelnou energii na tepelnou energii a následně využívají prostředí vzduchu k přenosu tepla do místnosti.

„Kvůli přerušování sluneční energie nemohou tradiční solární vzduchové kolektory zajistit vytápění v noci. Věda tento problém řeší vývojem modelů solárních vzduchových kolektorů využívajících materiály s fázovou změnou. Zajišťují zvýšenou rychlost a hustotu akumulace energie, její uchování uvnitř kolektoru a tím pomáhají snižovat teplotní výkyvy a zvyšují tepelnou pohodu v místnosti,“ vysvětluje Vladimir Alekhin.

Solární kolektory vyrobené z materiálů s fázovou změnou však mají své nevýhody: nízká tepelná vodivost takových materiálů snižuje účinnost akumulace tepla v kolektoru. To ovlivňuje tepelný výkon kolektorů a zvyšuje komplexní požadavky na vytápění pro uživatele budovy. Aby se zlepšila tepelná vodivost, výzkumníci po celém světě kombinují materiály s fázovou změnou a kovové pěny, zejména porézní a lehkou měděnou pěnu, která je známá svou vysokou tepelnou vodivostí.

Osvědčení

Venkovské oblasti mají nízkou hustotu osídlení a rozptýlené obytné budovy, takže jsou často nevhodné pro instalaci systémů ústředního vytápění. Z tohoto důvodu obyvatelé venkova stále používají kamna a krby a dřevěné uhlí. Tyto tradiční způsoby vytápění domácností jsou neúčinné a způsobují vážné znečištění životního prostředí. Podle předpovědí OSN dosáhnou do roku 2030 emise oxidu uhličitého z takových budov přibližně 30 % celosvětového úhrnu.

Proto je další vývoj solárních vzduchových kolektorů, které využívají čistou energii, nesmírně důležitý. Hlavními výhodami takových kolektorů jsou jednoduchost konstrukce, obsluha, vysoká účinnost, mrazuvzdornost a spolehlivost.

Informace poskytla tisková služba Uralské federální univerzity

Aby solární kolektor poskytoval požadovaný výkon a byl účinný, musíte podrobně porozumět nejen tomu, jak solární kolektory fungují (obecný princip činnosti) a jak jsou vyrobeny, ale také vědět o existenci různých druhů těchto kolektorů. zařízení. Vlastnosti jeho provozu, konstrukce a náklady do značné míry závisí na typu kolektoru. Nejběžnější a praktičtější k použití jsou ploché a trubicové (vakuové) solární kolektory. Existují také vzduchové a otevřené kolektory, ale mají své vlastní charakteristiky a omezený rozsah použití. Abyste pochopili, který kolektor je potřeba ve vašem konkrétním případě, musíte vědět, jak se různé typy kolektorů liší, jejich výhody a nevýhody.

• Otevřete solární kolektory
• Vzduchové sluneční kolektory
• Ploché solární kolektory
• Trubicové vakuové solární kolektory

Otevřete solární kolektory

Jedná se o nejprimitivnější a nejjednodušší typ solárních kolektorů. Jedná se o plastovou nádobu s vodou a plastovým nebo pryžovým povrchem, která dobře absorbuje sluneční záření. Otevřené kolektory se obvykle používají pouze v létě v soukromých domech a chatách k ohřevu vody v bazénu nebo letní sprše. Povrch takového kolektoru není pokryt sklem. Přes nízkou cenu a jednoduchou konstrukci má tento typ kolektoru nízkou účinnost a krátkou životnost (od 1 do 3 let). Protože výkon tohoto typu kolektoru přímo závisí na povětrnostních podmínkách a okolní teplotě, je vhodné jej používat pouze v jižních oblastech země.

Vzduchové sluneční kolektory

Tato solární zařízení se používají pro vytápění a klimatizaci místností, sušících zařízení, systémů rekuperace vzduchu atd. Takové kolektory jsou méně běžné než vakuové nebo ploché a roli chladiva v nich nehraje kapalina, ale vzduch .

Konstrukce vzduchového kolektoru je žebrovaná (někdy perforovaná) kovová deska se selektivním černým povlakem nebo soustava kovových trubek s dobrou tepelnou vodivostí. Vzduchový kolektor funguje na principu nuceného nebo přirozeného přívodu vzduchu ohřátého slunečním zářením do místnosti. Zařízení je připojeno k místnosti pomocí vzduchovodů pro přívod a nasávání vzduchu, ve kterých jsou instalovány ventilátory, které zajišťují konvekci a cirkulaci vzduchových hmot. Samotný vzduch se ohřívá díky přímému kontaktu s teplovodivým kovem, který absorboval energii slunečních paprsků. Konstrukce vzduchového kolektoru je spolehlivá a jednoduchá, životnost dosahuje 10 – 20 let. Nevýhodou je využití další energie pro ventilátory, což zvyšuje náklady na jeho provoz.

Ploché solární kolektory

Plochý solární kolektor má vrstvenou strukturu. V podstatě se jedná o desku z tepelně náročného kovu, která může být potažena černou selektivní kompozicí, která podporuje lepší absorpci a transformaci slunečních paprsků s téměř nulovým odrazem – tzv. absorbér. Ke spodní části desky jsou přivařeny tenké trubky – rovnoběžné nebo klikaté (ve formě spirálové trubky) – chladící kapalina jimi cirkuluje. Sluneční paprsky absorbované absorbérem ohřívají chladicí kapalinu a poté se teplo přenáší do systému.

Absorbér (deska) je umístěn v tepelně izolačním tělese z hliníkových profilů a nahoře je překryt ochranným (běžným nebo tvrzeným) sklem s minimální propustností světla – pro vytvoření jakéhosi „skleníkového efektu“. Pro minimalizaci tepelných ztrát je důležité provést spolehlivou tepelnou izolaci mezi stěnami pouzdra a absorbérem. Tepelně izolační vrstva se zpravidla pokládá jako souvislá deska pod desku absorbéru.

Plochý solární kolektor zvenčí vypadá jako pevná a objemná deska, není snadné jej instalovat, zejména na střechy se strmým sklonem. Mezi nevýhody patří také značné tepelné ztráty během chladného období, a to i při utěsněném krytu a dobré tepelně izolační vrstvě. Vzhledem ke konstrukčním vlastnostem může být provozní účinnost takového solárního kolektoru nízká i při dobré úrovni solární absorpce. Ploché kolektory má proto smysl používat hlavně v létě.

Účinnější jsou ploché vakuové rozdělovače – typ plochých kolektorů. U tohoto typu zařízení jsou minimalizovány ztráty vlivem vakua mezi absorbérem a sklem. Zároveň se zvyšuje účinnost kolektoru, protože je minimalizována interakce desky absorbéru a skla a samotný systém funguje na principu zrcadlového odrazu bez ohledu na úhel dopadu slunečních paprsků. Zatímco vyšší účinnost je plus, mezi nevýhody patří složitost instalace a vysoká cena kolektoru tohoto provedení.

Trubicové vakuové solární kolektory

Tento typ solárních kolektorů se nejsnáze instaluje a zároveň má ve srovnání s plochými kolektory nejlepší účinnost. Ve všech zařízeních tohoto typu, bez ohledu na výrobce či typ provedení, je vakuum a funguje i princip zrcadlového odrazu, který zvyšuje efektivitu provozu.

Hlavním a zásadním rozdílem mezi trubicovými a plochými kolektory je tvar absorbéru. K přeměně sluneční energie na teplo se místo desky používá vakuová trubice (trubkový systém) ze speciálního skla s kovovou tyčí uvnitř s teplonosnou kapalinou a selektivním povlakem. Trubicové vakuové solární kolektory jsou vybaveny speciálním rámem a lze je montovat po částech – to vysvětluje jejich snadnou instalaci.

Konstrukce takového kolektoru je hydraulická síť, kde jsou trubky připevněny k tělesu výměníku tepla a komunikují s ním pomocí tepelných kanálů umístěných uprostřed absorpční desky. Samotné těleso výměníku tepla a trubky však mohou mít různé konstrukce a provozní principy.

Klasická koaxiální trubice přímé vytápění Struktura je poměrně jednoduchá a podobná termosce. Je to baňka se dvěma stěnami, mezi kterými je vakuum. Jako tepelný kanál uvnitř takové trubky se používá tyč (nejčastěji měď). U této konstrukce je tepelný kanál v přímém kontaktu s povrchem absorbujícím teplo, takže tepelné ztráty v kolektorech s takovými trubicemi jsou velmi malé. Tyto kolektory pracují převážně sezónně, v létě a při tlaku nepřesahujícím 0,2 atm. Mají nízkou cenu a snadno se instalují.

Vakuová koaxiální trubice se systémem typu U

Výměník tepla uvnitř každé trubky tohoto typu má tvar U, je umístěn uvnitř trubky a je s ní integrální. Taková zařízení jsou považována za vysoce účinná, poskytují minimální tepelné ztráty a snadno se instalují. Nevýhodou je vysoká cena, pracnost a vysoké náklady na opravy – pokud selže jeden z konstrukčních prvků, musí se vyměnit všechny ostatní.

Vakuová koaxiální trubice s termotrubicemi nebo systémem heat-pipe

Uvnitř měděných trubic tohoto typu kolektoru je rychle vroucí kapalina (směs vody, dusíkaté směsi, čpavek, aldehyd, metanol atd.).

Sluneční paprsky dopadající na stěnu tohoto typu tepelné trubice ji zahřejí, kapalina se vaří, odpařuje a vzniklé teplo předává v podobě stoupající páry do výměníku tepla. Poté se po odevzdání tepla kapalina ve formě kondenzátu vrací do termotrubice. Takové termotrubky jsou připojeny k výměníku tepla pomocí speciálních zařízení (objímek) a dohromady tvoří systém heat-pipe (horká trubka).

Solární kolektory s takovým uspořádáním trubek se snadno instalují a opravují, mají nízkou cenu a mohou produktivně pracovat za každého počasí. Praxe ukazuje, jak takové solární kolektory fungují v zimě – jsou účinné i do silných mrazů (až -30-35Cº).

Péřové trubky se systémem heat-pipe

Tyto trubky jsou považovány za nejúčinnější, nejproduktivnější a nejmodernější. Mají trochu jinou strukturu, ale princip fungování je stejný jako u koaxiálních trubek.

Péřové trubice jsou baňky s jednou silnou a silnou stěnou, uvnitř které je měděná teploabsorbující trubice s vlnitým plechem a absorpční vrstvou. Díky této konstrukci se přímo v tepelném kanálu vytváří vakuum a tepelný kanál a absorbér jsou částečně integrovány do baňky. Systém heat-pipe s deskou absorbující peří a v ní zapuštěným tepelným kanálem je polootevřený a ponořený otevřenou stranou do vakua.

Solární kolektory s tímto typem trubic se vyznačují vysokou účinností. Zároveň jsou poměrně drahé, složité a nákladné na opravu – pokud selže jeden prvek, musí se vyměnit celý systém.

Existuje i takový typ solárního kolektoru jako vakuový rozdělovač s přímo vyhřívanými koaxiálními trubkami (s přímým přenosem tepla) a nádrží s vestavěným výměníkem tepla. Zde je v kovové nádrži zabudován výměník tepla, který je zásobován párou z vroucí kapaliny. Po přenosu tepla se kapalina vrací do trubice ve formě kondenzátu. V takovém zařízení jsou tepelné ztráty minimální, systém je vysoce účinný a může pracovat i při velmi nízkých okolních teplotách (až –30-35Cº).

U solárních kolektorů lze typy trubic a tepelných kanálů vzájemně různě kombinovat. A každá z nich bude mít své vlastní provozní vlastnosti, výhody a nevýhody. Proto, abyste si co nejlépe vybrali design, který vám vyhovuje, a zjistili, kolik solární kolektory stojí, musíte správně formulovat zadaný úkol a pro spolehlivost se obrátit na odborníky, aby vybrali a vypočítali systém.

Zanechat komentář Zrušit odpověď na komentář

Chcete -li přidat komentář, musíte být přihlášeni.