Solvarme derhjemme med samlere: princip om drift og pris

Indholdet af artiklen

• De vigtigste komponenter i varmesystemet
• Sorter og forskelle på samlere
• Solenergiproblemer
• Integration i varmesystemet
• Effektberegning og installationstrin
• Har jeg brug for en varmepumpe
• Omkostninger til solvarmeanlæg

Er det realistisk at give dit hjem solvarmeenergi? I dag vil vi diskutere udsigterne til at bruge solsystemer som den vigtigste kilde til opvarmning, overveje spørgsmålet om økonomisk berettigelse og effektivitet af solfangere.

De vigtigste komponenter i varmesystemet

Solfangere tjener som varmekilde for solsystemet, hvis formål er den mest effektive overførsel af energien fra det infrarøde spektrum af solstråling til kølevæsken. Det termiske område for sollys er 40–45% af den samlede strålingsflux, i specifikke tal er den 200–500 W / m² afhængigt af breddegrad, tid på året og dagen.

I princippet er samlere alene tilstrækkelige til at bygge det enkleste solsystem. Gennem deres kanaler kan almindeligt vand cirkulere, brugt til husholdningsbehov og til opvarmning af boliger. Imidlertid er denne tilgang ikke effektiv nok af flere årsager, hvoraf den første er den manglende genopfyldning af energitab i en hel dag. Derfor er et af de vigtigste elementer i et solvarmeanlæg en varmeakkumulator – en container med vand.

Husvarmeplan med solfangere: 1 – koldt vandforsyning; 2 – varmeveksler; 3 – varmeakkumulator; 4 – temperatursensor; 5 – kølevæskekredsløb; 6 – pumpestation; 7 – controller; 8 – ekspansionsbeholder; 9 – varmt vand; 10 – tre-vejs ventil; 11 – solfanger

Den tekniske enhed til solfangeren er også en slags begrænsning. Dens kanaler har et forholdsvis lille strømningsområde, hvilket giver anledning til risikoen for tilstopning med mekaniske urenheder. Der er også en stor sandsynlighed for, at kølevæsken fryser om natten, mens den øvre grænse for driftstemperaturområdet er 200–300 ° С. Samlerne er designet til hurtig kontinuerlig cirkulation af kølevæsken, der kommer ind ved en lav temperatur, opvarmes hurtigt af sollys og lige så hurtigt overfører varme til batteriet.

Vakuum U-formede rør af solfanger

Af disse grunde er det sædvanligt at bruge propylenglycol med et sæt specielle additiver til direkte opvarmning i varmeledninger. Så det tredje obligatoriske element i solopvarmningssystemet er et specielt kølevæske og et vekslingskredsløb, som ofte er strukturelt inkluderet i varmeakkumulatoren, eller som kan være en del af selve opsamleren.

Sorter og forskelle på samlere

Uden at gå ind på enhedens tekniske detaljer, ligger den største forskel mellem flade og vakuumsamlere i brugen af ​​det i forskellige klimatiske zoner. Flade samlere bruges bedst i sydlige breddegrader med herskende temperaturer over nul, vakuum dem tættere på de nordlige.

Flad solfangerkonstruktion: 1 – kølevæskuttag; 2 – samleramme; 3 – struktureret haglbestandigt glas; 4 – absorber; 5 – kobberrør; 6 – varmeisolering; 7 – kølevæskeindløb

Muligheden for at bruge visse typer solfangere skyldes en række funktioner:

• vakuumopsamlernes manglende evne til at rydde sne på egen hånd;
• høje varmetab hos flade solfangere, der vokser med temperaturforskellen;
• flade kollektors lave modstand mod vindbelastning;
• høje omkostninger ved projektet på vakuum solfangere;
• lavt temperaturområde effektiv anvendelse af flade samlere.

Udformningen af ​​vakuummanifolden med indirekte varmeoverførsel: 1 – indgang til den afkølede varmebærer; 2 – varmeveksler (opsamler); 3 – et forseglet stik; 4 – vakuumrør; 5 – aluminiumplade (absorber); 6 – varmeledning; 7 – arbejdsvæske; 8 – opvarmet kølevæskeudløb; 9 – kølelegemekrop; 10 – varmelederkondensator; 11 – isolering

En af de vigtigste forskelle ligger i installationsprocessen. Flade samlere kræver levering til taget fuldstændigt samlet, mens vakuumsamlere kan samles på stedet. Desuden har flade opsamlere normalt ikke deres egen varmeakkumulator og vekslingskredsløb..

Solenergiproblemer

Solvarmeanlæg er ikke uden ulemper, hvoraf den vigtigste er energikildens inkonstans. Om natten opvarmes systemet ikke, og i langvarigt overskyet vejr er det at forvente en klar himmel til at varme huset op under en gennemsnitlig glæde. Hvis batteriet med et tilstrækkeligt stort volumen er i stand til at bevare den krævede mængde varme mindst indtil morgenen, kan flere dages autonomt arbejde under betingelser med utilstrækkelig belysning kun forventes med en betydelig udvidelse af solparken. Dette medfører til gengæld det modsatte problem: når man når den maksimale strømtilstand (for eksempel på en klar forårsdag), kræver et sådant solsystem mere intensiv varmefjerning eller midlertidig nedlukning af flere absorbenter med deres skygge.

Det er vigtigt at forstå, at solsystemer i realiteterne i det russiske klima ikke kan bruges som den eneste eller hovedopvarmningskilde. De kan dog reducere energiforbruget markant i opvarmningssæsonen. Hybridopsamlere fungerer specielt effektivt, hvor varmeapparater kombineres med fotoceller. Hvis uklarhed forsinker det meste af IR-strålingen, er tabet af den fotoelektriske del af spektret ikke så markant.

En anden ulempe ved solfangere er behovet for tvungen cirkulation af kølevæsken i opsamlerakkumulatorsystemet. Nogle vakuumsamlere er udstyret med en tank til naturlig cirkulation og placeret over absorberen. Sådanne installationer bruges normalt i varmtvandsforsyningssystemer med vandindtag under tryk fra en koldt vandforsyning. Men der er stadig måder at etablere fælles drift af sådanne solfangere med et varmesystem..

Vakuum solfanger med tank

Integration i varmesystemet

Der er to måder at kombinere solfangere med et vilkårligt kompleks væskeopvarmningssystem. Den vigtigste energikilde kan være enten gas eller elektricitet – der er ingen signifikant forskel.

Den første mulighed er at varme det samlede daglige batteri. Akkumulatoren kommunikerer sammen med kedlen sammen og i rækkefølge; ved utilstrækkelig høj temperatur tænder sidstnævnte og opvarmer væsken. Et korrekt designet system af denne art kan fungere effektivt, selv uden tvungen cirkulation..

1 – varmekreds; 2 – varmevæske; 3 – temperatursensor; 4 – pumpestation; 5 – controller; 6 – pumpe; 7 – ekspansionsbeholder; 8 – sanitært vand; 9 – koldt vand; 10 – varmt vandforsyning; 11 – solfanger; 12 – varmekedel

Den anden type kombination involverer brugen af ​​en varmeakkumulator med to kredsløb. Gennem den ene fjernes varme fra samleren, gennem den anden – opvarmning af kølemidlet i systemet, vand fra batteriet fungerer som en kilde til varmt vandforsyning. Da kredsløbene er isoleret fra hinanden, kan der anvendes mere varmeabsorberende væsker eller frostvæske i varmesystemet og varmeudvekslingscyklussen fra solfangeren. Den største ulempe er systemets flygtighed, fordi i begge kredsløb er cirkulationen tvunget.

1 – koldt vandforsyning; 2 – temperatursensor; 3 – varmeveksler af solfanger; 4 – kedelvarmeveksler; 5 – kollektorkølevæskekredsløb; 6 – pumpestation; 7 – controller; 8 – ekspansionsbeholder; 9 – cirkulationspumpe; 10 – udløb for varmt vand; 11 – varmekedel; 12 – solfanger

Effektberegning og installationstrin

Overgangen til solenergi accepterer ikke hast og en overfladisk tilgang. Ofte kan konklusioner om, hvorvidt det er hensigtsmæssigt at installere et solsystem, kun drages efter flere års observationer og beregninger..

Desværre giver det ikke meget mening at stole på solkort, da lokale vejrforhold i høj grad kan fordreje gennemsnittet. Derfor er den første ting, man skal gøre, uafhængigt at udarbejde en rapport om intensiteten af ​​solstråling på det sted, hvor opsamlerne er installeret. Pyranometre bruges til målinger; inden for 5 tusind rubler kan du købe en budgetenhed med et tilstrækkeligt sæt funktioner.

pyranometer

Målinger skal udføres på forskellige tidspunkter af dagen med en frekvens på cirka en uge hele året rundt. Ved målingen skal der tages højde for samlernes hældningsvinkel og orientering. De resulterende data verificeres til sidst med statistikken fra det hydrometeorologiske center for procentdelen af ​​overskyede dage om året.

For at sikre solcelleanlægets høje effektivitet skal det mest negative scenarie overvejes, det vil sige, at den længste periode med den laveste belysning skal betragtes som et referencepunkt. Ideelt set kan du tage højde for sandsynligheden for endnu værre vejrforhold ved hjælp af meteorologisk statistik i de sidste 15-20 år. De opnåede data om den indkommende solenergi vil hjælpe med at fastlægge det krævede samlede areal i absorptionsfeltet og bestemme antallet af samlere, der skal købes.

Som nævnt bruges samlere meget sjældent som den vigtigste kilde til opvarmning, de spiller normalt en hjælperolle. Men andelen af ​​deltagelse kan beregnes, det angives som en procentdel af den samlede effekt i husets elsystem eller dets varmetab. Efter at have modtaget det krævede antal kilowatt, ganges det med den optiske effektivitet af absorberne, der tilføjes flere koefficienter – korrektioner for orientering, hældning, temperaturforhold samt en sikkerhedsmargin.

I henhold til den “netto” værdi af den genererede strøm, vælges følgende:

• det krævede antal samlere af en bestemt model og i gennemsnit en backup solfanger pr. 10-15 i drift;
• rørsystem med producentens anbefalede kapacitet og temperaturmodstand;
• cirkulationsgruppe, afstandsventiler, andre hjælpeapparater;
• volumen og placering af lagertanken. I systemer med en daglig opbevaring eller varmeudtrækningskapacitet på mere end 20 kW er det fornuftigt at bygge isolerede betonbeholdere med et volumen på 15-20 m³.

Til selvinstallation og vedligeholdelse er det nødvendigt at udarbejde et system, tildele et sted til placering af hjælpeanordninger og fastgøre solfangeren på den sydlige (for den nordlige halvkugle) taghældning under hensyntagen til udstyrsleverandørens anbefalinger om vindbelastninger. Glem ikke, at ved at købe et komplet sortiment af udstyr fra en distributør, får du muligheden for at udarbejde gratis, hvis ikke et projekt med et solvarmeanlæg, så i det mindste en liste over godt kompatibelt udstyr og komponenter.

Har jeg brug for en varmepumpe

En af de største ulemper ved solvarmeanlæg er de høje omkostninger. Mens teknologien til produktion af flade samlere er godt behersket, forbliver vakuumabsorbenter dyre, og under visse vejrforhold vil det være muligt kun at anvende dem med succes. Men der er et andet alternativ – samlere af lufttype.

Soltype solfanger

På grund af den enklere enhed er deres omkostninger mindre, plus der er mulighed for autonom drift. Luftopsamlernes effektivitet øges med installationen af ​​en blæserventilator drevet af et integreret solcellepanel. På grund af den accelererede, men forholdsmæssige opvarmning af afkøling af kanalerne, minimeres returvarmetabet gennem opsamleren. Effektbegrænsning kan opnås ved at kontrollere blæserhastigheden eller ved blot at slukke for strømmen – luftopsamlerne er ikke bange for termisk stød, derudover er det let at indstille naturlig recirkulation.

Mangel på luftsystemer i en lille grad af opvarmning af kølevæsken. Luftens varmekapacitet er mindre, plus absorberen er næsten altid opvarmet uden fokusering. For at være i stand til at integreres i varmesystemet (hvilket ofte er nødvendigt på grund af umuligheden af ​​at lægge en ventilationskanal i et opvarmet rum), er der virkelig brug for en varmepumpe eller opdelingssystem.

Imidlertid kan luftkilden varmepumper også bruges til at øge effektiviteten af ​​klimaanlæg. Med dem kan cirkulationshastigheden hæves til værdier, der ikke er acceptabel i indenlandske ventilationssystemer, hvilket giver en 2-3 gange stigning i output på grund af den høje temperaturforskel. Om natten har opsamleren også en lav produktionshastighed i driftstemperaturområdet.

Luften, der bruges som varmebærer, kan affugtes eller erstattes med kuldioxid eller en anden mere varmebestandig gas. Det giver dog ingen mening at bruge varmepumper med et primært vandkredsløb: de er oprindeligt designet til at arbejde med en høj temperaturforskel, og derfor er effektforøgelsen ikke nok til at retfærdiggøre installationen.

Omkostninger til solvarmeanlæg

Gleden ved at bruge ren energi kommer til en høj pris, i det mindste i dag. For at være retfærdig er der nogle positive nyheder: I løbet af de sidste fem år er udgifterne til produktion af fladpladesamlere faldet med 2-2,5 gange, det samme kan forventes snart fra apparater med vakuumabsorbenter.

Prisen for flad- og vakuumsamlere bestemmes af produktionsvolumenet – værdien af ​​solstråling under ideelle lysforhold, det vil sige specifik strøm. I gennemsnit for 1 kW fladt solfangere skal du betale omkring $ 350-500 og for en komplet installation med et eksternt batteri – omkring $ 800-1000. Prisen for vakuum solfangere svinger i et højere interval – fra $ 600 til $ 1000-1200 pr. Kompleks, afhængigt af kvaliteten af ​​ydeevne, rørmateriale, varmevekslerisolering og andre funktioner.

For kapacitive samlere er målestandarden i liter vand opvarmet til den højest mulige temperatur. Du kan beregne mængden af ​​genereret elektricitet enten ved det samlede areal af absorberen eller ved at udtrykke det gennem den specifikke vandvarme. Afhængigt af systemets kompleksitet varierer omkostningerne meget, prisen på et af eksemplerne fra det midterste markedssegment når $ 1.500 for 300 liter (for 4-5 beboere) med en temperaturforskel på ca. 50 ° C, hvilket svarer til 2,5 kW specifik styrke.

Lignende poster:

1. Elektrisk sko: princip om drift, fordele og ulemper Elektriske sko er en innovativ teknologi, der bruger elektromagnetisk kraft til at hjælpe mennesker med at gå. Fordelene ved denne teknologi er, at den kan hjælpe mennesker med at mindske...
2. Profilbøjningsmaskiner: enhed og princip for udstyrets drift Profilbøjningsmaskiner er enkel og effektiv drift af udstyr, som giver fleksibilitet, præcision og en hurtig produktionstid af profilverarbejdning. Med deres moderne teknologi og kontrolsystemer, giver de perfekt afslutning og høj...
3. Bærbar termisk taske – arbejdets princip og varighed, de bedste modeller og pris Bærbare termiske tasker gør det muligt for dig at bevare din mad frisk i længere tid. De holder din mad varm eller kold i op til 6 timer, uanset vejr...
4. Halogenlamper – princippet om drift og typer til huset, hvordan man vælger magt og pris Halogenlamper er en energieffektiv, økonomisk og holdbar måde at belyse dit hjem på. Hubspots artikel forklarer princippet om drift, forskellige typer til huset og hvordan man vælger den rigtige magt...

Læs mere  Systemer mod vandlækage