Magánház szoláris fűtése: lehetőségek és tervezési diagramok

A természeti elemek által szolgáltatott „zöld” energia felhasználása jelentősen csökkentheti a közüzemi költségeket.Például egy magánház napkollektoros fűtésével az alacsony hőmérsékletű radiátorokat és a padlófűtési rendszereket gyakorlatilag ingyenes hűtőfolyadékkal látja el. Egyetértek, ez már pénzt takarít meg.

A javasolt cikkünkből mindent megtudhat a „zöld technológiákról”. Segítségünkkel könnyen áttekintheti a napelemes telepítések típusait, kivitelezési módjait, működési sajátosságait. Valószínűleg érdekelni fogja az egyik népszerű lehetőség, amely aktívan működik a világon, de itt még nincs nagy kereslet.

A figyelmébe ajánljuk áttekintésben a rendszerek tervezési jellemzőit elemezzük és a csatlakozási rajzokat részletesen ismertetjük. Példa a szoláris fűtőkör kiszámítására, hogy felmérje a konstrukció valóságát. A független kézművesek segítése érdekében fényképgyűjtemények és videók találhatók.

"Zöld" hőtechnológiák

Átlagosan 1 m² A Föld felszíne óránként 161 watt napenergiát kap. Természetesen az Egyenlítőnél ez a szám sokszorosa lesz, mint az Északi-sarkvidéken. Ezenkívül a napsugárzás sűrűsége az évszaktól függ.

A moszkvai régióban a napsugárzás intenzitása december-januárban több mint ötszörösével tér el május-júliustól. A modern rendszerek azonban olyan hatékonyak, hogy szinte bárhol működhetnek a Földön.

A modern napelemes rendszerek felhős és hideg időben akár -30°C-ig is hatékonyan működnek

Használati feladat napsugárzás energiája A maximális hatásfok kétféleképpen oldható meg: közvetlen fűtés hőkollektorokban és napelemes napelemek. A napelemek először a napsugarak energiáját alakítják át elektromos árammá, majd egy speciális rendszeren, például egy elektromos kazánon keresztül továbbítják a fogyasztókhoz.

A hőkollektorok a napsugárzás hatására felmelegítik a fűtési és melegvíz-ellátó rendszerek hűtőfolyadékát.

A hőkollektorok többféle típusban kaphatók, beleértve a nyitott és zárt rendszereket, a lapos és gömb alakú kiviteleket, a félgömb alakú koncentrátorkollektorokat és sok más lehetőséget. A napkollektorokból nyert hőenergiát meleg víz vagy fűtőközeg melegítésére használják fel.

Az ipar a kollektorrendszerek széles skáláját gyártja független fűtési hálózatba való beépítéshez. A nyári rezidencia legegyszerűbb lehetősége azonban könnyen elkészíthető saját kezével:

Bár egyértelmű előrelépés történt a napenergia begyűjtésére, tárolására és felhasználására vonatkozó megoldások kidolgozása terén, vannak előnyei és hátrányai is.

A napenergia hatékony felhasználása

A napenergia használatának legnyilvánvalóbb előnye az univerzális elérhetősége. Valójában még a legborúsabb és legfelhősebb időben is össze lehet gyűjteni és felhasználni a napenergiát.

A második előny a nulla károsanyag-kibocsátás. Valójában ez a legkörnyezetbarátabb és legtermészetesebb energiaforma. Napelemek és a kollektorok nem adnak zajt. A legtöbb esetben az épületek tetejére vannak felszerelve anélkül, hogy elfoglalnák egy külvárosi terület hasznos területét.

A napkollektoros fűtés hatásfoka a szélességi köreinken meglehetősen alacsony, ami a napsütéses napok elégtelen számával magyarázható a rendszer rendszeres működéséhez (+)

A napenergia használatának hátránya a megvilágítás változékonysága. Éjszaka nincs mit gyűjteni, a helyzetet nehezíti, hogy a fűtési szezon csúcspontja az év legrövidebb nappali óráiban van. Figyelni kell a panelek optikai tisztaságát, az enyhe szennyeződés jelentősen csökkenti a hatékonyságot.

Ráadásul nem mondható el, hogy egy napelemes rendszer üzemeltetése teljesen ingyenes, állandó költségekkel jár a berendezések amortizációja, a keringető szivattyú üzemeltetése és a vezérlő elektronika.

A napkollektorok használatán alapuló fűtés jelentős hátránya a hőenergia felhalmozási képességének hiánya. Csak a tágulási tartály (+) szerepel az áramkörben

Nyitott napkollektorok

A nyitott napkollektor egy külső hatásoktól mentes csőrendszer, amelyen keresztül közvetlenül a nap által felmelegített hűtőfolyadék kering.

Hűtőfolyadékként vizet, gázt, levegőt és fagyállót használnak. A csöveket vagy tekercs formájában rögzítik a tartópanelhez, vagy párhuzamos sorokban kapcsolják a kimeneti csőhöz.

A nyitott napkollektorok nem képesek megbirkózni egy magánlakás fűtésével. A szigetelés hiánya miatt a hűtőfolyadék gyorsan lehűl. Nyáron főleg zuhanyzók vagy úszómedencék vízmelegítésére használják.

A nyitott kollektorok általában nem rendelkeznek szigeteléssel. A kialakítás nagyon egyszerű, ezért alacsony költséggel rendelkezik, és gyakran önállóan készül.

A szigetelés hiánya miatt gyakorlatilag nem tárolják a napból kapott energiát, és alacsony hatásfok jellemzi őket. Főleg nyáron használják úszómedencék vagy nyári zuhanyok vízmelegítésére.

Napos és meleg területekre telepíthető, ahol kis különbségek vannak a környezeti levegő és a meleg víz hőmérséklete között. Csak napos, szélcsendes időben működnek jól.

A polimer csövek tekercséből készült hűtőbordával ellátott legegyszerűbb napkollektor biztosítja a fűtött víz ellátását a dacha öntözési és háztartási igényeihez.

Tubuláris kollektor fajták

A cső alakú napkollektorokat egyedi csövekből állítják össze, amelyeken víz, gáz vagy gőz áramlik. Ez a nyílt napelemes rendszerek egyik fajtája. A hűtőfolyadék azonban már sokkal jobban védve van a külső negatívumoktól. Főleg vákuumrendszereknél, termoszok elvén tervezve.

Mindegyik cső külön, egymással párhuzamosan csatlakozik a rendszerhez. Ha az egyik cső meghibásodik, könnyen kicserélhető egy újra. A teljes szerkezet közvetlenül az épület tetejére szerelhető, ami nagyban leegyszerűsíti a telepítést.

A csöves kollektor moduláris felépítésű. A fő elem egy vákuumcső, a csövek száma 18 és 30 között változik, ami lehetővé teszi a rendszer teljesítményének pontos kiválasztását

A csőszerű napkollektorok jelentős előnye a fő elemek hengeres alakja, melynek köszönhetően a napsugárzás egész nap rögzítésre kerül anélkül, hogy költséges rendszereket alkalmaznának a lámpatest mozgásának nyomon követésére.

A speciális többrétegű bevonat egyfajta optikai csapdát hoz létre a napfény számára. A diagram részben a vákuumlombik külső falát mutatja, amely sugarakat tükröz vissza a belső lombik falaira (+)

A csövek kialakítása alapján megkülönböztetnek tollas és koaxiális napkollektorokat.

A koaxiális cső egy Diaur edény vagy egy ismerős termosz. Két lombikból készült, amelyek között a levegőt kiszívják. A belső izzó belső felületére rendkívül szelektív bevonat kerül, amely hatékonyan nyeli el a napenergiát.

Hengeres csőnél a napsugarak mindig merőlegesen esnek a felületre

A belső szelektív rétegből származó hőenergiát egy hőcsőbe vagy alumíniumlemezekből készült belső hőcserélőbe továbbítják. Ebben a szakaszban nem kívánt hőveszteség lép fel.

A tollcső egy üveghenger, amelynek belsejébe tollabszorber van behelyezve.

A rendszer a nevét a tollabszorberről kapta, amely szorosan körbeveszi a hővezető fémből készült hőcsatornát.

A jó hőszigetelés érdekében a levegőt elszívták a csőből. Az abszorber hőátadása veszteség nélkül történik, így a tollcsövek hatékonysága nagyobb.

A hőátadás módja szerint két rendszer létezik: közvetlen áramlású és hőcsővel. A hőcső egy jól elpárolgó folyadékkal ellátott, lezárt tartály.

Mivel a könnyen elpárolgó folyadék természetesen a hőcső aljára folyik, a minimális dőlésszög 20°C

A hőcső belsejében egy könnyen párolgó folyadék található, amely a lombik belső falától vagy a tollabszorbertől kapja a hőt. A hőmérséklet hatására a folyadék felforr és gőz formájában felemelkedik. Miután a hőt a fűtő- vagy melegvíz-ellátó hűtőközegbe továbbítják, a gőz folyadékká kondenzálódik és lefolyik.

A vizet gyakran használják alacsony nyomáson könnyen elpárolgó folyadékként. Az egyszeri átvezetéses rendszer U-alakú csövet használ, amelyen keresztül víz vagy fűtőfolyadék kering.

Az U-alakú cső egyik felét hideg hűtőfolyadékhoz szánják, a második eltávolítja a meleget. Melegítéskor a hűtőfolyadék kitágul és belép a tárolótartályba, természetes keringést biztosítva. A hőcsöves rendszerekhez hasonlóan a minimális dőlésszögnek legalább 20°-nak kell lennie.

Közvetlen áramlású csatlakozásnál nem lehet magas a nyomás a rendszerben, mivel a lombikban műszaki vákuum van

A közvetlen áramlású rendszerek hatékonyabbak, mert azonnal felmelegítik a hűtőfolyadékot. Ha a napkollektoros rendszereket egész évben tervezik használni, akkor speciális fagyállót szivattyúznak beléjük.

A csöves napkollektorok használatának számos előnye és hátránya van. A cső alakú napkollektor kialakítása azonos elemekből áll, amelyek viszonylag könnyen cserélhetők.

Előnyök:

• alacsony hőveszteség;
• -30⁰С-ig terjedő hőmérsékleten való munkavégzés képessége;
• hatékony teljesítmény a nappali órákban;
• jó teljesítmény mérsékelt és hideg éghajlatú területeken;
• alacsony szélerősség, amelyet a csőszerű rendszerek azon képessége indokol, hogy légtömegeket engedjenek át magukon;
• magas hőmérsékletű hűtőfolyadék előállításának lehetősége.

Szerkezetileg a csőszerű szerkezet korlátozott nyílásfelülettel rendelkezik.

Ennek a következő hátrányai vannak:

• nem képes öntisztulni hótól, jégtől, fagytól;
• magas ár.

A kezdeti magas költségek ellenére a csőkollektorok gyorsabban megtérülnek. Hosszú élettartamúak.

A csőkollektorok nyitott típusú napkollektoros rendszerek, ezért nem alkalmasak egész éves fűtési rendszerekben való használatra (+)

Lapos zárt rendszerek

A lapos kollektor alumínium keretből, speciális nedvszívó rétegből - abszorberből, átlátszó bevonatból, csővezetékből és szigetelésből áll.

A megfeketedett lemezrezet abszorberként használják, amely ideális hővezető képességgel rendelkezik a napelemes rendszerek létrehozásához.Amikor a napenergiát egy abszorber elnyeli, az általa kapott napenergiát az abszorber melletti csőrendszeren át keringő hűtőközegbe továbbítják.

A zárt panelt kívülről átlátszó bevonat védi. Ütésálló, edzett üvegből készült, 0,4-1,8 mikron átviteli sávval. Ez a tartomány adja a maximális napsugárzást. Ütésálló üveg jó védelmet nyújt jégeső ellen. A hátoldalon az egész panel megbízhatóan szigetelt.

A lapos napkollektorokat maximális teljesítmény és egyszerű kialakítás jellemzi. Hatékonyságukat növeli az abszorber használata. Képesek befogni a diffúz és közvetlen napsugárzást

A zárt lapos panelek előnyeinek listája a következőket tartalmazza:

• a tervezés egyszerűsége;
• jó teljesítmény meleg éghajlatú régiókban;
• bármilyen szögben történő felszerelés lehetősége a dőlésszög megváltoztatására szolgáló eszközökkel;
• a hótól és a fagytól való öntisztulás képessége;
• alacsony ár.

A lapos napkollektorok különösen előnyösek, ha használatukat a tervezési szakaszban tervezik. A minőségi termékek élettartama 50 év.

A hátrányok közé tartozik:

• nagy hőveszteség;
• nehéz súly;
• nagy szélerő, ha a panelek a vízszinteshez képest szögben vannak elhelyezve;
• teljesítménykorlátozások, ha a hőmérséklet-változás meghaladja a 40°C-ot.

A zárt kollektorok alkalmazási köre jóval szélesebb, mint a nyitott típusú napkollektoroké. Nyáron teljes mértékben ki tudják elégíteni a melegvíz szükségletet. Hűvös napokon, amikor a rezsi nem számítja be őket a fűtési időszakba, működhetnek gáz- és elektromos fűtés helyett.

Azoknak, akik szeretnék készíts napkollektort Ha saját kezűleg szeretne fűtési rendszert felépíteni a dachában, javasoljuk, hogy ismerkedjen meg a gyakorlatban tesztelt diagramokkal és a lépésről lépésre történő összeszerelési utasításokkal.

A napkollektorok jellemzőinek összehasonlítása

A napkollektor legfontosabb mutatója a hatékonyság. A különböző kialakítású napkollektorok hasznos teljesítménye a hőmérséklet-különbségtől függ. Ugyanakkor a laposkollektorok sokkal olcsóbbak, mint a csőszerűek.

A hatásfok a napkollektor gyártási minőségétől függ. A grafikon célja a különböző rendszerek alkalmazásának hatékonyságának bemutatása a hőmérséklet-különbség függvényében

A napkollektor kiválasztásakor számos, a készülék hatékonyságát és teljesítményét mutató paraméterre kell figyelni.

A napkollektoroknak számos fontos jellemzője van:

• adszorpciós együttható - az elnyelt energia és a teljes energia arányát mutatja;
• kibocsátási együttható - az átvitt energia és az elnyelt energia arányát mutatja;
• teljes és nyílásterület;
• Hatékonyság

A nyílás területe a napkollektor munkaterülete. A lapos kollektor maximális nyílásfelülettel rendelkezik. A nyílás területe megegyezik az abszorber területével.

A fűtési rendszerhez való csatlakozás módjai

Mivel a napelemes készülékek nem képesek stabil, éjjel-nappali energiaellátást biztosítani, olyan rendszerre van szükség, amely ellenálló ezeknek a hiányosságoknak.

Közép-Oroszországban a napelemes eszközök nem tudják garantálni a stabil energiaáramlást, ezért kiegészítő rendszerként használják őket. A meglévő fűtési és melegvíz-rendszerbe való beépítés a napkollektor és a szolár akkumulátor esetében más.

Séma vízgyűjtővel

A hőkollektor felhasználási céljától függően különböző csatlakozási rendszereket alkalmaznak. Több lehetőség is lehet:

1. Nyári lehetőség melegvíz ellátásra
2. Téli lehetőség fűtésre és melegvíz ellátásra

A nyári lehetőség a legegyszerűbb, és anélkül is megtehető keringtető szivattyútermészetes vízkeringést alkalmazva.

A víz a napkollektorban melegszik fel, és a hőtágulás következtében a tárolóba vagy a kazánba kerül. Ebben az esetben természetes keringés lép fel: meleg víz helyett hideg vizet szívnak ki a tartályból.

Télen, nulla alatti hőmérsékleten a víz közvetlen melegítése nem lehetséges. A speciális fagyálló egy zárt körön keresztül kering, biztosítva a hőátadást a kollektorból a tartályban lévő hőcserélőbe

Mint minden természetes keringésen alapuló rendszer, ez sem működik túl hatékonyan, és megköveteli a szükséges lejtők betartását. Ezenkívül a tárolótartálynak magasabbnak kell lennie, mint a napkollektoré. Annak érdekében, hogy a víz a lehető leghosszabb ideig meleg maradjon, a tartályt alaposan le kell szigetelni.

Ha valóban a napkollektor leghatékonyabb működését szeretné elérni, akkor a bekötési rajz bonyolultabb lesz.

Annak elkerülése érdekében, hogy a kollektor éjszaka hűtőradiátorrá váljon, erőszakosan le kell állítani a vízkeringést

Nem fagyos hűtőfolyadék kering a napkollektoros rendszeren keresztül. A kényszerkeringést szabályozó által vezérelt szivattyú biztosítja.

A szabályozó a keringető szivattyú működését legalább két hőmérséklet-érzékelő leolvasása alapján vezérli. Az első érzékelő méri a hőmérsékletet a tárolótartályban, a második - a napkollektor forró hűtőfolyadék-ellátó csövén.

Amint a tartály hőmérséklete meghaladja a hűtőfolyadék hőmérsékletét, a kollektorban lévő vezérlő kikapcsolja a keringtető szivattyút, leállítva a hűtőfolyadék keringését a rendszeren keresztül. Ha viszont a tároló tartályban a hőmérséklet a beállított érték alá csökken, a fűtőkazán bekapcsol.

A hűtőfolyadékkal ellátott napkollektorok új szója és hatékony alternatívája a rendszerekkel vákuumcsövek, melynek működési elvét és kialakítását javasoljuk, hogy ismerkedjen meg.

Séma napelemes elemmel

Csábító lenne hasonlót alkalmazni napelem kapcsolási rajza az elektromos hálózatra, ahogy a napkollektor esetében megvalósul, felhalmozva a napközben kapott energiát. Sajnos egy magánlakás áramellátó rendszeréhez nagyon költséges megfelelő kapacitású akkumulátorcsomagot létrehozni. Ezért a csatlakozási diagram így néz ki.

Amikor a napelem elektromos áramának teljesítménye csökken, az ATS egység (a tartalék automatikus bekapcsolása) biztosítja a fogyasztók csatlakozását az általános elektromos hálózathoz.

A napelemekről a töltés a töltésvezérlőbe kerül, amely több funkciót is ellát: biztosítja az akkumulátorok folyamatos újratöltését és stabilizálja a feszültséget. Ezután az elektromos áramot az inverterhez vezetik, ahol a 12 V vagy 24 V egyenáramot egyfázisú 220 V váltóárammá alakítják.

Elektromos hálózataink sajnos nem alkalmasak energia vételére, csak egy irányban működhetnek a forrástól a fogyasztóig. Emiatt nem fogja tudni eladni a kitermelt áramot, vagy legalábbis az ellenkező irányba pörögni a mérőt.

A napelemek alkalmazása abból a szempontból előnyös, hogy sokoldalúbb energiafajtát biztosítanak, ugyanakkor hatásfokukat nem tudják összehasonlítani a napkollektorokkal. Ez utóbbiak azonban nem képesek energiát tárolni, ellentétben a napelemes fotovoltaikus akkumulátorokkal.

Mindent megtalál a magánház fűtésének napelemekkel történő megszervezésének lehetőségeiről. Ebben a cikkben.

Példa a szükséges teljesítmény kiszámítására

A napkollektor szükséges teljesítményének kiszámításakor gyakran tévesen az év leghidegebb hónapjaiban beérkező napenergia alapján végeznek számításokat.

Az a tény, hogy az év hátralévő hónapjaiban az egész rendszer folyamatosan túlmelegszik. Nyáron a hűtőfolyadék hőmérséklete a napkollektor kimeneténél gőz vagy gáz melegítésekor elérheti a 200°C-ot, fagyállónál a 120°C-ot, víznél a 150°C-ot. Ha a hűtőfolyadék felforr, részben elpárolog. Ennek eredményeként ki kell cserélni.

A gyártók azt javasolják, hogy a következő ábrákból induljanak ki:

• melegvíz-ellátás biztosítása legfeljebb 70%;
• a fűtési rendszer biztosítása legfeljebb 30%.

A szükséges hő többi részét szabványos fűtőberendezéssel kell előállítani. Ennek ellenére ilyen mutatókkal évente átlagosan körülbelül 40% -ot takarítanak meg a fűtésen és a melegvíz-ellátáson.

A vákuumrendszer egy csöve által termelt teljesítmény a földrajzi elhelyezkedéstől függ. Az évi 1 m-re eső napenergia mutatója² a földet insolációnak nevezik.

A cső hosszának és átmérőjének ismeretében kiszámíthatja a nyílást - az effektív abszorpciós területet. Marad az abszorpciós és emissziós együtthatók alkalmazása egy cső évi teljesítményének kiszámításához.

Számítási példa:

A szabványos csőhossz 1800 mm, az effektív hossz 1600 mm. Átmérője 58 mm. A nyílás a cső által létrehozott árnyékolt terület. Így az árnyéktéglalap területe a következő lesz:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

A középső cső hatásfoka 80%, Moszkva napsugárzása körülbelül 1170 kWh/m² évben. Így évente egy cső fog termelni:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86 kWh

Meg kell jegyezni, hogy ez egy nagyon durva becslés. A megtermelt energia mennyisége függ a beépítés tájolásától, szögétől, éves átlaghőmérsékletétől stb.

Mindenfélevel alternatív energia források és felhasználásuk módjait megtalálja a bemutatott cikkben.

Következtetések és hasznos videó a témában

Videó #1. Napkollektor téli működésének bemutatása:

2. videó. A napkollektorok különböző modelljeinek összehasonlítása:

Létezése során az emberiség évről évre egyre több energiát fogyaszt. Régóta történtek kísérletek a szabad napsugárzás felhasználására, de csak mostanában vált lehetővé a nap hatékony felhasználása szélességi köreinken. Kétségtelen, hogy a napelemes rendszerek jelentik a jövőt.

Szeretne beszámolni egy vidéki ház vagy nyaraló napkollektoros fűtésének megszervezésének érdekességeiről? Kérjük, írja meg észrevételeit az alábbi blokkba. Itt tehet fel kérdést, hagyhat fényképet, amely bemutatja a rendszer összeállítási folyamatát, és hasznos információkat oszthat meg.