ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ. ДАВАЙТЕ ПОСЧИТАЕМ!
Прежде чем рассмотреть столь серьезный вопрос хочу предупредить – вся изложенная в этой статье информация основана на личном опыте и собственных выводах. Принимать или не принимать эту информацию – личное дело каждого. Всегда можно связаться со мной по любым вопросам в личку [email protected] или прямо в комментарии. Стучитесь – не стесняйтесь, буду рад помочь.Итак поехали…
Давайте реально просчитаем экономическую эффективность использования солнечной гелиосистемы на вакуумных тепловых трубках. К своему удивлению я не нашел в интернете даже хоть какого-нибудь толкового расчета, показывающего конкретный эффект в цифрах (кубах газа и бумажных купюрах). А столько много пишется о солнечных коллекторах! Придется разобраться самому – какой же все-таки экономический эффект дает гелиоустановка на вакуумных солнечных коллекторах.
Что бы в очередной раз не тыкать пальцем в небо и реально выполнить эту задачу, я считаю, надо взять пример уже готовой гелиосистемы на вакуумных тепловых трубках частного жилого дома, проработавшей уже несколько лет. Зачем – вы спросите? Все просто – чтобы потом реально сравнить наши расчетные данные с данными по экономии газа и денег от заказчика. Тем более подробная и полная информация по этому вопросу была с любезностью предоставлена мне одним из заказчиков – за что ему большое спасибо!
Получить реальные данные – каким образом это сделать? Посчитать экономический эффект сразу за год, или за зимний период, или за какой – нибудь показательный месяц. Все эти варианты будут не совсем правильны. Значит посчитаем так как есть. Отдельно в период с сентября по май – когда тепло энергии солнца жизненно необходимо, и отдельно за летний период – когда тепла переизбыток. И сведем все к общему знаменателю. Почему именно так – поймете ниже. Итак поехали… И внимательно следите за ходом мысли… Расчет количества вырабатываемой солнечной гелиосистемой энергии. а) Определяем значение выхода мощности 1 вакуумной трубки солнечного коллектора в день, основываясь на значении средней суммарной солнечной радиации в период с сентября по май (смотрим по таблице гелиообстановки ).
Qтр = Rср х К х Sтр, где:
Rср – Среднее количество солнечной радиации за период с сентября по май (по таблице гелиообстановки ) = 2,9 кВт/м2день
к – коэффичиент передачи тепла 1 трубки = 0,75
Коэффициент передачи тепла – очень не простое и спорное на сегодня значение и варьируется по разным источникам от 0,6 до 0,9. Коэффициент передачи тепла – это только составляющая КПД коллектора. И на самом деле общий КПД коллектора n общ=a х T х Fr (a – коэффициент поглощения покрытия, T – коэффициент прозрачной изоляции, Fr – коэффициент эффективности абсорбера). Но давайте оставим эту формулу для “грандов” гелиосистемостроения. В действительности коэффициент передачи тепла зависит от качества самих трубок и коллектора, а общий КПД коллектора от изоляции трассы гелиоконтура и не только, ну и от рук и головы монтажников гелиосистем. На свои гелиосистемы я даю 0,75.
Sтр – площадь поглощения 1 трубки 0,094 м2
Не буду загружать простых читателей блога рассказами как считается площадь поглащения, о площади апертуры трубки и прямой проекции. Оставим это на проверку тем же “грандам” гелиосистемостроения. Принимаем данную величину как аксиому.
б) Определяем среднюю дневную мощность гелиосистемы.
Qср-день = N х Qтр х n, где:
N – количество коллекторов = 3 шт
n – количество трубок в 1 коллекторе = 30 шт
Qтр = 0,20 КВт/день
Qср-день = 3 х 0,20 х 30
= 18 КВт/день
в) Общая мощность гелиосистемы Q:
Пари таком количестве коллекторов ( три по тридцать трубок )система солнечного нагрева за 9 месяцев (по 30 дней в среднем в каждом) с сентября по май может выработать :
Qсент-май = 17 х 9 х 30
= 4590 КВт
Но все-таки надо еще прибавить производимое количество тепла в летний период. Гелиосистема покрывает летние потребности сполна. Примерное требуемое количество энергии на семью из 4 человек из расчета 100 литров воды на человека, нагретой с 15 до 50 градусов цельсия (дельта 35С) составляет: 400л х 35градС х 90 дней / 860Ккал ( для нагрева 1л воды на 1С требуется 1 Ккал тепла, а 1КВт энергии равен 860 Ккал). Не расслабляемся….
Итак летом:
Qлетом = 1465 КВт
Хотя если честно, сколько реально летом экономится энергоресурсов – трудно сказать, возможно больше чем мы предполагаем зимой. Летом заказчик по полной программе использует бесплатную горячую воду и не ограничивает себя. Газовый котел на лето всегда отключен почти до апреля месяца. И не известно сколько бы он еще платил за эти развлечения, если бы не было гелиосистемы. А это еще один плюс для гелио и не малый. Но я его пока не учитываю, т.к. не могу перевести в цифры.
Итак:
Qобщ = 4590 + 1465 = 6055 КВт
Теперь понятно почему я разбил выработку энергии гелиосистемой на летнее и зимнее? Потому что на самом деле летом гелиосистема способна вырабатывать раза в 2-3 больше, чем я прикинул. Но к сожалению как правило это лишняя энергия, которая в летний период отводится из системы (идеальный вариант – сброс тепла в бассейн), чтобы не было стагнации. Поэтому дабы не завышать показатели и не преукрашивать общую картину было произведено это разделение.
Возможный экономический эффект на экономии газа.
Имеем:
Qобщ = 6055 КВт
При сгорании 1 м3 газа при КПД котла равным 80% выделяется теоретическая мощность равная 7,88 КВт. Но к сожалению эта теоретическая цифра не совсем правильна. Где мы с Вами живем?
Посмотрите на качество поставляемого населению газа. Я конечно не специалист и не собираюсь здесь пояснять какие добавки присутствуют сегодня в природном газе, выходящим из вашей комфорки, но от этой цифры можно смело отнимать 15-20%. Информация проверена. И реально, что нам дуют в трубу и какое качество газа – мы не будем знать никогда. Посмотрите на эти такие “разные” лица на картинках и вспомните еще раз где мы с Вами живем. Поэтому реально возьмем цифру 6,3КВт и это еще по божески:
Объем сэкономленного газа за год.
V = 6055,0 / 6,3 = 961,1 м3
Вот тут начинается самое интересное. Итак, считаем денежки…
Экономия газа 960м3. Это около 30%. В принципе цифра конечно не точная но совпала с данными заказчика, даже в лучшую сторону. Мне была объявлена экономия в 1200м3 и больше. Ну что бы не обижать скептиков задекларируем следующее: гелиосистемы на вакуумных тепловых трубках успешно работают в условиях Восточной Европы и приносят среднегодовую экономию энергоресурсов – 30%.
Поехали дальше. За уже позапрошлый сезон было заплачено за 3300м3 газа по тарифу 1,098грн за м3 сумму 3624 грн ( по тарифу при условии, потребления природного газа с 2500 до 6000 м3 в год). После установки гелиосистемы в следующем сезоне было заплачено за 3300-960=2340м3 газа по тарифу 0,725 грн за м3 (при объеме до 2500 м3 в год ) на сумму 1696 грн. Экономия денег 1927 грн, что составляет 53%. Это не сравнимо больше чем сама экономия газа ( 30%), что явилось следствием перехода на более низкий тариф. Это были теоретические цифры. Фактически же судя по полному удовлетворению заказчика в сложившейся ситуации, реальная картина еще более оптимистична. Похоже что до установки гелиосистемы таки заказчик тратил больше чем 3300 м3 газа… Ну да ладно! Главное чтобы все были довольны!
Таким образом делаем вывод: правильный расчет и подбор гелиосистемы под конкретные задачи может принести финанасовую экономию ресурсов еще большую чем самих энергоресурсов. И в этом – главный подход к проектированию гелиосистемы.
Послесловие. По предварительным данным сезона 2011-2012 по приведенной в этом примере гелиосистеме из за небывалой солнечной активности нынешней зимой, экономия газа может достигнуть около 2000 м3 газа. Ну поживем – увидим…
sgelio.blogspot.com
Экономим электричество: расчеты производительности солнечного коллектора
В статье будет рассмотрен наиболее простой метод расчета количества энергии, которую можно получить путем применения солнечного коллектора. Статистика гласит, что в среднем в домашнем хозяйстве для использования горячей воды требуется от 2 до 4 кВт. Тепловой энергии в день на 1 человека.
Расчет мощности солнечного коллектора
В качестве примера будут приведены расчеты коллектора для Московской области.
Данные для расчетов:
- Место применения – Московская область Площадь поглощения – 2,35м2 (на основе таблицы о среднем количестве поступления солнечной энергии для регионов РФ)
- Величина инсоляция в Московской области – 1173,7кВт*час/м2
- КПД – от 67% до 80% (будут использованы минимальные показатели, актуальные для устаревших коллекторов, поэтому результаты будут слегка занижены).
- Угол наклона коллектора – в расчетах будут использованы оптимальные данные угла наклона.
карта инсоляции россии
Рассчитываем площадь поглощения для одной трубки:
15 трубок = 2,35 м. кв.; 1 трубка = 2,35 / 15 = 0,15 м. кв.
Теперь, когда известна площадь, которую поглощает одна трубка, определим количество трубок, составляющий 1 м. кв. поверхности коллектора: 1 / 0,15 = 6, 66. Иными словами, на один метр поверхности поглощения требуется 7 трубок коллектора.
Далее производим расчет тепловой мощности одной трубки коллектора. Это даст возможность рассчитать число трубок, необходимых для получения достаточной тепловой энергии на периоды в один день и один год:
Получаемая мощность в расчете на один день рассчитывается следующим образом: 0,15 (S поглощения 1 трубки) x 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) x 0,67 (КПД солнечного коллектора) =
Для расчета годовой эффективности одной трубки в выбранном регионе в формуле для расчета дневной мощности следует использовать годовые инсоляционные данные. Иначе говоря, на место 1173, 7 необходимо поставить региональное значения инсоляции.
Мощность, вырабатываемая при помощи одной трубки в Москве, составляет от 117,95 (при использовании КПД в размере 67%) до 140кВт*час/м.кв. (при использовании КПД в размере 80%).
В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325кВт*час.
В наиболее солнечные месяцы (июнь, июль) одна трубка будет производить 0,545кВт*час.
Работа солнечного коллектора без света невозможна, по этой причине указанные показатели нужно использовать при расчете светового дня.
Сколько можно сэкономить электроэнергии в Москве при использовании одного м. кв. коллектора (как мы выяснили, это 7 вакуумных трубок)?
Годовая экономия энергии составит:
117,95 кВт*час/м2 * 7 = 825,6 кВт*час/м.кв.
Наибольшую мощность солнечный коллектор, соответственно, будет вырабатывать в летние месяцы. К примеру, в июне при использовании 1 м.кв. коллектора выработка электроэнергии составит около 115–117 кВт*час/м.кв.
Иначе говоря, энергетическая польза при использовании солнечного коллектора с 15-ю вакуумными трубками, где S=2,35 м.кв. за период с марта по август при суммарном значении инсоляции за весь указанный период в 874,2 кВт*час/м.кв. составит: 874,2 * 2,35 * 0,67 = 1376 кВт, то есть, практически 1,4 МегаВт. энергии, что в день составляет примерно 8 кВт.
Вспомним статистическую информацию, приведенную в первой части статьи – в домохозяйстве используется от 2 до 4 кВт энергии при потреблении горячей воды одним человеком ежедневно. Данные показатели подразумевают использование коллектора для нагрева горячей воды и, в частности, таких нужд как принятие душа, мытье посуды и т.п.
Расчеты солнечного коллектора, состоящего из 15 вакуумных трубок, позволяют сделать вывод о том, что в огородный сезон данного устройства будет достаточно для того чтобы обеспечить горячей водой семью, состоящую из трех человек. В результате, при учете всех неблагоприятных обстоятельств, таких как пасмурная или дождливая погода, на электроэнергии, используемой для подогрева воды, можно очень неплохо сэкономить.
Если же говорить об оптимальных условиях (солнечная погода и отсутствие дождей), то в данном случае выработка тепловой энергии солнечным коллектором позволит вообще избежать необходимости платить за электроэнергию.
Примечания
Если в таблице с расчетами солнечной энергии в различных регионах РФ нет точной информации о регионе, в котором Вы проживаете, то можно воспользоваться информацией, которая указана на инсоляционной карте России. Это позволит узнать приблизительное значение получаемой тепловой энергии в расчете на один квадратный метр.
Эмпирическим путем определено: чтобы рассчитать инсоляцию для наиболее оптимального угла наклона солнечного коллектора, следует данные, указанные для выбранной площади, умножить на коэффициент 1,2.
Определение угла наклона солнечных коллекторов
К примеру, в таблице указано, что для Москвы значение энергии, которое доступно на протяжении светового дня, составляет 2,63 кВт*ч/м.кв. Иначе говоря, доступная годовая энергия составляет 2,63 * 365 = 960 кВт*ч/м.кв.
Таким образом, при оптимальном наклоне площадки в Москве коллектор будет вырабатывать приблизительно 1174 кВт*ч/м.кв.
Конечно, данный метод расчета не является высоконаучным, однако, с другой стороны, полученные данные вполне можно использовать для определения необходимого количества вакуумных трубок на бытовом уровне.
Итоги
Солнечные коллекторы из года в год обретают все большую популярность среди владельцев дачных участков. Очевидно, что это говорит о том, что данное устройство позволяет существенно сэкономить электроэнергию при нагреве воды, что подробно описано и доказано в вышеизложенных расчетных примерах.
Данный агрегат является актуальным практически для любого региона России. Но прежде чем купить солнечный коллектор, лучше посчитать рентабельности и сроки окупаемости этого оборудования, что позволит убедиться в актуальности представленного инновационного оборудования для применения в Вашем регионе.
Дата публикации: 30 мая 2014
Оставить комментарий
Вы должны быть Войти, чтобы оставлять комментарии.
energorus.com
Как повысить эффективность солнечных коллекторов
КПД и эффективность солнечных коллекторов, в первую очередь,
зависят от их месторасположения и способа установки. Для правильного монтажа
солнечных модулей очень важно учитывать сторону света, к которой будет
направлена нагревательная панель. Ориентация по сторонам света зависит от
территориального расположения проектируемого объекта. Для большинства стран СНГ
наилучший вариант достигается при направлении солнечных коллекторов к южной
стороне. В этом случае, Солнце будет более эффективно нагревать панели
коллектора, а мощность отопительной системы увеличится в разы. Также, при
правильной ориентации потребуется наименьшая площадь нагревательных панелей,
что приведет к снижению денежных затрат на оборудование.Для повышения коэффициента полезного действия и общей мощности солнечного коллектора стоит обращать внимание на такой нюанс, как угол наклона светопоглощающих панелей по отношению к Солнцу. Наивысшая эффективность солнечного коллектора достигается в том случае, когда солнечные лучи поглощаются панелями под прямым углом. В этом случае, солнечное тепло будет в полном объеме поглощаться коллектором. Однако, невозможно смонтировать систему, таким образом, чтобы солнечная энергия падала перпендикулярно коллектору, поскольку Солнце находится в постоянном движении относительно нашей планеты. Поэтому при проектировании солнечного отопления принимают усредненное значение величины угла наклона к поверхности земли, который устанавливается и регламентируется нормативными документами в зависимости от территориального расположения. Летом и весной это значение не должно превышать 30 градусов, в то время, как поздней осенью и зимой значение угла варьируется в диапазоне от 60 до 70 градусов. Те модели, которые не позволяют изменять в течении года угол наклона, например трубчатые коллектора, устанавливают по усредненному значению угла, равному 45 градусов. Также это относится к тем солнечным панелям, которые укладываются на крышу. В данном случае, придется подстраиваться под конструкцию крыши, наклон которой был запроектирован еще при строительстве дома. Можно конечно искусственно регулировать направление солнечных панелей по отношению к Солнцу, подкладывая под коллектор дополнительные конструкции. Однако это может существенно испортить внешний вид всего здания.
Рекомендуемый угол наклона солнечного коллектора по отношению к земле
На эффективность работы солнечных коллекторов не малую роль играют теплоноситель и трубчатые каналы, по которым он проходит. В солнечных отопительных панелях предназначенных для летнего, весеннего и осеннего времени года, чаще всего в роли теплоносителя выступает обычная вода. В случае эксплуатирования солнечного коллектора при отрицательной температуре наружного воздуха, вместо воды используют специальные низкозамерзающие жидкости, поскольку вода в трубках зимой замерзнет и попросту прекратит циркулировать. Это приведет не только к остановке работы солнечного коллектора, но к возможным разрушениям некоторых его элементов. Поэтому перед зимой следует обязательно слить из трубок воду и залить в систему жидкость, сохраняющую свое агрегатное состояние даже при очень низких отрицательных температурах. При циркуляции в коллекторе такой жидкости стоит тщательно следить за качеством стыков и подключений трубок, поскольку при разгерметизации «низкозамерзайка» может попасть в бак и смешаться с бытовой водой.
Сеть трубопроводов должна быть запроектирована таким образом, чтобы их суммарная длина была наименьшей, поскольку основная часть теплоты теряется через трубы. Для снижения теплопотерь и повышения эффективности работы нагревательной системы, трубопроводы необходимо утеплить и заизолировать.
В вечернее и ночное время вся тепловая энергия скапливается в расширительном баке, который должен устанавливаться в месте с наименьшими теплопотерями. Следует помнить, что чем больше объем накопительного бака, тем дольше в нем будет сохраняться горячая вода. Например, при отоплении и горячем водоснабжении частного дома, в котором проживают четыре человека, наиболее оптимальный вариант – установить бак объемом 500-600 литров.
При соблюдении этих простейших мероприятий, хозяин существенно повысит энергоэффективность солнечных коллекторов в своем доме. Некоторые даже отказываются от традиционных способов обогрева своего жилища, полностью переходя на альтернативные источники. Недостаток энергии солнечных коллекторов можно с лихвой компенсировать тепловыми насосами и ветрогенераторами.
Читайте по теме:
alterenergetika.blogspot.com
Солнечное отопление. Основы и возможности использования
Статья подготовлена к научно-практической конференции «Энерго- и ресурсоэффективность малоэтажных жилых зданий» Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, 19–20 марта 2013 г.
Для практического использования солнечной энергии в отоплении зданий необходимо знать климатические параметры места строительства. Это, в первую очередь, средняя температура наружного воздуха и количество солнечной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность. Эти данные должны быть, хотя бы, среднемесячные, лучше, если они будут подекадными.
Для определения оптимального угла наклона солнечных коллекторов пересчитывают количество солнечной энергии поступающей на горизонтальную поверхность, на наклонную поверхность.
Производительность солнечных коллекторов сильно зависит от их коэффициента полезного действия и температуры теплоносителя.
Характеристика солнечного коллектора описывается следующей формулой:
? = ?o ? Kкy.
где: ?o – оптический КПД;
Кк – коэффициент тепловых потерь;
y = (Tж – То)/Iк;
Тж – температура теплоносителя, °С;
То – температура окружающей среды, °С;
Iк – плотность потока солнечной энергии, Вт/м 2 . [1]
| Тип коллектора |
Расчетная формула |
| Жидкостной со стальной крашенной панелью (однослойное остекление)* | ? = 0,79 – 8,3 y |
| Жидкостной со стальной крашенной панелью (двухслойное остекление) | ? = 0,73 – 3,7 y |
| Жидкостной алюминиевый с селективным покрытием (Сокол-А) | ? = 0,81 – 4,1 y |
| Жидкостной алюминиевый с селективным покрытием (Сокол-А) + одно стекло | ? = 0,75 – 2,54 y |
| Жидкостной медный с селективным покрытием (Vitosol 100) |
? = 0,81 – (3.48 + |
| Жидкостной вакуумированый стеклянный | ? = 0,75 – 2 y |
* Солнечный коллектор СКС [2]
При добавлении к существующим коллекторам дополнительной металлической рамы с одинарным остеклением сопротивление теплопередачи коллекторов увеличивается на 0,15 м 2 ?°С/Вт [3], но снижается оптический КПД.
На приведённом ниже графике показаны значения КПД различных коллекторов в течение года при средних температурах теплоносителя Тк = 50; 75 и 25°С. Угол наклона коллекторов к горизонту составляет 60° ? оптимальное значение для условий Северобайкальска при круглогодичном использовании. Ориентация – южная.
Из графиков и таблиц значений можно сделать следующие основные выводы:
• Средняя температура теплоносителя сильно влияет на КПД солнечных коллекторов. Средняя температура теплоносителя 75°С (радиаторная система отопления) может быть обеспечена только вакуумными коллекторами. При этом, КПД коллекторов в отопительный период составляет 0,14?0,46.
• Средняя температура теплоносителя 50°С (напольная система отопления) может быть обеспечена только вакуумными коллекторами и коллекторами с селективным покрытием типа «Сокол-А» с дополнительным остеклением. КПД коллекторов в отопительный период составляет 0,30?0,54 и 0,18?0,49 соответственно.
• Средняя температура теплоносителя 25°С (источник тепла для работы теплового насоса) может быть обеспечена как вакуумными, так и коллекторами с селективным покрытием, и даже коллекторами с неселективным чёрным покрытием с двойным остеклением. КПД коллекторов в отопительный период может составлять от 0,21 до 0,67.
• Так же из приведённых выше результатов (КПД и средняя температура наружного воздуха) видно, что на КПД солнечных коллекторов сильно влияет температура окружающей среды.
Одним из вариантов эффективного применения солнечных коллекторов является их установка не снаружи дома, а внутри солнечной теплицы ? зимнего сада. Этот вариант реализуется в строящемся доме в городе Северобайкальске. В солнечной теплице дома будут располагаться 4 коллектора «Сокол-А» общей площадью 7,6 м 2 . Коллекторы будут встроены в наклонную стену теплицы так, что солнечный свет через двойное остекление будет проходить на адсорбер с селективным покрытием, а сам коллектор будет находиться внутри теплицы.
На графике приведены результаты расчёта для строящегося экспериментального дома в г. Северобайкальске. Средняя температура теплоносителя принята 50 °С.
У графиков получения тепловой энергии и расчётной потребности на отопление и горячее водоснабжение экстремумы прямо противоположны. То есть, там, где расчётная потребность имеет максимум (январь), кривые выработанного коллекторами тепла имеют свои минимумы (декабрь).
Повышение минимума у графиков получения тепловой энергии от солнца в основном зависит от повышения КПД коллекторов и понижения температуры теплоносителя.
Понижение максимума потребления тепловой энергии зависит от сокращения тепловых потерь здания.
С мая по сентябрь выработанное тепло солнечными коллекторами значительно превышает его потребность, то есть, имеется явный переизбыток полученного тепла.
При определении процента замещения полученного тепла от солнечных кол- лекторов этот избыток не принимается во внимание.
Процент замещения расчётной годовой тепловой нагрузки полученным теплом от солнечных коллекторов составляет: для коллекторов «Сокол-А», установленных снаружи – 23,0%; для коллекторов «Сокол-А», установленных внутри теплицы – 34,4%; и для вакуумных коллекторов, установленных снаружи – 39,5%. Разница между этими вариантами составляет: 11,4% и 5,1%.
Зависимость процента замещения годовой тепловой нагрузки от площади уста- новленных коллекторов носит нелинейный характер. То есть, например, при увеличе- нии площади установленных коллекторов в 10 раз (с 1,9 до 19 м 2 ), процент замещения увеличивается только в пределах от 27,7% до 54,5%.
Для использования солнечной энергии для отопления необходимо:
• Максимально минимизировать тепловые потери здания
• Использовать пассивное солнечное отопление
• Использовать высокоэффективные солнечные коллекторы (с селективным покрытием поглощающей панели или вакуумированные)
• Максимально уменьшить разность температур между теплоносителем и ок- ружающим солнечный коллектор воздухом – встроить солнечные коллектора (с селек- тивным покрытием) в конструкцию здания.
• Использовать низкотемпературную систему отопления
• Использовать аккумуляторы тепла.
В качестве иллюстрации этих выводов может служить пример комплексного подхода реализуемого в строящемся экспериментальном доме в г. Северобайкальске.
Среднегодовая температура наружного воздуха – минус 3,1 °С.
Продолжительности отопительного периода 258 суток.
Средняя температура отопительного периода – минус 9,6 °С.
Площадь отапливаемых помещений составляет 91 м 2 .
Максимальная тепловая нагрузка в самую холодную пятидневку (минус 33 °С) составляет: 2,4 кВт.
В доме используется рекуператор тепла вытяжного воздуха и напольная систе- ма отопления.
Потребление дополнительной энергии из вне составляет 2268 кВт-ч/год, или 24,8 кВт-ч/м 2 в год, что соответствует стандарту «Пассивный дом» (15?25 кВт-ч/м 2 в год для условий Германии).
В качестве дублирующего источника тепловой энергии используется дровяной котёл-камин. Котёл-камин используется в течение 4 самых холодных месяцев в году (120 суток). Максимальное использование дров в самый холодный период составит не более 9 кг в сутки. Годовое потребление дров составляет 680 кг (1,4 м 3 ).
На приведённом графике виден вклад каждого элемента системы солнечного теплоснабжения и суммарное значение выработанного тепла.
Избыточное тепло от пассивной системы отопления (теплица, окна и фонарь) будет рассеиваться в окружающее пространство системой вентиляции.
Избыточное тепло от жидкостных солнечных коллекторов будет использовать- ся в системе очистки «серых» стоков и аккумулироваться в грунте.
Процентный вклад используемого (полезного) тепла от каждого элемента сис- темы солнечного теплоснабжения приведён в таблице.
| Наименование элемента системы |
Процентный вклад используемого тепла |
| Теплица | 24,0 |
| Окно | 18,0 |
| Фонарь | 8,9 |
| Итого – пассивная система | 50,9 |
| Жидкостные коллекторы | 24,9 |
| Итого – всей системой | 75,8 |
Литература
1. Н.В. Харченко. Индивидуальные солнечные установки. М.Энергоиздат, 1991.
2. Коллектор солнечный СКС ТУ 21-26-322-88.
3. ПОСОБИЕ 2.91 к СНиП 2.04.05-91. Расчет поступления теплоты солнечной радиации в помещения. Таблица 2.
sib-ecodom.ru
Расчет солнечного коллектора. Экономим электричество: расчеты производительности солнечного коллектора
Расчет солнечного коллектора для отопления дома и ГВС
Использование гелиоколлекторов для системы теплоснабжения – способ существенно сэкономить на отоплении дома. Солнечное излучение бесплатно и доступно всем, а стоимость гелиосистем постоянно снижается. Правильный расчет солнечного коллектора для отопления дома позволит избежать лишних затрат на оборудование и организовать эффективную систему обогрева здания.
Большинство производителей, поставщиков и установщиков делают лишь приблизительный расчет солнечных коллекторов, но мы опишем все детально. В статье мы пошагово расскажем, как выполнить расчет гелиосистем для отопления, чтобы полностью обеспечить дом теплом зимой. Пусть вас не пугает количество формул – для подсчета потребуется обычный калькулятор. Ваши вопросы и мнение вы можете оставить в комментариях.
Содержание статьи
Расчет реальной мощности солнечного коллектора
Производители указывают максимальную мощность гелиоколлектора при полном освещении при направлении на юг и ориентации перпендикулярно солнцу в полдень. Но не всегда можно так направить панели, особенно если их устанавливать крыше дома.
Ниже приводим формулы, которые универсальны и могут использоваться как для подсчета количества коллекторов, так для подсчета общей площади в квадратных метрах.
Подсчет эффективности гелиоколлектора по направлению
Рассчитать базовую тепловую производительность солнечного плоского или вакуумного коллектора можно по следующей формуле:
Pv = sin A x Pmax x S
Значения:
- Pv – мощность солнечного коллектора;
- A – угол отклонения плоскости гелиоколлектора от направления на юг;
- Pmax – средний уровень инсоляции в вашем регионе в холодное время года.
Даже если солнце не скрыто облаками, в течении дня уровень инсоляции меняется, от чего зависит производительность коллектора. Усредненные данные видно на этом графике:
Данные на иллюстрации по дневному уровню инсоляции усредненные, но позволяют понять разницу между количеством тепловой энергии, которую можно получить в разное время года.
Максимальный уровень инсоляции зимой в среднем в 3-4 раза меньше, чем летом. Количество солнечной энергии, которую может получить гелиоколлектор за сутки зимой в 5-7 раз ниже (в зависимости от широты) чем летом.
Расчет производительности гелиоколлектора по углу установки
Оптимальный угол установки солнечного коллектора для отопления дома зимой – так, чтобы он был перпендикулярен солнечным лучам в 10 часов утра. Так он может собрать максимум тепловой энергии на протяжении светового дня.
Иногда не получается этого сделать (при установке на крыше, монтаже на стандартных опорах). Из-за отклонения от оптимального угла энергоэффективность коллектора может измениться. Рассчитать ее можно по такой формуле:
Pm = sin(180 — A — B) x Pv
Значения:
- Pm – производительность гелиоколлектора;
- A – угол между коллектором и плоскостью земли;
- B – высота солнца над горизонтом в 10 часов утра;
- Pv – найденная ранее мощность.
Если у вас есть возможность ориентировать солнечный коллектор так, чтобы он был перпендикулярен солнцу, тогда:
Pm = Pv
На фотографии обозначен угол наклона солнечного коллектора, который нужно использовать при вычислениях.
Особенности плоских панелей
Плоский гелиоколлектор имеет небольшие теплопотери через заднюю стенку, которые составляют в среднем 5 Вт на квадратный метр. Поэтому от полученного ранее значения реальной мощности P надо отнять 5 Вт на каждый квадратный метр площади.
Уровень поглощения солнечного излучения плоского гелиоколлектора ниже 100%. Это нужно учесть при подсчете его тепловой мощности. Если панель поглощает только 95%, то ее реальная мощность:
P = Pm x 0.95 х S
Значения:
- Pm – мощность коллектора из формулы выше;
- P – реальная производительность коллектора;
- S – площадь коллектора.
Производительность вакуумного коллектора
Производители вакуумных коллекторов могут указывать мощность коллектора без учета расстояния между трубками. Чтобы определить, какова реальна площадь поверхности трубок и производительность вакуумного коллектора, воспользуемся формулой:
P = Pm x D / L
Обозначения:
- P – реальная производительность солнечного коллектора;
- Pm – мощность коллектора, рассчитанная ранее;
- D – диаметр вакуумных трубок;
- L – расстояние между трубками.
Термодинамические солнечные панели
С таким типом коллекторов все гораздо сложнее. Сейчас они не слишком распространены, производители экспериментируют с материалами и селективным покрытием. Разные модели отличаются уровнем поглощения и теплопотерями.
В целом, термодинамические солнечные панели имеют право на жизнь. Но мы бы не рекомендовали обустраивать отопление с их помощью. На рынке мало эффективных моделей, а те, которые есть, продают по з
10i5.ru
Типы и эффективность солнечных коллекторов
Солнечные коллекторы
Известно, что человечество за один год расходует примерно такое же количество энергии, сколько Земля получает за сутки от Солнца. Но использование солнечной радиации затрудняется непостоянством ее потока в локальных местах земной поверхности, связанным с суточными колебаниями освещенности, облачностью, прозрачностью атмосферы и так далее. Поэтому постоянное использование солнечной энергии возможно только в случае применения специальных аккумулирующих систем. Одной из таких систем, обладающих аккумулирующим эффектом, является солнечный коллектор. Солнечный коллектор, это установка, преобразующая солнечное излучение широкого спектра и инфракрасное излучение окружающей среды в тепловые колебания для дальнейшего использования тепловой энергии для хозяйственных нужд. Простейший солнечный коллектор, это емкость с большой площадью поверхности, способной поглощать солнечное излучение, заполненную жидким теплоносителем, чаще всего водой. Нагретый теплоноситель перемещается по трубопроводу к месту использования, например бойлеру, где происходит окончательное доведение температуры до необходимого уровня для дальнейшего использования. При отсутствии перемещения теплоноситель может нагреваться до 300 0С, поэтому при обустройстве солнечных коллекторов необходимо предусмотреть защиту от перегрева.
Наиболее популярными сферами применения солнечных коллекторов являются горячее водоснабжение и отопление. Менее распространена система аккумулирования тепловой энергии и продолжительного ее хранения для потребления в холодное время года.
Типы солнечных коллекторов
Солнечные коллекторы бывают:
- Плоского типа.
- Вакуумного типа.
Плоские коллекторы намного дешевле вакуумных, так как они конструктивно проще и соответственно проще в производстве. Они превосходят последние по эффективности в теплое время года, но из-за высоких тепловых потерь менее выгодны при пониженных температурах. Для уменьшения теплопотерь корпус плоского коллектора максимально герметизируют. Полученная воздушная прослойка между верхней прозрачной для солнечных лучей защитной поверхностью и нижней теплоизолированной позволяет существенно уменьшить потери энергии, но все же конструкция исключает применение воды в качестве теплоносителя. Это определяет сферу применения плоских коллекторов – они используются в большинстве случаев только для отопления. Простота конструкции и отсутствие необходимости в сложных технологических процессах при изготовлении позволяет организовать производство в кустарных условиях. Следует заметить, что теплоноситель может нагреваться в плоском коллекторе в солнечный день до температуры в 190-2100С, поэтому при разработке и изготовлении должна быть предусмотрена возможность аварийного сброса лишнего давления, которое может создаться в результате парообразования.
Более совершенные конструкционно коллекторы вакуумного типа соответственно более дороги. Технология их производства сложнее и практически исключает кустарное изготовление качественных изделий. Этим и определяется их относительно высокая цена. Конструкционно это устройство состоит из ряда трубок с теплоносителем, объединенный в единую систему. Существуют коллекторы прямого действия и с тепловой трубкой, в которой происходит процесс испарения теплоносителя. В вакуумном коллекторе абсорбер, как в термосе, встроен в стеклянную трубку, из которой откачан воздух. То есть, теплоноситель предохраняют от потерь тепла с помощью вакуумной, а не воздушной прослойки, благодаря чему существенно снижается неэффективное использование солнечной радиации. В то же время коэффициент поглощения излучения у них ниже чем у плоских. Это практически полностью нивелирует эффект от лучшей изоляции в летнее время года. Еще одна проблема, от которой в большей степени страдают коллекторы вакуумного типа – изморозь или снег на рабочей поверхности. И если от снега еще можно как-то защититься, например, с помощью навеса, то для предохранения от обмерзания приходится использовать специальные системы оттаивания, на что также приходится использовать драгоценную энергию.
Эффективность солнечных коллекторов
В таблице приведена усредненная информация о КПД коллекторов различной конструкции, соответственно различному превышению температуры теплоносителя на выходе относительно температуры воздуха.
КПД для данного типа коллектора | 00С Подогрев воды бассейна. Летом в полдень (800Вт / м2) | 400С Горячее водоснабжение. Летом в полдень (800Вт / м2) | 500С Система отопления помещений ранней весной (400Вт / м2) |
Неостекленный абсорбер | 90 % | 20 % | 0 % |
Плоский с неселективным покрытием | 75 % | 35 % | 0 % |
Плоский с селективным покрытием | 80 % | 50 % | 25 % |
Вакуумные трубы | 60 % | 55 % | 50 % |
КПД устройств различных типов сильно зависит от температуры окружающей среды. Высокие потери приводят к снижению эффективности. Особенно это заметно в холодное время года. В то же время, при высокой температуре воздуха потери минимальны и, соответственно, КПД выше. Например обычный плоский коллектор в летнее время имеет КПД около 90%.
allalternativeenergy.com
Увеличиваем КПД солнечного коллектора с помощью селективного покрытия
Важнейшей частью солнечного коллектора является абсорбер. Именно в нем происходит переход солнечной энергии в тепловую. Для всех устройств (и плоских, и трубчатых) одинаково то, что абсорбер находится под открытыми лучами солнца. Для увеличения поглощения солнечной энергии на абсорбер наносится специальное селективное покрытие для солнечных коллекторов. Именно от этой незначительной детали зависит КПД всей конструкции.
Уникальные свойства покрытия:
Увеличение поглотительной способности абсорбера
Увеличение КПД всего устройства
Препятствие обратному выходу энергии. Все солнечное излучение, что пришло на трубы устройства, будет эффективно переработано в тепловую энергию
Каким бывает?
КПД селективного покрытия
Покрытие для солнечного коллектора может быть изготовлено из различных материалов. Но наиболее распространенными поглощающими покрытиями признаны:
Медные
Хромовые
Из черного лака
Из синих слоев. Второе название – селективная краска для солнечных коллекторов
Какое лучше? Сложно сказать, поскольку на рынке представлены солнечные коллекторы с разными покрытиями и все отличаются довольно эффективной работой.
Методы нанесения покрытия:
Гальванический метод. Им наносят покрытие из черного хрома.
Метод Напыления. Используют для нанесения покрытия из синих слоев.
Дата публикации: 7 апреля 2015
Оставить комментарий
Вы должны быть Войти, чтобы оставлять комментарии.
energorus.com