Nbsp; محاسبه سیستم های تامین حرارت با استفاده از کلکتورهای حرارتی خورشیدیرهنمودها برای انجام کارهای محاسباتی و گرافیکی برای دانشجویان همه اشکال تحصیل در نیروگاه های تخصصی، نیروگاه های مبتنی بر منابع انرژی غیر سنتی و تجدیدپذیر. اشکال مطالعه در نیروگاه های تخصصی، نیروگاه های مبتنی بر منابع انرژی غیر سنتی و تجدیدپذیر / A. V. مطالب 1. ارسال نظری 1.1. طراحی و مشخصات اصلی کلکتور خورشیدی تخت 1.2. عناصر اساسی و نمودارهای شماتیک سیستم هاگرمایش خورشیدی 2. مراحل طراحی 3. محاسبه گرما برای گرمایش ساختمان 3.1. مقررات اساسی 3.2. تعیین تلفات حرارتی انتقال 3.3. تعیین میزان مصرف گرما برای گرمایشهوای تهویه

3.4. تعیین هزینه های حرارتی برای تامین آب گرم 4. محاسبه سیستم تامین حرارت خورشیدی کتابشناسی مقررات نظری

طراحی و مشخصات اصلی کلکتور خورشیدی تخت کلکتور خورشیدی تخت (SC) عنصر اصلی سیستم ها استگرمایش خورشیدی و تامین آب گرم اصل عملکرد آن ساده است. بیشترافتادن روی کلکتور توسط سطح جذب می شود که نسبت به تابش خورشیدی "سیاه" است. بخشی از انرژی جذب شده به سیال در حال گردش از طریق کلکتور منتقل می شود و بقیه در نتیجه تبادل حرارت با محیط از بین می رود. گرمای منتقل شده توسط سیال، گرمای مفیدی است که ذخیره می شود یا برای پوشش بار گرمایش استفاده می شود.

عناصر اصلی کلکتور به شرح زیر است: یک صفحه جاذب که معمولاً از فلز ساخته شده است، با یک پوشش سیاه غیر بازتابنده برای اطمینان از حداکثر جذب تابش خورشیدی. لوله‌ها یا کانال‌هایی که مایع یا هوا از طریق آن‌ها گردش می‌کند و در تماس حرارتی با صفحه جذب هستند. عایق حرارتی لبه های پایین و جانبی صفحه؛ یک یا چند شکاف هوا که با پوشش های شفاف به منظور عایق کاری صفحه در بالا جدا شده است. و در نهایت، پوششی که دوام و مقاومت در برابر آب و هوا را تضمین می کند. در شکل 1 نشان داده شده است مقاطع عرضیبخاری آب و هوا.

برنج. 1. نمایش شماتیک کلکتورهای خورشیدی با خنک کننده های آب و هوا: 1 - عایق حرارتی. 2 – کانال هوا؛ 3 – پوشش های شفاف 4 – بشقاب جاذب 5- لوله های متصل به صفحه.

پوشش شفاف معمولا از شیشه ساخته شده است. شیشه دارای مقاومت عالی در برابر آب و هوا و خواص مکانیکی خوبی است. نسبتا ارزان است و می تواند شفافیت بالایی با محتوای اکسید آهن کم داشته باشد. از معایب شیشه شکنندگی و جرم زیاد است. در کنار شیشه می توان از مواد پلاستیکی نیز استفاده کرد. پلاستیک معمولاً کمتر در معرض شکستگی، سبک وزن و ارزان قیمت در ورق های نازک است. با این حال، معمولاً به اندازه شیشه در برابر آب و هوا مقاوم نیست. سطح یک ورق پلاستیکی به راحتی خراشیده می شود و بسیاری از پلاستیک ها با گذشت زمان تحلیل می روند و زرد می شوند و در نتیجه انتقال خورشیدی کاهش می یابد و خراب می شوند. استحکام مکانیکی. مزیت دیگر شیشه نسبت به پلاستیک این است که شیشه تمام تشعشعات امواج بلند (حرارتی) را که از صفحه جذب کننده ساطع می شود را جذب یا منعکس می کند. اتلاف حرارت در محیط زیستبا تشعشع به طور موثرتری نسبت به پوشش پلاستیکی کاهش می یابد که بخشی از تابش موج بلند را منتقل می کند.

یک کلکتور صفحه تخت هم تشعشعات مستقیم و هم پرتوهای منتشر را جذب می کند. تابش مستقیم باعث ایجاد سایه توسط یک جسم نور خورشید می شود. تابش پراکنده قبل از رسیدن به سطح زمین توسط ابرها و غبار منعکس و پراکنده می شود. بر خلاف تابش مستقیم، منجر به تشکیل سایه نمی شود. کلکتور صفحه تخت معمولاً به صورت ثابت بر روی ساختمان نصب می شود. جهت گیری آن بستگی به مکان و زمانی از سال دارد که در طی آن تاسیسات برق خورشیدی باید کار کند. کلکتور صفحه تخت گرمای کم درجه مورد نیاز برای گرم کردن آب و گرم کردن اتاق را فراهم می کند.

کلکتورهای خورشیدی متمرکز (متمرکز)، از جمله آنهایی که دارای متمرکز کننده سهموی یا متمرکز کننده فرنل هستند، می توانند در سیستم های گرمایش خورشیدی استفاده شوند. اکثر کلکتورهای متمرکز فقط از تابش مستقیم خورشید استفاده می کنند. مزیت یک کلکتور فوکوس کننده در مقایسه با یک کلکتور مسطح این است که سطح کمتری دارد که از آن گرما به محیط هدر می رود و بنابراین سیال کاررا می توان در آن تا بیشتر گرم کرد دمای بالانسبت به کلکتورهای صفحه تخت. با این حال، برای گرمایش و نیاز به آب گرم، دماهای بالاتر تفاوت چندانی ندارند یا تفاوتی ندارند. برای اکثر سیستم های متمرکز، کلکتور باید موقعیت خورشید را ردیابی کند. سیستم هایی که از خورشید تصویر نمی کنند معمولاً چندین بار در سال نیاز به تنظیمات دارند.

باید بین ویژگی های لحظه ای یک مخزن (یعنی ویژگی ها در یک زمان معین، بسته به شرایط هواشناسی و عملیاتی در آن لحظه) و ویژگی های بلند مدت آن تمایز قائل شد. در عمل، کلکتور سیستم حرارتی خورشیدی تحت طیف وسیعی از شرایط در طول سال کار می کند. در برخی موارد، حالت کار با دمای بالا و راندمان پایین کلکتور، در موارد دیگر، برعکس، با دمای پایین و راندمان بالا مشخص می شود.

برای در نظر گرفتن عملکرد یک مخزن در شرایط متغیر، لازم است وابستگی ویژگی های لحظه ای آن به عوامل هواشناسی و عملیاتی تعیین شود. برای توصیف ویژگی های کلکتور، دو پارامتر مورد نیاز است که یکی از آنها مقدار انرژی جذب شده را تعیین می کند و دیگری - اتلاف گرما به محیط را. این پارامترها به بهترین وجه توسط آزمایش هایی که بازده لحظه ای مخزن را در محدوده مناسبی از شرایط اندازه گیری می کنند، تعیین می شوند.

انرژی مفیدی که در یک زمان معین از کلکتور حذف می شود، تفاوت در مقدار است انرژی خورشیدی، توسط صفحه کلکتور جذب می شود و مقدار انرژی از دست رفته برای محیط زیست. معادله ای که می توان تقریباً همه چیز را محاسبه کرد ساختارهای موجودکلکتور مسطح به شکل زیر است:

انرژی مفید حذف شده از کلکتور در واحد زمان کجاست، W; - مساحت کلکتور، متر مربع؛ - ضریب حذف گرما از کلکتور؛ - چگالی شار تابش کل خورشید در صفحه کلکتور W/m2. - قابلیت عبور پوشش های شفاف در رابطه با تابش خورشیدی؛ - ظرفیت جذب صفحه کلکتور در رابطه با تابش خورشیدی؛ - ضریب تلفات حرارتی کل کلکتور، W/(m2 °C)؛ - دمای مایع در ورودی منیفولد، درجه سانتیگراد؛ - دمای محیط، درجه سانتی گراد

تشعشعات خورشیدی که در هر زمان بر روی کلکتور می افتند شامل سه بخش تابش مستقیم، تابش پراکنده و تابش منعکس شده از زمین یا اجسام اطراف است که میزان آن به زاویه تمایل کلکتور به افق و ماهیت آنها بستگی دارد. اشیاء هنگامی که کلکتور آزمایش می شود، چگالی شار تابش مناندازه گیری با استفاده از یک پیرانومتر نصب شده در همان زاویه شیب به افق با کلکتور. در محاسبات استفاده می شود f- روش مستلزم آگاهی از میانگین ورود ماهانه تابش خورشیدی به سطح کلکتور است. اغلب، کتاب های مرجع حاوی داده هایی در مورد میانگین ورود تشعشعات ماهانه به سطح افقی هستند.

چگالی شار تابش خورشیدی جذب شده توسط صفحه کلکتور در یک نقطه زمانی معین برابر است با حاصلضرب چگالی شار تابش فرودی منانتقال سیستم پوشش شفاف تیو ظرفیت جذب صفحه کلکتور الف. هر دو کمیت اخیر به ماده و زاویه تابش تابش خورشیدی (یعنی زاویه بین حالت عادی به سطح و جهت پرتوهای خورشید) بستگی دارد. اجزای مستقیم، پراکنده و منعکس شده تابش خورشیدی به سطح کلکتور زیر می رسند زوایای مختلف. بنابراین، ویژگی های نوری تیو الفباید با در نظر گرفتن سهم هر جزء محاسبه شود.

کلکتور گرما را از دست می دهد به طرق مختلف. تلفات حرارتی از صفحه به پوشش های شفاف و از پوشش بالایی به هوای بیرون در اثر تابش و همرفت رخ می دهد، اما نسبت این تلفات در حالت اول و دوم یکسان نیست. از دست دادن حرارت از طریق عایق پایین و دیواره های جانبی کلکتور به دلیل هدایت حرارتی است. کلکتورها باید به گونه ای طراحی شوند که تمام تلفات حرارتی حداقل باشد.

حاصل ضرب ضریب تلفات کل یو الو اختلاف دما در رابطه (1) نشان دهنده اتلاف حرارت از صفحه جاذب است، مشروط بر اینکه دمای آن در همه جا برابر با دمای سیال ورودی باشد. هنگامی که مایع گرم می شود، صفحه کلکتور دارای دمای بالاتری نسبت به دمای ورودی مایع است. این شرط لازمانتقال حرارت از صفحه به مایع بنابراین، تلفات حرارتی واقعی از کلکتور ارزش بیشترکار می کند. تفاوت تلفات با استفاده از ضریب حذف حرارت در نظر گرفته می شود اف آر.

ضریب ضرر کل یو البرابر است با مجموع ضرایب تلفات از طریق عایق شفاف، پایین و دیوارهای جانبی کلکتور. برای کلکتوری که به خوبی طراحی شده باشد، مجموع دو ضریب آخر معمولاً حدود 0.5 - 0.75 W/(m2 °C) است. ضریب تلفات از طریق عایق شفاف به دمای صفحه جاذب، تعداد و مواد پوشش های شفاف، درجه انتشار صفحه در قسمت مادون قرمز طیف، دمای محیط و سرعت باد بستگی دارد.

معادله (1) برای محاسبه سیستم های انرژی خورشیدی مناسب است، زیرا انرژی مفید کلکتور توسط دمای مایع در ورودی تعیین می شود. با این حال، اتلاف گرما به محیط به میانگین دمای صفحه جذب بستگی دارد، که اگر مایع هنگام عبور از کلکتور گرم شود، همیشه بالاتر از دمای ورودی است. ضریب اتلاف حرارت اف آربرابر است با نسبت انرژی مفید واقعی زمانی که دمای سیال در کلکتور در جهت جریان افزایش می یابد، به انرژی مفید زمانی که دمای کل صفحه جذب برابر با دمای سیال در ورودی است.

ضریب اف آربه جریان سیال از کلکتور و طراحی صفحه جاذب (ضخامت، خواص مواد، فاصله بین لوله ها و غیره) بستگی دارد و تقریباً مستقل از شدت تابش خورشید و دمای صفحه جاذب و محیط است.

عناصر اساسی و نمودارهای شماتیک سیستم های گرمایش خورشیدی

سیستم های گرمایش خورشیدی (یا سیستم های حرارتی خورشیدی) را می توان به غیرفعال و فعال تقسیم کرد. ساده ترین و ارزان ترین آنها سیستم های غیرفعال هستند یا خانه های خورشیدی"، که از معماری و عناصر ساختمانیساختمان ها و نیازی ندارند تجهیزات اضافی. اغلب، چنین سیستم هایی شامل یک دیوار سیاه شده از ساختمان رو به جنوب است که در فاصله ای از آن یک پوشش شفاف قرار دارد. در بالا و پایین دیوار بازشوهایی وجود دارد که فضای بین دیوار و پوشش شفاف را با فضای داخلی ساختمان مرتبط می کند. تابش خورشیدی دیوار را گرم می کند: هوای شستشوی دیوار توسط آن گرم شده و از دهانه بالایی وارد ساختمان می شود. گردش هوا یا توسط همرفت طبیعی یا توسط یک فن تامین می شود. علیرغم برخی مزایای سیستم‌های غیرفعال، سیستم‌های فعال با تجهیزات ویژه نصب شده برای جمع‌آوری، ذخیره و توزیع تشعشعات خورشیدی عمدتاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا این سیستم‌ها معماری ساختمان را بهبود می‌بخشند، راندمان استفاده از انرژی خورشیدی را افزایش می‌دهند و همچنین کنترل بیشتر حرارت را فراهم می‌کنند. بارگذاری و گسترش دامنه کاربرد انتخاب، ترکیب و چیدمان عناصر سیستم فعالگرمایش خورشیدی در هر مورد خاص توسط عوامل آب و هوایی، نوع جسم، رژیم مصرف گرما، شاخص های اقتصادی تعیین می شود. یک عنصر خاص از این سیستم ها جمع کننده خورشیدی است. عناصر مورد استفاده مانند دستگاه های تبادل حرارت، باتری ها، منابع حرارتی پشتیبان، وسایل لوله کشی به طور گسترده در صنعت استفاده می شوند. کلکتور خورشیدی تبدیل تابش خورشیدی به گرمای منتقل شده به خنک کننده گرم شده در گردش در کلکتور را تضمین می کند.

علاوه بر عناصر اصلی که در بالا توضیح داده شد، سیستم های خورشیدیسیستم های گرمایش ممکن است شامل پمپ ها، خطوط لوله، عناصر ابزار دقیق و سیستم های اتوماسیون و غیره باشد. بر اساس استفاده از نیروگاه های خورشیدی، مشکلات گرمایش، سرمایش و تامین آب گرم مسکونی، ساختمان های اداری، تاسیسات صنعتی و کشاورزی.

تاسیسات خورشیدی دارای طبقه بندی زیر هستند:

1) با توجه به هدف:

سیستم های تامین آب گرم؛

سیستم های گرمایشی؛

تاسیسات ترکیبیبرای تامین گرما و سرما؛

2) با توجه به نوع خنک کننده مورد استفاده:

مایع؛

هوا؛

3) بر اساس مدت کار:

در تمام طول سال؛

فصلی؛

4) توسط راه حل فنیطرح ها:

تک مدار؛

دو مداره؛

چند مداری.

متداول ترین خنک کننده های مورد استفاده در سیستم های گرمایش خورشیدی مایعات (آب، محلول اتیلن گلیکول، مواد آلی) و هوا هستند. هر کدام از آنها مزایا و معایب خاصی دارند. هوا یخ نمی زند و مشکلات عمده ای در ارتباط با نشت و خوردگی تجهیزات ایجاد نمی کند. با این حال، به دلیل چگالی کم و ظرفیت گرمایی هوا، اندازه تاسیسات هوا و مصرف برق برای پمپاژ خنک کننده بیشتر از سیستم های مایع است. بنابراین، اکثر سیستم های حرارتی خورشیدی در حال کار، مایعات را ترجیح می دهند. برای نیازهای مسکن و جمعی، خنک کننده اصلی آب است.

هنگام کار با کلکتورهای خورشیدی در دوره هایی با دمای بیرونی منفی، لازم است یا از ضد یخ به عنوان خنک کننده استفاده شود یا به نحوی از یخ زدگی مایع خنک کننده جلوگیری شود (مثلاً با تخلیه به موقع آب، گرم کردن آن، عایق کاری کلکتور خورشیدی).

سیستم های گرمایش خورشیدی با ظرفیت کم که مصرف کنندگان کوچک و از راه دور را تامین می کنند، اغلب بر اساس اصل گردش مایع خنک کننده طبیعی عمل می کنند. مخزن آب بالای کلکتور خورشیدی قرار دارد. این آب به قسمت پایینی سیستم تامین آب که در یک زاویه مشخص قرار دارد، وارد می شود، جایی که شروع به گرم شدن می کند، چگالی خود را تغییر می دهد و از طریق کانال های جمع کننده با گرانش به سمت بالا می رود. سپس او می رود به قسمت بالامخزن، و جای آن در منیفولد گرفته شده است آب سرداز قسمت پایین آن حالت گردش طبیعی برقرار است. در سیستم های قدرتمندتر و کارآمدتر، گردش آب در مدار کلکتور خورشیدی با استفاده از پمپ تضمین می شود.

نمودارهای شماتیک سیستم های گرمایش خورشیدی در شکل 1 ارائه شده است. 2، 3 را می توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد: تاسیساتی که در یک مدار باز یا جریان مستقیم کار می کنند (شکل 2). تاسیساتی که در مدار بسته کار می کنند (شکل 3). در تاسیسات گروه اول، خنک کننده به کلکتورهای خورشیدی (شکل 2 الف، ب) یا مبدل حرارتی مدار خورشیدی (شکل 2 ج) عرضه می شود، جایی که گرم می شود و مستقیماً به مصرف کننده یا به مصرف کننده عرضه می شود. مخزن ذخیره سازی اگر دمای مایع خنک کننده پس از نصب خورشیدی کمتر از سطح مشخص شده باشد، خنک کننده در یک منبع گرمای پشتیبان گرم می شود. طرح های در نظر گرفته شده عمدتا در تاسیسات صنعتی، در سیستم هایی با انباشت گرما طولانی مدت استفاده می شود. برای اطمینان از ثابت بودن سطح دمای مایع خنک کننده در خروجی کلکتور، لازم است دبی مایع خنک کننده را مطابق با قانون تغییرات شدت تابش خورشیدی در طول روز تغییر دهید که این امر مستلزم استفاده از دستگاه های اتوماتیکو سیستم را پیچیده می کند. در طرح های گروه دوم، انتقال حرارت از کلکتورهای خورشیدی یا از طریق مخزن ذخیره یا با اختلاط مستقیم مایع خنک کننده (شکل 3 الف) و یا از طریق یک مبدل حرارتی انجام می شود که می تواند هر دو در داخل مخزن قرار گیرد ( شکل 1.4 ب) و خارج از آن (شکل 3 ج). خنک کننده گرم شده از طریق مخزن به مصرف کننده عرضه می شود و در صورت لزوم در منبع گرمای پشتیبان دوباره گرم می شود. تاسیساتی که طبق طرح های ارائه شده در شکل 1 عمل می کنند. 3، می تواند تک مدار (شکل 3 الف)، دو مدار (شکل 3 ب) یا چند مدار (شکل 3 ج، د) باشد.

برنج. 2. نمودارهای شماتیک سیستم های جریان مستقیم: 1-کلکتور خورشیدی; 2- باتری؛ 3- مبدل حرارتی

برنج. 3. نمودارهای شماتیک سیستم های گرمایش خورشیدی

استفاده از یک یا نسخه دیگری از طرح بستگی به ماهیت بار، نوع مصرف کننده، عوامل آب و هوایی، اقتصادی و سایر شرایط دارد. در نظر گرفته شده در شکل. تاکنون 3 طرح پیدا شده است بزرگترین برنامه، زیرا آنها با سادگی و قابلیت اطمینان نسبی در عملکرد مشخص می شوند.

مراحل اجرای کار

محاسبه و کار گرافیکی شامل مراحل اصلی زیر است:

1) اجرای نقشه "طرح ساختمان".

2) انتخاب طرح حرارتی برای سیستم گرمایش با استفاده از کلکتورهای خورشیدی

3) اجرای نقشه "نمودار تامین آب گرم و گرمایش با استفاده از کلکتورهای حرارتی خورشیدی"

4) محاسبه بار گرمایش (گرمایش و تامین آب گرم).

5) محاسبه سیستم گرمایش خورشیدی و سهم بار حرارتی تامین شده توسط انرژی خورشیدی f- روش

6) تنظیم یادداشت توضیحی.

به طور متوسط ​​برای سال، بسته به شرایط آب و هوایی و عرض جغرافیایی منطقه، شار تابش خورشید به سطح زمین از 100 تا 250 وات بر متر مربع است که در ظهر با آسمان صاف، تقریباً در هر مکانی به اوج می رسد. (صرف نظر از عرض جغرافیایی)، حدود 1000 وات بر متر مربع. در شرایط منطقه میانیدر روسیه، تابش خورشیدی انرژی معادل تقریباً 100-150 کیلوگرم سوخت استاندارد در هر متر مربع در سال را به سطح زمین می آورد.

مدل سازی ریاضی ساده ترین تاسیسات آب گرمایش خورشیدی، انجام شده در موسسه دماهای بالا آکادمی روسیهعلوم با استفاده از نرم افزارهای مدرن و داده های یک سال آب و هوایی معمولی نشان داد که به صورت واقعی شرایط آب و هواییدر روسیه مرکزی، استفاده از آبگرمکن های خورشیدی تخت فصلی که از مارس تا سپتامبر کار می کنند، توصیه می شود. برای نصبی با نسبت مساحت کلکتور خورشیدی به حجم مخزن ذخیره 2 مترمربع / 100 لیتر، احتمال گرمایش روزانه آب در این مدت تا دمای حداقل 37 درجه سانتیگراد 50 تا 90 درصد است. ، تا دمای حداقل 45 درجه سانتیگراد - 30-70٪، تا دمای حداقل 55 درجه سانتیگراد - 20-60٪. حداکثر مقادیراحتمالات مربوط به ماه های تابستان است.

"مال شما خانه آفتابی» توسعه، مونتاژ و تامین سیستم هایی با گردش مایع خنک کننده غیرفعال و فعال. شما می توانید توضیحاتی درباره این سیستم ها را در بخش های مربوطه وب سایت ما بیابید. سفارش و خرید از طریق انجام می شود.

اغلب این سوال مطرح می شود که آیا می توان از سیستم های گرمایش خورشیدی برای گرمایش در شرایط روسیه استفاده کرد؟ مقاله جداگانه ای در مورد این موضوع نوشته شده است - "پشتیبانی گرمایش خورشیدی"

به خواندن ادامه دهید

1. کلکتورهای خورشیدی.

کلکتور خورشیدی عنصر اصلی تاسیسات است که در آن انرژی تابش خورشید به شکل دیگری از انرژی مفید تبدیل می شود. برخلاف مبدل‌های حرارتی معمولی که در آن‌ها انتقال حرارت شدید از یک سیال به سیال دیگر اتفاق می‌افتد و تابش ناچیز است، در یک کلکتور خورشیدی انتقال انرژی به سیال از یک منبع انرژی تابشی دور انجام می‌شود. بدون غلظت پرتوهای خورشیدی، چگالی شار تابش فرودی در بهترین حالت 1100- وات بر متر مربع است و متغیر. طول موج در محدوده 0.3 - 3.0 میکرون است. آنها به طور قابل توجهی کوچکتر از طول موج تابش ذاتی اکثر سطوحی هستند که تابش را جذب می کنند. بنابراین، تحقیقات کلکتور خورشیدی چالش‌های انتقال حرارت منحصربه‌فردی را در چگالی شار انرژی کم و متغیر و نقش نسبتاً بزرگی برای تشعشع ارائه می‌کند.

کلکتورهای خورشیدی را می توان با یا بدون تابش خورشیدی متمرکز استفاده کرد. در کلکتورهای صفحه تخت، سطحی که تابش خورشیدی را دریافت می کند، سطحی است که تابش را جذب می کند. کلکتورهای متمرکز که معمولاً دارای بازتابنده‌های مقعر هستند، تشعشع تابشی را در کل سطح خود بر روی یک مبدل حرارتی با سطح کوچک‌تر متمرکز می‌کنند و در نتیجه چگالی شار انرژی را افزایش می‌دهند.

1.1. کلکتورهای خورشیدی تختکلکتور خورشیدی صفحه تخت یک مبدل حرارتی است که برای گرم کردن مایع یا گاز با استفاده از انرژی تابش خورشیدی طراحی شده است.

از کلکتورهای صفحه تخت می توان برای گرم کردن خنک کننده تا دمای متوسط، t ≈ 100 o C استفاده کرد. از مزایای آنها می توان به امکان استفاده از تابش مستقیم و پراکنده خورشیدی اشاره کرد. آنها نیازی به ردیابی خورشید ندارند و نیازی به نگهداری معمولی ندارند. از نظر ساختاری، آنها ساده تر از یک سیستم متشکل از منعکس کننده های متمرکز، سطوح جذب کننده و مکانیسم های ردیابی هستند. دامنه کاربرد کلکتورهای خورشیدی سیستم‌های گرمایش ساختمان‌های مسکونی و صنعتی، سیستم‌های تهویه مطبوع، تامین آب گرم و همچنین نیروگاه‌هایی با سیال کاری کم جوش است که معمولاً بر اساس چرخه رانکین کار می‌کنند.

عناصر اصلی یک کلکتور خورشیدی تخت معمولی (شکل 1) عبارتند از: یک سطح "سیاه" که تابش خورشید را جذب کرده و انرژی خود را به خنک کننده (معمولا مایع) منتقل می کند. پوشش های شفاف نسبت به تابش خورشیدی واقع در بالای سطح جذب کننده، که تلفات همرفتی و تشعشعی را در جو کاهش می دهد. عایق حرارتی سطوح برگشتی و انتهایی کلکتور برای کاهش تلفات ناشی از هدایت حرارتی.

شکل 1. نمودار شماتیککلکتور خورشیدی تخت

الف) 1 - پوشش های شفاف؛ 2 - عایق; 3 - لوله با مایع خنک کننده؛ 4 - سطح جاذب;

ب) 1. سطح جذب تابش خورشید، 2 کانال خنک کننده، 3 شیشه(??)، 4 بدنه،

5- عایق حرارتی.

شکل 2 کلکتور خورشیدی از نوع لوله ورق.

1 - منیفولد هیدرولیک بالایی؛ 2 - منیفولد هیدرولیک پایین; 3 - n لوله که در فاصله W از یکدیگر قرار دارند. 4 - ورق (صفحه جاذب)؛ 5- اتصال; 6 - لوله (نه به مقیاس);

7 - عایق.

1.2. کارایی کلکتور. کارایی یک کلکتور با بازده نوری و حرارتی آن تعیین می شود. راندمان نوری η o نشان می دهد که چه بخشی از تابش خورشیدی که به سطح لعاب کلکتور می رسد توسط سطح سیاه جاذب جذب می شود و تلفات انرژی مربوط به تفاوت بین گذردهی شیشه و ضریب جذب سطح جاذب از وحدت را در نظر می گیرد. . برای منیفولد با لعاب تک لایه

که در آن (τα) n حاصل ضرب ضریب انتقال شیشه τ و ضریب جذب α است که تابش را از سطح جذب می کند. سقوط عادیاشعه های خورشید

اگر زاویه تابش پرتوها با مستقیم متفاوت باشد، با در نظر گرفتن افزایش تلفات بازتابی از شیشه و سطوحی که تابش خورشیدی را جذب می‌کنند، یک ضریب تصحیح k معرفی می‌شود. در شکل شکل 3 نمودارهای k = f(1/ cos 0 - 1) را برای کلکتورهایی با لعاب تک لایه و دو لایه نشان می دهد. بازده نوری با در نظر گرفتن زاویه تابش پرتوهای غیر مستقیم،

برنج. 3. ضریب تصحیح با در نظر گرفتن انعکاس نور خورشید از سطح شیشه و سطح جاذب سیاه.

علاوه بر این تلفات، در یک کلکتور با هر طرحی تلفات حرارتی به محیط Q عرق وجود دارد که با بازده حرارتی که برابر با نسبت مقدار گرمای مفید حذف شده از کلکتور در یک زمان معینی به مقدار انرژی تابشی که از خورشید در همان زمان به آن می رسد:

که در آن Ω ناحیه دیافراگم کلکتور است. I چگالی شار تابش خورشیدی است.

راندمان نوری و حرارتی یک کلکتور با این رابطه مرتبط است

تلفات حرارتی با ضریب تلفات کل U مشخص می شود

که در آن T a دمای سطح سیاهی است که تابش خورشید را جذب می کند. T در حدود - دمای محیط.

مقدار U را می توان با دقت کافی برای محاسبات ثابت در نظر گرفت. در این مورد، جایگزینی Qpot به فرمول راندمان حرارتی منجر به معادله می شود

راندمان حرارتی یک کلکتور را می توان بر حسب دمای متوسط ​​مایع خنک کننده که از آن عبور می کند نیز نوشت:

که در آن T t = (T در + T خارج) / 2 - متوسط ​​دمای مایع خنک کننده. F" پارامتری است که معمولاً "بازده کلکتور" نامیده می شود و کارایی انتقال حرارت از سطح جذب کننده تابش خورشیدی به مایع خنک کننده را مشخص می کند؛ این پارامتر به طراحی کلکتور بستگی دارد و تقریباً مستقل از سایر عوامل است؛ مقادیر معمولی پارامتر F"≈: 0.8- 0.9 - برای کلکتورهای هوای تخت. 0.9-0.95 - برای کلکتورهای مایع تخت. 0.95-1.0 - برای منیفولدهای خلاء.

1.3. کلکتورهای خلاءدر مواردی که نیاز به گرمایش تا دمای بالاتر باشد از کلکتورهای خلاء استفاده می شود. در یک کلکتور خلاء، حجم حاوی سطح سیاهی که تابش خورشید را جذب می کند، توسط یک فضای تخلیه شده از محیط جدا می شود، که می تواند به طور قابل توجهی از اتلاف گرما به محیط به دلیل رسانایی گرمایی و همرفت کاهش دهد. تلفات تشعشع با اعمال پوشش انتخابی تا حد زیادی سرکوب می شود. از آنجایی که ضریب تلفات کل در یک کلکتور خلاء کوچک است، خنک کننده موجود در آن را می توان تا دمای بالاتر (120-150 درجه سانتیگراد) نسبت به یک کلکتور مسطح گرم کرد. در شکل شکل 9.10 نمونه هایی از طراحی منیفولدهای خلاء را نشان می دهد.

برنج. 4. انواع منیفولدهای خلاء.

1 - لوله با مایع خنک کننده؛ 2 - صفحه با پوشش انتخابی که تابش خورشید را جذب می کند. 3 لوله حرارتی; 4 عنصر حذف حرارت؛ 5 لوله شیشه ای با پوشش انتخابی؛ ب - لوله داخلی برای تامین مایع خنک کننده؛ 7 ظرف شیشه ای بیرونی؛ 8 وکیوم

وزارت انرژی و برقاتحاد جماهیر شوروی

بخش اصلی علمی و فنی
انرژی و برق

دستورالعمل های روش شناسی
برای محاسبه و طراحی
سیستم های گرمایش خورشیدی

RD 34.20.115-89

خدمات عالی برای SOYUZTEKHENERGO

مسکو 1990

توسعه یافته است نشان دولتی بیرق سرخ کار مؤسسه تحقیقات علمی انرژی به نام. G.M. کرژیژانوفسکی

مجریان M.N. EGAI، O.M. کورشونوف، A.S. لئونوویچ، وی. نوشتایکین، V.K. ریبالکو، بی.وی. تارنیژفسکی، وی.جی. BULYCHEV

تایید شد اداره کل علمی و فنی انرژی و برق 89/12/07

سر V.I. GORY

مدت اعتبار تعیین شده است

از 01.01.90

تا تاریخ 92/01/01

این دستورالعمل ها روشی را برای انجام محاسبات تعیین می کند و حاوی توصیه هایی برای طراحی سیستم های گرمایش خورشیدی برای منازل مسکونی، عمومی و ساختمان های صنعتیو سازه ها

این دستورالعمل ها برای طراحان و مهندسین درگیر در توسعه سیستم های گرمایش خورشیدی و تامین آب گرم در نظر گرفته شده است.

. مقررات عمومی

جایی که f - سهم از کل بار گرمای متوسط ​​سالانه ارائه شده توسط انرژی خورشیدی؛

جایی که F - مساحت سطح SC، m2.

که در آن H میانگین کل تابش خورشیدی سالانه در یک سطح افقی است،کیلووات ساعت بر متر مربع ; واقع از برنامه؛

الف، ب - پارامترهای تعیین شده از معادله () و ()

جایی که r - ویژگی های خواص عایق حرارتی پوشش ساختمان در مقدار ثابت بار DHW، نسبت بار گرمایش روزانه در دمای هوای بیرون 0 درجه سانتیگراد به بار DHW روزانه است. هر چه بیشتر r ، هر چه سهم بار گرمایشی در مقایسه با سهم بار DHW بیشتر باشد و طراحی ساختمان از نظر تلفات حرارتی کامل تر باشد. r = 0 فقط در نظر گرفته می شود سیستم های DHW. مشخصه با فرمول تعیین می شود

که در آن λ اتلاف حرارت ویژه ساختمان، W/(m 3 °C) است.

متر - تعداد ساعت در روز؛

ک - نرخ تبادل هوای تهویه، 1/روز؛

ρ در - چگالی هوا در 0 درجه سانتیگراد، کیلوگرم بر متر مکعب؛

f - نرخ جایگزینی، تقریباً از 0.2 تا 0.4 گرفته شده است.

مقادیر λ، k، V، t در، s در هنگام طراحی SST تعیین شده است.

مقادیر ضریب α برای کلکتورهای خورشیدیانواع II و III

مقادیر ضریب β برای کلکتورهای خورشیدیانواع II و III

مقادیر ضرایب a و bاز جدول هستند .

مقادیر ضرایب a وب بسته به نوع کلکتور خورشیدی

کجا چی - خروجی حرارت سالانه ویژه SGVS در مقادیر f متفاوت از 0.5;

Δq - تغییر در تولید گرمای ویژه سالانه SGVS، ٪.

تغییر در تولید گرمای ویژه سالانهΔq از دریافت سالانه تابش خورشیدی در یک سطح افقی H و ضریب f

پیوست 2

مشخصات حرارتی کلکتورهای خورشیدی

پیوست 3

مشخصات فنی کلکتورهای خورشیدی

پیوست 4

مشخصات فنی مبدل های حرارتی جریانی نوع TT

ضمیمه 5

ورود سالانه تابش کل خورشید به یک سطح افقی (N)، کیلووات ساعت بر متر مربع

یادداشت ها e) خنک کننده های مبتنی بر کربنات پتاسیم دارای ترکیبات زیر هستند (کسر جرمی):

دستور 1 دستور غذا 2

کربنات پتاسیم، 1.5-آب 51.6 42.9

سدیم فسفات، 12 هیدرات 4.3 3.57

سیلیکات سدیم، 9 هیدرات 2.6 2.16

سدیم تترابورات، 10 هیدرات 2.0 1.66

فلورزوئین 0.01 0.01

آب تا 100 تا 100

عنصر اصلی سیستم های تامین گرمای فعال، کلکتور خورشیدی (SC) در سیستم های تامین حرارت مدرن با دمای پایین (تا 100 درجه سانتی گراد) است که برای تبدیل انرژی خورشیدی به گرمای کم درجه برای تامین آب گرم، گرمایش و سایر موارد استفاده می شود. در فرآیندهای حرارتی، از یک کلکتور به اصطلاح صفحه تخت استفاده می شود که یک کلکتور خورشیدی، یک جاذب است که مایع خنک کننده از طریق آن به گردش در می آید. ساختار در پشت عایق حرارتی و در جلو لعاب است.

در سیستم های تامین حرارت با دمای بالا (بالای 100 درجه سانتی گراد)، از کلکتورهای خورشیدی با دمای بالا استفاده می شود. در حال حاضر مؤثرترین آنها کلکتور خورشیدی متمرکز Luza است که یک فرورفتگی سهموی با یک لوله سیاه در مرکز است که تابش خورشید روی آن متمرکز می شود. چنین کلکتورهایی در مواردی که ایجاد شرایط دمایی بالاتر از 100 درجه سانتیگراد برای صنعت یا برای تولید بخار در صنعت برق ضروری است بسیار مؤثر هستند. آنها در برخی از نیروگاه های حرارتی خورشیدی در کالیفرنیا استفاده می شوند. برای شمال اروپا، آنها به اندازه کافی کارآمد نیستند، زیرا نمی توانند از تابش پراکنده خورشیدی استفاده کنند.

تجربه جهانی. در استرالیا مایعات زیر 100 درجه سانتی گراد حدود 20 درصد کل انرژی مصرفی را مصرف می کنند. مشخص شده است که برای اطمینان آب گرم 80 درصد روستایی ساختمان های مسکونیبرای 1 نفر به 2 ... 3 متر مربع سطح کلکتور خورشیدی و یک مخزن آب با ظرفیت 100 ... 150 لیتر نیاز دارید. تأسیسات با مساحت 25 متر مربع و دیگ آب 1000 ... 1500 لیتری که آب گرم را برای 12 نفر تأمین می کند، تقاضای زیادی دارد.

در بریتانیا، ساکنان روستایی 40...50 درصد از انرژی حرارتی مورد نیاز خود را از طریق استفاده از تابش خورشید تامین می کنند.

در آلمان در ایستگاه تحقیقاتییک تاسیسات گرمایش آب خورشیدی فعال (مساحت کلکتور 65 متر مربع) در نزدیکی دوسلدورف آزمایش شده است که به طور متوسط ​​60٪ گرمای مورد نیاز در سال و 80...90٪ در تابستان را ممکن می سازد. در شرایط آلمان، یک خانواده 4 نفره در صورت داشتن سقف انرژی به مساحت 6 ... 9 متر مربع می توانند به طور کامل گرما را برای خود تامین کنند.

گسترده ترین انرژی حرارتیاز خورشید برای گرم کردن گلخانه ها و ایجاد آب و هوای مصنوعی در آنها استفاده می شود. چندین روش استفاده از انرژی خورشیدی در این راستا در سوئیس آزمایش شده است.

در آلمان (هانوفر) در موسسه فناوری، باغبانی و کشاورزی، امکان استفاده از کلکتورهای خورشیدی قرار داده شده در کنار گلخانه یا تعبیه شده در ساختار آن، و همچنین خود گلخانه ها به عنوان یک کلکتور خورشیدی با استفاده از مایع رنگی عبور داده شده از داخل گلخانه وجود دارد. پوشش گلخانه و تشعشعات خورشیدی گرم نتایج تحقیقات نشان داده است که در شرایط آب و هوایی آلمان، گرمایش تنها با استفاده از انرژی خورشیدی در طول سال به طور کامل نیازهای گرمایی را برآورده نمی کند. کلکتورهای خورشیدی مدرن در شرایط آلمان می توانند نیازهای کشاورزی را برای آب گرم در تابستان 90٪، در زمستان 29 ... 30٪ و در دوره انتقال - 55 ... 60٪ برآورده کنند.

خورشیدی فعال سیستم های گرمایشیبیشتر در اسرائیل، اسپانیا، جزیره تایوان، مکزیک و کانادا رایج است. تنها در استرالیا بیش از 400000 خانه دارای آبگرمکن خورشیدی هستند. در اسرائیل، بیش از 70 درصد خانه‌های یک‌خانواری (حدود 900000) مجهز هستند. آبگرمکن های خورشیدیبا کلکتورهای خورشیدی مساحت کل 2.5 میلیون متر مربع که امکان صرفه جویی در سوخت سالانه حدود 0.5 میلیون انگشتی را فراهم می کند.

بهبود سازنده SCهای مسطح در دو جهت انجام می شود:

• جستجو برای مواد ساختاری غیر فلزی جدید؛
• بهبود ویژگی های نوری-حرارتی مهم ترین مجموعه عنصر جاذب-شفاف.