Nbsp; HESAPLAMA Güneş enerjisi termal toplayıcıları kullanan ısı tedarik sistemleri Yönergeler uzmanlık alanındaki her türlü çalışmadaki öğrenciler için hesaplama ve grafik çalışmaları yapmak Enerji santralleri, geleneksel olmayan ve yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı enerji santralleri HESAPLAMA Güneş termal kollektörlerini kullanan ısı tedarik sistemleri: tüm öğrenciler için hesaplama ve grafik çalışmaları yapmak için yönergeler uzmanlık alanındaki çalışma biçimleri Enerji santralleri, geleneksel olmayan ve yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı enerji santralleri / A. V. İÇİNDEKİLER 1. TEORİK PAYLAŞIMLAR 1.1. Düz güneş kolektörünün tasarımı ve temel özellikleri 1.2. Sistemlerin temel elemanları ve şematik diyagramları güneş enerjisiyle ısıtma 2. TASARIM AŞAMALARI 3. BİNANIN ISITILMASI İÇİN ISI HESAPLANMASI 3.1. Temel hükümler 3.2. İletim ısı kayıplarının belirlenmesi 3.3. Isıtma için ısı tüketiminin belirlenmesi havalandırma havası

3.4. Sıcak su temini için ısı maliyetlerinin belirlenmesi 4. GÜNEŞ ENERJİSİ KAYNAĞI SİSTEMİNİN HESAPLANMASI KAYNAKÇA TEORİK HÜKÜMLER

Düz güneş kolektörünün tasarımı ve ana özellikleri Düz güneş kollektörü (SC) sistemlerin ana elemanıdır güneş enerjisiyle ısıtma ve sıcak su temini. Çalışma prensibi basittir. Çoğu Kolektörün üzerine düşen ışık, güneş ışınımına göre “siyah” olan yüzey tarafından emilir. Emilen enerjinin bir kısmı kollektörde dolaşan akışkana aktarılır, geri kalanı ise çevre ile ısı alışverişi sonucu kaybolur. Akışkan tarafından taşınan ısı, depolanan veya ısıtma yükünü karşılamak için kullanılan faydalı ısıdır.

Kolektörün ana elemanları şunlardır: güneş ışınımının maksimum emilimini sağlamak için yansıtıcı olmayan siyah kaplamalı, genellikle metalden yapılmış bir emme plakası; içinden sıvı veya havanın dolaştığı ve emici plakayla termal temas halinde olan borular veya kanallar; plakanın alt ve yan kenarlarının ısı yalıtımı; üstteki plakanın ısı yalıtımı amacıyla şeffaf kaplamalarla ayrılmış bir veya daha fazla hava boşluğu; ve son olarak dayanıklılık ve hava koşullarına dayanıklılık sağlayan bir kasa. İncirde. 1 gösterildi kesitler su ve hava ısıtıcısı.

Pirinç. 1. Su ve hava soğutuculu güneş kolektörlerinin şematik gösterimi: 1 – ısı yalıtımı; 2 – hava kanalı; 3 – şeffaf kaplamalar; 4 – emici plaka; 5 – plakaya bağlı borular.

Şeffaf kaplama genellikle camdan yapılır. Cam mükemmel hava koşullarına dayanıklılığa ve iyi mekanik özelliklere sahiptir. Nispeten ucuzdur ve düşük demir oksit içeriğiyle yüksek şeffaflığa sahip olabilir. Camın dezavantajları kırılganlık ve büyük kütledir. Camın yanı sıra plastik malzemeler de kullanılabilir. Plastik genellikle ince tabakalarda kırılmaya daha az eğilimlidir, hafiftir ve ucuzdur. Ancak genel olarak hava koşullarına cam kadar dayanıklı değildir. Plastik bir tabakanın yüzeyi kolayca çizilir ve birçok plastik zamanla bozulur ve sararır, bu da güneş geçirgenliğinin azalmasına ve bozulmasına neden olur. mekanik dayanım. Camın plastiğe göre diğer bir avantajı, camın, soğurucu plaka tarafından yayılan, üzerine gelen tüm uzun dalga (termal) radyasyonu emmesi veya yansıtmasıdır. Isı kaybı çevre Uzun dalga radyasyonunun bir kısmını ileten plastik kaplamaya göre radyasyon nedeniyle daha etkili bir şekilde azaltılır.

Düz plakalı toplayıcı hem doğrudan hem de dağınık radyasyonu emer. Doğrudan radyasyon, güneşle aydınlanan bir nesnenin gölgesinin oluşmasına neden olur. Yaygın radyasyon, dünya yüzeyine ulaşmadan önce bulutlar ve toz tarafından yansıtılır ve saçılır; Doğrudan radyasyonun aksine gölge oluşumuna yol açmaz. Düz plakalı kolektör genellikle binaya sabit olarak monte edilir. Yönü, güneş enerjisi kurulumunun çalışması gereken yere ve yılın zamanına bağlıdır. Düz plakalı kolektör, suyun ısıtılması ve odanın ısıtılması için gereken düşük dereceli ısıyı sağlar.

Parabolik yoğunlaştırıcıya veya Fresnel yoğunlaştırıcıya sahip olanlar da dahil olmak üzere odaklanan (yoğunlaştıran) güneş kolektörleri, güneş enerjisi ısıtma sistemlerinde kullanılabilir. Odaklayan toplayıcıların çoğu yalnızca doğrudan güneş ışınımı kullanır. Odaklanan bir toplayıcının düz olana göre avantajı, ısının çevreye kaybolduğu daha küçük bir yüzey alanına sahip olmasıdır ve bu nedenle çalışma sıvısı daha fazla ısıtılabilir yüksek sıcaklıklar düz plakalı toplayıcılardan daha fazladır. Ancak ısıtma ve sıcak su ihtiyaçları için daha yüksek sıcaklıklar çok az fark yaratır veya hiç fark etmez. Çoğu yoğunlaştırma sisteminde kolektörün güneşin konumunu takip etmesi gerekir. Güneşi görüntülemeyen sistemler genellikle yılda birkaç kez ayarlama gerektirir.

Bir rezervuarın anlık özellikleri (yani, o andaki meteorolojik ve işletme koşullarına bağlı olarak belirli bir zamandaki özellikleri) ile uzun vadeli özellikleri arasında bir ayrım yapılmalıdır. Uygulamada güneş termal sisteminin kollektörü yıl boyunca çok çeşitli koşullar altında çalışır. Bazı durumlarda çalışma modu, kollektörün yüksek sıcaklığı ve düşük verimliliği ile karakterize edilir, diğer durumlarda ise tam tersine düşük sıcaklık ve yüksek verim ile karakterize edilir.

Bir rezervuarın değişken koşullar altında çalışmasını dikkate almak için, anlık özelliklerinin meteorolojik ve işletme faktörlerine bağımlılığını belirlemek gerekir. Kolektörün özelliklerini tanımlamak için iki parametreye ihtiyaç vardır; bunlardan biri emilen enerji miktarını, diğeri ise çevreye olan ısı kaybını belirler. Bu parametreler en iyi şekilde, uygun koşullar aralığında rezervuarın anlık verimliliğini ölçen testlerle belirlenir.

Belirli bir zamanda toplayıcıdan çıkarılan faydalı enerji miktarı arasındaki farktır. Güneş enerjisi, kollektör plakası tarafından emilen ve çevreye kaybedilen enerji miktarı. Neredeyse her şeyi hesaplamak için kullanılabilecek bir denklem mevcut yapılar Düz toplayıcı şu şekildedir:

birim zamanda kolektörden çıkarılan faydalı enerji nerede, W; - kolektör alanı, m2; - kolektörden ısı uzaklaştırma katsayısı; - kollektör düzlemindeki toplam güneş ışınımının akı yoğunluğu W/m2; - güneş ışınımına bağlı olarak şeffaf kaplamaların geçirgenliği; - kolektör plakasının güneş ışınımına ilişkin emme kapasitesi; - kollektörün toplam ısı kaybı katsayısı, W/(m 2 °C); - manifold girişindeki sıvı sıcaklığı, °C; - ortam sıcaklığı, °C.

Kolektöre herhangi bir zamanda düşen güneş radyasyonu üç bölümden oluşur: doğrudan radyasyon, dağınık radyasyon ve yerden veya çevredeki nesnelerden yansıyan radyasyon; bunların miktarı, kollektörün ufka olan eğim açısına ve bunların doğasına bağlıdır. nesneler. Kolektör test edildiğinde radyasyon akı yoğunluğu BEN toplayıcı ile ufka aynı eğim açısına monte edilmiş bir piranometre kullanılarak ölçülmüştür. Hesaplamalarda kullanılır F-yöntem, kolektör yüzeyine gelen güneş ışınımının ortalama aylık miktarının bilinmesini gerektirir. Çoğu zaman, referans kitapları yatay bir yüzeydeki ortalama aylık radyasyon miktarına ilişkin verileri içerir.

Belirli bir noktada toplayıcı plaka tarafından emilen güneş ışınımının akı yoğunluğu, gelen ışınımın akı yoğunluğunun çarpımına eşittir. BENŞeffaf kaplama sisteminin geçirgenliği T ve kolektör plakasının emme kapasitesi A. Her iki miktar da malzemeye ve güneş ışınımının geliş açısına (yani yüzeye normal ile güneş ışınlarının yönü arasındaki açıya) bağlıdır. Güneş ışınımının doğrudan, dağınık ve yansıyan bileşenleri toplayıcının yüzeyine aşağıdaki koşullar altında ulaşır: farklı açılar. Bu nedenle optik özellikler T Ve A her bileşenin katkısı dikkate alınarak hesaplanmalıdır.

Kolektör ısı kaybediyor Farklı yollar. Plakadan şeffaf kaplamalara ve üst kaplamadan dış havaya ısı kayıpları radyasyon ve konveksiyon yoluyla meydana gelir ancak birinci ve ikinci durumda bu kayıpların oranı aynı değildir. Kollektörün yalıtımlı alt ve yan duvarlarından ısı kaybı ısı iletkenliğinden kaynaklanmaktadır. Kollektörler, tüm ısıl kayıpların minimum düzeyde olacağı şekilde tasarlanmalıdır.

Toplam kayıp katsayısının çarpımı UL ve denklem (1)'deki sıcaklık farkı, sıcaklığının her yerde giriş akışkan sıcaklığına eşit olması koşuluyla, emici plakadan gelen ısı kaybını temsil eder. Sıvı ısıtıldığında kollektör plakası sıvının giriş sıcaklığından daha yüksek bir sıcaklığa sahip olur. Bu gerekli kondisyonısının plakadan sıvıya aktarılması. Bu nedenle kollektörden gerçek ısı kaybı daha büyük değerİşler. Kayıplardaki fark, ısı giderme katsayısı kullanılarak dikkate alınır FR.

Toplam kayıp faktörü UL kolektörün şeffaf izolasyonu, alt ve yan duvarlarından kaynaklanan kayıp katsayılarının toplamına eşittir. İyi tasarlanmış bir kolektör için son iki katsayıların toplamı genellikle yaklaşık 0,5 - 0,75 W/(m 2 °C)'dir. Şeffaf yalıtımdan kaynaklanan kayıp katsayısı, emici plakanın sıcaklığına, şeffaf kaplamaların sayısına ve malzemesine, plakanın spektrumun kızılötesi kısmındaki emisyon derecesine, ortam sıcaklığına ve rüzgar hızına bağlıdır.

Denklem (1), kollektörün faydalı enerjisi girişteki sıvının sıcaklığına göre belirlendiğinden güneş enerjisi sistemlerinin hesaplanması için uygundur. Ancak çevreye olan ısı kaybı, emme plakasının ortalama sıcaklığına bağlıdır; bu, eğer sıvı kolektörden geçerken ısıtılırsa, her zaman giriş sıcaklığından daha yüksektir. Isı yayılım katsayısı FR kolektördeki akışkanın sıcaklığı akış yönünde arttığında gerçek faydalı enerjinin, tüm soğurucu plakanın sıcaklığı girişteki akışkanın sıcaklığına eşit olduğunda faydalı enerjiye oranına eşittir.

Katsayı FR kolektörden geçen sıvı akışına ve emici plakanın tasarımına (kalınlık, malzeme özellikleri, borular arasındaki mesafe vb.) bağlıdır ve güneş ışınımının yoğunluğundan ve emici plakanın ve ortamın sıcaklığından neredeyse bağımsızdır.

Güneş enerjili ısıtma sistemlerinin temel elemanları ve şematik diyagramları

Güneş enerjisiyle ısıtma sistemleri (veya güneş enerjisi termal sistemleri) pasif ve aktif olarak ayrılabilir. En basit ve en ucuz olanı pasif sistemlerdir veya “ güneş evleri", mimariyi kullanan ve yapı elemanları binalar ve gerektirmez ek ekipman. Çoğu zaman, bu tür sistemler, binanın güneye bakan, belli bir mesafede şeffaf bir kaplamanın bulunduğu karartılmış bir duvarını içerir. Duvarın üst ve alt kısmında, duvar ile şeffaf kaplama arasındaki boşluğu binanın iç kısmına bağlayan açıklıklar bulunmaktadır. Güneş radyasyonu duvarı ısıtır: duvarı yıkayan hava onun tarafından ısıtılır ve üst açıklıktan binaya girer. Hava sirkülasyonu ya doğal konveksiyonla ya da fanla sağlanır. Pasif sistemlerin bazı avantajlarına rağmen, binanın mimarisini iyileştirmesi, güneş enerjisi kullanım verimliliğini arttırması ve aynı zamanda termal enerjinin daha iyi kontrol edilmesini sağlaması nedeniyle çoğunlukla güneş ışınımını toplamak, depolamak ve dağıtmak için özel olarak kurulmuş ekipmanlara sahip aktif sistemler kullanılmaktadır. Uygulama alanını yükleyin ve genişletin. Elementlerin seçimi, bileşimi ve düzenlenmesi aktif sistem Her özel durumda güneş enerjisiyle ısıtma, iklim faktörleri, nesne türü, ısı tüketim modu, ekonomik göstergeler ile belirlenir. Bu sistemlerin özel bir unsuru güneş kolektörüdür; kullanılan ısı değişim cihazları, bataryalar, yedek ısı kaynakları, sıhhi tesisat armatürleri gibi elemanlar endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Güneş kollektörü, güneş ışınımının, kollektörde dolaşan ısıtılmış soğutucuya aktarılan ısıya dönüştürülmesini sağlar.

Yukarıda açıklanan ana unsurlara ek olarak, güneş sistemleriısıtma sistemleri pompaları, boru hatlarını, enstrümantasyon ve otomasyon sistemlerinin elemanlarını vb. içerebilir. Bu elemanların çeşitli kombinasyonları, özellikleri ve maliyetleri açısından çok çeşitli güneş enerjili ısıtma sistemlerine yol açar. Güneş enerjisi santrallerinin kullanımına bağlı olarak konutların ısıtma, soğutma ve sıcak su temini sorunları, idari binalar, endüstriyel ve tarımsal tesisler.

Güneş enerjisi tesisleri aşağıdaki sınıflandırmaya sahiptir:

1) amaca göre:

Sıcak su temin sistemleri;

Isıtma sistemleri;

Kombine kurulumlarısı ve soğuk temini amacıyla;

2) kullanılan soğutma sıvısının türüne göre:

Sıvı;

Hava;

3) çalışma süresine göre:

Yıl boyunca;

Mevsimsel;

4) tarafından teknik çözümşema:

Tek devre;

Çift devre;

Çok devreli.

Güneş enerjisiyle ısıtma sistemlerinde en yaygın kullanılan soğutucular sıvılar (su, etilen glikol çözeltisi, organik maddeler) ve havadır. Her birinin belirli avantajları ve dezavantajları vardır. Hava donmaz ve sızıntı ve ekipman korozyonu gibi büyük sorunlar yaratmaz. Ancak havanın düşük yoğunluğu ve ısı kapasitesi nedeniyle, hava tesisatlarının boyutu ve soğutucu pompalamak için gereken güç tüketimi, sıvı sistemlere göre daha yüksektir. Bu nedenle, çalışan güneş enerjisi termal sistemlerinin çoğu sıvıları tercih etmektedir. Konut ve toplumsal ihtiyaçlar için ana soğutucu sudur.

Güneş kollektörlerini negatif dış sıcaklıkların olduğu dönemlerde çalıştırırken, ya soğutucu olarak antifriz kullanmak ya da soğutucunun donmasını bir şekilde önlemek gerekir (örneğin, suyu zamanında boşaltarak, ısıtarak, güneş enerjisi kolektörünü yalıtarak).

Küçük ve uzaktaki tüketicilere enerji sağlayan düşük kapasiteli güneş enerjisiyle ısıtma sistemleri genellikle doğal soğutucu sirkülasyonu prensibiyle çalışır. Su deposu güneş kollektörünün üzerinde bulunur. Bu su, belli bir açıda bulunan su besleme sisteminin alt kısmına beslenir, burada ısınmaya başlar, yoğunluğunu değiştirir ve kollektör kanallarından yerçekimi ile yukarı doğru yükselir. Sonra o gider Üst kısmı tank ve manifolddaki yeri soğuk su alt kısmından. Doğal dolaşım modu kurulur. Daha güçlü ve verimli sistemlerde güneş kolektör devresindeki suyun sirkülasyonu bir pompa kullanılarak sağlanır.

Güneş enerjisiyle ısıtma sistemlerinin şematik diyagramları Şekil 1'de sunulmaktadır. Şekil 2, 3 iki ana gruba ayrılabilir: açık devre veya doğrudan akış devresinde çalışan tesisler (Şekil 2); kapalı devrede çalışan tesisler (Şekil 3). Birinci grubun kurulumlarında, soğutucu güneş kolektörlerine (Şekil 2 a, b) veya güneş enerjisi devresi ısı eşanjörüne (Şekil 2 c) beslenir, burada ısıtılır ve doğrudan tüketiciye veya tüketiciye verilir. depolama tankı. Güneş enerjisi kurulumundan sonra soğutma sıvısının sıcaklığı belirtilen seviyenin altındaysa, soğutma sıvısı bir yedek ısı kaynağında ısıtılır. Dikkate alınan şemalar esas olarak endüstriyel tesislerde, uzun süreli ısı birikimi olan sistemlerde kullanılmaktadır. Kollektör çıkışında soğutucunun sabit bir sıcaklık seviyesini sağlamak için, gün boyunca güneş ışınımının yoğunluğundaki değişiklikler yasasına uygun olarak soğutucu akışının değiştirilmesi gerekir; otomatik cihazlar ve sistemi karmaşık hale getiriyor. İkinci grubun şemalarında, güneş kollektörlerinden ısı transferi ya bir depolama tankı yoluyla ya da soğutucuların doğrudan karıştırılmasıyla (Şekil 3 a) ya da her ikisinin de tankın içine yerleştirilebilen bir ısı eşanjörü aracılığıyla gerçekleştirilir ( Şekil 1.4 b) ve onun dışında (Şekil 3c). Isıtılan soğutucu, tüketiciye tank aracılığıyla beslenir ve gerekirse bir yedek ısı kaynağında ısıtılır. Şekil 2'de sunulan şemalara göre çalışan tesisler. 3, tek devreli (Şekil 3 a), çift devreli (Şekil 3 b) veya çok devreli (Şekil 3 c, d) olabilir.

Pirinç. 2. Doğrudan akışlı sistemlerin şematik diyagramları: 1-güneş kollektörü; 2- pil; 3-ısı eşanjörü

Pirinç. 3. Güneş enerjisiyle ısıtma sistemlerinin şematik diyagramları

Programın bir veya başka bir versiyonunun kullanımı, yükün niteliğine, tüketici tipine, iklimsel, ekonomik faktörlere ve diğer koşullara bağlıdır. Şekil 2'de ele alınmıştır. Şu ana kadar 3 şema bulundu en büyük uygulama, operasyonda karşılaştırmalı basitlik ve güvenilirlik ile karakterize edildikleri için.

İşin gerçekleştirilme aşamaları

Hesaplama ve grafik çalışması aşağıdaki ana aşamalardan oluşur:

1) “Bina Planı” çiziminin uygulanması.

2) Güneş kollektörlerini kullanan bir ısıtma sistemi için termal tasarımın seçilmesi

3) “Güneş enerjisi termal kolektörleri kullanılarak ısıtma ve sıcak su temini şeması” çiziminin yapılması

4) Isıtma yükünün hesaplanması (ısıtma ve sıcak su temini).

5) Güneş enerjisiyle ısıtma sisteminin hesaplanması ve güneş enerjisinin sağladığı ısı yükünün payı F- yöntem.

6) Açıklayıcı bir not hazırlamak.

Yıl boyunca ortalama olarak, iklim koşullarına ve bölgenin enlemine bağlı olarak, dünya yüzeyine güneş ışınımının akışı 100 ila 250 W/m2 arasında değişir ve öğle saatlerinde açık bir gökyüzü ile hemen hemen her yerde en yüksek değerlere ulaşır. (enlemden bağımsız olarak), yaklaşık 1.000 W/m2. Koşullarda orta bölge Rusya'da güneş radyasyonu, yılda m 2 başına yaklaşık 100-150 kg standart yakıta eşdeğer enerjiyi dünya yüzeyine "getirir".

Yüksek Sıcaklık Enstitüsü'nde gerçekleştirilen en basit güneş enerjili su ısıtma tesisatının matematiksel modellemesi Rus Akademisi Modern yazılımları ve tipik bir hava yılından elde edilen verileri kullanan bilimler, gerçekte bunu gösterdi. iklim koşulları Rusya'nın merkezinde, mart ayından eylül ayına kadar çalışan mevsimlik düz güneş enerjili su ısıtıcılarının kullanılması tavsiye edilir. Güneş kolektörü alanının 2 m 2 /100 l depolama tankı hacmine oranına sahip bir kurulum için, bu süre zarfında suyun günlük olarak en az 37 ° C sıcaklığa ısıtılma olasılığı% 50-90'dır. en az 45°C - %30-70 sıcaklığa kadar, en az 55°C - %20-60 sıcaklığa kadar. Maksimum değerler olasılıklar yaz aylarını işaret ediyor.

"Senin Güneşli ev» Hem pasif hem de aktif soğutma sıvısı sirkülasyonuna sahip sistemler geliştirir, monte eder ve tedarik eder. Bu sistemlerin açıklamasını web sitemizin ilgili bölümlerinde bulabilirsiniz. Sipariş ve satın alma üzerinden gerçekleştirilir.

Rusya koşullarında ısıtma için güneş enerjisiyle ısıtma sistemlerinin kullanılmasının mümkün olup olmadığı sorusu sıklıkla soruluyor. Bu konuyla ilgili ayrı bir makale yazılmıştır - “Güneş enerjisiyle ısıtma desteği”

okumaya devam et

1. Güneş kollektörleri.

Güneş kolektörü, güneş ışınımı enerjisinin başka bir faydalı enerji biçimine dönüştürüldüğü tesisin ana elemanıdır. Bir akışkandan diğerine yoğun ısı transferinin meydana geldiği ve radyasyonun önemsiz olduğu geleneksel ısı eşanjörlerinin aksine, bir güneş kolektöründe enerjinin akışkana transferi uzak bir radyant enerji kaynağından gerçekleştirilir. Güneş ışınlarının konsantrasyonu olmadan, gelen radyasyonun akı yoğunluğu en iyi ihtimalle -1100 W/m2'dir ve değişken. Dalga boyları 0,3 - 3,0 mikron aralığındadır. Radyasyonu emen çoğu yüzeyin içsel radyasyonunun dalga boylarından önemli ölçüde daha küçüktürler. Bu nedenle, güneş kollektörü araştırması, düşük ve değişken enerji akışı yoğunluklarında benzersiz ısı transferi zorlukları ve radyasyonun nispeten büyük bir rolü sunmaktadır.

Güneş kolektörleri, yoğunlaştırılmış güneş ışınımıyla veya bu ışınım olmadan kullanılabilir. Düz plakalı kolektörlerde güneş ışınımını alan yüzey aynı zamanda ışınımı soğuran yüzeydir. Genellikle içbükey reflektörlere sahip olan odaklanan toplayıcılar, tüm yüzeylerine gelen radyasyonu daha küçük yüzey alanına sahip bir ısı değiştirici üzerinde yoğunlaştırır, böylece enerji akı yoğunluğunu arttırır.

1.1. Düz güneş kollektörleri. Düz plakalı güneş kollektörü, güneş radyasyonu enerjisini kullanarak bir sıvıyı veya gazı ısıtmak için tasarlanmış bir ısı değiştiricidir.

Düz plakalı kolektörler, soğutucuyu orta sıcaklıklara (t ≈ 100 o C) ısıtmak için kullanılabilir. Avantajları arasında hem doğrudan hem de dağınık güneş ışınımını kullanma yeteneği; güneş takibi gerektirmezler ve rutin bakım gerektirmezler. Yapısal olarak yoğunlaştırıcı reflektörlerden, emici yüzeylerden ve izleme mekanizmalarından oluşan bir sistemden daha basittirler. Güneş kolektörlerinin uygulama kapsamı, konut ve endüstriyel binalar için ısıtma sistemleri, klima sistemleri, sıcak su temini ve ayrıca genellikle Rankine döngüsüne göre çalışan düşük kaynama noktalı çalışma sıvısına sahip enerji santralleridir.

Tipik bir düz güneş kollektörünün ana elemanları (Şekil 1): güneş ışınımını emen ve enerjisini soğutucuya (genellikle sıvı) aktaran “siyah” bir yüzey; atmosferdeki konvektif ve radyasyon kayıplarını azaltan, emici yüzeyin üzerinde bulunan güneş radyasyonuna karşı şeffaf kaplamalar; Isı iletkenliğinden kaynaklanan kayıpları azaltmak için kolektörün dönüş ve uç yüzeylerinin ısı yalıtımı.

Şekil 1. Şematik diyagram düz güneş kollektörü.

A) 1 - şeffaf kaplamalar; 2 - yalıtım; 3 - soğutuculu boru; 4 - emici yüzey;

B) 1.Güneş ışınımını emen yüzey, 2-soğutucu kanal, 3-cam(??), 4-gövde,

5- ısı yalıtımı.

Şekil 2 Levha boru tipi güneş kollektörü.

1 - üst hidrolik manifold; 2 - alt hidrolik manifold; 3 - birbirinden W mesafesinde bulunan n boru; 4 - tabaka (emici plaka); 5- bağlantı; 6 - boru (ölçekli değil);

7 - yalıtım.

1.2. Kollektör verimliliği. Bir toplayıcının verimliliği optik ve termal verimliliği ile belirlenir. Optik verimlilik η o, kollektör camının yüzeyine ulaşan güneş ışınımının ne kadarının emici siyah yüzey tarafından emildiğini gösterir ve camın geçirgenliği ile camın emme katsayısı arasındaki farkla ilişkili enerji kayıplarını hesaba katar. birlikten emici yüzey. Tek katmanlı camlı manifold için

burada (τα) n, cam geçirgenliği τ ile yüzeyden radyasyonu soğuran soğurma katsayısı α'nın çarpımıdır. normal düşüş Güneş ışınları.

Işınların geliş açısı direkt olandan farklıysa, camdan ve güneş ışınımını emen yüzeylerden yansıma kayıplarındaki artış dikkate alınarak bir düzeltme faktörü k eklenir. İncirde. Şekil 3'te tek katmanlı ve çift katmanlı camlı kollektörler için k = f(1/ cos 0 - 1) grafikleri gösterilmektedir. Direkt olmayan ışınların geliş açısını dikkate alan optik verimlilik,

Pirinç. 3. Güneş ışığının cam yüzeyinden ve siyah emici yüzeyden yansımasını dikkate alan düzeltme faktörü.

Bu kayıplara ek olarak, herhangi bir tasarımdaki bir kolektörde, kolektörden belirli bir sürede çıkarılan faydalı ısı miktarının oranına eşit olan termal verim tarafından dikkate alınan, çevreye Q ter ısı kayıpları vardır. Belirli bir zamanda Güneş'ten kendisine aynı anda gelen radyasyon enerjisi miktarına oranı:

burada Ω kollektör açıklık alanıdır; I güneş ışınımı akı yoğunluğudur.

Bir toplayıcının optik ve termal verimliliği aşağıdaki ilişkiyle ilişkilidir:

Isı kayıpları toplam kayıp katsayısı U ile karakterize edilir

burada Ta, güneş ışınımını emen siyah yüzeyin sıcaklığıdır; T yaklaşık - ortam sıcaklığı.

U değeri, hesaplamalar için yeterli doğrulukla sabit kabul edilebilir. Bu durumda termal verimlilik formülünde Qpot'u kullanmak aşağıdaki denkleme yol açar:

Bir kollektörün ısıl verimi, içinden akan soğutucunun ortalama sıcaklığı cinsinden de yazılabilir:

burada T t = (T giriş + T çıkış) /2 - ortalama soğutma suyu sıcaklığı; F", genellikle "kollektör verimliliği" olarak adlandırılan ve güneş ışınımını soğuran yüzeyden soğutucuya ısı transferinin verimliliğini karakterize eden bir parametredir; toplayıcının tasarımına bağlıdır ve neredeyse diğer faktörlerden bağımsızdır; tipik değerler parametre F"≈: 0,8- 0,9 - düz hava kolektörleri için; 0,9-0,95 - düz sıvı toplayıcılar için; 0,95-1,0 - vakum manifoldları için.

1.3. Vakum toplayıcılar. Daha yüksek sıcaklıklara ısıtılması gereken durumlarda vakumlu kollektörler kullanılır. Bir vakum toplayıcıda, güneş ışınımını emen siyah yüzeyi içeren hacim, boşaltılmış bir alan ile ortamdan ayrılır, bu da ısıl iletkenlik ve konveksiyon nedeniyle çevreye olan ısı kaybını önemli ölçüde azaltabilir. Seçici kaplama uygulanarak radyasyon kayıpları büyük ölçüde bastırılır. Vakumlu kollektörde toplam kayıp katsayısı küçük olduğundan içindeki soğutucu düz kolektöre göre daha yüksek sıcaklıklara (120-150 °C) ısıtılabilir. İncirde. Şekil 9.10'da vakum manifoldlarının tasarım örnekleri gösterilmektedir.

Pirinç. 4. Vakum manifoldlarının çeşitleri.

1 - soğutuculu tüp; 2 - güneş ışınımını emen seçici bir kaplamaya sahip plaka; 3 ısı borusu; 4 ısı giderme elemanı; Seçici kaplamalı 5 cam tüp; b - soğutucu sağlamak için iç boru; 7 dış cam kap; 8 vakum

BAKANLIK ENERJİ VE ELEKTRİKASYON SSCB

ANA BİLİMSEL VE ​​TEKNİK BÖLÜM
ENERJİ VE ELEKTRİKASYON

METODOLOJİK TALİMATLAR
HESAPLAMA VE TASARIM İÇİN
GÜNEŞ ISITMA SİSTEMLERİ

RD 34.20.115-89

SOYUZTEKHENERGO İÇİN MÜKEMMEL HİZMET

Moskova 1990

GELİŞMİŞ Çalışma Bilimsel Araştırma Enerji Enstitüsü'nün Kızıl Bayrak Devlet Nişanı, adını almıştır. G.M. Krzhizhanovski

PERSONELLER M.N. EGAI, O.M. KORSHUNOV, A.Ş. LEONOVICH, V.V. NUSHTAYKIN, V.K. RYBALKO, B.V. TARNIZHEVSKY, V.G. BULYÇEV

ONAYLI Enerji ve Elektrifikasyon Ana Bilimsel ve Teknik Müdürlüğü 12/07/89

Baş V.I. KANLI

Geçerlilik süresi belirlendi

01.01.90'dan itibaren

01.01.92'ye kadar

Bu Kılavuz, hesaplamaların yapılmasına yönelik prosedürü belirler ve konut, kamu ve konutlar için güneş enerjisiyle ısıtma sistemlerinin tasarımına yönelik tavsiyeler içerir. endüstriyel binalar ve yapılar.

Kılavuzlar, güneş enerjisiyle ısıtma ve sıcak su tedarik sistemlerinin geliştirilmesinde yer alan tasarımcılara ve mühendislere yöneliktir.

. GENEL HÜKÜMLER

nerede f - güneş enerjisinin sağladığı toplam ortalama yıllık ısı yükünün payı;

nerede F - SC'nin yüzey alanı, m2.

burada H, yatay bir yüzeydeki ortalama yıllık toplam güneş ışınımıdır, kWh/m2 ; uygulamadan bulunur;

a, b - denklem () ve ()'den belirlenen parametreler

nerede - sabit bir kullanım suyu yükü değerinde bina kabuğunun ısı yalıtım özelliklerinin özellikleri, 0 °C dış hava sıcaklığındaki günlük ısıtma yükünün günlük kullanım suyu yüküne oranıdır. Daha fazla R DHW yükünün payına kıyasla ısıtma yükünün payı ne kadar büyükse ve ısı kayıpları açısından bina tasarımı o kadar az mükemmelse; R = 0 yalnızca dikkate alınır Sıcak kullanım suyu sistemleri. Karakteristik formülle belirlenir

burada λ binanın özgül ısı kaybıdır, W/(m 3 °C);

M - bir gündeki saat sayısı;

k - havalandırma havası değişim oranı, 1/gün;

ρ içeride - 0 °C'de hava yoğunluğu, kg/m3;

F - değiştirme oranı, yaklaşık olarak 0,2'den 0,4'e alınmıştır.

λ, k, V, t değerleri, s SST tasarlanırken ortaya konmuştur.

Güneş kolektörleri için α katsayısı değerleri Tip II ve III

Güneş kollektörleri için β katsayısı değerleri Tip II ve III

A ve b katsayılarının değerlerimasadandırlar. .

Katsayıların değerleri a ve B güneş kollektörünün tipine bağlı olarak

qi nerede - değerlerde SGVS'nin spesifik yıllık ısı çıkışı f 0,5'ten farklı;

Δq - SGVS'nin yıllık spesifik ısı çıkışındaki değişim, %.

Yıllık spesifik ısı çıkışındaki değişimΔq yatay bir yüzeydeki yıllık güneş radyasyonu alımından H ve f katsayısı

Ek 2

Güneş kollektörlerinin termal özellikleri

Ek 3

Güneş kollektörlerinin teknik özellikleri

Ek 4

TT tipi akışlı ısı eşanjörlerinin teknik özellikleri

Ek 5

Toplam güneş ışınımının yatay bir yüzeye yıllık gelişi (N), kW h/m 2

Notlar e. Potasyum karbonat bazlı soğutucular aşağıdaki bileşimlere sahiptir (kütle fraksiyonu):

Tarif 1 Tarif 2

Potasyum karbonat, 1,5-su 51,6 42,9

Sodyum fosfat, 12-hidrat 4,3 3,57

Sodyum silikat, 9-hidrat 2,6 2,16

Sodyum tetraborat, 10-hidrat 2,0 1,66

Floreszoin 0,01 0,01

Su 100'e kadar 100'e kadar

Aktif ısı tedarik sistemlerinin ana unsuru, güneş enerjisini sıcak su temini, ısıtma ve diğer amaçlar için düşük dereceli ısıya dönüştürmek için kullanılan modern düşük sıcaklıklı ısı tedarik sistemlerinde (100 ° C'ye kadar) güneş kolektörüdür (SC). ısıl işlemlerde, içinden soğutucunun dolaştığı bir güneş kollektörü ve emici olan düz plakalı kolektör kullanılır; Yapının arka tarafı ısı yalıtımlı, ön tarafı ise camlıdır.

Yüksek sıcaklıklı ısı tedarik sistemlerinde (100 °C'nin üzerinde), yüksek sıcaklıklı güneş kollektörleri kullanılır. Şu anda bunlardan en etkili olanı, güneş ışınımının yoğunlaştığı, ortasında siyah bir tüp bulunan parabolik bir oluk olan Luza konsantre güneş kollektörü olarak kabul edilmektedir. Bu tür kolektörler, endüstri için veya elektrik enerjisi endüstrisinde buhar üretimi için 100 °C'nin üzerinde sıcaklık koşulları yaratmanın gerekli olduğu durumlarda çok etkilidir. Kaliforniya'daki bazı güneş enerjisi santrallerinde kullanılıyorlar; Kuzey Avrupa için yeterince verimli değiller çünkü dağınık güneş ışınımını kullanamıyorlar.

Dünya deneyimi. Avustralya'da 100°C'nin altındaki sıvılar toplam enerji tüketiminin yaklaşık %20'sini tüketir. Bunu sağlamak için kurulmuştur ılık su%80 kırsal Konut inşaatları 1 kişi için 2...3 m2 güneş enerjisi kolektörü yüzeyine ve 100...150 litre kapasiteli su deposuna ihtiyacınız vardır. 25 m2 alana sahip, 1000...1500 litre su kazanlı, 12 kişiye sıcak su sağlayan tesisatlar yoğun talep görmektedir.

Birleşik Krallık'ta kırsal kesimde yaşayanlar termal enerji ihtiyaçlarının %40...50'sini güneş ışınımı kullanarak karşılıyor.

Almanya'da Araştırma istasyonu Aktif bir güneş enerjili su ısıtma tesisatı (kollektör alanı 65 m2) Düsseldorf yakınlarında test edilmiştir; bu, gerekli ısının yılda ortalama %60'ının ve yaz aylarında %80...90'ının elde edilmesini mümkün kılmaktadır. Almanya şartlarında 4 kişilik bir aile, 6...9 m2 alana sahip bir enerji çatısına sahip olması halinde, kendi ısısını tam olarak karşılayabilmektedir.

En yaygın olarak Termal enerji Güneş, seraları ısıtmak ve içlerinde yapay bir iklim yaratmak için kullanılıyor; İsviçre'de güneş enerjisini bu yönde kullanmanın çeşitli yöntemleri test edildi.

Almanya'da (Hannover), Teknoloji, Bahçıvanlık ve Tarım Enstitüsü'nde, seranın yanına yerleştirilen veya yapısına yerleştirilmiş güneş kolektörlerinin yanı sıra seraların kendilerinin, çift renkli bir sıvı kullanılarak güneş kolektörü olarak kullanılması olasılığı seranın kaplanması ve ısıtılmış güneş ışınımı Araştırma sonuçları, Almanya'nın iklim koşullarında yıl boyunca yalnızca güneş enerjisi kullanılarak ısıtmanın ısı ihtiyacını tam olarak karşılamadığını göstermiştir. Alman koşullarındaki modern güneş kollektörleri tarımın sıcak su ihtiyacını yazın %90, kışın %29...30 ve geçiş döneminde %55...60 oranında karşılayabilmektedir.

Aktif güneş ısıtma sistemleri En çok İsrail, İspanya, Tayvan adası, Meksika ve Kanada'da yaygındır. Yalnızca Avustralya'da 400.000'den fazla evde güneş enerjili su ısıtıcıları bulunmaktadır. İsrail'de tek aileli evlerin %70'inden fazlası (yaklaşık 900.000) donanımlıdır. güneş enerjili su ısıtıcıları güneş kollektörleri ile toplam alana sahip 2,5 milyon m2, yıllık yaklaşık 0,5 milyon tep yakıt tasarrufu imkanı sağlıyor.

Düz SC'lerin yapıcı gelişimi iki yönde gerçekleşir:

• yeni metalik olmayan yapısal malzemelerin araştırılması;
• en önemli soğurucu-şeffaf eleman biriminin optik-termal özelliklerinin iyileştirilmesi.