بر اساس استفاده از تاسیسات خورشیدی، مشکلات گرمایش، سرمایش و تامین آب گرم ساختمان های مسکونی، اداری، تاسیسات صنعتی و کشاورزی قابل حل است. نیروگاه های خورشیدی به شرح زیر طبقه بندی می شوند:

• با قرار ملاقات: سیستم های تامین آب گرم؛ سیستم های گرمایشی؛ تاسیسات ترکیبی برای تامین گرما و سرما؛
• بر اساس نوع خنک کننده مورد استفاده: مایع؛ هوا؛
• بر اساس مدت زمان کار: در تمام طول سال؛ فصلی؛
• با توجه به راه حل فنی طرح: تک مدار. دو مدار؛ چند حلقه ای

متداول ترین رسانه های انتقال حرارت 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، مشکلات بزرگی در ارتباط با نشت و خوردگی تجهیزات ایجاد نمی کند. با این حال، به دلیل چگالی و ظرفیت گرمایی کم هوا، اندازه تاسیسات هوا، مصرف برق برای پمپاژ مایع خنک کننده بیشتر از سیستم های مایع است. بنابراین، در اکثر سیستم های گرمایش خورشیدی عامل، مایعات ترجیح داده می شوند. برای نیازهای مسکن و جمعی، خنک کننده اصلی آب است.

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

نیروگاه های آب گرم خورشیدی در تمام طول سال با منبع حرارتی پشتیبان می توانند به خانه های روستایی، ساختمان های چند طبقه و آپارتمانی، آسایشگاه ها، بیمارستان ها و سایر امکانات مجهز شوند. تأسیسات فصلی، مانند تأسیسات دوش برای کمپ های پیشگام، پانسیون ها، تأسیسات سیار برای زمین شناسان، سازندگان، چوپان ها، معمولاً در تابستان و ماه های انتقالی سال، در دوره هایی با دمای بیرونی مثبت کار می کنند. بسته به نوع تاسیسات و شرایط عملیاتی، ممکن است منبع گرمای پشتیبان داشته باشند یا نداشته باشند.

هزینه تاسیسات خورشیدی آب گرم می تواند از 5 تا 15 درصد هزینه شیء باشد و به شرایط آب و هوایی، هزینه تجهیزات و درجه توسعه آن بستگی دارد.

در سیستم های خورشیدی که برای سیستم های گرمایشی طراحی شده اند، هم از مایعات و هم هوا به عنوان حامل گرما استفاده می شود. در سیستم های خورشیدی چند مداره، می توان از رسانه های گرمایشی مختلف در مدارهای مختلف استفاده کرد (به عنوان مثال، آب در مدار خورشیدی، هوا در مدار توزیع). در کشور ما از تاسیسات خورشیدی آب برای تامین حرارت بیشتر استفاده می شود.

سطح کلکتورهای خورشیدی مورد نیاز برای سیستم های گرمایشی معمولاً 3 تا 5 برابر سطح کلکتورهای سیستم های آب گرم است، بنابراین میزان استفاده از این سیستم ها به خصوص در تابستان کمتر است. هزینه نصب یک سیستم گرمایشی می تواند 15-35٪ از هزینه شیء باشد.

سیستم های ترکیبی می توانند شامل تاسیسات در تمام طول سال برای تامین گرمایش و تامین آب گرم و همچنین تاسیساتی باشند که در حالت پمپ حرارتی و لوله حرارتی برای اهداف گرمایش و سرمایش کار می کنند. این سیستم ها هنوز به طور گسترده در صنعت استفاده نمی شوند.

چگالی شار تابش خورشیدی که به سطح کلکتور می آید تا حد زیادی مهندسی گرما و عملکرد فنی و اقتصادی سیستم های تامین حرارت خورشیدی را تعیین می کند.

چگالی شار تابش خورشیدی در طول روز و در طول سال متفاوت است. این یکی از ویژگی های مشخصه سیستم هایی است که از انرژی خورشیدی استفاده می کنند و هنگام انجام محاسبات مهندسی خاص تأسیسات خورشیدی، سؤال انتخاب مقدار محاسبه شده E تعیین کننده است.

به عنوان یک طرح طراحی برای یک سیستم تامین حرارت خورشیدی، طرح نشان داده شده در شکل 3.3 را در نظر بگیرید، که امکان در نظر گرفتن ویژگی های عملکرد سیستم های مختلف را فراهم می کند. کلکتور خورشیدی 1 انرژی تابش خورشید را به گرما تبدیل می کند که از طریق مبدل حرارتی 3 به مخزن ذخیره 2 منتقل می شود. مبدل حرارتی را می توان در خود مخزن ذخیره قرار داد. گردش مایع خنک کننده توسط یک پمپ تامین می شود. خنک کننده گرم شده وارد سیستم های آب گرم و گرمایش می شود. در صورت کمبود یا عدم وجود تابش خورشیدی، منبع گرمای پشتیبان برای تامین آب گرم یا گرمایش در کار 5 گنجانده شده است.

شکل 3.3. طرح سیستم گرمایش خورشیدی: 1 - کلکتورهای خورشیدی. 2 - مخزن ذخیره آب گرم; 3 - مبدل حرارتی; 4 - ساختمان با گرمایش از کف; 5 - دوبرابر (منبع انرژی اضافی)؛ 6 - منظومه شمسی غیرفعال; 7 - باتری سنگریزه; 8 - کرکره; 9 - فن 10 - جریان هوای گرم به داخل ساختمان. 11- تامین هوای بازچرخانی از ساختمان

سیستم گرمایش خورشیدی از کلکتورهای خورشیدی نسل جدید "Rainbow" از NPP "Competitor" با عملکرد حرارتی بهبود یافته به دلیل استفاده از یک پوشش انتخابی بر روی یک پانل فولادی ضد زنگ جاذب گرما و یک پوشش نیمه شفاف از شیشه بسیار قوی با نوری بالا استفاده می کند. مشخصات.

این سیستم به عنوان حامل گرما استفاده می کند: آب در دمای مثبت یا ضد یخ در طول دوره گرمایش (مدار خورشیدی)، آب (مدار گرمایش طبقه دوم) و هوا (مدار گرمایش خورشیدی هوای سوم).

یک دیگ برقی به عنوان منبع پشتیبان استفاده شد.

افزایش راندمان سیستم های تامین انرژی خورشیدی از طریق استفاده از روش های مختلف ذخیره انرژی حرارتی، ترکیب منطقی سیستم های خورشیدی با دیگ های حرارتی و تاسیسات پمپ حرارتی، ترکیبی از سیستم های فعال و غیرفعال، توسعه ابزار و روش های موثر امکان پذیر است. از کنترل خودکار

شرح:

از اهمیت ویژه ای در طراحی سالن های المپیک در سوچی استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر سازگار با محیط زیست و مهمتر از همه، انرژی تابش خورشیدی است. در این راستا، تجربه توسعه و اجرای سیستم‌های گرمایش خورشیدی غیرفعال در ساختمان‌های مسکونی و عمومی در استان لیائونینگ (چین) مورد توجه خواهد بود، زیرا موقعیت جغرافیایی و شرایط آب و هوایی این بخش از چین با سوچی قابل مقایسه است. .

تجربه جمهوری خلق چین

ژائو جینلینگ، شمرده فن آوری Sci.، دانشگاه پلی تکنیک دالیان (PRC)، کارآموز در گروه سیستم های حرارتی و برق صنعتی،

A. Ya. Shelginsky، دکترای فناوری علوم، پروفسور، علمی. رئیس، MPEI (TU)، مسکو

از اهمیت ویژه ای در طراحی سالن های المپیک در سوچی استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر سازگار با محیط زیست و مهمتر از همه، انرژی تابش خورشیدی است. در این راستا، تجربه توسعه و اجرای سیستم‌های گرمایش خورشیدی غیرفعال در ساختمان‌های مسکونی و عمومی در استان لیائونینگ (چین) مورد توجه خواهد بود، زیرا موقعیت جغرافیایی و شرایط آب و هوایی این بخش از چین با سوچی قابل مقایسه است. .

استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر (RES) برای سیستم های تامین گرما در حال حاضر مرتبط و بسیار امیدوار کننده است، مشروط به یک رویکرد شایسته به این موضوع، زیرا منابع انرژی سنتی (نفت، گاز و غیره) نامحدود نیستند. در این راستا بسیاری از کشورها از جمله چین به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر سازگار با محیط زیست روی آورده اند که یکی از آنها گرمای تابش خورشید است.

توانایی استفاده موثر از گرمای تابش خورشیدی در جمهوری خلق چین به منطقه بستگی دارد، زیرا شرایط آب و هوایی در مناطق مختلف این کشور بسیار متفاوت است: از معتدل قاره ای (غرب و شمال) با تابستان های گرم و زمستان های سخت، نیمه گرمسیری. در مناطق مرکزی کشور تا بادهای موسمی گرمسیری در سواحل جنوبی و جزایر، با توجه به موقعیت جغرافیایی قلمروی که جسم در آن قرار دارد تعیین می شود (جدول).

در استان لیائونینگ، شدت تابش خورشیدی از 5000 تا 5850 MJ/m2 در سال است (در سوچی - حدود 5000 MJ/m2 در سال)، که امکان استفاده فعال از سیستم های گرمایش و سرمایش ساختمان ها را بر اساس کاربری فراهم می کند. انرژی تابش خورشیدی چنین سیستم هایی که گرمای تابش خورشید و هوای بیرون را تبدیل می کنند را می توان به فعال و غیرفعال تقسیم کرد.

سیستم‌های گرمایش خورشیدی غیرفعال (PSTS) از گردش طبیعی هوای گرم (شکل 1)، یعنی نیروهای گرانشی استفاده می‌کنند.

در سیستم های گرمایش خورشیدی فعال (شکل 2)، از منابع انرژی اضافی برای اطمینان از عملکرد آن استفاده می شود (به عنوان مثال، برق). گرمای تابش خورشیدی وارد کلکتورهای خورشیدی می شود، جایی که تا حدی جمع می شود و به یک حامل گرما میانی منتقل می شود که توسط پمپ ها منتقل می شود و در سراسر محل توزیع می شود.

سیستم هایی با مصرف صفر گرما و سرما امکان پذیر است، که در آن پارامترهای مربوطه هوای داخلی بدون هزینه انرژی اضافی به دلیل:

• عایق حرارتی لازم؛
• انتخاب مصالح ساختمانی سازه ای با خواص ذخیره سازی گرما و سرمای مناسب؛
• استفاده در سیستم انباشتگرهای اضافی گرما و سرما با مشخصات مناسب.

روی انجیر 3 یک طرح بهبود یافته از عملکرد سیستم تامین حرارت غیرفعال ساختمان با عناصر (پرده ها، دریچه ها) را نشان می دهد که امکان کنترل دقیق تر دمای هوای داخلی را فراهم می کند. در ضلع جنوبی بنا دیواری به اصطلاح ترومب تعبیه شده است که از دیواری عظیم (بتنی، آجری یا سنگی) و پارتیشن شیشه ای تشکیل شده است که از بیرون با فاصله کمی از دیوار تعبیه شده است. سطح بیرونی دیوار عظیم تیره رنگ شده است. دیوار عظیم و هوای بین پارتیشن شیشه ای و دیوار عظیم از طریق پارتیشن شیشه ای گرم می شود. یک دیوار عظیم گرم شده گرمای انباشته شده را به دلیل تابش و انتقال حرارت همرفتی به اتاق منتقل می کند. بنابراین، این طراحی عملکردهای یک کلکتور و یک انباشته گرما را ترکیب می کند.

هوای لایه میانی بین پارتیشن شیشه ای و دیوار به عنوان خنک کننده برای تامین گرمای اتاق در طول دوره زمانی سرد و در روزهای آفتابی استفاده می شود. از پرده ها برای جلوگیری از خروج گرما به محیط در طول دوره زمانی سرد شب و افزایش گرمای بیش از حد در روزهای آفتابی در طول دوره زمانی گرم استفاده می شود که به طور قابل توجهی انتقال حرارت بین دیوار عظیم و محیط خارجی را کاهش می دهد.

پرده ها از مواد نبافته با روکش نقره ساخته شده اند. برای اطمینان از گردش هوای لازم، از دریچه های هوا استفاده می شود که در قسمت های بالایی و پایینی دیوار عظیم قرار دارند. کنترل خودکار عملکرد دریچه های هوا به شما امکان می دهد ورودی یا خروجی گرما لازم را در اتاق سرویس شده حفظ کنید.

سیستم گرمایش خورشیدی غیرفعال به شرح زیر عمل می کند:

1. در طول دوره زمانی سرد (گرمایش):

• روز آفتابی - پرده بلند شده است، دریچه ها باز هستند (شکل 3a). این منجر به گرم شدن دیوار عظیم از طریق پارتیشن شیشه ای و گرم شدن هوا در لایه بین پارتیشن شیشه ای و دیوار می شود. گرما از دیوار گرم شده وارد اتاق می شود و هوای گرم شده در لایه، تحت تأثیر نیروهای گرانشی ناشی از تفاوت در تراکم هوا در دماهای مختلف (گردش طبیعی) از طریق لایه و اتاق در گردش است.
• شب، عصر یا روز ابری - پرده پایین است، دریچه ها بسته هستند (شکل 3b). انتقال حرارت به محیط خارجی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. دمای اتاق با دریافت گرما از یک دیوار عظیم که این گرما را از تابش خورشیدی جمع کرده است، حفظ می شود.

2. در دوره زمانی گرم (سرد شدن):

• روز آفتابی - پرده پایین می آید، دریچه های پایین باز هستند، دریچه های بالایی بسته می شوند (شکل 3c). پرده از گرمایش دیوار عظیم در برابر تابش خورشید محافظت می کند. هوای بیرون از قسمت سایه دار خانه وارد اتاق می شود و از طریق لایه بین پارتیشن شیشه ای و دیوار به محیط خارج می شود.
• شب، عصر یا روز ابری - پرده بالا می رود، دریچه های پایین باز هستند، دریچه های بالایی بسته می شوند (شکل 3d). هوای بیرون از طرف مقابل خانه وارد اتاق می شود و از طریق لایه ای بین پارتیشن شیشه ای و دیوار عظیم به محیط خارج می شود. دیوار در نتیجه تبادل حرارتی همرفتی با هوای عبوری از لایه میانی و به دلیل خروج گرما توسط تشعشع به محیط خنک می شود. دیوار خنک شده در روز دمای مورد نیاز اتاق را حفظ می کند.

برای محاسبه سیستم‌های گرمایش خورشیدی غیرفعال برای ساختمان‌ها، مدل‌های ریاضی انتقال حرارت غیر ثابت در طول همرفت طبیعی ایجاد شده است تا شرایط دمایی لازم را بسته به خواص ترموفیزیکی پوشش‌های ساختمان، تغییرات روزانه در تابش خورشیدی و دمای هوای بیرون فراهم کند. .

برای تعیین قابلیت اطمینان و اصلاح نتایج به‌دست‌آمده، یک مدل آزمایشی از یک ساختمان مسکونی واقع در دالیان با سیستم‌های گرمایش خورشیدی غیرفعال توسعه، تولید و در دانشگاه پلی‌تکنیک دالیان مورد مطالعه قرار گرفت. دیوار ترومب فقط در نمای جنوبی با دریچه های هوا و پرده های اتوماتیک قرار دارد (شکل 3، عکس).

در طول آزمایش از:

• ایستگاه هواشناسی کوچک؛
• دستگاه های اندازه گیری شدت تابش خورشیدی؛
• آنموگرافی RHAT-301 برای تعیین سرعت هوا در اتاق.
• دماسنج TR72-S و ترموکوپل برای اندازه گیری دمای اتاق.

مطالعات تجربی در دوره های گرم، انتقالی و سرد سال تحت شرایط مختلف هواشناسی انجام شد.

الگوریتم حل مسئله در شکل 1 ارائه شده است. 4.

نتایج آزمایش قابلیت اطمینان روابط محاسبه شده به دست آمده را تأیید کرد و اصلاح وابستگی های فردی را با در نظر گرفتن شرایط مرزی خاص امکان پذیر کرد.

در حال حاضر، ساختمان‌های مسکونی و مدارس زیادی در استان لیائونینگ وجود دارد که از سیستم‌های گرمایش خورشیدی غیرفعال استفاده می‌کنند.

تجزیه و تحلیل سیستم های گرمایش خورشیدی غیرفعال نشان می دهد که آنها در مناطق آب و هوایی خاص در مقایسه با سایر سیستم ها به دلایل زیر کاملا امیدوار کننده هستند:

• ارزانی؛
• سهولت نگهداری؛
• قابلیت اطمینان.

معایب سیستم های گرمایش خورشیدی غیرفعال شامل این واقعیت است که پارامترهای هوای داخل ساختمان ممکن است با پارامترهای مورد نیاز (محاسبه شده) متفاوت باشد، زمانی که دمای هوای بیرون خارج از محدودیت های محاسبه شده تغییر می کند.

برای دستیابی به اثر صرفه جویی در مصرف انرژی در سیستم های تامین گرما و سرمای ساختمان ها با نگهداری دقیق تر شرایط دمایی در محدوده های مشخص شده، توصیه می شود سیستم های تامین گرما و سرمای خورشیدی غیرفعال و فعال را با هم ترکیب کنید.

در این راستا، با در نظر گرفتن نتایج به‌دست‌آمده قبلی، مطالعات نظری و کارهای تجربی بیشتری روی مدل‌های فیزیکی مورد نیاز است.

ادبیات

1. Zhao Jinling، Chen Bin، Liu Jingjun، Wang Yongxun شبیه سازی عملکرد حرارتی پویا یک خانه خورشیدی غیرفعال بهبود یافته با دیوار ترومب کنگره کلمه خورشیدی ISES، 2007، پکن چین، جلد 1-V: 2234-2237.

2. Zhao Jinling، Chen Bin، Chen Cuiying، Sun Yuanyuan مطالعه پاسخ حرارتی دینامیکی سیستم های گرمایش خورشیدی غیرفعال. مجله موسسه فناوری هاربین (سری جدید). 2007 جلد. 14:352-355.

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 بهترین تجربه برای "SOYUZTEKHENERGO"

مسکو 1990

توسعه یافته نشان دولتی پژوهشگاه مهندسی نیروی کار. G.M. کرژیژانوفسکی

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

تایید شده گروه اصلی علمی و فنی انرژی و برق 89.12.07

سر V.I. GORY

تاریخ انقضا 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 تامین حرارت خورشیدی برای ساختمان ها و سازه های مسکونی، عمومی و صنعتی است.

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

. مقررات عمومی

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

جایی که F - مساحت سطح SC، متر مربع.

که در آن H میانگین کل تابش خورشیدی سالانه در یک سطح افقی است،کیلووات ساعت بر متر 2 ; واقع از برنامه؛

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

جایی که r - مشخصه خواص عایق حرارتی پوشش ساختمان در مقدار ثابتی از بار DHW، نسبت بار گرمایش روزانه در دمای 0 درجه سانتیگراد بیرونی به بار DHW روزانه است. بیشتر r ، هر چه سهم بار گرمایشی در مقایسه با سهم بار DHW بیشتر باشد و طراحی ساختمان از نظر تلفات گرمایی کامل تر باشد. r = 0 در هنگام محاسبه فقط سیستم DHW پذیرفته می شود. مشخصه با فرمول تعیین می شود

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

متر - تعداد ساعات در روز؛

ک - نرخ فرکانس تبادل هوای تهویه، 1/روز؛

ρ در - چگالی هوا در 0 ° C، کیلوگرم بر متر مکعب؛

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

مقادیر λ، k، V، t در، s در طول طراحی STS تعیین شد.

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 DHW در مقادیر f متفاوت از 0.5;

∆q - تغییر در تولید گرمای ویژه سالانه DHW، ٪.

تغییر در مقدار حرارت خروجی سالانه خاص∆q از هجوم سالانه تابش خورشیدی به سطح افقی H و ضریب f

ضمیمه 2

مشخصات حرارتی کلکتورهای خورشیدی

پیوست 3

مشخصات کلکتورهای خورشیدی

پیوست 4

مشخصات فنی مبدل های حرارتی جریان نوع TT

ضمیمه 5

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

یادداشت ه) حامل های حرارتی بر پایه کربنات پتاسیم دارای ترکیبات زیر هستند (کسر جرمی):

دستور 1 دستور غذا 2

کربنات پتاسیم، 1.5-آبی 51.6 42.9

سدیم فسفات، 12 آب 4.3 3.57

سیلیکات سدیم، 9 آبی 2.6 2.16

سدیم تترابورات، 10 آبی 2.0 1.66

فلورسکوین 0.01 0.01

آب تا 100 تا 100

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

مدل‌سازی ریاضی ساده‌ترین نصب آب گرمایش خورشیدی، که در مؤسسه دماهای بالا آکادمی علوم روسیه با استفاده از ابزارهای نرم‌افزار مدرن و داده‌های معمول آب و هوا انجام شد، نشان داد که در شرایط آب و هوایی واقعی روسیه مرکزی، توصیه می‌شود از فصلی استفاده شود. آبگرمکن های خورشیدی تخت که از مارس تا سپتامبر کار می کنند. 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. دمای حداقل 45 درجه سانتیگراد - 30-70٪، تا دمای حداقل 55 درجه سانتیگراد - 20-60٪. حداکثر مقادیر احتمال مربوط به ماه های تابستان است.

"خانه خورشیدی شما" با گردش مایع خنک کننده غیرفعال و فعال توسعه، تکمیل و ارائه می شود. شرح این سیستم ها را می توان در بخش های مربوطه وب سایت ما یافت. سفارش و خرید از طریق انجام می شود.

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

به خواندن ادامه دهید

1. کلکتورهای خورشیدی.

کلکتور خورشیدی عنصر اصلی تاسیسات است که در آن انرژی تابشی خورشید به شکل دیگری از انرژی مفید تبدیل می شود. برخلاف مبدل‌های حرارتی معمولی که در آن‌ها انتقال حرارت شدید از یک مایع به مایع دیگر وجود دارد و تابش ناچیز است، در یک کلکتور خورشیدی، انرژی از یک منبع دور از انرژی تابشی به مایع منتقل می‌شود. بدون غلظت نور خورشید، چگالی شار تابش فرودی در بهترین حالت -1100 W/m2 است و یک مقدار متغیر است. طول موج ها در محدوده 0.3 - 3.0 میکرومتر هستند. آنها بسیار کوچکتر از طول موجهای ذاتی اکثر سطوح جاذب هستند. بنابراین، مطالعه کلکتورهای خورشیدی با مشکلات منحصر به فرد انتقال حرارت در چگالی شار انرژی کم و متغیر و نقش نسبتاً بزرگ تابش همراه است.

کلکتورهای خورشیدی را می توان با و بدون غلظت تابش خورشیدی 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، تشعشعات تابشی را در کل سطح خود بر روی مبدل حرارتی با سطح کوچک‌تر متمرکز می‌کنند و در نتیجه چگالی شار انرژی را افزایش می‌دهند.

1.1. کلکتورهای خورشیدی تختکلکتور خورشیدی تخت یک مبدل حرارتی است که برای گرم کردن مایع یا گاز در اثر انرژی تابش خورشید طراحی شده است.

از کلکتورهای صفحه تخت می توان برای گرم کردن مایع 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 روزانه ندارند. از نظر ساختاری، آنها ساده تر از یک سیستم متشکل از منعکس کننده های متمرکز، سطوح جذب کننده و مکانیسم های ردیابی هستند. حوزه فعالیت 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 طبق چرخه رانکین کار می‌کنند.

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

عکس. 1. نمودار شماتیک یک کلکتور خورشیدی تخت.

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

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

5- عایق حرارتی.

شکل 2 کلکتور خورشیدی از نوع لوله ورقی.

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- انزوا

1.2. کارایی کلکتور. کارایی یک کلکتور با بازده نوری و حرارتی آن تعیین می شود. بازده نوری ηo نشان می‌دهد که چه بخشی از تابش خورشیدی که به سطح شیشه کلکتور رسیده است توسط سطح سیاه جذب کننده جذب می‌شود و تلفات انرژی مربوط به تفاوت واحد انتقال شیشه و ضریب جذب شیشه را در نظر می‌گیرد. سطح برای منیفولد با شیشه تک جداره

که در آن (τα) n حاصلضرب ضریب انتقال شیشه τ و ضریب جذب α تابش سطحی جذب کننده در سقوط معمولیاشعه های خورشید.

در صورتی که زاویه تابش پرتوها با زاویه مستقیم متفاوت باشد، با در نظر گرفتن افزایش تلفات بازتابی از شیشه و سطحی که تابش خورشیدی را جذب می کند، یک ضریب تصحیح k معرفی می شود. روی انجیر 3 نمودارهای k = f(1/ cos 0 - 1) را برای کلکتورهایی با شیشه های تک و دو جداره نشان می دهد. بازده نوری با در نظر گرفتن زاویه تابش پرتوها که با زاویه مستقیم متفاوت است.

برنج. 3. ضریب تصحیح انعکاس نور خورشید از سطح شیشه و سطح جاذب سیاه.

علاوه بر این تلفات در کلکتور 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 طول یک است، در نظر گرفته می شود. زمان معینی به مقدار انرژی تابشی که از خورشید در یک زمان به آن می‌آید:

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

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

جایی که T t \u003d (T در + T خارج) / 2 - میانگین دمای مایع خنک کننده؛ F" - پارامتری که معمولاً "بازده کلکتور" نامیده می شود و کارایی انتقال حرارت از سطحی را که تشعشعات خورشیدی را به خنک کننده جذب می کند را مشخص می کند؛ این به طراحی کلکتور بستگی دارد و تقریباً مستقل از سایر عوامل است؛ مقادیر معمولی. از پارامتر F "≈: 0.8-0.9 - برای کلکتورهای هوای تخت. 0.9-0.95 - برای کلکتورهای مایع صاف؛ 0.95-1.0 - برای کلکتورهای خلاء.

1.3. کلکتورهای خلاءدر مواردی که نیاز به گرمایش تا دمای بالاتر باشد، از کلکتورهای خلاء استفاده می شود. در کلکتور خلاء، حجمی که سطح سیاهی که تابش خورشید را جذب می کند در آن قرار دارد، توسط یک فضای خلاء از محیط جدا می شود که این امکان را فراهم می کند تا تلفات حرارتی به محیط در اثر رسانش گرما و همرفت به میزان قابل توجهی کاهش یابد. از دست دادن تابش تا حد زیادی با استفاده از یک پوشش انتخابی 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. روی انجیر 9.10 نمونه هایی از طراحی کلکتورهای خلاء را نشان می دهد.

برنج. 4. انواع کلکتورهای خلاء.

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