Альтернативные источники энергии и энергосбережение - [28]
Солнечная радиация проходит сквозь вакуумированную стеклянную трубку, попадает на поглотитель и превращается в тепловую энергию. Тепло передается жидкости, протекающей по коаксиальному трубчатому прямоточному теплообменнику. Каждая трубка теплообменника соединена с накопительным баком так называемым «коллектором» системой из 2 медных труб. По одной из них нагретая вода передается в бак-накопитель, по другой — холодная вода из бака-накопителя поступает на нагрев в вакуумированные трубки.
Рис. 2.2.Устройство прямоточного вакуумированного трубчатого солнечного коллектора
Конструкция вакуумированного трубчатого коллектора с тепловой трубкой похожа на конструкцию термоса: одна стеклянная/металлическая трубка вставлена в другую большего диаметра (рис. 2.3). Между ними — вакуум.
Рис. 2.3.Устройство вакуумированного трубчатого солнечного коллектора с тепловой трубкой
На самом деле вакуум — отличный теплоизолятор, но не меняет излучающую способность нагретого тела, вакуум препятствует конвекционной передаче тепла. ИК-излучение задерживается стеклом трубки.
В каждую вакуумированную трубку встроена медная пластина поглотителя с гелиотитановым покрытием, гарантирующим высокий уровень поглощения солнечной энергии и малую эмиссию теплового излучения. Под поглотителем установлена тепловая труба, заполненная испаряющейся жидкостью.
С помощью гибкого соединительного элемента тепловая труба подсоединена к конденсатору, находящемуся в теплообменнике типа «труба в трубе». Соединение относится к так называемому «сухому» типу, что позволяет поворачивать или заменять трубки и при заполненной установке, находящейся под давлением.
Наиболее важное преимущество вакуумированного коллектора с тепловой трубкой заключается в том, что он способен работать при температурах до -30 °C (коллекторы со стеклянными тепловыми трубками) или даже до -45 °C (коллекторы с металлическими тепловыми трубками).
Принцип действия вакуумированного солнечного коллектора с тепловой трубкой такой. Это более сложный и более дорогой тип коллектора. Тепловая трубка — это закрытая медная/стеклянная трубка с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова.
Приемник солнечного коллектора медный с теплоизоляцией. Передача тепла происходит через медную «гильзу» приемника, благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, и при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Отдельную трубку можно заменить в случае необходимости, коллектор при этом продолжает функционировать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую жидкость из контура тепообменника.
Задачи, решаемые гелиосистемой:
♦ получение альтернативного источника неограниченной, экологически чистой бесплатной энергии;
♦ обеспечение потребностей в горячей воде для бытовых нужд (даже в местах отсутствия магистрального водопровода);
♦ полное или частичное обеспечение потребностей отопления (осенне-весенний период — до 80 %, а зимний — до 50 %);
♦ снижение уровня потребления традиционных энергоресурсов, а, следовательно, и финансовых затрат.
Гелиосистемы состоят из солнечного коллектора, системы управления с насосами и бака-аккумулятора (рис. 2.4).
Рис. 2.4.Устройство гелиоустановки
В коллекторе (лат. накопитель) медная пластина аккумулирует солнечную энергию. Они рассмотрены выше. Под пластиной приварены медные трубы, по которым течет коллекторная жидкость. Она транспортирует тепло. Система управления с насосом обеспечивает циркуляцию коллекторной жидкости внутри установки. В хорошо изолированном баке-аккумуляторе тепло жидкости передается воде (теплообменник). Таким образом, в доме будет нагретая вода и ночью, и в дождливые дни.
Важной частью гелиоустановки является поддерживающая конструкция для солнечных коллекторов. Она обеспечивает правильный угол наклона, а также необходимую жесткость конструкции. Комбинация поддерживающей конструкции с солнечными модулями должна выдерживать порывы ветра и другие неблагоприятные воздействия окружающей среды.
Варианты монтажа установки:
♦ наклонный (на крышу с любым углом наклона ската);
♦ горизонтальный (на плоскую крышу);
♦ свободностоящий (солнечный коллектор с опорной конструкцией).
Гелиосистемы подразделяются на два типа (активные и пассивные) в зависимости от способа циркуляции нагреваемой жидкости и имеют два варианта исполнения (прямые и косвенные) в зависимости от наличия или отсутствия теплоносителя. Рассмотрим эти гелиосистемы.
Пассивные гелиосистемы — циркуляция жидкости осуществляется за счет конвективных потоков. В основе этого процесса лежит явление естественной конвекции — стремление теплых масс воды вверх. При нагреве воды ее объем несколько увеличивается, а плотность и удельная масса снижаются — вода становиться легче и восходящими потоками поднимается по коллектору в верхнюю часть бака.
