Het gebruik van "groene" energie geleverd door natuurlijke elementen kan de energiekosten aanzienlijk verlagen. Door bijvoorbeeld zonneverwarming van een woonhuis te regelen, levert u vrijwel gratis warmtedrager lage temperatuur radiatoren en vloerverwarmingssystemen. Mee eens, dit is al aan het sparen.

U leert alles over "groene technologieën" uit ons artikel. Met onze hulp kunt u gemakkelijk de soorten zonne-installaties begrijpen, hoe ze zijn gebouwd en de specifieke kenmerken van de werking. Je zult vast geïnteresseerd zijn in een van de populaire opties die intensief werken in de wereld, maar nog niet erg populair bij ons.

In de recensie die onder uw aandacht is gebracht, ontwerpkenmerken systemen, worden verbindingsschema's in detail beschreven. Er wordt een voorbeeld gegeven van de berekening van een zonneverwarmingscircuit om de realiteit van de constructie ervan te beoordelen. Helpen onafhankelijke ambachtslieden Bijgevoegd zijn foto's en video's.

Gemiddeld ontvangt 1 m 2 van het aardoppervlak 161 W zonne energie over uur. Op de evenaar zal dit cijfer natuurlijk vele malen hoger zijn dan in het noordpoolgebied. Bovendien is de dichtheid zonnestraling hangt af van de tijd van het jaar.

In de regio Moskou verschilt de intensiteit van de zonnestraling in december-januari meer dan vijf keer van mei-juli. Echter moderne systemen zo efficiënt dat ze bijna overal ter wereld kunnen werken.

Beschrijving:

Van bijzonder belang bij het ontwerp van Olympische faciliteiten in Sochi is het gebruik van milieuvriendelijke hernieuwbare energiebronnen en in de eerste plaats energie zonnestraling. In dit opzicht zal de ervaring met het ontwikkelen en implementeren van passieve zonneverwarmingssystemen in woningen en openbare gebouwen in de provincie Liaoning (China) van belang zijn, aangezien de geografische ligging en klimaat omstandigheden van dit deel van China zijn vergelijkbaar met die van Sochi.

Ervaring van de Volksrepubliek China

Zhao Jinling, kan. techniek. Sci., Dalian Polytechnic University (PRC), stagiair bij het Department of Industrial Heat and Power Systems,

A. Ya Shelginsky, doctor in de techniek. wetenschappen, prof., wetenschappelijk. Hoofd, MPEI (TU), Moskou

Van bijzonder belang bij het ontwerp van Olympische faciliteiten in Sochi is het gebruik van milieuvriendelijke hernieuwbare energiebronnen en vooral de energie van zonnestraling. In dit opzicht zal de ervaring met het ontwikkelen en implementeren van passieve zonneverwarmingssystemen in woningen en openbare gebouwen in de provincie Liaoning (China) van belang zijn, aangezien de geografische ligging en klimatologische omstandigheden van dit deel van China vergelijkbaar zijn met die van Sotsji .

Het gebruik van hernieuwbare energiebronnen (RES) voor warmtevoorzieningssystemen is op dit moment relevant en veelbelovend, afhankelijk van een competente benadering van dit probleem, aangezien traditionele energiebronnen (olie, gas, enz.) niet onbeperkt zijn. In dit opzicht schakelen veel landen, waaronder China, over op het gebruik van milieuvriendelijke hernieuwbare energiebronnen, waaronder de warmte van zonnestraling.

Het vermogen om de warmte van zonnestraling in de Volksrepubliek China effectief te gebruiken, hangt af van de regio, aangezien de klimatologische omstandigheden in verschillende delen van het land zeer verschillend zijn: van gematigd continentaal (west en noord) met hete zomers en strenge winters, subtropische in de centrale regio's van het land tot tropische moesson zuidkust en eilanden, wordt bepaald door de geografische ligging van het gebied waar het object zich bevindt (tabel).

Tafel Distributie van zonne-energiebronnen in China

Zone Jaarlijks looptijd zonnestraling, h Zonnig straling, MJ / (m².jaar) Gebied China Relevante gebieden in andere landen van de wereld l 2 800-3 300 7 550-9 250 Tibet enz. noordelijke regio's Pakistan en India II 3 000-3 200 5 850-7 550 Hebei, enz. Jakarta, Indonesië) III 2 200-3 000 5 000-5 850 Peking, Dalian, enz. Washington (VS) IV 1 400-2 200 4 150-5 000 Hubji, Hunan, enz. Milaan (Italië), Duitsland, Japan V 1 000-1 400 3 350-4 150 Sichuan en Guizhou Parijs (Frankrijk), Moskou (Rusland)

In de provincie Liaoning varieert de intensiteit van de zonnestraling van 5.000 tot 5.850 MJ/m2 per jaar (in Sochi ongeveer 5.000 MJ/m2 per jaar), wat het actieve gebruik van verwarmings- en koelsystemen voor gebouwen mogelijk maakt op basis van het gebruik van zonnestralingsenergie. Dergelijke systemen die de warmte van zonnestraling en buitenlucht omzetten, kunnen worden onderverdeeld in actief en passief.

In passieve systemen zonne-energie(PSST) maakt gebruik van de natuurlijke circulatie van verwarmde lucht (Fig. 1), d.w.z. zwaartekracht.

In actieve zonneverwarmingssystemen (Fig. 2) worden extra energiebronnen gebruikt om de werking ervan te garanderen (bijvoorbeeld elektriciteit). De warmte van zonnestraling komt de zonnecollectoren binnen, waar het gedeeltelijk wordt geaccumuleerd en overgebracht naar een tussenliggende warmtedrager, die door pompen wordt getransporteerd en door het hele gebouw wordt verdeeld.

Er zijn systemen mogelijk zonder verbruik van warmte en koude, waarbij de overeenkomstige parameters van de binnenlucht worden geleverd zonder extra energiekosten vanwege:

• noodzakelijke thermische isolatie;
• selectie van structurele bouwmaterialen met geschikte warmte- en koudeopslageigenschappen;
• gebruik in het systeem van extra warmte- en koudeaccumulatoren met de juiste kenmerken.

Op afb. Figuur 3 toont een verbeterd werkingsschema van het passieve warmtetoevoersysteem van het gebouw met elementen (gordijnen, kleppen) die het mogelijk maken om de binnenluchttemperatuur nauwkeuriger te regelen. Aan de zuidkant van het gebouw is de zogenaamde Trombe-muur geplaatst, die bestaat uit een massieve muur (beton, baksteen of steen) en een glazen scheidingswand, die op korte afstand van de muur van buitenaf is geplaatst. Het buitenoppervlak van de massieve muur is geschilderd in donkere kleur. De massieve wand en de lucht tussen de glazen wand en de massieve wand worden verwarmd door de glazen wand. Een verwarmde massieve wand brengt de opgehoopte warmte door straling en convectieve warmteoverdracht naar de kamer. Dit ontwerp combineert dus de functies van een collector en een warmteaccumulator.

De lucht in de tussenlaag tussen de glazen scheidingswand en de wand wordt gebruikt als koelmiddel om de ruimte tijdens de koude periode en op een zonnige dag van warmte te voorzien. Om warmteoverdracht naar omgeving tijdens de koude periode 's nachts en overtollige warmtewinsten op zonnige dagen van de warme periode, worden gordijnen gebruikt, die de warmte-uitwisseling tussen de massieve muur en de externe omgeving aanzienlijk verminderen.

Gordijnen zijn gemaakt van non-woven materialen met een zilveren coating. Om voor de nodige luchtcirculatie te zorgen, worden luchtventielen gebruikt, die zich in de boven- en lagere delen massieve muur. Automatische regeling van de werking van luchtkleppen stelt u in staat om de benodigde warmte-instroom of warmte-uitstroom in de serviceruimte te handhaven.

Het passieve zonneverwarmingssysteem werkt als volgt:

1. Tijdens de koude periode (verwarming):

• zonnige dag - het gordijn is op, kleppen open(Fig. 3a). Dit leidt tot verwarming van de massieve wand door de glazen wand en verwarming van de lucht in de tussenlaag tussen de glazen wand en de wand. Warmte komt de kamer binnen vanuit de verwarmde muur en de lucht die in de laag wordt verwarmd, circuleert door de laag en de kamer onder invloed van zwaartekrachten veroorzaakt door het verschil in luchtdichtheden bij verschillende temperaturen (natuurlijke circulatie);
• nacht, avond of bewolkte dag - het gordijn is naar beneden, de kleppen zijn gesloten (Fig. 3b). Warmteoverdracht naar de externe omgeving wordt aanzienlijk verminderd. De temperatuur in de kamer wordt op peil gehouden door de ontvangst van warmte van een massieve muur, die deze warmte heeft verzameld door zonnestraling;

2. In de warme periode (afkoeling):

• zonnige dag - het gordijn is neergelaten, de onderste kleppen zijn open, de bovenste zijn gesloten (Fig. 3c). Het gordijn beschermt de verwarming van de massieve muur tegen zonnestraling. Buitenlucht komt de kamer binnen vanuit de schaduwzijde van de woning en gaat door de laag tussen de glazen scheidingswand en de muur naar de omgeving;
• nacht, avond of bewolkte dag - het gordijn gaat omhoog, de onderste kleppen zijn open, de bovenste zijn gesloten (Fig. 3d). Buitenlucht komt de kamer binnen vanaf de andere kant van het huis en verlaat de omgeving via een laag tussen de glazen scheidingswand en de massieve muur. De wand wordt gekoeld door convectieve warmte-uitwisseling met lucht die door de tussenlaag gaat en door de uitstroom van warmte door straling naar de omgeving. De gekoelde wand overdag ondersteunt het nodige temperatuur regime in Kamer.

Voor de berekening van passieve zonneverwarmingssystemen voor gebouwen, wiskundige modellen niet-stationaire warmteoverdracht tijdens natuurlijke convectie om het pand van de nodige temperatuurcondities te voorzien, afhankelijk van de thermofysische eigenschappen van de gebouwschil, dagelijkse veranderingen in zonnestraling en buitentemperatuur.

Om de betrouwbaarheid en verfijning van de in de Dalian verkregen resultaten te bepalen polytechnische universiteit ontwikkelde, vervaardigde en onderzocht een experimenteel model van een woongebouw in Dalian, met passieve zonneverwarmingssystemen. De Trombe-muur bevindt zich alleen aan de zuidelijke gevel, met automatische luchtkleppen en gordijnen (afb. 3, foto).

Tijdens het experiment gebruikten we:

• klein weerstation;
• apparaten voor het meten van de intensiteit van zonnestraling;
• anemografie RHAT-301 om de luchtsnelheid in de kamer te bepalen;
• thermometer TR72-S en thermokoppels voor het meten van kamertemperatuur.

Experimentele studies werden uitgevoerd in warme, overgangs- en koude perioden van het jaar onder verschillende meteorologische omstandigheden.

Het algoritme voor het oplossen van het probleem wordt gepresenteerd in Fig. 1. vier.

De resultaten van het experiment bevestigden de betrouwbaarheid van de berekende relaties en maakten het mogelijk om individuele afhankelijkheden te corrigeren, rekening houdend met specifieke randvoorwaarden.

Op dit moment zijn er veel woongebouwen en scholen in de provincie Liaoning die passieve zonneverwarmingssystemen gebruiken.

Een analyse van passieve zonneverwarmingssystemen toont aan dat ze in bepaalde klimatologische regio's veelbelovend zijn in vergelijking met andere systemen om de volgende redenen:

• goedkoopheid;
• Gemak van onderhoud;
• betrouwbaarheid.

De nadelen van passieve zonneverwarmingssystemen zijn onder meer het feit dat de binnenluchtparameters kunnen afwijken van de vereiste (berekende) wanneer de buitentemperatuur buiten de in de berekeningen genomen limieten verandert.

Om een ​​goed energiebesparend effect te bereiken in de warmte- en koudetoevoersystemen van gebouwen met een nauwkeuriger handhaving van de temperatuurcondities binnen de gespecificeerde limieten, is het raadzaam om passieve en actieve zonnewarmte- en koudetoevoersystemen te combineren.

In dit opzicht zijn verdere theoretische studies en experimenteel werk aan fysieke modellen nodig, rekening houdend met eerder verkregen resultaten.

Literatuur

1. Zhao Jinling, Chen Bin, Liu Jingjun, Wang Yongxun Dynamische thermische prestatiesimulatie van een verbeterd passief zonnehuis met trombemuur ISES Solar word Congress, 2007, Beijing China, Vols 1-V: 2234-2237.

2. Zhao Jinling, Chen Bin, Chen Cuiying, Sun Yuanyuan Studie over dynamische thermische respons van de passieve zonne verwarmingssystemen. Journal of Harbin Institute of Technology (nieuwe serie). 2007 Vol. 14:352-355.

Bijna de helft van alle geproduceerde energie wordt gebruikt om de lucht te verwarmen. De zon schijnt ook in de winter, maar de straling ervan wordt meestal onderschat.

Op een decembermiddag, niet ver van Zürich, was natuurkundige A. Fischer stoom aan het genereren; dit was toen de zon op het laagste punt stond en de luchttemperatuur 3°C was. Een dag later wordt een zonnecollector met een oppervlakte van 0,7 m2 30 liter verwarmd koud water van tuinwatervoorziening tot +60°С.

Zonne-energie in de winter kan gemakkelijk worden gebruikt om de binnenlucht te verwarmen. In het voor- en najaar, wanneer het vaak zonnig maar koud is, kunt u met ruimteverwarming op zonne-energie de hoofdverwarming niet aanzetten. Dit maakt het mogelijk om wat energie, en dus geld, te besparen. Voor huizen die zelden worden gebruikt, of voor seizoenshuisvesting (dacha's, bungalows), is zonneverwarming vooral in de winter handig, omdat. elimineert overmatige koeling van de muren, waardoor vernietiging door vochtcondensatie en schimmel wordt voorkomen. Zo worden de jaarlijkse bedrijfskosten in principe verlaagd.

Bij het verwarmen van huizen met behulp van zonnewarmte, is het noodzakelijk om het probleem van thermische isolatie van gebouwen op te lossen op basis van architecturale en structurele elementen, d.w.z. tijdens het creëren effectief systeem zonneverwarming moet huizen bouwen met goede thermische isolatie-eigenschappen.

warmte kosten
Extra verwarming

Zonnebijdrage aan huisverwarming
Helaas valt de periode van warmte-invoer van de zon niet altijd in fase samen met de periode van optreden van thermische belastingen.

De meeste energie die we tijdens de zomerperiode tot onze beschikking hebben, gaat verloren door het ontbreken van een constante vraag ernaar (in feite is het collectorsysteem tot op zekere hoogte een zelfregulerend systeem: wanneer de temperatuur van de drager bereikt een evenwichtswaarde, de warmteopname stopt, omdat warmteverlies van de zonnecollector gelijk worden aan de waargenomen warmte).

De hoeveelheid nuttige warmte die de zonnecollector opneemt, hangt af van 7 parameters:

1. de hoeveelheid inkomende zonne-energie;
2. optische verliezen in transparante isolatie;
3. absorberende eigenschappen van het warmteopnemende oppervlak van de zonnecollector;
4. efficiëntie van warmteoverdracht van het koellichaam (van het warmte-ontvangende oppervlak van de zonnecollector naar de vloeistof, d.w.z. van de waarde van het rendement van het koellichaam);
5. transmissie van transparante thermische isolatie, die het niveau van warmteverlies bepaalt;
6. temperatuur van het warmteopnemende oppervlak van de zonnecollector, die op zijn beurt afhangt van de snelheid van het koelmiddel en de temperatuur van het koelmiddel bij de inlaat van de zonnecollector;
7. buitentemperatuur.

Efficiëntie van de zonnecollector, d.w.z. de verhouding tussen de gebruikte energie en de invallende energie wordt bepaald door al deze parameters. Bij gunstige omstandigheden het kan oplopen tot 70% en in geval van ongunstige omstandigheden kan het dalen tot 30%. De exacte waarde van efficiëntie kan alleen worden verkregen uit een voorlopige berekening door het gedrag van het systeem volledig te modelleren, rekening houdend met alle hierboven genoemde factoren. Het is duidelijk dat een dergelijk probleem alleen kan worden opgelost met behulp van een computer.

Omdat de fluxdichtheid van zonnestraling voortdurend verandert, is het mogelijk om de totale stralingssommen per dag of zelfs per maand te gebruiken voor berekeningsschattingen.

In tafel. 1 als voorbeeld worden gegeven:

gemiddelde maandelijkse hoeveelheden ontvangen zonnestraling, gemeten op een horizontaal oppervlak;

bedragen berekend voor verticale muren op het zuiden;

bedragen voor oppervlakken met optimale hoek kantel 34° (voor Kew, nabij Londen).

Tabel 1. Maandelijkse hoeveelheden zonnestraling voor Kew (nabij Londen)

De tabel laat zien dat het oppervlak met de optimale hellingshoek (gemiddeld voor 8 wintermaanden) ongeveer 1,5 keer meer energie dan een horizontaal oppervlak. Als de sommen van de aankomst van zonnestraling op een horizontaal oppervlak bekend zijn, kunnen ze, om ze om te rekenen naar een hellend oppervlak, worden vermenigvuldigd met het product van deze coëfficiënt (1.5) en geaccepteerde waarde zonnecollectorrendement gelijk aan 40%, d.w.z.

1,5*0,4=0,6

Dit geeft de hoeveelheid bruikbare energie die gedurende een bepaalde periode door het hellende warmteopnemende oppervlak wordt geabsorbeerd.

Om de effectieve bijdrage van zonne-energie aan de warmtevoorziening van een gebouw te bepalen, zelfs door handmatige berekening, is het noodzakelijk om ten minste maandelijkse balansen op te stellen van vraag en nuttige warmte ontvangen van de zon. Bekijk voor de duidelijkheid een voorbeeld.

Op basis van bovenstaande gegevens en rekening houdend met een huis met een warmteverlies van 250 W/°C, heeft de locatie een jaarlijkse graaddag van 2800 (67200°C*h). en het oppervlak van zonnecollectoren is bijvoorbeeld 40 m2, dan wordt de volgende verdeling per maand verkregen (zie tabel 2).

Tabel 2. Berekening effectieve bijdrage zonne-energie

Maand	°C*u/maand	De hoeveelheid straling op een horizontaal oppervlak, kW*h/m2	Nuttige warmte per eenheid collectoroppervlak (D*0,6), kW*h/m2	Totaal nuttige warmte(E*40 m2), kWh	Zonnebijdrage, kW*h/m2
EEN	B	C	D	E	F	G
Januari	10560	2640	18,3	11	440	440
Februari	9600	2400	30,9	18,5	740	740
Maart	9120	2280	60,6	36,4	1456	1456
april	6840	1710	111	67,2	2688	1710
Kunnen	4728	1182	123,2	73,9	2956	1182
juni-	-	-	150,4	90,2	3608	-
juli-	-	-	140,4	84,2	3368	-
augustus	-	-	125,7	75,4	3016	-
september	3096	774	85,9	51,6	2064	774
oktober	5352	1388	47,6	28,6	1144	1144
november	8064	2016	23,7	14,2	568	568
December	9840	2410	14,4	8,6	344	344
Som	67200	16800	933	559,8	22392	8358

warmte kosten
Nadat we de hoeveelheid warmte hebben berekend die door de zon wordt geleverd, is het noodzakelijk om deze in geld weer te geven.

De kosten van opgewekte warmte zijn afhankelijk van:

brandstofkost;

calorische waarde van brandstof;

algehele systeemefficiëntie.

De aldus verkregen bedrijfskosten kunnen dan worden vergeleken met de kapitaalkosten van een zonneverwarmingssysteem.

In overeenstemming hiermee, als we aannemen dat in het bovenstaande voorbeeld het zonneverwarmingssysteem wordt gebruikt in plaats van een traditioneel verwarmingssysteem dat bijvoorbeeld gasbrandstof verbruikt en warmte genereert tegen een kostprijs van 1,67 roebel / kWh, dan om om de resulterende jaarlijkse besparing te bepalen, is het nodig 8358 kWh geleverd door zonne-energie (volgens de berekeningen in tabel 2 voor een collectoroppervlak van 40 m2), vermenigvuldigd met 1,67 roebel / kWh, wat geeft

8358 * 1,67 \u003d 13957,86 roebel.

Extra verwarming
Een van de meest gestelde vragen door mensen die het gebruik van zonne-energie voor verwarming (of enig ander doel) willen begrijpen, is de vraag: "Wat doe je als de zon niet schijnt?" Nadat ze het concept van energieopslag hebben begrepen, stellen ze de volgende vraag: "Wat te doen als er geen thermische energie meer in de batterij zit?" De vraag is legitiem en de behoefte aan een redundant, vaak traditioneel systeem is een groot struikelblok voor de wijdverbreide acceptatie van zonne-energie als alternatief voor bestaande energiebronnen.

Als de capaciteit van een zonneverwarmingssysteem niet voldoende is om een ​​gebouw te onderhouden tijdens een periode van koud, bewolkt weer, dan kunnen de gevolgen, zelfs één keer per winter, ernstig genoeg zijn om een ​​conventioneel volledig verwarmingssysteem te beschouwen als een een back-up. De meeste gebouwen die worden verwarmd door zonne-energie hebben een volledig back-upsysteem nodig. Op dit moment moet zonne-energie in de meeste gebieden worden beschouwd als een middel om het verbruik van traditionele vormen van energie te verminderen, en niet als een volledige vervanging ervan.

Conventionele kachels zijn geschikte vervangers, maar er zijn veel andere alternatieven, bijvoorbeeld:

Open haarden;
- houtkachels;
- houtkachels.

Stel echter dat we een zonneverwarmingssysteem willen maken dat groot genoeg is om een ​​kamer in de meest ongunstige omstandigheden te verwarmen. Aangezien de combinatie van zeer koude dagen en lange perioden van bewolkt weer zeldzaam is, extra afmetingen de daarvoor benodigde zonne-energiecentrale (collector en batterij) zou te duur zijn met relatief weinig brandstofbesparing. Bovendien werkt het systeem meestal op minder dan het nominale vermogen.

Een zonneverwarmingssysteem dat ontworpen is om 50% van de verwarmingsbelasting te leveren, kan slechts voldoende warmte leveren voor 1 dag zeer koud weer. Verdubbeling van de grootte zonnestelsel het huis wordt gedurende 2 koude bewolkte dagen van verwarming voorzien. Bij perioden langer dan 2 dagen is een volgende vergroting even onterecht als de vorige. Daarnaast zullen er perioden zijn van zacht weer waarin een tweede verhoging niet nodig is.

Als we nu het oppervlak van de collectoren van het verwarmingssysteem met nog eens 1,5 keer vergroten om 3 koude en bewolkte dagen vol te houden, dan is het in theorie voldoende om de helft van de volledige vraag van het huis te leveren tijdens de winter. Maar in de praktijk kan dit natuurlijk niet het geval zijn, aangezien er soms 4 (of meer) opeenvolgende dagen koud bewolkt weer voorkomen. Om rekening te houden met deze 4e dag, hebben we een zonneverwarmingssysteem nodig dat in theorie 2 keer meer warmte kan verzamelen dan het gebouw nodig heeft voor stookseizoen. Het is duidelijk dat koude en bewolkte perioden langer kunnen duren dan voorzien in het ontwerp van het zonneverwarmingssysteem. Hoe groter de collector, hoe minder intensief elke extra stap van zijn grootte wordt gebruikt, hoe minder energie er wordt bespaard per oppervlakte-eenheid van de collector en hoe minder het investeringsrendement voor elke extra oppervlakte-eenheid.

Er zijn echter gedurfde pogingen gedaan om voldoende thermische energie uit zonnestraling op te slaan om de volledige warmtevraag te dekken en om het hulpverwarmingssysteem te verlaten. Met uitzondering van systemen als het G. Hay Solar House, is langdurige warmteopslag misschien wel het enige alternatief voor een hulpsysteem. De heer Thomason kwam in de buurt van 100% zonneverwarming in zijn eerste huis in Washington; slechts 5% van de verwarmingsbelasting werd gedekt door een standaard oliegestookte kachel.

Als het hulpsysteem slechts een klein percentage van de totale belasting dekt, is het zinvol om elektrische verwarming te gebruiken, ondanks het feit dat het de productie van een aanzienlijke hoeveelheid energie in de elektriciteitscentrale vereist, die vervolgens wordt omgezet in warmte voor verwarming (10500 ... 13700 kJ wordt in de energiecentrale verbruikt om 1 kWh thermische energie in het gebouw te produceren). In de meeste gevallen is een elektrische kachel goedkoper dan een olie- of gasoven, en de relatief kleine hoeveelheid elektriciteit die nodig is om een ​​gebouw te verwarmen, kan het gebruik ervan rechtvaardigen. Bovendien is een elektrische verwarmer een minder materiaalintensief apparaat vanwege een relatief kleine hoeveelheid materiaal (vergeleken met een verwarmer) die wordt gebruikt om elektrische spoelen te vervaardigen.

Omdat het rendement van een zonnecollector aanzienlijk toeneemt als deze wordt gebruikt bij lage temperaturen, dan moet het verwarmingssysteem ontworpen zijn om zo laag mogelijke temperaturen te gebruiken - zelfs op het niveau van 24...27°C. Een van de voordelen van het Thomason-warmeluchtsysteem is dat het nuttige warmte uit de batterij blijft halen bij temperaturen dicht bij kamertemperatuur.

In nieuwbouw verwarmingssystemen Er kan worden verwacht dat lagere temperaturen zullen worden gebruikt, bijvoorbeeld door het verlengen van warmwaterbuisradiatoren, het vergroten van stralingspanelen of het vergroten van het luchtvolume bij een lagere temperatuur. Ontwerpers kiezen meestal voor ruimteverwarming met warme lucht of het gebruik van vergrote stralingspanelen. In systeem luchtverwarming opgeslagen warmte met een lage temperatuur wordt het best gebruikt. Stralingsverwarmingspanelen hebben een lange vertraging (tussen het inschakelen van het systeem en het verwarmen van de luchtruimte) en vereisen meestal hogere bedrijfstemperaturen dan heteluchtsystemen. Daarom wordt de warmte van het opslagapparaat niet volledig benut bij lagere temperaturen, die acceptabel zijn voor systemen met warme lucht en de algehele efficiëntie van een dergelijk systeem is lager. Het overschrijden van de afmetingen van een stralingspaneelsysteem om vergelijkbare resultaten met lucht te bereiken, kan aanzienlijke extra kosten met zich meebrengen.

Om de algehele efficiëntie van het systeem (zonneverwarming en extra back-upsysteem) te verhogen en tegelijkertijd de totale kosten te verlagen door uitvaltijd te elimineren samenstellende delen, hebben veel ontwerpers de weg gekozen om de zonnecollector en batterij te integreren met een hulpsysteem. Vaak zijn zulke bestanddelen, hoe:

ventilatoren;
- pompen;
- warmtewisselaars;
- bestuursorganen;
- pijpen;
- luchtkanalen.

De cijfers in het artikel Systems Engineering laten zien verschillende schema's dergelijke systemen.

Een valkuil bij het ontwerpen van interfaces tussen systemen is de toename van bedieningselementen en bewegende delen, waardoor de kans op mechanische storingen toeneemt. De verleiding om de efficiëntie met 1-2% te verhogen door een ander apparaat toe te voegen aan de kruising van systemen is bijna onweerstaanbaar en kan de meest voorkomende reden zijn voor het falen van een zonneverwarmingssysteem. Normaal gesproken mag de boosterverwarming het zoniet verwarmen. Als dit gebeurt, zal de fase van het oogsten van zonnewarmte minder efficiënt zijn, omdat dit proces bijna altijd bij meer zal plaatsvinden hoge temperaturen Oh. In andere systemen verbetert het verlagen van de temperatuur van de batterij door het gebruik van warmte door het gebouw de algehele efficiëntie van het systeem.

De redenen voor andere nadelen van dit circuit zijn te wijten aan het grote warmteverlies van de batterij vanwege de constant hoge temperaturen. In systemen waar de hulpapparatuur de batterij niet verwarmt, zal deze laatste aanzienlijk minder warmte verliezen als er meerdere dagen geen zon is. Zelfs in systemen die op deze manier zijn ontworpen, bedraagt ​​het warmteverlies uit de container 5...20% van de totale warmte die door het zonnesysteem wordt opgenomen. Met batterij verwarmd hulpapparatuur, het warmteverlies zal veel hoger zijn en kan alleen worden gerechtvaardigd als de batterijcontainer zich in de verwarmde ruimte van het gebouw bevindt

Zonneverwarming bouwen voor een privéwoning met uw eigen handen is niet zo'n moeilijke taak als het lijkt voor een ongeïnformeerde leek. Dit vereist de vaardigheden van een lasser en materialen die verkrijgbaar zijn bij elke ijzerhandel.

De relevantie van het met uw eigen handen maken van zonneverwarming voor een privéwoning

Volledige autonomie krijgen is de droom van elke eigenaar die particulier bouwt. Maar is zonne-energie echt in staat om een ​​woongebouw te verwarmen, vooral als het apparaat voor de accumulatie ervan in een garage is gemonteerd?

Afhankelijk van de regio kan de zonnestroom variëren van 50 W/m² op een bewolkte dag tot 1400 W/m² in een heldere zomerhemel. Met dergelijke indicatoren, zelfs een primitieve collector met een laag rendement (45-50%) en een oppervlakte van 15 m². kan ongeveer 7000-10000 kWh per jaar produceren. En dit bespaarde 3 ton brandhout voor een vastebrandstofketel!

• gemiddeld voor vierkante meter apparaten waren goed voor 900 watt;
• om de temperatuur van het water te verhogen, is het noodzakelijk om 1,16 W te besteden;
• rekening houdend met het warmteverlies van de collector, zal 1 m² ongeveer 10 liter water per uur kunnen verwarmen tot een temperatuur van 70 graden;
• om 50 l . te verstrekken heet water, noodzakelijk voor één persoon, u moet 3,48 kW uitgeven;
• na het controleren van de gegevens van het hydrometeorologische centrum over het vermogen van zonnestraling (W / m²) in de regio, is het noodzakelijk om 3480 W te delen door het resulterende zonnestralingsvermogen - dit is het vereiste gebied van \u200b de zonnecollector om 50 liter water te verwarmen.

Zoals duidelijk wordt, effectief verwarmingssysteem het is nogal problematisch om het uitsluitend met het gebruik van zonne-energie te implementeren. Immers, in het sombere wintertijd er is heel weinig zonnestraling, en om een ​​collector te plaatsen met een oppervlakte van 120 m². lukt niet altijd.

Dus echt zonnecollectoren niet functioneel? Geef ze niet van tevoren korting. Dus met behulp van zo'n aandrijving kun je in de zomer zonder ketel - er zal voldoende stroom zijn om het gezin van warm water te voorzien. In de winter zal het mogelijk zijn om de energiekosten te verlagen door reeds verwarmd water van een zonnecollector naar een elektrische boiler te leveren.
Bovendien zal de zonnecollector een uitstekende assistent zijn van de warmtepomp in een huis met lage temperatuur verwarming (warme vloeren).

Dus in de winter wordt de verwarmde koelvloeistof gebruikt in vloerverwarming en in de zomer kan overtollige warmte naar het geothermische circuit worden gestuurd. Hierdoor zal het vermogen van de warmtepomp afnemen.
Ten slotte geothermische warmte vernieuwt niet, zodat na verloop van tijd een steeds groter wordende "koude zak" wordt gevormd in de dikte van de grond. In een conventioneel geothermisch circuit is de temperatuur aan het begin van het stookseizoen bijvoorbeeld +5 graden en aan het einde -2C. Bij verwarming stijgt de begintemperatuur tot +15 C en tegen het einde van het stookseizoen niet onder +2C.

Zelfgemaakt zonnecollectorapparaat

Voor een zelfverzekerde meester is het niet moeilijk om een ​​thermische collector te monteren. Je kunt beginnen met een klein apparaat voor warm watervoorziening in het land, en bij een succesvol experiment overgaan tot het maken van een volwaardig zonnestation.

Platte zonnecollector van metalen buizen

De eenvoudigste verzamelaar om uit te voeren is een platte. Voor zijn apparaat heb je nodig:

• lasapparaat;
• pijpen van van roestvrij staal of koper;
• staalplaat;
• gehard glas of polycarbonaat;
• houten planken voor het frame;
• onbrandbare isolatie die bestand is tegen metaal dat tot 200 graden is verwarmd;
• matzwarte lak bestand tegen hoge temperaturen.

De montage van de zonnecollector is vrij eenvoudig:

1. De buizen zijn aan een staalplaat gelast - het fungeert als een absorber van zonne-energie, dus de buizen moeten zo strak mogelijk passen. Alles is mat zwart geverfd.



2. Op de plaat wordt met buizen een frame geplaatst zodat de buizen met binnen. Er worden gaten geboord voor het in- en uitgaan van leidingen. De verwarming is geïnstalleerd. Als een hygroscopisch materiaal wordt gebruikt, moet u voor waterdichting zorgen - natte isolatie beschermt de leidingen immers niet langer tegen afkoeling.





3. De isolatie is vast OSB-blad, alle voegen zijn gevuld met kit.
4. Aan de zijkant van de adsorber is geplaatst Helder glas of polycarbonaat met een kleine luchtgat. Het dient om te voorkomen dat de staalplaat afkoelt.
5. U kunt het glas na het aanbrengen van de kit vastzetten met houten glaslatten. Het voorkomt dat koude lucht binnendringt en beschermt het glas tegen samendrukken van het frame bij verwarming en koeling.

Voor het volledig functioneren van de collector heeft u een opslagtank nodig. Het kan worden gemaakt van een van buitenaf geïsoleerd plastic vat waarin een warmtewisselaar die is aangesloten op een zonnecollector in een spiraal is gelegd. De warmwaterinlaat moet zich bovenaan bevinden en de koudwateruitlaat onderaan.

Het is belangrijk om de tank en het verdeelstuk correct te plaatsen. Voorzien natuurlijke bloedsomloop water, de tank moet zich boven de collector bevinden en de leidingen moeten een constante helling hebben.

Zonneboiler van geïmproviseerde materialen

als met lasapparaat vriendschap kon niet worden verminderd, je kunt een eenvoudige zonneboiler maken van wat voorhanden is. Bijvoorbeeld van blikjes. Om dit te doen, worden gaten in de bodem gemaakt, de banken zelf worden aan elkaar bevestigd met een kit en ze zitten erop op de kruispunten met PVC-buizen. Ze zijn zwart geverfd en passen net als gewone pijpen in een frame onder glas.

Zonne huis gevel

Waarom versier je het huis niet met iets nuttigs in plaats van gewone gevelbeplating? Bijvoorbeeld door aan de zuidkant van de hele muur een zonneboiler te maken.

Met een dergelijke oplossing kunnen de verwarmingskosten in twee richtingen tegelijk worden geoptimaliseerd - om de energiekosten te verlagen en het warmteverlies door extra isolatie van de gevel aanzienlijk te verminderen.

Het apparaat is eenvoudig te schande te maken en vereist geen speciaal gereedschap:

• een geverfde gegalvaniseerde plaat wordt op de isolatie gelegd;
• roestvrij staal wordt bovenop gelegd gegolfde pijp, eveneens zwart gelakt;
• alles is bekleed met polycarbonaat platen en vastgezet met aluminium hoeken.

Als deze methode ingewikkeld lijkt, toont de video een tin-optie, polypropyleen buizen en films. Hoeveel gemakkelijker!

Zonneverwarmingssystemen

4.1. Classificatie en belangrijkste elementen van zonnestelsels

Zonneverwarmingssystemen zijn systemen die zonnestraling gebruiken als bron van thermische energie. Hun kenmerkende verschil met andere lais het gebruik van een speciaal element - een zonne-ontvanger, ontworpen om zonnestraling op te vangen en om te zetten in thermische energie.

Volgens de methode om zonnestraling te gebruiken, zijn zonne-verwarmingssystemen met lage temperatuur verdeeld in passief en actief.

Zonneverwarmingssystemen worden passief genoemd, waarbij het gebouw zelf of de afzonderlijke hekken (collectorgebouw, collectormuur, collectordak, enz.) dienen als een element dat zonnestraling ontvangt en omzet in warmte (Fig. 4.1.1 )) .

Rijst. 4.1.1 Passief lage temperatuur zonne-energiesysteem "collector wall": 1 - zonnestralen; 2 – doorschijnend scherm; 3 - luchtklep; 4 - verwarmde lucht; 5 - gekoelde lucht uit de kamer; 6 - eigen langgolvige warmtestraling van het wandarray; 7 - zwartstraal-ontvangend oppervlak van de muur; 8 - jaloezieën.

Zonne-laworden actief genoemd, waarbij de zonne-ontvanger een onafhankelijk afzonderlijk apparaat is dat niet gerelateerd is aan het gebouw. Actieve zonnestelsels kunnen worden onderverdeeld:

doel (warmwatervoorziening, verwarming, gecombineerde systemen ten behoeve van warmte- en koudevoorziening);

per type koelmiddel dat wordt gebruikt (vloeistof - water, antivries en lucht);

naar duur van het werk (het hele jaar door, seizoensgebonden);

volgens de technische oplossing van de schema's (één-, twee-, multi-loop).

Lucht is een veelgebruikte koelvloeistof die niet bevriest over het hele bereik van bedrijfsparameters. Bij gebruik als warmtedrager is het mogelijk om verwarmingssystemen te combineren met een ventilatiesysteem. Lucht is echter een warmtedrager met een lage warmtecapaciteit, wat leidt tot een hoger metaalverbruik voor de installatie van luchtverwarmingssystemen in vergelijking met watersystemen.

Water is een warmte-intensief en algemeen verkrijgbaar koelmiddel. Bij temperaturen onder 0°C is het echter noodzakelijk antivriesvloeistoffen toe te voegen. Bovendien moet er rekening mee worden gehouden dat met zuurstof verzadigd water corrosie van pijpleidingen en apparaten veroorzaakt. Maar het verbruik van metaal in waterzonnesystemen is veel lager, wat in grote mate bijdraagt ​​aan hun bredere toepassing.

Seizoensgebonden zonne-energiesystemen voor warm water zijn meestal eencircuit en werken in de zomer en de overgangsmaanden, tijdens perioden met een positieve buitentemperatuur. Afhankelijk van het doel van het onderhouden object en de bedrijfsomstandigheden kunnen ze een extra warmtebron hebben of juist niet.

Zonnesystemen voor het verwarmen van gebouwen zijn meestal dubbelcircuit of, meestal, multicircuit, en verschillende warmtedragers kunnen worden gebruikt voor verschillende circuits (bijvoorbeeld waterige oplossingen van antivriesvloeistoffen in een zonnecircuit, water in tussencircuits en lucht in een consumentencircuit).

Gecombineerde zonnestelsels voor het hele jaar door voor warmte- en koudevoorziening van gebouwen zijn multicircuit en bevatten een extra warmtebron in de vorm van een traditionele warmtegenerator op organische brandstof of een warmtetransformator.

Een schematisch diagram van een zonneverwarmingssysteem is weergegeven in figuur 4.1.2. Het omvat drie circulatiecircuits:

het eerste circuit, bestaande uit zonnecollectoren 1, circulatiepomp 8 en vloeistofwarmtewisselaar 3;

het tweede circuit, bestaande uit een voorraadvat 2, een circulatiepomp 8 en een warmtewisselaar 3;

het derde circuit, bestaande uit een voorraadvat 2, een circulatiepomp 8, een water-lucht-warmtewisselaar (verwarmer) 5.

Rijst. 4.1.2. Schematisch diagram van het zonneverwarmingssysteem: 1 - zonnecollector; 2 - opslagtank; 3 - warmtewisselaar; 4 - gebouw; 5 - verwarming; 6 - understudy van het verwarmingssysteem; 7 - back-upsysteem van warmwatervoorziening; 8 - circulatiepomp; 9 - ventilator.

Het zonnesysteem werkt als volgt. Het koelmiddel (antivries) van het warmteontvangende circuit, dat wordt verwarmd in de zonnecollectoren 1, komt de warmtewisselaar 3 binnen, waar de warmte van het antivriesmiddel wordt overgedragen aan het water dat circuleert in de ringvormige ruimte van de warmtewisselaar 3 onder de werking van de pomp 8 van het secundaire circuit. Het verwarmde water komt de voorraadtank 2 binnen. Water wordt door de warmwatervoorzieningspomp 8 uit de opslagtank gehaald, zo nodig op de gewenste temperatuur gebracht in de verdubbelaar 7 en komt in de warmwatervoorziening van het gebouw. De voorraadtank wordt gevoed vanuit de waterleiding.

Voor verwarming wordt water uit de opslagtank 2 door de pomp van het derde circuit 8 aan de verwarming 5 toegevoerd, waardoor lucht wordt geleid door middel van een ventilator 9 en, na te zijn opgewarmd, het gebouw 4 binnenkomt. zonnestraling of een tekort aan thermische energie opgewekt door zonnecollectoren, het werk zet back-up 6 aan.

De keuze en lay-out van elementen van het zonnewarmtetoevoersysteem wordt in elk geval bepaald door klimatologische factoren, het doel van de faciliteit, de wijze van warmteverbruik en economische indicatoren.

4.2. Zonne-ontvangers concentreren

Concentrerende zonne-ontvangers zijn bolvormige of parabolische spiegels (Fig. 4.2.1) gemaakt van gepolijst metaal, in het brandpunt waarvan een warmte-ontvangend element (zonneboiler) is geplaatst, waardoor het koelmiddel circuleert. Als warmtedrager worden water of niet-bevriezende vloeistoffen gebruikt. Bij gebruik van water als warmtedrager 's nachts en tijdens de koude periode moet het systeem geleegd worden om bevriezing te voorkomen.

Om een ​​hoge efficiëntie van het proces van het opvangen en omzetten van zonnestraling te garanderen, moet de concentrerende zonne-ontvanger constant strikt op de zon gericht zijn. Voor dit doel is de zonne-ontvanger uitgerust met een volgsysteem, inclusief een sensor voor de richting van de zon, een elektronische signaalomzettingseenheid, een elektromotor met een versnellingsbak om de structuur van de zonne-ontvanger in twee vlakken te roteren.

Rijst. 4.2.1. Concentrerende zonne-ontvangers: a - parabolische concentrator; b – parabolische trogconcentrator; 1 - zonnestralen; 2 - warmteontvangend element (zonnecollector); 3 - spiegel; 4 – volgsysteem aandrijfmechanisme; 5 - pijpleidingen die de koelvloeistof aan- en afvoeren.

Het voordeel van systemen met concentrerende zonnecollectoren is de mogelijkheid om op relatief hoge temperatuur (tot 100 °C) warmte en zelfs stoom op te wekken. De nadelen zijn de hoge bouwkosten; de noodzaak van constante reiniging van reflecterende oppervlakken van stof; werk alleen overdag en daarom zijn er grote batterijen nodig; hoog energieverbruik voor de aandrijving van het volgsysteem voor de baan van de zon, evenredig met de opgewekte energie. Deze tekortkomingen belemmeren het wijdverbreide gebruik van actieve lagetemperatuur-zonneverwarmingssystemen met concentrerende zonne-ontvangers. Onlangs worden platte zonne-ontvangers het vaakst gebruikt voor laop zonne-energie.

4.3. Platte zonnecollectoren

Vlakke plaat zonnecollector - een apparaat met een absorberend paneel met vlakke configuratie en vlakke transparante isolatie voor het absorberen van zonnestralingsenergie en het omzetten in warmte.

Vlakke plaat zonnecollectoren (Fig. 4.3.1) bestaan ​​uit een glazen of kunststof afdekking (enkel, dubbel, triple), een warmteabsorberend paneel aan de zongerichte zijde, isolatie aan de achterzijde en een behuizing (metaal, kunststof , glas, hout).

Rijst. 4.3.1. Platte zonnecollector: 1 - zonnestralen; 2 - beglazing; 3 - lichaam; 4 - warmteopnemend oppervlak; 5 - thermische isolatie; 6 - afdichtmiddel; 7 - eigen langgolvige straling van de warmteontvangende plaat.

Als warmte-ontvangend paneel kunt u elke metalen of plastic plaat met kanalen voor de koelvloeistof gebruiken. Warmte-ontvangende panelen zijn gemaakt van aluminium of staal van twee soorten: plaatbuis en gestempelde panelen (buis in plaat). Kunststof panelen als gevolg van kwetsbaarheid en snelle veroudering onder invloed van zonlicht, evenals vanwege de lage thermische geleidbaarheid, worden niet veel gebruikt.

Onder invloed van zonnestraling worden warmteontvangende panelen verwarmd tot temperaturen van 70-80 °C, die hoger zijn dan de omgevingstemperatuur, wat leidt tot een toename van de convectieve warmteoverdracht van het paneel naar de omgeving en zijn eigen straling naar de lucht. Om hogere koelvloeistoftemperaturen te bereiken, is het oppervlak van de plaat bedekt met spectraal selectieve lagen die actief de kortegolfstraling van de zon absorberen en de eigen thermische straling in het langegolfgedeelte van het spectrum verminderen. Dergelijke structuren op basis van "zwart nikkel", "zwart chroom", koperoxide op aluminium, koperoxide op koper en andere zijn duur (hun kosten zijn vaak evenredig met de kosten van het warmteontvangende paneel zelf). Een andere manier om de prestaties van vlakke plaatcollectoren te verbeteren, is door een vacuüm te creëren tussen het warmteabsorberende paneel en de transparante isolatie om warmteverlies te verminderen (vierde generatie zonnecollectoren).

De ervaring met het exploiteren van zonne-installaties op basis van zonnecollectoren heeft een aantal belangrijke nadelen van dergelijke systemen aan het licht gebracht. Allereerst zijn dit de hoge kosten van verzamelaars. Het verhogen van de efficiëntie van hun werk door selectieve coatings, het vergroten van de transparantie van beglazing, evacuatie en het apparaat van het koelsysteem blijken economisch onrendabel te zijn. Een belangrijk nadeel is de noodzaak van frequente reiniging van glas van stof, wat het gebruik van een collector in industriële gebieden praktisch uitsluit. Tijdens langdurig gebruik van zonnecollectoren, vooral in winterse omstandigheden, is er een frequent falen van deze vanwege de ongelijke uitzetting van verlichte en donkere glasgebieden als gevolg van een schending van de integriteit van de beglazing. Er is ook een groot percentage collectorstoringen tijdens transport en installatie. Een belangrijk nadeel van de systemen met collectoren is ook de ongelijke belasting gedurende het jaar en de dag. De ervaring met het gebruik van collectoren in de omstandigheden van Europa en het Europese deel van Rusland met een hoog aandeel diffuse straling (tot 50%) toonde de onmogelijkheid om het hele jaar door een autonoom systeem van warmwatervoorziening en verwarming te creëren. Alle zonnesystemen met zonnecollectoren op de middelste breedtegraden vereisen de installatie van grote opslagtanks en de opname van een extra energiebron in het systeem, wat het economische effect van het gebruik ervan vermindert. In dit opzicht is het het meest aangewezen om ze te gebruiken in gebieden met een hoge gemiddelde intensiteit van zonnestraling (niet lager dan 300 W/m2).

Potentiële kansen voor het gebruik van zonne-energie in Oekraïne

Op het grondgebied van Oekraïne is de energie van zonnestraling voor een gemiddelde jaarlijkse lichtdag gemiddeld 4 kW ∙ uur per 1 m 2 (in zomerdagen- tot 6 - 6,5 kW uur) d.w.z. ongeveer 1,5 duizend kW ∙ uur per jaar per vierkante meter. Dit is ongeveer hetzelfde als in Midden-Europa, waar het gebruik van zonne-energie het meest voorkomt.

Naast gunstige klimatologische omstandigheden in Oekraïne, is er hooggekwalificeerd wetenschappelijk personeel op het gebied van het gebruik van zonne-energie. Na de terugkeer van prof. Boyko BT van UNESCO, waar hij leiding gaf aan het internationale programma van UNESCO over het gebruik van zonne-energie (1973-1979), begon hij een intensieve wetenschappelijke en organisatorische activiteit aan het Kharkov Polytechnic Institute (nu de National Technical University - KhPI) over de ontwikkeling van een nieuwe wetenschappelijke en educatieve richting van materiaalwetenschap voor zonne-energie. Al in 1983, in overeenstemming met de bestelling van het USSR Ministerie van Hoger Onderwijs N 885 van 13 juli 1983, voor het eerst in de praktijk van het hoger onderwijs in de USSR, de opleiding van natuurkundigen met profilering op het gebied van materiaalkunde voor zonne-energie in het kader van de specialiteit "Physics of Metals" werd gestart aan het Kharkov Polytechnic Institute. Hiermee werd de basis gelegd voor de oprichting in 1988 van de afstudeerafdeling “Physical Materials Science for Electronics and Solar Energy” (FMEG). De afdeling FMEG in samenwerking met het Research Institute of Instrument Engineering Technology (Kharkov) in het kader van het ruimteprogramma van Oekraïne nam deel aan de creatie van siliciumzonnecellen met efficiëntie. 13 - 14% voor Oekraïens ruimtevaartuig.

Sinds 1994 is de FMEG-afdeling, met de steun van de Universiteit van Stuttgart en de Europese Gemeenschap, evenals de Zürich University of Technology en de Swiss National Scientific Society, actief betrokken bij wetenschappelijk onderzoek naar de ontwikkeling van filmzonnecellen.