Воздушный коллектор из профнастила. Воздушный коллектор
Воздушный коллектор из профнастила
Автор данной модели коллектора не хотел делать сложных коммуникаций из труб для обогрева воздуха в помещении. Однако его заинтересовала идея использования воздушных солнечных коллекторов. Поэтому он решил собрать упрощенную систему обогрева воздуха за счет энергии солнца, которая бы не отнимала столько времени и сил на ее постройку.Материалы, которые использовались автором для постройки упрощенной модели солнечного воздушного коллектора:1) несколько листов влагостойкой фанеры толщиной 12 мм и 7 мм2) деревянные брусья 40 на 40 мм3) минеральная вата4) черная термостойкая краска5) стекло из старых оконных рам6) москитная сетка7) вентилятор
Рассмотрим основные особенности данной конструкции солнечного воздушного коллектора, а так же процесс его сборки.
Преимуществом подобной системы является то, что потребуется всего одно отверстие в стене, для того чтобы горячий воздух из коллектора поступал внутрь отапливаемого помещения. Забор воздуха в коллектор будет осуществляться непосредственно с улицы.
Конструкция данного коллектора гораздо легче, чем те что были описаны в предыдущих статьях, однако схематически они все схожи. Как и в прошлых версиях, основа солнечного коллектора будет состоять из абсорбера заключенного в короб.
Корпус коллектора автор решил изготовить из влагостойкой фанеры. В качестве боковых стенок использовались листы фанеры толщиной 12 мм. Для задней стенки автор взял фанеру чуть тоньше, около 7 мм. Сам короб автор решил сделать довольно большим, его высота должна будет составлять 120 см, ширина 15 см и длинна 180 см. После сборки короба, автор прикрепил к задней стенке конструкции деревянные бруски по всему периметру корпуса. Размер использованных брусков был 40 на 40 мм. Между задней стенкой и брусками был уложен утеплитель, в данном случае автор решил использовать слой минеральной ваты. Толщина слоя минеральной ваты получилась примерно 4 см.
После установки профнастила внутрь короба, автор приступил к его покраске. Для покраски профнастила автор использовал термостойкую краску черного цвета.
Для того, чтобы увеличить время нахождения воздуха внутри коллектора, автор прикрепил несколько досок внутри коллектора. Доски подобраны той же ширины, что и коллектор, чтобы не было щелей между стеклом и металлической частью коллектора, а длинна доски специально сделана чуть меньше, таким образом оставляя небольшие проходы для движения воздушных масс. Как это показано на следующей картинке, благодаря такому подходу к внутреннему пространству коллектора, для входящего воздуха получился своеобразный лабиринт. Эта особенность позволяет листу профнастила передать больше тепловой энергии воздуху, так как он дольше задерживается внутри коллектора.
Как уже было сказано, всю конструкцию необходимо закрыть стеклом, автор использовал обычные старые оконные рамы. Стекло крепилось на силиконовый клей, после чего все щели были тщательно герметизированы, для того, чтобы не было утечек горячего воздуха из системы.
После этого конструкция солнечного коллектора почти готова, осталось лишь установить вентилятор на впускное отверстие коллектора. С помощью этого вентилятора, можно будет регулировать скорость движения воздушных масс в коллекторе. Таким образом лучи солнца будут нагревать лист профнастила, который в свою очередь будет передавать тепло воздуху, который будет поступать в коллектор с улицы, после чего в дом уже будет поступать нагретый воздух.
Основным недостатком данной модели является то, что воздух поступает в коллектор из внешней среды, а не из помещения, это значит, что будет требоваться гораздо больше энергии для его нагрева. Вот результаты проведенных тестов автором этого солнечного коллектора: при температуре окружающей среды в +10° С, температура воздуха прошедшего через коллектор будет составлять примерно +55-65 ° C, а когда температура внешнего воздуха +5° С, то температура воздуха поступающего из коллектора в дом будет составлять примерно + 35-45° C. То есть чем ниже температура за окном, тем сложнее воздушному коллектору будет его разогреть. Естественно все испытания проводились исключительно в солнечную погоду, когда работа коллектора была максимально эффективной. Источник
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.Типы коллекторов воздушных солнечных отопительных систем
Солнечные воздушные системы могут отличатся в соответствии от типа абсорбера или типа коллекторного покрытия.
8.2.1.1 Разделение в зависимости от типа абсорбера потока.
Солнечные воздушные коллекторы можно разделить на четыре типа конструкций, в зависимости от способа передачи теплоносителя (воздуха) к абсорберу (см. Рисунок 8.2).
Рисунок 8.2 – Дизайны солнечных коллекторов в соответствии с типом передачи теплоносителя (воздуха) к абсорберу
Flow over absorber – Поток над абсорбером
Flow under absorber – Поток под абсорбером
Flow on both sides of absorber – Поток с обеих сторон абсорбера
Flow through absorber – Поток сквозь абсорбер
Absorber – Абсорбер
Glass cover – Зеркальное покрытие
Heat insulation on back – Теплоизоляция задней части
Поток над абсорбером
В этом случае, абсорбер лежит прямо на термоизоляции, и воздух, который нагревается, протекает над ним.
Поток под абсорбером
Этот тип абсорбера имеет воздушный канал между абсорбером и теплоизоляцией, через который и протекает воздух. Это предотвращает контакт протекающего входящего потока теплого воздуха с покрытием, что существенно уменьшает фронтальные конвективные потери теплоты.
Поток с обеих сторон абсорбера
В сравнении с потоком под абсорбером, здесь абсорбер обтекается воздухом вокруг обеих – нижней и верхней стороны. Теплопередача между абсорбером и воздухом таким образом увеличивается, но могут возникнуть тепловые потери в фронтальной стороны.
Поток через абсорбер (матричный коллектор)
В данном случае, абсорбер состоит из пористой пластины (также называемой абсорберной матрицей), через которую протекает воздух. Абсорберная матрица, к примеру, может быть сделана с шерсти или ткани (металлической или неметаллической). В такой конструкции может иметь место неблагоприятное возрастание падения давления, если абсорбент загрязняется пылью или грязью. Этот тип абсорбера часто используется на практике без тепловой изоляции, каркаса и прозрачного покрытия.
8.2.1.2 Классификация в соответствии к покрытию коллектора
Что касается жидкостных коллекторов, солнечные воздушные системы также имеют разновидности, в которых стремятся к самому простому и, следовательно, недорогому дизайну. Непокрытый воздушный коллектор имеет большую потерю тепла по сравнению с застекленным поглотителем благодаря отсутствии прозрачной крышки, и в частности, более высокой температуры поглотителя. Его эффективность, таким образом, ниже. Этот дизайн может, однако, представлять интерес, если работать с более низкой температурой поглотителя; в качестве примера – предварительно нагретый окружающий воздух (смотри Рисунок 8.8). Очень низкие тепло-производственные затраты могут быть получены из-за уменьшения материальных затрат и упрощения продукции с этим типом коллектора и с подходящими граничными условиями. Для приложений, в которых требуется высшая температура в солнечном воздушном коллекторе, выбираются изолированные и покрытые стеклом солнечные воздушные коллекторы.
8.2.1.3 Материал абсорбера
Для воздушных коллекторов с пластинчастым поглотителем, предпочтительно используются металлические материалы (такие как сталь, нержавеющая сталь, алюминий или медь). Для высшее упомянутых матричных абсорберов – шерстяных и тканей – используются металлические (стальная шерсть, проволочная стальная сетка) и не металлические материалы (например, хлопчатобумажная ткань, растительные волокна, полиэфирные волокна нетканого материала).
8.2.1.4 Покрытие абсорбера
Регенерация поглотителя из металлического материала очень распространена. В зависимости от способа регенерации, общая стоимость коллектора возрастает в разы. Селективные покрытия, которые сейчас распространены для жидкостных коллекторов, влекут за собою существенное увеличение цены и ограничение по объему производства. Для площади 700 м2 (7535 фут2) цена может возрости втрое. Таким образом, в качестве недорогих покрытий рекомендуется использовать черный термостойкий лак.
8.2.1.5 Производительность и факторы эффективности воздушных коллекторов
Долгое время не существовало такой процедуры проверки качества воздушных коллекторов, которую могли бы пройти производители и их продукция. В контексте исследовательской программы «Солнечное отопление и охлаждение», МЭА задача 19 «Воздушные солнечные системы» Международного Энергетического агенства, тестировка/сравнительные тесты были проведены с большинством продукции, представленной на рынке. Эти тесты определяют признаки, по которым можно легче определить и сравнить эффективность воздушных коллекторов, а также существенных влиятельных переменных. Для представления воздушных коллекторов важны два фактора.
Для коллекторов, которые работают в закрытом цикле (операции с циркулирующим воздухом), используется диаграмма, показывающая кривую эффективности по перепаду температур (см. Рисунок 8.3 слева). Тем не менее, с помощью тестов было показано, что средний коллектор или температура поглотителя не должны использоваться, а должны использоваться выходная температура. По этой причине не нужно сравнивать кривую эффективности на Рисунок3 с жидкостными коллекторами.
Для коллекторов, которые работают исключительно с приемом наружного воздуха, для представления эффективности более подходит функция массового потока (Рисунок 8.3 справа).
Для эффективного поглотителя тип образца поглотителя потока и температура передачи от поглотителя к воздушному потоку очень важны. В зависимости от применения, нужно находить конкретный баланс между этими параметрами. В жилых домах целью есть достижение конкретных температур с малым массовым потоком. Тем не менее, эффективность теплопередачи от поглотителя к воздушному потоку уменьшается. С другой стороны, эффективность теплопередачи возрастает с высшим потоком массы – хотя потеря давления в коллекторе в системе в целом увеличивается.
Рисунок 8.3. Кривые КПД воздушных коллекторов в зависимости от выходной температуры (слева) и массового потока (справа)
With 40 kg/(m2·h) mass flow and 3 m/s wind speed – С массовым потоком 40 кг/(м2·ч) и скоростью ветра 3 м/с
With 3 m/s wind speed – Со скоростью ветра 3 м/с
Operating coefficient [tA-tAir] / G [m2·K/W] – Рабочий коэффициент [tA-tAir] / G [м2·К/Вт]
Mass flow [kg/(m2·h)] – Массовый поток [кг/( м2·ч)]
tA = collector temperature – температура коллектора
G = global irradiance – общая облучаемость
Low iron, glazed collector with aluminium absorber designed as U-profile, selectively coated, flow under absorber (Manufacturer: Grammer, Schüco) – Застекленный коллектор с малым содержанием железа в конструкции, с алюминиевым абсорбером, сделанным в виде U-профиля, выборочно покрытый, с потоком под поглотителем (Изготовитель: Grammer, Schüco)
unglazed collector, trapezoidal Aluminium absorber (Manufacturer: Solarwall) – незастекленный коллектор, трапециевидный алюминиевый поглотитель (Изготовитель: Solarwall)
glazed absorber, varnished black, flow under absorber – застекленный поглотитель, лакированный, черный, поток под абсорбером
glazed absorber, varnished black, flow on both sides of the absorber – застекленный поглотитель, лакированный, черный, поток с обеих сторон поглотителя
8.2.1.6 Стандартные воздушные коллекторы
Стандартный коллектор типа b показан на Рисунок 8.4. Он имеет рамку, термоизоляцию по бокам и сзади, прозрачную стеклянную крышку и поглотитель. Поглотитель состоит с покрытых алюминием листов, вырезанных U-образно. Размещенные рядом, эти профили образуют ребристый профиль для передачи теплоты протекающему воздуху.
Рисунок 8.4. Схематическая конструкция воздушного коллектора с нижним потоком. Источник: Grammer, Amberg
Perforated absorber – Перфорированный поглотитель
aluminium profile – алюминиевый профиль
Insulation – Изоляция
mineral wool – минеральная шерсть
Cover – Покрытие
Single safety glass, low-reflection – одинарное защитное стекло, с низким коэффициентом отражения
Flange frame – фланцевая рама
Hot air – горячий воздух
Эти коллекторы имеют разные версии. Например, предлагается разная глубина, в зависимости от размеров системы. Увеличение объема потока воздуха достигается увеличением глубины в больших системах.
Кроме того, из-за определенной для потока последовательностей связей коллекторов, доступны также разнообразные модули. Средний коллектор подсоединяется узким концом к концу коллектора с помощью фланцевых соединений. На концах коллекторы имеют интегрированное воздушное соединение. Это соединение или разработано как часть трубы, например, чтобы отводить использованный воздух от здания через коллектор, или оно оснащено воздушным фильтром, встроенным в открытую заднюю часть для подведения свежего воздуха прямо через коллекторы.
8.2.1.7 Интеграция в крыши
Для новых зданий, или во время восстановлений, если запланировано интегрировать коллектор в крышу, площадь коллектора расположена и установлена в форме модуля. Используются прозрачные желоба поглотителей, чья высота зависит от требуемого потока воздуха (110-170 мм; 4.3-6.7 дюймов). Они предлагаются с гибкихми размерами 400-1200 мм (15.8-47.2 дюймов) на 1000-2500 мм (39.4-98.4 дюймов). Поверхность коллектора граничит с краем покрытия крыши. Для каждого ряда коллекторов на задней стенке желоба требуются две воздушные соединительные детали. Отклоняющий модуль используется для обеспечения прохождения потока воздуха через два коллектора. Наконец в желоб поглотителя помещено безопасное стекло. Коллекторы также могут размещаться на плоских крышах (см. Рисунок 8.5).
Рисунок 8.5. Воздушные коллекторы, расположенные на стойках на крыше здания завода. Источник: Grammer, Amberg
8.2.1.8 Фотогальванические интегрированные воздушные коллекторы
Сеточные независимые воздушные коллекторы
Для обеспечения независимой роботы воздушной вентиляции в зданиях без отдельного источника питания (частные дома, хижины в горах, дачи, и т.д.) можно использовать интегрированные фотогальванические модули (PV-модули). Это обеспечит электричеством вентилятор, когда светит солнце.
Система приводится в рабочее состояние количеством солнечной радиации, и в большинстве случаев не требует дополнительной регулировки. Кроме использования в зданиях без собственного источника энергии, систему также можно использовать и в зданиях с собственными источниками энергии. В таком случае можно отключать с помощью главного предохранителя основной источник питания, в то время как воздушное солнечное отопление и вентиляционная система будут продолжать работать. В нечасто используемых домах, эта сетка независимой вентиляционной системы имеет дополнительный эффект нагревания воздуха: она осушает воздух и тем самым сохраняет материал здания и всю его обстановку.
Компания Grammer предлагает различные стандартные системы с площадью поверхности коллектора от 2 до 10 м2 (21,5 и 107,6 ф2). В принципе, структура похожа на стандартные коллекторы. Однако, часть прозрачного покрытия заменена поверхностью модуля, и служит для управления вентилятором. Размер площади поверхности модуля зависит от размера воздушной солнечной системы. Большие системы служат для использования в жилых зданиях. Они предлагают простую систему подачу воздуха.
Новая серия коллекторов со слегка измененными мерами коллектора и разной направленностью (коллектор отклонения) также доступен как сеточно-независимый воздушный коллектор с 2003 года.
Компания Aidt Miljø из Дании предлагает так называемый «Пакет солнечного дома» для вентиляции и прогрева уикендных домиков. Они используют проточные поглотители толщиной в 2 мм (0,08 дюйма), войлочные или алюминиевые.
Гибридные коллекторы
Также воздушные коллекторы используются для управляемой внешней вентиляции PV-модулей в так называемых гибридных коллекторах. Вместо защитного от солнца стекла, воздушный коллектор частично или полностью покрыт с передней стороны модулями. PV-модули вырабатывают электричество, которое питает сетку коллекторов. Они также производят ненужное тепло, которое используется для нагревания воздуха при вентиляции, или для других обогревательных целей. Эти совместные процессы приводят к более высокой эффективности модулей из-за более низкой температуры модуля.
Такие системы обычно имеют установленные коллекторы общей мощностью несколько kWp или площадью в несколько десятков квадратных метров. Размеры определяются в соответствии с нужным исполнением PV-модулей и энергопотребления сети коллекторов, а также необходимым количеством воздуха, нужного надстройке или тому зданию, в котором система установлена. Распределение модулей может иметь место при увеличениях от 50 Wp (одна пятая прозрачного покрытия) до 250 Wp (полная замена прозрачного покрытия).
Рисунок 8.6. Схематическая конструкция воздушного коллектора с интегрированным PV-элементом (Изготовитель: Grammer Solar GmbH, Amberg)
Photovoltaic cell or glass plate – Фотогальваническая ячейка или стеклянная плата
Air outlet – Выпуск воздуха
Air inlet – Впуск воздуха
Solar radiation – Солнечное излучение
Absorber – Поглотитель
Insulation – Изоляция
Рисунок 8.7. Гибридные коллекторы для солнечного воздушного нагревания и производства электричества для цеха автомобильной покраски (Завод-изготовитель: Grammer Solar+Bau GmbH, Amberg)
8.2.1.9 ФАСАДНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ
Еще одним интересным использованием воздушных солнечных систем есть их интеграция в фасады. В таком случае коллекторы, например, могут полностью заменить фасад в дизайне «болта-гвоздика», или они могут быть установлены на существующий фасад.
Поскольку обогрев зданий происходит зимой и в переходные периоды – то есть, во время, когда солнечные лучи падают под малыми углами – вертикальное расположение имеют некоторые преимущества. Также, с соображений экономии, интеграция воздушных солнечных коллекторов в фасады может сохранить денежные средства, особенно в случае строительства нового здания, или восстановления фасада. Они могут быть использованы против расходов на солнечные воздушные коллекторы фасада. Для недорогой интеграции солнечных коллекторов в фасад, так же как с энергетической точки зрения, составное планирование имеет большое значение.
8.2.1.10 SOLARWALLTM
Кроме фасадной коллекторной системы с прозрачным застекленением, открытый коллектор, который был ранее упомянут, является тем типом, который главным образом используется (система Solarwall система – система “Солнечная стена” – см. Рисунок8.8). Здесь перфорированный, с темным покрытием металлический лист поглотителя используется в качестве внешнего жакета фасада. Посредством отрегулированного всасывания нагретого солнцем воздуха пограничного слоя на внешней стороне металлического листа, тепло собирается и проводится к вентиляционной системе для нагревательных целей. Этот простой, прямой метод может конфигурироваться для предварительного прогрева свежего вентиляционного воздуха зданий, таким образом улучшая качество воздуха в помещении, уменьшая затраты энергии. В более низких широтах эта та же самая вертикальная стена может быть применена над крышей, чтобы захватывать солнечное тепло на наклоненной поверхности одинаково хорошо. Применение для сушки сельскохозяйственных культур, таких как кофе, какао и показало отличные результаты во многих странах.
Рисунок 8.8. Конструкция солнечной воздушной системы с незастекленным алюминиевым поглотителем. Источник: Solarwall International Ltd, Göttingen
Facade – Фасад
Solar energy absorber – Поглотитель солнечной энергии
Air distribution channel – Воздушный канал распределения
Air heater – Нагреватель воздуха
Sheet metal – Лист металла
На главную
vedomo.ru
Солнечный воздушный коллектор является более эффективным, чем обычные жидкостные коллекторы
Содержание:
- Принцип действия
- Основные преимущества
- Промышленное использование
- Особенности эксплуатации
Люди уже много лет стараются использовать энергию солнца для того, чтобы облегчить себе жизнь. При этом существует несколько способов ее применения. Следует остановиться на одном из них. Например, зачем людям стеклить теплицы или балконы? Если на улице солнечно, то излучение солнца нагревает пол, попадая на него. Застекление делается для того, чтобы солнечный свет смог приносить энергию и она сохранялась в помещении. Вернуться обратно энергии мешает стекло, пленка или пластик. В данном случае работает эффект парника. То же самое происходит, когда дым костра поднимается кверху. Это возникает по той причине, что горячий воздух гораздо легче холодного, и поэтому он уходит вверх. На этих двух принципах основана работа такого современного устройства, как воздушный солнечный коллектор.
Принцип действия
Не каждый знает, что воздушный солнечный коллектор представляет собой устройство, которое использует энергию солнца для нагревания воздуха. Этот прибор выглядит как обычный плоский коллектор, который часто применяют для отопления комнат или же для сушения сельскохозяйственных товаров. Он лучше всего работает, когда на улице солнечно.
Принцип работы данного устройства основан на том, что воздух должен пройти через специальный поглотитель. Это можно сделать при помощи вентилятора или же под воздействием естественных эффектов. Воздух гораздо хуже проводит тепло, чем вода. Именно поэтому он будет передавать поглотителю меньше тепловой энергии, чем жидкий теплоноситель. Существуют такие устройства, когда поглощающая пластина имеет специальные вентиляторы, благодаря которым повышается турбулентность воздуха, что увеличивает отдачу тепла. Конечно, такой воздушный солнечный коллектор будет более затратным в эксплуатации, так как он будет расходовать энергию для работы вентиляторов.
Если на улице холодно, воздух уходит в пространство, находящееся между поглотительной пластиной и утепленной стенкой прибора. Все это позволяет избежать теплопотерь через остекление. Когда за окном солнечно, при нагревании воздуха на 18 градусов больше, чем на улице, теплоноситель будет циркулировать по обеим сторонам по отношению к поглотительной пластине. При этом не будет никаких существенных потерь эффективности прибора.
Основные преимущества
Среди основных положительных качеств такого устройства, как воздушный солнечный коллектор, можно выделить:
- простоту в эксплуатации;
- надежность системы;
- длительный срок работы, достигающий 20 лет;
- отсутствие необходимости иметь теплообменник, так как воздух не замерзает при любой температуре.
Когда в определенной географической зоне часто бывает солнечно, эти приборы можно устанавливать на крышах и стенках домов. Это позволяет экономить на их стоимости. Кроме того, если сделать это устройство самостоятельно, то он тоже обойдется дешевле, чем при заказе в специализированном магазине.
Промышленное использование
Современный воздушный солнечный коллектор используется для нагревания воздуха, который подается прямо в систему теплового обеспечения. Наилучший эффект будет достигаться, когда на улице солнечно.
На сегодняшний день это устройство может применяться в таких системах:
- централизованные системы воздушного отопления;
- осушительные аппараты;
- системы, основанные на рекуперации воздуха в помещениях.
Конструкция коллектора для промышленных целей основана на создании плоской панели, которую устанавливают на южной стене постройки. В качестве абсорбера выступает комплекс пластин из качественного металла, который хорошо проводит энергию. К таким металлам относится медь и алюминий. Основным отличием от обычного коллектора является отсутствие трубок. При этом воздух нагревается посредством контакта с пластиной адсорбера. Чтобы сделать площадь тепловой отдачи больше, этот элемент обладает ребристой формой или же имеет перфорацию. Сам коллектор нужно тщательно изолировать от окружающей среды, что поможет избежать различных потерь тепловой энергии. Циркуляция воздуха в промышленном оборудовании может осуществляться за счет естественного перепада температур или же посредством работы вентилятора.
Особенности эксплуатации
Основной особенностью и одновременно преимуществом воздушного коллектора по сравнению со стандартными коллекторами является его способность работать при гораздо более низких температурах. Когда на улице солнечно, обычные системы требуют для начала работы температуру более 40 градусов. В то же время, воздушные солнечные коллекторы могут довольствоваться даже 25 градусами. За счет этого преимущества, при использовании таких систем потери тепла будут существенно меньше, особенно если на улице солнечно. Все это будет способствовать повышению эффективности работы системы.
Подписаться на рассылку
Подписатьсяekobatarei.ru
