Аккумулятор тепла солнечный: Аккумулятор солнечного тепла – Fröling

Соляной пруд. Солнечный коллектор и тепловой аккумулятор одновременно – Портал-Энерго.ru

На Земле 2 основных источника энергии, доступных пока человеку – излучение Солнца и тепло от Земли. В последнее время много разговоров о возможности использования солнечной энергии для удовлетворения потребностей в электричестве и тепле. Детальное обследование территории России показали, что более 60 % территории России, включая многие северные районы, характеризуются существенными среднегодовым поступлением солнечной энергии 3,5 – 4,5 кВт∙ч/м2 день. Наиболее «солнечные» районы Дальнего Востока, Якутии, Прибайкалья и Алтай, Северного Кавказа. В целом технический (доступный технологически) потенциал использования солнечной энергии вдвое превышает общее энергопотребление страны. Способов трансформации энергии солнечной радиации в необходимые виды энергии довольно много. Один из них так называемый «Соляной пруд».

Солнечный соляной пруд — это неглубокий (2 – 4 м) бассейн с крутым рассолом в нижней его части. В качестве рассола, например, используется с насыщенный раствор, состоящий из 95 % хлорида магния и 5 % хлорида кальция. Во избежание растекания жидкости обеспечивается гидроизоляция бассейна. Для сокращения тепловых потерь через грунт рекомендуется обеспечивать теплоизоляцию дна и стенок бассейна.

Как работает Солнечный соляной пруд?

По своей сути соляной пруд является солнечным коллектором – тепловой ловушкой. В пруду часть солнечного излучения — инфракрасного спектра полностью поглощается верхним слоем пресной воды, коротковолнового поглощается более низкими слоями воды, а не поглощенная часть излучения, прошедшего сквозь воду, — темным дном. Энергия, отраженная от дна, частично поглотится водой на обратном пути. В обычном бассейне теплая и холодная вода перемешиваются благодаря естественной конвекции. Теплая вода имеет меньшую плотность и она поднимается к поверхности.

Насыщенный соляной раствор имеет большую плотность (примерно 1,5) и поэтому при нагревании не может подниматься наверх. Физические свойства промежуточного «градиентного» слоя с резким изменением плотности сродни составляет примерно 1,7 м2∙⁰С∙Вт-1, что соответствует значениям теплового сопротивления стен большинства эксплуатируемых зданий. При этом тепловое сопротивление поверхностного слоя воды в 1000 раз ниже теплового сопротивления градиентного слоя. Что касается поверхностного слоя – это зона наиболее интенсивного теплообмена с окружающей средой. Поэтому для повышения эффективности соляного пруда необходимо предпринимать меры по ограничению непосредственного теплового контакта с атмосферой, поскольку даже небольшой ветер способствует резкому выхолаживанию поверхности.

Таким образом, энергия солнечного излучения пройдя через толщу раствора практически полностью задерживается в нижнем слое пруда и не имеет выхода наружу. Такое свойство сродни парниковому эффекту и приводит к резкому повышению температуры соляного раствора, которая может достигать 100 градусов. В отличие от обычных солнечных коллекторов, в которых роль тепловой ловушки играют имеющие незначительный объем колбы, объем и теплоемкость соляного пруда очень велики. Это позволяет использовать соляной пруд не только в качестве солнечного коллектора, но и в качестве аккумулятора тепловой энергии. Если перевести на привычные энергетикам термины коэффициента использования установленной мощности, то он для соляных прудов составляет примерно 0,73. Этому способствует так же свойство соляного пруда запасать энергию не только от солнечных лучей, но и от рассеянного излучения от облаков.

Все познается в сравнении. Электрическая мощность, которую можно «снять» с соляного пруда примерно 8 Вт/кв. м. В то же время, с учетом площади водохранилища Красноярской ГЭС, снимаемая мощность с 1 кв.м. составляет 3 Ватта при коэффициенте использования установленной мощности 0,38 (отражает сезонность выработки энергии ГЭС). В районе Мертвого моря в Израиле удалось снять 20 Ватт с 1 квадратного метра соляного озера.

В природе миллионы лет существуют соляные озера, которые работают в качестве тепловых аккумуляторов. Озеро Ванда (Антарктида) прогревается за счет лучистой энергии Солнца до самого дна на глубину 70 м через прозрачный лед толщиной 4 м. На поверхности озера снега нет из-за сильного ветра и высокого испарения. Коротковолновая солнечная радиация поэтому практически беспрепятственно проникает через очень прозрачный лед и воду и нагревает дно почти так же как и окружающее озеро скалы. От дна отражается уже длинноволновая радиация, которая почти вся поглощается водой, нагревая её. А поскольку озеро не вскрывается ото льда, то ветер не перемешивает воду. Не перемешивается она и под влиянием тепловой конвекции, т.к. нагретая у дна вода очень соленая и оказывается все же тяжелей верхней холодной, но пресной воды.

Использование соляных прудов

Площадь одного из демонстрационных бассейнов в Бет-ха-Араве составляет 250000 м2 . Фирма “Ормат”, которой принадлежит приоритет в создании таких бассейнов, разработала специальную низкотемпературную турбину, которая позволяет горячей воде бассейна преобразовывать органическую жидкость в пар и таким образом вырабатывать электричество. В основе проекта лежит идея бассейна с соленой водой, около 2 метров глубиной, где искусственно поддерживается более высокий уровень засоленности придонного слоя по сравнению с поверхностным (что соответственно увеличивает и плотность ее нижнего слоя). Благодаря этому температура воды на дне бассейна достигает практически 100° С. Таким образом, благодаря своим размерам удается уверенно обеспечивать мощность генерации 750 кВт электрической энергии.

Имеются российские разработки, позволяющие достигнуть аналогичных показателей. В то же время, благодаря климатическим условиям, в энергетической установке можно накапливать не только тепло, но и холод, который в свою очередь можно использовать для повышения эффективности работы теплообменников и для иных хозяйственных нужд.
Использование солнечного пруда для непосредственного получения тепла еще более эффективно.

Так например:
• В бальнеологии для подогрева грязевых и минеральных ванн с температурой теплоносителя 25-50 градусовС;
• Для отопления при подогреве теплоносителя или поступающего в помещение воздуха с температурой теплоноститея от 45 до 95 градусовС;
• В сельском хозяйстве при выращивании овощей и фруктов в теплицах, обогреве грунта, разведении рыб, в пищевой промышленности;
• В малой энергетике при сбраживании в биогазовых установках и при работе теплонасосных станций;
• В промышленности там, где требуется недорогое тепло. Изготовление бетонных блоков, сушка пиломатериалов, обогрев помещений, работа различного вида химических реакторов и т.д.
• На дачных участках для отопления теплиц, дома, получения горячей воды для дома и бани.
• Или, например, гелиобаня со 100% готовностью воспользоваться ею в любое время.

1 – солнечное излучение, 2– концентратор солнечного излучения, 3 – солнечный соляной пруд, 4 – парная, 5 – банное отделение, 6 – комната отдыха

Имеются соответствующие проекты и примеры исполнения.

Воздушный солнечный коллектор с аккумулятором тепла

Отопление частного дома можно организовать различными способами. Чаще всего это подключение к центральной системе теплоснабжения или установка индивидуальных отопительных приборов, которые нагревают теплоноситель путем сжигания газа, жидкого или твердого топлива. Реже владельцы небольших коттеджей для обогрева используют электрические котлы и различные типы тепловентиляторов, направляя воздушный поток в жилое помещение.

Сегодня существуют альтернативные методы отопления, например, устройства, которые превращают солнечное излучение в тепловую энергию. Солнечные коллекторы для отопления дома достаточно эффективны, полностью экологичны и не требуют особого ухода.

Почему использовать солнечное отопление выгодно

Система отопления от солнечных коллекторов имеет несколько очень значимых достоинств:

• солнечное тепло бесплатно и им можно пользоваться во всех уголках планеты, несмотря на климатические условия;
• использование энергии солнца предполагает затраты исключительно на приобретение установки, все остальное время солнечный коллектор работает полностью автономно;
• конструкция системы автономного отопления с солнечным коллектором достаточно проста, поэтому ее можно даже сделать своими руками.

Важно понимать, что самодельный коллектор и аккумулятор тепловой энергии будет иметь достаточно низкий КПД по сравнению с промышленными образцами, но все равно позволит значительно сэкономить средства на горячем водоснабжении дома.

Самый простой расчет показывает, что коллектора площадью 3 м2 достаточно не только для создания источника горячей воды в небольшом частном доме, но и для его отопления в период межсезонья. Это ощутимо снижает затраты на использование энергоресурсов, а следовательно, и ваш семейный бюджет.

Устройство гелиоустановки

Солнечные коллекторы для отопления и создания горячего водоснабжения дома состоят из следующих компонентов:

• устройство для нагрева воды или другого теплоносителя;
• аккумулятор тепловой энергии;
• контур для перемещения тепловой энергии теплоносителем.

Солнечный коллектор для обустройства отопления представляет собой систему трубок с теплоносителем, в качестве которого выступает воздух, вода, пропилен-гликоль или любая другая незамерзающая жидкость. В качестве аккумулятора тепловой энергии выступает емкость со змеевиком, по которому циркулирует поступивший из коллектора теплоноситель. Тепловой контур служит для объединения устройства нагрева воды, воздуха или антифриза с аккумулятором тепла.

Принцип работы

Солнечная энергия попадает в коллектор, где нагревает теплоноситель, который циркулирует в гелиоустановке. После нагрева он попадает в аккумулятор тепла, где происходит теплообмен между змеевиком и водой. Нагретая вода из аккумулятора поступает в систему отопления или горячего водоснабжения дома.

Циркуляция воды в гелиосистеме происходит самотеком или при помощи циркуляционного насоса (в зависимости от назначения системы и способа установки бака-аккумулятора по отношению к коллектору).

Естественное движение воды или воздуха по контуру обусловлено принципом конвекции, когда после нагрева жидкость стремится вверх от коллектора к аккумулятору тепла.

Если брать в расчет, что гелиосистема будет использоваться только для горячего водоснабжения, то кроме солнечного коллектора и аккумулятора тепла больше ничего не нужно. Если систему планируется использовать для отопления дома, то для прокачки теплоносителя через радиаторы может потребоваться насос.

Типы поглотителей тепла

Современная промышленность освоила производство нескольких типов нагревательных теплообменников для солнечных отопительных систем:

Все они работают по одному принципу, но имеют некоторые конструктивные особенности и разницу в КПД. Для правильного выбора того или иного типа гелиоустановки необходимо знание их особенностей и грамотный расчет. Рассмотрим каждый тип солнечного коллектора более подробно.

Плоский нагревательный теплообменник

Такой тип солнечного коллектора для отопления состоит из плоского, теплоизолированного с трех сторон короба, заполненного адсорбирующим тепло веществом. Внутри этого вещества находится теплообменник из тонкостенных металлических труб, по которому циркулирует вода или пропилен-гликоль.

Конструкция плоского поглотителя солнечной энергии и расчет необходимых его параметров достаточно просты, поэтому именно этот вид «нагревателя», используют для изготовления отопительной гелиосистемы своими руками.

Вакуумный теплообменник

Вакуумный поглотитель тепла состоит из стеклянных труб, внутри которых находятся трубки меньшего диаметра с адсорбентом, аккумулирующим солнечное тепло. Внутри трубок с адсорбентом проложены металлические трубочки, по которым движется теплоноситель.

Между стеклянной трубкой большого диаметра и трубкой с аккумулирующим тепло веществом создан вакуум, который препятствует утечке тепла из адсорбента в атмосферу.

КПД такой установки самый высокий среди всех типов солнечных коллекторов. Исходя из мощности устройства производят расчет его необходимой площади для нагрева теплоносителя.

Воздушный коллектор для обогрева дома

В таком устройстве в качестве теплоносителя используется воздух, циркуляция которого осуществляется как естественным способом, так и при помощи вентилятора. Как правило, воздушный коллектор используют исключительно для обогрева в период межсезонья небольших дачных построек, так как такая конструкция имеет достаточно низкий КПД. Кроме того, для нагрева воды и создания горячего водоснабжения дома эта установка не подходит, поэтому используется нашими соотечественниками крайне редко.

Несмотря на низкую эффективность воздушный поглотитель имеет два достоинства: простую конструкцию и отсутствие теплоносителя (воды), а вместе с ней и коррозии, течей, проблем с замерзанием и пр.

Создание солнечного коллектора своими руками

Для создания плоского поглотителя солнечного тепла потребуется достаточно сложный расчет необходимой площади теплообменника, объема емкости и длины контура. Самостоятельный расчет требует соответствующих знаний, опыта и исходных данных. Для упрощения задачи вам будет представлено три основных типоразмера гелиосистемы:

• объем аккумуляторного бака в 100-150 л длина трубы теплообменника 7 м, площадь коллектора 2 м2;
• объем аккумуляторного бака в 150-300 л длина трубы теплообменника 9 м, площадь коллектора 3 м2;
• объем аккумуляторного бака в 200-400 л длина трубы теплообменника 12 м, площадь коллектора 4 м2.

Инструкция по самостоятельной сборке.

Короб

Сделать его можно из фанерного или пластикового листа и деревянных реек, закрепленных по его периметру в качестве бортов.

Теплообменник

Для его изготовления необходимо сварить решетку или согнуть из металлических труб, которые и будут использоваться для нагрева теплоносителя. Готовое изделие закрепить скобами на второй лист пластика или фанеры и окрасить черной матовой краской.

Приклеить утеплитель по всей площади короба.

Сборка

Установить теплообменник в подготовленный короб. Сверху поглотителя установить стекло, предварительно промазав места его соприкосновения с коробом герметиком на основе силикона. Самодельный поглотитель солнечного тепла готов.

Изготовление аккумулятора тепла

Из медной трубы следует сделать змеевик, после чего поместить его в подготовленную емкость, предварительно проделав отверстия для входа и выхода теплоносителя. Вывести через уплотнения из аккумулятора концы теплообменника.

Утепление

Необходимо тщательно утеплить бак-аккумулятор минеральной ватой.

Для сохранности утеплительного слоя закрыть его листом оцинкованного металла, создав своеобразный «чехол».

Монтаж

Следует изготовить опорную конструкцию под аккумулятор тепла и установить рядом с ним готовый солнечный коллектор. После чего все устройства соединить тепловым контуром.

Запуск системы

Для нагрева воды и подачи ее в здание следует заполнить систему антифризом, а аккумулятор тепла водой. Через 20-30 минут вода в баке начнет нагреваться, после чего ее можно использовать для отопления помещения или других нужд.

Воздушные коллекторы в зимнее время года сокращают расход топлива (газа, электричества), на котором работает котёл до 52%. Летом модуль работает на поддержание влажностного микроклимата и кондиционирование помещений.

Как устроен воздушный коллектор

Принцип работы основан на простых физических законах. Солнечные лучи проникая в атмосферу земли практически не отдают тепла. Нагрев воздуха происходит после того как ультрафиолет попадает на твердые поверхности. Под действием солнечных лучей грунт и другие предметы нагреваются. Происходит теплообмен.

Устройство воздушных солнечных коллекторов использует описанное явление, аккумулируя тепло и направляя его в помещение. В конструкции присутствуют следующие детали:

• корпус с теплоизоляцией;
• нижний экран, абсорбер;
• радиатор с аккумулирующими ребрами;
• верхняя часть из обычного стекла или поликарбоната.

В конструкцию коллектора входят вентиляторы. Основное предназначение: нагнетание нагретого воздуха в жилые помещения. В процессе работы вентиляторов создается принудительная конвекция, за счет которой холодные воздушные массы поступают в блок коллектора.

Принцип обогрева и его эффективность

Абсорберы воздушных коллекторов делают черного цвета, для увеличения интенсивности нагрева под воздействием солнечного излучения. Температура воздуха в коллекторе достигает 70-80°С. Тепла с избытком хватает для полноценного обогрева помещений небольшой площади.

Принцип действия воздухонагревателя следующий:

• воздух закачивается с улицы в корпус коллектора принудительным способом;
• внутри блока установлены абсорберы, отражающие тепло, поднимающие температуру внутри ящика до 70-80°С;
• происходит нагрев воздуха;
• разогретые воздушные массы принудительно нагнетаются в отапливаемые помещения.

В заводских моделях обеспечение циркуляции воздуха осуществляется при помощи вентиляторов, подключенных к солнечным батареям. Как только ультрафиолетовое излучение становится достаточно интенсивным, чтобы выработать некоторое количество электроэнергии, турбины включаются. Коллекторы начинают работать на обогрев. Зимой интенсивность излучения Солнца снижается.

Дом не сможет полностью функционировать на солнечном воздушном отоплении. Воздухонагреватели используются как дополнительный источник тепла. При правильных расчетах одна установка (данные взяты из технических характеристик воздушных солнечных коллекторов Solar Fox) обеспечит следующую экономию, за отопительный сезон:

• газ до 315 м³;
• дрова до 3,9 м³.

Система солнечного воздушного обогрева компенсирует около 30% необходимого для здания тепла. Полная окупаемость достигается в течение 2-3 лет. Если учесть, что принцип работы связан с использованием установки и для кондиционирования воздуха, а в течение года вырабатывается около 4000 кВт, целесообразность использования становится еще очевиднее.

В странах ЕС широкое распространение получило конструкторское решение «солнечная стена». Конструкция заключается в следующем:

• в здании одна из стен изготавливается из аккумулирующего материала;
• перед панелью устанавливается стеклянная перегородка;
• в течение дня тепло аккумулируется, после чего отдается в помещение ночью.

Для усиления конвекции, солнечный коллектор делается не во всю стену. Вверху и внизу предусматривают раздвижные шторки.

Солнечный коллектор — водяной или воздушный

Каждый из нагревателей эффективен, отличается только основное предназначение и принцип работы:

• Водяной коллектор — применяется для обеспечения потребностей в ГВС и низкотемпературных систем теплых полов. Эффективность работы в зимний период существенно снижается. Вакуумные и панельные коллекторы косвенного нагрева, подсоединенные к буферной емкости, продолжают аккумулировать тепло в течение всего года. Главный недостаток, высокая стоимость гелиоколлектора, монтажа и обвязки.
• Воздушный вентиляционный коллектор — отличается простой конструкцией и устройством, которое при желании можно изготовить самостоятельно. Основное предназначение: обогрев помещений. Конечно, существуют схемы, позволяющие использовать полученное тепло для ГВС, но при этом эффективность воздушных коллекторов падает практически вдвое. Преимущества: низкая стоимость комплекта и установки.

Солнечные воздушные системы отопления работают только днем. Нагрев воздуха начинается даже в пасмурную погоду, при сильной облачности и во время дождя. Работа воздухонагревателей зимой не прекращается.

Как и из чего сделать воздушный коллектор

Главное достоинство солнечных воздухонагревателей, в простоте конструкции. При желании можно сделать самодельное солнечное воздушное отопление частного дома, затратив на это минимум средств.

Для начала потребуется сделать расчеты производительности, затем подобрать тип конструкции и выбрать материалы для изготовления. Корпус и абсорберы можно изготовить из подручных средств, существенно сэкономив бюджет.

Как сделать расчёты коллектора

Вычисления выполняются следующим образом:

• каждый м² от площади коллектора даст 1,5 кВт/час тепловой энергии, при условии, что будет солнечная погода;
• для полноценного обогрева помещения требуется 1 кВт тепловой энергии на 10 м².

Приблизительный расчет мощности покажет, что для отопления жилого дома на 100 м² необходимо установить коллекторы общей площадью 7-8 м².

Для обеспечения максимальной производительности надо определить сторону дома с максимальной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Практика показывает, что оптимальное место для установки — это скат кровли или южная стена здания.

Типы конструкции коллектора

В домашних условиях выполняют сборку неразборного корпуса. Это деревянный ящик с абсорбером, радиатором и верхним прозрачным экраном. При изготовлении используют подручные средства: профнастил, алюминиевые пивные банки, обычное стекло.

Материалы для изготовления коллектора

Для нагнетания воздуха в отапливаемые помещения устанавливают 2-4 вентилятора. Подойдут кулеры, снятые со старого компьютера.

Установка и подключение воздушного коллектора

Для монтажа воздухонагревателей нужно подготовить поверхность стены, сделав 4 отверстия под воздуховоды. Внутри здания гофрированные трубы разводят по комнатам, направляя в сторону пола.

Самодельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома подключаются к электросети, через трансформатор. При наличии навыков в качестве источника питания можно установить аккумулятор на солнечных батареях.

Теплоэффективность изготовленных своими руками воздухонагревателей существенно ниже, чем у заводской продукции. При отсутствии специальных навыков лучше использовать готовые модули. Как показывают реальные отзывы о коллекторах, оптимальный вариант для покупки из представленных на отечественном рынке: Solar Fox, Солнцедар и ЯSolar-Air.

Воздухонагреватели не используются в качестве основного источника тепла и выполняют исключительно вспомогательную функцию. В домах с солнечными воздушными коллекторами изначально устанавливают котел, покрывающий потребности в отоплении на 100%.

При грамотных расчетах и интенсивной эксплуатации, вложения окупятся в течение 1-2 лет. В случае самостоятельного изготовления коллектора, затраты вернутся уже в середине первого отопительного сезона.

Пошаговая инструкция изготовления воздушного коллектора

Изготовление солнечного воздухогрейного коллектора из квадратной трубы:

Из нескольких теплоаккумулирующих сред для теплоаккумуляторов воздушного типа наиболее известными и употребимыми являются камни. Хотя применение этого материала кажется сравнительно дешевым и легким решением, однако, это не всегда так. Наиболее существенным преимуществом камней является их низкая стоимость (если камней действительно много).

В зависимости от конструкции и размеров отсека для камней могут потребоваться камни размером до 100 мм. На 1 м 2 коллектора требуется 35. 180 кг камней из-за их малой теплоемкости. Огромное количество камней усложняет проблему их транспортировки и перегрузки, а также требует отсека, достаточного по размеру, чтобы вместить их. При 30% пустот объем камней, необходимый для аккумулирования того же количества тепла, что и бак с водой, должен быть в 2,5 раза больше.

Большая периметральная площадь этих отсеков-аккумуляторов влечет за собой более высокие строительные расходы и большие потери тепла. Потенциальная возможность более значительных потерь тепла из больших отсеков с камнями по сравнению с меньшими по размеру водяными баками, тем не менее, компенсируется сравнительно медленным естественным движением тепла через камни в отличие от постоянного движения воды внутри большого бака при изменении температуры (например, из-за потери тепла).

Одним из серьезных ограничений в использовании камней является недостаточность их универсальности как рабочих тел для других целей помимо аккумулирования тепла, они, например, не могут служить теплоносителем для подогрева воды, охлаждения и даже отопления жилого помещения. Один из немногих и наиболее распространенных способов приготовления горячей воды в этом случае заключается в установке небольшого (0,1. 0,4 м 3 ) неизолированного водяного бака между камнями. Теплообмен протекает медленно, но продолжается круглые сутки.

Методы солнечного охлаждения применимы тогда, когда камни удерживают прохладу для дальнейшего использования. Эту прохладу можно получить путем:

• циркуляции холодного ночного воздуха;
• воздуха, охлажденного ночной радиацией;
• воздуха, охлажденного внепиковыми холодильными компрессорами.

Воздушные теплоаккумулирующие системы ограничивают способ передачи тепла окружающему пространству.

На рис. 1 показан купольный дом, спроектированный фирмой Тотал энвайронментал экшн, в котором отсек с камнями расположен в пределах помещения. Передача тепла из отсека в помещение происходит медленно путем естественной конвекции из комнаты в нижнюю часть отсека и оттуда через верх, а при необходимости, при помощи небольших вспомогательных вентиляторов (куполообразная форма была выбрана заказчиком, а отдельно стоящий солнечный коллектор указывает на ограничения, накладываемые строительным участком).

Воздушные солнечные коллекторы (расположенные отдельно) и теплоаккумулятор с твердой засыпкой в купольном доме:
A – панели солнечного коллектора;
B – контейнер теплоаккумулятора с кирпичным или каменным щебнем;
C – подземный изолированный канал для подачи воздуха

Местоположение теплового аккумулятора с камнями может явиться серьезным ограничением в их использовании. Если теплоаккумулятор размещается в подвале здания, то расходы на сооружение отсека необязательно должны быть включены в общую стоимость системы солнечного теплоснабжения. Однако, если под тепловой аккумулятор отводится подвал, предназначенный для других целей, или жилое помещение, то стоимость сооружения такого отсека добавляется к стоимости системы. На рис. 2 показано использование контейнера-аккумулятора с засыпкой из камней в качестве архитектурного элемента здания. В доме Джорджа Лефа (Денвер, Колородо) этот способ применен довольно удачно. Однако из-за большого веса контейнеров или отсеков для камней под ними должны предусматриваться прочные фундаменты.

Засыпка, содержащаяся в вертикальном цилиндре из фиброкартона

На рис. 3 представлен разрез дома в Бостоне, выполненного по проекту фирмы Тотал энвайронментал экшн на средства фирмы АИА Рисерч корп. Американского института архитекторов. Площадка для дома представляет собой крутой северный склон холма с высокими зданиями к югу. Солнечный коллектор устанавливается как можно выше, чтобы не попасть в тень от соседних зданий. Вследствие своих больших размеров и массы теплоаккумулирующий отсек с камнями находится на нижнем этаже здания.

Разрез солнечного дома (Бостон)

В проекте предусмотрен довольно простой способ передачи тепла к отсеку и от него. На рис. 4, где показана схема солнечной системы, теплый воздух из солнечного коллектора поступает в верхнюю часть отсека. Он затягивается внутрь, выходит снизу и поступает обратно в коллектор. Для обогрева дома прохладный воздух поступает в нижнюю часть отсека и нагревается по мере подъема между камнями. Самые теплые камни наверху нагревают воздух до наибольшей степени. На рис. также показан цикл отопления на жидком топливе, в котором комнатный воздух обходит отсек с камнями. Обычно, аккумуляторный отсек не должен нагреваться отопителем, за исключением случаев, когда он располагается внутри жилого помещения.

Схема системы солнечного теплоснабжения для дома в Бостоне;
A – режим поглощения солнечной энергии. Воздух поступает через дно солнечного коллектора и выходит через верх. Нагретый воздух подается вниз, проходя через тепловой аккумулятор с камнями и нагревая его, и возвращается обратно в коллектор;
B – режим отопления помещения. Воздух засасывается из жилого помещения и поступает в нижнюю часть теплоаккумулятора. При прохождении через камни он нагревается и поступает обратно в жилое помещение;
C – режим дублирующего отопления. Отопитель, работающий на жидком топливе, нагревает воздух, поступающий из жилого помещения через приточную камеру в нижней части теплового аккумулятора. Нагретый воздух поступает в жилое помещение через верхнюю камеру теплоаккумулятора;
D – бак для приготовления горячей воды находится внутри теплоаккумулирующей среды, которая играет роль или нагревателя, или подогревателя в зависимости от уровня температуры теплоаккумулятора

Одна из важных причин того, что теплый воздух подается из солнечного коллектора в верхнюю часть отсека, заключается в стремлении обеспечить температурную стратификацию. Это дает возможность нагревать комнатный воздух до наивысшей возможной температуры при помощи самых теплых камней, находящихся в верхней части отсека. Если теплый воздух будет поступать через низ отсека, даже без перемещения внутри него, то тепло из нижней части распределится равномерно по всему отсеку, что вызовет в нем общее понижение температуры. Подача комнатного воздуха в то же место, что и теплого воздуха из коллектора, будет способствовать этому выравниванию тепла по отсеку, а не нагреву воздуха в целях отопления здания.

Форма отсека теплового аккумулятора имеет особое значение при использовании камней в качестве теплоаккумулирующей среды. Вообще, чем больше расстояние, которое воздуху требуется пройти через камни, тем больше должен быть размер камней для уменьшения перепада давления и снижения необходимой мощности вентилятора. Например, если отсек представляет собой высокий цилиндр (см. рис. 2), то требуются камни большего размера. Если высота цилиндра более 2,5 м, то размер камней должен быть по крайней мере 50 мм; для более высоких цилиндров размер камней должен быть еще больше. Для приземистых, горизонтальных отсеков, которые обычно устанавливаются в подвалах, может подойти гравий диаметром 25. 50 мм (рис. 5).

Форма отсека теплового аккумулятора:
а – вертикальный отсек;
1 – теплый воздух из солнечного коллектора; 2 – размер камней в поперечнике 50. 100 мм; 3 – холодный воздух к коллектору;
б – горизонтальный отсек;
1 – теплый воздух из солнечного коллектора; 2 – холодный воздух к коллектору; 4 – гравий в поперечнике 25. 50 мм; 5 – теплый воздух к дому; 6 холодный воздух из дома

Предлагаемые выше размеры в большей степени зависят от скорости проходящего через камни воздуха. Чем меньше скорость воздуха, тем мельче должны быть камни и тем толще их слой. По сути дела, увеличение перепада давления проходящего через камни воздушного потока прямо пропорционально увеличению скорости воздуха. Разумеется, чем меньше камни в поперечнике, тем больше суммарная площадь поверхности камней, которая получает тепло от воздуха. Вообще, камни или булыжники должны быть достаточно большими, чтобы поддерживать низкий перепад давления при достаточно хорошем теплообмене.

В теплоаккумулирующих системах воздушного типа можно также использовать небольшие контейнеры для воды, которые можно разместить на стеллажах, полках или каким-либо другим способом, чтобы дать воздуху возможность беспрепятственно обтекать их. Такими контейнерами могут являться пластмассовые, стеклянные, алюминиевые емкости, бутыли, банки. Проблема укладки или размещения контейнеров решается разными путями, но, пожалуй, наиболее успешным является установка их на поддоны с последующим продуванием воздуха по горизонтали между поддонами (рис. 6).

Отсек теплового аккумулятора для воздушных систем, в которых применяются небольшие контейнеры с водой:
1 – поступление воздушного потока; 2 – контейнеры с водой; 3 – полки; 4 – выход воздушного потока; 5 – отсек аккумулятора

Можно разместить небольшие контейнеры между балками перекрытий (пустоты здесь выступают в качестве воздушных коробов) или использовать вертикальные пустоты теплоаккумулятора, служащие перегородками между помещениями или элементами наружнымх стен. И опять, при размещении теплоаккумулятора внутри отапливаемого помещения все потери тепла из него поступают в здание. На рис. 7 показан разрез дома, спроектированного фирмой «Тотал энвайронментал экшн» (Миннеаполис, Массачусетс). В этом проекте воздух, циркулируя в замкнутом контуре, проходит вверх через вертикальный, обращенный на юг солнечный коллектор, а затем опускается вниз через вертикальный объем, заполненный небольшими контейнерами с водой.

Вертикальные воздушные солнечные коллекторы и водяной теплоаккумулятор контейнерного типа в Джиллис-хаус:
1 – отсек; 2 – солнечный коллектор

Стену такой конструкции нелегко приспособить для камней, и в этом заключается одно из главных преимуществ контейнеров с водой. Другое преимущество в том, что для воды требуется меньший объем пространства, для аккумуляции того же количества тепла, что и камни. Утечка воды вряд ли вызовет проблемы, поскольку в одном месте протечки потеря воды составит не более нескольких литров.

Проект солнечного дома для Миннеаполиса:
1 – комната отдыха; 2 – общая комната; 3 – спальня; 4 – тепловой аккумулятор; 5 – солнечный коллектор для приготовления горячей воды; 6 – солнечный коллектор; 7 – столовая; 8 – гараж

По контракту с АИА Рисерч корп. фирма Тотал энвайронментал экшн использовала саму конструкцию дома для аккумулирования тепла. Система, показанная на рис. 8, разработана для Миннеаполиса.

Гравий в качестве аккумулятора солнечного тепла . / ППУ XXI ВЕК – Напыление ППУ

Обычно в качестве аккумулятора солнечного тепла используют воду. Однако теплоаккумулирующими материалами могут служить гравий, щебень, кирпич, бетон и другие материалы. Обычно гравий в качестве теплоаккумулятора используют в солнечных отопительных системах с воздушными солнечными коллекторами.

Такие теплоаккумуляторы широко применяются в США в системах, в которых комбинируют несколько методов аккумулирования тепла. 

Для аккумулирования одинакового количества теплоты гравий потребует в 2,5 раза большего объема, поэтому основным недостатком гравийного теплоаккумулятора являются лишь его большие размеры, а достоинством — возможность размещения непосредственно под полом помещения.

Если рационально использовать подпольное пространство, то можно найти достаточно места для размещения гравийного теплоаккумулятора и обеспечить эффективный обогрев помещения через пол. В этом случае может возникать значительное сопротивление воздушному потоку, поэтому необходимо в каждом конкретном случае использовать какое-либо устройство, обеспечивающее равномерную циркуляцию воздуха.

Рис. 1. Общий вид гравийного теплоаккумулятора:

1 – крышка; 2 – бункер; 3 – бетонный блок; 3 – теплоизоляция; 4 – сетка; 5 - гравий (галька).

Обычно сопротивление воздушному потоку в гравийном теплоаккумуляторе определяется расчетным путем. Чтобы в солнечном доме, имеющем под полом слой гравия толщиной 30 см, аккумулировать 200 МДж тепла и удерживать это тепло при температуре 20°C. необходима площадь пола не более 20 м².

Этого тепла будет достаточно для отопления помещений 1-го этажа: гостиной, столовой и спальни. Диаметр используемых частиц гравия (гальки) обычно 4…8 см.

Если бы удалось подобрать частицы гравия одного диаметра, то независимо от их размера получаемый тепловой эффект был бы на 50% больше и не было бы помех при циркуляции воздуха. Нельзя смешивать мелкий и крупный гравий.

Гравийные аккумуляторы могут использоваться и летом в системе кондиционирования. Однако при этом существует опасность заиндевения гравия. Если к расположенному под полом гравийному теплоаккумулятору подвести систему труб с циркулирующей водой и устроить простейший бак-накопитель горячей воды, то зимой, когда наблюдается максимальное потребление горячей воды, эта система может служить для предварительного подогрева воды в системе солнечного горячего водоснабжения.

Монтаж таких устройств позволяет повысить суммарный коэффициент использования солнечного излучения в системах солнечного горячего водоснабжения и сократить размеры солнечного теплоаккумуляторов.

Аккумулятор тепла для вакуумных трубок

Аккумулятор тепла для вакуумных трубок – обеспечивает работу солнечного коллектора при отсутствии солнца !

Во всех гелиосистемах главным элементом, в котором солнечная энергия преобразуется в тепловую, являются вакуумные трубки.

Вакуумная трубка представляет из себя аналог колбы термоса (базовый наружный диаметр 58 мм, длина 1800 мм) – две спаянные наверху стеклянные трубки из боросиликатного стекла. Между ними вакуум для обеспечения теплоизоляции. Внешняя стеклянная трубка прозрачная. Наружная поверхность внутренней трубки покрыта специальным селективным многослойным покрытием, которое поглощает солнечное излучение, в результате этого нагревается и отдает тепло находящейся в трубке воде (простейшие безнапорные водонагреватели или коллектора) или установленной внутри медной тепловой трубке (трубки, изготовленные по технологии Heat Pipe). 

Трубки, изготовленные по технологии Heat Pipe, составляют основу напорных солнечных коллекторов круглогодичной эксплуатации. ( Фотографии 1,2,3)

(1) 

(2)

(3)

Внутри обычной, описанной выше, стеклянной трубки зафиксирована медная тепловая трубка с помощью теплопередающих алюминиевых лепестков.

(Фото 4)

Лепестки могут быть разной формы, но смысл их в восприятии тепла с нагретой поверхности внутренней трубки и передаче его медной тепловой трубке. Внутри медной тепловой трубки находится легкокипящая жидкость. При ее нагреве она испаряется и поднимается вверх в конденсатор (расширенная часть тепловой трубки). Конденсатор омывает теплоноситель. Он «снимает» с него тепло, охлаждая тем самым легкокипящую жидкость. Происходит ее конденсация и переход из парообразного состояния в жидкое. Жидкость стекает вниз внутри трубки и процесс повторяется. Схема показана на рисунке ниже. 

(Рисунок 5)

Коллектор в разрезе

(6)

(7)

Главным минусом работы подобной трубки, как и всех других гелиосистем, заключается в том, что при отсутствии солнца (тучи на небе, тень, ночь, снегопад) система перестает накапливать энергию. Это накладывает определенные ограничения на эксплуатацию гелиосистем. Например, истратив вечером всю полученную за солнечный день энергию (энергия накапливается в виде горячей воды в баках-аккумуляторах) мы лишаем себя бесплатной горячей воды в ночные и утренние часы до тех пор, пока вновь взошедшее солнце не обеспечит нас новой порцией энергии.
Принимая во внимание тот факт, что внутренняя полость трубки полая (см. фото 4,5,6), нашими специалистами предложено заполнить это пространство теплоаккумулирующим веществом. Задача этого вещества накапливать в своей массе тепло в то время, когда трубка находится в рабочем состоянии – освещена солнцем. Количество накапливаемой энергии определяется массой теплоаккумулирующего вещества, умноженной на его удельную теплоемкость и на разницу температуры нагрева вещества. После прекращения освещения трубки солнечным светом и, соответственно, прекращении поступления энергии извне, накопленная в теплоаккумулирующем веществе энергия будет передаваться через тепловую медную трубку теплоносителю, обеспечивая, тем самым, продолжение процесса работы всей системы. Схема трубки с теплоаккумулирующим веществом приведена на рисунке 8.

(Рис 8)

«Изюминкой» подхода наших специалистов был отказ от изготовления «капсулированного» теплоаккумулятора, т.е. от размещения теплоаккумулирующего вещества в оболочке. Это сразу резко снизило стоимость изделия. Материал был подобран таким образом, чтобы в обычной обстановке от -50 до +40 градусов он оставался твердым. Это обеспечивает отличные логистические, монтажные, торговые свойства аккумулятора. При размещении же аккумулятора в свободном внутреннем пространстве трубки и начале ее работы (освещении солнцем) материал расплавляется и занимает все свободное пространство без зазоров. Описываемая технология применима не только для вновь устанавливаемых солнечных коллекторов. Огромным «плюсом» данной разработки является уникальная возможность дооснастить (а значит и резко поднять энергоотдачу) уже установленные вакуумные коллектора без внесения каких либо изменений в смонтированное оборудование. Для этого достаточно только вытащить из манифолда солнечного коллектора трубку, установить внутри нее определенное количество теплоаккумулирующих зарядов (фото 9,10) и вернуть трубку на место. Несколько минут и энергоотдача конструкции вашей вакуумной трубки и солнечного коллектора «в целом» выросла до 50%. Описанная разработка получила защиту в Федеральной службе по интеллектуальной собственности (Роспатент), выдавшей на нее патент №171104.

(Фото 9)

 (Фото 10)

В ходе отработки идеи на протяжении 4-х лет ведутся испытания различных по составу и конструкции теплоаккумуляторов. В ходе испытаний фиксируется температура на конденсаторе тепловой трубки. В ходе каждого цикла сравнительных испытаний регистратор температуры одновременно, при одних и тех же погодных условиях, записывает показания температуры на «заводской» трубке (без теплоаккумулятора) и на конденсаторе трубки, оснащенной теплоаккумуляторами. По данным показаниям строится график температуры по времени и измеряется площадь под графиком температуры, которая пропорциональна энергетическим возможностям трубки. Чем больше площадь под кривой, тем выше энергоотдача трубки. В качестве примера на рисунке 11 приведены данные по испытаниям, проведенным с 29 апреля по 02 мая 2016 года.

(Рисунок 11)

Где : по оси Y – температура на конденсаторе тепловой трубки
по оси X – время суток.
На рисунке 12 приведен график температуры на конденсаторе тепловой трубки с 05-00 утра 01 мая до 05-00 утра 02 мая 2016 года (ровно сутки).

(Рисунок 12)

Какие некоторые укрупненные предварительные выводы можно сделать из продемонстрированных графиков:

1. Площадь под красной кривой (трубка с установленным аккумулятором тепла) на 40% больше площади по синей кривой («заводская» трубка), что говорит о росте энергетических возможностей трубки с аккумулятором на 40%.
2. «Пилообразность» синей кривой («заводская» трубка) говорит о сильной зависимости температуры на конденсаторе трубки от наличия/отсутствия солнца. При заходе солнца за тучи происходит падение температуры. Наличие установленного аккумулятора тепла «сглаживает» эти явления и не допускает «провалов» температуры.
3. Вечерний заход солнца приводит к резкому падению температуры на конденсаторе «заводской» трубки и остановке ее работы. В то время как наличие аккумулятора тепла позволяет поддерживать активность (рабочее состояние) трубки не только в вечернее время, но даже в ночные часы. Это обеспечивает работу солнечного коллектора даже при отсутствии солнца.
4. «Заводская» трубка быстрее выходит на рабочий режим работы. Трубка с установленным аккумулятором делает это медленнее (за счет потребления части тепла аккумулятором). В настоящий момент нашими инженерами найден путь устранения этого недостатка. Проводятся экспериментальные работы по отработке идеи и подтверждению ее результатами практических испытаний.
Таким образом наглядно продемонстрирован и подтвержден качественный скачок в повышении эффективности работы вакуумных коллекторов за счет применения разработанной нашими специалистами технологии оснащения вакуумных трубок теплоаккумулирующим материалом.

ДАЛЕЕ (Часть 2)

Воздушный теплоаккумулятор | | Mensh.ru

Теплоаккумулятор воздушного типа в качестве теплоаккумулирующей среды содержит камни. Наиболее существенным преимуществом камней является их низкая стоимость.

В зависимости от конструкции и размеров отсека для камней могут потребоваться камни размером до 100 мм. На 1 м² солнечного коллектора требуется 35…180 кг камней из-за их малой теплоемкости. Огромное количество камней усложняет проблему их транспортировки и перегрузки, а также требует отсека, достаточного по размеру, чтобы вместить их. При 30% пустот объем камней, необходимый для аккумулирования того же количества тепла, что и бак с водой, должен быть в 2,5 раза больше.

Большая периметральная площадь этих отсеков-аккумуляторов влечет за собой более высокие строительные расходы и большие потери тепла. Потенциальная возможность более значительных потерь тепла из больших отсеков с камнями по сравнению с меньшими по размеру водяными баками, тем не менее, компенсируется сравнительно медленным естественным движением тепла через камни в отличие от постоянного движения воды внутри большого бака при изменении температуры (например, из-за потери тепла).

Одним из серьезных ограничений в использовании камней является недостаточность их универсальности как рабочих тел для других целей помимо аккумулирования тепла, они, например, не могут служить теплоносителем для подогрева воды, охлаждения и даже отопления жилого помещения. Один из немногих и наиболее распространенных способов приготовления горячей воды в этом случае заключается в установке небольшого (0,1…0,4 м³) неизолированного водяного бака между камнями. Теплообмен протекает медленно, но продолжается круглые сутки.

Методы солнечного охлаждения применимы тогда, когда камни удерживают прохладу для дальнейшего использования. Эту прохладу можно получить путем:

• циркуляции холодного ночного воздуха;
• воздуха, охлажденного ночной радиацией;
• воздуха, охлажденного внепиковыми холодильными компрессорами.

Воздушные теплоаккумуляторы ограничивают способ передачи тепла окружающему пространству.

На рис. 1 показан купольный дом, спроектированный фирмой Тотал энвайронментал экшн, в котором теплоаккумуляторный отсек с камнями расположен в пределах помещения. Передача тепла из отсека в помещение происходит медленно путем естественной конвекции из комнаты в нижнюю часть отсека и оттуда через верх, а при необходимости, при помощи небольших вспомогательных вентиляторов (куполообразная форма была выбрана заказчиком, а отдельно стоящий солнечный коллектор указывает на ограничения, накладываемые строительным участком).

Воздушные солнечные коллекторы (расположенные отдельно) и теплоаккумулятор с твердой засыпкой в купольном доме:
A – панели солнечного коллектора;
B – контейнер теплоаккумулятора с кирпичным или каменным щебнем;
C – подземный изолированный канал для подачи воздуха

Местоположение теплового аккумулятора с камнями может явиться серьезным ограничением в их использовании. Если теплоаккумулятор размещается в подвале здания, то расходы на сооружение отсека необязательно должны быть включены в общую стоимость системы солнечного теплоснабжения. Однако, если под теплоаккумулятор отводится подвал, предназначенный для других целей, или жилое помещение, то стоимость сооружения такого отсека добавляется к стоимости системы. На рис. 2 показано использование контейнера-аккумулятора с засыпкой из камней в качестве архитектурного элемента здания. В доме Джорджа Лефа (Денвер, Колородо) этот способ применен довольно удачно. Однако из-за большого веса контейнеров или отсеков для камней под ними должны предусматриваться прочные фундаменты.

Засыпка, содержащаяся в вертикальном цилиндре из фиброкартона

На рис. 3 представлен разрез дома в Бостоне, выполненного по проекту фирмы Тотал энвайронментал экшн на средства фирмы АИА Рисерч корп. Американского института архитекторов. Площадка для дома представляет собой крутой северный склон холма с высокими зданиями к югу. Солнечный коллектор устанавливается как можно выше, чтобы не попасть в тень от соседних зданий. Вследствие своих больших размеров и массы теплоаккумулирующий отсек с камнями находится на нижнем этаже здания.

Разрез солнечного дома (Бостон)

В проекте предусмотрен довольно простой способ передачи тепла к отсеку и от него. На рис. 4, где показана схема солнечной системы, теплый воздух из солнечного коллектора поступает в верхнюю часть отсека. Он затягивается внутрь, выходит снизу и поступает обратно в коллектор. Для обогрева дома прохладный воздух поступает в нижнюю часть отсека и нагревается по мере подъема между камнями. Самые теплые камни наверху нагревают воздух до наибольшей степени. На рис. также показан цикл отопления на жидком топливе, в котором комнатный воздух обходит отсек с камнями. Обычно, аккумуляторный отсек не должен нагреваться отопителем, за исключением случаев, когда он располагается внутри жилого помещения.

Схема системы солнечного теплоснабжения для дома в Бостоне;
A – режим поглощения солнечной энергии. Воздух поступает через дно солнечного коллектора и выходит через верх. Нагретый воздух подается вниз, проходя через теплоаккумулятор с камнями и нагревая его, и возвращается обратно в коллектор;
B – режим отопления помещения. Воздух засасывается из жилого помещения и поступает в нижнюю часть теплоаккумулятора. При прохождении через камни он нагревается и поступает обратно в жилое помещение;
C – режим дублирующего отопления. Отопитель, работающий на жидком топливе, нагревает воздух, поступающий из жилого помещения через приточную камеру в нижней части теплового аккумулятора. Нагретый воздух поступает в жилое помещение через верхнюю камеру теплоаккумулятора;
D – бак для приготовления горячей воды находится внутри теплоаккумулирующей среды, которая играет роль или нагревателя, или подогревателя в зависимости от уровня температуры теплоаккумулятора

Одна из важных причин того, что теплый воздух подается из солнечного коллектора в верхнюю часть отсека, заключается в стремлении обеспечить температурную стратификацию. Это дает возможность нагревать комнатный воздух до наивысшей возможной температуры при помощи самых теплых камней, находящихся в верхней части отсека. Если теплый воздух будет поступать через низ отсека, даже без перемещения внутри него, то тепло из нижней части распределится равномерно по всему отсеку, что вызовет в нем общее понижение температуры. Подача комнатного воздуха в то же место, что и теплого воздуха из коллектора, будет способствовать этому выравниванию тепла по отсеку, а не нагреву воздуха в целях отопления здания.

Форма отсека теплового аккумулятора имеет особое значение при использовании камней в качестве теплоаккумулирующей среды. Вообще, чем больше расстояние, которое воздуху требуется пройти через камни, тем больше должен быть размер камней для уменьшения перепада давления и снижения необходимой мощности вентилятора. Например, если отсек представляет собой высокий цилиндр (см. рис. 2), то требуются камни большего размера. Если высота цилиндра более 2,5 м, то размер камней должен быть по крайней мере 50 мм; для более высоких цилиндров размер камней должен быть еще больше. Для приземистых, горизонтальных отсеков, которые обычно устанавливаются в подвалах, может подойти гравий диаметром 25…50 мм (рис. 5).

Форма отсека теплоаккумулятора:
а – вертикальный отсек;
1 – теплый воздух из солнечного коллектора; 2 – размер камней в поперечнике 50…100 мм; 3 – холодный воздух к коллектору;
б – горизонтальный отсек;
1 – теплый воздух из солнечного коллектора; 2 – холодный воздух к коллектору; 4 – гравий в поперечнике 25…50 мм; 5 – теплый воздух к дому; 6 холодный воздух из дома

Предлагаемые выше размеры в большей степени зависят от скорости проходящего через камни воздуха. Чем меньше скорость воздуха, тем мельче должны быть камни и тем толще их слой. По сути дела, увеличение перепада давления проходящего через камни воздушного потока прямо пропорционально увеличению скорости воздуха. Разумеется, чем меньше камни в поперечнике, тем больше суммарная площадь поверхности камней, которая получает тепло от воздуха. Вообще, камни или булыжники должны быть достаточно большими, чтобы поддерживать низкий перепад давления при достаточно хорошем теплообмене.

В теплоаккумулирующих системах воздушного типа можно также использовать небольшие контейнеры для воды, которые можно разместить на стеллажах, полках или каким-либо другим способом, чтобы дать воздуху возможность беспрепятственно обтекать их. Такими контейнерами могут являться пластмассовые, стеклянные, алюминиевые емкости, бутыли, банки. Проблема укладки или размещения контейнеров решается разными путями, но, пожалуй, наиболее успешным является установка их на поддоны с последующим продуванием воздуха по горизонтали между поддонами (рис. 6).

Отсек теплового аккумулятора для воздушных систем, в которых применяются небольшие контейнеры с водой:
1 – поступление воздушного потока; 2 – контейнеры с водой; 3 – полки; 4 – выход воздушного потока; 5 – отсек теплоаккумулятора

Можно разместить небольшие контейнеры между балками перекрытий (пустоты здесь выступают в качестве воздушных коробов) или использовать вертикальные пустоты теплоаккумулятора, служащие перегородками между помещениями или элементами наружнымх стен. И опять, при размещении теплоаккумулятора внутри отапливаемого помещения все потери тепла из него поступают в здание. На рис. 7 показан разрез дома, спроектированного фирмой «Тотал энвайронментал экшн» (Миннеаполис, Массачусетс). В этом проекте воздух, циркулируя в замкнутом контуре, проходит вверх через вертикальный, обращенный на юг солнечный коллектор, а затем опускается вниз через вертикальный объем, заполненный небольшими контейнерами с водой.

Вертикальные воздушные солнечные коллекторы и водяной теплоаккумулятор контейнерного типа в Джиллис-хаус:
1 – отсек; 2 – солнечный коллектор

Стену такой конструкции нелегко приспособить для камней, и в этом заключается одно из главных преимуществ контейнеров с водой. Другое преимущество в том, что для воды требуется меньший объем пространства, для аккумуляции того же количества тепла, что и камни. Утечка воды вряд ли вызовет проблемы, поскольку в одном месте протечки потеря воды составит не более нескольких литров.

Проект солнечного дома для Миннеаполиса:
1 – комната отдыха; 2 – общая комната; 3 – спальня; 4 – тепловой аккумулятор; 5 – солнечный коллектор для приготовления горячей воды; 6 – солнечный коллектор; 7 – столовая; 8 – гараж

По контракту с АИА Рисерч корп. фирма Тотал энвайронментал экшн использовала саму конструкцию дома для аккумулирования тепла. Система, показанная на рис. 8, разработана для Миннеаполиса.

Расчет и устройство теплоаккумулятора солнечного коллектора. Солнечный обогрев дома.

Теплоаккумулятор призван накопить излишнее тепло, выработанное солнечным коллектором, и равномерно распределить его в течении суток или даже нескольких дней. Делать солнечный коллектор без какого либо теплового аккумулятора нет большого смысла (разве что в расчете на тепловую инерционность дома). Но по логике, следует делать такой комплекс из теплового аккумулятора и солнечного коллектора, который бы обеспечивал бы дом теплом хотя бы одну ночь (после солнечного дня или хотя бы нескольких солнечных часов). А лучше — в течении нескольких дней после хотя бы одного солнечного дня.

Вместе с тем, не стоит наивно надеяться только на солнечный обогрев в условиях средней полосы России. Достаточно продолжительный пасмурный период с октября по февраль , короткий световой день и маленький угол наклона Солнца делают солнечный обогрев в этот период весьма проблематичным. Поэтому солнечный обогрев следует воспринимать как способ экономии расходов на отопление, а не полную альтернативу традиционному отоплению.

Теплоаккумулятор должен представлять из себя достаточно теплоемкое устройство, способное быстро аккумулировать тепловую энергию, достаточно долго его хранить и отдавать по требованию. Его теплоемкость должна соответствовать как мощности солнечного коллектора, так задачам, стоящим перед теплоаккумулятором. Вообще говоря, на Руси пользовались теплоаккумулятором издревле. Все известна т.н. «русская печь». Это несколько тонн кирпича и достаточно большая камера для горения дров. Будучи интенсивно протоплена в течении нескольких часов, такая печь хранила тепло несколько суток! Чем вам не теплоаккумулятор?

Конструкция теплоаккумулятора определяется физикой процесса. Из солнечного коллектора поступает воздух с температурой 40-60 градусов. Этим воздухом обдувается рабочее тело теплоаккумулятора. Оно нагревается и когда надо, через него начинают продувать воздух, который затем направляют на обогрев помещений.

Давайте рассчитаем, сколько тепла сможет выработать солнечный коллектор (его условный квадратный метр) и какой теплоаккумулятор должен ему соответствовать. Допустим, солнечный коллектор эффективно освещается солнцем 6 часов. За это время на него падает примерно 5 Квт тепловой энергии. Это эквивалентно 18 Мдж. Посмотрим, как нам лучше запасти эту энергию (КПД мы пока не учитываем).

В подавляющем большинстве случаев авторы всевозможных проектов рекомендуют использовать каменно-гравийные теплоаккумуляторы. Это достаточно разумно. Материал вечный, никаким воздействиям не подвержен. Ничего не боится. Но теплоемкость камня = 0,8 Кдж/кг*град. Что бы запасти всю энергию солнечного коллектора, нам потребуется примерно 750 кг. Камней (при условии, что исходная температура камней была 20 градусов.)

750 кг. это не много, где-то 0,3-0,4 кубометра. Но запасенного тепла нам хватит на отопление всего 2-х квадратных метров площади (из расчета 100 ватт/метр) .

5000 Ватт / 24 часа / 100 ватт = 2,08 метра. (и это без учета КПД и всевозможных потерь).

А что бы запасти тепла на сутки для дома в 100 кв. метров, нам потребуется соответственно в 50 раз больший солнечный коллектор и в 50 раз больший теплоаккумулятор. Т.е. солнечный коллектор в 50 кв. метров и аккумулятор на 37,5 тонн ! (Реально — тонн 50). Такой теплоаккумулятор будет занимать объем уже в 20-25 кубометров. И это всего лишь ради отопления на 1 сутки!

Если солнечная погода стоит несколько дней подряд, можно было бы запасти тепла по больше, но второй закон термодинамики гласит, тепло не передается от более холодного тела к более теплому в обычных условиях. Т.е. как только теплоаккумулятор нагреется до температуры обдувающего его воздуха, он перестанет поглощать и накапливать тепло. Сделать теплоаккумулятор более теплоемким можно либо дальнейшим его наращиванием по объему, либо применением более теплоемких материалов.

Самым теплоемким (и бесплатным) материалом является вода. Ее теплоемкость ~ 4.2 Кж/кг*град. Это в 5,25 раз больше, чем у камня. Т.е. для того условного метра солнечного коллектора нам потребуется не 750 кг камня, а примерно 150 литров воды. (для суточного аккумулятора и 50 метрового солнечного коллектора соответственно ок. 7,5 тонн воды. ).

Но если организовать теплообмен между воздухом и камнями проще простого (проложил воздуховод и завалил его камнями, воздух будет проходить в щели между камнями и обмениваться с ним теплом). То сделать теплообменник вода / воздух гораздо сложнее. Однако тут есть весьма интересное и остроумное решение — создать искусственные камни с теплоемкостью воды! Как? Да разлить воду по пластиковым ПЭТ бутылкам и канистрам! Многочисленные зазоры между ними будут тем самым теплообменником вода/воздух.

Конечно, бутылок и канистр потребуется весьма много для нескольких десятков тонн воды, но зато не потребуется делать никакого теплообменника.

Разумеется, человек, задумавший устроить у себя солнечное отопление из коллектора и теплоаккумулятора, скорее всего будет исходить не из того, что надо или хочется, а из того, что он может себе позволить сделать. Если есть крыша определенного размера, из которой можно сделать солнечный коллектор, то вряд ли он будет делать солнечный коллектор специально (большего размера или в стороне от дома). То же и с теплоаккумулятором. Это ведь не бочка с водой для садового душа. Тут счет идет на кубометры. И устроить теплоаккумулятор с бухты – барахты вряд ли удастся. Место для него надо заранее резервировать на стадии проектирования дома. Чем я собственно и занимаюсь…

Итак, в моем случае , согласно проекта под теплоаккумулятор выделяется примерно 60-65 кубометров подвала. Тут можно будет разместить около 50 тонн воды (в канистрах по 10-20 литров и т.п.) В теплооборот будут так же включены примерно 30 куб. метров бетона (ок. 50 тонн) составляющих стены подвала теплоаккумулятора (их планируется утеплить с другой стороны для уменьшения теплопотерь аккумулятора).

Таким образом максимальная теплоемкость моего теплоаккумулятора (для перепада температур в 40 градусов составит 50.000 кг * 4,2 КДж * 40 + 50.000 кг * 0,8 КДж * 40 = 10.000 Мдж (10 ГДж). Это эквивалентно сжиганию примерно 600-1000 кг отборных дров (1,5-2 кубометра). Больше этого количества тепла я не смогу запасти даже теоретически. Если учесть что отопления потребуется порядка 100 ватт/час/кв.м , (0,36 Мдж), то я смогу этим теплом обогреть 27000 кв.м/час. (т.е. либо 100 кв.метров в течении 270 часов, либо 200 кв. метров в течении 135 часов, либо 25 метров в течении 1000 часов и т.д.). Разумеется это зависит от конструкции дома и организации теплоаккумулятора и системы воздушного отопления.

Теперь давайте рассчитаем, за какое время мой солнечный коллектор сможет нагреть этот теплоаккумулятор. Солнечный коллектор теоретически может иметь площадь до 100 кв. метров. Допустим, с каждого метра я смогу снимать по 500 Ватт энергии в час. (это примерно 1,8 МДж/час. Соответственно со всего коллектора 180 Мдж/час. Что бы зарядить весь теплоаккумулятор «по самую крышку» соответственно потребуется 10000 / 180 = 55-60 солнечных часов. В реальности — гораздо больше, т.к. у теплоаккумулятора есть и теплопотери. Возможно, в реальности он никогда и не зарядится на полную силу.

Получить 60 солнечных часов подряд , как понимаете, совершенно невозможно. Максимальное время, в течении которого солнечный коллектор – крыша будет работать – это 5-6 часов в лучшем случае. Крыша ориентирована на юг и утром и вечером ждать от нее эффективной работы не стоит. Но за 5-6 часов она способна выдать около 1000 МДж тепла (т.е. зарядить теплоаккумулятор на 1/10 его емкости). Правда есть небольшой резерв в виде пристроенного к дому зимнего сада. Площадь его крыши примерно 50 кв. метров, возможно с него тоже можно будет получать определенное количество тепла.

Напрашивается вывод: Необходимо разделить теплоаккумулятор на несколько «банок» — отделов. Тогда можно будет управлять им по значительно более гибкому алгоритму. Если солнечный день — случайность, и их всего 1-2, то в течении его и зарядить 1-2 «банки» (например 20%) аккумулятора. Зато практически полностью. Если же установилась хорошая погода надолго, то последовательно заряжать все остальные банки теплоаккумулятора. Так же следует и расходовать тепловую энергию, по очереди «разряжая» отделы аккумулятора.

Для такой организации «банки» должны быть серьезно теплоизолированы друг от друга, но иметь возможность объединятся. Гибкая система управления позволит наиболее полно использовать потенциал солнечного отопления.

Другой вывод, который можно сделать из вышеприведенных расчетов: При правильной организации солнечного коллектора и теплоаккумуляторы 1 условный квадратный метр солнечного коллектора за один свой «рабочий час» (когда он освещен солнцем) вырабатывает тепловую энергию в количестве достаточном для отопления с коэффициентом 5-8 . (Для условной величины расходов на отопление 100 Ватт/кв.метр). Чем лучше утеплен дом, более качественно устроен тепловой коллектор, теплоаккумулятор и коммуникации, тем выше будет этот коэффициент.

Можно даже вывести простую формулу некоего теплового баланса.

Кк * Sск * Тсолн. = Sот * Тоб, где

Кк — коэффициент конверсии тепла, 5…8 (не более 8 принципиально при КПД 100%)

Sск — площадь солнечного коллектора (кв.м)

Тсолн — время эффективного освещения коллектора солнцем. (часы)

Soт — обогреваемая площадь помещения. КВ м.

Тоб — время обогрева помещения (час.)

Исходя из своих возможностей или потребностей и располагая определенными исходными данными, можно рассчитать все остальные параметры солнечного обогрева.

Например, у вас есть возможность сделать солнечный коллектор площадью 10 кв. м, который будет освещен в течении 5 часов. Получим 5..6 * 10 * 5 = 250…300. Соответственно, мы сможем отапливать 25 кв.м. в течении 10-12 часов. Или 10 кв. м в течении суток.

Очевидно, что имея небольшой солнечный коллектор, нет смысла закладывается на отопление всего дома. Лучше качественно обогревать 1 помещение . Это уже даст существенное экономию топлива или электроэнергии. Но приведенные расчеты доказывают, что организовывать солнечный обогрев в средней полосе ЕЧ России как основной — достаточно проблематично. А вот использовать его как вспомогательный — весьма перспективно.

Посудите сами. В конце ранней осени, после бабьего лета, после теплых ясных дней, теплоаккумулятор большой емкости будет заряжен практически полностью. Это обеспечит очень существенную экономию топлива в период практически до конца ноября. В декабре и январе солнечный обогрев работать не будет, а начиная примерно с середины февраля солнечные дни уже не редкость и солнечный обогрев вновь начнет набирать обороты. C середины марта солнечный обогрев может сделать уже ненужным использование традиционного топлива. Таким образом, мы сокращаем отопительный сезон всего до 2-3 месяцев, вместо 6-7! Экономия топлива минимум 50% . Учитывая практически вертикальный рост цен на энергоносители окупаемость затрат на создание солнечного обогрева составит максимум несколько лет.

Константин Тимошенко

Проект загородного сельского дома с отоплением от солнечного коллектора

Вырезка из журнала «Наука и Жизнь», кажется №12 за 1985 год.

Арх. А.Семенов.

СОЛНЕЧНЫЙ ДОМ

Возможность использования солнечной энергии для экономии топлива при обогреве характеризуют следующие цифры. Среднее за год значение суммарной солнечной радиации поступающей в сутки на 20 м2 горизонтальной поверхности составляет примерно 50-60 квт. Это соответствует затратам энергии на отопление дома площадью 60 кв.м.

Еще в 1982 году был осуществлен проектный эксперимент, в котором рассматривалась возможность сочетания гелиосистемы отопления с небольшим сезонно обитаемым жилым домом (дачей). Эскизный проект такого дома и представлен на рисунках.

В части расположения солнечного коллектора на доме предпочтения отдается вертикальному варианту. Он много проще в строительстве и дальнейшем обслуживании. По сравнению с наклонным коллектором (например, расположенным на крыше) не требуется уплотнения от воды, отпадает проблема снеговой нагрузки, с вертикальных стен проще смыть пыль и т.д. Плоский вертикальный коллектор помимо прямой солнечной радиации будет воспринимать и рассеянную, отраженную от земли или снега энергию в условиях пасмурной погоды и при легкой облачности.

В предыдущей статье я уже рассуждал на тему расположения коллектора. Зимой вообще то нет разницы, где расположен коллектор, т.к. продолжительность дня невелика (6-8 часов) да и погода по большей части пасмурная. А в тот период, когда солнце светит, вертикальный коллектор откровенно проигрывает наклонному. Т.к. солнцу быстро увеличивает угол наклона и вертикальный коллектор быстро теряет свою эффективность. Солнечный коллектор должен находиться в плоскости максимально перпендикулярной плоскости движения Солнца максимально большее время. Вертикальный коллектор никогда не находится в такой ситуации.

Коллектор не создает высокопотенциальной теплоты, как это делает концентрирующий коллектор, но для конвекционного отопления этого и не требуется, здесь достаточно иметь низкопотенциальную теплоту. По проекту солнечный коллектор располагается на фасаде ориентированном на юг (допустимо отклонение до 30 град на восток или на запад). Его площадь составляет 21 кв. метр.

Коллектор такой площади может отдать пиковую мощность до 15-20 квт*час. Это не так уж и много, как хорошая печь. Этого явно не достаточно для отопления и тем более накопления тела даже на ночь. Надо использовать практически всю доступную площадь дома для накопления тепловой энергии.

Так например на рисунке изображен режим вентиляции теплицы. Но ведь теплица так же является тепловым коллектором. Почему бы не сбрасывать излишек тепла в тепловой аккумулятор?

Следует напомнить, что статья написана в 1985-м году. Сейчас логичнее всего использовать сотовый поликарбонат. Он имеет два слоя, что уменьшает теплопотери, не очень хрупок и выдерживает значительные снеговые нагрузки (при правильной обрешётке). Т.е. в современных условиях лучше все же делать наклонный коллектор, с углом наклона 35 градусов. При таком наклоне и снег на крыше держаться не будет.

Современные воздухопроводы так же сплошь металлические и пластиковые. Только их нужно соответственным образом теплоизолировать. Различная запорная арматура и управляемые клапана так же имеются в продаже, что решает проблему автоматизации и механизации процесса.

Неравномерность потока солнечной радиации в течении дня, а также желание обогревать дом ночью и в пасмурный день диктует необходимость устройства теплового аккумулятора . Днем он накапливает излишнюю тепловую энергию, а ночью отдает. Для работы с воздушным отоплением наиболее рациональным считается гравийно-галечный аккумулятор. Он дешев и прост в строительстве. Гравийную засыпку можно разместить в утепленной цокольной части дома. Теплый воздух нагнетается в аккумулятор с помощью маломощного оконного вентилятора. Для дома, проект которого на рисунках достаточно аккумулятора с объемом засыпки от 3 до 6 кубометров.

Теплоемкость камня значительно ниже чем у воды. Т.е. 5 кубометров воды запасут тепла значительно больше, чем 5 кубометров щебня. Кроме того, чем выше разность температур аккумулятора и окружающей среды, тем выше скорость теплообмена и больше теплопотери. Поэтому выгоднее нагревать возможно бОльший теплоаккумулятор на небольшую температуру, чем меленький – на большую температуру.

Единственный плюс гравийного или каменного аккумулятора – он «вечный» и не надо устраивать теплообменник. Груда камней и есть теплообменник. Но большой камень сейчас в большой цене.

Я бы в данном случае предпочел использовать «камни» с теплоемкостью воды. Например, можно использовать ПЭТ бутылки или канистры на 5-10-20 литров воды, уложенные в стеллаж.

Система солнечного обогрева дома работает в трех режимах: отопление от коллектора, аккумулирование энергии и отопление от аккумулятора.

В прохладные о солнечные дни воздух нагревается в коллекторе и поступает в помещение через отверстия у потолка. Циркуляция воздуха идет за счет естественной конвекции.

В ясные теплые дни горячий воздух забирается из верхней зоны коллектора и с помощью вентилятора прокачивается через гравий, заряжая аккумулятор тепловой энергией.

Для ночного отопления и при пасмурной погоде воздух из помещения прокачивается через аккумулятор и возвращается в комнаты подогретый.

Бак для горячей воды расположенный в теплоизолированном отсеке теплицы над душевой нагревается непосредственно солнечными лучами.

Понятно, что в средней полосе гелиосистема лишь частично обеспечивает потребность в отоплении. Расчеты показывают, что сезонная экономия топлива за счет комплексного использования солнечной энергии может достигать 50%.

Дом имеет односкатную крышу, так как должен иметь максимально большой фасад, обращенный на юг. Блокировка с теплицей так же работает на теплосбережение. В теплицу попадаешь непосредственно из дома, а сама теплица уменьшает потери тепла через стену дома. С северной стороны теплица защищена хозблоком. Стеклянные стены теплицы изнутри покрыты полиэтиленовой пленкой с воздушной прослойкой в 10 см. Это в 2 раза сокращает теплопотери, не тает образовываться конденсату и практически не ослабляет солнечную радиацию.

На мой взгляд, теплицу лучше пристраивать с южной стороны. Таким образом в площадь коллектора можно будет включить и саму площадь теплицы, и вертикальную стену дома, примыкающую к теплице. Нетрудно рассчитать эффективную площадь такого коллектора.

Источник

Эта статья прочитана 3113 раз(а)!

Продолжить чтение

Что такое солнечный аккумулятор? Типы и работа

Солнечный аккумулятор – это резервуар, в котором накапливается тепловая энергия, собранная в течение дня. В области фотоэлектрической энергии эквивалентом аккумулятора будет батарея.

Нагревание литра воды требует времени. Следовательно, необходимо иметь гидроаккумулятор для хранения наибольшего количества горячей воды , когда она понадобится . Например, ночью может потребоваться горячая санитарная вода, но солнечное излучение недоступно для ее нагрева.

Когда системе требуется, например, горячая вода для бытового потребления, бак подает эту горячую воду и заменяет ее холодной водой. Холодная вода будет проходить через контур солнечных коллекторов, подвергающихся воздействию солнечной радиации, и будет увеличивать ее тепловую энергию. Горячая вода возвращается в аккумулятор, когда она нужна.

Как устроен солнечный аккумулятор?

Резервуар для хранения солнечной энергии состоит из металлического резервуара, изготовленного из синтетического и изолированного материала.

В свою очередь, аккумулятор включает в себя один или два теплообменника или теплообменника в вашей установке.Эти теплообменники позволяют максимально повысить вашу безопасность, избегая риска утечек и термодинамических потерь энергии.

Как работает аккумулятор?

Система работает через два водяных контура. Первичный контур – это замкнутый контур, в котором всегда циркулирует одна и та же жидкость, проходя через солнечные коллекторы (c) и через теплообменник (FG).

Вторичная цепь разомкнута. Он имеет вход для холодной воды (A) и выход для горячей воды (E), который будет использоваться в нашей системе отопления или горячего водоснабжения.

Холодная вода поступает в солнечный резервуар (B), когда она опорожняется при потреблении. Холодная вода немного плотнее горячей, поэтому она обычно находится на дне резервуара. Поэтому, когда потребуется горячая вода, она будет набираться сверху.

Жидкость в первичном контуре проходит через солнечные коллекторы, которые нагревают ее за счет солнечного излучения (D). Таким образом увеличивается тепловая энергия жидкости. Затем горячая жидкость направляется в теплообменник с жидкостью из гидроаккумулятора.

В теплообменнике две жидкости находятся в тепловом контакте, но не смешиваются. Согласно второму закону термодинамики и утверждению Клаузиуса, тепло может передаваться только от горячего тела к холодному телу. Следовательно, тепло всегда будет переходить от жидкости в первичном контуре (более горячей, потому что она подверглась воздействию Солнца) к жидкости-аккумулятору.

Почему важен теплообменник?

Система, в которой не использовался теплообменник, и вода, которая поступала в коллекторы, была такой же, как та, которая хранилась в резервуаре, также будет работать.

Однако эффективность теплопередачи в термодинамической системе пропорциональна разнице температур. Другими словами, чем холоднее жидкость, проходящая через солнечный коллектор, тем быстрее она нагревается.

Как лучше всего ориентировать аккумулятор?

Если аккумулятор находится в вертикальном положении, температурная стратификация выполняется более легко и эффективно, поэтому нет необходимости, чтобы весь резервуар имел указанную температуру.

Кроме того, при установке аккумулятора в вертикальном положении солнечные коллекторы получают более высокие тепловые характеристики и снова исключают тепловые потери.

Типы солнечных аккумуляторов

Размер солнечной установки является наиболее важным элементом при выборе того или иного типа аккумулятора.

В зависимости от размера установки

Для небольших и средних конструкций обычно сам резервуар также содержит питьевую воду .

С другой стороны, в больших и сложных установках тепловой солнечной энергии важно, чтобы других буферных резервуаров были установлены постепенно. Инерционные баки позволяют накапливать тепловую энергию, которая позже будет передана солнечному аккумулятору.

Внутренний или внешний теплообменник

Кроме того, в зависимости от того, какие теплообменники расположены снаружи или внутри конденсатора, мы можем получить другие варианты.

Если в баке нет встроенного теплообменника, вода нагревается снаружи.С другой стороны, если его включить внутрь, как накопление воды, так и последующее повышение ее температуры происходит внутри одного и того же резервуара.

В зависимости от расположения аккумулятора

Аккумулятор может быть:

• Над солнечными коллекторами
• В другом месте объекта.

Если они выше, то это солнечная термосифонная система ; жидкость, которая циркулирует между солнечными коллекторами и аккумулятором, не требует перекачки.

Если, с другой стороны, аккумулятор расположен в другом месте, для перекачки жидкости требуется вклад в размере электрической энергии . В этих случаях поставляемая энергия может поступать из другого возобновляемого источника энергии или напрямую из электросети.

Накопление солнечной энергии для дома, фермы и малого бизнеса: предложения по выбору и использованию материалов и оборудования для аккумулирования тепла

Вступление

Типы материалов, используемых для хранения солнечного тепла

Преимущества и недостатки различных материалов для хранения

Как материалы с фазовым переходом работают в солнечном аккумуляторе

Размер и тип горных пород, наиболее подходящих для хранения тепла

Тип используемого теплоносителя

Определение размера вашего складского помещения

Расположение вашего хранилища

Важность конфигурации хранилища (форма)

Уменьшение необходимого объема хранения

Предложения при покупке коммерческого накопителя тепла

Связанные публикации

 

  Накопительный материал Насыпная плотность Удельная теплоемкость Скрытая теплота 
-------------------------------------------------- --------------------------
Камень 100 фунтов / куб. Фут. 0,2 БТЕ / фунт ° F ---------------

Вода 62,4 фунта / куб. Фут. 1 БТЕ / фунт ° F ---------------

Глауберова соль 56 фунтов / куб. Фут. 0,5 БТЕ / фунт.° F 108 БТЕ / фунт. при 90 ° F
(фазовый переход (включая нагрев ниже 90 ° F
температура, 90 ° F) теплообменник) 0,8 БТЕ / фунт ° F
                                         выше 90 ° F
-------------------------------------------------- ---------------------------
 

                                                                                       Наш Ваш
                      Ситуация с позициями и расчетами


1. Требуемый объем при использовании ROCK в качестве носителя.

   а. Потребность в отоплении здания: Расчетные потери тепла (см. Обсуждение выше).= 15 000 БТЕ / час ___________

   б. Часов в день: 24. = 24 часа в сутки ___________

   c. Желаемый резерв хранения: в среднем 3-5 дней (см. Обсуждение выше). = 3 дня ___________

   d. Общее необходимое тепло: Шаг 1.a (15000 БТЕ / час) x Шаг 1.b (24 часа / день) x Шаг 1.c
      (3 дня). = 1 080 000 БТЕ ___________

   е.Объемная плотность материала для хранения: Из Таблицы 1. = 100 фунтов / куб.фут ___________

   f. Удельная теплоемкость аккумулирующего материала: Из таблицы 1. = 0,2 БТЕ / фунт ° F ___________

   грамм. Температурный диапазон, в котором сохраняется тепло: в среднем 50-75 ° F (см.
      обсуждение выше). = 50 ° F -----------

   час Нагрев на кубический фут материала для хранения: Шаг 1.e (100 фунтов / куб.фут) x Шаг 1.f.
      (0,2 БТЕ / фунт ° F) x Шаг 1.g (50 ° F). = 1000 БТЕ / куб. Фут ___________

   я. Требуемый объем хранилища с использованием камня: Шаг 1.d (1 080 000 БТЕ) ÷ Шаг 1.h
      (1000 БТЕ / куб. Фут). = 1080 куб. Футов ____________

2. Требуемый объем при использовании ВОДЫ в качестве носителя информации.

   а. Общее необходимое количество тепла: то же, что и в шагах с 1.a по 1.d. = 1 080 000 куб. Футов ___________

   б. Объемная плотность материала для хранения: Из Таблицы 1.= 62,4 фунта / куб. Фут ___________

   c. Удельная теплоемкость аккумулирующего материала: Из Таблицы 1. = 1 БТЕ / фунт ° F ___________

   d. Температурный диапазон, в котором сохраняется тепло: То же, что и в шаге 1.g. = 50 ° F ___________

   е. Тепло на куб. футов материала для хранения: Шаг 2.b (62,4 фунта / куб. фут) x Шаг 2.c
(1 БТЕ / фунт ° F) x Шаг 2.d (50 ° F). = 3120 БТЕ / куб. Фут __________

   f. Требуемый объем хранения с использованием воды: Шаг 2.a (1 080 000 БТЕ) ÷ Шаг 2. e
      (3120 БТЕ / куб. Фут.). = 346 куб. Футов ___________

3. Требуемый объем при использовании СОЛИ ГЛАУБЕРА в качестве носителя информации.

   а. Общее необходимое количество тепла: то же, что и в шагах с 1.a по 1.d. = 1 080 000 БТЕ ___________

   б. Объемная плотность материала для хранения: Из Таблицы 1. = 56 фунтов / куб.фут ___________

   c Скрытая теплота аккумулирующего материала: из таблицы 1.= 108 БТЕ / фунт ___________

   d. Удельная теплоемкость аккумулирующего материала: Из таблицы 1.

                            * Температура выше фазового перехода = 0,8 БТЕ / фунт ° F ___________
                            ** Температура ниже фазового перехода = 0,5 БТЕ / фунт ° F ___________

   е. Разница температур между фазовым переходом (90 ° F) и хранением
      максимум (130 ° F) и минимум (80 ° F): см. обсуждение температурного диапазона
      выше.* Разница температур выше фазового перехода = 40 ° F ___________
                                    ** Разница температур ниже фазового перехода = 10 ° F ___________

  f. Нагрев на фунт материала для хранения: Шаг 3.c + (Шаг 3.d * x Шаг 3.e *) + (Шаг 3.d **
     x Шаг 3.e **). Пример: 108 БТЕ / фунт. + (0,8 БТЕ / фунт ° F x 40 ° F) + (0,5 БТЕ / фунт ° F x
     10F) = 108 БТЕ / фунт.+ 32 БТЕ / фунт. + 5 БТЕ / фунт. = 145 БТЕ / фунт ___________

  грамм. Нагрев на куб. футов материала для хранения: Шаг 3.b (56 фунтов / куб. фут) x
     Шаг 3.f (145 БТЕ / фунт). = 8120 БТЕ / куб. Фут ___________

  час Требуемый объем хранилища с использованием глауберовской соли: Шаг 3.a (1 080 000 БТЕ) ÷
     Шаг 3.g (8120 БТЕ / куб. Фут.). = 133 куб. Футов ___________

 

                                                                                Наш Ваш
           Ситуация с позициями и расчетами

1.Требования к отоплению здания с существующей изоляцией.

   а. Разница между внутренней и внешней температурой: из примера выше
        (70 ° F - 10 ° F).= 60 ° F _____________

   б. Площади кровли и стен; Из примера выше.
* Корневая площадь = 1267 кв.футов _____________
** площадь стен = 2400 кв.футов _____________

   c. Значение проводимости для данного типа и толщины изоляции:
      Обратитесь к дилеру строительных материалов. (Пример: крыша, 6 дюймов.
      стекловолокно; стена, ДВП толщиной 1 дюйм).
                                                        * Утеплитель крыши =.053 БТЕ / ч
° F-кв.фут _____________
                                                        ** Изоляция стен = 0,33 БТЕ / ч.
° F-кв.фут _____________

   d. Потери тепла через крышу: Шаг 1.a (60 ° F) x Шаг 1.b * (1267 кв. Футов)
      x Шаг 1.c * (0,053 - БТЕ / ч- ° F-кв.фут). = 4029 БТЕ / час ______________

   е. Потери тепла от стен: Шаг 1.a (60 ° F) x Шаг 1.b * (2400 квадратных футов) x
      Шаг 1.c ** (0,33 БТЕ / ч.- ° F-кв.фут). = 47 520 БТЕ / час ______________

  е. Общая текущая потребность в тепле: Шаг 1.d (4029 БТЕ / час) + Шаг 1.e
    (47 520 БТЕ / час). = 51 549 БТЕ / час ______________

2. количество и стоимость складских материалов для удовлетворения текущих потребностей в отоплении.

  а. Часы в день: 24. = 24 часа в день _____________

  б. Желаемый запас аккумулирования тепла: Сред. 3-5 дней. = 3 дня _____________

  c.Теплоемкость накопительного материала: для глауберовской соли,
     см. Рабочий лист I, Шаг 3.f

  d. Стоимость единицы складского материала: уточняйте у поставщика. = 0,25 доллара США / фунт _____________
 
  е. Общий необходимый для хранения материал: (Шаг 1.f x Шаг 2.a x Шаг 2.b) ÷ Шаг 2.c.
     Пример: (51549 БТЕ / час x 24 часа в день x 3 дня) ÷ 145 БТЕ / фунт.
     = 3,711,526 БТЕ ÷ 145 БТЕ / фунт. = 25 597 фунтов _____________

  е. Общая стоимость необходимых складских материалов: Шаг 2.е. (25 597 фунтов) x Шаг 2.d
    (0,25 доллара США за фунт). = 6399 долларов США ______________

3. Размер и стоимость коллектора для удовлетворения текущих потребностей в отоплении.

   а. Желаемая способность к накоплению потребности в отоплении: в среднем 2 дня. = 2 дня ______________

   б. Уровень радиации для коллектора: уточните у поставщика. = 1000 БТЕ / кв.фут ______________

   c. Стоимость коллектора за квадратный фут: уточняйте у поставщика.= $ 1,00 / кв.фут ______________

   d. Общая необходимая площадь коллектора: (Шаг 1.f x Шаг 2.a x Шаг 3.a) ÷ Шаг 3.b.
      Пример: (51549 БТЕ / час x 24 ч / день x 2 дня) ÷ 1000 БТЕ / кв.фут
      = 2,474,352 БТЕ ÷ 1000 БТЕ / кв. Фут. = 2474 кв. Фута ______________

   е. Общая стоимость коллектора: Шаг 3.d (2474 кв. Фута) x
       Шаг 3.c (1,00 долл. США за кв. Фут). = 2474 доллара США ______________

4.Потребность в отоплении здания с дополнительной изоляцией

  а. Текущее значение проводимости + дополнительная изоляция: Шаг 1.c + добавлено
     изоляция. (Пример: крыша 6 из стекловолокна + пенополистирол 6 дюймов; стена 1 дюйм.
     ДВП + 3-1 / 2 дюйма, пенополистирол
                                               * Изоляция корня = 0,026 БТЕ / ч- ______________
° F-кв.фут
** Изоляция стен = 0,071 БТЕ / ч- ______________
° F-кв.футов
                           
  б. Потери тепла через крышу: Шаг 1.a (60 ° F. X Шаг 1.b * (1267 кв. Футов)
     x Шаг 4.a * (0,026 БТЕ / ч- ° F-кв.фут) = 1977 БТЕ / ч ______________

  c. Потери тепла от стен: Шаг 1.a (60 ° F) x Шаг 1.b ** (2400 кв. Футов)
     x Шаг 4.a ** (0,071 БТЕ / ч) - ° F-кв.фут). = 10224 БТЕ / час ______________

  d. Общая потребность в отоплении с дополнительной изоляцией: Шаг 4.b (1977 БТЕ / час) +
      Шаг 4.c (10224 БТЕ / час) = 12 201 БТЕ / час _____________

5. Количество и стоимость складского материала для обеспечения «дополнительной изоляции».
  потребность в отоплении

  а. Общий объем необходимого для хранения материала: (Шаг 4.d x Шаг 2.a x Шаг 2.b) ÷ Шаг 2.c
     Пример: (12 201 БТЕ / час x 24 часа в день x 3 дня ÷ 145 БТЕ / кв.фут =
     878 472 БТЕ ÷ 145 БТЕ / фунт = 6058 фунтов _____________

  б. Общая стоимость необходимых складских материалов:
     Шаг 5.a (6058 фунтов) x Шаг 2.d (0,25 доллара США / фунт) = 1515 долларов США _____________

6. Размер и стоимость коллектора с учетом «дополнительной теплоизоляции» отопления.
  требование

  а. Общая необходимая площадь коллектора: (Шаг 4.d x Шаг 2.a x Шаг 3.a) ÷ Шаг 3.b.
     Пример: (12 201 БТЕ / час x 24 часа / день x 2 дня) - 1000 БТЕ / кв. Фут. знак равно
     585648 БТЕ ÷ 1000 БТЕ / кв. Фут. = 586 кв. Футов ______________

  б. Общая стоимость коллектора:
       Шаг 6.а. (586 кв. Футов) x Шаг 3.c (1,00 долл. США / кв. Фут). = 586 долларов США ______________

7. Экономия затрат на тепловую систему за счет добавления теплоизоляции.

  а. Удельная стоимость изоляции: уточняйте у поставщика. Пример: 6 дюймов и 3-1 / 2 дюйма.
    коврики.
* 6 дюймов коврики = 0,20 доллара США / кв.фут ______________
** 3-1 / 2 дюйма = 0,12 доллара США за квадратный фут ______________
                                            
  б. Стоимость дополнительной изоляции: (Шаг 1.b * x Шаг 7.a *) + (Шаг 1.b ** x Шаг 7.а **).
     Пример: (1267 кв. Футов x 0,20 $ / кв. Фут) + (2400 кв. Футов x 0,12 $ / кв. Фут)
     = 253 + 288 долларов. = 541 доллар США ______________

  c. Общая стоимость тепловой системы с существующей изоляцией: Шаг 2.f (6399 долларов США) + Шаг 3.e
    (2474 доллара США). = 8823 долл. США ______________

  d. Общая стоимость тепловой системы с дополнительной изоляцией: Шаг 5.b (1515 долларов США) + Шаг 6.b
      (586 долларов США) + Шаг 7.b (541 доллар США). = 2642 доллара США ______________

  е.«Экономия» за счет изоляции: Шаг 7.c (8873 $) -
       Шаг 7.d (2642 доллара США). = 6231 долл. США ______________