Het werk van het anker en de collector in een DC-generator

De details van het gebruik van zonnecollectoren

Het belangrijkste kenmerk van zonnecollectoren, dat ze onderscheidt van andere soorten warmtegeneratoren, is de cyclische aard van hun werking. Als er geen zon is, is er ook geen warmte-energie. Dientengevolge zijn dergelijke attitudes 's nachts passief.

De gemiddelde dagelijkse warmteproductie is rechtstreeks afhankelijk van de lengte van het aantal uren daglicht. Dit laatste wordt enerzijds bepaald door de geografische breedtegraad van het gebied en anderzijds door het seizoen. Tijdens de zomerperiode, het hoogtepunt van de instraling op het noordelijk halfrond, werkt de collector met maximale efficiëntie. In de winter daalt de productiviteit en bereikt een minimum in december-januari.

In de winter neemt het rendement van zonnecollectoren niet alleen af ​​door een afname van de daglichturen, maar ook door een verandering in de invalshoek van zonlicht. Bij de berekening van de bijdrage aan het warmtevoorzieningssysteem moet rekening worden gehouden met schommelingen in de prestaties van de zonnecollector gedurende het hele jaar.

Een andere factor die de productiviteit van de zonnecollector kan beïnvloeden, zijn de klimatologische kenmerken van de regio. Op het grondgebied van ons land zijn er veel plaatsen waar de zon 200 of meer dagen per jaar verborgen is achter een dikke laag wolken of achter een sluier van mist. Bij bewolkt weer zakt de prestatie van de zonnecollector niet naar nul, omdat deze in staat is om verstrooid zonlicht op te vangen, maar deze neemt aanzienlijk af.

Collector watervoorzieningssysteem

Als er een collector in het systeem is opgenomen, wordt er, ongeacht het apparaat dat in het circuit is geïnstalleerd, een aparte aftakking aangelegd. Tegelijkertijd neemt de totale lengte van de buizen toe, maar de volgende positieve aspecten komen naar voren:

1. Op alle punten van de waterinname zal er altijd een stabiele en gelijkmatige druk zijn;
2. Wanneer u in deze aftakking op de collectoruitlaat van het verloopstuk tikt, geschikt voor elk sanitairarmatuur, kunt u de druk aanpassen en deze zal verschillen van de totale waarde;
3. Elke opening tussen de collector en het watertappunt is een enkel stuk buis dat stiekem in de vloer, in de muur of in een muurnis kan worden bevestigd;
4. Elk sanitair armatuur kan worden uitgeschakeld zonder de volledige koudwater- of warmwatervoorziening te stoppen voor reparatie of vervanging.

Nadelen van het collectorcircuit:

1. Langere buislengtes verhogen automatisch de hydraulische weerstand in de leiding;
2. Vanwege de toename van de lengte van de lijn, zal de collector niet werken in de modus van natuurlijke watercirculatie, wat de keuze of verandering van het verwarmingssysteem kan beïnvloeden;
3. Als het onmogelijk is om het leidingsysteem stiekem in muren of nissen te bevestigen, kan een grote opeenhoping van leidingen dwingen om het interieur of zelfs het ontwerp van het pand te veranderen.

Het werkingsprincipe en soorten zonnecollectoren

Dit is het moment om een ​​paar woorden te zeggen over de structuur en de werking van de zonnecollector. Het belangrijkste element van het ontwerp is een adsorber, een koperen plaat waaraan een buis is gelast. Door de warmte van de zonnestralen die erop vallen te absorberen, warmt de plaat (en daarmee de buis) snel op. Deze warmte wordt overgedragen aan de vloeibare warmtedrager die door de buis circuleert en die deze op zijn beurt verder door het systeem transporteert.

Het vermogen van het fysieke lichaam om de zonnestralen te absorberen of te reflecteren, hangt voornamelijk af van de aard van het oppervlak. Een spiegelend oppervlak reflecteert bijvoorbeeld perfect licht en warmte, maar een zwarte daarentegen absorbeert. Daarom wordt een zwarte coating aangebracht op de koperplaat van de adsorber (de eenvoudigste optie is zwarte verf).

Hoe de zonnecollector werkt

1. Zonnepaneel. 2. Buffertank. 3. Heet water.

4. Koud water. 5. Controller. 6. Warmtewisselaar.

7. Waterpomp. 8. Hete stroom. 9. Koude stroom.

Het is ook mogelijk om de hoeveelheid warmte die van de zon wordt ontvangen te vergroten door het juiste glas voor de adsorber te kiezen. Gewoon glas is niet transparant genoeg. Bovendien schittert het en weerkaatst het een deel van het invallende zonlicht. In zonnecollectoren proberen ze in de regel speciaal glas met een laag ijzergehalte te gebruiken, wat de transparantie vergroot. Om het aandeel licht dat door het oppervlak wordt gereflecteerd te verminderen, wordt een antireflectiecoating op het glas aangebracht. En zodat stof en vocht niet in de collector komen, wat ook de doorvoer van het glas vermindert, wordt de behuizing verzegeld en soms zelfs gevuld met een inert gas.

Ondanks al deze trucs is het rendement van zonnecollectoren nog steeds verre van 100%, wat te wijten is aan de imperfectie van hun ontwerp. De verwarmde adsorberplaat straalt een deel van de ontvangen warmte uit naar de omgeving en verwarmt daarmee de lucht die ermee in contact komt. Om warmteverlies te minimaliseren, moet de adsorber worden geïsoleerd. De zoektocht naar een effectieve manier om de adsorber te isoleren, bracht ingenieurs ertoe verschillende soorten zonnecollectoren te maken, waarvan de meest voorkomende platte en buisvormige vacuümcollectoren zijn.

Platte zonnecollectoren

Platte zonnecollectoren.
Het ontwerp van een platte zonnecollector is buitengewoon eenvoudig: het is een metalen doos bedekt met glas erop. In de regel wordt minerale wol gebruikt voor thermische isolatie van de bodem en wanden van de behuizing. Deze optie is verre van ideaal, aangezien de overdracht van warmte van de adsorber naar het glas door middel van de lucht in de doos niet is uitgesloten. Met een groot temperatuurverschil binnen en buiten de collector, zijn de warmteverliezen behoorlijk groot. Als gevolg hiervan wordt een platte zonnecollector, die perfect functioneert in de lente en zomer, extreem ondoelmatig in de winter.

Plat zonnecollectorapparaat

1. Inlaatpijp. 2. Veiligheidsglas.

3. Absorptielaag. 4. Aluminium frame.

5. Koperen buizen. 6. Warmte-isolator. 7. Afvoerpijp.

Buisvormige vacuüm zonnecollectoren

Buisvormige vacuüm zonnecollectoren.
Een zonnevacuümcollector is een paneel dat is opgebouwd uit een groot aantal relatief dunne glazen buisjes. In elk van hen bevindt zich een adsorber. Om de overdracht van warmte door gas (lucht) uit te sluiten, worden de buizen geëvacueerd. Vanwege de afwezigheid van gas in de buurt van de adsorbers onderscheiden vacuümcollectoren zich door lage warmteverliezen, zelfs bij vriesweer.

Vacuümverdeelstuk

1. Thermische isolatie. 2. Warmtewisselaarbehuizing. 3. Warmtewisselaar (collector)

4. Verzegelde plug. 5. Vacuümbuis. 6. Condensator.

7. Absorberende plaat. 8. Verwarm de pijp met werkvloeistof.

Toepassingen voor zonnecollectoren

Het belangrijkste doel van zonnecollectoren is, net als andere warmtegeneratoren, om gebouwen te verwarmen en water voor te bereiden voor een warmwatervoorzieningssysteem. Het blijft om uit te vinden welk type zonnecollectoren het meest geschikt is om een ​​bepaalde functie uit te voeren.

Zoals we ontdekten, presteren platte zonnecollectoren goed in de lente en zomer, maar zijn ze niet effectief in de winter. Hieruit volgt dat het gebruik ervan voor verwarming, waarvan de behoefte precies bij het begin van koud weer verschijnt, ongepast is. Dit betekent echter niet dat er helemaal geen zaken zijn voor deze apparatuur.

Vlakke collectoren hebben een onbetwistbaar voordeel: ze zijn aanzienlijk goedkoper dan vacuümmodellen, daarom is het logisch om ze te kopen in gevallen waarin het de bedoeling is om uitsluitend in de zomer zonne-energie te gebruiken.Platte zonnecollectoren zijn perfect bestand tegen de taak om in de zomer water klaar te maken voor warmwatervoorziening. Nog vaker worden ze gebruikt om water in buitenbaden tot een comfortabele temperatuur op te warmen.

Buisvormige vacuümcollectoren zijn veelzijdiger. Met de komst van winterkou nemen hun prestaties niet zo veel af als bij platte modellen, wat betekent dat ze het hele jaar door kunnen worden gebruikt. Dit maakt het mogelijk om dergelijke zonnecollectoren niet alleen in te zetten voor warmwatervoorziening, maar ook in het verwarmingssysteem.

Vergelijking van vlakke en vacuüm zonnecollectoren.

Kosten van apparatuur

Veel huiseigenaren vergissen zich in de overtuiging dat een spruitstuk in de stookruimte fantastisch geld waard is. In sanitairwinkels kun je vinden veel modellen zonder toeters en bellen, die slechts 200-500 roebel kost. Dergelijke apparatuur heeft geen regelmechanismen, thermische koppen en andere aanvullende elementen en is ontworpen voor maximaal 2-3 circuits.

Modellen met uitgebreide functionaliteit kosten de eigenaar van een huis of industrieel gebouw die een bekwaam verwarmingssysteem wil organiseren, ongeveer 4-5 duizend roebel. Een lange buis met verschillende boven- en onderuitlaten wordt compleet met thermische koppen, debietmeters, pijlen en andere onderdelen. Dergelijke constructies worden vaak geproduceerd door Russische fabrikanten of handelsmerken van buurlanden. De duurste is geïmporteerde apparatuur met automatische aanpassing, die 10-16 duizend roebel kost.

Opstelling van zonnecollectoren

Het rendement van een zonnecollector is direct afhankelijk van de hoeveelheid zonlicht die op de adsorber valt. Hieruit volgt dat de collector in een open ruimte moet worden geplaatst, waar een schaduw van aangrenzende gebouwen, bomen in de buurt van bergen, enz. Nooit valt (of in ieder geval voor de langste tijd).

Het is niet alleen de locatie van de verzamelaar die telt, maar ook de oriëntatie. De meest "zonnige" kant op ons noordelijk halfrond is de zuidelijke, wat betekent dat idealiter de "spiegels" van het reservoir strikt naar het zuiden moeten worden gedraaid. Als het technisch onmogelijk is om dit te doen, moet u de richting kiezen die zo dicht mogelijk bij het zuiden - zuidwesten of zuidoosten ligt.

Men mag een dergelijke parameter als de hellingshoek van de zonnecollector niet uit het oog verliezen. De waarde van de hoek hangt af van de afwijking van de positie van de zon ten opzichte van het zenit, die op zijn beurt wordt bepaald door de breedtegraad van het gebied waarin de apparatuur zal worden bediend. Als de hellingshoek niet correct is ingesteld, zal het optische energieverlies aanzienlijk toenemen, aangezien een aanzienlijk deel van het zonlicht wordt gereflecteerd door het collectorglas en daarom de absorber niet zal bereiken.

Excitatie-wikkelingen

Het DC-generatorapparaat kan alleen in kleine elektrische machines worden gebruikt. Allereerst omdat voor apparaten met een laag vermogen het gebruik van permanente magneten is toegestaan. In andere gevallen kunnen alleen solenoïden - spoelen met een kern - of bekrachtigingswikkelingen een magnetische flux van voldoende sterkte creëren. Op het soort voedsel dat ze eten generatoren kunnen worden onderverdeeld in de volgende klassen:

• met onafhankelijke opwinding;
• opgewonden.

Voor de eerste bediening is een hulpstroombron vereist. Dit is het grootste nadeel van dit type machine, dus het gebruik ervan is beperkt. Bij generatoren met onafhankelijke bekrachtiging worden de wikkelingen gevoed vanuit het anker. Elektrische machines gerangschikt volgens dit schema, zijn op hun beurt onderverdeeld in drie typen:

• shunt (met parallelle excitatie);
• serieel (met serieel);
• samengestelde generatoren (met parallelle en seriële excitatiespoelen).

Hoe een zonnecollector met het juiste vermogen te kiezen

Als u wilt dat het verwarmingssysteem van uw huis de taak aankan om een ​​comfortabele temperatuur in het pand te behouden en er warm, niet lauw water uit de kranen stroomt, en tegelijkertijd van plan bent om een ​​zonnecollector als warmtegenerator te gebruiken, u moet van tevoren het benodigde apparatuurvermogen berekenen.

Tegelijkertijd moet rekening worden gehouden met een vrij groot aantal parameters, waaronder het doel van de collector (warmwatervoorziening, verwarming of hun combinatie), de warmtevraag van het object (totale oppervlakte van verwarmde kamers of gemiddeld dagelijks warm waterverbruik), klimatologische kenmerken van de regio, kenmerken van de collectorinstallatie.

In principe is het maken van dergelijke berekeningen niet zo moeilijk. De prestaties van elk model zijn bekend, waardoor u eenvoudig kunt inschatten hoeveel collectoren nodig zijn om de woning van warmte te voorzien. Bedrijven die zich bezighouden met de productie van zonnecollectoren hebben informatie (en kunnen deze aan de consument verstrekken) over de verandering in het vermogen van de apparatuur afhankelijk van de geografische breedtegraad van het gebied, de hellingshoek van de 'spiegels', de afwijking van hun oriëntatie vanuit de zuidelijke richting, enz., wat het mogelijk maakt om de nodige correcties aan te brengen bij het berekenen van de prestatie van de collector.

Bij het selecteren van de benodigde collectorcapaciteit is het erg belangrijk om een ​​balans te vinden tussen gebrek aan en overtollige warmteontwikkeling. Deskundigen raden aan om te focussen op de maximaal mogelijke opvangcapaciteit, dat wil zeggen door de indicator voor het meest productieve zomerseizoen in de berekeningen te gebruiken. Dit druist in tegen de wens van de gemiddelde gebruiker om apparatuur met een marge te nemen (dat wil zeggen, te rekenen naar de kracht van de koudste maand) zodat de warmte van de collector ook op minder zonnige herfst- en winterdagen voldoende is.

Als u echter een zonnecollector met meer vermogen kiest, krijgt u op het hoogtepunt van zijn prestaties, dat wil zeggen bij warm zonnig weer, een serieus probleem: er wordt meer warmte geproduceerd dan verbruikt, en dit dreigt oververhitting van het circuit en andere onaangename gevolgen ... Er zijn twee opties om dit probleem op te lossen: installeer een energiezuinige zonnecollector en sluit back-up warmtebronnen parallel aan in de winter, of schaf een model aan met een grote energiereserve en zorg voor manieren om overtollige warmte af te voeren in het lente-zomerseizoen .

Kenmerken van de

Het verdeelstuk in het watervoorzieningsnet stelt u in staat om autonoom een ​​aantal apparaten op één ingang aan te sluiten. Bovendien heeft elk apparaat een persoonlijke aansluiting en wordt de waterstraal direct in de opvangbuis afgesneden.

Naast het feit dat u door de aanwezigheid van een distributeur de watertoevoer voor een of meerdere sanitaireenheden in een appartement vanaf één punt kunt uitschakelen, is een dergelijk schema handig in sociale gebouwen, winkelcentra of hotels: als er ergens stroomt, het blokkeren van de waterstroom in de bijbehorende pijpleiding is mogelijk, zelfs zonder toegang tot de gebouwen waar het incident plaatsvond.

Nadelen van watervoorziening via het verdeelstuk:

1. De lengte van de gebruikte waterleidingen zal meerdere keren langer zijn dan bij het traditionele schema, wat de installatiekosten zal verhogen.
2. Leidingen kunnen niet in de muur worden geplaatst, de structuur neemt ruimte in beslag en vermindert de bruikbare oppervlakte, en dit is een probleem voor kleine appartementen of niet-residentiële gebouwen.

Systeemstagnatie

Laten we het nog even hebben over de problemen die samenhangen met een teveel aan gegenereerde warmte. Stel dat u een voldoende krachtige zonnecollector heeft geïnstalleerd die de verwarming van uw huis volledig kan verwarmen. Maar de zomer is gekomen en de behoefte aan verwarming is verdwenen. Als een elektrische boiler kan worden uitgeschakeld en een gasboiler kan worden afgesloten van de brandstoftoevoer, dan hebben we geen stroom over de zon - we kunnen hem niet 'uitschakelen' als het te heet wordt.

Systeemstagnatie is een van de grootste potentiële problemen voor zonnecollectoren. Als er niet genoeg warmte uit het collectorcircuit wordt gehaald, raakt de koelvloeistof oververhit. Op een bepaald moment kan de laatste koken, wat zal leiden tot het beëindigen van de circulatie langs het circuit. Wanneer de koelvloeistof afkoelt en condenseert, zal het systeem weer werken. Niet alle soorten warmteoverdrachtsfluïda dragen echter rustig de overgang van een vloeibare naar een gasvormige toestand over en vice versa. Sommige krijgen als gevolg van oververhitting een geleiachtige consistentie, waardoor verdere werking van het circuit onmogelijk is.

Alleen een stabiele afvoer van de warmte die door de collector wordt geproduceerd, helpt stagnatie te voorkomen. Als de berekening van het vermogen van de apparatuur correct is uitgevoerd, is de kans op problemen praktisch nul.

Maar zelfs in dit geval is het optreden van overmacht niet uitgesloten, daarom moeten vooraf beschermingsmethoden tegen oververhitting worden voorzien:

1. Installatie van een reservetank voor het verzamelen van warm water. Als het water in de hoofdtank van het warmwatervoorzieningssysteem het ingestelde maximum heeft bereikt en de zonnecollector blijft warmte leveren, schakelt deze automatisch over en begint het water al op te warmen in de reservetank. De gecreëerde voorraad warm water kan later, bij bewolkt weer, worden gebruikt voor huishoudelijke behoeften.

2. Verwarmd zwembadwater. Eigenaren van huizen met een zwembad (zowel binnen als buiten) hebben een uitstekende mogelijkheid om overtollige warmte-energie af te voeren. Het volume van het zwembad is onvergelijkbaar groter dan het volume van een huishoudelijk opslagapparaat, wat betekent dat het water erin niet zo sterk zal opwarmen dat het geen warmte meer kan opnemen.

3. Warm water aftappen. Als u niet de mogelijkheid hebt om overtollige warmte nuttig te besteden, kunt u het verwarmde water eenvoudig in kleine porties uit de opslagtank laten lopen voor warmwatervoorziening in het riool. Het koude water dat de container binnenkomt, verlaagt de temperatuur van het hele volume, waardoor de warmte uit het circuit wordt verwijderd.

4. Externe warmtewisselaar met ventilator. Als de zonnecollector een grote capaciteit heeft, kan de overtollige warmte ook erg groot zijn. In dit geval is het systeem uitgerust met een extra circuit gevuld met koudemiddel. Dit extra circuit is verbonden met het systeem door middel van een warmtewisselaar uitgerust met een ventilator en buiten het gebouw gemonteerd. Als er een risico op oververhitting bestaat, komt overtollige warmte het aanvullende circuit binnen en wordt via de warmtewisselaar in de lucht "geworpen".

5. Afvoer van warmte in de grond. Als de woning naast de zonnecollector een aardwarmtepomp heeft, kan de overtollige warmte in de put worden afgevoerd. Tegelijkertijd lost u twee problemen tegelijk op: enerzijds beschermt u het collectorcircuit tegen oververhitting, anderzijds herstelt u de warmtereserve in de in de winter uitgeputte grond.

6. Isolatie van de zonnecollector tegen direct zonlicht. Vanuit technisch oogpunt is deze methode een van de eenvoudigste. Het is natuurlijk niet de moeite waard om op het dak te klimmen en de collector handmatig af te dekken - het is moeilijk en onveilig. Het is veel rationeler om een ​​op afstand bediend rolluik te installeren, zoals een rolluik. U kunt zelfs de regeleenheid van de klep op de controller aansluiten - bij een gevaarlijke temperatuurstijging in het circuit sluit de collector automatisch.

7. Aftappen van de koelvloeistof. Deze methode kan als kardinaal worden beschouwd, maar is tegelijkertijd vrij eenvoudig. Als er een risico op oververhitting bestaat, wordt de koelvloeistof door middel van een pomp afgevoerd naar een speciale tank die in het systeemcircuit is geïntegreerd. Wanneer de omstandigheden weer gunstig worden, zal de pomp de koelvloeistof terugvoeren naar het circuit en wordt de collector hersteld.

Het verdeelblok installeren

De installatie van de verwarmingscollector wordt uitgevoerd in de buurt van de ketel... Radiatorleidingen van de kachel worden vaak langs de vloer gelegd, waarna de constructie wordt gebetonneerd en geïsoleerd, waardoor warmteverlies wordt geminimaliseerd. Het verdeelblok zelf wordt gemonteerd in een speciaal geprepareerde afscherming of muurnis. Een speciale klep kan scharnierend of ingebouwd zijn, compleet met deur en zijstempeling, of open. Als er geen mogelijkheid is om de kast te monteren, wordt het verdeelblok op een lage hoogte vanaf de vloer aan de muur bevestigd.

Als het gebouw uit meerdere verdiepingen bestaat, wordt de verdeler op elke verdieping van het huis geïnstalleerd, waardoor elke kamer kan worden verwarmd. Met zo'n systeem kunt u een of meer verwarmingsradiatoren, de hele kamer, een volledig circuit regelen, aansluiten en loskoppelen. Dit elimineert de noodzaak om de koelmiddeltoevoer naar andere warmtebronnen uit te schakelen. Opslagruimten, gangen, gangen, kleerkasten worden gebruikt als lokalen voor het installeren van het verdeelblok.

Andere systeemcomponenten

Het is niet voldoende om alleen de warmte van de zon op te vangen. Het moet nog steeds worden vervoerd, verzameld, overgedragen aan consumenten, al deze processen moeten worden gecontroleerd, enz. Dit betekent dat het systeem naast de collectoren op het dak veel andere componenten bevat, die misschien minder opvallen, maar niet minder belangrijk. Laten we ons op slechts een paar concentreren.

Warmtedrager

De functie van de koelvloeistof in het collectorcircuit kan worden uitgevoerd met water of met een antivriesmiddel.

Water heeft een aantal nadelen die bepaalde beperkingen opleggen aan het gebruik ervan als warmtedrager in zonnecollectoren:

• Ten eerste stolt het bij negatieve temperaturen. Om te voorkomen dat de bevroren koelvloeistof barst in de leidingen van het circuit, zal het bij het naderen van koud weer moeten worden afgetapt, wat betekent dat u in de winter zelfs geen kleine hoeveelheden thermische energie van de collector ontvangt.
• Ten tweede kan een niet te hoog kookpunt van water in de zomer voor regelmatige stagnatie zorgen.

Niet-vriesvloeistof heeft, in tegenstelling tot water, een aanzienlijk lager vriespunt en een onvergelijkbaar hoger kookpunt, waardoor het gebruiksgemak als warmtedrager toeneemt. Bij hoge temperaturen kan "niet-bevriezing" echter onomkeerbare veranderingen ondergaan, dus het moet worden beschermd tegen overmatige oververhitting.

Pomp aangepast voor zonnesystemen

Om de geforceerde circulatie van het koelmiddel langs het collectorcircuit te verzekeren, is een pomp nodig die geschikt is voor zonnesystemen.

Warmtewisselaar voor warm water

De warmteoverdracht van het zonnecollectorcircuit naar de warmwatervoorziening of naar het verwarmingsmedium van het verwarmingssysteem wordt uitgevoerd door middel van een warmtewisselaar. In de regel wordt een tank met een groot volume met een ingebouwde warmtewisselaar gebruikt om warm water op te slaan. Het is rationeel om tanks met twee of meer warmtewisselaars te gebruiken: hierdoor wordt niet alleen warmte uit de zonnecollector gehaald, maar ook uit andere bronnen (gas- of elektrische boiler, warmtepomp, enz.).

Klassiek bedradingsschema

Het gebruikelijke bedradingsschema voor watertoevoerleidingen rond het huis is T-stuk of sequentieel: een pijpleiding wordt omgeleid van de hoofdverhoger, waarop de benodigde apparaten en apparatuur zijn aangesloten via T-stukken en kranen.

Deze verbindingstechniek is gunstig op de volgende punten:

1. Minimale totale pijplengte;
2. Lage hydraulische weerstand in het watertoevoersysteem.

In de praktijk heeft dit schema zichzelf niet van de allerbeste kant bewezen - het bleek dat het beter is om een ​​verbinding via een kam te realiseren. Het nadeel van de traditionele aansluiting is dat als er meerdere kleppen tegelijk worden geopend, de druk in één ervan, of in beide, daalt.