Своїми руками Сіткові сонячні повітряні колектори

Тема у розділі 'Гелио и геосистеми', створена користувачем Sergey_M, 19 січ 2013.

  1. Sergey_M

    Sergey_M Адміністратор Команда форуму

    Повідомлення:
    7.115
    Симпатії:
    5.867
    Адреса:
    Вінниця
    Юрій Дудикевич люб'язно вирішив поділитися з членами форуму своєю статтею про сіткові сонячні повітряні колектори.

    --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    Сіткові сонячні повітряні колектори

    Подальший ріст цін на харчові продукти значним чином зумовлений здорожчанням енергоносіїв. І ця тенденція наростає з кожним роком. З іншого боку, можемо отримувати від Сонця велику кількість енергії, але не робимо цього. Відповідь проста: навіть примітивні сонячні водяні колектори занадто дорогі (тобто неокупні) впродовж 30-40 років. Цей феномен пояснюється просто: імпортні колектори ціною 3-4 тис євро розраховані на небідних європейців. Тих кілька тисяч євро за колектор становлять одну місячну зарплату і не дуже відбиваються на бюджеті родини. Тому шкода говорити про масове використання фабричних колекторів в Україні. Але у всьому світі поширюються сучасні низьковартісні колектори, ефективність яких ненабагато відрізняється від фабричних. Вони розроблені і розробляються у різних країнах висококваліфікованими інженерами чи дослідниками. Тому їхня ціна та час окупності мінімальні. Другою визначальною рисою є спрощені технології їхнього виготовлення на простому обладнанні. Від складальника колектора вимагається акуратність у роботі. Точних і високотехнологічних операцій немає.

    В даній роботі зроблена спроба дослідити характеристики сонячного саморобного сіткового колектора з допомогою простого обладнання. Хоч при відсутності точних вимірювальних інструментів (анемометра, реєстратора сонячного випромінювання, тепловізора) можна дати лише приблизну оцінку роботи колектора.

    Повітряний сонячний колектор складається з дерев’яної рами з фанерним днищем. У днищі зроблені два нижні круглі отвори для забору повітря, а вгорі - два прямокутні отвори для відводу гарячого повітря з колектора (рис. 1). Знизу днище вистелено ізоляційним матеріалом з тепловідбиваючими властивостями (рис. 2, 3). Абсорбером колектора є чорна металева сітка, яка накопичує тепло. Холодне повітря подається знизу через два вентилятори, вмонтовані у круглі отвори (рис. 3, 4). При русі воно вдаряється у дефлектор (рис.5-7), який формує повітряний потік (направляє його вздовж сітки).

    1.jpg
    Рис. 1. Круглі нижні і прямокутні верхні отвори колектора. Поверхня вистелена тепловідбиваючим матеріалом

    2.jpg
    Рис. 2. Верх колектора

    3.jpg
    Рис. 3. Монтаж вентиляторів


    4.jpg
    Рис. 4. Зачорнений абсорбер над вентиляторами


    5.jpg
    Рис. 5.Монтаж опорних планок дефлектора


    6.jpg
    Рис. 6. Фарбування дефлектора


    7.jpg
    Рис. 7. Дефлектор прикручений до планок

    8.jpg
    Рис. 8. Рама з абсорбером

    9.jpg
    Рис. 9. Готовий колектор, змонтований на стіні майстерні

    Після монтажу абсорбера (рис. 4, 5, 8) до колектора кріпиться прозоре покриття (лист полікарбонату). Потім готовий виріб прикручується до стіни будівлі.
    Випробування колектора відбулося 30 грудня 2012 р у ясну сонячну погоду. Температура повітря надворі становила -6°С.

    10.jpg
    Рис. 10. Траєкторія Сонця у місці проведення випробувань (жовтий колір)


    Як видно з діаграми (рис.10), кількість сонячних годин сягає семи, а кут нахилу Сонця над горизонтом у полудень становить 16,7° (табл.1). Це найменша кількість сонячних годин в році і найнижчий кут нахилу Сонця над горизонтом. Тому проведення випробувань у грудні має неабияке значення з точки зору аналізу можливостей колектора при мінімальній кількості сонячної енергії.

    Табл.1. Сонячні години і нахил Сонця над горизонтом
    table1.png

    У табл.2 подані усереднені значення сонячної енергії, яка потрапляє на 1 м2 вертикальної поверхні впродовж грудневого дня (1,38 кВт?год). Сонячних годин у грудні не так багато, до того ж не кожен день є сонячним. Тобто середньостатистична теплова енергія, яка падає на 1 м2 вертикальної стіни будинку у грудні, становить 1,38?31=42,78 кВт?год. Звичайно, оптимальним є кут нахилу 65° (1,47 кВт?год), але на стіну колектор повісити простіше.

    Табл. 2. Усереднене денне випромінення (для кожного місяця року) на 1 м2 нахиленої поверхні
    Monthly Averaged Radiation Incident On An Equator-Pointed Tilted Surface (kWh/m2/day)
    table2.png

    11.jpg
    12.jpg
    Рис. 11. Початок (11а) і кінець процесу вимірювання теплових надходжень від колектора

    Сама процедура випробування виглядала таким чином: повітря через два вентилятори подавалося у нижню частину колектора, нагрівалося Сонцем і абсорбером та поверталося назад у приміщення. На рис. 11 зображені початкова і кінцева криві вихідної енергії колектора, виміряні з 5-ти хвилинним інтервалом.

    В кожній і-точці вимірювання вихідна теплова енергія колектора Еі визначалась формулою
    Еі = mі ?c?(tv –tn),
    де mі = ??m/60 – маса повітря, яке проходить через колектор за час ?
    m – маса повітря, яке проганяють два вентилятори за годину (240 кг)
    ? – довжина часового інтервалу
    с – питома теплоємність повітря, 0,000281 /°К
    К- градус Кельвіна.

    На рис.12 зображена температурна крива, отримана
    в часовому інтервалі 9.36 – 12.48 год.

    13.jpg
    Рис. 12. Температурно-часова залежність колектора

    Всі результати вимірювання подані в табл.3.

    Табл. 3. Температури та теплові надходження колектора у інтервалі 9.36 – 12.48 год
    table3.png

    Висновки


    1. Максимальна температура на колекторі у полудень становила 32,5°С.Це означає, що режим роботи вентиляторів був правильно вибраний. При вищій температурі ефективність колектора могла б зменшитись за рахунок зайвих тепловтрат.

    2. Застосування двох вентиляторів замість одного вирівняло повітряний потік і можливо, призвело до покращення ефективності колектора.

    3. Трапецієвидний рельєф дефлектора забезпечив напрямленість повітряного потоку вздовж сітки абсорбера.

    4. Сумарна вихідна теплова енергія колектора впродовж всього сонячного дня становила 6 кВт?год.

    5. Проведені дослідження є неповними. Наступного дня максимальна температура на виході колектора становила 35°С, а через день 28°С.

    6. Швидкість повітряного потоку приймалась згідно паспортних даних вентилятора (95-105) м3/год, а не вимірювалась анемометром. Тому прискоренням підігрітого повітряного потоку і його зменшенням за рахунок місцевих опорів нехтувалось.

    7. Згідно з нашими припущеннями, ефективність колектора становить не менше 50%. Для визначення дійсної ефективності колектора заплановано проведення місячного циклу. вимірювань з використанням мікропроцесорної системи з цифровими датчиками температури.

    8. Температура приміщення досить повільно зросла до 18°С. Це пов’язано з тим, що до експерименту приміщення було досить холодним (12°С ). Тому в ході випробувань стіни, підлога та стеля активно засвоювали тепло з повітря.

    9. Сітковий повітряний колектор може мати такі застосування:
    - опалення будинку теплим повітрям;
    - висушування неопалювальних примішень;
    - висушування деревини весною і влітку;
    - висушування фруктів та овочів влітку та восени;
    - опалення парників.

    Юрій Дудикевич 097 246 23 56, jurijdudykevych@ukr.net
     
    Останнє редагування: 17 чер 2014
    Timofey, Ches, РУСЛАН БУЙТУР та 17 іншим подобається це.
  2. Sergey_M

    Sergey_M Адміністратор Команда форуму

    Повідомлення:
    7.115
    Симпатії:
    5.867
    Адреса:
    Вінниця
    Відповідь: Сіткові сонячні повітряні колектори

    Якщо у когось виникнуть питання - пишіть у цій темі, передам їх автору та запрошу до спілкування на форумі ;)

    Також можна записатися на майстер-клас з виготовлення сонячних повітряних колекторів.
    Детально тут: http://krainamaystriv.com/showthread.php?t=13995
     
    Oriolano та AKit подобається це.
  3. Кремень

    Кремень Заслужений майстер

    Повідомлення:
    2.429
    Симпатії:
    530
    Дякую. Дуже цікаво:Hi:
     
  4. Erg

    Erg Бригадир

    Повідомлення:
    173
    Симпатії:
    144
    Адреса:
    Киев
    Re: Відповідь: Сіткові сонячні повітряні колектори

    Теплоемкость воды почти в 1000 раз больше чем воздуха. Следовательно, чтобы перегнать определенное количество тепла с помощью воздуха нужно перегнать определенное количество кубов воздуха и чуть большее количество литров воды. Отсюда возникает вопрос: энергозатраты на перенос тепла водой и воздухом - как они соотносятся? Ответ как про меня очевиден. Пятидесятиватным насосом по воде перегнать 30 киловатт - не проблема, а вот для того, чтобы перегнать 30 киловатт воздухом дуйку поболее нужно.
     
  5. Kota B

    Kota B Стажер

    Повідомлення:
    4
    Симпатії:
    6
    Адреса:
    Украина
    Всем привет. Данная тема есть на Ютубе, в иностранной версии, где короба делаются из старых корпусов светильников. Подобный отбор тепла пригодится при изготовлении вегетария с подпольным аккумулятором. Также установка фронтонов или элементов каркасного дома и не только. Короче говоря, дешево и сердито. Универсальный вариант при наличии рук и мозгов.
     
    коттт та Staratel подобається це.
  6. Oakim

    Oakim Бригадир

    Повідомлення:
    228
    Симпатії:
    104
    Адреса:
    Город-герой Севастополь
    Слишком уж примитивное исполнение коллектора (не по таму что воздушный) можно было сделать и серьезней. Кто му же одного коллектора для отопления дома ой как мало ;-)

    Так что парни учите мат часть и думайте головой. Удачи.
     
    Oriolano подобається це.
  7. Oakim

    Oakim Бригадир

    Повідомлення:
    228
    Симпатії:
    104
    Адреса:
    Город-герой Севастополь
    Для дальнейшего совершенствования данного коллектора я бы предложил:
    - использоват сетку просечно-вытяжную и 2ва - 3три слоя и тогда можно отказать от жести
    - использовать два канала в коллекторе: один опускной (с охлажденным воздухом) между поликарбонатом (снаружи) и слоем стекла (внутри), второй подъемный (нагреваемый воздух) между стеклом и отражателем.

    Такая конструкция позволит:
    1. снизить теплопотери
    2. позволит вверхней части коллектора (на чердаке) поставить теплообменник воздух-вода (пластинчатый или трубчатый можно сварить из обычной стальной бочки и труб)
    3. повысить температуру воздуха

    Добавлено через 1 час 44 минуты 53 секунды
    Подскажите пожалуйста в какой программе строились графики и диограммы?
     
  8. Sergey_M

    Sergey_M Адміністратор Команда форуму

    Повідомлення:
    7.115
    Симпатії:
    5.867
    Адреса:
    Вінниця
    Відповідь: Re: Сіткові сонячні повітряні колектори

    Могу с полной уверенностью сказать, что графики делались в обычном Экселе от Майкрософт.
     
  9. Oakim

    Oakim Бригадир

    Повідомлення:
    228
    Симпатії:
    104
    Адреса:
    Город-герой Севастополь
    Re: Відповідь: Re: Сіткові сонячні повітряні колектори

    Не Я про графики солнца "Траєкторія Сонця у місці проведення випробувань (жовтий колір)"
     
  10. Sergey_M

    Sergey_M Адміністратор Команда форуму

    Повідомлення:
    7.115
    Симпатії:
    5.867
    Адреса:
    Вінниця
    Відповідь: Re: Сіткові сонячні повітряні колектори

    Передам ваш вопрос Юрию, как даст ответ отпишусь. А может он сам отпишется.
     

Поділитися цією сторінкою