Своїми руками Сіткові сонячні повітряні колектори

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).


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


Рис. 2. Верх колектора


Рис. 3. Монтаж вентиляторів


Рис. 4. Зачорнений абсорбер над вентиляторами


Рис. 5.Монтаж опорних планок дефлектора


Рис. 6. Фарбування дефлектора


Рис. 7. Дефлектор прикручений до планок


Рис. 8. Рама з абсорбером


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.


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


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)




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.


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


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, [email protected]

 

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: https://krainamaystriv.com/showthread.php?t=13995

 

Відповідь: Re: Сіткові сонячні повітряні колектори

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

 

Відповідь: Re: Сіткові сонячні повітряні колектори

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