Il lavoro dell'armatura e del collettore in un generatore DC

Le specifiche dell'utilizzo di collettori solari

La caratteristica principale dei collettori solari, che li distingue da altri tipi di generatori di calore, è la natura ciclica del loro funzionamento. Se non c'è il sole, non c'è nemmeno l'energia termica. Di conseguenza, tali atteggiamenti sono passivi di notte.

La produzione media giornaliera di calore dipende direttamente dalla durata delle ore diurne. Quest'ultimo è determinato, in primo luogo, dalla latitudine geografica dell'area e, in secondo luogo, dalla stagione. Durante il periodo estivo, che è il picco di insolazione nell'emisfero settentrionale, il collettore funzionerà con la massima efficienza. In inverno la sua produttività cala, raggiungendo un minimo in dicembre-gennaio.

In inverno, l'efficienza dei collettori solari diminuisce non solo a causa di una diminuzione della durata delle ore diurne, ma anche a causa di un cambiamento nell'angolo di incidenza della luce solare. Nel calcolo del suo contributo al sistema di fornitura di calore è necessario tenere conto delle fluttuazioni delle prestazioni del collettore solare durante l'anno.

Un altro fattore che può influire sulla produttività del collettore solare sono le caratteristiche climatiche della regione. Sul territorio del nostro Paese sono tanti i luoghi dove il sole è nascosto dietro uno spesso strato di nuvole o dietro un velo di nebbia per 200 o più giorni all'anno. Con tempo nuvoloso, le prestazioni del collettore solare non scendono a zero, poiché è in grado di catturare la luce solare diffusa, ma diminuisce in modo significativo.

Sistema di approvvigionamento idrico del collettore

Se un collettore è incluso nel sistema, qualunque dispositivo sia installato nel circuito, verrà posato un ramo separato. Allo stesso tempo, la lunghezza totale dei tubi aumenta, ma compaiono i seguenti aspetti positivi:

1. In tutti i punti di presa dell'acqua ci sarà sempre una pressione stabile ed uguale;
2. Quando si attinge all'uscita del collettore del riduttore in questo ramo, adatto a qualsiasi impianto idraulico, è possibile regolare la pressione, e sarà diversa dal valore totale;
3. Ogni intercapedine tra il collettore e il punto di prelievo dell'acqua è un pezzo unico di tubo che può essere segretamente fissato nel pavimento, nel muro o in una nicchia muraria;
4. Qualsiasi impianto idraulico può essere spento senza interrompere l'intera fornitura di acqua fredda o acqua calda per la riparazione o la sostituzione.

Svantaggi del circuito del collettore:

1. Le lunghezze dei tubi più lunghe aumentano automaticamente la resistenza idraulica nella linea;
2. A causa dell'aumento della lunghezza della linea, il collettore non funzionerà nella modalità di circolazione naturale dell'acqua, il che potrebbe influire sulla scelta o sulla modifica del sistema di riscaldamento;
3. Se è impossibile fissare segretamente il sistema di tubi in pareti o nicchie, un grande accumulo di tubi può costringere a cambiare l'interno o persino il design dei locali.

Il principio di funzionamento e i tipi di collettori solari

Adesso è il momento di spendere qualche parola sulla struttura e il funzionamento del collettore solare. L'elemento principale del suo design è un adsorbitore, che è una piastra di rame con un tubo saldato ad essa. Assorbendo il calore dei raggi del sole che vi cadono, la piastra (e con essa il tubo) si riscalda velocemente. Questo calore viene trasferito al vettore di calore liquido circolante attraverso il tubo, che a sua volta lo trasporta ulteriormente lungo il sistema.

La capacità del corpo fisico di assorbire o riflettere i raggi del sole dipende principalmente dalla natura della sua superficie. Ad esempio, una superficie a specchio riflette perfettamente la luce e il calore, ma una nera, al contrario, assorbe. Ecco perché un rivestimento nero viene applicato alla piastra di rame dell'adsorbitore (l'opzione più semplice è la vernice nera).

Come funziona il collettore solare

1. Collettore solare. 2. Serbatoio tampone. 3. Acqua calda.

4. Acqua fredda. 5. Controller. 6. Scambiatore di calore.

7. Pompa dell'acqua. 8. Flusso caldo. 9. Flusso freddo.

È inoltre possibile aumentare la quantità di calore ricevuta dal sole scegliendo il corretto vetro che ricopre l'adsorbitore. Il vetro ordinario non è abbastanza trasparente. Inoltre, riflette, riflettendo parte della luce solare incidente. Nei collettori solari, di regola, cercano di utilizzare un vetro speciale con un basso contenuto di ferro, che ne aumenta la trasparenza. Per ridurre la proporzione di luce riflessa dalla superficie, viene applicato un rivestimento antiriflesso al vetro. E in modo che la polvere e l'umidità non entrino nel collettore, il che riduce anche la produttività del vetro, la custodia viene sigillata e talvolta persino riempita con un gas inerte.

Nonostante tutti questi accorgimenti, l'efficienza dei collettori solari è ancora lontana dal 100%, a causa dell'imperfezione del loro design. La piastra adsorbente riscaldata irradia nell'ambiente parte del calore ricevuto, riscaldando l'aria a contatto con essa. Per ridurre al minimo la perdita di calore, l'adsorbitore deve essere isolato. La ricerca di un modo efficace per isolare l'adsorbitore ha portato gli ingegneri a creare diversi tipi di collettori solari, i più comuni dei quali sono i collettori sottovuoto piani e tubolari.

Collettori solari piani

Collettori solari piani.
Il design di un collettore solare piano è estremamente semplice: si tratta di una scatola di metallo ricoperta di vetro sulla parte superiore. Di norma, la lana minerale viene utilizzata per l'isolamento termico del fondo e delle pareti della cassa. Questa opzione è tutt'altro che ideale, poiché non è escluso il trasferimento di calore dall'adsorbitore al vetro per mezzo dell'aria all'interno della scatola. Con una grande differenza di temperatura all'interno del collettore e all'esterno, le perdite di calore sono piuttosto significative. Di conseguenza, un collettore solare piano, che funziona perfettamente in primavera e in estate, diventa estremamente inefficace in inverno.

Dispositivo collettore solare piano

1. Tubo di ingresso. 2. Vetro di sicurezza.

3. Strato di assorbimento. 4. Telaio in alluminio.

5. Tubi di rame. 6. Isolante termico. 7. Tubo di scarico.

Collettori solari tubolari sottovuoto

Collettori solari tubolari sottovuoto.
Un collettore solare sottovuoto è un pannello costituito da un gran numero di tubi di vetro relativamente sottili. All'interno di ciascuno di essi si trova un adsorbitore. Per escludere il trasferimento di calore dal gas (aria), i tubi vengono evacuati. È a causa dell'assenza di gas vicino agli adsorbitori che i collettori sottovuoto si distinguono per basse perdite di calore anche in caso di gelo.

Dispositivo collettore del vuoto

1. Isolamento termico. 2. Alloggiamento dello scambiatore di calore. 3. Scambiatore di calore (collettore)

4. Tappo sigillato. 5. Tubo a vuoto. 6. Condensatore.

7. Piastra assorbente. 8. Condotto termico con fluido di lavoro.

Applicazioni per collettori solari

Lo scopo principale dei collettori solari, come qualsiasi altro generatore di calore, è riscaldare gli edifici e preparare l'acqua per un sistema di fornitura di acqua calda. Resta da scoprire quale tipo di collettori solari è più adatto a svolgere una particolare funzione.

I collettori solari piani, come abbiamo scoperto, hanno buone prestazioni in primavera ed estate, ma sono inefficaci in inverno. Da ciò ne consegue che utilizzarli per il riscaldamento, la cui necessità appare proprio con l'inizio del freddo, è inappropriato. Ciò, tuttavia, non significa che non ci sia alcun lavoro per questa apparecchiatura.

I collettori piani hanno un vantaggio indiscutibile: sono significativamente più economici dei modelli sottovuoto, quindi, nei casi in cui si prevede di utilizzare l'energia solare esclusivamente in estate, ha senso acquistarli.I collettori solari piani si adattano perfettamente al compito di preparare l'acqua per la fornitura di acqua calda in estate. Ancora più spesso vengono utilizzati per riscaldare l'acqua a una temperatura confortevole nelle piscine all'aperto.

I collettori tubolari sottovuoto sono più versatili. Con l'arrivo del freddo invernale, le loro prestazioni non diminuiscono così tanto come nel caso dei modelli piatti, il che significa che possono essere utilizzati tutto l'anno. Ciò consente di utilizzare tali collettori solari non solo per la fornitura di acqua calda, ma anche nell'impianto di riscaldamento.

Confronto tra collettori solari piani e sottovuoto.

Costo dell'attrezzatura

Molti proprietari di case si sbagliano nella convinzione che un collettore di caldaie valga soldi favolosi. Nei negozi di idraulica puoi trovare molti modelli senza campanelli e fischietti, che costerà solo 200-500 rubli. Tali apparecchiature non avranno meccanismi di regolazione, testine termiche e altri elementi aggiuntivi e sono progettate per un massimo di 2-3 circuiti.

I modelli con funzionalità estese costeranno al proprietario di una casa o di un edificio industriale che desidera organizzare un sistema di riscaldamento competente, circa 4-5 mila rubli. Un lungo tubo con diverse uscite superiori e inferiori sarà completo di testine termiche, flussimetri, frecce e altre parti. Tali strutture sono spesso prodotte da produttori russi o marchi di paesi vicini. La più costosa è l'attrezzatura importata con regolazione automatica, che costerà 10-16 mila rubli.

Disposizione dei collettori solari

L'efficienza di un collettore solare dipende direttamente dalla quantità di luce solare che cade sull'adsorbitore. Ne consegue che il collettore dovrebbe essere posizionato in uno spazio aperto, dove non cade mai (o almeno per il tempo più lungo) l'ombra di edifici vicini, alberi situati vicino a montagne, ecc.

Non è solo l'ubicazione del collezionista che conta, ma anche il suo orientamento. Il lato più "soleggiato" del nostro emisfero settentrionale è quello meridionale, il che significa che idealmente gli "specchi" dell'invaso dovrebbero essere rivolti rigorosamente a sud. Se è tecnicamente impossibile farlo, dovresti scegliere la direzione il più vicino possibile a sud - sud-ovest o sud-est.

Non si dovrebbe perdere di vista un parametro come l'angolo di inclinazione del collettore solare. Il valore dell'angolo dipende dallo scostamento della posizione del Sole dallo zenit, che a sua volta è determinato dalla latitudine dell'area in cui verrà azionata l'apparecchiatura. Se l'angolo di inclinazione non è impostato correttamente, la perdita di energia ottica aumenterà in modo significativo, poiché una parte significativa della luce solare verrà riflessa dal vetro del collettore e, quindi, non raggiungerà l'assorbitore.

Avvolgimenti di eccitazione

Il dispositivo generatore DC ha il potenziale per essere utilizzato solo in piccole macchine elettriche. Innanzitutto perché per i dispositivi a bassa potenza è consentito l'uso di magneti permanenti. In altri casi, solo i solenoidi - bobine con un nucleo - o gli avvolgimenti di eccitazione possono creare un flusso magnetico di forza sufficiente. Dal tipo di cibo che mangiano i generatori possono essere suddivisi nelle seguenti classi:

• con eccitazione indipendente;
• autoeccitato.

Per la prima operazione è necessaria una sorgente di corrente ausiliaria. Questo è il principale svantaggio di questo tipo di macchina, quindi il loro utilizzo è limitato. Nei generatori con eccitazione indipendente, gli avvolgimenti sono alimentati dall'armatura. Macchine elettriche disposte secondo questo schema, si dividono a loro volta in tre tipologie:

• shunt (con eccitazione parallela);
• seriale (con seriale);
• generatori composti (con bobine di eccitazione parallele e in serie).

Come scegliere un collettore solare della giusta potenza

Se vuoi che l'impianto di riscaldamento della tua casa faccia fronte al compito di mantenere una temperatura confortevole nei locali, e dai rubinetti scorreva acqua calda, non tiepida, e allo stesso tempo prevedi di utilizzare un collettore solare come generatore di calore, è necessario calcolare in anticipo la potenza dell'apparecchiatura richiesta.

Allo stesso tempo, sarà necessario tenere conto di un numero abbastanza elevato di parametri, incluso lo scopo del collettore (fornitura di acqua calda, riscaldamento o la loro combinazione), la richiesta di calore dell'oggetto (superficie totale delle stanze riscaldate o consumo medio giornaliero di acqua calda), caratteristiche climatiche della regione, caratteristiche dell'impianto del collettore.

In linea di principio, fare tali calcoli non è così difficile. Le prestazioni di ciascun modello sono note, il che significa che è possibile stimare facilmente il numero di collettori necessari per fornire calore alla casa. Le aziende impegnate nella produzione di collettori solari dispongono di informazioni (e possono fornirle al consumatore) sulla variazione della potenza delle apparecchiature in funzione della latitudine geografica dell'area, dell'angolo di inclinazione degli "specchi", della deviazione di il loro orientamento dalla direzione sud, ecc., che consente di apportare le correzioni necessarie nel calcolo delle prestazioni del collettore.

Quando si seleziona la capacità del collettore richiesta, è molto importante raggiungere un equilibrio tra la mancanza e l'eccesso di calore generato. Gli esperti raccomandano di concentrarsi sulla massima capacità di raccolta possibile, ovvero di utilizzare l'indicatore per la stagione estiva più produttiva nei calcoli. Ciò va contro il desiderio dell'utente medio di prendere l'attrezzatura con un margine (cioè da calcolare in base alla potenza del mese più freddo) in modo che il calore del collettore sia sufficiente anche nelle giornate autunnali e invernali meno soleggiate.

Tuttavia, se scegli un collettore solare di maggiore potenza, al massimo delle sue prestazioni, cioè con tempo caldo e soleggiato, dovrai affrontare un problema serio: verrà prodotto più calore di quello consumato e questo minaccia il surriscaldamento del circuito e altre spiacevoli conseguenze ... Esistono due opzioni per risolvere questo problema: installare un collettore solare a bassa potenza e collegare le fonti di calore di riserva in parallelo in inverno, oppure acquistare un modello con una grande riserva di carica e prevedere modi per scaricare il calore in eccesso nella stagione primavera-estate .

Caratteristiche di

Il collettore di distribuzione nella rete di approvvigionamento idrico consente di collegare in modo autonomo più dispositivi a un ingresso. Inoltre, ogni dispositivo ha un collegamento personale e il getto d'acqua viene interrotto direttamente nel tubo del collettore.

Oltre al fatto che la presenza di un distributore consente di interrompere l'approvvigionamento idrico per uno o più impianti idraulici in un appartamento da un punto, un tale schema è conveniente negli edifici sociali, nei centri commerciali o negli hotel: se da qualche parte scorre, il blocco del flusso d'acqua nella relativa condotta è possibile anche senza l'accesso ai locali in cui si è verificato l'incidente.

Svantaggi dell'approvvigionamento idrico attraverso il collettore:

1. La lunghezza dei tubi dell'acqua utilizzati sarà molte volte superiore rispetto allo schema tradizionale, il che aumenterà il costo di installazione.
2. I tubi non possono essere posizionati nel muro, rispettivamente, la struttura occuperà spazio e ridurrà l'area utilizzabile, e questo è un problema per piccoli appartamenti o locali non residenziali.

Stagnazione del sistema

Parliamo ancora un po 'dei problemi legati a un eccesso di calore generato. Quindi, diciamo che hai installato un collettore solare sufficientemente potente in grado di fornire completamente calore al sistema di riscaldamento della tua casa. Ma l'estate è arrivata e la necessità di riscaldamento è scomparsa. Se una caldaia elettrica può essere spenta e una caldaia a gas può essere interrotta l'alimentazione del carburante, allora non abbiamo potere sul sole - non possiamo "spegnerlo" quando diventa troppo caldo.

Il ristagno del sistema è uno dei principali potenziali problemi per i collettori solari. Se non viene prelevato calore sufficiente dal circuito del collettore, il liquido di raffreddamento si surriscalda. Ad un certo momento, quest'ultimo può bollire, il che porterà alla cessazione della sua circolazione lungo il circuito. Quando il liquido di raffreddamento si raffredda e si condensa, il sistema riprende a funzionare. Tuttavia, non tutti i tipi di fluidi termovettori trasferiscono tranquillamente la transizione da uno stato liquido a uno gassoso e viceversa. Alcuni, a causa del surriscaldamento, acquisiscono una consistenza gelatinosa, il che rende impossibile l'ulteriore funzionamento del circuito.

Il ristagno può essere evitato solo eliminando in modo stabile il calore prodotto dal collettore. Se il calcolo della potenza dell'apparecchiatura viene eseguito correttamente, la probabilità di problemi è praticamente zero.

Tuttavia, anche in questo caso, non è escluso il verificarsi di forza maggiore, pertanto è opportuno prevedere preventivamente modalità di protezione contro il surriscaldamento:

1. Installazione di un serbatoio di riserva per accumulo acqua calda. Se l'acqua nel serbatoio principale del sistema di fornitura di acqua calda ha raggiunto il massimo impostato e il collettore solare continua a fornire calore, si commuterà automaticamente e l'acqua inizierà a riscaldarsi già nel serbatoio di riserva. La fornitura di acqua calda creata può essere utilizzata per le esigenze domestiche in un secondo momento, con tempo nuvoloso.

2. Acqua della piscina riscaldata. I proprietari di case con piscina (sia interna che esterna) hanno un'ottima opportunità per rimuovere l'energia termica in eccesso. Il volume della piscina è incomparabilmente maggiore del volume di qualsiasi accumulo domestico, il che significa che l'acqua al suo interno non si riscalderà così tanto da non essere più in grado di assorbire calore.

3. Acqua calda drenante. In assenza della possibilità di spendere utilmente il calore in eccesso, è sufficiente scaricare l'acqua riscaldata in piccole porzioni dal serbatoio di accumulo per l'approvvigionamento di acqua calda nella fognatura. Allo stesso tempo, l'acqua fredda che entra nel serbatoio abbasserà la temperatura dell'intero volume, che continuerà a sottrarre calore al circuito.

4. Scambiatore di calore esterno con ventilatore. Se il collettore solare ha una grande capacità, anche il calore in eccesso può essere molto grande. In questo caso, il sistema è dotato di un circuito aggiuntivo riempito di refrigerante. Questo circuito aggiuntivo è collegato all'impianto tramite uno scambiatore di calore dotato di ventilatore e montato all'esterno dell'edificio. In caso di rischio di surriscaldamento, il calore in eccesso entra nel circuito aggiuntivo e viene "gettato" nell'aria attraverso lo scambiatore di calore.

5. Scarico di calore nel terreno. Se, oltre al collettore solare, la casa dispone di una pompa di calore geotermica, il calore in eccesso può essere convogliato nel pozzo. Allo stesso tempo si risolvono due problemi contemporaneamente: da un lato si protegge il circuito dei collettori dal surriscaldamento, dall'altro si ripristina la riserva di calore nel terreno che si è esaurita durante l'inverno.

6. Isolamento del collettore solare dalla luce solare diretta. Da un punto di vista tecnico, questo metodo è uno dei più semplici. Certo, non vale la pena salire sul tetto e coprire manualmente il collettore: è difficile e pericoloso. È molto più razionale installare una tapparella comandata a distanza, come una tapparella. È anche possibile collegare l'unità di controllo della serranda al controller: in caso di aumento pericoloso della temperatura nel circuito, il collettore si chiuderà automaticamente.

7. Scarico del liquido di raffreddamento. Questo metodo può essere considerato cardinale, ma allo stesso tempo è abbastanza semplice. In caso di rischio di surriscaldamento, il liquido di raffreddamento viene scaricato tramite una pompa in un apposito serbatoio integrato nel circuito dell'impianto. Quando le condizioni torneranno favorevoli, la pompa restituirà il liquido di raffreddamento al circuito e il collettore verrà ripristinato.

Installazione del blocco manifold

Viene eseguita l'installazione del collettore di riscaldamento nelle immediate vicinanze della caldaia... I tubi del radiatore del riscaldatore vengono spesso posati lungo il pavimento, dopodiché la struttura viene cementata e isolata, il che riduce al minimo la perdita di calore. Il blocco del collettore stesso è montato in uno scudo o in una nicchia a parete appositamente preparati. Una speciale ribaltina può essere incernierata o incassata, completa di anta e stampaggio laterale, oppure aperta. Se non è possibile montare l'armadio, il blocco manifold viene fissato alla parete a un'altezza ridotta dal pavimento.

Se l'edificio è a più piani, il distributore verrà installato su ogni piano della casa, il che consentirà di riscaldare qualsiasi stanza. Un tale sistema ti consentirà di regolare, collegare e scollegare uno o più radiatori di riscaldamento, l'intera stanza, un circuito completo. Ciò elimina la necessità di interrompere l'alimentazione del refrigerante ad altre fonti di riscaldamento. Ripostigli, corridoi, corridoi, guardaroba sono utilizzati come locali per l'installazione del collettore di distribuzione.

Altri componenti del sistema

Non è sufficiente raccogliere semplicemente il calore irradiato dal sole. Deve ancora essere trasportato, accumulato, trasferito ai consumatori, tutti questi processi devono essere monitorati, ecc. Ciò significa che oltre ai collettori situati sul tetto, il sistema contiene molti altri componenti, che possono essere meno evidenti, ma non meno importante. Concentriamoci solo su alcuni di essi.

Portatore di calore

La funzione del refrigerante nel circuito del collettore può essere svolta sia dall'acqua che da un liquido antigelo.

L'acqua presenta una serie di svantaggi che impongono alcune restrizioni al suo utilizzo come refrigerante nei collettori solari:

• In primo luogo, a temperature negative, si solidifica. Per evitare che il refrigerante congelato scoppi le tubazioni del circuito, con l'avvicinarsi del freddo dovrà essere drenato, il che significa che in inverno non riceverai nemmeno piccole quantità di energia termica dal collettore.
• In secondo luogo, un punto di ebollizione dell'acqua non troppo alto può causare frequenti ristagni nel periodo estivo.

Il liquido antigelo, a differenza dell'acqua, ha un punto di congelamento significativamente più basso e un punto di ebollizione incomparabilmente più alto, il che aumenta la comodità di utilizzarlo come vettore di calore. Tuttavia, ad alte temperature, il "non congelamento" può subire modifiche irreversibili, quindi dovrebbe essere protetto da un surriscaldamento eccessivo.

Pompa adatta per impianti solari

Per garantire la circolazione forzata del liquido di raffreddamento lungo il circuito del collettore, è necessaria una pompa adatta per impianti solari.

Scambiatore di calore ACS

Il trasferimento di calore dal circuito del collettore solare alla fornitura di acqua calda o al mezzo di riscaldamento dell'impianto di riscaldamento avviene per mezzo di uno scambiatore di calore. Di norma, per accumulare acqua calda viene utilizzato un serbatoio di grande volume con uno scambiatore di calore integrato. È razionale utilizzare serbatoi con due o più scambiatori di calore: questo permetterà di prelevare calore non solo dal collettore solare, ma anche da altre fonti (caldaia a gas o elettrica, pompa di calore, ecc.).

Schema elettrico classico

Il solito schema elettrico per i tubi di approvvigionamento idrico intorno alla casa è a T o sequenziale: una tubazione viene deviata dal montante principale, a cui i dispositivi e le apparecchiature necessari sono collegati tramite tee e rubinetti.

Questa tecnologia di connessione è utile nei seguenti punti:

1. Lunghezza minima totale del tubo;
2. Bassa resistenza idraulica nel sistema di approvvigionamento idrico.

In pratica, questo schema non si è dimostrato dal lato migliore: si è scoperto che è meglio implementare una connessione tramite un pettine. Lo svantaggio del collegamento tradizionale è che quando più valvole vengono aperte contemporaneamente, la pressione in una di esse, o in entrambe, diminuisce.