Combinados de colectores solares con tubos de calor Bashny.Net

La energía solar se utilizan para la producción de agua caliente (aire caliente) y la generación de energía eléctrica. También la energía eléctrica producen mediante paneles fotovoltaicos. Recibida la energía eléctrica se utiliza para fines industriales y de electricidad.

Los colectores solares y calentadores de agua son los cambiadores de calor, realizadas en forma de tubos de los radiadores. El número de tubos del radiador es de 4, 6, 8 piezas, que вварены en dos tubos. El agua entra en el tubo del radiador a través de uno de los tubos, y por la otra sale en la colección o el sistema. Tubular radiador se coloca en теплоизолированный canal, que, por una parte cerrada con vidrio. Debido a la absorción de calor solar de agua, que circula por los tubos, se calienta. Para aumentar la superficie de absorción de calor, tubos abastecen de aletas de aluminio. Su capacidad de absorción aumentan, cubriendo las aletas de la pintura negra.



Aplican los calentadores de agua solares activa o pasiva. En el núcleo del sistema eléctrico de la bomba para la circulación del fluido a través del colector. Pasiva, el sistema no tiene la bomba y sólo utiliza la circulación natural. El sistema activo de calentamiento más eficaz, pero es más caro en funcionamiento. Activa el sistema de circulación se utiliza para la producción de agua caliente en абсорбционных (адсорбционных) de refrigeración de máquinas (bombas de calor), villas, casas de campo o en la zona de oficinas de las empresas. Pasiva de un sistema más ampliamente utilizan para el calentamiento del agua en las necesidades de los edificios de apartamentos de construcción. El sistema es bastante simple, confiable y no querida.
La energía solar se utiliza para calentar el aire que прокачивают a través de canales de aire. A menudo, canales de aire para calentar el aire están integrados en la construcción de edificios.
La eficiencia y la fiabilidad de los colectores solares para el calentamiento de agua se ha mejorado significativamente con la aplicación de calor de tubos. La investigación ha demostrado que su rendimiento térmico en sistemas pasivos de calefacción son comparables a los equivalentes activos de los sistemas. Tubo de calor (tc) o cerrados alternancia термосифоны (tpa) también proporcionan la protección adecuada contra el congelamiento a temperaturas por debajo de 0°C.
Los colectores solares con el calor de los tubos o los термосифонами tienen constructiva similar a la ejecución. Тепловоспринимающая panel es una de las parcelas de la zona de evaporación de calor de los tubos. Las parcelas de la zona de condensación de calor de tubos en todos los diseños colocado en el depósito de la batería. Las diferencias existen en el diseño de los objetos o de las aletas en las áreas de las zonas de la evaporación y de la configuración de canales para el paso de agua o de aire. Algunos constructivas diferencias existen en las áreas de las zonas de condensación de calor de tubos que se colocan en el depósito de la batería, por ejemplo, longitudinal o espiral de la aleta.
En la patente de estados unidos propuso térmica del colector, тепловоспринимающая panel que tiene canales llenos de líquido. Al calentar el refrigerante se produce la evaporación, las parejas se levantan en el canal anular, que se encuentra en el tanque para calentar el agua. El método de transferencia de calor se refiere al principio de la labor de calor de tubo. El diseño del colector proporciona un alto grado de transferencia de calor y una gran capacidad de trabajo. En el diseño del colector y el método de la transferencia de calor tiene una serie de inconvenientes importantes. El diseño no технологична desde el punto de vista de la fabricación, es difícil hacer la gasolinera de los canales de líquido. Es irregular y no es el calentamiento de agua en el tanque.
Colectores solares para calentar agua, por ejemplo, de las empresas "Globe Solar Energy, Inc. (Canada), "ECOTEC" (Israel) y algunas otras empresas contienen tubo de calor. Las parcelas de la zona de evaporación de calor de tubos colocados en el cristal de la envoltura, mientras que las áreas de la zona de condensación se encuentran en el depósito de la batería o en el трубчатом el colector. En las conchas se admite especificado de vacío (de 10 a 30 PSA). La magnitud de vacío depende de la superficie de absorción del colector. A pesar de la buena publicidad, los colectores con tubo de vidrio de vacío contenedores no tienen una gran demanda entre los consumidores. Esto se debe a que el colector tiene un gran peso, tiene un alto costo y la baja fiabilidad de la estructura.
Hay varios diseños de colectores solares de tipo combinado. Los colectores de tipo combinado permite obtener agua caliente o aire y energía eléctrica.
Combinados de los colectores, se realiza generalmente en una base tubular de colector para calentar el agua o con el plano del polímero de los fogones. Arriba colector tubular en toda la superficie de absorción de la energía solar se coloca la fotovoltaica panel. Este diseño del colector proporciona la producción de la energía térmica y eléctrica cuando más económico el uso constructivo de la superficie del colector.
Hemos desarrollado varios diseños combinados de colectores solares de bloque tipo. El objetivo principal de la elaboración de los diseños de colectores de hecho en el aumento de la eficiencia de conversión de energía solar en calor. Con este fin, como теплопередающих elementos utilizados tubo de calor (circuito cerrado de alternancia термосифоны). Como un generador de energía eléctrica se utilizó una de las numerosas modificaciones panel fotovoltaico con una capacidad instalada del orden de 100 vatios. En la figura siguiente se muestra un esquema de una de las construcciones combinada del colector.

A la unidad de absorción de la energía solar; En el bloque de calentamiento de agua y generación de energía eléctrica; 1 — теплоизолированный canal; 2 – el cristal de canal; 3 – panel fotovoltaico; 4 – áreas de las zonas de evaporación térmica de los tubos; 5 – электронагревательные elementos; 6 – aletas; 7 – тепловоспринимающая panel; 8 – cambiadores de calor de la sección; 9 – las parcelas de las zonas de condensación de calor de los tubos; 10 – los conectores.
Combinado colector es de calor de tubos y consta de un bloque de absorción de calor solar, la unidad de calentamiento de agua y la unidad de generación de energía eléctrica. La unidad de calentamiento de agua es el principio de un intercambiador de calor de tipo "tubo en tubo". El intercambiador de calor se compone de las secciones, el número de los que puede coincidir con el número de calor de los tubos. El diseño del colector, en el que el intercambiador de calor contiene el número de particiones de igual удвоенному número calor de los tubos. Por ejemplo, la cantidad de calor de los tubos es de 8 unidades, y el número de particiones de un intercambiador de calor – 16. La transferencia de calor de flujo del agua en el intercambiador de calor se puede llevar a cabo de dos maneras: el contacto directo de la superficie de la zona de condensación de calor de tubo con el agua o el método de "contacto seco". En este último caso, la transferencia de calor se realiza a través de dos теплопроводные de la pared. El diseño combinado del colector de calor de los tubos, en la superficie de equipamientos de áreas que se consignan электронагревательные elementos.
Tamaño de la тепловоспринимающей de la barra, que es una de las parcelas de la evaporación, es de 60 a 70% del total de la superficie del colector. Para los sistemas de circulación natural, тепловоспринимающая la superficie debe ser mayor que la de los sistemas tipo de activo.


Experimentado el sistema de colectores solares En las siguientes figuras se muestra experimentado el sistema de calentadores de agua solares activo tipo. El sistema consta de 2 calentadores solares, cada uno de los cuales está conectado al tanque de agua con una capacidad de Vt=150 litros (kg). La circulación del agua a través de los calentadores realizan centrífugo de la bomba. Los calentadores de тепловоспринимающими superficies convertido en el sur-oeste y se instalan en un ángulo de 35 grados con respecto al horizonte.

Verificación de la eficiencia de los calentadores de agua se llevó a cabo con el uso de un colector solar de la firma "NIMROD" (israel). Estándar calentador consta de теплоизолированного de canal, en el que se encuentra el 8 piezas тепловоспринимающих tubo de cobre O16/14 mm, por los que circula calienta el agua. Тепловоспринимающие tubo вварены en dos vestíbulos de la tubería con un diámetro interno de 26.5 mm. En los tubos colocados aletas de la que están hechos de placas de aluminio, de espesor de 0.5 mm. las Aletas están cubiertas con pintura negra para aumentar el calor de la absorción. Total de теплопоглощающая la superficie de la barra estándar es de Fst = 2.565 m2. Tamaño de paso de sección тепловоспринимающих de los tubos es de 0.00123 m2.
Para el suministro de agua en el calentador solar utilizan una bomba centrífuga marca SR3-20/40. La bomba tiene tres modos de funcionamiento, que proporcionan el rendimiento de la bomba: 2 m3/h, 2.6 m3/h y 3.75 m3/h. Cuando el máximo rendimiento de la velocidad de flujo de agua en los tubos de calentador solar es de 0.8 m/seg.
El nuevo solar combinado calentador también está hecho a base de panel de la firma "NIMROD". El colector consta de bloques que se colocan en un estándar теплоизолированном de la cesta. De 8 piezas de tubos de dicho panel fueron fabricados en tubo de calor (en nuestro caso, los circuitos cerrados de alternancia термосифоны). Cada tpa estaba lleno binario líquido a base de metanol. La cantidad de refrigerante en el tpa es de 150 ml de Áreas de las zonas de evaporación con aletas forman тепловоспринимающую panel. Tamaño de la тепловоспринимающей de la barra es de 1.67 m2. En equipamientos de áreas instaladas de las aletas, de las mismas dimensiones, como en el calentador. La longitud del tramo de evaporación es del orden de 1.3 m Tamaño de la тепловоспринимающей barra combinada de colector de 1.4 veces menor que el estándar del colector.
Unidades de condensación áreas de tpa colocados en las secciones del intercambiador de calor del tipo "tubo en tubo". Para mejorar el grado de contacto entre la superficie de estos terrenos de tpa y las paredes del intercambiador de calor, en el hueco que se ha señalado de aluminio de la viruta. La superficie interna de calentamiento de agua es del orden de 0.393 m2. Tamaño de paso de sección para el agua es de 0.00768 m2. Teniendo en cuenta que el tamaño de paso de sección para el agua en el calentador térmico de los tubos en 6.2 veces más, para garantizar una velocidad de agua de 0.8 m/seg, a través del calentador debe bombear 6.08 m3/h de agua, es decir, casi dos veces más que a través de un calentador.
Estándar fotovoltaico panel de la nominal de la instalación de una potencia de 100 W, con la superficie de trabajo 1.14 m2, proporciona a la luz el día de la carga de la batería tensión de 12V capacidad 55-60 Y·una hora. Cuando el consumo de corriente de la batería 5A·hora, la bomba o el calentador de potencia de 200 w puede funcionar durante 10 – 12 horas.
Metodología de procesamiento y análisis de datos empíricos

Existen varias técnicas para determinar la eficacia o la eficiencia de calentadores solares. Común, la metodología de cálculo que se basa en el principio de la resta de la cantidad ideal de la absorción de colector de las pérdidas inevitables de la energía térmica. A tales pérdidas son: el factor de conversión de la energía solar (bajo) y factores de pérdida (a1, a2). Factor de conversión (a) tiene en cuenta la óptica de la pérdida de un colector solar, los coeficientes a1 y a2 – las pérdidas de calor del colector.
Para determinar la eficiencia de conversión de energía solar colector en un lugar determinado y el conjunto de las condiciones externas propuso la fórmula:

donde el parámetro (X) aprobada por la construcción del colector se define, en términos del promedio de la temperatura del aire exterior (tam), el promedio de la temperatura de flujo del agua (twm) y el valor de la radiación solar (G).

Como se desprende de las características de la dimensión, la opción a (X) representa una variable el valor de las resistencias térmicas. Para la latitud y la zona de la radiación solar el valor de la constante (sin contar día de los cambios de las condiciones climáticas, como la nubosidad, polvo, etc.). Por tanto, el cambio de magnitud (X) depende de la diferencia de temperatura del flujo del agua y del aire circundante, más exactamente, sólo de la temperatura del aire. Puede ser útil, relacionar la eficiencia del colector sólo a la magnitud de la radiación solar o la temperatura promedio del aire.
Presentados los gráficos de la "eficacia" en la función η=f(X) empresas fabricantes de colectores solares son exactamente los mismos, aunque los valores numéricos de los coeficientes de pérdidas de calor tomado diversas.
Naturalmente, sobre adoptadas por los valores de los factores de pérdidas de calor del colector hay importantes dudas. Por ejemplo, el laboratorio de suiza (SPF informe C63LPEN) en la base de la superficie de absorción, propuso el siguiente conjunto de valores para el cálculo de la eficiencia de los colectores solares:
— factor de conversión: de = 0.717;
— el factor de pérdidas: a1 = 1.52, w/(m2 · K);
— el factor de pérdidas: a2 = 0.0085, w/(m2 · K);
Otros laboratorios y empresas ofrecen a sus valores de las magnitudes de los coeficientes de pérdidas que, a su vez, dependen de numerosos externos y los factores de diseño. Por ejemplo, la óptica de la pérdida de colector normalmente oscilan entre el 14% y el 26%, y a veces alcanzan el 32% y más. Es decir, el factor de conversión (de) aceptan igual a la de 0.86 a 0.68. Como es de suponer, los valores numéricos de los coeficientes de pérdidas de calor (a1) y (a2) aprobó sobre la base de los datos experimentales para un determinado diseño y de la plaza del colector. Surge la pregunta, es legítimo si la labor de difusión de los valores numéricos de pérdidas de calor en todas las fabricado colector solar?
Si la dimensión del factor (a1), sin duda, la dimensión del factor (a2), donde la temperatura dada en un cuadrado, no que otro, como el matemático de la recepción para obtener el final безразмерной de magnitud. Utilizan este matemático de la recepción, para evitar errores en los cálculos. Desde el punto de vista del proceso de transferencia de calor, la propuesta de un método de cálculo de la eficiencia del colector no permite evaluar objetivamente las ventajas de una u otra construcción del colector.
Naturalmente, estimar la eficiencia de los colectores de tipo combinado en el conocimiento de técnicas no es posible. Para determinar los valores de las pérdidas de calor se requiere realizar un gran número de experiencias en todos los múltiples cambios de factores. Para los consumidores en general la más importante característica de un colector solar es la cantidad y la temperatura máxima de flujo del agua por la luz del día. Esta disposición indica qué método se puede confirmar la eficacia de la forma o de otra, la construcción de un colector solar.
Por lo tanto, la evaluación de la eficacia de los nuevos diseños de colectores solares definió promediada el valor de la energía térmica absorbida de flujo del agua a lo largo del tiempo de la luz del día. La eficiencia de los nuevos diseños de colectores era comparado con el estándar de colectores, que existen en los mercados de muchos países.
Al evaluar la eficacia de calentadores solares han medido la temperatura de salida del agua de los tanques y de la temperatura del aire exterior. Para el análisis comparativo se establecieron las siguientes opciones: la misma capacidad (capacidad) de los tanques; la misma y la constante de velocidad de flujo en los tubos estándar del calentador y en las secciones del intercambiador de calor combinada del colector. Como se ha indicado anteriormente, el análisis se realizó para los sistemas de calentamiento activa el sistema de circulación de agua. En la actualidad, por los mismos parámetros se analizan los sistemas de circulación natural del agua. Para un sistema con circulación natural de agua fabricado combinado colector térmico de los tubos y se configura un colector. Dimensiones de los colectores de los mismos.
La temperatura del agua y del aire замерялась cada hora, a partir de las 8.00 de la mañana hasta las 16.00 horas. La velocidad de flujo en los tubos estándar del calentador y las secciones del intercambiador de calor de un nuevo colector se mantuvo en menos de 0.8 m/seg.
De 3 meses de ciclo de prueba de varios días (17.07., 21.07. y 24.07.2011 año), las mediciones se llevaron a cabo desde las 8.00 hasta las 11.00 de la mañana. En algunos días la medición de las temperaturas del agua y del aire se llevaron a cabo antes de las 18.00 horas de la tarde. Estas mediciones se llevaron a cabo con 1.08 de 3.08. 2011.
La cantidad de energía térmica que absorbe el agua en el calentador solar, definida por las ecuaciones:

La eficacia de la теплопоглощения o de la magnitud del flujo de calor en тепловоспринимающую superficie solar calentadores se han encontrado en las expresiones:
Los factores de eficiencia (η) o de calor, los factores de eficiencia, calentadores solares se han calculado como la relación entre la cantidad de calor absorbido P solares подогревателями a la magnitud de la radiación solar G para esta latitud de la localidad y el tiempo de un año.
Para la latitud en que se encuentra israel, el valor de la radiación solar para la primavera y el verano puede ser G = 950 – 1,100 w/m2, para el otoño y el invierno, la radiación solar es igual a G = 750 – 950 w/m2.



Los resultados experimentales de validación de los Resultados de la comprobación de la eficacia de solares calentadores de tipo estándar y térmica de los tubos para diferentes condiciones climáticas de 3 meses de verano, se presentan en la figura a continuación. La siguiente gráfica muestra el promedio de los valores de flujo de calor dentro de la luz del día, cuando los rayos del sol caían en тепловоспринимающие de la superficie de colectores. Estimación de la eficacia de la теплопоглощения (R) de los calentadores ha relacionado con la cantidad de radiación solar igual a 900 w/m2. Como se desprende de la presentada por los gráficos eficiencia térmica combinada de colector en 2.0–2.36 veces mayor que el estándar del calentador. Cabe señalar que тепловоспринимающая la superficie combinada de colector térmico de los tubos en un 40% menor que el estándar del colector.

El análisis de los resultados de las pruebas estándar del calentador muestra que la cantidad de calor absorbida por 1 m2 тепловоспринимающей de la superficie, depende principalmente de la duración del calentamiento y el comienzo de una diferencia de temperatura de agua en el tanque y el aire exterior. La cantidad absorbida por la energía térmica por 8 horas de trabajo, en promedio, fue de 16,500 kj, y por 10 horas de trabajo – 20,500 kj. Estándar de colector es muy sensible al cambio de la medida de la nubosidad durante el día. Claro el tiempo de calentamiento del agua se produce con la suficiente rapidez, especialmente desde las 9.00 de la mañana hasta las 13.00 horas del día. En el estándar de la temperatura del calentador de agua caliente en verano alcanza de 52.1°c a 63.3°C. Medido de la temperatura media del aire durante el período de prueba fue de 29 a 31°C. la Máxima alcanzada la densidad de calor hasta que fue de P = 300 w/m2. El promedio mensual de eficiencia térmica estándar colector P = 220 w/m2 en invierno y P = 243 w/m2 en verano. Promedio de la tasa de eficiencia estándar colector activa la circulación de agua en el mes de junio fue de 21.7%. El estimado de la eficiencia térmica del colector en el mes de julio fue de 21.2%, en el mes de agosto – 21.48%. Los valores de eficiencia térmica corresponden plenamente conocidos los tipos estándar de colectores, que trabajan en activo el sistema de circulación de agua.
La prueba combinada del colector térmico de los tubos han demostrado la alta eficacia de la propuesta de diseño del calentador. En este colector de transferencia de calor de las paredes de la zona de condensación de calor de tubos al flujo del agua se efectúa mediante "contacto seco". Además, en el espacio existente entre la pared de calor de tubo y la pared de la sección de un intercambiador de calor con el fin de mejorar el contacto colocaban en papel de aluminio.
En los meses de verano, el calentamiento de agua en el colector de calor de tubo pasaba más intensa. Temperatura inicial del agua en los tanques estándar del colector y el combinado del colector de la misma. Como regla general, la intensidad de calor en el colector térmico de los tubos fue de 3.8 – 4.6°c más alta que en el colector. En el mes de agosto especificada la intensidad de calentamiento alcanzaba 5.2 – 7.4°C. la Cantidad de energía absorbida en el colector, en promedio, fue de: 8 horas de trabajo 20,600 kj, por 10 horas de trabajo – 25,000 kj. La mayor cantidad absorbida de la energía térmica en el colector de calor de los tubos, puede explicarse por el hecho de que el tubo de calor tienen acumulativo de banda. El promedio de la temperatura del agua caliente en los meses de invierno es de 56.0 Con hasta 60,6°c, y en los meses de verano, el calentamiento de agua alcanzaba 59.2 Con – 72.0°C. la eficiencia Térmica del colector fue de R = 510 w/m2 en verano y P = 550 w/m2 en los meses de invierno. El factor de eficiencia del colector térmico de los tubos se encuentra a menos de 42-50%.
Eficiencia térmica y la eficiencia de la теплопоглощения para el colector de calor de los tubos se muestran en las figuras a continuación.

Los gráficos se refieren a un período de prueba combinada del colector desde mediados de diciembre de 2010 hasta mediados de marzo de 2011. Todos medidos y calculados los datos усредняли semanales ciclo de vida. Al calcular el calor de eficiencia en el invierno y la primavera (mes de marzo) el valor de la radiación solar se tenga igual a 750 w/m2, en los meses de verano, la igualdad de 950 w/m2. Como se desprende de los resultados de las pruebas, en invierno combinado colector de muestra de una eficacia más alta. Esto se debe a que el tubo de calor tienen acumulativo de banda, y por lo tanto proporcionan un período más largo de calentamiento de agua. En invierno, la duración de las mediciones se llevaron a cabo también en el plazo de 8 horas de trabajo diurno.
Cabe señalar, que los colectores solares también aplican para asegurar el funcionamiento de la абсорбционных (Company "SK SonnenKlima" GmbH) o адсорбционных (Company "SolarTech" AG) de las bombas de calor. Si la potencia de refrigeración de las máquinas (7-8) kw se requiere la instalación de colectores solares con una potencia total de (13-14) kW. Para obtener esta potencia térmica establecen 6-8 unidades de colectores solares de tipo estándar con тепловоспринимающей la superficie (2.6–2.8) m2. Para obtener la misma (13-14) kw de energía térmica en el combinado colectores térmicos de los tubos es necesario instalar 3-4 unidades de colectores. Dimensiones combinadas de los colectores de los mismos, como el estándar de colectores. Cuando este combinado colectores solares permiten obtener la energía eléctrica, la cual es suficiente para el accionamiento de las bombas de circulación.
Los resultados de las pruebas de colectores solares

— Eficiencia térmica del colector de calor de tubo y de un intercambiador de calor de tipo "tubo en tubo" incluso al modo de la transferencia de calor por el método de "contacto seco" por encima de 55 a 65%, en comparación con la energía solar con colectores de tipo convencional;
— La presencia de la fotovoltaica, el panel le permite ampliar el intervalo de trabajo de trabajo del colector, como en la noche, y en una pequeña cantidad de radiación solar (fuerte nubosidad o el tiempo de lluvias);
— El uso de calor en los tubos de los binarios de los fluidos de transferencia térmica con un menor temperatura de ebullición asegura la rápida ejecución de un colector en el trabajo y reduce las pérdidas de calor, y en ausencia de radiación solar restablecimiento de calor en el medio ambiente mínima;
— La presencia de электронагревательных de los elementos en las parcelas de la zona de evaporación de calor de los tubos permite el calentamiento de agua en la noche, en el plazo de 12 a 15 horas;
— Diseño simple combinada del colector permite la fabricación de colectores con un bajo costo de producción y vender a precios competitivos.

Una lista de símbolos de cw – el calor específico del agua, kj/(kg K);
F – tamaño de la тепловоспринимающей de la superficie, m2;
G – la radiación solar w/m2;
M – la cantidad de flujo de agua, en kg;
Q es la cantidad de calor que absorbe el calentador, kj;
P – eficiencia térmica del calentador, en w/m2;
V – capacidad de combustible, litros
t es la temperatura, en °C; Griego:
τ – la duración del trabajo de los calentadores, hora;
η – factor de eficiencia del calentador; los Índices:
aa – la temperatura media del aire;
awhp – la temperatura media del agua en el tanque colector de calor de los tubos;
awst – la temperatura media del agua en el tanque estándar colector;
hp – colector de calor de los tubos;
st – estándar colector;
w – opción de agua.

Fuente: alternativenergy.ru