Активне сонячне опалення Департамент енергетики
Ти тут
Активні сонячні системи опалення використовують сонячну енергію для нагрівання рідини - рідини або повітря - а потім передають сонячне тепло безпосередньо у внутрішній простір або в систему накопичення для подальшого використання. Якщо сонячна система не може забезпечити належне опалення приміщення, додаткова або резервна система забезпечує додаткове тепло. Рідкі системи частіше використовуються, коли включено сховище, і вони добре підходять для систем променевого опалення, котлів з радіаторами гарячої води та навіть абсорбційних теплових насосів та охолоджувачів. Як рідинні, так і повітряні системи можуть доповнювати системи примусового повітря.
Активне сонячне опалення на рідкій основі
Сонячні колектори рідини найбільш підходять для центрального опалення. Вони такі ж, як і в сонячних водонагрівальних системах водопостачання. Плоскі колектори - найпоширеніші, але також доступні евакуйовані трубкові та концентруючі колектори. У колекторі тепловіддача або "робоча" рідина, така як вода, антифриз (зазвичай нетоксичний пропіленгліколь) або інший тип рідини поглинає сонячне тепло. У відповідний час контролер управляє циркуляційним насосом для переміщення рідини через колектор.
Рідина швидко тече, тому її температура під час руху через колектор зростає лише від 10 ° до 20 ° F (5,6 ° до 11 ° C). Нагрівання меншого обсягу рідини до більш високої температури збільшує втрати тепла від колектора та зменшує ефективність системи. Рідина надходить або до накопичувального бака, або до теплообмінника для негайного використання. Інші компоненти системи включають трубопроводи, насоси, клапани, розширювальний бак, теплообмінник, накопичувальний бак та елементи управління.
Швидкість потоку залежить від теплоносія. Щоб дізнатись більше про типи рідких сонячних колекторів, їх розмір, технічне обслуговування та інші проблеми, див. Розділ Сонячне опалення води.
Зберігання тепла в рідких системах
Рідкі системи зберігають сонячне тепло в резервуарах з водою або в мурованій масі системи сяючої плити. У системах накопичувального типу тепло від робочої рідини передається до розподільної рідини в теплообміннику зовні або всередині бака.
Ємності знаходяться під тиском або без наддуву, залежно від загальної конструкції системи. Перш ніж вибирати резервуар для зберігання, враховуйте вартість, розмір, довговічність, де його розмістити (у підвалі чи зовні) та способи його встановлення. Можливо, вам доведеться побудувати резервуар на місці, якщо бак необхідного розміру не буде поміщатися через існуючі дверні отвори. Ємності також мають обмеження температури і тиску і повинні відповідати місцевим будівельним, сантехнічним та механічним нормам. Слід також зазначити, скільки ізоляції необхідно для запобігання надмірних втрат тепла, а також яке захисне покриття або герметизація необхідні, щоб уникнути корозії або витоків.
Спеціальні або спеціальні резервуари можуть знадобитися в системах з дуже великими вимогами до зберігання. Зазвичай це нержавіюча сталь, склопластик або високотемпературний пластик. Бетонні та дерев’яні (гідромасажні ванни) є також опціями. Кожен тип ємностей має свої переваги та недоліки, і всі типи вимагають ретельного розміщення через їх розмір та вагу. Може бути більш практичним використання декількох менших резервуарів, а не одного великого. Найпростіший варіант системи зберігання - використання стандартних побутових водонагрівачів. Вони відповідають будівельним нормам, що відповідають вимогам ємностей під тиском, викладені для запобігання корозії та прості в установці.
Розподіл тепла для рідких систем
Для розподілу сонячного тепла можна використовувати сяючу підлогу, плінтуси з гарячою водою або радіатори або центральну систему примусового повітря. У системі сяючої підлоги рідина, що нагрівається сонячним світлом, циркулює по трубах, вмонтованих у тонку бетонну підлогу, яка потім випромінює тепло в приміщення. Променеве опалення підлоги ідеально підходить для рідких сонячних систем, оскільки воно добре працює при відносно низьких температурах. Для ретельно розробленої системи може не знадобитися окремий резервуар для зберігання тепла, хоча більшість систем включає їх для контролю температури. Звичайний котел або навіть звичайний побутовий водонагрівач може подавати резервне тепло. Плиту, як правило, обробляють плиткою. Системи променевих плит займають більше часу для обігріву будинку з «холодного старту», ніж інші типи систем розподілу тепла. Однак, коли вони працюють, вони забезпечують стабільний рівень тепла. Килими та килими знизять ефективність системи. Додаткову інформацію див. У розділі "Променеве опалення".
Плінтуси та радіатори з гарячою водою потребують води між 71 ° та 82 ° C між 160 ° та 180 ° F, щоб ефективно обігрівати приміщення. Як правило, плоскі колектори рідин нагрівають рідини для передачі та розподілу між 32 ° та 49 ° C (90 ° - 120 ° F). Отже, використання плінтусів або радіаторів із сонячною системою опалення вимагає, щоб площа поверхні плінтуса або радіаторів була більшою, температура рідини, що нагрівається на сонці, збільшувалася за допомогою резервної системи або середньотемпературного сонячного колектора (наприклад, евакуйованого трубчастий колектор) може бути замінений на плоский колектор.
Існує кілька варіантів включення рідинної системи в систему примусового повітряного опалення. Основною конструкцією є розміщення теплообмінника «рідина-повітря» або нагрівальної котушки в основному повітроводі повітря-приміщення до того, як він дійде до печі. Повітря, що повертається з житлового приміщення, нагрівається, коли воно проходить над сонячно нагрітою рідиною в теплообміннику. Додаткове тепло подається за необхідності від печі. Котушка повинна бути достатньо великою, щоб передавати достатньо тепла в повітря при найнижчій робочій температурі колектора.
Попередній підігрів вентиляції
Сонячні повітряні системи опалення використовують повітря як робочу рідину для поглинання та передачі сонячної енергії. Сонячні колектори повітря можуть безпосередньо нагрівати окремі приміщення або потенційно можуть попередньо нагріти повітря, проходячи у вентилятор з рекуперацією тепла або через повітряну спіраль теплового насоса із джерелом повітря.
Повітряні колектори виробляють тепло раніше та пізніше дня, ніж рідкі системи, тому вони можуть виробляти більше корисної енергії протягом опалювального сезону, ніж рідинні системи такого ж розміру. Крім того, на відміну від рідинних систем, повітряні системи не замерзають, а незначні витоки в колекторі або розподільних каналах не спричинять значних проблем, хоча вони погіршують продуктивність. Однак повітря є менш ефективним теплоносієм, ніж рідина, тому сонячні повітряні колектори працюють з меншою ефективністю, ніж сонячні колектори.
Хоча деякі ранні системи пропускали нагріте сонячним повітрям повітря через шар гірських порід як накопичувач енергії, такий підхід не рекомендується через неефективність, потенційні проблеми з конденсацією та цвіллю в гірському шарі, а також вплив цієї вологи та цвілі на якість повітря в приміщенні.
Сонячні повітряні колектори часто інтегрують у стіни або дахи, щоб приховати їх зовнішній вигляд. Наприклад, черепична покрівля може мати вбудовані в неї канали повітряного потоку, щоб використовувати тепло, яке поглинається черепицею.