Корзина
ГЕЛИОМАСТЕР - КРЫМ
7(978) 707-21-55
  • ГЕЛИОМАСТЕР - КРЫМ
  • Статьи
  • Сравнительная работа Вакуумного трубчатого и Плоского солнечного коллектора для предварительного нагрева воды в системе горячего водоснабжения и отопления

Сравнительная работа Вакуумного трубчатого и Плоского солнечного коллектора для предварительного нагрева воды в системе горячего водоснабжения и отопления

Сравнительная работа Вакуумного трубчатого и Плоского солнечного коллектора для предварительного нагрева воды в системе горячего водоснабжения и отопления

06.02.13

ЦЕНТР ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ РАЗРАБОТОК В СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ (The CENTRE OF EXCELLENCE FOR SOLAR ENGINEERING) при Ингольстадком университете прикладной науки (Ingolstadt University of Applied Sciences) решил провести исследование системы солнечного теплоснабжения двухсемейного частного дома. Целью данного проекта является исследование показателей использования солнечной энергии в реконструированных, в соответствии с требованиями по сокращению выбросов CO2, частных домах. Кроме того, особое внимание было направленно на сравнение работы современного вакуумного трубчатого и плоского солнечного коллектора для нужд нагрева воды и отопления здания.

Для исследования выбран обычный двухсемейный частный дом, расположенный в Баварии. Дом построен в 1970 году и был реконструирован в начале 90-х годов. Здание изображено на Рис.1. Лаборатория для исследования расположена в самом доме. Здание так же отвечает высоким стандартам по тепловым потерям. 


Рис.1- Двухсемейный дом с использованием солнечной энергии

Существующая система нагрева воды (жидко-топливный котел, плоские солнечные коллекторы и система теплых полов) была усовершенствована в данном проекте путем внедрения современных вакуумных трубчатых коллекторов и бака накопителя со стратификацией (Рис 2).
Измерительное оборудование было установлено в здании, чтобы контролировать термодинамическое процессы компонентов системы, особое внимание было уделено измерению тепловой энергии вырабатываемой вакуумными трубчатыми и плоскими коллекторами. Кроме того, были исследованы свойства и параметры тепловой стратификации бака аккумулятора.


 
Рис.2- Гидравлическая схема и измерительная арматура

На Рисунке 3 показана график выработки тепловой энергии плоского и трубчатого вакуумного коллекторов в период зимы 2004-2005. Рядом со столбцом показывающим солнечную инсоляцию на поверхность коллектора, показана выработка тепловой энергии для общей площади солнечного коллектора (заштрихованные столбцы). За весь период испытаний, плоский солнечный коллектор выработал больше тепловой энергии для общей площади, несмотря на более низкую номинальную эффективность. Сравнивая два типа коллекторов в действительности (в дополнении к лабораторным исследованиям) наиболее правильно сравнивать именно общую площадь коллектора. Это очень важно, ведь именно величина общей площади коллектора занимает пространство на крыше для выработки тепла, следовательно, стоит учитывать и представленную стоимость для владельца здания.
Кроме этого, доступная область крыши часто ограничивает число коллекторов, особенно в системах солнечного отопления, где зачастую необходимы большие площади коллекторов.

Рассматривая выработку тепловой энергии для апертурной площади коллектора (закрашенные столбцы), то она выше для вакуумного трубчатого коллектора осенью и весной. Хотя ожидалось, что в зимний период, когда температура окружающей среды ниже, вакуумный трубчатый коллектор выработает большее количество тепловой энергии, чем плоский коллектор, что и обещают производители. Несмотря на это, показатели выработки тепловой энергии зимой у плоского и у вакуумного трубчатого коллекторов приблизительно равны. Именно это и вызвало удивление, особенно учитывая, что вакуумный трубчатый коллектор обладает более высокой теоретической номинальной эффективностью, чем плоский коллектор. 
На Рис.4 изображен график для типичного периода января 2005. Солнечная инсоляция умеренна, окружающая температура сравнительно низка ( < 0oС). 28.01 и 29.01 работал только плоский солнечный коллектор. 30.01. были наиболее идеальные условия для работы вакуумного трубчатого коллектора: хорошее солнечное излучение при низкой температуре окружающей среды. Несмотря на это, вакуумный трубчатый коллектор вошел в рабочее состояние только в небольшой промежуток времени во второй половине дня, когда солнечная интенсивность начинала падать. В сравнении, плоский солнечный коллектор работал на протяжении всего светового дня, вырабатывал тепло и показывал хороший температурный режим. Это указывает на то, что вакуумный трубчатый коллектор покрыт изморозью или снегом в данный период, и размораживается очень долго из-за эффективной вакуумной изоляции. На Рис.5 показаны фотографии с различным поведением коллекторов при снеговом покрытии (слева) и изморози (справа). Снег сходит по ровному стеклу плоского солнечного коллектора без особого труда. С другой стороны, сход снежного покроя на вакуумном трубчатом коллекторе затруднен, из-за того, что снег задерживается между стеклянными трубками коллектора даже при угле наклона 33o;.

 
Рис.3- Солнечное излучение, выработка энергии, температура воздуха осенью, зимой и весной 2004/2005 г.

 
Рис.4- Работа коллекторов для типичного периода для января 2005 г.

 
Рис.5- Коллекторы со снеговым покрытием (слева) и изморозью (справа) в зимний период

Затенение коллекторов минимально, коллектора ориентированы на юг, и расположены по разные стороны от обзорного окна. Вакуумные трубчатые коллекторы установлены на западной части ската крыши, который является более благоприятным для работы гелиоустановки. Кроме того, вакуумные трубчатые коллекторы установлены выше, чем плоские и поэтому меньше затеняются обзорным окном. 
Предполагается, что оба типа коллекторов подходят для солнечного нагрева воды для климата центральной Европы. Вакуумный трубчатый коллектор не оправдал ожидания о более высоком уровне выработки тепловой энергии. Поэтому плоский солнечный коллектор является предпочтительной альтернативой для солнечных систем. 
С другой стороны, в зимний период, который является более благоприятным для работы вакуумного солнечного коллектора, этот тип коллектора проявил себя слабо.