El trabajo de la armadura y el colector en un generador de CC.

Los detalles del uso de colectores solares.

La característica principal de los colectores solares, que los distingue de otros tipos de generadores de calor, es el carácter cíclico de su funcionamiento. Si no hay sol, tampoco hay energía térmica. Como resultado, tales actitudes son pasivas por la noche.

La producción de calor diaria promedio depende directamente de la duración de las horas de luz. Este último viene determinado, en primer lugar, por la latitud geográfica de la zona y, en segundo lugar, por la temporada. Durante el período de verano, que es el pico de insolación en el hemisferio norte, el colector funcionará con la máxima eficiencia. En invierno, su productividad cae, alcanzando un mínimo en diciembre-enero.

En invierno, la eficiencia de los colectores solares disminuye no solo por una disminución en la duración de las horas de luz, sino también por un cambio en el ángulo de incidencia de la luz solar. Las fluctuaciones en el rendimiento del colector solar a lo largo del año deben tenerse en cuenta al calcular su contribución al sistema de suministro de calor.

Otro factor que puede afectar la productividad del colector solar son las características climáticas de la región. En el territorio de nuestro país existen muchos lugares donde el sol se esconde detrás de una espesa capa de nubes o detrás de un velo de niebla durante 200 o más días al año. En tiempo nublado, el rendimiento del colector solar no cae a cero, ya que puede capturar la luz solar dispersa, pero disminuye significativamente.

Sistema de suministro de agua del colector

Si se incluye un colector en el sistema, entonces cualquier dispositivo que esté instalado en el circuito, se le colocará una rama separada. Al mismo tiempo, la longitud total de las tuberías aumenta, pero aparecen los siguientes aspectos positivos:

1. En todos los puntos de la toma de agua siempre habrá una presión estable e igual;
2. Al tocar la salida del colector del reductor en esta rama, adecuada para cualquier accesorio de plomería, puede ajustar la presión y será diferente del valor total;
3. Cada corte entre el colector y el punto de extracción de agua es una sola pieza de tubería que se puede fijar secretamente en el piso, en la pared o en un nicho de la pared;
4. Cualquier accesorio de plomería se puede apagar sin detener todo el suministro de agua fría o agua caliente para su reparación o reemplazo.

Desventajas del circuito colector:

1. Las longitudes de tubería más largas aumentan automáticamente la resistencia hidráulica en la línea;
2. Debido al aumento en la longitud de la línea, el colector no funcionará en el modo de circulación natural del agua, lo que puede afectar la elección o el cambio del sistema de calefacción;
3. Si es imposible hacer que el sistema de tuberías se fije en secreto en paredes o nichos, entonces una gran acumulación de tuberías puede obligar a cambiar el interior o incluso el diseño de las instalaciones.

El principio de funcionamiento y tipos de colectores solares.

Ahora es el momento de decir algunas palabras sobre la estructura y el funcionamiento del colector solar. El elemento principal de su diseño es un adsorbedor, que es una placa de cobre con un tubo soldado. Absorbiendo el calor de los rayos del sol que caen sobre ella, la placa (y con ella la pipa) se calienta rápidamente. Este calor se transfiere al portador de calor líquido que circula por la tubería, que, a su vez, lo transporta más a lo largo del sistema.

La capacidad del cuerpo físico para absorber o reflejar los rayos del sol depende principalmente de la naturaleza de su superficie. Por ejemplo, la superficie de un espejo refleja perfectamente la luz y el calor, pero una negra, por el contrario, absorbe. Es por eso que se aplica una capa negra a la placa de cobre del adsorbedor (la opción más simple es la pintura negra).

Cómo funciona el colector solar

1. Batería solar. 2. Depósito de inercia. 3. Agua caliente.

4. Agua fría. 5. Controlador. 6. Intercambiador de calor.

7. Bomba de agua. 8. Corriente caliente. 9. Corriente fría.

También es posible aumentar la cantidad de calor recibido del sol eligiendo el vidrio correcto que cubre el adsorbedor. El vidrio ordinario no es lo suficientemente transparente. Además, brilla, reflejando parte de la luz solar incidente. En los colectores solares, por regla general, intentan utilizar vidrio especial con un bajo contenido de hierro, lo que aumenta su transparencia. Para reducir la proporción de luz reflejada por la superficie, se aplica un revestimiento antirreflectante al vidrio. Y para que el polvo y la humedad no entren en el colector, lo que también reduce el rendimiento del vidrio, la caja se cierra herméticamente y, a veces, incluso se llena con un gas inerte.

A pesar de todos estos trucos, la eficiencia de los colectores solares todavía está lejos del 100%, lo que se debe a la imperfección de su diseño. La placa de adsorción calentada irradia parte del calor recibido al ambiente, calentando el aire en contacto con él. Para minimizar la pérdida de calor, el adsorbedor debe estar aislado. La búsqueda de una forma eficaz de aislar el adsorbedor llevó a los ingenieros a crear varios tipos de colectores solares, los más habituales son los colectores de vacío planos y tubulares.

Colectores solares planos

Colectores solares planos.
El diseño de un colector solar plano es extremadamente simple: es una caja de metal cubierta con vidrio en la parte superior. Como regla general, la lana mineral se utiliza para el aislamiento térmico del fondo y las paredes de la caja. Esta opción está lejos de ser la ideal, ya que no se excluye la transferencia de calor del adsorbedor al vidrio por medio del aire dentro de la caja. Con una gran diferencia de temperatura dentro del colector y en el exterior, las pérdidas de calor son bastante significativas. Como resultado, un colector solar plano, que funciona perfectamente en primavera y verano, se vuelve extremadamente ineficaz en invierno.

Dispositivo colector solar plano

1. Tubo de entrada. 2. Vidrio de seguridad.

3. Capa de absorción. 4. Marco de aluminio.

5. Tubos de cobre. 6. Aislante térmico. 7. Tubo de salida.

Colectores solares tubulares de vacío

Colectores solares tubulares de vacío.
Un colector de vacío solar es un panel formado por una gran cantidad de tubos de vidrio relativamente delgados. Dentro de cada uno de ellos se encuentra un adsorbedor. Para excluir la transferencia de calor por gas (aire), los tubos se evacuan. Debido a la ausencia de gas cerca de los adsorbedores, los colectores de vacío se distinguen por bajas pérdidas de calor incluso en climas helados.

Dispositivo colector de vacío

1. Aislamiento térmico. 2. Carcasa del intercambiador de calor. 3. Intercambiador de calor (colector)

4. Tapón sellado. 5. Tubo vacío. 6. Condensador.

7. Placa absorbente. 8. Tubo de calor con fluido de trabajo.

Aplicaciones para colectores solares

El propósito principal de los colectores solares, como cualquier otro generador de calor, es calentar edificios y preparar agua para un sistema de suministro de agua caliente. Queda por descubrir qué tipo de colectores solares es el más adecuado para realizar una función en particular.

Los colectores solares planos, como descubrimos, tienen un buen rendimiento en primavera y verano, pero son ineficaces en invierno. De esto se deduce que su uso para calefacción, cuya necesidad aparece precisamente con el inicio del clima frío, es inapropiado. Sin embargo, esto no significa que no haya ningún negocio para este equipo.

Los colectores planos tienen una ventaja indiscutible: son significativamente más baratos que los modelos de vacío, por lo tanto, en los casos en que se planea usar energía solar exclusivamente en el verano, tiene sentido comprarlos.Los colectores solares planos hacen frente perfectamente a la tarea de preparar agua para el suministro de agua caliente en verano. Incluso más a menudo se utilizan para calentar agua a una temperatura agradable en piscinas al aire libre.

Los colectores de vacío tubulares son más versátiles. Con la llegada del frío invernal, su rendimiento no disminuye tanto como en el caso de los modelos planos, lo que hace que se puedan utilizar durante todo el año. Esto hace posible utilizar dichos colectores solares no solo para el suministro de agua caliente, sino también en el sistema de calefacción.

Comparación de colectores solares planos y de vacío.

Costo del equipo

Muchos propietarios se equivocan al creer que un colector de sala de calderas vale un dinero fabuloso. En las tiendas de fontanería puedes encontrar muchos modelos sin campanas y silbidos, que costará solo 200-500 rublos. Dichos equipos no contarán con mecanismos de regulación, cabezales térmicos y otros elementos adicionales, y están diseñados para un máximo de 2-3 circuitos.

Los modelos con funcionalidad extendida le costarán al propietario de una casa o edificio industrial que quiera organizar un sistema de calefacción competente, aproximadamente 4-5 mil rublos. Una tubería larga con varias salidas superior e inferior se completará con cabezales térmicos, medidores de flujo, flechas y otras partes. Estas estructuras a menudo son producidas por fabricantes rusos o marcas comerciales de países vecinos. El más caro es el equipo importado con ajuste automático, que costará entre 10 y 16 mil rublos.

Disposición de los colectores solares

La eficiencia de un colector solar depende directamente de la cantidad de luz solar que incide sobre el adsorbedor. De esto se deduce que el recolector debe ubicarse en un espacio abierto, donde nunca cae la sombra de los edificios vecinos, árboles ubicados cerca de las montañas, etc. (o al menos durante el mayor tiempo).

No es solo la ubicación del coleccionista lo que importa, sino también su orientación. El lado más "soleado" de nuestro hemisferio norte es el sur, lo que significa que, idealmente, los "espejos" del embalse deberían girar estrictamente hacia el sur. Si es técnicamente imposible hacer esto, entonces debe elegir la dirección lo más cerca posible al sur - suroeste o sureste.

No se debe perder de vista un parámetro como el ángulo de inclinación del colector solar. El valor del ángulo depende de la desviación de la posición del Sol con respecto al cenit, que a su vez está determinada por la latitud del área en la que se operará el equipo. Si el ángulo de inclinación no se ajusta correctamente, la pérdida de energía óptica aumentará significativamente, ya que una parte importante de la luz solar se reflejará desde el vidrio colector y, por lo tanto, no llegará al absorbedor.

Bobinados de excitación

El dispositivo generador de CC tiene el potencial de usarse solo en pequeñas máquinas eléctricas. En primer lugar, porque para dispositivos de baja potencia, se permite el uso de imanes permanentes. En otros casos, solo los solenoides (bobinas con núcleo) o los devanados de excitación pueden crear un flujo magnético de suficiente fuerza. Por el tipo de comida que ingieren Los generadores se pueden dividir en las siguientes clases:

• con entusiasmo independiente;
• autoexcitado.

Para la primera operación, se requiere una fuente de corriente auxiliar. Esta es la principal desventaja de este tipo de máquinas, por lo que su uso es limitado. En generadores con excitación independiente, los devanados se alimentan desde el inducido. Máquinas eléctricas dispuestas de acuerdo con este esquema, se dividen a su vez en tres tipos:

• shunt (con excitación paralela);
• serial (con serial);
• Generadores compuestos (con bobinas de excitación en paralelo y en serie).

Cómo elegir un colector solar de la potencia adecuada

Si desea que el sistema de calefacción de su hogar haga frente a la tarea de mantener una temperatura agradable en las instalaciones, y de los grifos fluya agua caliente, no tibia, y al mismo tiempo planea usar un colector solar como generador de calor, debe calcular la potencia requerida del equipo de antemano.

Al mismo tiempo, será necesario tener en cuenta una cantidad bastante grande de parámetros, incluido el propósito del colector (suministro de agua caliente, calefacción o su combinación), la demanda de calor del objeto (área total de habitaciones con calefacción o consumo medio diario de agua caliente), características climáticas de la región, características de la instalación del colector.

En principio, hacer tales cálculos no es tan difícil. Se conoce el rendimiento de cada modelo, lo que significa que puede estimar fácilmente el número de colectores necesarios para proporcionar calor a la casa. Las empresas dedicadas a la producción de colectores solares tienen información (y pueden proporcionarla al consumidor) sobre el cambio en la potencia del equipo en función de la latitud geográfica de la zona, el ángulo de inclinación de los "espejos", la desviación de su orientación desde la dirección sur, etc., lo que permite realizar las correcciones necesarias al calcular el rendimiento del colector.

Al seleccionar la capacidad requerida del colector, es muy importante lograr un equilibrio entre la falta y el exceso de calor generado. Los expertos recomiendan centrarse en la máxima capacidad de colector posible, es decir, utilizar el indicador de la temporada de verano más productiva en los cálculos. Esto va en contra del deseo del usuario medio de llevar un equipo con un margen (es decir, calcular por la potencia del mes más frío) para que el calor del colector sea suficiente incluso en los días menos soleados de otoño e invierno.

Sin embargo, si elige un colector solar de mayor potencia, entonces en el pico de su rendimiento, es decir, en un clima cálido y soleado, se enfrentará a un problema grave: se producirá más calor del que se consumirá, y esto amenaza con un sobrecalentamiento del circuito. y otras consecuencias desagradables ... Hay dos opciones para resolver este problema: instalar un colector solar de baja potencia y conectar fuentes de calor de respaldo en paralelo en invierno, o comprar un modelo con una gran reserva de energía y prever formas de descargar el exceso de calor en la temporada primavera-verano .

Características del

El colector de distribución en la red de suministro de agua le permite conectar de forma autónoma varios dispositivos a una entrada. Además, cada dispositivo tiene una conexión personal y el chorro de agua se corta directamente en el tubo colector.

Además del hecho de que la presencia de un distribuidor le permite cerrar el suministro de agua para una o varias unidades de plomería en un apartamento desde un punto, este esquema es conveniente en edificios sociales, centros comerciales u hoteles: si en algún lugar fluye, El bloqueo del flujo de agua en la tubería correspondiente es posible incluso sin acceso al local donde ocurrió el incidente.

Desventajas del suministro de agua a través del colector:

1. La longitud de las tuberías de agua utilizadas será varias veces mayor que con el esquema tradicional, lo que aumentará el costo de instalación.
2. Las tuberías no se pueden colocar en la pared, respectivamente, la estructura ocupará espacio y reducirá el área utilizable, y esto es un problema para apartamentos pequeños o locales no residenciales.

Estancamiento del sistema

Hablemos un poco más de los problemas asociados a un exceso de calor generado. Entonces, digamos que ha instalado un colector solar suficientemente potente que puede proporcionar calor por completo al sistema de calefacción de su hogar. Pero ha llegado el verano y ha desaparecido la necesidad de calefacción. Si se puede apagar una caldera eléctrica y se puede cortar el suministro de combustible a una caldera de gas, entonces no tenemos energía sobre el sol; no podemos "apagarla" cuando hace demasiado calor.

El estancamiento del sistema es uno de los principales problemas potenciales de los colectores solares. Si no se extrae suficiente calor del circuito del colector, el refrigerante se sobrecalienta. En un momento determinado, este último puede hervir, lo que provocará la interrupción de su circulación a lo largo del circuito. Cuando el refrigerante se enfría y se condensa, el sistema reanudará su funcionamiento. Sin embargo, no todos los tipos de fluidos de transferencia de calor transfieren tranquilamente la transición de un estado líquido a un estado gaseoso y viceversa. Algunos, como resultado del sobrecalentamiento, adquieren una consistencia gelatinosa, lo que imposibilita el funcionamiento posterior del circuito.

Solo una eliminación estable del calor producido por el colector ayudará a evitar el estancamiento. Si el cálculo de la potencia del equipo se realiza correctamente, la probabilidad de problemas es prácticamente nula.

Sin embargo, incluso en este caso, no se excluye la ocurrencia de fuerza mayor, por lo tanto, los métodos de protección contra el sobrecalentamiento deben preverse con anticipación:

1. Instalación de un tanque de reserva para acumular agua caliente. Si el agua en el tanque principal del sistema de suministro de agua caliente ha alcanzado el máximo establecido y el colector solar continúa suministrando calor, se conmutará automáticamente y el agua comenzará a calentarse ya en el tanque de reserva. El suministro de agua caliente creado se puede utilizar para las necesidades domésticas más tarde, en tiempo nublado.

2. Agua de piscina climatizada. Los propietarios de casas con piscina (ya sea interior o exterior) tienen una excelente oportunidad para eliminar el exceso de energía térmica. El volumen de la piscina es incomparablemente mayor que el volumen de cualquier dispositivo de almacenamiento doméstico, lo que significa que el agua que contiene no se calentará tanto que ya no podrá absorber calor.

3. Drenaje de agua caliente. En ausencia de la oportunidad de gastar el exceso de calor de manera útil, simplemente puede drenar el agua caliente en pequeñas porciones del tanque de almacenamiento para el suministro de agua caliente a la alcantarilla. El agua fría que ingresa al contenedor bajará la temperatura de todo el volumen, lo que continuará quitando calor del circuito.

4. Intercambiador de calor externo con ventilador. Si el colector solar tiene una gran capacidad, el exceso de calor también puede ser muy grande. En este caso, el sistema está equipado con un circuito adicional lleno de refrigerante. Este circuito adicional se conecta al sistema mediante un intercambiador de calor equipado con un ventilador y montado en el exterior del edificio. Si existe riesgo de sobrecalentamiento, el exceso de calor ingresa al circuito adicional y se "lanza" al aire a través del intercambiador de calor.

5. Descarga de calor al suelo. Si, además del colector solar, la casa tiene una bomba de calor geotérmica, el exceso de calor puede dirigirse al pozo. Al mismo tiempo, resuelve dos problemas a la vez: por un lado, protege el circuito del colector del sobrecalentamiento, por otro lado, restaura la reserva de calor en el suelo agotado durante el invierno.

6. Aislamiento del colector solar de la luz solar directa. Desde un punto de vista técnico, este método es uno de los más sencillos. Por supuesto, no vale la pena subirse al techo y cubrir el colector manualmente, es difícil e inseguro. Es mucho más racional instalar una persiana controlada a distancia, como una persiana enrollable. Incluso puede conectar la unidad de control de la compuerta al controlador; en caso de un aumento peligroso de la temperatura en el circuito, el colector se cerrará automáticamente.

7. Drenaje del refrigerante. Este método puede considerarse cardinal, pero al mismo tiempo es bastante simple. Si existe riesgo de sobrecalentamiento, el refrigerante se drena mediante una bomba a un tanque especial integrado en el circuito del sistema. Cuando las condiciones vuelvan a ser favorables, la bomba devolverá el refrigerante al circuito y se restablecerá el colector.

Instalación del bloque colector

Se realiza la instalación del colector de calefacción. muy cerca de la caldera... Las tuberías del radiador del calentador a menudo se colocan a lo largo del piso, después de lo cual la estructura se hormigona y aísla, lo que minimiza la pérdida de calor. El bloque colector en sí está montado en un escudo o nicho de pared especialmente preparado. Una solapa especial puede ser abisagrada o empotrada, completa con una puerta y estampado lateral, o abierta. Si no hay posibilidad de montar el gabinete, entonces el bloque colector se fija en la pared a poca altura del piso.

Si el edificio es de varios pisos, entonces el distribuidor se instalará en cada piso de la casa, lo que permitirá calentar cualquier habitación. Dicho sistema le permitirá regular, conectar y desconectar uno o más radiadores de calefacción, toda la habitación, un circuito completo. Esto elimina la necesidad de apagar el suministro de refrigerante a otras fuentes de calefacción. Trasteros, vestíbulos, pasillos, armarios se utilizan como locales para la instalación del colector de distribución.

Otros componentes del sistema

No es suficiente simplemente recolectar el calor irradiado por el sol. Todavía necesita ser transportado, acumulado, transferido a los consumidores, todos estos procesos necesitan ser monitoreados, etc. Esto significa que además de los colectores ubicados en el techo, el sistema contiene muchos otros componentes, que pueden ser menos perceptibles, pero no menos importante. Centrémonos en solo algunos de ellos.

Portador de calor

La función del refrigerante en el circuito del colector se puede realizar con agua o con un líquido anticongelante.

El agua tiene una serie de desventajas que imponen ciertas restricciones a su uso como refrigerante en colectores solares:

• Primero, a temperaturas negativas, se solidifica. Para evitar que el refrigerante congelado reviente las tuberías del circuito, con la llegada del frío habrá que vaciarlo, lo que significa que en invierno no recibirás ni siquiera pequeñas cantidades de energía térmica del colector.
• En segundo lugar, un punto de ebullición del agua no demasiado alto puede provocar un estancamiento frecuente en el verano.

El líquido no congelante, a diferencia del agua, tiene un punto de congelación significativamente más bajo y un punto de ebullición incomparablemente más alto, lo que aumenta la conveniencia de usarlo como portador de calor. Sin embargo, a altas temperaturas, la "no congelación" puede sufrir cambios irreversibles, por lo que debe protegerse de un sobrecalentamiento excesivo.

Bomba adaptada para sistemas solares

Para asegurar la circulación forzada del refrigerante a lo largo del circuito del colector, se requiere una bomba adaptada para sistemas solares.

Intercambiador de calor de ACS

La transferencia de calor del circuito del colector solar al suministro de agua caliente o al medio de calentamiento del sistema de calefacción se realiza mediante un intercambiador de calor. Como regla general, se usa un tanque de gran volumen con un intercambiador de calor incorporado para acumular agua caliente. Es racional utilizar tanques con dos o más intercambiadores de calor: esto permitirá tomar calor no solo del colector solar, sino también de otras fuentes (caldera de gas o eléctrica, bomba de calor, etc.).

Diagrama de cableado clásico

El diagrama de cableado habitual para las tuberías de suministro de agua alrededor de la casa es en T o secuencial: una tubería se desvía del tubo ascendente principal, al que se conectan los dispositivos y equipos necesarios a través de te y grifos.

Esta tecnología de conexión es beneficiosa en los siguientes puntos:

1. Longitud mínima total de la tubería;
2. Baja resistencia hidráulica en el sistema de suministro de agua.

En la práctica, este esquema no se ha probado desde el mejor lado: resultó que es mejor implementar una conexión a través de un peine. La desventaja de la conexión tradicional es que cuando se abren varias válvulas al mismo tiempo, la presión en una de ellas, o en ambas, desciende.