Types of solar hot water systems/Видове слънчеви системи за топла вода

Слънчевите системи за топла вода са проектирани да прехвърлят слънчевата енергия във вода . Намирането на най-ефективната и ефективна слънчева система за топла вода за дадена ситуация може да бъде трудна задача. Има редица ключови фактори, които трябва да се вземат предвид при избора на най-подходящата конфигурация на системата. Тези фактори включват до голяма степен количеството слънчева инсолация, климата, разходите за строителство, монтаж и материали, местоположението и достъпността на системата, количеството вода, необходимо за загряване, честотата на използване на топла вода, наличието на електричество, наличието на материали и нивото на умения в строителството.

Следните класификации на системите са в три групи от по две и една група от една уникална система. Тези четири основни групи са:

1. Отворен контур срещу затворен контур .
2. Активен срещу пасивен .
3. Използва топлообменник срещу Не използва топлообменник .
4. Пакетна система .

Всяка дадена система използва по една характеристика от всяка група. Например, една система може да бъде активна система с отворен контур, която не използва топлообменник. Или друг пример, една система може да бъде пасивна система със затворен контур, която използва топлообменник. Някои системи са много по-лесни за изработка от други и хора с основни познания за инструменти и конструкция могат лесно да създадат функционална система. Ако някой желае да създаде своя собствена система, тази променливост в сложността би повлияла на избора на тип система.

Цената е друг фактор и всяка системна конфигурация е свързана с различни разходи и предимства. Цената на всяка конкретна система може да варира значително в различните страни и региони. Някои конфигурации, използващи определени видове оборудване, са по-ефективни от други в специфични ситуации. Следната информация дава задълбочен поглед върху тези различни начини за изграждане на слънчеви колектори за топла вода.

В края на тази страница са показани и различни видове колектори , както и примери за различни често срещани слънчеви системи за топла вода.

Тази страница описва различните системи, които се използват за затопляне на вода със слънце. За по-общо описание на слънчевата топла вода посетете страницата „Слънчева топла вода“ .

Отвореният контур означава, че водата, която се нуждае от нагряване, протича директно през самия слънчев колектор за топла вода. Няма междинен флуид. Вижте заглавието „Затворен контур“ по-долу за единственото изключение от това определение, при което водата в система със затворен контур протича директно през слънчевия колектор. Системите с отворен контур не използват топлообменници.

Системите с отворен контур са най-лесните за проектиране и изграждане. Те обикновено изискват най-малко строителни работи и имат потенциал да издържат по-дълго без сериозна поддръжка поради ограничения брой движещи се части.

Системите с отворен контур не са идеални в райони, където температурите могат да паднат под нулата. Тръбите могат да замръзнат, което ще доведе до разширяване на течната вода в лед, което ще ги разкъса. Преди достигане на температури на замръзване, системата трябва да се дренира, за да се запазят тръбите. В райони, където температурите падат под нулата, се препоръчва използването на система със затворен контур с топлообменник или прилагането на една или повече от различни техники за предотвратяване на замръзването на тръбите. Превантивните мерки могат да бъдат под формата на дренажи на системата, ръчни или контролирани с термостат, или помпа, която изтласква конвенционално загрята вода през системата по време на студено време. Системата може също да бъде проектирана така, че водата да се оттича от колектора чрез гравитане, когато циркулационната помпа не работи.

Системите със затворен контур са по-сложни за изграждане и внедряване от системите с отворен контур, тъй като могат да се използват в по-широк спектър от климатични условия. Системата със затворен контур използва някакъв вид течност, която има много по-ниска точка на замръзване от водата, но лесно абсорбира и отделя топлина. Антифризът, използван в автомобилните радиатори, е добър пример. Тази течност преминава през слънчевия колектор, нагрява се и се придвижва в някакъв вид топлообменник. Вижте Системи за топлообменници по-долу. Поради естеството на системите със затворен контур, са необходими топлообменници, за да се прехвърли топлината от колектора към водата. Системите със затворен контур могат да се използват и в подови лъчисти или стенни радиатори за отопление на дадена площ, а не на вода.

За разлика от повечето системи с отворен контур, системите със затворен контур могат да се използват в региони с температури под нулата. Поради уникалните свойства на водата, тръбите могат да се спукат, когато тя замръзне. Това се предотвратява чрез използване на течност, която има много по-ниска точка на замръзване от водата.

Системите със затворен контур изискват използването на топлообменник. Това добавя неефективност към системата, която трябва да се вземе предвид по време на етапа на проектиране и оразмеряване на системата. Допълнителните материали за топлообменника също могат да повишат цената на системата.

Активните системи са тези, които изискват външна енергия, за да функционират. Обикновено тази енергия идва под формата на електрическа помпа, която изтласква течността през колектора. Не е необичайно да се намерят помпи, захранвани от слънчева енергия, като външен източник. Слънчевото изпомпване е подходящо в много случаи, поради факта, че водата се нагрява само когато слънцето грее и следователно трябва да се изпомпва само когато слънцето грее.

Поради естеството на хидрологията и термодинамиката, изпомпването на вода през колекторите замества необходимостта от съхраняване на загрятата вода над колекторите, което може да бъде трудно и ограничаващо за проектиране (вижте Пасивни системи за допълнително обяснение).

Използването на помпа изисква както закупуването на помпа, така и необходимостта от източник на енергия, най-вероятно електричество , за захранване на помпата.

Известни още като термосифонна система, пасивните соларни системи са тези, които не използват външен източник на енергия. Пасивна слънчева енергия е термин, който се прилага за много повече от просто слънчева топла вода. Например, боядисването на басейн в черно, за да се абсорбира повече енергия, или поставянето на прозорци от южната страна на къща (в северното полукълбо), за да се пропуска повече слънчева енергия, се считат за пасивна слънчева енергия.

Пасивният слънчев бойлер трябва да отчита физиката, свързана с хидрологията и термодинамиката. Този тип система използва термосифон. Термосифонът използва енергията на слънцето, за да движи вода или друга колекторна течност във вертикална посока. Това се случва, когато течността има различна температура и следователно разлики в плътността. Тъй като най-горещата вода винаги ще се движи нагоре, измествайки по-студената вода надолу, резервоарът за топла вода или топлообменникът трябва да е над слънчевия колектор.

Не е необходима външна енергия, за да се придвижва течността през системата. По-малко движещи се части означава по-малко неща, които могат да се счупят.

Ако се използва резервоар за топла вода или топлообменник, той трябва да бъде разположен над слънчевия колектор, за да може термосифонът да тече. Това може да причини проблеми, тъй като повечето слънчеви системи са разположени на покривите на къщи. Вече се предлагат много дизайнерски варианти, които улесняват съхранението на топла вода над системата.

Топлообменниците се използват в региони с температури под нулата. Самите топлообменници са вградени в затворена система и прехвърлят топлината, събрана в колектора, към топлата вода на къщата. Съществуват редица конструкции на топлообменници.

Често срещан дизайн е допълването на конвенционален бойлер за топла вода чрез прехвърляне на топлината от течността на слънчевия колектор в резервоара за топла вода. Медните тръби са добър материал за лесно пренасяне на топлинната енергия на течност.

Друг често срещан тип топлообменник използва варел с две успоредни медни линии. Едната тръба идва от слънчевия колектор, влиза в варела отгоре, увива се спираловидно около ръба на варела, излиза от варела отдолу и завършва затворения цикъл, като се връща към слънчевия колектор. Другата тръба, която е успоредна на първата, е системата за битова гореща вода. Тя влиза в варела отдолу, е успоредна на колекторната тръба с горната част на варела и излиза от варела отгоре с гореща вода. Топлината се пренася от горещата течност от колектора през медните тръби в битовата вода. Варелът може да бъде изолиран отвън, за да се увеличи ефективността на преноса.

В затворената система могат да се използват редица различни течности. Следните са по-широко използваните и леснодостъпни течности: смеси от гликол/вода, въглеводородни масла, хладилни агенти/автомобилен антифриз и силикони. Всеки от тях има предимства и недостатъци. Вижте тази справочна връзка на EERE , за да научите повече. ^{[ 1 ]}

Топлообменниците се използват по няколко основни причини: за предпазване на системата от замръзване и като една от опциите за допълване на друг източник на затопляне на вода.

Топлообменниците добавят сложност към системата за топла вода. Има още аспекти на системата, които трябва да бъдат проектирани и планирани, когато се използва топлообменник. Съществува и по-голяма вероятност нещо да се повреди или да не функционира правилно поради добавените компоненти. Трябва също да се внимава, за да се гарантира, че колекторната течност е нетоксична или че има много малка вероятност колекторната течност да замърси водоснабдяването с питейна вода, ако има разкъсвания в затворената система.

Това са системи, при които питейната вода, която ще се загрява, протича директно през слънчевия колектор. Този тип система е система с отворен контур.

Вижте системас отворен контур

Вижте системас отворен контур

Известни също като „хлебна кутия“ или интегрални колекторно-съхранителни (ICS) системи, те включват един или повече черни резервоари или тръби в изолирана, остъклена кутия. Може дори да бъде толкова просто, колкото боядисването на резервоар в черно, поставянето му в щайга, изолирането му от всички страни с изключение на тази, която е насочена към слънцето, и покриването на страната, изложена на слънце, със стъкло или пластмаса. Докато слънцето затопля водата, тя се разширява и става по-малко плътна, което насърчава горещата вода да тече към горната част на колектора. Оттам тя се изтегля в къщата, когато е необходимо, или в спомагателен резервоар за съхранение. Тези системи работят най-добре в райони, където температурите под нулата са рядкост. Въпреки климатичните си ограничения, те работят сравнително добре; в по-студен климат могат да се използват сезонно и да се източват преди суровите зимни месеци.

вижте http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BatchSolarHeater.JPG

http://www.builditsolar.com/Projects/WaterHeating/ISPWH/IPSWH.pdf Изтеглете „Книгата за интегралния пасивен слънчев бойлер“ от Дейвид Бейнбридж