Chauffage - collecteurs résidentiels de chauffage solaire Résumé : Ce chapitre décrit les différents types de capteurs solaires utilisés pour des résidences. Il couvre également brièvement les systèmes de chauffage solaire pour lesquels ils sont plus adaptés. Les capteurs solaires sont le coeur de la plupart des systèmes à énergie solaire. Le collecteur absorbe l'énergie légère du soleil et la change en énergie calorifique. Les capteurs solaires chauffent un fluide, air ou liquide. Ce fluide est alors suivre utilisé de la chaleur-direct ou d'indirectly-the :
* L'eau pour l'usage de famille
* Les espaces d'intérieur
* L'eau pour des piscines
* L'eau ou air pour l'usage commercial
* Air pour régénérer le produit (de séchage) déshydratant dans un système de refroidissement déshydratant.
Il y a plusieurs types de capteurs solaires utilisés pour des résidences. Ce sont plaque plate, évacuer-tube, et concentration des collecteurs.
Collecteurs de plaque plate : Les collecteurs de plaque plate sont le collecteur le plus comparateur pour les installations de réchauffement de l'eau et de chauffage d'espace résidentielles. Un collecteur typique de plaque plate est une boîte isolée en métal avec une glace ou un plastique couvrir-appelé glacer-et un plat sombre-coloré d'amortisseur. Le glaçage peut être transparent ou translucide. Translucide (lumière de transmission seulement), la glace de bas-fer est un matériau pour vitrages comparateur pour des collecteurs de plaque plate parce que la glace de bas-fer transmet un pourcentage élevé de toute l'énergie solaire disponible. Le glaçage permet à la lumière d'heurter le plat d'amortisseur mais réduit la quantité de la chaleur qui peut s'échapper. Les côtés et la base du collecteur sont habituellement isolés, davantage de perte de chaleur de minimisation.
Le plat d'amortisseur est habituellement noir parce que les couleurs sombres absorbent plus d'énergie solaire que des couleurs légères. La lumière du soleil traverse le glaçage et frappe le plat d'amortisseur, qui réchauffe, changeant le rayonnement solaire en énergie calorifique. La chaleur est transférée à l'air ou au liquide passant par le collecteur. Des plats d'amortisseur sont comparateur couverts « d'enduits sélectifs, » qui maintiennent la lumière du soleil absorbée mieux et sont plus durables que la peinture noire ordinaire.
Des plats d'amortisseur sont souvent faits de cuivre en métal habituellement ou aluminium-parce quils sont les deux bons conducteurs de la chaleur. Le cuivre est plus cher, mais est un meilleur conducteur et est moins à de corrosion encline que l'aluminium.
Les collecteurs de plaque plate se rangent dans deux catégories fondamentales : liquide et air. Et les deux types peuvent être vitrés ou non vitrés.
Collecteurs liquides : Dans un collecteur liquide, l'énergie solaire chauffe un liquide pendant qu'elle traverse des tubes dans ou à côté du plat d'amortisseur. Pour ce type de collecteur, les tubes d'écoulement sont fixés au plat d'amortisseur ainsi la chaleur absorbée par le plat d'amortisseur est promptement conduite au liquide.
Les tubes d'écoulement peuvent être dirigés en parallèle, using des en-têtes d'admission et de prise, ou dans un modèle serpentin. Un modèle serpentin élimine la possibilité de fuites d'en-tête et assure l'écoulement uniforme. Un modèle serpentin n'est pas approprié, cependant, pour les systèmes qui doivent s'écouler pour la protection de gel parce que les passages incurvés d'écoulement ne s'écouleront pas complètement.
Les systèmes liquides les plus simples utilisent l'eau potable de famille, qui est chauffée pendant qu'elle passe directement par le collecteur et puis coule dans la maison à utiliser pour se baigner, blanchisserie, etc. Cette conception est connue comme (ou « diriger ») système « de boucle ouverte ». Dans les zones où les températures de congélation sont comparatrices, cependant, les collecteurs liquides doivent l'un ou l'autre drain l'eau quand la température chute ou utilisent un type d'antigel de chaleur-transfèrent le fluide.
Dans les systèmes avec chaleur-transférer les fluides, le fluide de transfert absorbe la chaleur du collecteur et puis traverse un échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur, qui est généralement dans le réservoir de stockage de l'eau à l'intérieur de la maison, transfère la chaleur à l'eau. De telles conceptions s'appellent (ou « indirect ») les systèmes « en circuit fermé ». Voir le chapitre solaire de chauffe-eau.
Des collecteurs liquides vitrés sont utilisés pour l'eau de famille de chauffage et parfois pour le chauffage des locaux. Les collecteurs liquides non vitrés sont utilisés généralement pour chauffer l'eau pour des piscines. Puisque ces collecteurs n'ont pas besoin de résister à des températures, ils peuvent utiliser les matériaux moins chers tels que le plastique ou le caoutchouc. Ils également n'exigent pas la geler-imperméabilisation parce que des piscines sont généralement utilisées seulement par temps chaud.
Collecteurs d'air : Les collecteurs d'air sont simples, des collecteurs de plaque plate utilisés principalement pour le chauffage des locaux. Les plats d'amortisseur dans des collecteurs d'air peuvent être des feuillards, des couches d'écran, ou des matériaux non métalliques. Les circulations d'air au delà de l'amortisseur par la convection normale ou une fois forcé par un ventilateur. Puisque l'air conduit la chaleur beaucoup moins promptement que le liquide fait, moins de chaleur est transférée entre l'air et l'amortisseur que dans un collecteur liquide.
Dans quelques systèmes solaires d'air-chauffage, des ailerons ou les plissements sur l'amortisseur sont employés pour augmenter la turbulence d'air et pour améliorer le transfert de chaleur. L'inconvénient de cette stratégie est qu'il peut également augmenter la quantité de pouvoir requise pour des ventilateurs et, ainsi, pour augmenter les coûts de faire fonctionner le système. Dans des climats plus froids, l'air est dirigé entre le plat d'amortisseur et l'isolant arrière pour réduire la perte de chaleur par le glaçage. Cependant, si l'air ne sera pas chauffé plus que 30°F (17°C) au-dessus de la température extérieure, l'air peut circuler sur les deux côtés du plat d'amortisseur sans sacrifier l'efficience.
Les systèmes pneumatiques ont l'avantage d'éliminer les problèmes de congélation et de ébullition liés aux systèmes liquides. Bien que les fuites soient plus dures pour trouver et brancher un système pneumatique, elles sont également moins ennuyeuses que des fuites dans un système liquide. Les systèmes pneumatiques peuvent souvent utiliser les matériaux moins-chers, tels que le glaçage en plastique, parce que leurs températures de fonctionnement sont habituellement inférieures à ceux des collecteurs liquides.
Collecteurs d'Évacuer-Tube : les collecteurs d'Évacuer-tube chauffent l'eau dans les applications résidentielles qui exigent les températures plus élevées. Dans un collecteur d'évacuer-tube, la lumière du soleil entre par le tube en verre externe, frappe le tube d'amortisseur, et change en la chaleur. La chaleur est transférée au liquide traversant le tube d'amortisseur. Le collecteur se compose des rangées des tubes en verre transparents parallèles, qui contient un tube d'amortisseur (au lieu du plat d'amortisseur dans un collecteur de plaque plate) couvert d'enduit sélectif. les collecteurs d'Évacuer-tube sont des modulaire-tubes peuvent être ajoutés ou enlevés comme les besoins d'eau chaude changent.
Quand les tubes évacués sont manufacturés, de l'air est évacué de l'espace entre les deux tubes, formant un dépression. On élimine des pertes de chaleur de convection conductrice et parce qu'il n'y a aucun air pour conduire la chaleur ou pour circuler et causer des pertes convectrices. Il peut encore y avoir une certaine perte de chaleur radiante (l'énergie calorifique se déplacera par l'espace d'un réchauffeur à une surface plus fraîche, même en travers d'un dépression). Cependant, cette perte est petite et de peu de conséquence comparée à la quantité de la chaleur transférée au liquide dans le tube d'amortisseur.
les collecteurs d'Évacuer-tube sont disponibles dans un certain nombre de conceptions. Certains utilisent un troisième tube en verre à l'intérieur du tube d'amortisseur ou d'autres configurations de chaleur-transfèrent des ailerons et des tubes liquides. Un collecteur disponible dans le commerce d'évacuer-tube stocke 5 gallons (19 litres) de l'eau dans chaque tube, éliminant le besoin de réservoir de stockage solaire séparé. Les réflecteurs placés derrière les tubes évacués peuvent aider à concentrer la lumière du soleil additionnelle sur le collecteur.
Ces collecteurs sont plus efficaces que des collecteurs de plaque plate pour deux ou trois raisons. D'abord, ils exécutent bien dans dirigent et répandent le rayonnement solaire. Cette caractéristique, combinée avec le fait que le dépression réduit au maximum des pertes de chaleur à l'extérieur, rend ces collecteurs particulièrement utiles dans les zones avec des hivers froids et nuageux. En second lieu, en raison de la forme circulaire du tube évacué, la lumière du soleil est perpendiculaire à l'amortisseur pour la majeure partie du jour. Pour la comparaison, dans un collecteur de plaque plate qui est dans un à position fixe, le soleil est seulement perpendiculaire au collecteur à midi. Tandis que les collecteurs d'évacuer-tube réalisent les températures plus élevées et des rendements plus élevés que des collecteurs de plaque plate, ils sont également plus chers.
Concentration des collecteurs : Concentrant les surfaces reflétées par utilisation de collecteurs pour concentrer l'énergie du soleil sur un amortisseur a appelé un récepteur. Se concentrant les collecteurs réalisent également des températures, mais à la différence des collecteurs d'évacuer-tube, ils peuvent faire ainsi seulement quand la lumière du soleil directe est disponible. La lumière du soleil extérieure reflétée de foyers s'est rassemblée au-dessus des vastes zones sur une plus petite zone d'amortisseur pour réaliser des températures. Quelques conceptions concentrent l'énergie solaire sur un point focal, alors que d'autres concentrent les rayons du soleil suivant une ligne mince appelée la ligne focale. Le récepteur est situé au point focal ou suivant la ligne focale. Chaleur-transférer le fluide traverse le récepteur et absorbe la chaleur.
Ces collecteurs atteignent les températures beaucoup plus élevées que des collecteurs de plaque plate. Cependant, les concentrateurs peuvent seulement focaliser le rayonnement solaire direct, avec le résultat étant que leur performance est pauvre des jours brumeux ou nuageux. Les concentrateurs sont les plus pratiques dans les zones de l'insolation élevée (exposition aux rayons du soleil), comme ceux près de l'équateur et dans le désert Etats-Unis southwest.
Les concentrateurs se comportent le plus bien une fois dirigés directement au soleil. Pour faire ceci, ces systèmes emploient cheminer des mécanismes pour déplacer les collecteurs pendant le jour pour les maintenir concentrés sur le soleil. les traqueurs d'Unique-axe déplacent est-ouest ; les traqueurs de duel-axe déplacent l'est et à l'ouest et du nord et le sud (pour suivre le soleil tout au long de l'année). En plus de ces traqueurs mécaniques, il y a des traqueurs passifs qui emploient Fréon pour assurer le mouvement. Tandis que non employés couramment, ils fournissent une alternative de bas-entretien aux systèmes mécaniques.
Des concentrateurs sont utilisés la plupart du temps dans des applications commerciales parce qu'ils sont chers et parce que les traqueurs ont besoin d'entretien fréquent. Quelques systèmes à énergie solaire résidentiels utilisent la parabolique-cuvette concentrant des systèmes. Ces installations peuvent fournir l'eau chaude, le chauffage des locaux, et la purification d'eau. La plupart des systèmes résidentiels utilisent les traqueurs d'unique-axe, qui sont moins chers et plus simples que des traqueurs de duel-axe.
Améliorations technologiques : L'efficience des systèmes et des collecteurs de chauffage solaire s'est améliorée du début des années 70 et les coûts ont chuté légèrement. Les efficiences peuvent être attribuées à l'utilisation du bas-fer, de la glace tempered pour glacer (la glace de bas-fer permet la transmission de plus d'énergie solaire que la glace conventionnelle), de l'isolant amélioré, et du développement des enduits sélectifs durables.
En outre, un nouveau collecteur solaire d'air, ancien utilisé principalement pour les bâtiments commerciaux, est maintenant disponible pour des maisons. A appelé un collecteur transpiré, il élimine le coût du glaçage, de la boîte en métal, et de l'isolant. Ce collecteur est fait de métal noir et perforé. Le soleil chauffe le métal, et les tractions d'un ventilateur aèrent par les trous dans le métal, qui chauffe l'air. Pour les installations résidentielles, ces collecteurs sont disponibles en 8 pieds par des panneaux de 2.5 pieds (2.4-meter par 0.8 mètre) capables du chauffage 40 pieds cubes par minute (0.002 mètre cube par seconde) d'air extérieur. Un jour ensoleillé d'hiver, le panneau peut produire les températures jusqu'à 50°F (28°C) plus élevée que la température de l'air extérieure. Les collecteurs transpirés d'air chauffent non seulement l'air, mais améliorent également la qualité de l'air à l'intérieur des locaux en préchauffant directement l'air extérieur frais.
Ces collecteurs ont réalisé très haut efficience-plus de 70% dans quelques applications commerciales. Plus, parce que les collecteurs n'exigent aucun glaçage ou isolant, ils sont peu coûteux de fabriquer. Tous ces facteurs font aux collecteurs transpirés d'air une source très rentable de la chaleur solaire.
Il y a d'autres systèmes de refroidissement de prototype fonctionnant aujourd'hui. Certains utilisent la chaleur des capteurs solaires pour le refroidissement d'absorption. D'autres sont employés pour changer le produit déshydratant dans les systèmes de refroidissement déshydratants. Les déshydratants, tels que le silicagel, attirent naturellement l'humidité. Ils sont employés pour réduire l'humidité et les charges de refroidissement en résultant dans des climats chauds et humides.
Rendements effectifs de collecteur : Quand vous faites des emplettes pour les capteurs solaires, vous pouvez comparer leur performance. Rechercher Rating & Certification Corporation solaire (SRCC) ou l'autocollant central à énergie solaire (FSEC) de la Floride sur l'équipement que vous considérez vérifier leurs rendements effectifs comparatifs. Pour plus d'information les normes de rendement sur de SRCC ou de FSEC, entrent en contact avec eux.
Un contrat à terme lumineux : Des capteurs solaires peuvent être utilisés pour presque n'importe quel procédé qui exige la chaleur. Car les droits de l'environnement deviennent plus stricts et le prix des hausses conventionnelles de pouvoir, il est probable que les capteurs solaires soient integrated dans beaucoup d'applications.
Capteurs solaires de basse technologie : Plusieurs peu coûteux, les capteurs solaires « de basse technologie » avec des fonctionnements spécifiques sont également disponibles commercialement. Les réchauffeurs en lots sont les chauffe-eau solaires simples et effectifs ; des cuiseurs solaires de boîte sont utilisés pour faire cuire et pour l'eau d'épuration ; et les distillateurs solaires produisent l'eau distillée peu coûteuse à partir de pratiquement n'importe quelle source d'eau.
Traiter en lots les réchauffeurs, également connus sous le nom de le « breadbox » ou les systèmes intégrés de collecteur, utilisent un ou plusieurs réservoirs noirs remplis avec de l'eau et placés dans une boîte isolée et vitrée. Quelques boîtes comprennent des réflecteurs pour augmenter le rayonnement solaire. L'énergie solaire traverse le glaçage et chauffe l'eau dans les réservoirs. Ces dispositifs sont les chauffe-eau solaires peu coûteux mais doivent être écoulés ou protégés contre la congélation quand les températures laissent tomber au-dessous de zéro.
Un réchauffeur en lots est un chauffe-eau solaire simple qui utilise un ou plusieurs réservoirs noirs remplis avec de l'eau et placés dans une boîte isolée et vitrée.
Les cuiseurs solaires de boîte sont peu coûteux d'acheter et facile à établir et utiliser. Ils se composent d'une boîte spacieuse et isolée garnie du produit r3fléchissant, couverte de glaçage, et équipée d'un réflecteur externe. Les pots à cuire noirs servent d'amortisseurs, réchauffant plus rapidement que le cookware d'aluminium brillant ou d'acier inoxydable. Des cuiseurs de boîte peuvent également être utilisés pour tuer des bactéries dans l'eau si la température peut atteindre la remarque d'ébullition.
Les distillateurs solaires fournissent l'eau distillée peu coûteuse même de salé ou mal de l'eau polluée. Ils travaillent au principe qui arrosent dans un conteneur ouvert s'évaporeront. Un solaire emploie toujours l'énergie solaire pour accélérer le procédé d'évaporation. Les distillateurs se composent d'un conteneur isolé et sombre-coloré couvert de glacer cela est inclinés ainsi l'eau doux de condensation peut s'écouler goutte à goutte dans une cuvette de collection. Un petit solaire, qui est au sujet de la taille de votre fourneau de cuisine, peut encore produire deux gallons d'eau distillée un jour ensoleillé. |
