Архив рубрики: нагрев воды

Инсоляция

300px-InsolationИнсоляция является мерой солнечное излучение энергии, получаемой на данной площади поверхности и записаны в течение определенного времени. Его также называют солнечным облучением и выражается как «почасовой облучения», если они записаны в течение часа или «ежедневное облучение», если они записаны в течение дня. Устройство рекомендовано Всемирной метеорологической организации является МДж на квадратный метр (МДж / м 2 ) или джоулей на квадратный миллиметр (Дж / мм 2 ).  альтернативные единицы измерения является Лэнгли (1 термохимическая калория на квадратный сантиметр или 41840 Дж / ​​м 2 ). Практикующие в бизнесе солнечной энергии может использовать устройство ватт-часов на квадратный метр (Вт / м 2 ). Если эта энергия делится на съемки в часах, то тогда плотность мощности называют излучения , выраженная в ваттах на квадратный метр (Вт / м 2 ).

Поглощения и отражения

Объекта или поверхности, что солнечные удары излучения может быть планетой, наземного объекта внутри атмосферы планеты, или объект подвергается солнечным лучам за пределами атмосферы, такие как космический корабль . Некоторые из излучение будет поглощаться, а остальные отражаются. Обычно поглощенного солнечного излучения преобразуется в тепловую энергию, что приводит к увеличению температуры объекта. Искусственные или естественные системы, однако, может преобразовать часть абсорбированного излучения в другой форме, как в случае фотоэлектрических элементов или растений . Доля излучения, отраженного или поглощенного зависит от объекта отражения или альбедо .

Инсоляции в поверхность является крупнейшим, когда поверхность выходит непосредственно на ВС Поскольку угол увеличивается между направлением под прямым углом к поверхности и направление лучей солнечного света, солнечного излучения уменьшается пропорционально косинусу угла, см. эффекта угол солнца на климат .

Эффект проекции

Seasons.tooОдин солнечный луч одной мили в ширину светит на земле на угол 90 °, а другой на 30 °. Косой солнечный луч распространяет свою энергию света в два раза большую площадь.
На этом рисунке показан угол между землей и солнечный луч, а не между вертикальном направлении и солнечный луч, поэтому синус, а не косинус является целесообразным. Sunbeam одной миле (1,6 км) в ширину падает на землю прямо сверху, другая попала в землю на угол 30 ° к горизонтали. тригонометрия говорит нам, что синус от угла 30 ° равен 1/2, в то время как синус на угол 90 ° равна 1. Таким образом, солнечный луч удара о землю на угол 30 ° распространяется так же количества света в два раза большую площадь (если представить себе солнце с юга на полдень , с севера на юг ширина удваивается, с востока на запад ширина не ). Следовательно, количество света, попадающего на каждую квадратную милю только вдвое меньше.
Этот «эффект проекции» является основной причиной, почему полярные регионы гораздо холоднее, чем экваториальные районы на Земле. В среднем за год получают меньше полюсов инсоляции, чем экватор, потому что на полюсах поверхность Земли расположены под углом от Солнца.

Инсоляции Земли 

220px-Pyranometer_2740Прямое солнечное излучение, является солнечная освещенность измеряется в данном месте на Земле с перпендикулярной поверхности элемента к солнечным лучам, за исключением диффузного инсоляции (солнечного излучения, которое рассеивается или отражается от атмосферных компонентов в небо). Прямая солнечного излучения равна солнечной постоянной минус атмосферное потери на поглощение и рассеяние . В то время как солнечная постоянная меняется в зависимости от Земли до Солнца расстоянии и солнечные циклы , потери зависят от времени суток (длина пути света через атмосферу в зависимости от угол возвышения Солнца ), облачности , влажности содержание, и других примесей . Инсоляция является одним из основных абиотических факторов , влияющих на метаболизм растений и поведение животных.
В течение года средняя солнечного излучения, приходящего в верхней атмосфере Земли в любой момент времени, примерно 1366 ватт на квадратный метр (см. Солнечная постоянная ). Мощность излучения распределена по всей электромагнитного спектра , хотя большинство из власть находится в видимом свете части спектра. Солнечные лучи являются ослабленные при их прохождении через атмосферу , тем самым уменьшая освещенность на поверхности Земли примерно до 1000 Вт / м 2 для поверхности, перпендикулярной солнечным лучам на уровне моря в ясный день.
Фактическая цифра меняется в зависимости от угла солнца в разные времена года, в зависимости от расстояния солнечный свет проходит через воздух , и в зависимости от степени атмосферной дымки и облачности. Игнорирование облака, среднесуточная освещенность для Земли составляет около 250 Вт / м 2 (т.е. ежедневное облучение от 6 кВт / м 2 ), с учетом нижнего интенсивности излучения в рано утром и вечером, и его почти отсутствие у ночь.
Солнечного солнца также может быть выражена в Санз, где вс равна 1000 Вт / м 2 в точке прихода, с кВт / м 2 / день в пересчете на часы / сутки. При расчете выхода, за Например, фотоэлектрических панелей, угол солнца относительно панели должны быть приняты во внимание, а также солнечного излучения. (Солнечного излучения, с учетом ослабления атмосферы, следует умножить на косинус угла между нормалью к панели и направление солнца от него). Один вс это единица потока мощности , а не стандартное значение для фактического инсоляции. Иногда это устройство называют Соль, не следует путать с золой , то есть один солнечный день на другой планете, например, Марса .

Солнечная система.Нагрев воды для водоснабжения и отопления

Системы солнечного нагрева воды (SWH) или солнечного горячего водоснабжения (ТБО) системы состоят из нескольких нововведений и многие зрелые возобновляемых источников энергии технологий, которые были хорошо известны на протяжении многих лет. SWH широко используется в Австралии, Австрии, Китая, Кипра, Греции, Индии, Израиля, Японии и Турции.
В «моноблочные» Система SWH резервуара устанавливается горизонтально непосредственно над солнечных коллекторов на крыше. Нет насосных не требуется, поскольку горячая вода естественно поднимается в резервуар через термосифонным потока. В «насос распространен» система резервуара является наземной или установлена ​​на полу и ниже уровня коллекторов; циркуляционного насоса вода перемещается или жидкий теплоноситель между баком и коллекторами.
SWH системы предназначены для обеспечения горячей водой в течение большей части года. Тем не менее, зимой там иногда может быть недостаточно солнечного тепла, чтобы доставить достаточное горячей воды. В этом случае газовый или электрический усилитель, как правило, используется для нагрева воды.

Горячая вода нагревается солнцем используется во многих отношениях.

Хотя, возможно, самый известный в жилой обстановке обеспечить горячей воды, солнечного горячего водоснабжения также имеет промышленного применения, например, для выработки электроэнергии Дизайн подходит для жаркого климата может быть намного проще и дешевле, и может считаться соответствующей технологии для этих местах. Глобальной солнечной тепловой рынке доминирует Китай, Европу, Японию и Индию .

Солнечные водонагреватели установлены на дом в Бельгии
Для нагрева воды с помощью солнечной энергии, коллекционер, часто закреплены на крыше или стене, обращенной к солнцу, нагревает рабочую жидкость , которая либо перекачивается (активная система) или управляемым естественной конвекции (пассивная система) через него. Коллектор может быть выполнен из простой стеклянной изолированный ящик с плоским солнечный поглотитель выполнен из листового металла, прикрепленный к медной трубы теплообменника и темного цвета или набор металлических труб окружении эвакуировали (около вакуум) стеклянный цилиндр . В производственных корпусов параболического зеркала может концентрируют солнечный свет на трубе. Тепло сохраняется в бак для горячей воды . Объем этого резервуара должна быть больше, с солнечных систем отопления, с тем чтобы на случай плохой погоды , и потому, что оптимальная температура для окончательного солнечного коллектора  ниже, чем типичный погружением или огневой подогреватель. Жидкий теплоноситель (HTF) для поглотителя может быть горячую воду из резервуара, но чаще (по крайней мере в активных системах) представляет собой отдельный контур из жидкости, содержащей антифриз и ингибитор коррозии , который обеспечивает тепло в бак через теплообменник (обычно катушки медных труб теплообменника в баке). Медь является важным компонентом в солнечных системах отопления и охлаждения из-за его высокой теплопроводностью, стойкостью к атмосферным и воды коррозии, герметизации и соединения пайкой и механическую прочность. Медь используется как в приемниках и первичной цепи (трубопроводы и теплообменники для емкостей для воды).
Другой нижнем концепция технического обслуживания является «сток-назад»: нет антифриза не требуется, вместо этого, все трубопроводы наклонной вызывать воде стечь обратно в бак. Резервуар не находится под давлением и открыт для атмосферного давления. Как только насос отключается, поток меняет и трубы пусты перед замораживанием может произойти.
Жилой солнечных тепловых установок делятся на две группы: пассивные (иногда называемый «компактным») и активные (иногда называемый «перекачивается») систем. Как правило, включают вспомогательный источник энергии (электрический нагревательный элемент или соединение газ или жидкое топливо центральное отопление), который включается, когда вода в резервуаре падает ниже минимального значения температуре, такой как 55 ° С. Таким образом, горячая вода всегда доступна. Сочетание солнечных водонагревательных и использования резервного тепла из трубы дровяной печи для нагрева воды можно включить системы горячего водоснабжения работать круглый год в более прохладном климате, без дополнительных требований теплоты солнечной системы нагрева воды удовлетворяются с ископаемыми видами топлива или электричества.
Когда солнечного нагрева воды и горячей воды системы центрального отопления используются в сочетании, солнечное тепло будет либо сосредоточены в бачке, который питает в бак нагревается центральным отоплением , или солнечным теплообменником заменит нижний нагрев элемент и верхний элемент будет оставаться на месте, чтобы обеспечить любой нагрева, что солнечная не может обеспечить. Тем не менее, основная потребность для центрального отопления в ночное время и зимой, когда солнечного ниже. Поэтому, солнечного нагрева воды для умывания и купания часто лучшее применение, чем центральное отопление, потому что спрос и предложение лучше соответствуют. Во многих климатов, солнечные системы горячего водоснабжения может обеспечить до 85% энергии горячей воды. Это может включать Бытовые неэлектрические концентрации солнечных тепловых систем. Во многих странах Северной Европы, комбинированные горячей воды и отопления помещений систем ( солнечных Комбисистема ) используются, чтобы обеспечить от 15 до 25% тепловой энергии домом.

Горячая вода нагревается солнцем используется во многих отношениях. Хотя, возможно, самый известный в жилой обстановке обеспечить горячей воды, солнечного горячего водоснабжения также имеет промышленного применения, например, для выработки электроэнергии. Дизайн подходит для жаркого климата может быть намного проще и дешевле, и может считаться соответствующей технологии для этих местах. Глобальной солнечной тепловой рынке доминирует Китай, Европу, Японию и Индию .

ThermodynamicPanelsInstalled (1)

 

 

Коллектор может быть выполнен из простой стеклянной изолированный ящик с плоским солнечный поглотитель выполнен из листового металла, прикрепленный к медной трубы теплообменника и темного цвета или набор металлических труб окружении эвакуировали (около вакуум) стеклянный цилиндр . В производственных корпусов параболического зеркала может концентрируют солнечный свет на трубе. Тепло сохраняется в бак для горячей воды . Объем этого резервуара должна быть больше, с солнечных систем отопления, с тем чтобы на случай плохой погоды , и потому, что оптимальная температура для окончательного солнечного коллектора ниже, чем типичный погружением или огневой подогреватель. Жидкий теплоноситель (HTF) для поглотителя может быть горячую воду из резервуара, но чаще (по крайней мере в активных системах) представляет собой отдельный контур из жидкости, содержащей антифриз и ингибитор коррозии , который обеспечивает тепло в бак через теплообменник (обычно катушки медных труб теплообменника в баке). Медь является важным компонентом в солнечных системах отопления и охлаждения из-за его высокой теплопроводностью, стойкостью к атмосферным и воды коррозии, герметизации и соединения пайкой и механическую прочность. Медь используется как в приемниках и первичной цепи (трубопроводы и теплообменники для емкостей для воды).
Другой нижнем концепция технического обслуживания является «сток-назад»: нет антифриза не требуется, вместо этого, все трубопроводы наклонной вызывать воде стечь обратно в бак. Резервуар не находится под давлением и открыт для атмосферного давления. Как только насос отключается, поток меняет и трубы пусты перед замораживанием может произойти.

Жилой солнечных тепловых установок делятся на две группы: пассивные (иногда называемый «компактным») и активные (иногда называемый «перекачивается») систем.

Как правило, включают вспомогательный источник энергии (электрический нагревательный элемент или соединение газ или жидкое топливо центральное отопление), который включается, когда вода в резервуаре падает ниже минимального значения температуре, такой как 55 ° С. Таким образом, горячая вода всегда доступна. Сочетание солнечных водонагревательных и использования резервного тепла из трубы дровяной печи для нагрева воды можно включить системы горячего водоснабжения работать круглый год в более прохладном климате, без дополнительных требований теплоты солнечной системы нагрева воды удовлетворяются с ископаемыми видами топлива или электричества.
Когда солнечного нагрева воды и горячей воды системы центрального отопления используются в сочетании, солнечное тепло будет либо сосредоточены в бачке, который питает в бак нагревается центральным отоплением , или солнечным теплообменником заменит нижний нагрев элемент и верхний элемент будет оставаться на месте, чтобы обеспечить любой нагрева, что солнечная не может обеспечить. Тем не менее, основная потребность для центрального отопления в ночное время и зимой, когда солнечного ниже. Поэтому, солнечного нагрева воды для умывания и купания часто лучшее применение, чем центральное отопление, потому что спрос и предложение лучше соответствуют. Во многих климатов, солнечные системы горячего водоснабжения может обеспечить до 85% энергии горячей воды. Это может включать Бытовые неэлектрические концентрации солнечных тепловых систем. Во многих странах Северной Европы, комбинированные горячей воды и отопления помещений систем ( солнечных Комбисистема ) используются, чтобы обеспечить от 15 до 25% тепловой энергии домом.

История

220px-Out_west_(1902)_-_Solar_water_heater_advert (1)
Есть записи солнечных коллекторов в Соединенных Штатах начиная с до 1900, [ 4 ] содержащая черного цвета бак установлен на крыше. В 1896 году Кларенс Кемп Балтимора, США заключены танк в деревянный ящик, создавая тем самым первым «партии водонагреватель», как их называют сегодня. Хотя плоские коллекторы для солнечного нагрева воды использовались во Флориде и Южной Калифорнии в 1920-х годах был всплеск интереса к солнечной энергии для отопления в Северной Америке после 1960 года, но особенно после нефтяного кризиса 1973 года .
См. Приложение 1 в нижней части этой статьи для ряда конкретных странах статистика по «Использование солнечных водонагревательных во всем мире». Также в Википедии конкретной страны статьи о использования солнечной энергии (тепловой, а также фотоэлектрические) в Австралии , Канаде , Китае , Германии , Индии , Израиле , Японии , Португалии , Румынии , Испании , Соединенного Королевства и Соединенных Штатов .Solarboiler (1)

Пассивный ( термосифонным ) солнечных водонагревателей на крыше в Иерусалиме
Израиль и Кипр на душу населения лидерами в использовании солнечных водонагревательных систем с более чем 30% -40% домов их использования. [ 5 ]
Плоские пластины солнечных систем были усовершенствованы и использоваться на очень больших масштабах в Израиле. В 1950-х годах была нехватка топлива в новое израильское государство, и правительство запретило нагрева воды с 10 часов вечера до 6 часов утра. Леви Yissar построен первый прототип израильской солнечных водонагревателей и в 1953 году он начал NerYah компании, первым производителем Израиля солнечного нагрева воды. Несмотря на обилие солнечного света в Израиле, солнечные водонагреватели были использованы только на 20% населения к 1967 году. После энергетического кризиса в 1970-х годах, в 1980 году израильский кнессет принял закон, требующий установки солнечных водонагревателей во всех новых домах (за исключением высоких башен с недостаточной площади крыши). В результате, Израиль в настоящее время является мировым лидером в использовании солнечной энергии на душу населения с 85% домохозяйств сегодня с использованием солнечных тепловых систем (3% первичного потребления энергии национальные), оценкам, спасти страну 2000000 баррелей (320000 м 3 ) нефти в год , самый высокий за использование душу солнечной энергии в мире.
В 2005 году Испания стала первой страной в мире, которая требует установки фотоэлектрических производства электроэнергии в новых зданиях, а второй (после Израиля) требовать установку солнечных водонагревательных систем в 2006 году.

Новых солнечных систем горячего водоснабжения, в течение 2007 года, по всему миру.
Мир увидел быстрый рост использования солнечной теплой водой после 1960 года, с системами настоящее время на рынке также в Японии и Австралии  Технические инновации улучшилась производительность, ожидаемую продолжительность жизни и простоты использования этих систем. Установка солнечного нагрева воды стало нормой в странах с изобилием солнечного излучения, как и Средиземное море, и Японии и Австралии. Колумбия разработала местного солнечного нагрева воды благодаря промышленности в конструкциях Las Gaviotas , режиссер Паоло Lugari. Движимый желанием сократить расходы в социальном жилье, команда Gaviotas изучали лучшие системы из Израиля, и сделал адаптацию, чтобы удовлетворять спецификациям компании Banco Central Hipotecario (МПБ), который гласит, что каждая система должна функционировать в таких городах, как Боготе, где есть больше чем 200 дней пасмурно. Конечной проекты были настолько успешными, что Las Gaviotas предложил в 1984 году 25-летнюю гарантию на любую часть своих установок. Более 40000 были установлены, и до сих пор работает четверть века спустя.
Австралия имеет различные стимулы (национальные и государственные) и положения (состояния) для солнечных тепловых введены начиная с НДПИ в 1997 году.

Солнечных водонагревательных систем стали популярны в Китае,

где базовые модели начинаются от 1500 юаней (US $ 235), намного дешевле, чем в западных странах (около 80% дешевле для данного размера коллектор). Он сказал, что по крайней мере 30 миллионов китайских семей, теперь он есть, и что популярность обусловлена ​​эффективным вакуумные трубки, которые позволяют нагреватели функционировать даже под серым небом и при температурах ниже нуля. [ 15 ]
Системные требования дизайна [ Edit Source ]

Тип, сложность и размеры Солнечной системы нагрева воды в основном определяется:

Изменением температуры окружающего воздуха и солнечной радиации между летом и зимой.
Изменением температуры окружающего воздуха в течение дня и ночи.
Возможность питьевой воды или перегрева коллектора жидкости.
Возможность питьевой воды или замораживания коллектора жидкости.

Минимальные требования к системе, как правило, определяется количеством или температура горячей воды, необходимой в зимний период, когда выход системы и температура воды на входе, как правило, на самом низком уровне. Максимальная производительность системы определяется необходимостью предотвращения воды в системе не стал слишком горячим.

Защита от замерзания

Меры защиты от замерзания избежание повреждения системы из-за расширения замерзания жидкости передачи. Водосточные системы слива теплоносителя из системы при остановке насоса. Многие системы косвенного использовать антифриз (например, пропиленгликоль) в теплоноситель.
В некоторых системах прямого, коллекторы можно слить вручную при замораживании не ожидается. Этот подход является общим в климате, где морозы не происходят часто, но несколько ненадежны, так как оператор может забыть слива системы. Другие системы используют прямой сублимационной терпимо коллекторы сделаны с гибкими полимерами, такими как силиконового каучука.
Третий тип защиты от замерзания замораживанием терпимости, где низкое давление в воде полимера каналов из силиконовой резины просто расширяется при замерзании. Одним из таких коллекторов в настоящее время европейские Солнечная Keymark аккредитации, после дополнительного тестирования долговечности.

Защита от перегрева

Когда никакая горячая вода не была использована в течение одного-двух дней, жидкости в коллекторах и хранения может достигать очень высоких температурах во всех системах, за исключением тех из водосточные разнообразие. Когда бак для хранения в водосточные системы достигает нужной температуры, насосы отключаются, чтобы положить конец процесса нагрева и тем самым препятствуя накопительный бак от перегрева.

Одним из способов обеспечения тепловой защиты для дампа тепла в горячей ванне .

Некоторые активные системы преднамеренно охлаждения воды в резервуаре путем циркуляции горячей воды через коллектор в период, когда мало солнечного света или ночью, что приводит к увеличению потерь тепла. Это наиболее эффективно в прямом или тепловой магазин сантехники и практически неэффективны в системах, которые используют эвакуированы трубчатых коллекторов, из-за их превосходную изоляцию. Независимо от типа коллектора, однако, они все же могут перегреваться. Высокое давление запечатанном солнечных тепловых систем версий в конечном итоге полагаться на работу клапанов температуры и сброса давления . Низкое давление, открытая вентилируемая из них имеют более простой, более надежной безопасности управления, обычно открытых отверстий.