Încălzire solară aerotermică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Încălzirea solară aerotermală este o tehnologie solară termică în care radiația de la Soare (în cele trei benzi infraroșii , vizibile și ultraviolete ) este captată de un mediu absorbant și apoi este utilizată pentru încălzirea aerului. [1] Încălzirea solară a aerului este o formă de valorificare a energiei regenerabile de la soare pentru încălzirea clădirilor sau pentru a fi utilizată în aplicații care necesită căldură. De obicei, este cea mai eficientă (în ceea ce privește raportul cost / beneficiu) dintre toate tehnologiile solare, în special în aplicații comerciale și industriale, și răspunde la cea mai mare parte din energia utilizată de clădiri, care este încălzirea spațiului.

Colectoarele solare de aer pot fi împărțite în două categorii: [2]

  • Colectoare solare „neacoperite” sau colectoare solare transpirante (utilizate în principal pentru încălzirea aerului din încăperi în aplicații comerciale, industriale, agricole și pentru a obține căldură în procesele industriale)
  • Colectoare solare vitrate (tipuri de recirculare care sunt de obicei utilizate pentru încălzirea încăperilor)

Colectoare solare „neacoperite” și colectoare solare „transpuse”

fundal

Fațada din față a Institutului de Instruire a Serviciilor de Pompieri și Urgențe de la Aeroportul Internațional Toronto Pearson este un sistem de încălzire solară aerotermică „SolarWall” care încălzește aerul de ventilație care ajunge la clădire.

Termenul „colector solar fără sticlă” (din engleză „unglazed air collector”) se referă la un sistem solar de încălzire a aerului care constă dintr-un absorbant metalic fără sticlă sau suprafață transparentă care să-l acopere. Cel mai obișnuit tip de colector „neglazurat” de pe piață este colectorul solar transpirat. [3] Această tehnologie a fost inventată și brevetată sub denumirea „SolarWall” de Conserval Engineering Inc. în anii 1990 , care a lucrat împreună cu Departamentul de Energie al SUA ( NREL ) și Resurse Naturale Canada pentru a realiza comercializarea tehnologiei în lume. Tehnologia a fost monitorizată pe larg de aceste agenții guvernamentale, iar Natural Resources Canada a dezvoltat instrumentul computerizat „ RETScreen ” pentru a modela economiile de energie oferite de colectorii solari care transpirați într-o clădire dată într-o situație dată.

De atunci, câteva mii de colectoare solare transpirante au fost instalate în diferite clădiri comerciale, industriale, instituționale, agricole și pentru aplicații de proces în peste 30 de țări din întreaga lume. [4] [5] La început, tehnologia a fost utilizată în aplicații industriale, cum ar fi în fabricile și fabricile de asamblare, unde au existat mari cereri de ventilație (pentru nevoile de îndepărtare a fumului din sudare, vopsire, particule produse de tăietori etc.) În interiorul clădirii era necesar un acoperiș stratificat cald și adesea o presiune negativă a aerului . Primul colector de transpirație descoperit din lume a fost instalat de Ford la fabrica de asamblare din Oakville, Canada. [6]

Odată cu nevoia crescândă de a instala sisteme de energie regenerabilă pe clădiri, colectoarele solare transpirante sunt utilizate în prezent în multe tipuri de clădiri datorită producției ridicate de energie (până la 500-600 wați / metru pătrat termic de producție de vârf), capacitatea mare de conversie a energiei solare. energie în energie termică (până la 80%) și costurile de capital mai mici în comparație cu încălzirea fotovoltaică și solară a apei. [7]

Cum funcționează colectoarele solare aerotermale

Colectoarele solare aerotermice colectează aerul ambiant (din exterior) în loc să recirculeze aerul clădirii.

Colectorii solari transpirați sunt de obicei montați pe pereți pentru a capta unghiul solar scăzut în lunile de iarnă, dar și lumina reflectată de zăpadă . Suprafața exterioară a unui colector solar transpirant constă din mii de micro-perforări mici care permit capturarea stratului de căldură și transportarea uniformă către o cavitate plină de aer din spatele panourilor externe. Acest aer de ventilație încălzit este condus în sistemul de ventilație al clădirii prin intermediul unei ușoare presiuni negative a aerului (generată de ventilatoare care împing aerul de la baza clădirii în afara acestuia sau prin scăderea aerului datorită unui compresor care îl pune într-un cilindru de presiune).

Sistemul de ventilație distribuie aerul fierbinte rămas prin mijloace convenționale sau folosind o metodă de canalizare solară. Monitorizarea extinsă efectuată de Natural Resources Canada și NREL a arătat că sistemele de colectoare solare transpirate reduc necesitatea încălzirii cu 10-50% în comparație cu cele convenționale și că sistemul informatic RETScreen 3.1 este un instrument valid pentru prezicerea performanței unui sistem . [8]

Colectorii solari transpirați acționează ca un ecran împotriva ploii și, de asemenea, captează căldura care este radiată de pe acoperiș sau de peretele „solar” din clădire, îndepărtându-l din învelișul clădirii (care apare relativ rece în termografie) și apoi îl colectează în cavitatea colectorului de aer și înapoi în sistemul de ventilație. Nu este necesară o întreținere mare în sistemele solare de încălzire a aerului, iar durata de viață așteptată depășește 30 de ani. [9]

Variante ale colectoarelor solare transpirante

Colectoarele solare respirabile pot fi de asemenea instalate pe acoperișuri pentru aplicații în care nu există un perete orientat spre sud sau pentru probleme arhitecturale (nevoie de ferestre, umbră din alte clădiri etc.). În aceste cazuri, căldura din sistem este transportată prin conducte către cea mai apropiată unitate de aerare.

Colectorii solari transpirați pot fi combinați cu panouri solare fotovoltaice pentru a crea un sistem solar hibrid. Căldura din partea din spate a modulelor fotovoltaice (care ca energie termică se ridică adesea de patru ori cantitatea de electricitate produsă de modulul fotovoltaic) este îndepărtată din sistemul solar aerotermic de mai jos și este utilizată pentru încălzire (care este refrigerată , crescând astfel durata de viață utilă a panoului solar). În cazurile în care este necesară o solicitare de încălzire, încorporarea unei componente solare aerotermice în sistemul fotovoltaic produce două avantaje tehnice; elimină căldura enormă produsă de fotovoltaice și îi permite să funcționeze în cea mai bună eficiență (care are loc la 25 ° C); iar timpul total de amortizare asociat cu sistemul combinat scade deoarece energia termică este captată și utilizată pentru a înlocui încălzirea convențională.

Conserval Engineering efectuează în prezent cercetări pentru a investiga posibilitatea utilizării colectorului solar transpirat pentru condiționarea pe timp de noapte a mediilor (pentru a le răci). [6] [10] [11]

Sisteme vitrate (Glazed Air Systems)

Aceste sisteme funcționează în mod similar cu un cuptor convențional de aer solar și furnizează căldură datorită recirculării aerului clădirii prin colectoare - Colector solar termic. Datorită utilizării unei suprafețe care absoarbe multe dintre radiațiile solare (infraroșu, vizibil, ultraviolet), transformându-le în energie termică și trecând o ventilație forțată în contact cu aceasta, este posibil să se construiască un colector simplu și eficient pentru un cantitate bună.de aplicații de încălzire a aerului și pentru procese care necesită căldură uscată .

Colector de căldură cu aer solar, colector de aer cu placă plată, cuptor cu energie solară, instalat pe un perete vertical al casei pentru performanțe optime de iarnă și pentru a minimiza performanțele de vară pentru a preveni supraîncălzirea.
SPF Solar Air Heat Collector

Un colector solar simplu constă dintr-un material absorbant, care are adesea o suprafață selectivă, pentru a capta radiațiile de la soare și a transfera această energie termică în aer printr-un sistem de transfer de căldură prin conducție. Acest aer încălzit este apoi adus cu conducte în clădire sau în aerul în care se desfășoară procese industriale care utilizează aer încălzit, pentru încălzirea spațiului sau pentru uscare .

Tipuri de colectoare solare

Datorită diferitelor metode de transportare a aerului în conducte, colectoarele sunt clasificate în mod obișnuit într-unul dintre aceste tipuri:

  • Colectoare în care aerul trece prin masa de încălzire („colectoare de trecere”),
  • Colectoare în care aerul trece în fața masei de încălzire („front-pass”),
  • Colectoare unde aerul trece în spatele masei de încălzire („trecere înapoi”),
  • Colecționari care sunt o combinație între „pasul din față” și „pasul din spate”.

Colector de aer "Through-Pass"

În configurația de trecere, aerul este transportat pe o parte a absorbantului care trece printr-un material perforat sau fibros și este încălzit prin transfer de căldură prin conducere și convecție a aerului în mișcare. Absorbanții de trecere au o suprafață mai mare de contact cu aerul, ceea ce permite rate de transfer de căldură relativ ridicate, dar produc o scădere semnificativă a presiunii aerului, ceea ce implică necesitatea unei puteri mai mari a ventilatorului și deteriorarea unor materiale absorbante, care apare după mulți ani de expunere la radiațiile solare și care poate crea probleme cu calitatea aerului și performanța generală a sistemului.

Colectoare de trecere a aerului față, spate și combinate

În configurațiile de trecere înapoi, trecere frontală și combinate, aerul este direcționat spre spate sau spre față sau către ambele părți ale absorbantului pentru a fi încălzit și returnat în capul conductelor de încălzire. Deși trecerea aerului pe ambele părți ale absorbantului va lărgi suprafața de contact pentru transferul de căldură prin conducție, pot apărea unele probleme cu praf (murdărire) care se poate ridica din aerul care trece în fața vârfului .masei absorbante expuse soarelui , ceea ce reduce eficiența absorbantului, deoarece reduce cantitatea de lumină primită. În climele foarte reci, aerul care trece aproape de învelișul transparent (sticlă, plexiglas etc.) va pierde în continuare căldură, rezultând o performanță generală mai mică a colectoarelor de trecere frontale.

Aplicații cu aer cald

Multe aplicații pot utiliza tehnologii de încălzire solară pentru a reduce emisiile de carbon în comparație cu combustibilii fosili , ca mijloc durabil de producere a energiei termice. Aplicații precum încălzirea camerei de aragaz , prelungirea perioadei de utilizare a serelor , preîncălzirea aerului de ventilație sau căldura pentru procesele industriale pot fi întâmpinate cu sisteme de încălzire aerotermică. [12] În domeniul „cogenerării solare”, tehnologiile solare termice care pot fi combinate cu fotovoltaice (PV) măresc eficiența sistemului prin răcirea panourilor fotovoltaice pentru a crește puterea lor electrică, în același timp încălzind aerul pentru incalzirea spatiului.

Aplicații pentru încălzirea spațiului

Încălzirea ambelor medii rezidențiale și comerciale poate fi obținută datorită panourilor solare care încălzesc aerul. Acestea funcționează prin preluarea aerului de pe suprafața internă a clădirii sau din mediul extern și trecerea acestuia prin colectoarele unde aerul este încălzit prin conducere din absorbant și apoi este împins spre locul de muncă sau spațiile de locuit atât cu metode pasive. cu ajutorul unui ventilator.

O anumită cantitate de aerisire, aer proaspăt sau aer de schimb este necesară de majoritatea clădirilor comerciale, industriale și instituționale pentru a respecta reglementările. Prin aspirarea aerului printr-un sistem neacoperit, dar proiectat corespunzător, cum ar fi un colector solar de aer respirabil sau un colector solar glazurat, puteți reduce necesitatea încălzirii pe timp de zi în medii în care este necesar un schimb bun de aer, cum ar fi în bucătării sau în care vopsirea , frezare sau unde se manipulează metalele topite. În prezent sunt foarte des instalate ca preîncălzitoare, de exemplu, colectoarele respirabile preîncălzesc aerul proaspăt care intră într-un ventilator de recuperare a căldurii pentru a reduce timpul de dezghețare al HRV-urilor.

Aplicații ale căldurii în alte procese

Aerul fierbinte produs de solar poate fi utilizat în aplicații precum uscarea rufelor, prăjirea anumitor semințe sau culturi (de exemplu, ceai, porumb, cafea) și alte aplicații care necesită uscare . Aerul încălzit printr-un colector solar care trece apoi peste un material care trebuie uscat poate fi un mijloc eficient de reducere a conținutului de umiditate al materialului.

Sistem Zerogas

Sistemul Zerogas este o modificare a acestui tip de proiect, care implică captarea aerului cald produs de panourile „din sticlă” sau „respirabile” și comprimarea acestuia (prin consumul de energie electrică din fotovoltaic , din energia eoliană sau din rețea) în astfel încât să aibă un rezervor de aer comprimat foarte fierbinte, care poate atinge temperaturi mai ridicate, suficient pentru a permite încălzirea apei curente să fie folosită de exemplu în mașinile de spălat și mașinile de spălat vase (ajungând chiar și la 60 ° C și mai mult, mergând atât de departe încât să permită apa clocotită ).

Căldura produsă de soare, crescută prin compresie adiabatică, poate fi stocată și utilizată atunci când este necesar (dar atunci când clădirea este goală poate fi vândută și în vecinătatea imediată, datorită contoarelor automate), atât ca aer comprimat , cât și datorită transfer într-un recipient cu apă (cum ar fi un încălzitor de apă mare, bine izolat), sau condus într-un recipient cu un fluid de lucru cu o capacitate mare de stocare, sau plasat în pământul înconjurător și recuperat ulterior datorită coșurilor geotermale etc. În cele din urmă, aerul comprimat, care a degajat căldură în diferite moduri, acum relativ rece, poate fi utilizat într-un ciclu de expansiune pentru răcirea încăperilor sau transferat în cilindrul unei mașini cu un motor cu aer comprimat .

Spre deosebire de încălzirea solară aerotermică (care asigură deschiderea orificiilor de aerisire în sus vara și primăvara), acest sistem poate fi utilizat și în clădiri cu un schimb redus de aer și poate fi utilizat și vara, pentru a încălzi apa curentă și pentru a acumula căldură în sol (recuperabil cu o sondă geotermală ). Sistemul aerotermic „normal” este mai util în locurile în care este necesar un schimb constant de aer, precum în fabricile în care se aplică vopsirea, sudarea, lacurile, se produc pulberi etc.

Videoclipuri despre încălzirea solară aerotermală

Notă

  1. ^ Solar Thermal Collectors - Energy Explained, Your Guide To Understanding Energy , pe tonto.eia.doe.gov . Adus la 28 decembrie 2011 (arhivat din original la 10 noiembrie 2010) .
  2. ^ Birou de fabricație avansată: energie distribuită industrială
  3. ^ Studiu al colectoarelor solare active, industrie și piețe din Canada ( PDF ), august 2010. Accesat la 3 august 2011 (arhivat din original la 1 octombrie 2011) .
  4. ^ Utilizarea energiei solare în agricultura din SUA Prezentare generală și probleme politice ( PDF ), Departamentul Agriculturii din Statele Unite. Adus la 4 august 2011 (arhivat din original la 3 septembrie 2019) .
  5. ^ Lindsey Siegele, SolarWall Solar Air Heating Technology , pe motherearthnews.com , Mother Earth News. Accesat la 4 august 2011 (arhivat din original la 30 martie 2012) .
  6. ^ a b Colectoare transpirate (preîncălzitoare solare pentru aerul de ventilație în aer liber) ( PDF ), în Federal Technology Alert , Federal Energy Management Program, aprilie 1998, DOE / GO-10098-528. Adus la 25 iulie 2010 .
  7. ^ David Brown, O evaluare a încălzirii solare a aerului la instalațiile forțelor aeriene ale Statelor Unite ( PDF ), Air Force Institute of Technology. Accesat 04 august 2011.
  8. ^ Aerul proaspăt încălzit cu energie solară reduce costurile de încălzire ( PDF ), 1994. Accesat la 4 august 2011 .
  9. ^ Ventilație preîncălzită solară ( PDF ), pe Centrul de servicii de inginerie a instalațiilor navale, Centrul de servicii pentru ingineria instalațiilor navale. Adus la 3 august 2011 (depus de „url original 28 martie 2012).
  10. ^ Economii solare: o privire interioară asupra pereților solari din metal , pe metalarchitecture.com , revista Metal Architecture. Adus la 1 septembrie 2011 (arhivat din original la 31 martie 2012) .
  11. ^ Candace Lombardi, Sistemul solar montat pe acoperiș ajută și la răcire , la news.cnet.com , CNET. Adus la 1 septembrie 2011 .
  12. ^ Rural Renewable Energy Alliance, Solar Air Heat Basics , la rreal.org . Adus la 7 mai 2011 (arhivat din original la 29 decembrie 2013) .

Elemente conexe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Aerothermic_solar_heating&oldid=121336428 ”