Системы с воздушными гелиоколлекторами имеют более простую конструкцию и стоят дешевле, чем системы с солнечными водонагревателями, поскольку воздух не замерзает и не кипит в любых естественных условиях на нашей планете. Эти системы не требуют соблюдения правил обращения с химическими веществами и постоянного
контроля, которые применяются при использовании многих жидкостных коллекторных систем в странах с суровым климатом.
Воздушные коллекторы в основном используются для отопления зданий. Это вполне логично, поскольку здания, как правило, заполнены воздухом. Такие системы являются относительно новым подходом к использованию солнечной энергии — впервые их начали использовать примерно в
неправильно чаще, чем других систем, работающих от солнечной энергии, что привело к тысячам случаев неправильной установки таких систем (более подробно об этом будет рассказано в
следующих статьях данной серии).
Настоящая статья является первой в серии публикаций, рассказывающих об устройстве, работе и установке гелиосистем для нагрева воздуха. В этой статье описывается конструкция коллекторов и систем на их основе. В следующей статье будут рассмотрены вопросы, связанные с установкой, ремонтом и обслуживанием таких систем.
Достоинства и недостатки гелиосистем для нагрева воздуха Благодаря своим физическим свойствам воздух является почти идеальной средой для нагревания в гелиоколлекторах, за которую к тому же не нужно платить. Единственный фактор, ввиду которого его предпочитают е использовать в большинстве коллекторных истем — это его малый удельный вес и теплоемкость. Теплоемкость или удельная теплота у воздуха составляет 0,24 — примерно в четыре раза меньше чем у воды, для которой эта величина равна 1. Это означает, что для удержания и передачи одинакового количества тепла потребуется в четыре раза больше (по весу) воздуха, чем воды. Это не составляло бы никакой проблемы, если бы воздух весил в четыре раза больше чем вода, но на самом деле его удельный вес составляет примерно одну тысячную удельного веса воды. (Удельный вес воды составляет 1000 кг/ м3. А вес сухого воздуха на уровне моря — 1,293 кг/
м3.) Это означает, что для удержания и передачи такого же количество тепла, которое может передавать определенное количество воды, вам потребуется более чем в 3 тысячи раз больший объем воздуха. В связи с этим возникают некоторые трудности. Они отнюдь не являются непреодолимыми, но ввиду указанных ограничений воздух не считается наилучшей средой для передачи тепла в гелиоколлекторах.
Малый удельный вес означает, что большие
объемы воздуха можно быстро нагревать и охлаждать. Но воздух значительно хуже поддается управлению. Перемещение больших объемов воздуха через воздуховоды — непростая задача.
Воздух лучше всего распространяется по прямой линии, и быстро теряет скорость, если его выдувать. Если необходимо поддерживать как можно более равномерную скорость циркуляции воздуха, гораздо эффективнее всасывать воздух, чем выдувать его.
Любые повороты системы воздуховодов способствуют значительному перемешиванию воздуха и существенно замедляют его движение.
Трубопроводы и коллекторы в жидкостных отопительных системах требуют гораздо меньше усилий при планировании и конструировании, чем воздуховоды и коллекторы воздушных систем.
Эффективность воздушных гелиоколлекторов примерно на 10% ниже, чем у жидкостных коллекторов при любой температуре и интенсивности солнечного излучения. Небольшие воздушные отопительные системы, работающие от солнечной энергии и не имеющие термонакопителей, как правило, используются для обогрева помещений в дневное время. При этом просто используются физические свойства теплоемкости и массы.
Конструкция и установка коллектора
Воздушные гелиоколлекторы имеют простое устройство — кусок черного металла устанавливается на изолированный короб, передняя сторона которого изготовлена из стекла.
Несколько более сложной задачей является получение тепла из коллектора в нужный момент и его отвод в нужное место. При проектировании воздушных гелиоколлекторов инженеры стараются
сделать их максимально эффективными при разумном уровне затрат.
Конструкция воздушных гелиоколлекторов очень схожа с конструкцией плоских гелиоколлекторов для жидкостных систем, которые описаны в статье в НР85. Хорошо сконструированные солнечные и
жидкостные коллекторы практические невозможно различить с некоторого расстояния.
Воздушные коллекторы, как правило, имеют металлический корпус (обычно из аллюминия), термостойкую изоляцию (из стекловолокна или
полиуретанов), переднюю панель из стекла с низким содержанием железа и пластину поглотителя. Устройство пластины поглотителя
является важным фактором в конструкции коллекторов.
