Каждая техника предусматривается для определенных условий эксплуатации.
Мы считаем, что для Украинского климата не очень подходят вакуумные коллекторы, а наилучшей техникой являются плоские высокоселективные коллекторы с хорошей теплоизоляцией и каленым стеклом (есть, конечно, и другие критерии...).
Основными сдерживающими недостатками вакуумных коллекторов (трубчатых) являются ( http://www.sintsolar.com.ua/rus/...nfo/why_best.htm ):
1. Сложность контроля качества самими пользователями (вакуум не видно, а нанесенные специальные покрытия для поглощения кислорода не сразу проявляют исчезновение вакуума).
2. Чувствительность к градобитию.
3. Сложность работы в странах с возможными морозами (проблемы сползания снега и инея).
4. Низкая надежность.
5. Незначительный прирост эффективности в сравнении со стоимостью.
Если проанализировать в каких странах установлено больше всего вакуумных трубчатых коллекторов - это Китай, а так же есть определенное количество в центральной Европе. Но если посмотреть климат в этих странах, то Китай - это субтропики (не считая горной местности), а центральная Европа - континентальный или умеренный. А точнее: в Китае - морозов нет, а в Европе зимой обычно теплее и пасмурнее чем у нас - т.е. использование вакуумных коллекторов значительно более оправдано!!!
Плюс ко всему, в этих регионах меньше вероятность выпадения крупного града... Например, в 2007 году наши коллекторы выдержали три крупных града в Украине, которые побили капоты у машин так, что слезла краска...
Также вакуумные трубчатые коллекторы проще выпускать при масштабном производстве, это еще один фактор почему Китай и спозиционировался на выпуске данного типа коллекторов.
Поговорим о мифах...
Миф первый:
"Вакуумные коллекторы больше вырабатывают энергии даже для горячего водоснабжения"
Мы промоделировали на компьютере:
ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Место: г. Львов (в большинстве других регионах Украины преимущества плоских высокоселективных коллекторов еще выше...)
Горячее водоснабжение: круглогодичное, 500 л/день температурой 60оС.
Бак-аккумулятор: 500 л, теплоизоляция 50 мм.
Температура холодной воды в течение года: мин – 5, макс - 20
Коллектор №1(плоский): SintSolar CS-V3R
Оптический КПД: 81%
Коэф. тепловых потерь: 3.2
Выбранная полезная площадь абсорбера, м2: 8.8
Вакуумные коллекторы бывают очень разные (эффективность может отличаться в разы), для расчетов мы выбрали достаточно качественный современный и эффективный...
Коллектор №2(вакуумный): Vaillant auroTHERM exclusive
Оптический КПД: 77.3%
Коэф. тепловых потерь: 1.09
Выбранная полезная площадь абсорбера, м2: 7.4
Площадь выбиралась исходя из того, чтобы летом не было перегрева.
(Апертурная площадь - это площадь проекции внутреннего габарита коллектора или суммы проекций внутреннего размера вакуумных трубок или рефлектора на горизонтальную поверхность)
РАСЧЕТ
По году вакуумные коллекторы должны выработать на 4% больше, а в период с октября по март – на 11% больше энергии. Но это при условии хорошего вакуума и зимы без снега и изморозей ( http://www.sintsolar.com.ua/rus/...nfo/why_best.htm ). В среднем разница в выработке станет меньше, так как программа не учитывает ухудшение работы вакуумных коллекторов из-за выпадения снега и образование инея.
ИТОГ: в условиях климата Западной Украины, для горячего водоснабжения необходимо поставить на 19% большую полезную площадь плоских высокоселективных коллекторов для получения такой же энергетической выработки, как и от хороших вакуумных коллекторов. Выбирая вакуумные коллекторы следует учесть, что они дороже в 2-4 и более раз.
Почему так получается? В большинстве своем, вакуумные коллекторы имеют меньший оптический КПД по сравнению с плоскими, который в значительной степени влияет на выработку энергии, поэтому при небольшой разнице температур (как при горячем водоснабжении) разница в тепловых потерях незначительная.
продолжение следует…
"Вакуумные коллекторы вырабатывают на много больше тепловой энергии в системах для отопления, чем плоские коллекторы".
Для того, чтобы полностью абстрагироваться от украинского климата и воспользоваться опытом наших зарубежных товарищей где уже давно используются подобные технологии, для расчета мы использовали демо-версию программы T*SOL 2.1 (это старая версия программы, но она позволяет моделировать работу комбинированной гелиосистемы, правда с ограниченной конфигурацией). В данной программе погодная база данных заложена только по г. Брюсселю, нет возможности менять площадь коллекторов и мощность тепловой нагрузки, но остальные необходимые параметры для изменения доступны.
ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Конфигурации системы отопления и горячего водоснабжения не изменялись и указаны на рисунке ниже.
Тип системы отопления - с увеличенной площадью радиаторов (лучше чем обычное, но хуже чем "теплый пол").
Полезная площадь солнечных коллекторов - 20 м2.
Нагрузка по отоплению 20 кВт при температуре наружного воздуха – -30оС.
Коллектор №1 – SintSolar CS (современный плоский высокоселективный)
Коллектор №2 – Vaillant auroTHERM exclusive (современный вакуумный высокоселективный)
РАСЧЕТ
№1
№2
Как видно из расчетов гелиосистема с данными вакуумными коллекторами выработает на 21.7% ((7664/6297-1)*100%) больше тепловой энергии, чем гелиосистема с плоскими коллекторами.
На отопление вакуумные коллекторы могут дать примерно на 26% больше энергии (естественно не учитывая снижение эффективности вакуумных коллекторов из-за снега http://www.sintsolar.com.ua/rus/...nfo/why_best.htm .
Так как с гелиосистемами рекомендуется использовать отопление "теплый пол" (температура теплоносителя до 45оС) разница в эффективности еще больше снижается:
В целом по году – до 19%
По отоплению – до 24%
ИТОГ: при одинаковой полезной площади солнечных коллекторов современные эффективные вакуумные коллекторы вырабатывают для отопления всего на 19-28% больше тепловой энергии, чем современные плоские коллекторы. Также следует учитывать, что в гелиосистемах с отоплением нужна большая площадь крыши для размещения коллекторов, чем для систем только с горячей водой, а вакуумные коллекторы при той же полезной площади занимают в 1.3-1.5 раза больше чем плоские коллекторы. И снова стает вопрос о разнице в стоимости коллекторов, которая на данный момент очень велика!
продолжение следует...
"Вакуумные коллекторы работают эффективнее плоских"
Вопрос, конечно, сложный. Для горячего водоснабжения не все вакуумные коллекторы вырабатывают больше энергии, а только определенной конструкции. Лишь для отопления… здесь наверняка и проявляется преимущество вакуумных коллекторов по сравнению с плоскими (до 30%).
Не так давно и мы так думали!... Но на Украину стали усиленно завозиться китайские недорогие вакуумные коллекторы. А как мы знаем китайское качество… бывает очень разное… как раз в нашем случае ничего хорошего не завозится!!! Самое сложное было узнать теплотехнические параметры этих коллекторов, чтобы можно было сделать расчет, для сравнения. Ни на одном китайском сайте мы не обнаружили нужных параметров (оптический КПД и коэффициент тепловых потерь), указывалось, разве что, коэффициент поглощения – 0,93 (для сравнения у черной краски 0,96) и иногда коэффициент излучения поглощающей поверхностью от 0,08 до 0,12 (тоже ничего выдающегося), срок эксплуатации >=10 лет (это как… 10 лет и все??). И самое интересное, что производитель вакуумных трубок явно один, потому что несколько китайских производителе вакуумных коллекторов указывают одну и ту же информацию и выкладывают одни и те же картинки.
Только на сайте официальной европейской сертификационной лаборатории мы смогли найти нужные параметры ( http://www.solarenergy.ch/spf.ph...;fam=1&tab=1 )
Так вот, наиболее похожий на те, которые продают на Украине - Consol DS-10-58-1800 и его параметры:
Оптический КПД: 55%
Коэф. тепловых потерь: 2
(ужасные параметры !!!)
Моделируем систему с ГВС по выше описанному варианту (г. Львов, горячее водоснабжение круглогодичное, 500 л/день температурой 60оС, бак-аккумулятор 500 л, теплоизоляция 50 мм, температура холодной воды в течение года 5- 20) только выбираем одинаковую полезную площадь – 8.8 м2 и второй вариант площади вакуумных коллекторов (12.5 м2), чтобы летом не было перегрева.
___________________________________________________________
По общей договоренности с участником форума, в обмен на удаление его информации (на следующих страницах), мы удаляем часть нашей информации из-за сложности в доказательстве...
Т.е. система с нашими коллекторами (SintSolar CS) выработает на 25.5% больше тепловой энергии ((6297/5019-1)*100%) чем система с такими вакуумными….
Ничего удивительного… с такими параметрами ожидать другого и не стоило!!!
Основная проблема для потребителя, это то, что визуально практически невозможно проверить качество вакуумных коллекторов ведь вакуум не видим, а на сколько хороший вакуум… тем более не понятно. В плоских коллекторах хоть толщину теплоизоляции определить можно… Естественно, есть еще много других параметров, которые необходимо знать, но это уже другая тема.
С уважением,
ПКК "СИНТЭК"
www.solarh2ot.com/images/Performance%20-%20Flat%20Plate%20vs%20Vacuum%20Tube.pdf
текст по ссылке на английском
Кстати, мы еще нигде не писали, но в немецкой литературе описывают, что со временем, на задней стороне вакуумной трубки образуется мох, что значительно снижает работу коллекторов с рефлекторами...
С уважением,
ПКК "СИНТЭК"
У меня есть вопрос по поводу работы коллектора в зимний период - можно ли добиться большей мощности путем установки большего кол-ва коллекторов или нет?
и можете ли Вы посчитать сколько их нужно чтобы полностью обеспечить в зимний период отопление и ГВС (и вообще реально ли это). Территориально - г. Севастополь. А также какие коллекторы установить - вакуумные или плоские, учитывая то, что снега там практически не бывает, а если и бывает, то через пол дня весь тает.
Интересует в первую очередь снижение затрат на отопление и ГВС в зимний период.
Спасибо.
Да и еще один вопрос - можно ли сочетать плоские и вакуумные коллекторы в одной системе ???
(Отредактировано автором: 13 Июня, 2008 - 17:39:23)
Можно. Но при увеличении количества коллекторов не происходит пропорционального увеличения выработки, т.к. растет температура, до которой могут догреть коллекторы, но при этом уменьшается их КПД.
и можете ли Вы посчитать сколько их нужно чтобы полностью обеспечить в зимний период отопление и ГВС (и вообще реально ли это).
"За ваши деньги - любые капризы!"
Ну, а если серьезно, стандартные гелиосистемы для отопления никогда не рассчитывают чисто на зимний период (ведь отопление нужно и весной и осенью...). В Германии, гелиосистема, способная выработать 15% от годовой потребности в тепловой энергии для отопления - это уже очень хорошо!!!
Гелиосистемы, которые способны практически полностью покрыть нагрузку по отоплению - есть, но они немного по-другому сконфигурированы и называются "с сезонным аккумулированием тепловой энергии". Просто, нецелесообразно устанавливать огромное количество солнечных коллекторов на зимний период (зимой в 6 раз меньше солнечной энергии чем летом), вместо этого монтируют огромный тепловой аккумулятор с хорошей теплоизоляцией, который греется все лето, а затем в зимний период тепло используется для отопления... Но это недешево!!!
По поводу ГВС вопрос решается проще..., об этом уже неоднократно писалось.
Территориально - г. Севастополь.
Согласитесь, холоднее чем на ЮБК... (в Севастополе средняя температура в Январе - 2.5оС, Февраль - 2.2оС, т.е. морозы не так уж и редки)
А также какие коллекторы установить - вакуумные или плоские, учитывая то, что снега там практически не бывает, а если и бывает, то через пол дня весь тает.
Опят же, даже если зима будет неснежная, для вакуумных коллекторов неблагоприятны минусовые температуры, т.к. образуется иней, который сходит больше по времени чем с крыш и других предметов (см. www.solarh2ot.com/images/Performance%20-%20Flat%20Plate%20vs%20Vacuum%20Tube.pdf ). И даже, если Вам удастся купить очень качественный и эффективный вакуумный коллектор, все равно, Вы можете рассчитывать на выработку до 30% больше тепловой энергии за отопительный сезон чем с хорошим плоским.
Плоские коллекторы намного более неприхотливее и надежнее чем трубчатые вакуумные, а тут решать уже Вам, что Вы можете себе позволить...
Интересует в первую очередь снижение затрат на отопление и ГВС в зимний период.
Это всех волнует, но фантастики не бывает! Есть экономический оптимум таких систем, при этом гелиосистемы способны покрыть до 50% годовой потребности в тепловой энергии для ГВС и отопления. Но иногда деньги выгодней вложить в теплоизолирование здания.
Да и еще один вопрос - можно ли сочетать плоские и вакуумные коллекторы в одной системе ???
Можно (например, см. ссылку выше).
С уважением,
ПКК "СИНТЭК"
стандартные гелиосистемы для отопления никогда не рассчитывают чисто на зимний период (ведь отопление нужно и весной и осенью...). - это понятно, но если рассчитать на зиму, то на весну и осень уж точно будет достаточно мощности.?
По поводу отопления и ГВС. На гвс для семьи скажем из 3-х человек ГВС не является очень затратной статьей. гораздо важнее отопление. К вопросу теплоизоляции подходим со всей ответственностью.
А не можете ли сказать ориентировочно - у Вас в портфолио очень много домов с круглогодичным отоплением в АРК - на сколько снизились затраты на отопление.
И еще вопрос
- если использовать коллектор вместе с тепловым насосом - будет ли это эффективнее чем просто коллектор и вообще есть ли такие прецеденты. По сути это должен быть теплонасос с обменником расположенным на солнце.[/b]Пожалуйста, посмотрите графики по ссылке http://www.sintsolar.com.ua/rus/construction.php
...как Вы видите, основную экономию энергии на отоплении от солнца можно получить в демесезонный период. Например, если увеличить количество коллекторов в системе с отоплением в два раза - это приведет к увеличению в выработке всего до 1.5 раз. Просто, если установить огромное количество коллекторов чисто на зиму, это потребует установку большого бака-аккумулятора, цена несоизмеримо вырастет, и с весны по осень будет огромное количество неиспользуемой энергии...
По поводу отопления и ГВС. На гвс для семьи скажем из 3-х человек ГВС не является очень затратной статьей. гораздо важнее отопление.
Конечно! Комбинированные гелиосистемы (по относительно реальной цене) могут дать общую экономию до 30-50% (а с открытым бассейном еще выше). В Европе ставят гелиосистемы, даже, с экономией 10-20%. Просто это перспективно в любом случае!
К вопросу теплоизоляции подходим со всей ответственностью.
Хорошо! Сейчас теплоизоляция в 100 мм уже само-собой, а многие строят с толщиной в 200 мм, при этом уделяя большое внимание теплоизолированию крыши и пола, а также применяя энергосберегающие стеклопакеты в окнах...
А не можете ли сказать ориентировочно - у Вас в портфолио очень много домов с круглогодичным отоплением в АРК - на сколько снизились затраты на отопление.
Пока собираем статистику, т.к. 2-3 года - это очень мало (зимы очень разные бывают). Предварительно - как считаем, так и получается, если расходы по горячей воде и теплопотери здания подтвердились...
И еще вопрос
- если использовать коллектор вместе с тепловым насосом - будет ли это эффективнее чем просто коллектор и вообще есть ли такие прецеденты. Это перспективно. Но многие забывают, что тепловой насос это все-равно значительный потребитель электроэнергии, поэтому темой объединения с гелиоколлекторами мы и занялись в этом году. Объекты уже начались реализовываться, в этом году должны закончить.
По сути это должен быть теплонасос с обменником расположенным на солнце.
Это не совсем правильно. Комбинировать нужно через бак-аккумулятор. Т.к. чтобы с солнечных коллекторов снять 30кВт мощности, для этого нужен 70 Вт обычный циркуляционный насос, а теплового насоса - 6000-10000 Вт!!!
RG08 пишет:
| В 2005г в Германии было проведено исследование производительностей вакуумного трубчатого коллектора и плоского. В результате, при работе в климате Баварии, плоский коллектор общей площадью 5.7м2 оказался эффективнее вакуумного трубчатого общей площадью 9.7м2. www.solarh2ot.com/images/Performance%20-%20Flat%20Plate%20vs%20Vacuum%20Tube.pdf или здесь http://www.thermo-dynamics.com/pdfiles/technical/Solar_Performane_VTvsLFP.pdf или здесь http://www.heatinghelp.com/greenpdfs/100.pdf текст по ссылке на английском |
Наконец-то мы нашли время перевести данный документ. Скоро он появится у нас на странице, но сейчас он полежит пока здесь... Сразу хотим обратить внимание на некоторые неточности в цитате:
1. Указанная выше площадь - это апертурная площадь, а не общая. Просто, в статье на рисунке перепутали местами (описка, т.к. общая площадь всегда больше апертурной). АПЕРТУРНАЯ площадь - это площадь проекции внутреннего габарита коллектора или суммы проекций внутреннего размера вакуумных трубок или рефлектора на горизонтальную поверхность. А ОБЩАЯ - это габаритная площадь, т.е. реальное место, которое занимает солнечный коллектор на крыше.
2. Плоский коллектор оказался лучше вакуумного в целом по периоду в пересчете на единицу общей площади. А так же, в пересчете на апертурную площадь, плоский выработал больше тепловой энергии в самые холодные зимние месяцы. Т.е. для корректного анализа необходимо переходить к относительным величинам - к количеству тепловой энергии полученной с 1 м2 общей или апертурной площади солнечного коллектора.
ПЕРЕВОД:
2-я европейская конференция по вопросам солнечной тепловой энергии 2005 г. (2nd European Solar Thermal Energy Conference (estec 2005))
Сравнительная работа Вакуумного трубчатого и Плоского солнечного коллектора для предварительного нагрева воды в системе горячего водоснабжения и отопления
ЦЕНТР ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ РАЗРАБОТОК В СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ (The CENTRE OF EXCELLENCE FOR SOLAR ENGINEERING) при Ингольстадком университете прикладной науки (Ingolstadt University of Applied Sciences) решил провести исследование системы солнечного теплоснабжения двухсемейного частного дома. Целью данного проекта является исследование показателей использования солнечной энергии в реконструированных, в соответствии с требованиями по сокращению выбросов CO2, частных домах. Кроме того, особое внимание было направленно на сравнение работы современного вакуумного трубчатого и плоского солнечного коллектора для нужд нагрева воды и отопления здания.
Для исследования выбран обычный двухсемейный частный дом, расположенный в Баварии. Дом построен в 1970 году и был реконструирован в начале 90-х годов. Здание изображено на Рис.1. Лаборатория для исследования расположена в самом доме. Здание так же отвечает высоким стандартам по тепловым потерям.
Рис.1- Двухсемейный дом с использованием солнечной энергии
Существующая система нагрева воды (жидко-топливный котел, плоские солнечные коллекторы и система теплых полов) была усовершенствована в данном проекте путем внедрения современных вакуумных трубчатых коллекторов и бака накопителя со стратификацией (Рис 2).
Измерительное оборудование было установлено в здании, чтобы контролировать термодинамическое процессы компонентов системы, особое внимание было уделено измерению тепловой энергии вырабатываемой вакуумными трубчатыми и плоскими коллекторами. Кроме того, были исследованы свойства и параметры тепловой стратификации бака аккумулятора.
Рис.2- Гидравлическая схема и измерительная арматура
На Рисунке 3 показана график выработки тепловой энергии плоского и трубчатого вакуумного коллекторов в период зимы 2004-2005. Рядом со столбцом показывающим солнечную инсоляцию на поверхность коллектора, показана выработка тепловой энергии для общей площади солнечного коллектора (заштрихованные столбцы). За весь период испытаний, плоский солнечный коллектор выработал больше тепловой энергии для общей площади, несмотря на более низкую номинальную эффективность. Сравнивая два типа коллекторов в действительности (в дополнении к лабораторным исследованиям) наиболее правильно сравнивать именно общую площадь коллектора. Это очень важно, ведь именно величина общей площади коллектора занимает пространство на крыше для выработки тепла, следовательно, стоит учитывать и представленную стоимость для владельца здания.
Кроме этого, доступная область крыши часто ограничивает число коллекторов, особенно в системах солнечного отопления, где зачастую необходимы большие площади коллекторов.
Рассматривая выработку тепловой энергии для апертурной площади коллектора (закрашенные столбцы), то она выше для вакуумного трубчатого коллектора осенью и весной. Хотя ожидалось, что в зимний период, когда температура окружающей среды ниже, вакуумный трубчатый коллектор выработает большее количество тепловой энергии, чем плоский коллектор, что и обещают производители. Несмотря на это, показатели выработки тепловой энергии зимой у плоского и у вакуумного трубчатого коллекторов приблизительно равны. Именно это и вызвало удивление, особенно учитывая, что вакуумный трубчатый коллектор обладает более высокой теоретической номинальной эффективностью, чем плоский коллектор.
На Рис.4 изображен график для типичного периода января 2005. Солнечная инсоляция умеренна, окружающая температура сравнительно низка (<0oС). 28.01 и 29.01 работал только плоский солнечный коллектор. 30.01. были наиболее идеальные условия для работы вакуумного трубчатого коллектора: хорошее солнечное излучение при низкой температуре окружающей среды. Несмотря на это, вакуумный трубчатый коллектор вошел в рабочее состояние только в небольшой промежуток времени во второй половине дня, когда солнечная интенсивность начинала падать. В сравнении, плоский солнечный коллектор работал на протяжении всего светового дня, вырабатывал тепло и показывал хороший температурный режим. Это указывает на то, что вакуумный трубчатый коллектор покрыт изморозью или снегом в данный период, и размораживается очень долго из-за эффективной вакуумной изоляции. На Рис.5 показаны фотографии с различным поведением коллекторов при снеговом покрытии (слева) и изморози (справа). Снег сходит по ровному стеклу плоского солнечного коллектора без особого труда. С другой стороны, сход снежного покроя на вакуумном трубчатом коллекторе затруднен, из-за того, что снег задерживается между стеклянными трубками коллектора даже при угле наклона 33o;.
Рис.3- Солнечное излучение, выработка энергии, температура воздуха осенью, зимой и весной 2004/2005 г.
Рис.4- Работа коллекторов для типичного периода для января 2005 г.
Рис.5- Коллекторы со снеговым покрытием (слева) и изморозью (справа) в зимний период
Затенение коллекторов минимально, коллектора ориентированы на юг, и расположены по разные стороны от обзорного окна. Вакуумные трубчатые коллекторы установлены на западной части ската крыши, который является более благоприятным для работы гелиоустановки. Кроме того, вакуумные трубчатые коллекторы установлены выше, чем плоские и поэтому меньше затеняются обзорным окном.
Предполагается, что оба типа коллекторов подходят для солнечного нагрева воды для климата центральной Европы. Вакуумный трубчатый коллектор не оправдал ожидания о более высоком уровне выработки тепловой энергии. Поэтому плоский солнечный коллектор является предпочтительной альтернативой для солнечных систем.
С другой стороны, в зимний период, который является более благоприятным для работы вакуумного солнечного коллектора, этот тип коллектора проявил себя слабо.
Этот проект материально поддержан Баварским государственным Министерством охраны окружающей среды, Здравоохранением и Защитой потребителей.
Литература:
[1]S. Muller, C. Trinkl, W. Zorner, C. Alt, C. Stadler: Messtechnischer Vergleich von Vakuumrohren-
und Flachkollektoren im Hinblick auf Brauchwasserbereitung und Heizungsunterstutzung
in einem Zweifamilienhaus, 14. Symposium Thermische Solarenergie, Kloster Banz/Bad Staffelstein
(D), 12.-14.05.2004
[2] C. Trinkl, W. Zorner: Vakuumrohren-und Flachkollektoren im Vergleich, Erneuerbare Energien
1/2005, pp. 58-60
[3] C. Trinkl, W. Zorner, C. Alt, C. Stadler: Das praktische Verhalten von Vakuumrohren- und
Flachkollektoren im Hinblick auf Brauchwasserbereitung und Heizungsunterstutzung, 15.
Symposium Thermische Solarenergie, Kloster Banz/Bad Staffelstein (D), 27.-29.04.2005
_____________________________________________________________
Также мы случайно нашли еще документ про тот же объект, но там больше технической информации, поэтому пока переводить не будем, т.к. это уже больше информация для теплотехников (текст на немецком): www.erneuerbareenergien.de/0105/ee0105_s_58-60.pdf