22 април 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Как в САЩ преди 50 г. събираха слънчева енергия

Изобретателят Хари Томасън се вдъхновил от стичаща се по врата му дъждовна вода

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 23 януари 2016 в 05:3082200

През 1956 г. един млад сътрудник на Патентното бюро на САЩ, д-р Хари Томасън (Harry Thomason), излиза от работа в дъждовно време и се скрива под навес, за да се предпази от гръмотевичната буря. По едно време забелязал, че топла вода се стича по врата му. Често от такива на пръв поглед незначителни инциденти се раждат интересните идеи в техниката.

Около двадесет години по-късно в САЩ той е смятан за най-изявения изобретател в областта на запазването и съхраняването на слънчева енергия Заслужава да се отбележи, че X. Томасън не е провеждал лабораторни опити и е постигнал значителни резултати със собствени средства.

През 1959 г. Томасън вече е готов със собственоръчно изработената си къща, оборудвана с неговата колекторна система за слънчева енергия Solaris 1, в което жилище се нанася да живее заедно със семейството си. Изобретателят построил още четири подобни дома, а своята енергосъбирателна система инсталирал на стотици други места.

Томасън е смятал, че всеки може да изработи "слънчева" система за отопление на вода. Според него главният проблем е да се убедят хората, че такъв начин е възможен и нито първоначалната инвестиция ще бръкне прекалено дълбоко в портфейла им, нито готовата конструкция ще повреди имота им.

Изработка

Нека сега да разгледаме един модел на плосък слънчев колектор, конструиран от Томасън. Колекторът е изключително подходящ за умерен климат, макар че може да се използува и в зони с горещ климат. Изобретателят го е нарекъл "интегриран покрив-колектор", тоест покрив и колектор в едно. През 60-те той е основен елемент на най-сполучливите жилищни сгради, използуващи слънчева енергия. Тогава в Англия вече има поне две сгради, в които се използва интегрираният покрив-колектор.

Вече се досещате, че става дума за покрив, на който, вместо да се нареждат керемиди, се поставя колектор. В случаи на повреда в колектора покритието от керемиди играе роля на чадър. На долната фигура е показан покрив, върху който е изграден колектор. Виждат се покривните греди и първата част от колектора в десния ляв ъгъл. На фигурата е показан обикновен покрив, но жилищните сгради, предназначени за този вид колектор, често имат покрив, чиято страна, обърната към слънцето, стига почти до земята. На фигурата е показано напречното сечение на завършената част на покрива. Моделът без използване на керемиди е по-сложен. По-прост вариант ще разгледаме по-нататък.

1 – пластмасова преграда; 2 – фиксиращи винтове от шперплат с дебелина 10 mm; 3 – стъклена преграда; 4 – гумено уплътнение; 5 – опорни болтчета 25 mm; 6 – прозрачен пластмасов лист; 7 - алуминиев лист; 8 – дървена опора; 9 – греда; 10 – шперплат с дебелина 10 mm; 11 – фиксиращи винтове; 12 – греда А

Този колектор обикновено заема едната страна на покрива. Той се монтира, когато на покрива има само голи греди. Това може да стане, когато сградата се строи или след като керемидите са свалени.

Изграждането започва с покриването на покрива с пластмасов лист, който се закрепва с гвоздеи за гредите, за да действа като бариера на изпарението п да предпази изолацията от навлажняване. След това се поставя лист от шперплат, дебел 10 ттш, който служи като опора на изолацията. Върху него се поставят дървени опори, които поддържат алуминиевия лист. Не е необходимо те да бъдат задължително към всяка греда, както е показано на фигурата, тъй като трябва да съвпаднат с гънките на алуминиевия лист. Но от гледна точка на здравината те трябва да бъдат близо до гредите и ако са поставени само от едната им страна (както е показано на фигурата), фиксиращите винтове могат да минат през десетмилиметровия слой и след това през дървените опори. Разстоянието между опорите се запълва с топлинна изолация с дебелина 75 mm, докато се покрие цялата площ на покрива. След това се поставя алуминиевата обшивка. Тя се състои от готови алуминиеви покривни листове, дебели около 2 mm. Дебелината не е от значение (колкото са по-дебели, толкова по-добре, ако цената не е проблем), но е добре листовете да бъдат подходящо щамповани, за да може водата да е в допир с по-голяма повърхнина и с това да се осигури по-голяма ефективност при събиране на топлината. Алуминиевите листове се закрепват към дървените опори, както е показано, като във всеки отвор за винтовете се поставя уплътнителна шайба, за да не може водата да проникне и да причини корозия. (Друг вариант, на който заслужава да се обърне внимание, е дървените опори да се поставят така, че да стигнат до изпъкналите части на алуминиевия лист. Така отворите, в които влизат винтовете, няма да бъдат на равнището на водата.) След това се нанася черното покритие, ако не сте успели предварително да анодирате или да боядисате в черно листовете.

Сега идва ред на остъкляването. В тази система се прилага двойното остъкляване. Най-напред върху алуминиевия лист се поставя прозрачен пластмасов лист. След това се поставят блокчета, дебели 25 mm, с които се закрепва пластмасовият лист. Върху блокчетата се монтира последният елемент от този многослоен сандвич — носещата стъклото рамка. Там, където стъклото опира в рамката, се поставя гумено уплътнение.

Преди да се спрем на горната част на колектора, ще разгледаме опростен вариант на главния му възел, където се подава студена вода и се отвежда гореща.

Алуминиевият лист, който е желателно да бъде анодиран и да не е надраскан, се прикрепва с винтове към гредите. След това обичайната изолация се поставя по най-добрия начин между гредите. Следва боядисването на алуминия в черно, ако това не е направено до този момент. Носещата рамка се закрепва направо към горната част на алуминия и към нея се прикрепва стъклото. Това е всичко.

Освен двете решения, конто посочихме, съществуват и междинни по сложност решения. Но важно е да се знае, че първият и най-сложният вариант на този колектор има най-ниска стойност за 1 m2.

Как работи

Начинът на действие на тези колектори е прост. По улеите на алуминиевия лист се пуска течаща вода. За тази цел в горната част на колектора се монтира тръба за подаване на студената вода, а в долната се оформя канал, по които да се събира топлата. Студената вода обикновено се подава по медна тръба с диаметър 15 mm която минава през върха на покрива. Водата изтича през отвори с диаметър 1 mm. Преди да се постави стъклото, трябва да се пробва дали водата ще тече. Каналът в долния край се оформя под наклон така, че топлата вода да се изтича бързо. Той трябва да е разположен в остъкленото пространство, за да е предпазен от контакта със студените ветрове. На върха на покрива, към най-горния ред опори на стъклото, които минават напряко на покрива, е монтирана хидроизолация, която покрива последните 50 mm от върха, минава над върха и се прикрепва към другата страна. По-долу ще направим някои уточнения по елементите и монтажа на описания колектор.

Практически съвети

Ако притежавате къща и същевременно горното описание Ви е ентусиазирало и сте решили саморъчно да изработите колектора на Хари Томасън, то е най-добре да се съобразявате със следните съвети:

Купете стъкла, предназначени за парници. Макар че не са еднакво прозрачни, което ги прави неподходящи за прозорци, те са чудесни за колектори. Избягвайте стъклото със зелен нюанс, тъй като примесите в него ограничават проникването на слънчевите лъчи. Най-добро е безцветното или синкавото стъкло.
Добре е стъклото да е монтирано така, че да може лесно да се изважда. Елементите около него трябва да имат възможност да се разширяват и свиват при промяна на температурата. По този начин ще се увеличи и животът на уплътненията.
В някои колектори вместо стъклени се поставят пластмасови листове. Трябва да се знае, че при продължителното им излагане на действието на ултпавиолетовите лъчи те стават чупливи и загубват способността си да пропускат лъчитe.

Дървената рамка около колектора трябва да с предпазена от разрушителното действие нa външната среда, като се покрие с няколко слоя устойчива боя, между които да се нанесе епоксидна смола.

Добре е също в долната част на колектора да се направят няколко дренажни отвора, през които да изтича излишната вода, а колекторът да може да "диша".

Ъгълът, под който трябва да се монтира колекторът спрямо хоризонталната равнина, е бил предмет на големи дискусии. Проблемът се свежда до следното. Ако колекторът се монтира под ъгъл, равен на географската ширина на съответния район, теоретично той дава най-добри резултати през цялата година. На практика обаче е добре този ъгъл да се увеличи поне с 10 градуса. Тогава се получава известно увеличение на уловената енергия през зимата за сметка на по-големи топлинни загуби през лятото.

Преди да монтирате колектора, го пробвайте колкото е възможно по-дълго време на земята в някое леснодостъпно място.

Монтирайте колектора стабилно, за да не може при силен вятър в него да прониква студен въздух. Един болт с гайка има ефект колкото дванадесет винта.

Колекторите може да се монтират напречно на покрива. При това положение по-лесно може да се увеличи ъгълът спрямо покрива, като се повдигне горният край.

Те може да се поставят на веранди, в краищата на двускатни покриви, като навеси на прозорци или веранди или да се наредят в двора около къщата.

Колектор с размери 2 на 1 m има маса около 40 kg. Направата и монтажът няма да ви затруднят, ако използувате чужда помощ, но ако рабоите сам, размерите не трябва да бъдат по-големи от 1 на 1 m.

Не забравяйте, че изолацията от стиропор ще се стопи, ако се изложи пряко на действието на слънчевите лъчи.

Свойствата на отделните видове топлинна изолация се различават съществено, поради което тя трябва внимателно да се избира. Например полиуретановият порест материал пропуска два пъти по-малко топлина от стъклената вата.

Когато се монтира колектор през лятото, трябва да се има предвид сгряването на сградата от слънцето и през зимата. Разликата между максималното издигане на слънцето над хоризонта на 21 юни и минималното на 21 декември е 47°; като прибавите половината на 47° към 90° и извадите гра¬дусите на географската ширина, ще получите най-големия ъгъл, на който ще се издигне слънцето над вашето жилище. Например при 40° географска ширина максималният височинен ъгъл на слънцето ще бъде 73° 30'.

Нека да бъдем в добри отношения със закона. Преди да започнете изграждането на някаква пристройка, проверете дали не е нужно разрешение или одобрен план или дали не нарушавате някакви други изисквания на местната власт.

Трябват Ви медни тръби. В стари бракувани хладилници и особено в по-големите може да се намерят подходящи медни тръби и топлинна изолация.

При конструкции, съставени от различни метали, в точката на контакта използувайте галваничен изолатор, за да се избегне термохимичната корозия. Това означава да се постави парче, например от пластмасова тръба, така че двата различни метала да не бъдат в непосредствен контакт.

При абсорберите от мед или алуминий водата трябва да се стича със скорост под 1,2 m/s, за да се избегне голямото вътрешно износване.

Външната повърхност на алуминиевите детайли трябва да се боядиса в черно.

Ефективност

В заключение трябва да се каже, че ефективността на колектора на Томасън е следната.

Колекторите, осигуряващи гореща вода за домакински нужди, работят с около 60% ефективност. В невероятния случай, ако се заобиколят някои закони на физиката и се създаде почти съвършен колектор, ефективността му може да нарасне с 50%, т. е. мощността на колектора да се увеличи от 600 на 900 W. Ако това е постигнато без повишение на цената, успехът ще бъде много голям. Но тъй като площта, която може да поглъща слънчева енергия, почти или никак не е ограничена, този, който може да конструира колектор, макар и с 60% ефективност, но наполовина по-евтин, ще постигне по-добри резултати. Като се покрие два пъти по-голяма площ, при еднаква цена мощността ще нарасне от 600 на 1200 W.

Антон Оруш, Sandacite.bg

Страница на статията : 0102

Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Разни
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.