Vides Vēstis
Viss atpūtai dabā
Dabas dati

Bioloģiski!
 
 

Izdrukāt

Par šo rakstu saņemtas 3 atsauksmes
Apskatīt atsauksmes · Pievienot atsauksmi

Ūdens sildīšana ar saules kolektoriem

Imants Ziemelis, LLU profesors
Liene Kanceviča, LLU doktorante


Pateicoties saules stariem, uz zemeslodes ir radusies un pastāv dzīvība. Saules starojums sasilda Zemes virsmu, atmosfēras gaisu, rada vēju un upju plūsmu, viļņus jūrās un okeānos un nodrošina visu bioloģisko procesu norisi. Saules siltumu siena, salmu, malkas, drēbju, graudu, augļu, ogu, zivju, gaļas un citu produktu un lietu žāvēšanai cilvēki ir izmantojuši jau kopš seniem laikiem. Saules stari nodrošina fotosintēzi – bioloģisku enerģijas uzkrāšanās procesu dabā. Tā rezultātā uz zemeslodes veidojas biomasa: koki, augi, dzīvie organismi. Arī mūsdienās tik plaši izmantotajos fosilajos kurināmajos – naftā, akmeņoglēs un dabas gāzē –, kas veidojušies pirms daudziem gadu tūkstošiem, ir akumulēta saules enerģija.

Dabiskās enerģijas formas uz zemeslodes parasti sastopamas stipri izkliedēti, arī saules starojums. Tehniskai izmantošanai uz Zemes virsmas krītošo saules staru enerģija ir ar ļoti mazu intensitāti. Tāpēc izmanto dažādas speciālas iekārtas šā starojuma enerģijas koncentrēšanai un pastiprināšanai. Ar to palīdzību saules starus pārvērš siltumā vai elektrībā.

Saules siltumu var izmantot divējādi: pasīvā un aktīvā veidā. Par pasīvo sauc saules starojuma izmantošanu, piemēram, siltumnīcās, māju būvēšanu ar logiem dienvidu pusē, lai vairāk saules gaismas un siltuma nokļūtu istabās, žāvēšanu saules staru ietekmē utt. Saules siltuma aktīvas izmantošanas gadījumā pielieto speciālas iekārtas, piemēram, saules kolektorus ūdens sildīšanai vai saules baterijas elektroenerģijas ražošanai. Ar speciāliem liektiem spoguļiem koncentrējot saules staru siltuma enerģiju to fokusā, iespējams sasniegt ap 800°C temperatūru un ražot tvaiku, kuru tālāk izmanto elektrisko ģeneratoru piedziņai un elektrības ražošanai. Arī tekošu upju ūdens, vēja, jūras un okeānu viļņu enerģiju izmanto elektrisko ģeneratoru piedziņai un elektroenerģijas ražošanai. Tādā veidā vienu enerģijas veidu – siltumu vai mehānisko enerģiju – pārvērš otrā – elektriskajā enerģijā.


Izgatavo kolektoru pats

Izmantojot saules staru enerģiju ūdens sildīšanai sadzīves vajadzībām, parasti pielieto t.s. plakanos kolektorus (1.attēls). Plakanais kolektors sastāv no koka, plastmasas vai metāla kastes (1), kurā ievieto aptuveni 5 cm biezu siltuma izolācijas slāni, piemēram, akmens vati (2), lai mazinātu siltuma zudumus caur kastes apakšpusi. Uz siltuma izolācijas slāņa novieto vara vai tērauda saules staru siltumu absorbējošu plāksni – absorberi (4) – ar tam apakšpusē pielodētu vai piemetinātu izlocītu vara vai tērauda cauruli – siltummaini (3). Kasti noslēdz ar stikla vāku (5), lai pasargātu absorberi no atdzišanas. Siltummaiņa galus izvada kastes ārpusē pa iepriekš izveidotiem urbumiem. Kolektora lineāros izmērus (garumu un platumu) izvēlas, rēķinoties, ka 1m² kolektora laukuma var uzsildīt 50 litru ūdens. Attālumam no absorbera plāksnes līdz stikla vākam jābūt 15-25 mm. Kolektora kasti no apakšas noslēdz ar finiera vai līdzīga materiāla vāku. Šādas konstrukcijas absorbera kastes ieteicamais biezums ir 70-80 mm. Lai palielinātu absorbera plāksnes siltuma absorbcijas spēju, t.i., uzņemtā siltuma daudzumu, un samazinātu siltuma atstarošanos no absorbera virsmas, tā virspusi (uz sauli vērsto pusi) nokrāso ar melnu matētu krāsu. Rūpnieciski ražotiem absorberiem saules pusi pārklāj ar speciāliem selektīviem pārklājumiem (melno hromu vai melno niķeli), veido šūnveida vai citādi padara porainu. Taču tas sadārdzina absorbera izgatavošanu.



1.attēls. Saules kolektora pamatelementi
 

Kad kolektors izgatavots, to ar cauruļvadiem savieno ar pārējiem sistēmas elementiem. Vienkāršākā slēguma shēma: kolektors savienots ar aukstā ūdens padeves vadu vai siltā ūdens tvertnes apakšējo daļu (2.attēls). Caur kolektoru izgājušais un sasilušais ūdens uzkrājas tvertnes augšējā daļā un tiek padots patērētājam. Šeit sasilušā ūdens daudzums un temperatūra ir atkarīgi no saules starojuma intensitātes, kolektora izmēriem, pieplūstošā ūdens temperatūras un siltā ūdens patēriņa daudzuma. Šādu iekārtu var novietot mājas pagalmā, lai sildītu ūdeni mazgāšanās vajadzībām, vai, novietojot ganībās, sildīt ūdeni dzīvnieku dzirdināšanai.



2.attēls. Kolektora slēguma shēma ar siltā ūdens tvertni un ūdens patērētāju.

Vīriem ar zelta rokām

Sarežģītākas konstrukcijas iekārta veidojas, ja izmanto siltummaini un veido kolektora ķēdes cilpu, kurā cirkulē nesasalstošs šķidrums – siltumnesis. Šeit saules kolektorā uzkarsētais siltumnesis savu siltumu vēsajam ūdenim tvertnē atdod caur siltummaiņa sieniņām. Siltumneša cirkulācija caur kolektoru un siltummaini var notikt ar pašteces vai ar kolektora ķēdē ieslēgta cirkulācijas sūkņa palīdzību. Solāro ūdens sildīšanas iekārtu ar stacionāru novietojumu bez cirkulācijas sūkņa iespējams veidot pēc shēmas (3.attēls), kad kolektora (5) siltā siltumneša izejas vadu savieno ar siltummaini (9), paralēli pieslēdzot pārplūdes trauku (3). Siltummainis (9) ievietots siltā ūdens tvertnes apakšdaļā. Caur siltummaini plūstošais kolektorā sakarsētais siltumnesis atdod savu siltumu siltummainim, bet tas – tvertnē (7) esošajam vēsajam ūdenim. Siltumneša plūsmas intensitāti regulē ar krānu (4). No siltummaiņa izplūdušais un atdzisušais siltumnesis nonāk kolektora apakšējā daļā un pēc sasilšanas ceļas uz augšu, radot nepārtrauktu cirkulāciju. Siltumneša kustība vai pašteces cirkulācija notiek siltā un vēsā šķidruma blīvumu starpības dēļ. Sasilušais šķidrums ir ar mazāku blīvumu, tāpēc ceļas uz augšu, atdodot vietu vēsajam šķidrumam. Lai nodrošinātu siltumneša pašteces cirkulāciju, siltā ūdens tvertne jānovieto nedaudz augstāk (0,3-0,6 m) par karstā siltumneša izplūdes vietu no kolektora. Patērētāji silto ūdeni saņem to no krāniem (10) tvertnes augšdaļā. Lai nodrošinātu patērētājus ar siltu ūdeni arī laikā, kad saules siltuma nepietiek, siltā ūdens tvertni var apgādāt ar termoregulatoru (2) un elektrisko ūdens sildītāju (8), kurš ieslēdzas automātiski, ja ūdens temperatūra tvertnē ir zemāka par vēlamo (ieregulēto). Siltā ūdens tvertnes apakšdaļu savieno ar vēsā ūdens ieplūdes trauku (1), kurā ūdens ieplūst caur ventili (6). Vajadzīgo ūdens līmeni ieplūdes traukā nodrošina pludiņš.

Iespējami vēl citi solārās iekārtas mezglu slēguma veidi. Iekārtas mezglu savienošanai var izmantot lokanās plastmasas caurules. Lai palielinātu solārās ūdens sildīšanas iekārtas ekonomisko lietderību – saražotā siltuma daudzumu –, visos gadījumos atsevišķos iekārtas mezglus savienojošās caurules nepieciešams pārklāt ar siltuma izolācijas materiālu. Arī siltā ūdens tvertni no visām pusēm vajadzētu apgādāt ar siltuma izolāciju. Ja iespējams, to novieto zem jumta vai ēkas bēniņos, lai vēja un ar zemāku temperatūru esošā apkārtējā gaisa ietekme uz ūdens atdzišanu būtu minimāla.



3.attēls. Bezsūkņa iekārtas shēma ūdens sildīšanai ar saules siltumu un elektroenerģiju.

Grozies līdzi saulei

Plakano saules kolektoru efektivitātes koeficients parasti ir 0,3-0,4. Tas nozīmē, ka kolektors pārvērš siltumā 30-40% saules starojuma. Ja kolektora novietojumu nemaina, tad tā slīpums jāņem 45-55°, mērot no horizontālas virsmas. Kolektora efektivitāte palielinās, ja tas ir grozāms. Pagriežot kolektoru pret sauli trīs reizes dienā – no rīta, dienas vidū un vakarā –, tā saražoto siltuma daudzumu iespējams palielināt vismaz par 30%. Ņemot vērā relatīvi zemo saules starojuma intensitāti Latvijas teritorijā, šāds ieguvums ir vērā ņemams. Arī kolektora slīpuma leņķi ieteicams mainīt atkarībā no saules augstuma virs horizonta. Kolektora lietderības koeficients būs jo lielāks, jo lielāka būs starpība starp no tā izplūstošā un tajā ieplūstošā siltumneša temperatūrām. •

 

Sīkāku informāciju par saules kolektoru iekārtu aprēķiniem, to mezglu optimālām konstrukcijām, ekspluatācijas pieredzi un citiem jautājumiem iespējams iegūt LLU Lauksaimniecības tehnikas zinātniskajā institūtā (Institūta ielā 1, Ulbroka, Rīgas raj., LV-2130) pie Henrika Putāna (tālr. 7910917, e-pasts: aldis_uzc@delfi.lv) vai Latvijas Lauksaimniecības universitātes Tehniskajā fakultātē (Čakstes bulv. 5, Jelgava, LV-3001) pie Imanta Ziemeļa (tālr. 3082375; 3080700, e-pasts: Imants.Ziemelis@llu.lv).