NL8500886A

NL8500886A - Zonnecollectorinrichting.

Info

Publication number: NL8500886A
Application number: NL8500886A
Authority: NL
Original assignee: Tebodin Advies En Constructieb
Priority date: 1985-03-26
Filing date: 1985-03-26
Publication date: 1986-10-16
Also published as: EP0215114B1; AU5690286A; US4787367A; DE3669389D1; EP0215114A1; WO1986005862A1

Description

* N.0. 33013

Zonnecollectorinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een zonnecollec-5 torinrichting voor het verwarmen van water, omvattende een absorber met een transparante afscherming aan de zonzijde en een isolatie aan de schaduwzijde. Een dergelijke zonnecollectorinrichting is in de praktijk bekend.

Bij een dergelijke bekende zonnecollectorinrichting 10 zijn vrijwel altijd aan de absorber extra voorzieningen, zoals ribben en dergelijke, aangebracht om te zorgen voor de gewenste warmte-over-dracht van het zwarte absorberoppervlak naar het te verwarmen water. Behalve de gebruikelijke nog vaak uit glas bestaande transparante afscherming om de warmteverliezen vanaf de bovenkant van de absorber te 15 verminderen is ook een afzonderlijke spectraal-selectieve absorptie-coating op het zwarte absorberoppervlak nodig om verliezen door terugstraling (emissie) vanaf dit oppervlak te beperken. De investeringskosten voor bovengenoemde gecompliceerde zonnecollectoren zijn hoog en de kosten voor de watercirculatie door de absorber zijn, gezien de 20 optredende drukverschillen, geenszins verwaarloosbaar.

De uitvinding beoogt bovengenoemde problemen te ondervangen en een goedkope en in één geheel uitgevoerde zonnecollectorinrichting voor het temperatuurgebied van 20-95 °C te verschaffen.

Dit wordt bij een zonnecollectorinrichting van de in 25 de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding aldus bereikt dat de inrichting als een geïntegreerd samenstel is uitgevoerd zodanig, dat de absorber zelf, waar het te verwarmen water via in- en uitlaatnippels doorheen stroomt, bestaat uit twee temperatuurbestendige folielagen die over de omtrek aan elkaar zijn gesealed, en dat de transparante 30 afscherming, die ook uit één of meer folielagen bestaat, over de omtrek aan de absorber is gesealed.

Bij deze nieuwe zonnecollectorinrichting volgens de uitvinding is een buitengewoon voordelig geïntegreerd samenstel verkregen doordat de twee hittebestendige folielagen voor de absorber 35 en de transparante afschermende folielagen in een eenvoudig arbeidsproces rondom over de omtrek afdichtend aan elkaar gehecht of "gesealed” kunnen worden tot absorberelementen van grote lengte cq oppervlakte. De investeringskosten per m^ van deze collectoren zijn hierbij ongeveer de helft van de kosten van vergelijkbare, thans gang- r? s Λ * p <3 *

<-· - w v c 3 O

« «f 2 bare zonnecollectoren.

Voor de bovenlaag van de absorber wordt een foliema-teriaal gebruikt, bijvoorbeeld een polyvinylfluoride, waarin een spec-traal-selectief absorptiepigment is verwerkt om de terugstraling van 5 deze bovenlaag te beperken. Door deze uitvoering ontstaat het voordeel dat geen separate spectraal-selectieve absorptiecoating op de absorber behoeft te worden aangebracht.

Door gebruik te maken van het vervormbare foliemate-riaal is hierbij de waterlaagdikte van de absorber variabel en wel van 10 nul bijv. tijdens de nachturen tot de door de sealing-sterkte bepaalde maximale laagdikte (ong. 5 I 10 cm). Door de aan de uitlaatzijde geplaatste wateropvanginrichting, bestaande uit een lager dan de absorber geplaatste pompput met een overloop met variabele hoogte ten opzichte van de absorber, wordt in combinatie met de juiste dimensio-15 nering van de in- en uitlaatnippels een zodanige waterlaagdikte cq watersnelheid ingesteld, dat het drukverschil over de absorber zelfs bij een lengte van tientallen meters verwaarloosbaar is. Door het grote bevochtigde oppervlak van dit type absorber zijn ook geen extra voorzieningen zoals ribben e.d. voor de warmte-overdracht op het water 20 nodig.

De afgesloten ruimte (of ruimten) tussen de bovenlaag van de absorber en de ëén of meer transparante afschermende folie-lagen wordt met een gasvorming medium tot de gewenste laagdikte van enkele cm gevuld teneinde een verdere reductie van de warmteverliezen 25 vanaf de bovenkant van de absorber mogelijk te maken. Als medium kan lucht, waterdamp, CO2 of een combinatie van deze gassen gebruikt worden.

De uitvinding zal aan de hand van een uitvoerings-voorbeeld nader worden toegelicht met verwijzing naar de tekening, 30 waarin een principeschets is gegeven van een zonnecollectorinrichting volgens de uitvinding.

Bij de in de figuur aangegeven nieuwe zonnecollectorinrichting met een oppervlakte van F m^ - als regel zodanig gekozen dat bij maximale zonne-instraling de benodigde waterstroom tot de 35 gewenste temperatuur wordt opgewarmd - bestaat de absorber uit twee afdichtend aan elkaar over de omtrek gehechte lagen, te weten een . -bovenlaag 1 en een onderlaag 2. De bovenlaag 1 bestaat uit zwart folie-materiaal waarin spectraal-selectief absorptiepigment is verwerkt om uitstraling (emissie) door deze bovenlaag te beperken. Eveneens zijn j ·./ a o '' 3 ëën of meer transparante afschermende folielagen 4 over de omtrek aan de absorber gehecht. Aan de schaduwzijde van de absorber bevindt zich de isolatielaag 6. Met behulp van een eenvoudig arbeidsproces zijn de folielagen van de absorber en de afschermende folielagen als éën gein-5 tegreerd geheel vervaardigd. Door middel van in de absorber aangebrachte inlaat- en uitlaatopeningen of nippels 3, 5 wordt het te verwarmen water resp. toe- en afgevoerd.

Aan de uitlaatzijde van de absorber is een waterop-vanginrichting, aangebracht bestaande uit een lager geplaatste pompput 10 7 met overloop 9. Door de juiste overloophoogte ten opzichte van de absorber en door een juiste dimensionering van de inlaatopeningen 3 en de uitlaatopeningen 5 van de absorber wordt gerealiseerd dat bij dag-bedrijf de gewenste laagdikte van de absorber, bijvoorbeeld van 5 cm, wordt gehandhaafd. Op deze wijze wordt, terwijl ongewenste overdruk 15 wordt voorkomen, de watersnelheid zodanig beperkt dat de energiekosten voor de watercirculatie door de absorber verwaarloosbaar zijn.

Vanaf de in de pompput opgenomen pomp 8 voert een leiding 16 het water (Q t/h) eerst naar een eerste warmtewisselaar 12, via welke warmte van een conventionele warmtebron 13 additioneel aan 20 het water kan worden toegevoerd, en vervolgens naar een tweede warmtewisselaar 14, via welke warmte aan een warmteverbruiker 15 kan worden afgegeven. Vervolgens voert de leiding 16 het water terug naar inlaat-opening (nippel) 3 van de absorber. Vanuit de buffertank 10 wordt via de leiding 18 het niveau in de pompput 7 met behulp van een regelaf-25 sluiter 11 met automatische niveauregeling LC op peil gehouden.

Aan het einde van de zonne-instraling cq einde van de dag wordt de toevoer naar de absorber afgesloten, wordt de leiding 20 geopend en wordt de werking van de overloop 9 tot een overloophoogte van nul ten opzichte van de absorber teruggebracht, bijvoorbeeld door 30 een afsluiter te openen in de scheidingswand daartussen. Hierdoor wordt de absorber geleegd en wordt de waterinhoud daarvan opgeslagen in de buffertank 10. Tijdens de nacht kan het water vanuit de buffertank 10 circuleren door de warmtewisselaars 12 en 14 en via de leiding 20 terug naar de tank. In dit geval vindt de warmtetoevoer uitsluitend plaats 35 vanuit de conventionele warmtebron. Aan het begin van de zonne-instraling cq begin van de dag zal eerst de absorber weer worden gevuld, waarbij met behulp van de juiste overloophoogte de gewenste laagdikte wordt hersteld. Hierna kan de circulatie van het water door de absorber en de warmtewisselaars (met uitschakeling van de leiding 20) weer 85 0 0 3 8 3 4

'V

plaatsvinden.

Het de beschreven uitvoeringsvorm wordt in de tropen 25 3 30 % van de warmtebehoefte per etmaal met de zonnecollectoren gedekt.

5 Bij een alternatieve uitvoeringsvorm wordt de absor ber met een groter collectoroppervlak, bijv. 2\ x F m^, uitgevoerd, waarmee 2§ Q t/h water kan worden opgewarmd, en wordt de buffertank 10 vergroot tot een buffer- en opslagtank. In dit geval behoeft de conventionele warmtebron 13 minder te worden aangesproken en dekt het stelsel 10 per etmaal 60 3 70 % van de warmtebehoefte van de verbruiker 15. Het gebruikelijke transport (Q t/h) circuleert weer vanuit de pompput door de warmtewisselaars 12, 14 en terug naar de absorber. Het surplus (1| Q t/h) van het in de absorber verwarmde water circuleert via de leiding 17 door de opslagtank 10 en de leiding 19 ook terug naar de 15 absorber. De waterinhoud van de opslagtank wordt dan tijdens zonne-instraling cq tijdens de dag verwarmd. Aan het einde van de zonne-instraling cq einde van de dag wordt de watertoevoer naar de absorber weer gesloten en de overloop 9 ongedaan gemaakt, waarna tijdens de nachturen het overdag verwarmde en in de tank opgeslagen 20 water weer met een stroom van Q t/h via de leiding 18 en 16 en de warmtewisselaars benut en via de leiding 20 teruggevoerd wordt naar de opslagtank 10. Aan het einde van de nacht wordt de toevoer naar de absorber weer geopend en wordt de overloop 9 weer in werking gesteld.

Bij toepassing in tropische gebieden zal deze col-25 lectorinrichting vanzelfsprekend vlak worden neergelegd en in meer noordelijk of zuidelijk gelegen gebieden zal deze inrichting schuin worden opgesteld. In het laatste geval kan het absorberoppervlak met horizontaal verlopende stroombanen uitgevoerd zijn om wegzakken van het water te voorkomen.

30 Bovengenoemde nieuwe collectorinrichting volgens de uitvinding levert een in vergelijking met de bekende typen gunstig rendement op jaarbasis op van ruim 40 %, en vereist, behalve geringe energiekosten voor de watercirculatie, investeringskosten die aanzienlijk lager zijn dan voor de thans bestaande collectorinrichtingen.

8500386

Claims

1. Zonnecollectorinrichting voor het verwarmen van water, omvattende een absorber met een transparante afscherming aan de zonzijde en een isolatie aan de schaduwzijde, met het kenmerk, dat de inrichting als een geïntegreerd samenstel is uit-5 gevoerd zodanig, dat de absorber zelf, waar het te verwarmen water via in- en uitloopnippels doorheen stroomt, bestaat uit twee temperatuur-bestendige folielagen die over de omtrek aan elkaar zijn gesealed, en dat de transparante afscherming, die ook uit ëën of meer folielagen bestaat, over de omtrek aan de absorber is gesealed.

2. Zonnecollectorinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bovenlaag van de absorber bestaat uit een zwart foliemateriaal, waarin spectraal-selectief absorptie-pigment is verwerkt.

3. Zonnecollectorinrichting volgens conclusie 2, 15. e t het kenmerk, dat de absorber een (water-) laagdikte heeft, die tussen nul (lege absorber bijv. tijdens nachturen) en de door de sealing-sterkte bepaalde maximale laagdikte variabel is, waarbij voor de toegepaste waterstroom in dagbedrijf het drukverschil over de absorber tot enkele centimeters waterkolom wordt beperkt.

4. Zonnecollectorinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het instellen en handhaven van de gewenste waterlaagdikte wordt verkregen, in combinatie met de juiste dimensionering van de in- en uitlaatnippels van de absorber, door het water via een overloop met variabele hoogte vrij te laten uitlopen in 25 een lager dan de absorber gelegen pompput.

5. Zonnecollectorinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de afgesealde ruimte(n) van de afscherming een gasvormig medium is opgenomen ter verdere vermindering van de verliezen vanaf de bovenkant van de absorber. ***** 85 0 0 ? 9 i