Collettori solari. Collettori d'aria. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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I collettori d'aria hanno il vantaggio di evitare i problemi di congelamento e di ebollizione di cui talvolta soffrono i sistemi fluidi. Sebbene una perdita di refrigerante in un collettore dell'aria sia più difficile da individuare e riparare, è meno problematica di una perdita di fluido. I sistemi ad aria utilizzano spesso materiali più economici rispetto ai sistemi liquidi, come i vetri in plastica, perché la temperatura di esercizio è inferiore.

I collettori d'aria sono semplici collettori piani e sono utilizzati principalmente per il riscaldamento degli ambienti e l'essiccazione dei prodotti agricoli. Le piastre assorbenti nei collettori d'aria sono pannelli metallici, schermi multistrato, compresi quelli realizzati con materiali non metallici. L'aria passa attraverso l'assorbitore per convezione naturale o sotto l'influenza di un ventilatore. Poiché l'aria è un conduttore di calore più scadente del liquido, trasferisce meno calore all'assorbitore rispetto al fluido termovettore.

Alcuni riscaldatori d'aria solari hanno ventole attaccate alla piastra assorbente per aumentare la turbolenza dell'aria e migliorare il trasferimento di calore. Lo svantaggio di questo design è che consuma energia per far funzionare i ventilatori, aumentando così i costi operativi del sistema. Nei climi freddi, l'aria viene convogliata nell'intercapedine tra la piastra assorbente e la parete posteriore isolata del collettore: si evitano così dispersioni di calore attraverso la vetratura. Tuttavia, se l'aria viene riscaldata non più di 17°C al di sopra della temperatura esterna, il fluido termovettore può circolare su entrambi i lati della piastra assorbente senza grandi perdite di efficienza.

I principali vantaggi dei collettori d'aria sono la loro semplicità e affidabilità. Tali collezionisti hanno un dispositivo semplice. Con una cura adeguata, un collettore di qualità può durare 10-20 anni ed è molto facile da gestire. Non è necessario uno scambiatore di calore in quanto l'aria non gela.

Tuttavia, l'uso dei riscaldatori d'aria solari è ancora limitato al riscaldamento degli ambienti e all'essiccazione dei prodotti agricoli, soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Esistono diversi fattori che limitano l'uso più ampio dei collettori d'aria su scala industriale. Tra questi, un'ampia area del collettore dovuta alla bassa densità e alla bassa capacità termica specifica del refrigerante ad aria rispetto a quello liquido; la necessità di un lungo condotto; elevata richiesta di elettricità per guidare l'aria attraverso il collettore, nonché la difficoltà di immagazzinare il calore. Le regioni con un irraggiamento solare relativamente basso e lunghi periodi di tempo inclemente richiedono calore supplementare; di conseguenza, il costo dell'investimento aumenta così tanto da limitare la competitività dei collettori solari rispetto ai tradizionali sistemi di riscaldamento. Un modo potenziale per ridurre il costo dei collettori è integrarli nelle pareti o nei tetti degli edifici, nonché creare collettori che possono essere assemblati da componenti prefabbricati.

Il principio di funzionamento

I collettori solari ad aria possono essere suddivisi in gruppi in base al modo in cui l'aria viene fatta circolare. Nel più semplice di questi, l'aria passa attraverso il collettore sotto l'assorbitore. Questo tipo di collettore è adatto solo per aumentare la temperatura di 3-5°C a causa dell'elevata dispersione termica sulla superficie del collettore per convezione e irraggiamento. Queste perdite possono essere notevolmente ridotte coprendo l'assorbitore con un materiale trasparente a bassa conduttività infrarossa. In un tale collettore, il flusso d'aria avviene o sotto l'assorbitore o tra l'assorbitore e la copertura trasparente.

Grazie alla copertura trasparente, la radiazione termica dall'assorbitore è leggermente ridotta, ma a causa della riduzione delle perdite di calore convettivo, un aumento della temperatura di 20-50°C in funzione della quantità di irraggiamento solare e dell'intensità del flusso d'aria. Un'ulteriore riduzione della perdita di calore può essere ottenuta facendo passare il flusso d'aria sia sopra che sotto l'assorbitore, in quanto ciò raddoppia la superficie di trasferimento del calore. La perdita di calore per irraggiamento è così ridotta grazie alla ridotta temperatura dell'assorbitore. Tuttavia, allo stesso tempo si ha anche una diminuzione della capacità di assorbimento dell'assorbitore dovuta all'accumulo di polvere se il flusso d'aria passa su entrambi i lati dell'assorbitore.

Alcuni collettori solari riducono i costi eliminando i vetri, la scatola metallica e l'isolamento termico. Tale collettore è costituito da lamiere metalliche perforate nere, che consentono di ottenere un buon trasferimento di calore. Il sole riscalda il metallo e la ventola aspira l'aria riscaldata attraverso i fori nel metallo. Tali collezionisti di diverse dimensioni sono utilizzati nelle case private. Un tipico collettore di 2,4 x 0,8 metri può riscaldare 0,002 m3 di aria esterna al secondo. In una soleggiata giornata invernale, l'aria nel collettore si riscalda di 28°C rispetto all'esterno. Ciò migliora la qualità dell'aria all'interno della casa, in quanto il collettore riscalda direttamente l'aria fresca proveniente dall'esterno. Questi collettori hanno raggiunto un'efficienza molto elevata - in alcune applicazioni industriali supera il 70%. Inoltre, non richiedono vetri, isolamento e sono economici da produrre.

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