vienkĀrŠas darbĪbas principa automatizĒts saules …darbi.va.lv/darbi/m. ozols kvalifikācijas...

of 47 /47
VIDZEMES AUGSTSKOLA INŽENIERZINĀTŅU FAKULTĀTE VIENKĀRŠAS DARBĪBAS PRINCIPA AUTOMATIZĒTS SAULES ENERĢIJAS ŪDENS SILDĪTĀJS KVALIFIKĀCIJAS DARBS Autors: Mārtiņš Ozols Stud.apl. MTk 12004 Darba vadītājs: Dr. Sc. ing., docents Arnis Cīrulis Valmiera 2014

Author: others

Post on 18-Jan-2021

0 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • VIDZEMES AUGSTSKOLA

    INŽENIERZINĀTŅU FAKULTĀTE

    VIENKĀRŠAS DARBĪBAS PRINCIPA AUTOMATIZĒTS SAULES ENERĢIJAS ŪDENS SILDĪTĀJS

    KVALIFIKĀCIJAS DARBS

    Autors: Mārtiņš Ozols

    Stud.apl. MTk 12004

    Darba vadītājs: Dr. Sc. ing., docents Arnis Cīrulis

    Valmiera 2014

  • 2

    KOPSAVILKUMS M. Ozola kvalifikācijas darbs „Vienkāršas darbības principa automatizēts saules

    enerģijas ūdens sildītājs” – Valmiera: VA, 2014.- 40 lpp.

    Pēdējos desmit gados zinātnieki veikuši nopietnus pētījumus par saules enerģijas

    izmantošanas iespējām. Kā liecina pētījumi arī Latvijas platuma grādos saules enerģiju var

    veiksmīgi izmantot kā videi nekaitīgu, alternatīvu energoresursu. Taču kā rāda statistika

    Latvijas iedzīvotāji to neizmanto pietiekoši lielā mērā.

    Pētījumā apkopota informācija par saules enerģijas izmantošanas iespējām Latvijā.

    Darbā ir izpētīts cik izdevīgi ir izmantot saules enerģiju vidēja līmeņa iedzīvotājam Latvijas

    apstākļos.

    Darbā eksperimentāli izgatavots paškonstruēts, automatizēts saules kolektors ar

    kopējām izmaksām 198.23 EURO. Pie gaisa temperatūras +20°C, pašgatavotais saules

    kolektors dienā sasilda 100 litrus ūdens ar temperatūru +37°C un vairāk. Turklāt kolektors

    efektīvi darbojās ne tikai saulainajās, bet arī mākoņainajās dienās, ļaujot ietaupīt elektrības

    izmaksas ūdens sildīšanai.

    Kvalifikācijas darbs izstrādāts laikā no 2014. gada 20. februāra līdz 21. maijam VA.

    34 attēli, 5 tabulas, 5 pielikumi.

  • 3

    SUMMARY M. Ozols qualification work “Basic automatized solar powered water heater” –

    Valmiera: VA, 2014.- 40 lpp.

    In the last decade scientists have made serious research about the use of solar energy.

    This research suggests that even at Latvia's latitude solar power can be successfully used as an

    environment friendly, alternative energetic resource. Unfortunately the statistics show that in

    Latvia solar power is not used at it's full capacity.

    The study gathered information about the possible use of solar power in Latvia. The

    paper studies how beneficial is the use of solar power to a middle class citizen in Latvia's

    conditions.

    Experimental work has resulted in a basic automatized sun collector with the total cost

    of 198.23 EURO. At the temperatures of about +20°C the “self-made” sun collector heats up

    100 liters of water per day to the temperature of +37°C or more. In addition the collector

    effectively works not only when it is sunny but also in a cloudy day. Allowing to save

    electricity costs for water heating.

    Qualification work has been developed in the time frame from February 20th, 2014

    until the 21st of may, 2014 at VA.

    34 pictures, 5 tables, 5 attachments.

  • 4

    SAĪSINĀJUMI UN ATSLĒGVĀRDI CO2 – oglekļa dioksīds

    PV – saules baterijas

    Drainback – iztukšojamās noslēgtas aktīvās saules paneļu sistēmas

    Polusyn 3.3 – datorprogramma saules kolektoru sistēmas lietderības koeficienta aprēķināšanai

    GW- gigavats

    ERAF- Eiropas Reģionālās attīstības fonds

    VSAC – Valsts Sociālās aprūpes centrs

    KPFI- Klimata pārmaiņu finanšu instruments

    LZ – Latvijas Zinātņu

    SKII- Sociālās korekcijas izglītības iestāde

    kW/h - kilovatstunda

    MW/h - megavatstunda

  • 5

    SATURS KOPSAVILKUMS ..................................................................................................................... 2

    SUMMARY ............................................................................................................................... 3

    SAĪSINĀJUMI UN ATSLĒGVĀRDI ....................................................................................... 4 SATURS ..................................................................................................................................... 5

    IEVADS ..................................................................................................................................... 6

    1. SAULES ENERĢIJAS IZMANTOŠANAS IESPĒJAS UN TEHNOLOĢIJU ANALĪZE .. 7 1.1.Saules enerģijas izmantošanas iespējas Latvijā ................................................................ 7 1.2.Saules kolektori ................................................................................................................ 8

    1.2.1.Plakanie saules kolektori ........................................................................................... 9

    1.2.2.Vakuuma cauruļu saules kolektori .......................................................................... 10 1.3.Saules kolektoru sistēmas ............................................................................................... 13

    1.3.1.Pasīvās sistēmas ....................................................................................................... 14 1.3.2.Aktīvās sistēmas ...................................................................................................... 15 1.3.3.Saules kolektoru sistēmu regulētāji ......................................................................... 18 1.3.4.Siltumnesēji saules kolektoru sistēmās.................................................................... 22 1.3.5.Saules kolektoru sistēmu uzstādīšana ...................................................................... 23 1.3.6.Aprēķini ar POLYSUN 3.3 ..................................................................................... 24

    1.4.Saules kolektoru sistēmas pasaulē un Latvijā................................................................. 25 2.PROTOTIPA IZSTRĀDE SAULES ENERĢIJAS ŪDENS SILDĪTĀJAM ....................... 28

    2.1. Materiāli un metodes ..................................................................................................... 28 2.2. Saules kolektora gatavošanas darba gaita ...................................................................... 30 2.3. Saules kolektora shēma ................................................................................................. 31 2.4. Saules kolektora darbības princips. ............................................................................... 32 2.5. Automātiskās vadības izvēles princips .......................................................................... 32

    2.5.1. Termostata izvēle .................................................................................................... 32 2.5.2. Releja izvēle. .......................................................................................................... 33 2.5.3. Sūkņa izvēle ............................................................................................................ 33 2.5.4. Automātikas darbības princips ............................................................................... 35

    2.6. Saules kolektora efektivitāte .......................................................................................... 36 2.7. Saules kolektora ekonomiskais novērtējums ................................................................. 37

    SECINĀJUMI .......................................................................................................................... 38 IZMANTOTĀ LITERATŪRA ................................................................................................ 39 PIELIKUMI .............................................................................................................................. 41

  • 6

    IEVADS Latvijas Republika nav bagāta ar dabiskajiem energoresursiem - ap 70% energoresursu

    tiek importēti, tāpēc vietējo un atjaunojamo energoresursu plašākas izmantošanas veicināšanai

    ir sevišķa nozīme Latvijas apstākļos.

    Saules enerģijas galvenā priekšrocība ir tā, ka tā ir pieejama visur, tāpēc nav vajadzības

    tērēt kurināmo, kas piesārņo gaisu ar CO2 izplūdes gāzēm. Svarīgi ir tas, ka saules enerģiju

    var izmantot arī tad, kad tā nemaz nespīd, jo globālais starojums sastāv no tiešā un izkliedētā

    starojuma. Zinātnieki ir secinājuši, ka pasaule gada laikā saņem 10 000 reižu vairāk enerģijas,

    nekā spēj patērēt. Taču cilvēce vēl nav iemācījusies pilnā mērā un efektīvi izmatot šo

    bagātību.

    Kā rāda pētījumi saules enerģija Latvijā pašlaik nevar konkurēt ar citiem enerģijas

    veidiem augsto izmaksu dēļ, tomēr saules enerģijas resursi Latvijā ir pietiekami tās praktiskai

    izmantošanai.

    Pētījuma mērķis – izpētīt cik praktiski un ekonomiski izdevīgi izmantot paškonstruēta,

    automatizētu saules kolektoru Latvijas apstākļos

    Darba uzdevumi:

    1) analizēt saules enerģijas izmantošanas iespējas Latvijā;

    2) salīdzināt dažādu saules kolektoru un saules kolektoru sistēmu izmantošanas

    iespējas;

    3) izpētīt saules enerģijas izmantošanas pieredzi pasaulē un Latvijā;

    4) eksperimentāli izgatavot saules kolektoru un novērtēt tās izmantošanas

    efektivitāti privātmājā ūdens sildīšanai;

    5) veikt ekonomisko novērtējumu paškonstruētam, automatizētam saules

    kolektoram.

  • 7

    1. SAULES ENERĢIJAS IZMANTOŠANAS IESPĒJAS UN TEHNOLOĢIJU ANALĪZE

    1.1.Saules enerģijas izmantošanas iespējas Latvijā Saules staru radītais vidējais enerģijas daudzums Latvijas teritorijā ir aptuveni

    65W/m2, savukārt saulaino stundu skaits – aptuveni 1700 – 1800 gadā. Var secināt, ka

    katrs Latvijas teritorijas m2 gadā vidēji saņem 1100 kWh saules enerģijas, no kuras

    elektroenerģijā var pārvērst 150 kWh (Pun Ghedia 2013).

    .

    1.1.attēls: Saules spīdēšanas karte

    Avots:( Latvijas ģeogrāfijas atlants)

    Saules enerģiju var izmantot siltuma (saules kolektori) un elektroenerģijas (saules

    baterijas - PV) ražošanai. Latvijā saules starojumam ir samēra zema intensitāte. Kopējais

    saules enerģijas daudzums ir 1109 kWh/m2 gadā, kas ir nedaudz vairāk nekā Skandināvijas

    valstīs (skat. 1.2. attēls). Mēneša un gada vidējās globālas saules radiācijas lielums uz

    horizontālas plāksnes, kWst/m2, salīdzinot ar Berlīni, Helsinkiem, Stokholmu un

    Kopenhāgenu, Rīgā gadā ir vislielākais, tas ir 1109 kWh/m² , kad Berlīnē tas ir 1031 kWh/m²,

    Stokholmā – 1026 kWh/m², Kopenhāgenā tas ir 1013 kWh/m² un Helsinkos – 980 kWh/m².

    Neskatoties uz to, šajās valstīs saules enerģiju sekmīgi izmanto jau ne vienu gadu vien

    (Shipkovs P. et.al.2005).

    kWst

    ./m2

    gadā 980

    1013 10261031

    1109

    900

    950

    1000

    1050

    1100

    1150

    Hel

    sinki

    Kope

    nhāg

    ena

    Stoh

    olm

    a

    Berlī

    neRī

    ga

    1.2. attēls: Gada vidējās globālas saules radiācijas lielums

    (uz horizontālas plāksnes (kWst./m2) Avots: (Shipkovs P. et.al.2005)

  • 8

    Visaktīvākais saules radiācijas izmantošanas periods mūsu platuma grādos ir no maija

    līdz septembrim, iegūstot 700–740 kWh/m², no oktobra līdz aprīlim – 200–240 kWh/m², no

    novembra līdz februārim – 40–50 kWh/m² skat. 1.3. attēls (Šipkovs P. u.c..1999).

    1.3.attēls: Saules radiācija Latvijā pa mēnešiem

    Avots: (Šipkovs P. u.c.1999).

    1.2.Saules kolektori

    Saules kolektori ir tehniskas iekārtas, kas absorbēto saules starojumu pārvērš siltumā,

    ko pēc tam izmanto karstā ūdens sagatavošanai, telpu apkurei, peldbaseinu apsildei vai citur.

    Lielākā daļa saules kolektori darbojas pēc līdzīga principa. Absorbējošā virsma uzņem

    siltumu no saules starojuma un uzsilda kolektora caurulēs cirkulējošo šķidrumu. Tālāk

    uzsildītais šķidrums tiek novadīts uz siltummaini, kas uzsilda krāna vai apkures ūdeni. Šis

    cirkulējošais šķidrums drošības pēc nedrīkst būt toksisks, vēlams izmantot šķidrumus kas

    taisīti uz propilēna glikola bāzes skat. 1.4. att. (Saules kolektors.lv.Pieredzes grāmata. 2013)

    Ar 1 m2 saules kolektoru var uzsildīt līdz pat 60l ūdens dienas laikā. Uzsildītā ūdens

    temperatūra sasniedz līdz pat 50oC. Lai nodrošinātu ar karsto ūdeni ģimeni, kura sastāv no 3 -

    4 ģimenes locekļiem, nepieciešami 3 m2 saules kolektora. Vidēja lieluma privātmājai

    nepieciešams kolektors ap 4–5 m² platībā (Šipkovs P. u.c.1999).

    Tirgū pieejami divu veidu saules kolektori: plakanie un vakuuma saules kolektori

    skat.1.4. att.

    1.4.attēls: Saules kolektori

    A- plakanais saules kolektors, B- vakuuma saules kolektors

    Avots: (Saules kolektors.lv Pieredzes grāmata. 2013)

    A B

  • 9

    1.2.1.Plakanie saules kolektori

    Plakanā saules kolektora uzbūve: 1) kolektora absorbējošā virsma, 2) caurules,

    pildītas ar siltumnesēju, 3) lai novērstu iespējamo siltuma noplūdi zema kolektora ir

    ierīkota siltumizolācija.

    Saules kolektora darbības princips- saules starojuma enerģija iziet cauri kolektora stikla

    aizsargvirsmai, tiek uztverta un pārveidota siltuma enerģijā. Iegūtā siltuma enerģija tiek

    izmantota caur kolektoru plūstošā siltuma nesēja uzsildīšanai (skat. 1.5. att.).

    1.5. attēls: Plakanā, paralēlā caurules tipa saules kolektora uzbūve

    a- absorbējošā virsma, b- – plūsmas caurules c – siltumizolācija, d- savācējcaurule

    Avots: (Syn City Hot.com)

    Absorbējošā virsma – sastāv no vara vai alumīnija loksnēm. Tās savienotas kopā ar

    iebūvētām caurulēm, kas ir no alumīnija vai vara. Virsma ir pārklāta ar absorbētāju, kas uztver

    saules radiāciju. Šis pārklājums spēj uzņemt 90-95% no saules radiācijas daudzuma.

    Absorbētāja virsma ir izgatavota no titāna un silīcja oksīda.

    Caurules – uzkrāj uzņemto absorbējošās virsmas siltumu. Caurules var būt izvietotas

    divos veidos, paralēlā vai spirāles sistēmā. Paralēlajā sistēmā, kolektora apakšā ir aukstā

    šķidruma caurule, kolektora augšpusē uzsildītā šķidruma caurule, tās savā starpā ir savienotas

    ar vairākām mazākām caurulēm, pa kuru šķidrums plūst un uzņem siltumu no absorbējošās

    virsmas. Šādu kolektoru priekšroka ir tā, ka var saslēgt vienā ķēdē 5 vai pat 10 kolektorus un

    visi kolektori strādās vienādi efektīvi, jo caurplūdes šķidruma ātrums un temperatūra visos

    tajos būs vienāda. Šāda sistēmu pārsvarā pielieto kolektoros ar kapara caurulēm.

    Spirāles kolektora sistēmas princips ir, ka no ieplūdes kolektorā līdz tā izplūdei,

    šķidrums iet tikai pa vienu cauruli, kas met vairākus zig-zagus pa visu kolektoru (skat.1.6.att.

    Šādā sistēmā parasti var saslēgt tikai 3-5 kolektorus un katrs nākamais kolektors silda

    iepriekšējā kolektora jau uzsildīto šķidrumu, kas samazina tā efektivitāti, jo augstāka

    a

    b

    c

    d

  • 10

    efektivitāte ir sildīt zemas temperatūras šķidrumu un tam ir arī mazāki siltuma zudumi. Šādai

    kolektoru sistēmai ir augstāka šķidruma izejas temperatūra, attiecīgi boilerim varēs adot

    vairāk enerģijas. Šādu sistēmu parasti izmanto alumīnija cauruļu kolektoros. Jo samazinās

    metinājuma vietu skaits no 18 līdz 2.

    1.6.attēls: Plakanais saules kolektors ar spirālveida cauruli

    a- kolektora rāmis, b- izolācijas slānis, c- spirālē satīta caurule,

    d- absorbers, f- stikla aizsargslānis

    Avots: (Baxi Group.lv)

    Korpuss – pasargā kolektoru no apkārtējās vides un novērš siltuma zudumus.

    Korpusam ir ļoti svarīga loma, tam ir jābūt stingram un mehāniski izturīgam. Tas ietekmē

    kolektora lietderību un kalpošanas laiku. Parasti kolektoru korpusi ir no alumīnija un apakšējā

    daļā ir akmens vates izolācija vismaz 50mm bieza. Sānu malās arī ir akmens vates izolācija,

    20mm bieza. Tā samazina siltuma zudumus un kalpo arī kā papildus apakšējās un sānu

    virsmas aizsardzība no ļoti augstās absorbējošās virsmas temperatūras.

    Solārais stikla pārklājums – samazina siltuma zudumus un aizsargā no apkārtējās

    vides. Izmantotais stikls ir īpaši izturīgs pret mehānisko slodzi (krītošs sniegs, krusa, zari,

    vējš). Kolektora stikla izturību pārbauda apšaudot to ar 150g metāla lodēm. Augstākais saules

    caurlaidības standarts ir U1 – caurlaidība lielāka par 90%. (Mojiri Ahmad et.al. 2013).

    1.2.2.Vakuuma cauruļu saules kolektori

    Vakuuma kolektors sastāv no vakuuma stikla cauruļu sistēmas. Atkarībā no

    nepieciešamās jaudas, kolektors var sastāvēt no 20-60 caurulēm (skat. 1.7. att.).

    1.7.attēls: Vakuuma kolektori

    Avots: (Heliodyne.com 2013)

  • 11

    Vakuuma stikla caurules konstrukcija ir līdzīgā termosa konstrukcijai: viena caurule ir

    ievietota citā ar lielāko diametru. Starp tām ir vakuums, kas nodrošina pilnīgu siltumizolāciju

    (skat. 1.8. att.).

    1.8.attēls: Vakuuma kolektora stikla caurule

    Avots: (Heliodyne.com 2013)

    Stikla caurulē ar vakuumu, ievietots siltuma absorbēšanas slānis, kurā savukārt atrodas

    vara caurule, kurā cirkulē ūdens vai glikola šķidrums. Vakuuma stikla caurulē siltuma

    savācējs ir atdalīts no apkārtējās vides ar vakuuma telpu, kas ļauj gandrīz pilnībā novērst

    siltuma zudumus apkārtējā vidē uz siltumvadītāja un konvekcijas rēķina (skat.1.9. att.).

    1.9.attēls: Vakuuma kolektora stikla caurules uzbūve

    Avots: (Wordpress.com 2009)

    Vakuuma kolektori Latvijas platuma grādos ir efektīvāki par plakanajiem kolektoriem ,

    jo pateicoties vakuuma kolektoru caurules cilindriskai formai saules stari krīt uz patstāvīgi

    vienmērīgu virsmu (plaknē perpendikulāri pret caurules asi) skat. 1.10. att.

    1.10.attēls: Saules staru krišanas leņķis uz vakuuma kolektora caurulēm

    Avots: (Apricus.com)

  • 12

    Vakuuma kolektori atšķirībā no plakanajiem absorbē ne tikai saules starus, bet arī

    infrasarkanā siltuma starojumu, tāpēc ar 20% jaudu darbojas arī ziemā. Turklāt vakuums

    caurulē nodrošina pilnīgu siltumizolāciju, līdz ar ko izstarojuma zudumi pie ūdens

    uzsildīšanas augstajām temperatūrām ir ļoti zemi. Tā kā kopējais zudumu koeficients

    vakuuma kolektorā ir mazs, siltumnesējs tajā sakarst līdz 120–160ºC (Apricus.com)

    Vakuuma saules kolektoru iekārtas sistēmu īpatnības:

    1. Saules kolektoram jābūt uzstādītam dienvidpusē, tad efektivitāte būs maksimālā.

    2. Uzstādīšana nepieprasa dārgus papildus darbus (zemes darbi vai urbšanas darbi).

    3. Ūdens uzsildīšana ir iespējama līdz augstajām temperatūrām (siltumnesēja

    temperatūra pašā kolektorā var būt augstāk par +100°C), līdz ar to var tikt

    izmantots kā ūdens uzsildīšanai, tā arī jebkura tipa apkures veidiem.

    4. Siltuma daudzums ir atkarīgs no saules izstarojuma daudzuma. Vakuuma

    kolektors izstrādā siltumu no tiešā un no izkliedētā (mākoņains debesis) saules

    izstarojuma, bet ziemas mēnešos kad gaismas diena ir īsa un ļoti bieži blīvs

    mākoņu daudzums, siltuma apjoms, ko saražo saules kolektors, ir minimāls,

    tāpēc tas nevar kļūst par vienīgo siltuma avotu.

    5. Kalpošanas laiks 20-30 gadi, tas ir saistīts ar vienkāršo kolektora konstrukciju,

    vienīgā mehāniskā griezošās sistēmas daļa ir cirkulācijas sūknis (Trinkl,

    Christoph et al. 2005).

    Tomēr aplūkojot Latvijā realizētos saules kolektoru uzstādīšanas projektus var secināt,

    ka gan firmas, gan iestādes izvēlas plakanos saules kolektorus.

    Kā apgalvo speciālisti vakuuma kolektoru stikla caurules tiek ražotas no ļoti plāna

    (1,4-2mm) borsilikāta stikla. To triecienizturība ir nepietiekama Latvijas klimatam, kur

    regulāri ir vētras. Arī krusas graudi Latvijā mēdz sasniegt vakuuma caurulēm bīstamus

    izmērus. Cauruļtipa saules kolektorus Eiropā nesertificē neviena respektabla testēšanas

    laboratorija, jo tie nespēj izturēt stingrās triecienizturības prasības. Ziemā Latvijā temperatūra

    bieži ir ap 0oC. Sniegs kūstot nokļūst starp saules kolektora caurulēm, sniegam atkal sasalstot

    ledus var saplēst no plānā (1,4-2mm) stikla ražotās caurules (Sauleskolektors.lv 2013).

    Kā atzīst saules kolektors.lv būvkonstrukciju montēšanas speciālists Jānis Sudars,

    šobrīd jaunākie un visplašāk izmantotie ir plakanie vakuuma saules kolektori (skat. 1.11 att.).

    Šiem kolektoriem vakuuma caurules nosegtas ar aizsargstiklu, kas pasargā vakuuma caurules

    (Jānis Sudars pers. ziņojums).

    1.11.attēls Plakanie vakuuma kolektori TS 400

  • 13

    1.3.Saules kolektoru sistēmas Saules kolektora sistēmā ietilpst šādi elementi: saules kolektori, akumulācijas tvertne,

    izplešanās tvertne, vadības bloks un cirkulācijas sūkņi. Sistēmai nepieciešamas arī apjomīgas,

    labi izolētas ūdens tvertnes, kurās glabāsies ar kolektora palīdzību sasildītais ūdens.

    Tvertnēm, savukārt, jābūt savienotām ar labu automātikas sistēmu, lai tās varētu izmantot

    ēkas apkures sistēmā (skat. 1.12. att.).

    1.12.attēls: Saules kolektora sistēma

    Avots: (SelSol lv. Saules kolektori)

    1. Saules enerģijas kolektors,

    2. Solārais ūdens boileris,

    3. Gāzes apkures katls vai jebkura cita siltumu ģenerējoša iekārta,

    4. Solārais vadības bloks,

    5. Cirkulācijas sūknis,

    6.Ūdens temperatūras sensors ūdens boilerī ,

    7. Siltumnesēja temperatūras sensors saules enerģijas kolektorā,

    8. Ūdens boilerī esošais siltummainis ar pieslēgumu saules enerģijas kolektoram,

    9. Ūdens boilerī esošais siltummainis ar pieslēgumu citai siltumu ģenerējošai iekārtai,

    10. Apkures radiatori,

    11. Siltā ūdens patērētājs (vanna, duša u.tml.),

    12. Izplešanās tvertne saules enerģijas kolektora sistēmā ,

    13. Ienākošais aukstais ūdens no tīkla (Sesol.lvlv Saules kolektori).

  • 14

    Saules kolektoru sistēmas darbības princips: pa noslēgto kolektora loku plūst ūdens

    vai kāds nesasalstošs šķidrums. Uzglabāšanas tvertnē ieiet kā kolektora, tā papildus siltuma

    avota (apkures katls, elektriskais boileris, u.c.) siltummaiņi – cauruļu vijumi, kuru uzdevums

    caur siltumnesēju nodot akumulēto siltumu ienākošajam dzeramajam ūdenim. Šķidrumi

    savstarpēji nesaskaras (skat.1.9. att.). Temperatūras kontroles uzdevums ir noteikt

    temperatūru kolektora augšpusē T1(tur būs viskarstākais punkts) un temperatūru uzglabāšanas

    tvertnes lejas daļā T2. Kad T1-T2>7°C, temperatūras kontrole padod signālu sūknim, un tas

    ieslēdzas un notiek cirkulācija, līdz temperatūru starpība ΔT nokrīt līdz 3°C (.wordpress.com

    2009 a).

    Ir dažādas kolektora apsildes sistēmas. Ir arī tāds risinājums, kurā var iztikt bez sūkņa

    un citu sarežģītu aprīkojumu. Saules ūdens apkures sistēma var būt aktīva vai pasīva.

    Pasīvā sistēmā sūkņa nav, un cirkulācija balstās uz konvekcijas principu (skat. 1.13. att.

    A). Aktīvā sistēma izmanto elektrisko sūkni, lai izplatītu šķidrumu caur savācēju (skat. 1.13.

    att. B). Siltuma daudzums, ko karstā ūdens saules ūdens sildītājs var saražot, ir atkarīgs no

    sistēmas veida un lieluma, izolācijas, uzstādīšanas leņķa un orientācijas.

    1.13.attēls: Saules kolektoru apsildes sistēmu veidi

    A – pasīvā saules ūdens apkures sistēma, B – aktīvā saules ūdens apkures sistēma

    Avots: (Belarusin web portalon renewable energy.com)

    1.3.1.Pasīvās sistēmas

    Pasīvās sistēmas pārvieto ūdeni vai siltuma pārneses šķidrumu cauri sistēmai bez sūkņa.

    Pasīvās sistēmās nerodas problēmas elektroenerģijas pārrāvuma gadījumā, līdz ar to a pasīvās

    sistēmas ir vieglāk uzturēt un ir ilgmūžīgākas nekā aktīvās sistēmas.

    Pasīvās sistēmām bieži vien ir lētākas nekā aktīvās sistēmas, bet parasti ir mazāk

    efektīvas, jo pastāv lēnāks ūdens plūsmas ātrums caur sistēmu.

    Konvekcijas sistēmas

    Konvekcijas sistēma ir balstīta uz siltā ūdens celšanos caur saules absorbētāju uz

    tvertni- dabīgā konvekcija. Šāda veida iekārtai tvertnei jāatrodas virs absorbētāja caurulēm vai

  • 15

    paneļiem. Tā kā ūdens absorbētājā sakarst, tas kļūst vieglāks un ieplūst tvertnē. Tikmēr

    aukstākais ūdens tvertnē plūst uz leju uz absorbētāju, tādējādi radot cirkulāciju visā sistēmā.

    Šo sistēmu trūkumi ir slikts estētiskais noformējums, liela tvertne uz jumta un problēmas ar

    jumta strukturālo integritāti. Bieži vien jumts ir jāpastiprina, lai cīnītos ar tvertnes svaru

    (skat.1.14. att.).

    1.14.attēls: Pasīvā saules kolektoru sistēma

    Avots: (Building.lv)

    Grupas sildītāji

    Grupas sildītāji ir vienkārša pasīva sistēma, kas sastāv no vienas vai vairākām tvertēm,

    kas novietotas izolētā kastē ar pret sauli pavērstu stikla pusi. Sērijas sildītāji ir lēti, satur maz

    sastāvdaļas, bet darbojas tikai vasarā, kad laiks ir silts (Power Magazine 2012).

    1.3.2.Aktīvās sistēmas

    Aktīvajās sistēmās izmanto elektrisko sūkņus, ventiļus, un kontrolierus, lai nodrošinātu

    ūdens vai citu siltuma pārneses šķidrumu cirkulāciju caur kolektoru. Tās parasti ir dārgākas

    nekā pasīvās sistēmas, taču efektīvākas. Aktīvās sistēmas bieži vien ir vieglāk pārbūvēt, nekā

    pasīvās sistēmas, jo to glabāšanas tvertnēm nav jābūt uzstādītām tiešā kolektora tuvumā.

    Aktīvās saules apsildes sistēmās var būt divu veidu siltumnesēji: šķidrums (ūdens, antifrīzs)

    vai gaiss.

    Ir divu veidu aktīvās sistēmas: atvērtās cilpas (ko sauc arī par "tiešu") vai slēgtā kontūra

    (ko sauc arī par "netiešo") sistēmu. Atvērtā cikla sistēmā caur kolektoru cirkulē dzeramais

    ūdens. Noslēgtā sistēmā siltuma savākšanai izmanto siltuma pārneses šķidrumu (ūdeni vai

    atšķaidītu antifrīzu) un siltummaini, caur to nododot siltumu sagatavojamam ūdenim. Slēgtas

    cilpas sistēmas trūkums ir tas, ka siltumapmaiņas procesā zūd efektivitāte (Lane T. et al.

    2002).

  • 16

    Atvērtās cilpas jeb tiešās aktīvās sistēmas

    Atvērtās cilpas aktīvās sistēmas izmanto sūkņus, lai radītu dzeramā ūdens cirkulāciju

    caur kolektoru. Šī konstrukcija ir efektīva un pazemina ekspluatācijas izmaksas, bet nav

    lietderīga, ja ūdens ir ciets vai ar paaugstinātu skābumu, jo apkaļķojums un korozija

    pakāpeniski bojā sistēmu. Šīs sistēmas ir populāras tikai silta klimata reģionos (Power

    Magazine 2012).

    Piemēram, 1.14. A att. redzama saules kolektora shēma, kas silda ūdens toveri. Caur

    plakano saules kolektoru sasilst ienākošais ūdens no tovera. Automātika darbina sūkni un

    vārstu vienlaicīgi. Ja temperatūra pie kolektora izejas Tk (augšā) ir lielāka par temperatūru

    ūdens toverī Tt (Tk>Tt + 3°C jeb Tk-Tt>3°C), tad automātika atver vārstu un ieslēdz sūkni.

    Kad temperatūra izlīdzinās (Tk~Tt), automātika aizver vārstu un izslēdz sūkni. Vārstu var arī

    regulēt manuāli, piemēram, kad nepieciešams izlaist ūdeni no sistēmas. Kolektoru un caurules

    vajag ierīkot ar nelielu slīpumu, lai pa iztukšošanas krānu varētu izlaist ūdeni gan no tovera,

    gan no kolektora (Wordpress.com 2009 b).

    Saules kolektora sistēma ar ūdens tvertni, kas nodrošina mājai silto ūdeni skat.

    1.15. B att. Tvertnē gan aukstais ienākošais, gan kolektora uzsildītais ūdens ir savienoti-

    sajaucas (Wordpress.com 2009 b).

    Šī kolektora trūkums ir, ka nav iespējams ziemas apstākļos no kolektora izliet ūdeni.

    Šāda ūdens sildīšanas sistēma ir efektīva siltajās valstīs – Itālijā, Grieķijā, Turcijā, Spānijā,

    Portugālē u.c. Latvijas apstākļiem šāda sistēma nav derīga. Labākajā gadījumā, kolektors

    nevajadzīgi dzesēs ienākošo auksto ūdeni, sliktākajā – gan kolektors, gan tvertne, gan sūknis,

    gan arī caurules rudenī vai pavasarī jau pie maziem mīnusiem, vienkārši saplīsīs.

    1.15.attēls: Tiešā aktīvā saules kolektoru sistēmas

    A- ar ūdens toveri, B- ar ūdens tvertni

    Avots: (Wordpress.com 2009 b).

    A B

  • 17

    Noslēgtā cikla jeb netiešās aktīvās sistēmas

    Šīs sistēmas sūknē siltuma pārneses šķidrumus (parasti glikola un ūdens antifrīza

    maisījumu) caur saules ūdens sildītāju. Siltummaiņi pārnes siltumu no cirkulējošā šķidruma

    uz ūdeni, kas tiek uzglabāts tvertnē. Daži standarti šim sistēmām nosaka dubultās sienas vai

    dubultspirāles, lai novērstu iespēju sabojāt dzeramo ūdeni. Noslēgtā cikla glikola sistēmas ir

    populāras teritorijās, kas pakļautas salam, jo tās nodrošina labu pretsala aizsardzību. Tomēr

    glikola vai antifrīza sistēmas ir dārgākas, turklāt glikols ir jāpārbauda katru gadu, un jāmaina

    ik pēc dažiem gadiem, atkarībā no glikola kvalitātes un sistēmas darba temperatūrām, lai

    novērstu korozijas rašanos (skat. 1.16. att. A)

    Iztukšojamās jeb tā saucamās Drainback sistēmas (skat. 1.16. att. B) izmanto ūdeni kā

    siltuma pārneses šķidrumu kolektora cilpā. patēriņš tāpēc ir mazliet lielāks, nekā aizvērtas vai

    atvērtas slēgtās cilpas sistēmās Sūknis rada ūdens cirkulāciju caur saules ūdens sildītāju. Kad

    sūkni izslēdz, ūdens no saules kolektora noplūst uz rezervuāru, tas nodrošina pretsala

    aizsardzību, kā arī ļauj sistēmu izslēgt, ja ūdens glabāšanas tvertnē ir pārāk karsts (Lane T. et

    al. 2002).

    Drainback ir tā, ka saules ūdens sildītāju uzstādīšana un mezgli ir rūpīgi jāprojektē, lai

    varētu veikt pilnīgu sistēmas drenāžu. Sūknim jābūt arī ar pietiekamu spiedienu, lai katru

    reizi, uzsākot darbu, uzsūknētu ūdeni līdz kolektoram.

    1.16. attēls Netiešās aktīvās sistēmas:

    A- netiešā sistēma ar siltummaini tvertnē,

    B – Drainback iztukšošanas sistēma ar rezervuāru

    Avots: (Belarusin web portalon renewable energy.com)

    A B

  • 18

    1.3.3.Saules kolektoru sistēmu regulētāji

    Salīdzinājumā ar tradicionālām apkures sistēmām, saules apsildes sistēmu regulētāji

    parasti ir sarežģītāki, jo tiem jāanalizē lielāks signālu skaits un jākontrolē vairāk iekārtas (tajā

    skaitā arī tradicionālais apkures aprīkojums, kas tiek izmantots līdz ar solāro sistēmu).

    Termostats ir ierīce pastāvīgas temperatūras uzturēšanai. Temperatūras uzturēšana

    notiek vai nu izolējot objektu no mainīgās ārējās vides (pasīvie termostati) vai arī izmantojot

    termoregulatoru (aktīvie termostati).

    Galvenās aktīvā termostata sastāvdaļas ir sensori un izpildierīces. Izpildierīce ar

    temperatūras noteikšanas elementu var būt apvienota vienā iekārta, bet termostats var būt arī

    atsevišķi stāvoša vadības ierīce sildīšanas vai dzesēšanas sistēmas darbināšanai. Ja objekta

    temperatūra sasniedz noteikto minimumu vai maksimumu, termostats ieslēdz vai atslēdz

    sildīšanu vai dzesēšanu. Saules apsildes sistēmās termostats precizē temperatūru starpību

    kolektorā un akumulācijas tvertnē. Kad vides temperatūra kolektorā par 5.6°-11°C pārsniedz

    šķidruma temperatūru tvertnē, termostats iedarbina sūkni, kas nodrošina ūdens vai gaisa

    cirkulāciju kolektorā. Līdz ar to vērojama vai nu šķidruma sasilšana tvertnē, vai tieša telpas

    apkurināšana.

    Dažādu tipu termostatu cenas var krasi atšķirties. Dārgākie no tiem ir sarežģītie

    regulētāji ar mikroprocesoriem, kas optimizē siltuma nodošanu uzkrāšanas iekārtām un

    dažādām mājokļa zonām. Piemēram, ELKO EP TER-9 digitālais termostats ar 6 funkcijām,

    iebūvētu laika releju pilnībā nodrošina mājās ūdens apgādes un apkures kontroli. (skat. 1.17.

    att.). Digitālā termostata ELKO EP TER-9 tehniskos parametrus skat. 1 tab.

    1.17.attēls: ELKO EP TER-9 digitālais termostats

    A- Sprieguma padeves klemmes, B- apgaismots displejs, C- vieta klemmei, D- rezerves

    baterija, E- izejas kanāls, F- termodevēja klemmes, G- vadības pogas, H- izejas kanāls

    Avots: (Elkoep.ru)

    A

    B

    C

    D

    E

    F

    G

    H

  • 19

    1.1. tabula

    Digitālā termostata ELKO EP TER-9 tehniskie parametri

    Parametri

    Barošana 230VAC vai 24V AC/DC, elektriski atdalīta Barošanas frekvence 50/ 60 Hz Pašpatēriņš Max. 3.5 VA Mērdiapazons -40...+110 °C Displejs Digitālais Apkārtējā vide -20...+55 °C Izmērs Priekš. panelis x Dziļums 90x35.6x64 mm Svars Priekš. Panelis; IP40 Aizsardzības klase 2 analogie signāli Ieejas signāls 2 SSR max. 240 W/DC Izejas signāls 2 Releji; Max.2500 VA/; Nom.8A 250VAC Kontrolēšanas veids ar histerēzi 0.5/5 K

    1.18.attēls: ELKO EP TER-9 digitālais termostataelekrtiskā pieslēgšanas shēma

    Avots: (Elkoep.ru)

    Temperatūras sensori. Termostatos izmanto dažādas sensoru un izpildmehānismu

    tehnoloģijas. Mūsdienās plašāk izmantotie sensoru veidi:

    · bimetāla mehāniskie un elektriskie sensori,

    · vaska kapsulas,

    · elektroniskie termistori un citas pusvadītāju ierīces.

    Infrasarkano staru termodevējs uztver kontrolējamā objekta izstaroto infrasarkano

    starojumu (to izstaro jebkurš objekts), un pārveido to izmērāmā strāvas/sprieguma signālā.

    Sensoram nav nepieciešams fizisks kontakts ar mērāmo objektu,

    Termopāri. Termopāra sametināto vadu vienu galu izvieto kontrolējamajā zonā un

    termopāra otri vaļējie vadu gali atrodas „aukstas” temperatūras zonā, tad uz to izvadiem

    veidojas termo-EDS, kura lielums ir proporcionāls temperatūru starpībai starp kontrolējamās

    zonas un „aukstās” zonas (0°C) temperatūru(skat. 1.19. att.),

  • 20

    Pretestības temperatūras devēji ir daudz precīzāki un drošāki par termistoriem un

    termopāriem. Devēju darba temperatūru diapazonu nosaka termodevēja materiāls, armatūra

    un savienojošo vadu materiāli.

    1.19.attēls: Termperatūras sensori – termopāri TC un TZ Avots: (Elkoep.ru)

    Drošības vārsts – mehānisms, kas nepieļauj darba spiediena kāpumu virs normas

    apkures sistēmās. Ja sistēma ir aprīkota ar drošības vārstu, pieaugot temperatūrai un

    spiedienam cirkulācijas lokā, pie noteikta spiediena tas atveras, un liekais karstais ūdens

    izpūsts no sistēmas. Šāds elements apkures sistēmā ir obligāts (Moskvins G.,2008).

    Automātiskais atgaisotājs – mehānisms, kas izvada apkures sistēmā sakrājušos gaisu.

    Tas visbiežāk ir cilindrveidīgs (novietots sistēmas augstākajos punktos, līkumos uz leju, kur

    mēdz sakrāties gaiss), uztver un izvada gaisu, neatkarīgi no tā temperatūras. Tiklīdz gaisa

    padeve vārstam beidzas, tas aizveras.

    1.20. att. skat. solārā sūkņa bloku, kas sevī ietver: termometru (manometru), sūkni,

    drošības vārstu, regulatoru un atgaisotāju.

    1.20.attēls: Solārā sūkņa bloks Avots: (Baxi Group.com)

    Sūkņi ir hidrauliskas mašīnas, kas radot spiedienu pārvieto šķidrumus ar dažādu

    temperatūru un viskozitāti. Visbiežāk izmanto: virzuļsūkņus centrbēdzes sūkņus, rotācijas

    sūkņus, ūdens gredzena vakumsūkņus, speciālas nozīmes sūkņus. Galvenās sūkņa sastāvdaļas

  • 21

    – darba rats ar izliektām lāpstiņām, plāksnītēm vai zobiem, kuri novietoti uz vārpstas un

    nekustīgs korpuss, kuram pievienota sūccaurule un spiedcaurules.

    Centrbēdzes sūkņa spiediens.

    Teorētiskais spiediens

    (1.3.1.)

    Kur:

    u – apvidus ātrums,

    - leņķa ātrums,

    r – griešanās rādiuss,

    c – šķidruma pārvietošanās ātrums,

    - leņķis starp absolūto lielumu šķidruma ātrums izejot no darba riteņa un apļa ātrums,

    g – brīvā kritiena paātrinājums, м *s2

    (1.3.2.)

    Kur:

    = 1800 -

    t.i.sūkņa spiediens proporcionāls skaitļa kvadrātam strādājošā riteņa apgriezienos.

    u = ×D× n

    Patiesais spiediens

    Kur:

    - sūkņa hidraulika ( г=0,8 – 0,95),

    - koeficients, iedibinātais pēdējais skaitlis sūkņa plūsmā ( = 0,6 – 0,8).

    Centrbēdzes sūkņa ražīgums Q atbilst šķidruma patēriņam caur kanāliem starp darba riteņa

    lāpstiņām.

    (1.3.3.)

  • 22

    z) с1r=b2 (( z)×c2r

    Kur:

    - lāpstiņu biezums,

    b1 b2 – darba riteņa platums iekšējā un ārējā apvidū,

    c1r с2r – radiāli sastādošie absolūtie ātrumi riteņa ieejā un izejā no tā (pietam, c1r= c1) .(Moskvins G., 2008)

    1.3.4.Siltumnesēji saules kolektoru sistēmās

    Saules kolektoru sistēmās kā siltumnesējus izmanto:

    · Ūdeni;

    · Netoksisku šķidrumu, piemēram, antifrīzu vai glikolu;

    · Gaisu.

    Ūdens kā siltumnesējs tiek izmantots gan pasīvajās sistēmās, gan aktīvajās sistēmās. Lai

    sistēma neapkaļķotos un neveidotos korozija, jāseko ūdens kvalitātei - ūdens nedrīkst būt ciets

    vai skābs. Pie zemām āra temperatūrām pastāv arī risks, ka ūdens sistēmā vara sasalt un

    pārplēst caurules, tādēļ kā siltumnesēju saules kolektoru sistēmās var izmantot atšķaidītu

    antifrīzu vai glikolu.

    Antifrīzu vai glikolu kā siltumnesēju var izmantot aktīvajās, slēgtajās sistēmās. To

    priekšrocība ir zemāks sasalšanas temperatūra. Izvērtējot vidējo āra gaisa temperatūru un

    solārā šķīduma īpašības, glikolu atšķaida ar ūdeni attiecīgajā, nepieciešamajā koncentrācijā.

    Ņemot vērā, ka Latvijā vidējā gaisa temperatūra ziemā reti, kad noslīd zem -20°C un to, ka

    aktīvajās sistēmās siltumnesējs nepārtraukti cirkulē, manuprāt, maksimālā, nepieciešamā

    glikola koncentrācija sistēmā ir 30- 35% (skat. 1.21.att.).

    Gaisa kolektoru galvenā priekšrocība - karstā laikā gaisa kolektors saražo vairāk

    enerģijas, nekā analoģiskā izmēra šķidruma kolektors. Turklāt atšķirībā no šķidruma

    kolektoriem, gaisa sistēma ne vien neaizsalst, bet arī nesagādā būtiskas problēmas, ko var

    izraisīt noplūde kolektorā un izvadkanālos. Taču gaiss nav tik labs siltumnesējs, kā šķidrums,

    tādēļ kopumā šķidruma kolektoram raksturīgs augstāks lietderības koeficients, kā gaisa

    kolektoram.

    1.21.attēls: Glikola sasalšanas punkts Avots: (Baxi Group.com)

  • 23

    1.3.5.Saules kolektoru sistēmu uzstādīšana

    Saules kolektorus var uzstādīt uz ēku jumtiem un fasādēm, vertikāli vai horizontāli.

    Bieži vien tie tiek ierīkoti 45 grādu leņķī attiecībā pret horizontālo virsmu. Uzstādot kolektoru

    jāņem vērā Saules staru leņķis attiecībā pret zemes virsmu. 1.22. att. redzams kā mainās

    saules staru krišanas leņķis attiecībā pret kolektoru, ja tas ir uzstādīts nepareizā leņķī. Tāpat

    jāraugās, lai uz kolektoru nekristu koku, citu ēku vai tml. radīta ēna, lai tā nebūtu putekļaina

    vide, tiem nevarētu piekļūt dzīvnieki, transports vai nepiederošas personas. Pareizi uzstādīta

    solārā sistēma nodrošina līdz pat 60% no kopējās gada enerģijas patēriņa karstā ūdens

    sagatavošanai.

    1.22.attēls: Saules staru krišanas leņķis uz saules kolektoru

    West – rietumi, Ost- austrumi, Sud- dienvidi

    Avots:(ACA.LV 2008)

    Latvijā vismazākais saules leņķis (9.6) attiecībā pret zemi ir ziemas saulgriežos un

    vislielākais saules leņķis (56.4) vasaras saulgriežos skat.1.23. att. :(ACA.LV 2008)

    . Tātad periodā no maija līdz septembrim solārā sistēma Latvijā gandrīz pilnībā

    nodrošina ūdens uzsildīšanu.

    1.23. attēls: Saules leņķis attiecībā pret zemi Latvijā saulgriežos

    Avots: :(JUNKERS.LV 2008)

    Pasaulē un Latvijā arvien tiek veikti pētījumi kā maksimāli efektīvāk izmantot saules

    starojumu siltuma enerģijas radīšanai. Tā piemēram Latvijas Lauksaimniecības universitātē

    veiktais pētījums pierāda, ka uzstādot atstarojošos spoguļus pareizā leņķī attiecībā pret

    kolektoru var palielināt kopējo saules starojumu (Kancevica L. et. al. 2011).

  • 24

    1.3.6.Aprēķini ar POLYSUN 3.3

    Pastāv dažādas iespējas aprēķināt nepieciešamo saules kolektora platību un sistēmas

    lietderības koeficientu. Viena no iespējā ir datorsimulācijas programma „POLYSUN 3.3”

    Piemēram, programmas POLYSUN 3.3 modelī tiek izveidota sistēma, kura sastāv no

    saules kolektoriem, kas ražo karsto ūdeni privātmājai, kurā dzīvo trīs cilvēki, līdz ar to

    nepieciešamais karstā ūdens daudzums ir 360 litri. Atsaucoties uz Latvijas Būvniecības

    Normatīva 221-98 punktu, vienai personai dienā nepieciešamais karstā ūdens daudzums ir

    120 litri (Likumi.lv.).

    Tiek atrasta nepieciešamā saules kolektora platība, lai nodrošinātu karsto ūdeni tikai ar

    saules kolektoriem un tiek uzmodelēta arī hibrīdsistēma, kurā saules kolektoriem paralēli tiek

    pieslēgta cietā kurināmā katls. Modelī izmantoti plakanas virsmas saules kolektori, kuru

    parametri doti 1.24. att.

    1.24.attēls: Saules kolektora parametri Avots: ( Šipkovs P. 2007)

    Kreisajā logā ir uzdoti dati par kolektoru, kolektora nosaukums, tips un vairāki

    parametri, ar kuru palīdzību var noteikt kolektora lietderības koeficientu. Lietderības

    koeficients ir atkarīgs no mainīgā x. Līdz ar to lietderības koeficients būs funkcija no x.

    Funkcija ir otrās kārtas polinoms ar indeksiem c0, c1 un c2:

    , (1.3.4.)

    kur η – kolektora lietderības koeficients,

    c0,c1,c2 – polinoma koeficienti, kuri uzdoti modelī ,

    Gk – saules radiācijas blīvums, kas krīt perpendikulāri kolektora virsmai. kas k krīrīt peperprpen

    , (1.3.5.)

    kur Tm – kolektorā plūstošā šķidruma temperatūra,

    Ta – gaisa vidējā temperatūra.

    Šāds polinoms tiek izmantots modelēšanas programmā Polysun 3.3 lietderības

    koeficienta aprēķināšanai, bet pastāv arī daudzi citi veidi kā atrast lietderības koeficientu.

    1.21. att. labajā loga pusē parādīts kolektora moduļu skaits un kopējā platība. Šajā modelī

    redzams, ka tiek uzstādīti 5 saules kolektori ar kopējo platību 7.4 m2.

    Sistēmas kopskats ir attēlots 1.25.att. Sistēmā ietilpst:

    · Saules kolektori un sūknis - ja temperatūra kolektorā sasniedz 8°C, sūknis

    ieslēdzas, ja starpība nokrītas līdz 4°C,sūknis izslēdzas;

  • 25

    · Caurules ar diametru Ø21.3 mm ārējām caurulēm un Ø16.0 mm iekšējām

    caurulēm;

    · Siltumizolācijas vadītspējas koeficients 0.042 W/mK;

    · Horizonts tiek pieņemts kā tīrs, kas nemet ēnas uz kolektora absorbera virsmas;

    · Minimālā ūdens temperatūra ūdens akumulatorā 45°C un maksimālā, pie kuras

    sistēma atslēdzas, 95°C. Kolektora virsma ir novietota 45 grādu leņķī pret

    horizontu.

    1.25.attēls: Sistēmas kopskats Avots: ( Šipkovs P. 2007)

    Aprēķinot gada bilanci ar sistēmas Polysun 3.3 var secināt, ka privātmājai, lai saražotu

    240 litri karstā ūdens dienā, saules kolektoriem gadā jāsaražo 4068.5 kWh siltā ūdens, bet

    saules kolektori saražo 2271.2 kWh. Lai dzēstu radušos iztrūkumu 1797.3 kWh, var simulēt

    modeli, kurā paralēli saules kolektoriem pieslēdz cietā kurināmā katlu.

    Veikta analīze parada, ka saules enerģija dod 70.1% no kopējās bilances ar cietā

    kurināmā katlu, jo kā parāda rezultāti: saules kolektori saražo 3093.2 kWh siltā ūdens, cietā

    kurināmā katls 1316.8 kWh siltā ūdens (Šipkovs P. 2007).

    1.4.Saules kolektoru sistēmas pasaulē un Latvijā

    Saules termisko tehnoloģiju izmantošana pieauga 5 reizes – no 40 GW kopējās

    uzstādītās jaudas 2000. gadā, līdz 185 GW 2010. gadā. Straujais pieaugums lielā mērā

    skaidrojams ar enerģētikas politikas atbalstu saules tehnoloģijām Vācijā, Itālijā, Japānā, Ķīnā

    u.c. Populārākās termiskās tehnoloģijas bija vakuuma cauruļu kolektori - apmēram 56% no

    uzstādītās jaudas (Renewable Energy. net.).

    Saules enerģijas izmantošana Latvijā, līdzīgi kā kaimiņvalstīs Lietuvā un Igaunijā,

    kļuvusi populāra tikai aizvadīto 3-4 gadu laikā, jo tieši šajā salīdzinoši īsajā laika periodā

    īstenota lielākā daļa termosolāro sistēmu uzstādīšanas projektu mūsu valstī.

    2009. gadā Pateicoties JUNKERS un AS SEB banka atbalstam Valmieras SOS bērnu

    ciematā uzstādīti saules kolektori. Projekta ietvaros SIA "Robert Bosch" siltumtehnikas atzars

    JUNKERS ciematam uzdāvinājis 6 saules kolektorus un divas 400 l karstā ūdens tvertnes

    sanitārā ūdens sildīšanas vajadzībām (Seb.lv. Preses relīze 2009).

    2010. gadā Aizkrauklē darbu sācis viens no lielākajiem saules enerģijas kolektoriem

    Baltijā, kas ar Dānijas Enerģētikas aģentūras finansiālu atbalstu ir uzstādīts uz novada

    ģimnāzijas un pilsētas katlumājas jumtiem. Uz katlu mājas jumta ir izvietoti saules kolektori

    175 m2 platībā, un uz Aizkraukles novada ģimnāzijas jumta 33m2 platībā, un abi šie kolektori

    saražos siltumenerģiju līdz pat 3% apmērā no kopējā pilsētas siltuma slodzes vasaras periodā.

  • 26

    Tas ir pietiekams daudzums, lai varētu apgādāt ar karsto ūdeni vienu piecstāvu daudzdzīvokļu

    māju, taču ieguvums no saules enerģijas izmantošanas siltumražošanā ir būtiski atkarīgs no

    laika apstākļiem (Building.lv 2010).

    Savukārt saules kolektoru nozaru pārstāvji 2013. gada oktobrī nosūta atklātu vēstuli

    finanšu un ekonomikas ministriem kurā norāda: „Apkurē jau ir pazaudēti miljoni latu, kurus

    būtu bijis iespējams ietaupīt, saprātīgi rīkojoties ar Eiropas Savienības līdzfinansētajām ēku

    siltināšanas programmām.” SIA "Saules kolektors" tehniskais direktors un vēstules iniciators

    Dainis Millersons norāda, ka „nozares uzņēmumu mērķis ir panākt, lai no turpmākajām

    Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) finansētajām ēku siltināšanas programmām tiktu

    izņemti punkti, kas aizliedz uzstādīt saules kolektoru sistēmas.”( Latvijas reitingi.lv 2013)

    Kā atzīst firmas „Viessmann” tirdzniecības inženiere Jeļena Vobļikova: „Cilvēku

    interese par solārajām sistēmām pieaug katru gadu līdz ar kurināmā cenu strauju pieaugumu.

    Cilvēki nāk uz konsultācijām gan pie mums uz pārstāvniecību gan pie mūsu sadarbības

    partneriem. Šobrīd Latvijā ar saules kolektoriem gadā vidēji tiek aprīkoti vairāki simti

    objektu, turklāt tendence ir augoša - pieprasījums katru gadu pieaug par 50-100%.”

    (Wiessmann.lv 2014.)

    Saules enerģijas izmantošanas iespējas Latvijā un visā Baltijas reģionā tiek pētītas

    augstā zinātniskā līmenī. LZA Fizikālās enerģētikas institūta Enerģijas resursu laboratorijā,

    kuru vada viens no pazīstamākajiem saules enerģijas izmantošanas pētniekiem Latvijā –

    Dr.habil.sc. ing., prof. Pēteris Šipkovs šobrīd tiek turpināti dažādu saules kolektoru veidu

    darba ražīguma testēšanas pasākumi, izmantojot iekārtas, kas uzstādītas uz šīs ēkas jumta

    (picaso.lv).

    Pašlaik Latvijā pilotprojektu veidā uzstādīti 14 lielie saules kolektoru objekti. No

    tiemarī daudzi Vidzemes pusē, piemēram: saules kolektoru sistēma Mazsalacas vidusskolā,

    siltā ūdens sagatavošana VSAC „Vidzeme” pansionātā „Rūja”, saules kolektori siltā ūdens

    sagatavošana Rūjienas vidusskolā u.c. Tāpat Latvijā uztādītas 7 solārās siltimsūkņu sistēmas ,

    6 plakanie vakuma saules kolektori, 7 apkures sistēmas ar saules kolektoriem kā arī 4

    peldbaseini aprīkoti ar saules kolektoriem ūdens sildīšanai. Arī šobrīd ar ES projektu

    līdzfinasējumu daudzviet Latvijā (piem. SKII „Naukšēni”) tiek uzstādītas saules koletoru

    sistēmas. Saules kolektoru sistēma VSAC „Vidzemes pansionātā „Rūja”

    VSAC „Vidzeme”pansionātā „Rūja” projekts realizēts 2012. gada jūlijā ar KPFI 75%

    līdzfinansējumu. Sistēma sastāv no:

    · 25 gab. TS400 plakaniem vakuuma saules kolektoriem (skat.1.26. att.),

    · 2 gab. HSK1500 litri akumulācijas tvertnēm (skat. 1.26. att.),

    · kopējā sistēmas jauda: 36,2 kW,

    · kopējās projekta izmaksas 35 000Ls.

    Paralēli siltā ūdens sildīšanai pansionātā saules kolektoriem pieslēgti arī kurināšanas

    katli. Dienā kad apmeklēju pansionātu gaisa temperatūra bija +20°C, temperatūra kolektorā

  • 27

    +50°C, siltumnesēja (Tesola) temperatūra +32°C, bet ūdens temperatūra boilerī +20°C. Kā

    atzīst pansionāta „Rūja” saimniecības daļas vadītājs Andis Alziņš, šobrīd kolektoru jauda ir

    nepietiekama, jo ar silto ūdeni jānodrošina 250 klienti un arī 80 cilvēku personāls. Kopā 25

    TS 400 saules kolektori ar virsmas platību 50.70 m2 saražo 400m3 karsto ūdeni gadā. 400m3

    karstā ūdens ražošanai nepieciešama enerģija 20 MW/h. 1 MW/h vidēji maksā 43 EURO.

    Apkures ekonomija gadā ir 860 EURO. Tātad saules kolektori atmaksāsies ~40 gados (A.

    Alziņš pers. ziņojums).

    1.26. attēls: Saules kolektori un HSK1500 litri akumulācijas tvertnes VSAC „Rūja”

    Izpētot gan literatūrā aprakstītos, gan darbībā redzētos saules kolektorus var secināt, ka

    industriālo saules kolektoru cenas un sistēmas kopējās izmaksas nosaka katra ražotāja saules

    kolektoru konstrukcija, dizains, izmantotie materiāli.

    Mūsu klimatā atmaksājas tikai kvalitatīvi saules kolektori, kuru ražotāji dod 10 + gadus

    ilgu garantiju. To kalpošanas ilgums visticamāk būs 25 gadi un ilgāk. Šādi 2m2 lieli kolektori

    nemaksā mazāk par 600 EURO. Paši saules kolektori ir tikai viens no elementiem saules

    kolektoru sistēmā.

    Lai saules kolektori varētu darboties nepieciešams uzstādīt visu saules kolektoru

    sistēmu:

    · lai saules kolektorus piestiprinātu pie jumta vai uz citas virsmas, jāizmanto alumīnija

    vai cita nerūsējoša metāla nesošās konstrukcijas, kas vidēji diviem saules kolektoriem maksā

    400 EURO ,

    · solārais boileris, kas no parastā atšķiras ar konstrukciju un siltumizolācijas īpašībām, 2

    kolektoru sistēmā var maksāt 800 EURO,

    · sistēmas kontrolieris, kas nodrošina sistēmas automātisku darbību un siltumnesēja

    cirkulācijas sūkņu griešanās ātruma modulēšanu, atkarībā no sarežģītības un nepieciešamajām

    funkcijām maksā no 150 līdz pat 800 EURO,

    · kvalitatīvs un sertificēts solārais propilēnglikola šķidrums maksā 50 līdz 100 EURO,

    · hidromezgls 280-700 EURO,

    · nerūsējošā tērauda gofrētās caurules ar UV starojuma drošu siltumizolāciju 30 metri

    400 EURO.

    Tātad vidēji 4m2 liela saules kolektoru sistēmas uzstādīšana privātmājai var izmaksāt

    2680-3700 EURO un vairāk.

    Var secināt, ka industriāli pieejamās saules kolektoru sistēmas ir sarežģītas un dārgas,

    tādēļ savā darbā meklēšu lētāku un vienkāršāku risinājumu saules kolektora izveidei.

  • 28

    2.PROTOTIPA IZSTRĀDE SAULES ENERĢIJAS ŪDENS SILDĪTĀJAM

    2.1. Materiāli un metodes

    Praktiskā darba- paštaisīta saules kolektora būvēšana un iegūto rezultātu

    pētījuma laiks un vieta:

    Eksperiments veikts laikā no 2014. gada 20. februāra līdz 2014. gada 21. maijam VA.

    Tā kā industriālie saules kolektori ir dārgi, mans eksperimenta mērķis ir izveidot

    vienkāršas darbības automatizētu saules kolektoru ar daudz lētākām izmaksām.

    Eksperimentāli izgatavotais saules kolektors ir vaļēja, aktīva sistēma, kur kā siltumnesējs tiek

    izmantots pats ūdens. Saules kolektora būvniecībai tiek izmantots vecs loga rāmis ar stiklu,

    putuplasts, vislētākā dārza šļūtene 50 m gara, melna krāsa, vecs ūdens boileris. Lai

    nodrošinātu efektīvāku kolektora darbību kolektora būvniecībai tiek izmantoti automātikas

    elementi; cirkulācijas sūknis, termostats un komutācijas relejs.

    Eksperimentā izmantotie materiāli skat. 2.1 tab.: 2.1. tabula

    Eksperimentā izmantotie materiāli

    Materiāli Tehniskie parametri

    Loga rāmis

    70mm x 130 mm

    Finiera saplāksne

    70mm x 130 mm x 10 mm

    Akmens vate

    Rockwool Rockmin

    Plus

    70mm x 130 mm x 100mm

    Savilcējlentas

    10m

    Zaļa dārza laistāmā šļūtene

    Garums 50m, šļūtenes iekšējais

    diametrs Ø18 mm

    Alumīnija līmfollija

    50 mm x 10 m

  • 29

    Materiāli Tehniskie parametri

    Melna VIVA

    COLOR krāsa

    Izjaucamie

    savienojumi ar

    iekšējo un ārējo vītni

    DN 16

    DN 20

    Kapara caurules

    40cm garas

    Ø17mm

    Cauruļu siltumizolācija SANFLEX

    400mm

    Ø20 mm

    Lietots

    elektriskais,

    horizontālais boileris KRISTAL

    Tilpums 100 L

    Pretvārsts DNB 20

    Ø 18 mm

    Drošības vārsts

    ¾” 3 bar

    Mehāniskais pasīvais termostats ar bimetāla slēdzi TAS-AR

    T +20°C - +80°C

    250V-15A

    Cirkulācijas sūknis GRUNDFOS UPS

    25-20

    Ražība 0.2-1.8 m3/h

    Spiediens Max. Bar. 10

    Bimetālais termometrs T25

    Iegremd. daļa L – 25mm

    Mērišanas diapazons 0- 120°C

    Štucers: ass; radiāls

    Komutācijas relejs M230 AC4

    Vadības spriegums

    Darbības temperatūra

    Komutācijas jauda

  • 30

    2.2. Saules kolektora gatavošanas darba gaita

    1.Dubultloga sānos izurbt divus caurumu, ieejošai un izejošai ūdens šļūtenei .

    2.Sākotnēji apakšējo loga stiklu nolīmē ar alumīnija līmfoliju. Tomēr stikls neiztur

    līmēšanas procesu un saplīst. Stikla vietā loga rāmī ievieto finiera saplāksni un pieskrūvē.

    Saplāksni nolīmē ar alumīnija foliju.

    3.Lai saules kolektors vēl labāk absorbētu saules enerģiju alumīnija foliju nokrāso ar

    melnu krāsu.

    4. Pie loga finiera saplākšņa pieskrūvē koka līstes, lai izveidotu vietu kolektora

    siltinājumam.

    5. Kolektora siltināšanai izmantota 100mm biezuma akmens vati un putuplastu.

    Siltinājuma nostiprināšanai uzliek otru finiera saplāksni, nostiprina ar savilcējlentām un

    pieskavo pie loga rāmja.

    6.Logā ieklāj 50 metrus garu, zaļu dārza ūdens šļūteni ar iekšējo diametru Ø18mm.

    Šļūteni nostiprina ar savilcējlentām, pieskavo pie finiera saplāksnes.

    7.Šļūteni nokrāsota ar melno krāsu.

    8.Ūdens boilera galā iemetina 2 caurules: aukstā ūdens ņemšanai no boilera un siltā

    ūdens ieplūdei boilerī no kolektora.

    9.Lai precīzāk nodrošinātu temperatūras mērīšanu no kolektora izejošo šļūtenes galu

    pārgriež un šļūtenē ievieto 17mm diametra kapara cauruli. Pie kuras ar cauruļu

    siltumizolācijas materiālu SANFLEX tiek piestiprināts un noizolēts no apkārtējās vides

    mehāniskais pasīvais termostats ar bimetāla slēdzi.

    10. Starp boileri un kolektoru ievieto cirkulācijas sūkni, starp boileri un auksto ūdens

    pievadu ievieto pretvārstu un drošības vārstu, kuri nodrošina spiedienu sistēmā.

    11.Sistēmā tiek ievietoti bimetāla termometri T-25: boilera ieejoša vadā, izejoša vadā un

    boilerī.

    12. Termoregulatoru un sūkni savieno ar releju (skat.1-3 pielikums) .

    .

    2.1. attēls: Saules kolektors

  • 2.3. Saules kolektora shēma

    `

    Drošības vārsts 3 bar – 1 gab.

    Termostats TAS-AR – 1gab.

    Krāni - 3gab.

    Sūknis GRUNDOFS UPS 25-20

    2.2. attēls: Saules kolektora shēma Termometri T25- 3gab.

    Pretvārsts DNB 20 – 1gab

    31 Relejs M230 AC4 - 1gab

    TE

    TE

    No esošā aukstā ūdensvada ievada

    Karstais,

    uzsildītais ūdens Drošības vārsts 3bar

    Sūknis GRUNDOFS UPS 25-20 L=0.6m

    3/h: H 0.5m ūd.st., N=25kW

    Saules kolektors

    70mmx 130mm Termostats TAS-AR

    Relejs M230 AC4

    AC4AC4

    Termometri T25

    Ūdens boileris 0.1 m

    3

    Krāni

    Pretvārsts DNB 20

  • 2.4. Saules kolektora darbības princips.

    1. Eksperimentāli izgatavotā saules kolektora sistēma ir vaļēja, aktīva sistēma,

    kur kā siltumnesējs tiek izmantots pats ūdens.

    2. Kad ūdens temperatūra saules kolektorā sasniedz +40°C, termostats, caur

    releju, ieslēdz sūkni.

    3. Ieslēdzoties sūknim, sasildītais ūdens no kolektora tiek aizpumpēts uz boileri,

    savukārt auksto ūdeni no boilera apakšas aizsūknē uz kolektoru.

    4. Kad ūdens temperatūra kolektorā nokrītas zem +30°C, sūknis izslēdzas.

    5. Process atkārtojas, līdz ūdens boilerī ir sasniedzis nepieciešamo ūdens

    temperatūru.

    6. Kad siltais ūdens no boilera tiek patērēts, no aukstā ūdens pievada sistēmas

    boilerī ieplūst aukstais ūdens.

    7. Pretvārsts nodrošina ūdens aizplūšanu no boilera (skat. 2.2.att.).

    2.5. Automātiskās vadības izvēles princips

    No automātikas elementiem izvēlos 2 temperatūras sensorus un

    kontrolieri. Automātikas darbības princips: kad temperatūra pie kolektora izejas Tk (augšā)

    ir+ 3°C lielāka par temperatūru ūdens boilerī Tt (Tk>Tt + 3°C jeb Tk-Tt>3°C),

    tad temperatūras devējs dod impulsu kontrolierim, kas savukārt ieslēdz

    sūkni. Kad temperatūra izlīdzinās (Tk~Tt), automātika izslēdz sūkni.

    Taču sazinoties ar tehniskajām firmām „Lāsma” un „SLO” izrādās, ka lētākie

    kontrolieri maksā 130-150 EURO, tādēļ izvēlos lētāku variantu: termostatu un komutācijas

    releju.

    2.5.1. Termostata izvēle

    Izvēlos mehānisko pasīvo termostatu TAS–AR ar bimetāla slēdzi, kas izolēts no

    mainīgās ārējās vides (skat. 2.5. att.). Šādu termostatu izvēlos, jo tas krietni vien samazinās

    kolektora automātikas izmaksas. Šis termostats vienlaicīgi veiks divas funkcijas: temperatūras

    kontroli un sūkņa ieslēgšanas, izslēgšanas funkciju.

    Bimetāla slēdzis saslēdz elektrisko ķēdi (termostatu, sūkni), ja ūdens kolektorā uzsilis

    virs +40°C temperatūras. Kad ūdens kolektorā atdziest zem +30°C slēdzis atvieno sūkni līdz

    ar to pārtraucot ūdens aukstā ūdens padevi kolektoram.

    2.5. attēls: Termostats TAS -AR

    32

  • 33

    2.5.2. Releja izvēle.

    Lai nodrošinātu pareizu saules kolektora automātikas darbību, nepieciešams

    komutācijas relejs. Relejs nepieciešams, lai nodrošinātu sūkņa ieslēgšanās, izslēgšanās

    darbību, pretēji termostata darbībai.

    Komutācijas relejs M230 AC4 ir elektromehāniska ierīce, kas paredzēta elektrisko ķēžu

    komutācijai (skat. 2.6. att.). Relejs sastāv no kontaktiem, ko pārslēdz ar solenoīda veida

    elektromagnēta palīdzību, izmantojot enkuru no magnētiska materiāla. Komutācijas releja

    M230 AC4 tehniskos datus skat. 2.3. tab.

    2.6. attēls: Komutācijas releja M230 AC4

    2.3 tabula

    Komutācijas releja M230 AC4 tehniskie dati

    Vadības spriegums 230 VAC Darbības temperatūra -40...+55 °C Komutācijas jauda 250 VAC 6 A Izmēri W x H x D 6.2 x 93 x 75.6 mm

    2.5.3. Sūkņa izvēle

    Cirkulācijas sūkņa GRUNDFOS UPS 25-20 īss apraksts un darbības princips.

    Kolektoram izvēlos GRUNDFOS UPS 25-20 markas vienpakāpju, vienpusēju,

    zemspiediena cirkulācijas sūkni ar ražīgumu 0,6 m3/h.

    Sūknis sastāv no korpusa, darba rata ar izliektām lāpstiņām, plāksnītēm, kas izvietotas

    uz vārpstas, sūccaurules, spiedcaurules. Ūdeni sūknim pievada centrā, bet no korpusa izvada

    pa pievienoto īscauruli. Darba ratam rotējot, lāpstiņas pārnes mehānisko enerģiju uz šķidrumu

    un tas sāk pārvietoties centrbēdzes spēka ietekmē no centra uz perifēriju un iekļūst izplūdes

    caurulē. Līdz ar to pie ieplūdes darba ratā rodas retinājums un šķidrums atmosfēras spiediena

    ietekmē pa ieplūdes cauruli pieplūst sūknim (skat.2.3. att.).

  • 34

    2.3. attēls: Cirkulācijas sūkņa GRUNDFOS UPS 25-20 uzbūve,

    elektrības pieslēguma shēma Avots: (Grundofs.lv 2014)

    2.2. tabula

    Tehniskie parametri GRUNDFOS UPS 25-20

    Dati Parametri

    Ražība m3/h 0.2-1.8 Spiediens Max, Bar 10

    Jauda (3 ātrumi), kW 25, 40, 65

    Kā redzams 2.4. att., lai nodrošinātu izgatavotā saules kolektorā ūdens plūsmu

    nepieciešama spiediena starpība starp ieeju un izeju no kolektora. Sūknim GRUNDFOS UPS

    25-20 ir 3 ieejas jaudas: 25W, 40W, 60W. Kolektora ūdens cirkulācijas nodrošināšanai

    izvēlos 1 ātrumu ar jaudu 25W.

    2.4. attēls: Sūkņa GRUNDFOS UPS 25-20 darbības raksturlīknes

    Avots: (Grundofs.lv 2014)

  • 35

    2.5.4. Automātikas darbības princips

    1. Kad temperatūra kolektorā ir zem +30°C, termostata slēdzis ir saslēgts un strāva

    tiek padota uz releja elektromagnētisko spoli, līdz ar to atslēdzot sūkni no

    sprieguma.

    2. Kad temperatūra kolektorā sasniedz +40°C termostata slēdzis atveras un pārtrauc

    sprieguma padevi uz spoli. Releja kontakts saslēdzas un spriegums tiek padots

    uz sūkni. Sūknis ieslēdzas un darbojas līdz kolektora ūdens temperatūra nokrītas

    līdz +30°C (skat. 2.7. att).

    2.7. attēls: Saules kolektora automātikas darbības princips

    Ø

    Ø

    O

    T

    N

    L

    N

    L

    Ø

    1

    .

    2

    .

    Nulle

    Fāze Zemējums

    Komutācijas relejs M230 AC4

    Termostats TAS-AR

    1

    . 2

    .

  • 36

    2.6. Saules kolektora efektivitāte Eksperimentāli novēroju saules kolektora darbību no 2014. gada 17.-30. aprīlim.

    Siltākajās dienās, kad gaisa temperatūra sasniedza +20°C, ūdens boilerī uzsila līdz

    +33...+37°C temperatūrai.

    Dienās, kad gaisa temperatūra noslīdēja zem +20°C, ūdens temperatūra nokritās zem

    +30°C (skat.2.8. att.).

    2.8. attēls: Boilerī uzsildītā ūdens temperatūra attiecībā pret gaisa temperatūrām

    Aprīļa mēnesī likās, ka saules kolektors darbojas nevainojami, taču maija otrajā pusē,

    kad gaisa temperatūra sasniedz +30°C, parādījās arī trūkumi automātikas izvēlē. Kad gaisa

    temperatūra ārā uzkarsa līdz +30°C, temperatūra kolektorā sasniedza pat +50°C un sasildīja

    ūdeni boilerī virs +40°C, līdz ar to sūknis darbojās nepārtraukti, neizslēdzoties. Šinī gadījumā

    varētu pārregulēt termostata ieslēgšanās funkciju uz augstāku temperatūru, bet aukstākajās

    dienās atkal būtu jāpārregulē uz zemāku temperatūru. Tas būtu ļoti neparocīgi. Man

    secinājums, ka tomēr labāk būtu bijis izvēlēties sākotnējo variantu kur kā automātikas

    elementi būtu 2 temperatūras sensori un regulējošais bloks vai arī pašam veidot kontrolējošo

    bloku uz arduino bāzes.

  • 37

    2.7. Saules kolektora ekonomiskais novērtējums

    Saules kolektora izmaksas skat. 2.4. tab.

    2.4. tabula

    Saules kolektora izmaksas

    Materiāli Cena (EURO)

    Loga rāmis 0.00

    Finiera saplāksne 0.00

    Akmens vate 0.00

    Savilcējlentas 1.20

    Zaļa dārza laistāmā šļūtene 50m 27.43

    Alumīnija līmfollija 3.00

    Melna krāsa 1.70

    Izjaucamie savienojumi ar iekšējo un ārējo vītni 25.20

    Kapara caurules 2.40

    Cauruļu siltumizolācija SANFLEX 0.40

    Lietots elektriskais, horizontālais boileris KRISTAL 0.00

    Pretvārsts DN 15 1.78

    Drošības vārsts 3 bar 4.36

    Mehāniskais pasīvais termostats ar bimetāla slēdzi TAS-AR

    9.93

    Cirkulācijas sūknis GRUNDFOS UPS 25-20 100.83

    Bimetālais termometrs T63 9.00

    Komutācijas relejs M230 AC4 11.00

    KOPĀ IZMAKSAS ∑ EURO 198.23

    Paškonstruēts, automatizēts saules kolektors izmaksāja 198.23 EURO. Vislielākās

    izmaksas 100.83 EURO sastādīja cirkulācijas sūknis.

    Pie gaisa temperatūras +20°C, pašgatavotais saules kolektors spēj dienā sasildīt vismaz

    100 litrus siltā ūdens ar temperatūru +37°C un vairāk. Turklāt saules kolektors efektīvi

    darbojās ne tikai saulainajās, bet arī mākoņainajās dienās. Šāds saules kolektors no aprīļa līdz

    septembrim spēs nodrošināt privātmāju ar siltu ūdens dušu, ļaujot ietaupīt elektrības izmaksas

    ūdens sildīšanai.

  • 38

    SECINĀJUMI

    1) Latvijas platuma grādos saules enerģiju var veiksmīgi izmantot kā videi

    nekaitīgu, alternatīvu energoresursu, jo Latvijas teritorijas m2 gadā vidēji saņem

    1100 kWh saules enerģijas, no kuras elektroenerģijā var pārvērst 150 kWh , kas

    ir nedaudz vairāk kā citās Skandināvijas valstīs;

    2) Visefektīgākie Latvijas platuma grādos ir plakanie vakuuma saules kolektori, jo

    Vakuuma kolektori atšķirībā no plakanajiem absorbē ne tikai saules starus, bet

    arī infrasarkanā siltuma starojumu, tāpēc ar 20% jaudu darbojas arī ziemā.

    3) Eksperimentāli izgatavots, automatizēts saules kolektors izmaksāja 198.23

    EURO. Pie gaisa temperatūras +20°C, pašgatavots saules kolektors spēj dienā

    sasildīt vismaz 100 litrus ūdens ar temperatūru +37°C un vairāk;

    4) Apkopojot pētījuma rezultātus secināju, lai uzlabotu paškonstruētā saules

    kolektora efektivitāti:

    · no automātikas elementiem labāk (par termostatu un releju) būtu izvēlēties

    temperatūras sensorus un kopā ar regulējošo bloku vai pašam veidot

    kontrolējošo bloku uz arduino bāzes;

    · lai aukstajās, vējainajās dienās kolektora sistēmā būtu mazāki siltuma zudumi

    nepieciešams nosiltināt no kolektora izejošās caurules un nohermetizēt loga

    rāmi;

    · efektīvāk dārza šļūtenes vietā kolektora izgatavošanai būtu izmantot materiālu

    ar labāku siltumvadītspēju, piemēram, kapara caurules. Taču, līdz ar to,

    kolektora izmaksas pieaugtu vismaz par 200-300 EURO.

    5) Pašgatavots saules kolektors ir lielisks papildinājums energoapgādei, jo:

    · saules enerģijas izmantošana ir bezmaksas,

    · enerģijas ražošanas procesā nerodas emisijas un atkritumi,

    · samazinās karstā ūdens rēķini,

    · netiek noplicināti dabas resursi.

  • IZMANTOTĀ LITERATŪRA 1. Kancevica L., Aboltins A.. 26-27 May, 2011 Substantion for construction of solar

    collector with reflectors Latvia University of Agriculture, Jelgava, 326-329 pp.

    2. Lane T. and Olson K. Homepower Magazine. 2002. "Solar hot water for cold

    climates: Part II – Drainback systems". 86: 62–70.

    3. Moskvins G. 2008. Mācību līdzeklis studiju priekšmetā „Automatizācija”, Jelgava

    LLU Tehniskā fakultāte, 99-100 lpp.

    4. Mojiri Ahmad, Taylor A. Robert, Thomsen Elizabeth, Gary Rosengarten. December

    2013 Spectral beam splitting for efficient conversion of solar energy—A review,

    Renewable and Sustainable Energy Reviews. Pages 654–663

    5. Shipkovs P., Esbensen T., Kashkarova G., Lebedeva K., Shipkovs J. 2005. Solar

    energy use in Latvian conditions. Journal of applied research official journal of

    Lithuanian Applied Sciences Academy, Lithuania, Nr. 2, 68-73 pp.

    6. Šipkovs P.. 2007. Atjaunojamo energoresursu izmantošana Latvijas apstākļos. Rīga.

    15-21 lpp.

    7. Šipkovs P., Kaškarovs D., Šipkovs J. 1999. Saules enerģijas izmantošanas iespējas

    Latvijā. LZA, LLA un MZA, LLU. Simpozija referātu krājums. Jelgava, 5 lpp.

    8. Trinkl, Christoph, Wilfried Zörner, Claus Alt, Christian Stadler "Performance of

    Vacuum Tube and Flat Plate Collectors Concerning Domestic Hot Water Preparation

    and Room Heating". 2nd European Solar Thermal Energy Conference 2005

    (estec2005). CENTRE OF EXCELLENCE FOR SOLAR ENGINEERING at

    Ingolstadt University of Applied Sciences. Retrieved 2010-08-25

    9. Pun Ghedia April 25, 2013 posted to University of South Wales Renewable and

    Sustainable Energy · http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php 19.02.2014.

    10. Sauleskolektors.lv . Pieredzes grāmata – SlideShare. 2013. gada 27. marts

    http://www.slideshare.net/sauleskolektorslv/sauleskolektorslv-pieredzes-grmata

    20.02.2014.

    11. Syn City Hot, Water Solar Hot Water Systems.

    http://www.suncityhotwaterplumbing.com.au/solar_hot_water_systems 20.02.2014.

    12. Baxi Group. Solārās sistēmas. http://www.jana.lv/f/uploads/SOLLV.pdf 21.02.2014.

    13. Heliodyne. 2013. Solar Flat Plate vs. Evacuated Tube Collectors.

    http://eventhorizonsolar.com/pdf/FlatvsEvac.pdf 20.02.2014.

    14. Apricus Solar hot water. Solar Collector.

    http://www.apricus.com/html/solar_collector.htm 21.02.2014.

    15. Sauleskolektors.lv. Saules kolektors.

    http://sauleskolektors.lv/lv/par_kolektoriem/tipi.html 22.02.2014.

    16. SelSol. Alternatīvās tehnoloģijas. http://www.selsol.lv/saules-kolektori 22.02.2014.

    17. Word press.com. a. 2009. gada 1. okt. Saules kolektors 1 daļa.

    http://andzja.wordpress.com/2009/10/01/saules-kolektors-1-dala/ 22.02.2014.

    39

  • 18. Belarusin web portalon renewable energy. Solar energy overview.

    http://re.buildingefficiency.info/en/solar-energy-overview/ 23.02.2014.

    19. Building.lv. Termosolārie risinājumi. http://www.building.lv/news/267-saules-

    energijas-izmantosana/94874-termosolarie-risinajumi-jeb-saules-energija-silta-udens-

    sagatavosanai-un-pamata 25.02.2014.

    20. Power Magazine. On 26, January 2012. Solar Water Heating System Basics Home

    http://www.homepower.com/articles/solar-water-heating/basics/what-solar-water-

    heating 25.02.2014.

    21. Word press.com. b Saules bateriju/paneļu sistēmas.

    http://andzja.wordpress.com/2009/10/19/ 25.02.2014.

    22. Lāsma. Termostats. http://www.lasma.lv/lat/termostats/412-elko-ep-ter-9-digitalais-

    termostats/ 26.02.2014.

    23. Elkoep. http://www.elkoep.ru/produkcija/inels-bus-system/ 27.02.2014.

    24. Junkers. Saules enerģija. http://www.junkers.lv/produkti/tehnikas-darbibas-

    principi/solara-energija.html 26.02.2014.

    25. ACA.LV. Izmantojam saules enerģiju. 2008. gada 23. Marts: aktīvās sistēmas

    http://www.allconstructions.com/.../ izmantojam-saules-energiju-aktivas-sistemas

    28.02.2014.

    26. LIKUMI. LV. MK Nr.38 „Noteikumi par Latvijas būvnormatīvu LBN 222-99

    "Ūdensapgādes ārējie tīkli un būves"” 01.02.2000. ar grozījumiem www. likumi.lv

    28.02.2014.

    27. Renewable Energy. Policy Network for the 21st Century

    http://www.ren21.net/REN21Activities/GlobalStatusReport.aspx?gclid=COHh39WE-

    bwCFWbqcgodVjkA0g 01.03.2014.

    28. SEB. Preses relīzes. 2009. gada 19. augusts. Ar SEB bankas un JUNKER palīdzību

    Valmieras SOS bērnu ciematā http://seb.lv/lv/about/press-centre/press-

    releases/y2009/june/news19082009a/ 03.03. 2014

    29. Building.lv. 2010. gada 4. okt. Saules kolektori Aizkrauklē.

    http://www.building.lv/news/206-atjaunojamo-energoresursu-izmantosana-vel-tals-

    cels-ejams/109682-saules-kolektori-aizkraukle 03.03.2014.

    30. Latvijas reitingi. 2013. gada 17. okt. Saules kolektoru nozare: Apkurē pazaudēti

    miljoni . http://www.reitingi.lv/lv/news/ekonomika/84454-saules-kolektoru-nozare-

    apkure-pazaudeti-miljoni.html 05.03.2014.

    31. Wiessman. Saules kolektori strāvas ražošanai.

    http://www.viessmann.lv/lv/privatmaja/produkti/photovoltaik.html 05.03.2014.

    32. PICASO.LV. Saules enerģijas izmantošana pasaulē un Latvijā

    http://www.picaso.lv/lv/nozares-jaunumi/86-saules-enerijas-izmantoana 05.03.2014.

    33. GRUNDFOSShttp://www.akvedukts.lv/userfiles/image/Informacija/RK/RK_UPS_25

    _20.pdf 22.04.2014

    40

  • PIELIKUMI

  • I PIELIKUMS.

    SAULES KOLEKTORA GATAVOŠANAS DARBA GAITA

    1. attēls: Caurumu izurbšana un finiera saplākšņu pieskrūvēšana loga rāmim

    2. attēls: Finiera saplākšņa nolīmēšana ar alumīnija foliju, nokrāsošana

    3. attēls: Loga rāmja nosiltināšana

  • II PIELIKUMS.

    SAULES KOLEKTORA GATAVOŠANAS DARBA GAITA

    1. attēls: Šļūtenes ieklāšana loga rāmī, nokrāsošana

    2. attēls: Kapara caurules ievietošana, termostata piestiprināšana, noizolēšana

    3. attēls: Pretvārsta, sūkņa pievienošana

  • III PIELIKUMS.

    SAULES KOLEKTORA GATAVOŠANAS DARBA GAITA

    1. attēls: Bimetāla termometru ievietošana, releja pievienošana

    2. attēls: Saules kolektors

  • IV PIELIKUMS. APLIECINĀJUMS PAR AUTORA MANTISKO TIESĪBU NODOŠANU

    APLIECINĀJUMS par Autora mantisko tiesību nodošanu

    Saskaņā ar Autortiesību likuma 15.pantu, kas nosaka mantiskās tiesības, kuras Autors var nodot trešajām personām, piekrītu nodot Vidzemes Augstskolai šādas mantiskās tiesības attiecībā uz savu darbu: (lūdzu aizpildīt, atzīmējot ar „x”)

    x Publiskot darbu – jebkura darbība, ar kuru tieši vai ar attiecīgas tehniskas ierīces palīdzību darbs, izpildījums, fonogramma vai raidījums tiek padarīts pieejams sabiedrībai;

    x Publicēt darbu – darbība, ar kuras palīdzību darba kopijas ar autora piekrišanu kļūst pieejamas sabiedrībai;

    x Publiski izpildīt darbu

    – darba vai atskaņojums vai kā citādi tieši vai ar jebkuras tehniskas ierīces palīdzību vai procesa starpniecību veikts izmantojums publiski;

    x Izplatīt darbu – darbība, ar kuru darba oriģināls vai kopija tiek pārdota vai citādi atsavināta (piemēram, dāvinājums);

    x Padarīt darbu pieejamu sabiedrībai pa vadiem vai citādā veidā tā, ka tam var piekļūt individuāli izraudzītā vietā un individuāli izraudzītā laikā

    x Tulkot darbu – rakstītā vai runātā vārda, teksta satura, jēgas, domas (ieskaitot zemtekstus u. c.) izteikšana ar citas valodas līdzekļiem;

    x Iznomāt, izīrēt un publiski patapināt datorprogrammu

    – darba oriģināla vai tā kopiju izmantotāja darbība, ar kuras palīdzību darbs ar sabiedrībai pieejamu iestāžu starpniecību uz ierobežotu laiku tiek padarīts pieejams neierobežotam personu lokam bez mērķa gūt tiešu vai netiešu ekonomisku vai komerciālu labumu;

    x Īslaicīgi vai pastāvīgi reproducēt datorprogrammu

    – darba vienas kopijas vai vairāku kopiju izgatavošana ar jebkuriem līdzekļiem jebkādā formā un mērogā, pilnībā vai daļēji, arī darba vai tā daļas īslaicīga vai pastāvīga uzglabāšana elektroniskā veidā.

    x Tulkot, adaptēt un jebkādi citādi pārveidot datorprogrammu un reproducēt šādi iegūtos rezultātus

    Darba autors: Mārtiņš Ozols / / autora vārds un uzvārds paraksts datums

    Kvalifikācijas darbs

    VIENKĀRŠAS DARBĪBAS PRINCIPA AUTOMATIZĒTS SAULES ENERĢIJAS ŪDENS SILDĪTĀJS

    darba nosaukums

    izstrādāts Vidzemes Augstskolas inženierzinātņu fakultātē.

  • V PIELIKUMS. APLIECINĀJUMS PAR DARBA ATBILSTĪBU

    APLIECINĀJUMS par darba atbilstību

    Ar savu parakstu apliecinu, ka darbs izstrādāts patstāvīgi un tajā ir atsauces uz visām

    izmantotajām citu autoru atziņām un datiem. Darbs izstrādāts saskaņā ar VIA ētikas

    pamatprincipiem, Studējošo akadēmiskās ētikas nolikumam un fakultātes metodiskajiem

    norādījumiem. Apzinos, ka plaģiāta konstatēšanas gadījumā darbs tiks noraidīts.

    Iesniedzot darbu, uzņemos atbildību par jebkuras konfidenciālas informācijas, kas iegūta

    darba izstrādes gaitā, neizplatīšanu.

    Kvalifikācijas darbs

    VIENKĀRŠAS DARBĪBAS PRINCIPA AUTOMATIZĒTS SAULES ENERĢIJAS ŪDENS SILDĪTĀJS

    darba nosaukums

    izstrādāts Vidzemes Augstskolas inženierzinātņu fakultātē.

    Darba autors: Mārtiņš Ozols / / autora vārds un uzvārds paraksts datums

    Darbs iesniegts fakultātē / /

    fakultātes vecākā speciālista vārds un uzvārds paraksts datums

    Rekomendēju

    darbu aizstāvēšanai Dr. Sc. ing., docents Arnis Cīrulis / / (aizpildīt, ja fakultātē noteikts) darba vadītāja zinātniskais grāds, vārds un uzvārds paraksts datums

    Darbs aizstāvēts 2014.gada ___. ___________ ar vērtējumu ( )

    vērtējums cipariem vērtējums vārdiem

    Valsts pārbaudījumu komisijas priekšsēdētājs (bakalaura un maģistra darbam)

    / /

    vai studiju programmas

    direktors (gada projektam)

    valsts pārbaudījumu komisijas priekšsēdētāja vai

    studiju programmas direktora vārds, uzvārds

    paraksts datums

  • RECENZIJA INŽENIERZINĀTŅU FAKULTĀTES KOLEDŽAS STUDIJU PROGRAMMAS

    KVALIFIKĀCIJAS DARBA

    RECENZIJA

    Recenzents: vārds, uzvārds, grāds _________________________________________________ Darba autors (i): _______________________________________________________________

    Darba nosaukums: _____________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    1. Vai ir noformulēts darba mērķis, darba uzdevumi, uzrādīti darba rezultāti, secinājumi _____ ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    2. Darba būtība _______________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    3. Darba struktūra (uzskaitījums) _________________________________________________ ____________________________________________________________________________

    4. Autora teorētiskās zināšanu novērtējums _________________________________________ ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    5. Autora tehniskās zināšanu un prasmju novērtējums _________________________________ ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    6. Vai darbā izmantotā argumentācija ir pārliecinoša un konsekventa? Vai šai argumentācijai seko loģiski slēdzieni un secinājumi? ______________________________________________ ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    7. Darba valoda (vai ir zinātniska darba valoda, skaidri izteikta doma, gramatiskās kļūdas). ___ ____________________________________________________________________________

    8. Darba noformējuma un struktūras atbilstība noteikumiem (titullapa, literatūras saraksts, atsauces, tabulas, attēli) ________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    9.Recenzenta jautājumi: _________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    ____________________________________________________________________________

    10. Novērtējums, ieteicamā atzīme ________________________________________________ ____________________________________________________________________________

    Rezenzents _____________________

    Datums ________________________