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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Collecteurs solaires. Collecteurs d'air. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Les capteurs à air ont l'avantage d'éviter les problèmes de gel et d'ébullition dont souffrent parfois les systèmes de fluides. Bien qu'une fuite de liquide de refroidissement dans un collecteur d'air soit plus difficile à repérer et à réparer, c'est moins un problème qu'une fuite de liquide. Les systèmes à air utilisent souvent des matériaux moins chers que les systèmes liquides, tels que les vitrages en plastique, car la température de fonctionnement est plus basse.
Les capteurs à air sont de simples capteurs plats et sont principalement utilisés pour le chauffage des locaux et le séchage des produits agricoles. Les plaques absorbantes dans les capteurs à air sont des panneaux métalliques, des écrans multicouches, y compris ceux en matériaux non métalliques. L'air traverse l'absorbeur par convection naturelle ou sous l'influence d'un ventilateur. L'air étant un moins bon conducteur de chaleur que le liquide, il transfère moins de chaleur à l'absorbeur que le fluide caloporteur. Certains chauffe-air solaires ont des ventilateurs fixés à la plaque absorbante pour augmenter la turbulence de l'air et améliorer le transfert de chaleur. L'inconvénient de cette conception est qu'elle consomme de l'énergie pour faire fonctionner les ventilateurs, augmentant ainsi les coûts d'exploitation du système. Dans les climats froids, l'air est dirigé dans l'espace entre la plaque absorbante et la paroi arrière isolée du capteur : ainsi, la perte de chaleur à travers le vitrage est évitée. Cependant, si l'air n'est pas chauffé de plus de 17°C au-dessus de la température extérieure, le fluide caloporteur peut circuler de part et d'autre de la plaque absorbante sans grande perte d'efficacité. Les principaux avantages des capteurs à air sont leur simplicité et leur fiabilité. De tels collecteurs ont un dispositif simple. Avec des soins appropriés, un collecteur de qualité peut durer de 10 à 20 ans et est très facile à gérer. Un échangeur de chaleur n'est pas nécessaire car l'air ne gèle pas. Cependant, l'utilisation des chauffe-air solaires est encore limitée au chauffage des locaux et au séchage des produits agricoles, principalement dans les pays en développement. Plusieurs facteurs limitent l'utilisation plus large des collecteurs d'air à l'échelle industrielle. Parmi eux, une grande surface de collecteurs en raison de la faible densité et de la faible chaleur spécifique du liquide de refroidissement par air par rapport au liquide; le besoin d'un long conduit; forte demande d'électricité pour conduire l'air à travers le collecteur, ainsi que la difficulté de stocker la chaleur. Les régions avec un rayonnement solaire relativement faible et de longues périodes de mauvais temps ont besoin de chaleur supplémentaire ; de ce fait, le coût d'investissement augmente tellement qu'il limite la compétitivité des capteurs solaires par rapport aux systèmes de chauffage traditionnels. Un moyen potentiel de réduire le coût des capteurs est de les intégrer dans les murs ou les toits des bâtiments, ainsi que de créer des capteurs pouvant être assemblés à partir d'éléments préfabriqués. le principe de fonctionnement Les capteurs solaires à air peuvent être divisés en groupes selon le mode de circulation de l'air. Dans le plus simple d'entre eux, l'air passe par le collecteur sous l'absorbeur. Ce type de capteur ne convient que pour élever la température de 3 à 5°C due à une forte perte de chaleur à la surface du capteur par convection et rayonnement. Ces pertes peuvent être considérablement réduites en recouvrant l'absorbeur d'un matériau transparent à faible conductivité infrarouge. Dans un tel collecteur, le flux d'air s'effectue soit sous l'absorbeur, soit entre l'absorbeur et le couvercle transparent.
Grâce au couvercle transparent, le rayonnement thermique de l'absorbeur est légèrement réduit, mais en raison de la réduction des pertes de chaleur par convection, une élévation de température de 20-50°C en fonction de la quantité de rayonnement solaire et de l'intensité du flux d'air. Une réduction supplémentaire des pertes de chaleur peut être obtenue en faisant passer le flux d'air à la fois au-dessus et au-dessous de l'absorbeur, car cela double la surface de transfert de chaleur. La perte de chaleur due au rayonnement est ainsi réduite du fait de la température réduite de l'absorbeur. Cependant, dans le même temps, il y a également une diminution de la capacité d'absorption de l'absorbeur due à l'accumulation de poussière si le flux d'air passe des deux côtés de l'absorbeur. Certains capteurs solaires réduisent les coûts en supprimant le vitrage, le caisson métallique et l'isolation thermique. Un tel collecteur est constitué de tôles perforées noires, qui permettent d'obtenir un bon transfert de chaleur. Le soleil chauffe le métal et le ventilateur aspire l'air chauffé à travers des trous dans le métal. De tels collecteurs de différentes tailles sont utilisés dans les maisons privées. Un collecteur typique mesurant 2,4 mètres sur 0,8 mètres peut chauffer 0,002 m3 d'air extérieur par seconde. Par une journée d'hiver ensoleillée, l'air dans le collecteur se réchauffe de 28°C par rapport à l'extérieur. Cela améliore la qualité de l'air à l'intérieur de la maison, car le collecteur chauffe directement l'air frais provenant de l'extérieur. Ces collecteurs ont atteint un rendement très élevé - dans certaines applications industrielles, il dépasse 70 %. De plus, ils ne nécessitent pas de vitrage, d'isolation et sont peu coûteux à fabriquer.
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