Солнечные коллекторы для нагрева воды


    Солнечный коллектор для нагрева воды своими руками

    В этой публикации представлены результаты объемных исследований блогера Сергея Юрко. Показаны 3 солнечных коллектора, изготовленные мастером своими руками и наиболее эффективный из них – так называемый 3 пленочный коллектор, он нагревает воду до 60 градусов. Есть более простой 2 пленочный, и он способен доводить воду до 55 градусов. Самый простой и самый дешевый 1 пленочный, но он обеспечивает прогрев только до 35 или 40 градусов.

    Мастера покупают изобретения в лучшем китайском интернет-магазине.

    Стоимость одного квадратного метра этих примитивных коллекторов примерно в тысячу раз дешевле заводских аналогов, и поэтому возникает вопрос: а что же такого хорошего в фирменных коллекторах, что они стоят в тысячу раз дороже примитивных, которые может изготовить своими руками любой человек за несколько часов, потратив мизерные деньги.

    Будем сравнивать простые коллекторы с дорогими заводскими моделями по эффективности, экономической целесообразности и другим характеристикам. И далеко не всегда это сопоставление в пользу заводских устройств. Ролик на тему: сделаем простейшие солнечные коллекторы и посмотрим, на что они способны. А также выясним, при каких случаях имеет смысл отказаться от дешёвого солнечного тепла с этих примитивных конструкций, чтобы заплатив сотни или тысячи раз дороже, получить такой же эффект от более дорогих устройств.

    Личный интерес автора ролика к теме основан на предположении, что заводские солнечные коллекторы являются эволюционным тупиком солнечной тепловой энергетики, поскольку, например, солнечные батареи за последние несколько десятилетий подешевели больше чем в сто раз и график показывает процесс снижения цен. Электроника для самодельщиков в китайском магазине. Возникает мысль, что эволюция солнечных коллекторов пошла не по тому пути и поэтому имеет смысл вернуться к самым простым технологиям.

    3 простые конструкции коллекторов для нагрева воды от солнца

    Черная пленка является единственной, из чего состоит 1-пленочный примитивный коллектор, то есть на пленку наливается вода и очевидно, что во время солнца это вода нагреется. Её можно купить на базаре в любом городе. Мастер приобрел три квадратных метра за 15 гривен. Стоимость коллектора выходит 15 евро цент за квадратный метр.

    Но имеет смысл добавить еще одну – прозрачную пленку, которая покроет поверхность нагреваемой воды. Температура нагрева радикально увеличивается, поскольку вторая пленка останавливает испарение воды. Её продают на любом базаре для теплиц и из-за этого второго слоя стоимость коллектора увеличивается до 35 евро центов за квадратный метр.

    Но есть еще и 3 пленочный вариант и дополнительная пленка тоже является прозрачной, она увеличит стоимость коллектора до 55 евро центов за квадратный метр. Функция 3 пленки, как и у стекла заводского плоского коллектора, то есть между стеклом и черным абсорбером формируется слой воздуха толщиной несколько сантиметров, воздух является теплоизолятором.

    Сколько пленок нужно для хорошего нагрева воды?

    Экспериментальные измерения дали неожиданные результаты, поскольку оказалось что в нашем случае результат применения третьей пленки не является таким эффективным, как в случае заводского плоского коллектора – температура нагрева воды увеличивается, но всего лишь на несколько градусов. Причем наша тройка коллекторов может иметь разные конструкции. К примеру 2 пленочная – прозрачная полиэтиленовая пленка, продается на базарах в виде рукава. Вода заливается внутрь рукава, а роль нижней черной пленки выполняют черная поверхность крыши многоэтажки. Аналогичное исследование, но с рукавом из не прозрачной, а черной пленки. Если вторая пленка черная, вариант предпочтительнее только при условии хорошей циркуляция воды через систему. Коллектор нагрел 100 литров воды до 66 градусов. Можно заметить несколько усложнений конструкции, в том числе лист пенополистирола толщинoй 3 сантиметра. но эксперименты показали, что теплоизоляция под коллектором увеличит температуру нагрева, но не радикально.

    Эксперимент в августе с нагревом воды при температуре воздуха в тени 35 градусов показал, что пленочный коллектор на хорошей теплоизоляции нагрел воду до 63 градусов и в тот же самый момент другой коллектор нагрел воду до 57 градусов, хотя под ним теплоизоляции нет и его первая пленка лежит прямо на земле.

    Дополнительные функции кустарного садового коллектора

    Также интересно обратить внимание, что однопленочный коллектор во время дождя выполняет функцию сбора дождевой воды что для некоторых домов и местности может оказаться актуальным. кроме этого, 1 пленочные и 2 пленочные коллекторе ночью могут выполнять функцию градирни, то есть они отбирают тепло из воды, используемой для систем охлаждения. Можно использовать в режиме, когда днем через них циркулирует вода, которую нужно нагревать. а ночью коллектор охлаждает воду баков. днем вода из них используется для отбора тепла. в результате чего она нагревается. и поэтому следующей ночью ее нужно опять охлаждать коллекторами.

    Интересно заметить, что высота воды в коллекторах может превышать несколько сантиметров. они являются одновременно и солнечным коллекторам и баком для горячей воды. То есть они работают как хорошо известная черная бочка на летнем душе.

    Но очевидно, что после исчезновения солнца вода в коллекторе охлаждается. Для этого случая может оказаться интересным коллектор с тремя слоями пленки, вода в котором охлаждается медленно.

    На фото. Стоимость заводских тепловых коллекторов в тысячу раз дороже представленных самодельных.

    1 августа проводил эксперимент по измерению производительности 2 пленочного коллектора. На протяжении солнечного дня измерял температуру воды и заносил в таблицу.

    насколько эффективен нагреватель воды с пленкой

    В следующий таблице интерпретация полученных результатов, в столбце количество теплоты, которую реально производил коллектор. Описано в примечании фото, как рассчитывалось по результатам измерений температуры. В другом столбце количество солнечной радиации, которая попала на солнечный коллектор. причем важно заметить, что она зависит от угла солнца над горизонтом, точнее от синуса этого угла.

    Интересно, что в данный временной промежуток производство тепла коллектором было больше, чем количество солнечной радиации. но никакого парадокса нет, если обратить внимание на разницу температур. В это время температура воздуха была больше, чем воды в коллекторе, и поэтому она нагревалась не только из-за поглощения солнечной радиации, но и вследствие нагрева от более теплого воздуха. но в другие временные промежутки вода была уже теплее воздуха. причем, чем больше разница температур, тем больше тепловые утечки из воды в окружающий воздух. тем меньше полезного тепла производят коллектор. Можно прийти к выводу, что как только температура воды достигнет примерно 60 градусов, она прекратит нагреваться, поскольку упомянутые тепловые утечки сравняются с поступлением энергии Солнца в коллектор.

    В правом крайнем столбце таблицы зафиксирована измеренная мощность нагрева коллектора на единицу площади, ее можно сравнить с столбцом с мощностью нагрева одного квадратного метра заводского коллектора в тех же условиях. Описано, как вычислял мощности. Один квадратный метр заводской модели имеет преимущество над такой же площадью самодельного только при работе на высоких температурах воды. а если нужно греть воду с температурой выше 60-70 градусов, то кустарный коллектор не сможет работать вообще. в то же время 1 квадратный метр самодельного теплообменника произведет тепла заметно больше, чем один квадратный метр фабричного, когда температура воды меньше температуры окружающего воздуха.

    Результаты объясняются энергетическими характеристиками 2 пленочного коллектора.

    А это оценка характеристик других типа примитивных нагревателей.

    Приблизительные характеристики заводских плоских коллекторов, представленных в паспорте.

    В интернете можно найти такие характеристики практически для любой марки. По таблице видно, что фирменный обменник тепла имеет преимущество по этому коэффициенту, благодаря чему он способен работать на высоких температурах. но с другой стороны самопальный коллектор работает намного лучше заводского в случае, если нужно подогреть воду с температурой ниже воздуха. Например, если нужно нагревать 10 градусную воду подземной скважины во время 30-градусной жары. дело в том, что коэффициент корректнее называть не тепловыми потерями, а коэффициентом теплообмена. Поскольку если вода в коллекторе холоднее воздуха, то в коллекторе нет тепловых потерь, а наоборот, из более теплого воздуха в него поступает дополнительное тепло. Данный коэффициент интерпретируется так, что если разница температур между водой и воздухом увеличивается на 1 градус, то обмен тепла через каждый квадратный метр коллектора увеличивается на 20 ватт.

    Эта характеристика (оптический КПД) показывает кпд преобразования солнечной радиации в полезное тепло в условиях, когда температура теплоносителя в коллекторе равна температуре окружающего среды. В примечании описано, почему у простейших коллекторов этот показатель немного лучше, чем у заводских. Но это указан кпд нового чистого коллектора, а примитивные очень чувствительны к грязи. Текст ниже описывает, как много грязи накапливается в них течение эксплуатации.

    Грязь и пузырьки в простых самодельных коллекторах

    * В воду 1-пленочного коллектора извне приходит очень много разнообразной грязи. В 2-х и 3-пленочных устройствах эта проблема выражается в пылевом налете на верхней пленке, и после высыхания воды дождя или росы эта грязь группируется в непрозрачные пятна, которые могут очень заметно уменьшить КПД коллектора. Но с другой стороны, есть несколько несложных способов удалять эту грязь после дождя. * Из воды тоже выпадает много грязи в виде мелких хлопьев на поверхности воды или крупных хлопьев на дне. Эти выпадения усиливаются из-за нагрева воды. * Также накапливается «белый налет» (на верху 1-й и низу 2-й пленки), который заметно снижает КПД. Он прикрепляется к пленкам очень прочно, т.е. потоком воды не удаляется (и щеткой он оттирается с большим трудом и не полностью). Возможно, это выпадение солей из нагретой воды, возможно, это последствия разложения полиэтиленовых пленок. * Часть грязи в коллекторе может быть объяснена продуктами разложения полиэтилена вследствие УФ-радиации и высокой температуры. Обычно полиэтилен разлагается на перекись водорода, альдегиды и кетоны. В основном, это газы или жидкости, хорошо растворимые в воде. т.е. в осадок они вроде бы не должны выпадать. * КПД коллектора также снижается из-за большого количества газовых пузырьков (диаметром до нескольких миллиметров на верху 1-й и низу 2-й пленки), которые выделяются при нагреве воды (При нагреве уменьшается растворимость газов в воде). Интересно, что при расположении коллектора на земле на его 1-й пленке пузырьков практически нет (но они есть на низу 2-й) * Под 2-й пленкой могут образовываться большие пузыри, а также воздух в складках. Эти участки быстро запотевают, и это уменьшает КПД. * На краях коллектора 2-я пленка может не прилегать к воде: на таких участках низ запотевает и поэтому плохо пропускает солнечную радиацию.

    * В 3-пленочных коллекторах могут быть запотевания низа 3-й пленки. Это случается при неправильной установке 2-й пленки (из-за чего пар из коллектора может проникать под 3-ю пленку) или из-за её повреждений. В таких случаях нужно устанавливать 3-ю пленку так, чтобы ветер слегка вентилировал пространство между нею и 3 слоем.

    Загрязнение воды коллекторов из-за разложения полиэтиленовых пленок

    Это разложение будет из-за одновременного воздействия кислорода воздуха, ультрафиолетовой солнечной радиации и температуры 50-60 град. Полиэтилен разлагается на альдегиды, кетоны, перекись водорода и др. При нагреве в коллекторе каждого 1 куб. м воды его полиэтиленовые пленки будут выделять порядка 1 г продуктов разложения (На 1 кв. м коллектора приходится около 100 г 1-й и 2-й пленок, и за время своей службы они выделят, по очень приблизительным оценкам, около 10 г «продуктов разложения» и нагреют порядка 10 куб. м воды). Но непонятно, сколько из этих 1 мг/ литр перейдет в воду, а сколько улетит в атмосферу, выпадет в осадок на дне коллектора и бака горячей воды, перейдет в тот «белый налет» (о котором я говорил в предыдущем тексте), не выйдет за пределы массы полиэтилена Кроме того, непонятно благоприятное влияние на очистку воды вследствие ее пребывания и нагрева в коллекторе (а там из нее выпадает очень много осадка), а также вследствие пребывания в баке горячей воды. Таким образом, по приблизительным оценкам, в воду поступит 0,1-0.5 мг / литр продуктов разложения полиэтилена, которые распределятся между десятками хим. веществ с концентрациями по 0.001-0,1 мг на литр нагреваемой воды. Поскольку это недалеко от ПДК вредных веществ, консультация с СЭС лишней не будет. Например, согласно стандарту ГН 2.1.5.689-98 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»: – Есть ограничения по 13 шт. альдегидов – ПДК от 0,003 мг / литр до 1 мг / литр, например, ПДК формальдегида – 0.05 мг / литр, а самые жесткие требования к бензальдегиду – 0.003 мг / литр – ПДК перекиси водорода – 0,1 мг / литр

    – По 3 шт. экзотических кетонов тоже есть ограничения с ПДК 0,1-1,0 мг / литр

    Выводы:

    1) Если вода «застоялась» коллекторах, то концентрация «продуктов разложения» в ней будет в разы или десятки раз больше. Возможно, такую воду лучше выбрасывать. 2) Желательно использовать более тонкие пленки (они будут давать меньше «продуктов разложения»). 3) Пленки желательно как можно стабилизированные. Например, тепличная предпочтительнее обычной (не подкрашенной) полиэтиленовой, она стабилизируется против воздействия УФ-радиации. Другой пример: полиэтилен высокой плотности медленнее разлагается из-за высокой температуры, чем низкой плотности. 4) Отношение площади коллекторов к потребности объекта (в горячей воде) желательно как можно меньше. Т.е., например, при суточной потребности 10 куб. м горячей воды, станция с 50 кв.м. коллекторов дает загрязнение (концентрация вредных веществ) воды в десятки раз меньше, чем станция с 500 кв.м. коллекторов, в том числе и из-за более низкой температуры нагрева воды коллекторами, что уменьшает скорость разложения полиэтилена. 5) Если 2-я пленка коллекторов будет черная (а не прозрачная), то загрязнение воды должно быть в разы меньше (поскольку УФ-излучение проникает только в верхний слой 2-й пленки). 6) Можно подумать над таким вариантом работы солнечной станции, когда коллекторы нагревают

    техническую воду, которая затем передает свое тепло через теплообменник чистой воде ГВС.

    Какую лучше применять пленку для сбора солнечного тепла – черную или прозрачную ?

    Оптический кпд заметно уменьшается из-за воздушных пузырьков и запотевания второго слоя пленки коллектора. это к тому, что кпд реально эксплуатируемого устройства по всему сроку эксплуатации окажется на несколько десятков процентов меньше. Поэтому не имеет смысла стремиться к дорогим пленкам с большой долговечностью, поскольку за несколько месяцев эксплуатации на них накопится столько грязи, что пленки захочется заменить. Из-за таких проблем с разнообразной грязью склоняемся к тому, что 2 пленка должна быть все таки непрозрачной, а черной.

    У этого коллектора черная пленка и нет радикального уменьшения кпд из-за грязи. Но у него есть проблема – солнце нагревает только тонкий верхний слой воды. Тем не менее существует несколько вариантов решения проблемы, которые будут получены после исследований.

    Важно иметь ввиду что ветер увеличивает коэффициент теплопотерь примитивных коллекторов, а в случае однопленочного это влияние ветра может быть радикальным, так как увеличиваются потери тепла из коллектора вследствие испарения воды и может дойти до того, что даже в идеально солнечный день, но при сильном ветре и низкой влажности 1-пленочный сможет нагреть воду только на несколько градусов выше температуры окружающего воздуха. Кроме этого коэффициент к1 нужно увеличить на несколько десятков процентов, если под коллектором нет теплоизоляции и он лежит непосредственно на земле, на поверхности крыши и тому подобное.

    Во 2 серии этого фильма сравниваются примитивные и заводские коллекторы по темам работы зимой, простоте подключения, экономической целесообразности, областям применения на практике.

    Обсуждение здесь.

    Вторая часть (о работе зимой)

    3, 4 серии (техобслуживание)

    Другие ссылки: – Конструкция и технология того сверх дешевого солнечного нагревателя:

    – Эксперимент с заливкой воды в рукав полиэтиленовой пленки:

    izobreteniya.net

    Водонагревающие солнечные коллекторы: конструкция, принцип действия, установка

    Солнечные коллекторы для нагрева воды – это преобразователи одного вида энергии (электромагнитного излучения солнца) в другой (тепловую энергию молекул воды) с возможностью ее сохранения и использования в течение длительного времени. Они характеризуются:

    • экологичностью;
    • высоким коэффициентом преобразования;
    • простотой конструктивных решений;
    • невысокой стоимость интеграции в существующие объекты и коммуникации.

    Купив и установив солнечный коллектор (СК) для нагрева воды, можно сократить ежегодные расходы на отопление и горячее водоснабжение на 50% и больше.

    Целесообразнее всего устанавливать солнечный коллектор при:

    1. отсутствии подвода к объекту магистрали с природным газом (СК является эффективным дополнением к электрическому котлу и тепловому насосу);
    2. желании сэкономить на расходе газа;
    3. необходимости круглогодичного обогрева бассейна.

    При этом надо оценивать степень окупаемости солнечного коллектора. Например, при снабжении объекта природным газом она, как правило, очень низкая. В таком случае оптимально использовать СК для предварительного подогрева воды, в дальнейшем подающейся в котел.

    Типы солнечных коллекторов

    Классифицировать солнечные коллекторы для нагрева воды можно по их конструктивным и функциональным особенностям на:

    1. вакуумные с непосредственной теплопередачей (термосифонные);
    2. вакуумные с непосредственной теплопередачей и теплообменником;
    3. вакуумные с термотрубками;
    4. плоские.

    В вакуумных солнечных коллекторах с непосредственной теплопередачей к накопительному баку присоединяются вакуумные трубки, в которые вода поступает из контура теплообменника. В трубках происходит ее нагрев, после чего она вновь поступает в теплообменник. Высокий КПД таких СК, называемых термосифонными, обеспечивается минимумом элементов, участвующих в теплообмене. Еще одна их особенность – низкое гидравлическое сопротивление.

    Оснащение бака вакуумных солнечных коллекторов теплообменником позволяет:

    • подключать их к напорным системам водоснабжения;
    • заполнять водонагревательный контур жидкостями с низкой температурой замерзания для возможности эксплуатации при небольших отрицательных температурах;
    • избежать скопления в коллекторе солей и загрязнений.

    При использовании специальных термотрубок, их размещают внутри вакуумных трубок. Для жесткой фиксации термотрубки используются алюминиевые ребра. Их форма обеспечивает максимальную площадь контактной зоны между термотрубкой и внутренней поверхностью вакуумной трубки, чем достигается увеличение теплопередачи теплоносителю через медную стенку проточного теплообменника.

    Плоский солнечный аккумулятор имеет форму прямоугольной панели со стеклянной с лицевой и теплоизолированными с остальных сторон стенками. Внутри нее располагается пластинчатый поглотитель тепловой энергии из медного или алюминиевого сплава, который и выполняет функции переноса тепла. Поверхность этого поглотителя покрывается слоем материала, увеличивающего ее поглощающую способность в видимом спектре и уменьшающего мощность излучения в инфракрасном диапазоне.

    По принципу действия все эти солнечные коллекторы для нагрева воды можно разделить на два основных типа – одноконтурные и двухконтурные.

    • Одноконтурные СК предназначены для сезонной эксплуатации в регионах, где бывают отрицательные температуры. Круглый год ими можно пользоваться в климатических зонах без зимнего сезона. В одноконтурных коллекторах накопителем тепловой энергии и теплоносителем является одна и та же вода. К ней предъявляются предельные требования по давлению, чистоте и жесткости.
    • Двухконтурные солнечные коллекторы могут эксплуатироваться в постоянном режиме в регионах с отрицательной температурой до нескольких десятков градусов. Вода для них может быть жесткой и неочищенной.

    По типу циркуляции теплоносителя солнечные коллекторы классифицируются на естественные и принудительные.

    • В системах с принудительной циркуляцией в контур с теплоносителем включается насосная установка (при этом необходимо, чтобы направления принудительной и расчетной естественной циркуляции совпадали). Это позволяет размещать теплоаккумулирующий бак в любой части здания. Преимущество систем с принудительной циркуляцией – возможность автоматизации работы с помощью контроллеров, реле, датчиков и других электротехнических средств.
    • Солнечные коллекторы, в которых теплоноситель циркулирует естественным образом, отличаются простотой, надежностью и дешевизной. В них перемещение нагретого теплоносителя вверх происходит за счет его меньшей плотности, в сравнении с холодным теплоносителем. Поэтому теплоаккумулирующий бак необходимо размещать над солнечным коллектором с естественной циркуляцией.

    Принцип действия

    Любой солнечный конвектор функционирует на следующих физических эффектах:

    • нагрева материи при поглощении ею электромагнитного излучения;
    • отдачи тепловой энергии от более нагретого тела к менее нагретому;
    • естественной конвекции или принудительно создаваемого напора.

    В различных моделях СК эти эффекты используются по разному:

    1. поглощающим солнечный свет и нагревающимся материалом может быть непосредственно теплоноситель или другой промежуточный материал;
    2. при использовании промежуточного теплопроводящего материала обеспечивается его контакт с остывшим теплоносителем;
    3. нагретый теплоноситель по трубам замещается остывшим и перемещается в зону, где необходимо отдать теплоту, с помощью циркуляционных насосов или особого расположения теплоаккумулирующего бака относительно коллектора.

    Принцип функционирования вакуумных СК с непосредственной теплопередачей заключается в естественной конвекции, обеспечивающей перемещение воды наверх. Поэтому такой СК должен размещаться ниже бака – при нагреве в трубках у воды уменьшается вес, и она перемещается в верхнюю зону бака, замещая более тяжелую остывшую воду.

    В солнечном коллекторе с термотрубкой ее верхняя нагревающаяся часть передает тепло медному приемнику с теплоизоляцией. Он располагается в нижней части СК и является промежуточным элементом в цепи теплопередачи от термотрубки к отопительному контуру, что позволяет выполнить разделение этих элементов. Такое решение обеспечивает функционирование СК даже при нескольких неисправных термотрубках. К тому же, процесс их замены очень прост и не требует освобождения теплообменного контура от теплоносителя.

    Термотрубка изготавливается из медной цилиндрической заготовки (отрезка трубы), которая герметично запаивается с торцов. Предварительно внутрь нее помещается небольшое количество жидкости с низкой температурой кипения. Постепенный нагрев термотрубки приводит к закипанию жидкости внутри нее, ее испарению из нижней части и конденсация в верхней части. В результате зона конденсации может нагреваться до высокой температуры и служить источником тепловой энергии. Сконденсированная жидкость стекает вниз и цикл повторяется.

    При запайке торцов тепловой трубки в ее объеме создается вакуум, что обеспечивает процесс парообразования даже при температуре +30°C. Меньшая внешняя температура приводит к переключению тепловой трубки в режим сохранения накопленной тепловой энергии.

    В плоском вакуумном аккумуляторе трубки, по которым протекает теплоноситель, располагаются под поглотительной пластиной и припаяны к ней. Стенки панели, в которую помещен поглотитель, обладают теплоизоляционными свойствами, чем обеспечивается высокий КПД преобразования. Плоские солнечные аккумуляторы могут функционировать в системах нагрева воды как с естественной, так и с принудительной циркуляцией.

    В процессе эксплуатации солнечных коллекторов необходимо проводить их регулярное профилактическое обслуживание. Это продлевает срок их службы и исключает внезапный выход из строя. Например, у вакуумных моделей с непосредственной теплопередачей требуется периодически очищать внутреннюю поверхность трубок от минеральных и грязевых отложений, особенно при использовании жесткой воды и неочищенной воды.

    Монтаж

    Важно установить солнечный коллектор таким образом, чтобы прямое попадание солнечных лучей на активную поверхность обеспечивалось в период их максимальной интенсивности (в среднем с 9.00 до 15.00). Таким условиям удовлетворяет ориентация активной поверхности на юг. Угол наклона выбирается исходя из широты месторасположения СК.

    Надежность монтажа должна быть рассчитана на максимально возможные в регионе ветровые нагрузки.

    При монтаже солнечных коллекторов для нагрева воды необходимо учитывать их технические характеристики. Например, бак вакуумных СК с непосредственной теплопередачей не способен выдерживать давление более 0,2 атм., поэтому подключать его к магистральному водоснабжению необходимо через специальные устройства – понижающий редуктор, емкость с поплавковым затвором и др.

    Вакуумные солнечные коллекторы требуют использования дополнительного оборудования и при необходимости создания на их выходе напора с силой, достаточной для работы сантехнических приборов. Таким дополнительным оборудованием может быть гидроаккумулятор, способный работать с горячей водой.

    При этом необходимо обеспечить минимальное расстояние между СК и баком – его длина пропорциональна тепловым потерям и стоимости установки.

    aeteh.ru

    Солнечный коллектор своими руками

    С каждым годом все более актуальной становиться проблема обеспечения своего загородного дома или дачи горячей водой. Особенно часто над этой проблемой размышляют хозяева коттеджей, в которых они проживают постоянно. Ведь затраты на отопление и горячее водоснабжение занимают весомую долю в финансировании жизнеобеспечения жилища. И поиск возможностей сократить затраты на содержание дома – это нормальное и естественное желание любого человека. Разумеется, самый реальный вариант снизить затраты в части отопления дома, изучить и начать изготовление своими руками устройства из области альтернативной энергетики.

    Самодельный солнечный коллектор

    О том что селективное устройство возобновляемой энергетики, примененное для отопления дома, имеет множество неоспоримых преимуществ известно давно, и о нем знает практически каждый взрослый человек. Однако на практике не каждый из этих взрослых людей, имеющих желание стать более автономными в вопросах осуществления нагрева воды, решается выложить приличную сумму денег, чтобы приобрести селективное устройство для отопления дома фабричного изготовления. Конечно, из любой ситуации можно найти выход, а из этой тем более. Солнечный коллектор для отопления дома можно сделать своими руками. Вы без проблем самостоятельно соберете плоский, воздушный солнечный коллектор. Такие самодельные устройства для нагрева воды с помощью солнечной энергии можно сделать из пивных банок и пластиковых бутылок, соединяя их при помощи шланга, подводя вакуумные трубки. В результате вы получите абсорбер солнечной энергии для отопления дома путем нагрева воды, изготовление которого не потребует от вас практически никаких финансовых вложений (особенно при выборе варианта из жестяных банок).

    Солнечный коллектор

    Какие материалы потребуются вам, чтобы изготовить самодельный абсорбер

    Обычному обывателю кажется, что самостоятельно изготовить абсорбер на солнечной энергии для отопления своего дома, проведя собственноручное изготовление каждой детали, составляющей устройство, невероятно сложная задача. Однако, для того чтобы сделать подобный абсорбер, который будет выступать как устройство для нагрева воды в системе отопления дома, не нужно приобретение или поиск каких-то экзотических материалов. Вам не придется объездить уйму магазинов в поисках нужного шланга, разыскивая вакуумные трубки. Не переживайте – это все домыслы лентяев и людей, боящихся взяться за дело. Главное, взвешенно подойти к решению проблемы, правильно все спланировать, нарисовать схему и подобрать необходимые материалы.

    Коллектор из плоского радиатора

    Самодельный плоский воздушный абсорбер с нанесенным селективным покрытием можно изготовить из обычных материалов и компонентов ПНД. Вакуумные трубы из поликарбоната и другие детали можно приобрести по небольшим ценам в любом хозяйственном магазине или супермаркете. Схема для сборки довольно простая, в целях обучения можно просмотреть видео во всемирной сети (таких видео там более чем достаточно). На самом деле в глобальной сети можно найти много специализированной литературы по данной проблеме. Если вы решили сделать задуманную работу на качественно высоком уровне, прочтение определенного количества литературы не станет лишним.

    Основная трудность в процессе сборки состоит в том, как именно сделать змеевик (это трубка в извилистой форме, по которой циркулирует жидкость, осуществляя накопление энергии). Здесь есть несколько вариантов исходя из которых, будет составлена схема сборки. Самый простой вариант собрать абсорбер на основе готового змеевика (можно попробовать поискать что ни будь, подходящее для этих целей, важно, чтобы он был вакуумный). Как вариант, может подойти система циркуляции, расположенная на задней стенке холодильника. Второй вариант – это подобрать нужные вакуумные трубки, два-три шланга, пару пластиковых бутылок воды (из них собирается теплоноситель). Для большей уверенности еще раз просмотрите обучающее видео. Трубки для нагрева воды лучше использовать медные. Далее вам потребуется заняться пайкой непосредственно змеевика.

    Змеевик из пластиковой трубы

    Второй очень значимый элемент, который входит в абсорбер – это верхняя сторона из прозрачного поликарбоната. В условиях промышленного производства покрытие из поликарбоната не используется, лицевое покрытие отливают из закаленного стеклянного сплава. Однако в нашем случае рассматривается самодельный воздушный коллектор, тепловая схема и требуемая эффективность которого допускает использование поликарбоната, так как собирать устройство мы будем из подручных недорогих материалов. Стоит отметить, что существуют схемы сборки где применяют материалы начиная от пивных банок, и заканчивая применением пластиковых бутылок.

    Коллектор из поликарбоната

    Подготовка к сборке абсорбера

    Итак, в сборке своего устройства вам лучше прибегнуть к использованию сотового прозрачного поликарбоната. Применение такого вида поликарбоната позволит добиться максимальной эффективности нагрева от создаваемого устройства. Сделать выбор в пользу этого поликарбоната стоит еще и потому, что он очень прочный. Это немаловажно, учитывая возможные погодные катаклизмы, такие как крупный град, ураганный воздушный поток, который срывает ветки с деревьев – эти случайности надо учитывать, так как они способны повредить слабое покрытие. Сотовая структура покрытия поможет вам сделать воздушный эффект парника, в результате создавая усиленный момент нагрева воды в трубках. Проще говоря, применив этот материал и в дополнение к нему селективное покрытие, вы значительно повысите эффективность изделия.

    Сотовый поликарбонат

    Для абсорбирующей панели вам будет нужен лист металла толщиной около 0,8 миллиметров (однако, лучше подойдет медный материал). В принципе сойдет и стальной лист. На внешнюю поверхность надо будет нанести так называемое селективное покрытие (выкрасить матовой черной краской, краска должна быть стойкой к высоким температурам). Если не соблюдать эти рекомендации (черное покрытие тоже имеется в виду), устройство не будет функционировать в правильном режиме.

    В дополнение к перечисленным компонентам приобретите необходимую для теплоизоляции минеральную вату, она создаст своеобразный воздушный капкан, максимально снижая теплообмен с окружающим пространством, передавая все тепло в змеевик, а далее посредством шланга, в систему отопления дома.

    Монтаж абсорбера

    Корпус устройства вы тоже сможете собрать самостоятельно, для этого вам надо использовать алюминиевые материалы или использовать менее долговечный, но легче поддающийся обработке деревянный материал. Работая с деревом, вы потратите значительно меньше времени на создание обогревателя, а с фанерой работать еще легче. Но все-таки лучше использовать раму из алюминия, ее долговечность, в сравнении с деревом, не идет ни в какое сравнение.

    Определяемся с размерами коллектора

    Теперь подведем итог, перечислим все необходимые для сборки эффективного самодельного коллектора материалы:

    • Трубки из меди размерами 18 миллиметров – из них вы будете формировать змеевик (такие же трубки используют при сборке отопительных систем);
    • черная матовая краска, стойкая к высоким температурам (при ее помощи вы нанесете селективное покрытие);
    • минеральная вата (теплоизоляция);
    • лист металла (медь, железо, сталь), толщина листа 0,8 миллиметров в толщину;
    • угловые переходы 18 х 18 миллиметров;
    • сантехнические переходы 18 мм х ¾ (нужны для того чтобы подключить к системе водоснабжения);
    • сотовый поликарбонат (лицевое покрытие коллектора);
    • лист алюминия и алюминиевые уголки для создания корпуса изделия, в случае отсутствия таковых – деревянные планки и лист фанеры для задней стены нагревателя;
    • все необходимые для проведения паяльных работ инструменты.

    Сдвоенный коллектор

    Важно заранее определиться с габаритами вашего коллектора исходя из его размеров, заранее рассчитайте требуемое количество трубок, переходов и других материалов (проще говоря, общую производительность монтируемого устройства). Вычислите количество воды, которое потребуется для обеспечения теплового обмена во всей системе. Чтобы это сделать определитесь заранее, в каких целях будет использоваться коллектор – либо это только помывка посуды, либо для душа, либо для обеспечения покрытия всех хозяйственных нужд горячего водоснабжения в вашем доме. Для подогрева воды в целях помывки посуды или принятия душа будет достаточно собрать коллектор размерами 200 х 100 сантиметров, расстояние между трубками в змеевике должно составить от 8 до 10 сантиметров.

    Процесс сборки самодельного солнечного коллектора

    Начало сборки этого изделия солнечной энергетики стартует с изготовления змеевика. Если вам удалось подобрать готовый змеевик, окончательная сборка займет намного меньше времени. Подобранный змеевик стоит очень тщательно вымыть под струей воды (желательно горячей), чтобы изнутри вымыть все засоры и избавиться от остатков фреона. Если у вас не нашлось подходящих трубок, то нужное количество вы сможете приобрести в магазине. Но в этом случае придется изготовить сам змеевик. Для его изготовления нарежьте трубки на требуемую длину. Далее, используя угловые переходы, проведите их спайку в форме конструкции змеевика. Дальше, чтобы коллектор можно было подключить к системе водоснабжения, на края змеевика напаивайте сантехнические переходы размерами ¾. Существует несколько вариантов формы и конструкции змеевика, например, можно паять трубки в форме «лесенки» (если вы собрались реализовать такой вариант, тогда покупайте не угловые переходы, вам понадобятся тройники).

    Сборка солнечного коллектора

    Потом на заранее подготовленный лист металла вы наносите селективное покрытие черной матовой краской, сделать это желательно не меньше чем в пару слоев. Дождитесь, пока воздушный поток высушит краску, и начинайте пайку змеевика (с неокрашенной стороны). Вся конструкция змеевика должна быть припаяна по всей длине трубок, сделав это, вы гарантируете максимально эффективный теплообмен и как следствие – максимальную передачу тепла в систему водоснабжения. Если сделаете все правильно, собранный вами солнечный коллектор заработает так, как и было задумано.

    Ответственная стадия сборки

    Заключительным этапом вам надо собрать корпус, который скрепит все компоненты устройства в единую конструкцию. Используя лист фанеры и деревянные бруски, нужно сбить прочный ящик. В используемых деревянных брусках заранее прорежьте пазы, в них вы потом вставите экран из поликарбоната (глубина паза около 0,5 см). Выходные отверстия для трубок можно сделать уже после того, как установите все основные компоненты. Далее, в уже собранный деревянный ящик, чтобы создать воздушный карман, вы укладываете изоляцию из минваты. Поверх минваты крепите панель со змеевиком. Края ваты подворачиваете так, чтобы змеевик не дотрагивался до стенок ящика. Нагревательная панель и панель из поликарбоната также должны иметь между собой расстояние и не прикасаться друг к другу.

    Завершающая стадия состоит в обработке корпуса специальным раствором с водоотталкивающей способностью и покрывается эмалью (за исключением лицевой части).

    Солнечный коллектор из старых рам

    Вот и все, солнечный коллектор своими руками готов. Для того чтобы его активировать, поставьте его на опорную конструкцию, развернув лицевой частью к солнцу таким образом, чтобы лучи падали на лицевую часть под максимально прямым углом. На крыше устанавливаете бак для накопления воды, он будет служить резервуаром. К верхней части бака проведите шланг, соединенный с верхней трубкой коллектора, к нижней части от нижней трубки. Подключив воду по такой схеме, вы обеспечите работу в режиме естественной циркуляции. Согласно законам физики, горячая вода будет подыматься кверху в направлении бака, а вытесняемая холодная будет попадать в коллектор для нагрева в змеевике. Не забудьте, что к баку необходимо присоединить шланг и вентиль для забора воды из бака, а также его наполнения новой.

    Итоги

    В заключение хотелось бы отметить, что возможная конструкция коллектора неограничена использованием медного змеевика. Существует много разных способов, например, можно собрать вполне эффективный, работающий коллектор с использованием в качестве абсорбирующих элементов пивных банок, других бутылок из жести. Вариантов много. Для этого только стоит изучить вопрос, собрать необходимое количество пивных банок или жестяных бутылок. Далее, собрать их в единую конструкцию. Главное, что даже если вы решили собрать коллектор из пивных банок или бутылок, помните, что все солнечные коллекторы работают по одному и тому же принципу. Качественно проведите спайку стыков соединения патрубков и банок, создайте в конструкции должные условия вакуума и все у вас получиться. Смело беритесь за дело. В итоге вы получите не только совершенно бесплатный и автономный источник горячей воды. Вы также получите огромное психологическое удовлетворение от осознания того, что вы приложили руку к увеличению доли использования возобновляемой энергетики в современном мире глобализации. Создав прибор, работающий на солнечном излучении, вы станете более независимыми от центральных систем снабжения как электричеством, так и газом. Вы сами обеспечите себя горячей водой в хозяйственных нуждах. Удачи.

    Солнечный коллектор

    Автор: П. Морозов

    Оцените статью: (5 Голосов: 5,00 из 5) Загрузка...

    solntsepek.ru

    Солнечный коллектор — водонагреватель для дома, бассейна

    ⇒ Горячее водоснабжение частного загородного дома

    Солнечную энергию для дома можно получать почти бесплатно и в довольно больших количествах. Почему не даром? Потому что, платить все же придется, но не Cолнцу, а производителям и монтажникам солнечных коллекторов. 

    Использование энергии Солнца в системах отопления и горячего водоснабжения частного дома, а также для нагрева воды в бассейне, по мере быстрого роста стоимости энергоносителей, становится все более выгодным. Срок окупаемости солнечного оборудования дома с каждым годом оказывается все меньше.

    В странах Евросоюза установка солнечных коллекторов в новых домах является обязательной.

    Чем дальше от экватора, чем больше пасмурных дней в году, чем выше загрязнение воздуха, тем меньше солнечной энергии падает на Землю. 

    Интенсивность солнечного излучения в южных регионах России, на территории Украины, южнее 52о с.ш., составляет от 1000 до 1350 кВт*ч/м2/год.

    В наших южных широтах наибольшая интенсивность солнечного излучения приходится на период с марта по октябрь. В это время потребность в отоплении дома минимальна. Поэтому солнечную энергию в основном используют для нагрева воды в системе горячего водоснабжения дома и для подогрева воды в бассейне.

    В системах отопления частного дома солнечные коллекторы применяют реже — только как вспомогательные нагреватели к котлу. Расчеты и практика применения показывают, что использование солнечных коллекторов в системах отопления в наших широтах в большинстве случаев не окупает затраты на их установку.

    Следует заметить, что срок окупаемости установок солнечного нагрева очень сильно зависит от стоимости топлива, которое используется в доме для отопления и нагрева воды в системе ГВС. Например, за 1 кВт*час энергии, поступающей из электрической сети, хозяин дома заплатит примерно в 10 раз больше, чем за такое же количество, полученной от котла на природном газе.

    В домах, где для отопления или нагрева воды используется электроэнергия, или работают котлы на дорогих видах топлива, установка солнечных коллекторов будет наиболее выгодна.

    Оснащение систем отопления и ГВС солнечным коллектором обойдется дешевле, если их установку предусмотреть сразу, на стадии проектирования и строительства дома. Переделки всегда обходятся дороже.

    Солнечный коллектор для дома, бассейна

    Солнечный коллектор — это аппарат, в котором энергия солнечных лучей преобразуется в тепловую энергию теплоносителя. Теплоноситель переносит тепло от солнечного коллектора к нагревателям систем горячего водоснабжения и отопления. В качестве теплоносителя используют воду или не замерзающие жидкости.

    Солнечный коллектор может иметь разную конструкцию. Существуют три принципиальных схемы устройства солнечного коллектора.

    Плоский солнечный коллектор

    Солнечный плоский коллектор представляет собой металлическую пластину — абсорбер, которая поглощает падающее на неё солнечное излучение. К пластине прикреплены медные трубки, по которым течет теплоноситель.

    Пластину абсорбера покрывают слоем никеля, черной меди или другим материалом с высоким коэффициентом поглощения солнечных лучей, но с низким коэффициентом тепловых излучения. Такое покрытие называют селективным.

    Некоторые производители выпускают адсорберы из двух сложенных вместе металлических листов. В листах выдавлены канавки, из которых при соединении листов формируются трубки коллектора.

    Солнечные лучи нагревает абсорбер, от него тепло передается теплоносителю, температура которого увеличивается.

    Абсорбер с трубками устанавливают в теплоизолированный плоский корпус. Сверху корпус коллектора закрывают стеклом. Для улучшения теплоизоляции обычно устанавливают стеклопакет с двойным или тройным остеклением. Стекло должно выдерживать удары града.

    Чтобы остекление и поверхность адсорбера не запотевали, в корпусе коллектора оставляют отверстия для вентиляции.

    Пластина абсорбера в плоском коллекторе со стеклопакетом может нагреваться до 190 оС.

    Панель солнечного водонагревателя с параллельным расположением труб

    В плоском солнечном коллекторе трубы, по которым циркулирует теплоноситель, обычно располагают вертикально. Применяют две схемы разводки труб — параллельную и змейкой.

    Параллельная схема расположения труб имеет маленькое гидравлическое сопротивление. Коллекторы с параллельными трубами применяют в схемах подогрева воды с естественной циркуляцией теплоносителя.

    Панель солнечного водонагревателя с расположением труб змейкой

    Укладка труб змейкой позволяет получить чуть больший тепловой эффект, но при этом резко увеличивается гидравлическое сопротивление системы. 

    Трубчатый вакуумный солнечный коллектор

    Солнечный трубчатый вакуумный коллектор устанавливают на южном скате крыши

    Солнечный вакуумный трубчатый коллектор может состоять из нескольких десятков стеклянных труб, в которых создан вакуум. Внутри вакуумных труб находятся трубки с теплоносителем.

    На нижнюю часть поверхности труб нанесено зеркальное покрытие, фокусирующее солнечные лучи. А верхняя часть труб покрыта селективным слоем, который пропускает солнечные лучи внутрь, но задерживает отраженное тепловое излучение изнутри стеклянной трубы. 

    Наличие вакуума значительно уменьшает тепловые потери, а зеркальное и селективное покрытия еще больше увеличивают эффективность коллектора.

    Солнечный коллектор с тепловыми трубками

    Солнечный коллектор с тепловыми трубками внешне похож на вакуумный трубчатый, показанный на рисунке выше. Отличия находятся внутри стеклянных вакуумных труб.

    В каждой стеклянной трубе коллектора имеется другая, герметично закрытая со всех сторон трубка с легко испаряющейся жидкостью — тепловая трубка. Верхний конец тепловой трубки является частью теплообменника, в котором циркулирует теплоноситель контура солнечного коллектора.

    При нагреве солнечными лучами жидкость в тепловой трубке испаряется. Пары поднимаются вверх и конденсируются на поверхности трубки, прикрепленной верхним концом к теплообменнику. Процесс конденсации сопровождается передачей тепла теплоносителю.

    Конденсат в тепловой трубке стекает вниз, снова нагревается, испаряется — процесс повторяется и идет непрерывно.

    В солнечном коллекторе с тепловыми трубками каждая стеклянная вакуумная труба может быть легко отсоединена и, при необходимости, заменена на новую.

    Схемы подключения солнечного коллектора

    В схемах отопления и ГВС с солнечным коллектором обязательно должна быть накопительная емкость — аккумулятор тепла. Связано это с тем, что процесс поступления тепла от солнечного коллектора не совпадает по времени и количеству с расходом тепловой энергии потребителями в доме. Солнечную энергию сначала накапливают в аккумуляторе тепла, а затем расходуют по мере необходимости.

    Для накопления энергии, получаемой от солнечного коллектора, выгодно использовать накопительный бойлер системы ГВС или буферную емкость системы отопления. Для этого, устанавливают бойлер и буферную емкость с дополнительным теплообменником, к которому и подключают солнечный коллектор.

    Теплоноситель в системе нагрева с солнечным коллектором

    В системе нагрева с солнечным коллектором, которая работает только летом, в качестве теплоносителя используют воду. Системы на воде подходят для дачных домов сезонного проживания или летних бассейнов.

    Для систем отопления и ГВС жилого дома, работающих круглый год, в качестве теплоносителя приходится использовать незамерзающие жидкости — антифриз на основе пропиленгликоля или минеральное масло.

    Все жидкости — теплоносители при нагревании расширяются. Поэтому контур нагрева солнечного коллектора обязательно оборудуют расширительным баком.

    В контуре с солнечным коллектором существует также опасность закипания жидкости — необходима защита от перегрева и установка предохранительного клапана.

    Защита от перегрева контура солнечного коллектора обычно осуществляется путем выбора накопительного бака достаточно большого объема, способного поглотить излишки тепла.

    Для удаления воздуха из контура коллектора устанавливают автоматический воздухоотводчик.

    Для предотвращения опорожнения накопительного бака трубопровод холодной воды оснащают обратным клапаном.

    Расширительный бак, воздухоотводчик, предохранительный клапан контура коллектора аналогичны тем приборам, которые устанавливаются на отопительном котле в доме. 

    Схема нагрева воды солнечным коллектором для дачного дома

    Схема ГВС с естественной циркуляцией теплоносителя в контуре солнечного коллектора и с электрическим нагревателем в накопительном баке.

    Для возникновения в контуре естественной и достаточно интенсивной циркуляции необходимо, чтобы дно накопительного бака было выше солнечного коллектора минимум на 0,5м. (чем больше — тем лучше). Кроме того, стараются уменьшить гидравлическое сопротивление в контуре солнечного коллектора. Для этого увеличивают диаметр труб и сокращают их длину.

    В качестве теплоносителя используется незамерзающая жидкость.

    Для подогрева воды в пасмурные дни накопительный бак имеет электрический нагреватель.

    С целью уменьшения потерь тепла накопительный бак и трубопроводы защищают теплоизоляцией толщиной 50 мм.

    Если бак устанавливают на холодном чердаке, то толщину теплоизоляции бака следует увеличить до 100 -150 мм. а трубопроводы с водой разместить под теплоизоляцией бака.

    Для дачного дома с сезонным проживанием, только летом, можно контур солнечного коллектора выполнить без теплообменника в баке. В контур коллектора вода будет поступать из нижней части бака, нагреваться и накапливаться в верхней части бака. С наступлением холодов систему необходимо опорожнять от воды.

    Эта простая и не дорогая система ГВС подойдет для дачных домов и небольших частных домов с отоплением твердотопливным котлом или печами.

    Схема ГВС с солнечным коллектором и бойлером косвенного нагрева 

    Схема подключения солнечного коллектора к системе ГВС с накопительным бойлером косвенного нагрева и отопительным котлом с контуром ГВС.

    Для подключения солнечного коллектора к системе ГВС с бойлером косвенного нагрева необходимо установить в доме бойлер с двумя теплообменниками.

    К нижнему теплообменнику подключают нагревательный контур солнечного коллектора, а к верхнему — контур ГВС отопительного котла.

    Если тепла от солнечного коллектора не хватает для нагрева воды, то включается в работу контур ГВС отопительного котла.

    Установка циркуляционного насоса в контур солнечного коллектора позволяет установить коллектор в любое положение относительно бойлера, а также уменьшить диаметр трубопроводов.

    Схему с бойлером косвенного нагрева удобно применять при отоплении дома газовым котлом.

    Схема отопления и ГВС с солнечным коллектором и буферным баком — аккумулятором тепла

    Схема подключения солнечного коллектора к системе отопления и ГВС с буферным баком — аккумулятором тепла и отопительным одноконтурным котлом.

    Прочитайте статью «Схема отопления и ГВС с буферным баком — аккумулятором тепла» для того, чтобы узнать преимущества, особенности устройства и работы этой системы.

    Солнечный коллектор присоединяют к теплообменнику, установленному в буферном баке — аккумуляторе тепла. К буферному баку подключают и контур отопительных приборов дома (на схеме не показан).

    Тепловая энергия от всех источников — солнечного коллектора и отопительного котла, аккумулируется в буферном баке. Из буферного бака тепло расходуется и на подогрев воды в системе ГВС, и подается в контур отопления помещений дома.

    Схема с буферным баком позволяет использовать солнечную энергию и для отопления, и для горячего водоснабжения.

    Схема ГВС с солнечным коллектором и двумя накопительными баками

    Схему ГВС с двумя накопительными баками используют при подключении солнечного коллектора к уже работающему оборудованию системы горячего водоснабжения в доме. Когда в уже установленном бойлере отсутствует теплообменник для подключения солнечного коллектора.

    Покупка нового бойлера ГВС с двумя теплообменниками и замена старого часто не выгодна. Дешевле приобрести новый бойлер небольшого объема только для контура солнечного коллектора.

    Схема подогрева воды для бассейна

    Подогрев воды в бассейне можно производить по любой из первых трех схем, которые приведены выше.

    Холодная вода со дна бассейна подается циркуляционным насосом по трубопроводу холодной воды в накопительный бак, бойлер или буферную емкость. Горячая вода возвращается обратно в бассейн.

    Принудительная циркуляция воды в контуре бассейна обеспечивает перемешивание воды и равномерное распределение температуры по глубине бассейна.

    Для бассейнов, работающих только летом, накопительный бак можно исключить из схемы подогрева. Роль накопительного бака может выполнять ванна бассейна.

    Автоматизация систем отопления и ГВС с солнечным коллектором

    Системы отопления и ГВС с солнечным коллектором обязательно оснащают приборами автоматики.

    Автоматика необходима для согласованного управления работой нескольких источников энергии — солнечного коллектора, котла, электрического нагревателя, а также циркуляционных насосов.

    Датчики измеряют температуру теплоносителя у источников нагрева, температуру воды в накопительном баке. Блок управления по заданной программе анализирует показатели датчиков и выдает команды  на включение или отключение тех или иных источников нагрева, насосов и клапанов.

    Человек имеет возможность задавать параметры регулирования — например, устанавливать максимальную температуру горячей воды. 

    Какой солнечный коллектор лучше выбрать

    У каждого вида солнечных коллекторов имеется свой минимальный порог интенсивности солнечного излучения, при котором они начинают нагревать теплоноситель.

    Плоский солнечный коллектор начинает греть при мощности солнечного излучения 70-90 Вт/м2. Для сравнения — если плоский коллектор не закрыт стеклом, то он начнет греть при мощности излучения более 200 Вт/м2.

    Трубчатые солнечные коллекторы с вакуумными трубками начинают греть теплоноситель при мощности излучения более 20 Вт/м2.

    Солнечный коллектор поглощает как прямое, так и рассеяное излучение Солнца. Общая интенсивность и соотношение разных видов излучения меняется в зависимости от времени года и суток, состояния облачности.

    Например, в наших южных широтах максимальная мощность излучения в декабре около 80 Вт/м2, в апреле и сентябре 350 Вт/м2, а в июне 600 Вт/м2. Причем, летом доля прямого излучения составляет примерно 54%, а зимой только 30%.

    Из приведенных выше данных можно сделать вывод, что для того, чтобы солнечный коллектор приносил в дом тепло круглый год, необходим трубчатый солнечный коллектор.

    КПД плоского и трубчатого солнечных коллекторов

    Мерой эффективности солнечного коллектора является его тепловой коэффициент полезного действия. КПД солнечного коллектора определяется как отношение количества полезной энергии, забираемой теплоносителем, к количеству энергии солнечного излучения, которое падает на поверхность коллектора.

    КПД — коэффициент полезного действия для трех конструкций плоского и одного трубчатого солнечных коллекторов

    На рисунке показаны графики зависимости коэффициента полезного действия — КПД, для трех конструкций плоского и одного трубчатого коллекторов. Это примерные характеристики при плотности потока солнечного излучения G=700 Вт/м2. По горизонтальной оси редуцированная (приведенная) температура, равная =dT/G, К*м2/Вт., где dT — разность между средней температурой теплоносителя коллектора и наружной температурой воздуха окружающей среды.

    Анализируя графики, можно сделать следующие выводы:

    Солнечный коллектор работает с максимальным КПД при маленьких значениях редуцированной температуры dT, в режиме с минимально необходимой температурой теплоносителя.

    Причем, при малых значениях редуцированной температуры КПД у разных конструкций плоских коллекторов практически одинаков.

    Плоский солнечный коллектор, который характеризуется графиком КПД с меньшим углом наклона  к горизонту (линия I на рисунке),  обеспечит нагрев воды при невысокой плотности лучистой энергии и довольно низкой температуре наружного воздуха — весной, осенью.

    Плоский коллектор в летнее время, в условиях интенсивного солнечного излучения, имеет более высокий КПД, чем трубчатый. Для систем ГВС, работающих только в теплый сезон выгодно использовать плоские солнечные коллекторы. К тому же, плоский коллектор значительно дешевле трубчатого.

    В условиях малой интенсивности солнечного излучения КПД трубчатого коллектора выше, чем плоского. Установка трубчатого коллектора может быть выгодна только для круглогодичного подогрева воды в системах отопления и ГВС, а также в северных широтах. Учитывая высокую стоимость трубчатого коллектора, его установка окупается далеко не всегда.

    Выбираем солнечный коллектор для бассейна

    С учетом сделанных выше выводов, для подогрева воды в летнем бассейне буквально на несколько градусов, можно выбрать любую конструкцию плоского коллектора. Эффективность при маленькой величине dT будет у всех конструкций плоских коллекторов примерно одинакова.

    Выгодно использовать самые дешевые плоские коллекторы с пластиковыми абсорберами, которые могут вообще не иметь остекления.

    Поскольку температура теплоносителя в коллекторе будет не намного отличаться от температуры наружного воздуха, то потери тепла при отсутствии стекла будут незначительными. Кроме того, из-за отсутствия стекла немного увеличится количество солнечной энергии, попадающей на адсорбер. Стекло всегда задерживает некоторую часть солнечных лучей.

    Расчет размера солнечного коллектора

    Из-за неравномерного поступления тепла от солнечного коллектора, в системах ГВС и отопления дома обязательно устанавливают еще один источник нагрева.

    Производительность солнечного коллектора рекомендуется выбирать такой, чтобы от него получать не более 2/3 тепловой энергии, необходимой для горячего водоснабжения в доме. Использовать более производительные аппараты не выгодно — не окупятся. 

    Для горячего водоснабжения в доме достаточно выбрать солнечный коллектор площадью 1-1,5 м2 в расчете на одного члена семьи.

    Солнечный коллектор в системе отопления выбирают так, чтобы получать от него 20-30% тепловой энергии, необходимой для отопления. Размеры солнечного коллектора для целей отопления выбирают из расчета 0,3-0,5 м2 площади коллектора на 1м2 отапливаемой площади дома.

    Для закрытого бассейна площадь солнечного коллектора может составлять 40% площади зеркала воды в нем.

    В открытом бассейне воду нагревают солнечным коллектором площадью 70% от площади зеркала воды.

    Пример расчета размеров площади солнечного коллектора 

    Выполним расчет размера солнечных коллекторов для дома с отапливаемой площадью 200 м2, в котором проживают 5 человек. В доме имеется крытый бассейн с площадью воды 30 м2.

    Площадь солнечных коллекторов составит:

    • Для нагрева воды в системе ГВС —    5-7,5 м2
    • Для системы отопления дома —         60-100 м2
    • Для подогрева воды в крытом бассейне —      12 м2

    Где можно установить солнечный коллектор

    Солнечный коллектор можно установить в любом месте — на крыше, на стене, на земле. Важно только установить его под определенным углом к горизонту и на солнечном месте.

    Но чаще всего коллектор устанавливают на крыше. Коллектор на крыше не занимает места на участке и получает больше солнечных лучей — там его ничто не затеняет.

    На крыше коллектор устанавливают над кровлей. Существуют конструкции коллекторов, которые встраивают в покрытие крыши.

    При установке в любом месте следует иметь ввиду, что аппарат требует обслуживания. Поэтому, необходимо продумать, как облегчить доступ к нему.

    Кроме того, коллектор достаточно тяжелое устройство. поэтому стропила крыши или стена дома могут потребовать усиления их конструкции.

    Лучше всего, установку солнечного коллектора предусмотреть сразу, на стадии проектирования и строительства дома.

    Ориентация поверхности солнечного коллектора

    Максимальное количество солнечной энергии коллектор будет получать, если его поверхность будет перпендикулярна направлению на солнце.

    Направление на солнце постоянно меняется в зависимости от времени года и суток. Поэтому, коллектор устанавливают под некоторым углом к горизонту, который позволяет получать максимум солнечной энергии без изменения положения коллектора.

    Солнечный коллектор, который будет работать круглый год устанавливают под углом к горизонту, величина которого примерно равна географической широте местности.

    В зимний период, если есть возможность, лучше увеличивать угол наклона еще примерно на 15о.

    Если солнечный коллектор будет работать только летом, то угол наклона следует уменьшить до: географическая широта местности минус 15о.

    Плоскость солнечного коллектора должна смотреть по направлению на юг с точностью плюс-минус 15о.

    Трубчатые вакуумные коллекторы допускают большее отклонение от направления на юг. Они должны освещаться солнцем не менее шести часов в сутки.

    Еще Статьи на эту тему: ⇒ Горячее водоснабжение частного загородного дома

    domekonom.su


    Смотрите также