Содержание

Солнечный нагрев воды в доме

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
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
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
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 горячего водоснабжения с солнечным коллектором - водонагревателем 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 0,5 м. (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 горячего водоснабжения с солнечным коллектором и бойлером косвенного нагрева для частного дома

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 отопления и горячего водоснабжения с солнечным коллектором и буферным баком - аккумулятором тепла для частного дома

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

Схема ГВС с солнечным коллектором и двумя накопительными баками для частного дома

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.

Сфера применения

Вакуумные солнечные коллекторы используются везде, где необходимо обеспечить тепло и горячую воду в условиях ограниченности топлива, невозможности подвода традиционных коммуникаций или нестабильности их работы. Их устанавливают на различных объектах:

  • сельскохозяйственных производствах;
  • предприятиях;
  • медицинских учреждениях;
  • санаториях и других оздоровительных комплексах;
  • детсадах, школах, летних лагерях;
  • местах отдыха туристов и гостиницах;
  • частных и многоквартирных домах;
  • офисных зданиях;
  • железнодорожном транспорте и тому подобное.

Такое устройство как вакуумный солнечный коллектор будет работать везде, где есть дневной свет и подвод холодной воды на объект. С его помощью решаются задачи:

  • организации сезонного и круглогодичного снабжения объектов горячей водой;
  • модернизации и оптимизации имеющейся водопроводной инфраструктуры;
  • дежурного и полного отопления помещений;
  • подогрев бассейнов;
  • обогрев в нуждах сельского хозяйства (питомники, инкубаторы и так далее);
  • подготовки технической подогретой воды и прочее.

Схема 2

Вы можете подробно узнать как использовать солнечный коллектор для нагрева бассейна.

Сроки окупаемости

Стоимость среднего вакуумного коллектора колеблется от 600 до 1500 USD. В эту стоимость входит не только коллектор, но также накопительный бак рекомендуемого объема и материалы для соединения с домовой системой ГВС. А вот стоимость услуг по монтажу в общей сумме не учтена: слишком большой разбег цен по регионам и условиям на объекте.

Тем не менее, окупаемость конкретного экземпляра проверить легко. Возьмем для примера коллектор СВК-А-30 торговой марки ATMOSFERA стоимостью 1100–1200 USD. Вакуумных трубок в нем 30 штук, их общая максимальная мощность составляет 2,5 кВт/ч, за световой день коллектор принимает до 7,6 кВт тепловой энергии. Бак-аккумулятор в коллекторе отсутствует, но мы в праве условно считать, что стоимость его и сантехнической обвязки эквивалентна цене за электрический бойлер сопоставимой мощности.

Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома

Средняя суточная мощность коллектора — 5,5 кВт, этого достаточно чтобы нагреть 120–140 литров воды от 10 до 50 °С. Затратив такое же количество электроэнергии по тарифу 4,68 руб./кВт/ч, мы получим в среднем 25 рублей в сутки или около 10 тысяч рублей в год. Соответственно, срок окупаемости коллектора составит около восьми лет, что при гарантированном сроке службы в 25 лет совсем неплохо. К тому же есть некоторые способы повысить окупаемость. В общем случае, чем мощнее установка, тем скорее она себя полностью оправдает.

Конструкционные нюансы и классификация

Коллекторы вакуумного типа классифицируют по виду стеклянных трубок, установленных в конструкции, либо по характеристикам тепловых каналов. Трубки обычно бывают коаксиальными и перьевыми, а тепловые каналы – U-образными прямоточными и heat pipe типа.               .

Характеристика коаксиальных трубок

Коаксиальные трубки представляют собой двойную стеклянную колбу-термос с искусственно созданным между стенками вакуумным пространством. Внутренняя поверхность трубки имеет слой специального теплопоглащающего покрытия, поэтому фактическая передача тепла происходит непосредственно от стенок стеклянной колбы.

Коаксиальные трубки из стекла
Коаксильные трубки делают из высокопрочного стекла на основе боросиликатов, обладающего высокой светопропускной способностью. Элементы, в зависимости от производителя, имеют до трех слоев магнетронного напыления, демонстрируют отличную прочность и устойчивость к различным атмосферным проявлениям (дождь, град и пр.), выдерживают давление в 1 Mpa и надежно служат в течение 15 лет

В качестве поглощающего элемента в стеклянную трубку впаивают медную трубку, содержащую эфирный состав. В процессе нагревания он испаряется, эффективно отдает свое тепло, конденсируется и стекает на нижнюю часть трубки. Затем цикл повторяется, создавая таким образом непрерывный процесс теплообмена.

Особенности перьевых трубок

Вакуумные перьевые трубки имеют большую толщину стенок, нежели коаксиальные, и состоят не из двух, а из одной колбы. Внутренний абсорбционный элемент из меди снабжается по всей длине прочным усилителем – гофрированной пластиной с высокоуровневым энергопоглощающим напылением.

Благодаря такой конструкционной особенности вакуум располагается непосредственно в тепловом канале, часть которого вместе с абсорбентом интегрируется непосредственно в колбу.

Вакуумная перьевая трубка
Перьевая вакуумная трубка внутри содержит пластину, своей формой напоминающую перо. По уровню КПД превышает возможности своего коаксиального аналога, но имеет значительно более высокую стоимость и сложно заменяется в случае нарушения целостности колбы или выхода из строя греющего элемента

Коллекторы, изготовленные на основе перьевых вакуумных трубок, считаются наиболее эффективными в своем классе, отлично справляются с поставленными задачами и надежно служат в течение многих лет.

Принцип работы теплового канала heat pipe

Тепловые каналы heat pipe состоят из закрытых трубок, содержащих легко испаряющийся жидкий состав. Под воздействием солнечных лучей он прогревается, переходит в верхнюю область канала и сосредотачивается там в специальном теплосборнике (manifold).

Рабочая жидкость в этот момент отдает все накопленное тепло и снова опускается вниз для возобновления процесса.

Гильза теплообменника heat-pipe соединяется с теплообменником manifold’а посредством специального гнезда, впаянного в сам в 1-трубный теплообменник, либо огибается 2-трубным теплообменником.

Элемент теплового канала heat pipe
Рабочий элемент теплового канала heat pipe изготовляется из меди, в более редких случаях – из алюминия. Проявляет высокую стойкость к эксплуатационным нагрузкам, надежно служит в течение 15 лет, имеет разумную стоимость и является одним из самых популярных элементов современных вакуумных гелиосистем трубчатого типа

Выделенную энергию из теплового резервуара отбирает теплоноситель и переносит ее дальше по системе, обеспечивая таким способом наличие горячей воды в кранах и батареях отопления. Система heat pipe легко монтируется и демонстрирует высокую эффективность при работе.

Коллектор с вакуумными трубками
Коллекторы, оснащенные вакуумными трубками heat pipe, отличаются хорошим уровнем надежности и подходят для использования не только в быту, но и в высоконапорных гелиотермальных системах

В случае поломки или выхода из строя без всяких сложностей существует возможность заменить испорченный узел на новый, не прибегая к реконструкции всей системы.

Ремонтные работы можно легко осуществить прямо на месте расположения коллектора, не демонтируя агрегат и не прикладывая к работе излишних усилий.

Описание U-образного прямоточного теплообменника

Трубка прямоточного теплообменника имеет форму буквы U. Внутри циркулирует вода или рабочий теплоноситель греющей системы. Одна часть элемента предназначается для холодного теплоносителя, а вторая корректно отводит уже нагретый.

При накаливании действующий состав расширяется и поступает в бак накопления, создавая таким образом естественную циркуляцию жидкости в системе. Специальное селективное покрытие, нанесенное на внутренние стенки, увеличивает теплопоглощающую способность и повышает эффективность системы в целом.

Вакуумный солнечный коллектор в работе
По сравнению с трубками heat-pipe типа, U-образные изделия имеют большую гидравлическую сопротивляемость, предъявляют повышенные требования к теплоносителю и стоят значительно дороже. Коллекторы, функционирующие на прямоточных U-трубках, не могут работать под высоким давлением и обеспечивают качественную теплоотдачу только в период теплого сезона

Трубки U-типа демонстрируют высокую производительность и дают солидную теплоотдачу, но при этом имеют один существенный недостаток. Они составляют одну целостную конструкцию с manifold’ом и всегда монтируются вместе с ним.

Заменить отдельную одиночную трубку, вышедшую из строя, не получится. Для ремонта потребуется демонтировать весь комплекс полностью и на его место поставить новый.

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.

коэффициент полезного действия КПД солнечного 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 1 м2 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.

Как выбрать вакуумный солнечный коллектор (плюсы и минусы устройства)?

Устройства, собирающие тепловую солнечную энергию, называются солнечными коллекторами. Солнечные коллекторы способны производить нагрев теплоносного материала. Этим они и отличаются от солнечных батарей, которые способны производить только электрическую энергию. Благодаря этому достоинству, вакуумные коллекторы широко используются для отопления помещений и систем горячего водоснабжения.

Существует два вида солнечных коллекторов: плоские и вакуумные. Цель этой статьи – рассказать о вакуумных солнечных коллекторах.

Вакуумный солнечный коллектор принцип работы

Солнечно вакуумные коллекторы являются наиболее эффективными устройствами для обрабатывания солнечной энергии. Для того чтобы достичь эффективности 85%, устройство использует всего 15% от получаемой солнечной энергии. Вакуумные коллекторы эффективнее солнечных батарей, так как могут не только преобразовывать солнечную энергию в электричество, но также используются и для обогрева. Данная особенность позволяет не только экономить на электроэнергии, но и не тратится на обогревательное оборудование.

Благодаря высокой эффективности, солнечные коллекторы широко используются в сферах деятельности, таких как:

  • Частные дома, квартиры, дачи.
  • Офисные помещения.
  • Предприятие сельскохозяйственного назначения.
  • Производственные комплексы любых масштабов.
  • Здравоохранительные учреждения.
  • Образовательные учреждения: школы, университеты.
  • Детские учреждения.
  • Торговые учреждения.
  • Пункты общественного питания.
  • ЖД вокзалы, порты и многие другие учреждения самого разного рода.

Солнечные коллекторы могут эффективно использоваться практически везде, где нужна электроэнергия и горячая вода.

Особенности эксплуатации солнечных коллекторов:

  • В холодный зимний период, особенно в январе и декабре, солнечные коллекторы не могут производить более 30%-50% тепла. Так что в данный период придется прибегнуть к помощи традиционных источников энергии.
  • Чем лучше теплоизоляция здания – тем эффективнее работает система отопления.
  • Система теплых полов на водной основе также может нагреваться с помощью солнечных коллекторов. Рекомендуется использовать эту возможность для повышения эффективности системы.
  • Пасмурная погода – главная помеха для солнечных коллекторов. При повышенной облачности придется чаще пользоваться традиционными источниками тепла.

Виды вакуумных коллекторов

Солнечные коллекторы разных типов содержат вакуумные трубки разных размеров. Чем больше трубка, и чем толще она – тем больше энергии будет подавать коллектор. Длина трубок составляет минимум 1 метр, максимальная длина – более двух метров. Трубки диаметром менее 58 мм не приветствуются, так как они менее эффективны.

Водонагреватели время от времени нужно чистить, но как это сделать читайте в статье
слив воды из водонагревателя.

Про накопительные водонагреватели термекс, отзывы смотри тут.

Трубки для подачи тепла также бывают разными:

  • Медные трубки, находясь в стеклянных трубках, нагреваются. Тепло испаряется теплоносителем, поднимается в верхнюю часть трубки и конденсируется.
  • В системе с Uтрубками, теплоноситель, проходя через нижнюю часть трубки, нагревается и быстро проходит через верхнюю ее часть – это система замкнутого контура. Она отличается ускоренным теплообменом и на 15-20% эффективнее стандартных систем.

Технические характеристики

Итак, установка состоит из следующих деталей:

  • Коллектор – преобразует солнечную энергию в тепло и электричество.
  • Бак-аккумулятор – содержит воду для отопления.
  • Станция управления – контролирует подачу воды и ее нагрев.
  • Теплообменный контур – с его помощью теплоноситель нагревает воду в баке.
  • Электронагревательный элемент – обеспечивает дополнительный подогрев в случае, если не хватает солнечной энергии.

Процесс отопления выглядит следующим образом: Трубки, в которых находится теплоноситель, проходят сквозь коллектор. Энергия солнца посредством коллектора нагревает трубки, теплоносящую жидкость и, в свою очередь, передает тепло баку-аккумулятору с помощью теплообменивающего контура, и нагревает воду. Баки-аккумуляторы оснащаются высокой теплоизоляцией, как в них и хранится нагретая вода.

Циркуляция теплообменника может проходить двумя способами:

  1. Естественным.
  2. Под механическим воздействием- с помощью циркулярного насоса.

Электронагревательный элемент, устанавливается в бак с водой и следит за температурой воды. Если температура понизится ниже установленного уровня, нагреватель автоматически догревает воду до нужной температуры.

Как видно, принцип работы вакуумного коллектора довольно прост. При желании, в интернете можно найти более детальную схему, и, купив необходимые детали, собрать данное устройство своими руками.

Соберите печь камин с водяным контуром своими руками здесь.

Преимущества использования вакуумного коллектора

Главное преимущество состоит в огромной экономии на отопление дома и нагрев воды. В среднем, в течение года затраты на отопление дома и нагрев воды уменьшаются на 50%.

  • Вакуумный коллектор является автономным источником энергии и тепла. Это значит, что перебои в системе электро или газоснабжения не доставят пользователям никаких хлопот.
  • Увеличивается срок службы основной отопительной системы, так как нагрузка на нее уменьшается почти до 90%.
  • Энергия добывается экологичным методом, без вреда окружающей среде.
  • Использование вакуума в качестве теплоизолятора повышает производительность коллектора и позволяет сохранять высокую температуру даже при суровых зимних условиях.
  • Надежность. Все детали коллектора изготовлены из высокопрочных материалов. Трубки, по которым проходит теплоноситель, сделаны из меди. Стеклянные трубки – из ударопрочного стекла.

Эти и многие другие достоинства позволили вакуумным солнечным коллекторам получить широкую популярность и восторженные отзывы пользователей.

Как выбрать/финансы

Как было указано в начале статьи, чем больше будет трубок в вакуумном коллекторе и чем толще они будут – тем лучше. Выбирать коллектор следует по размеру отапливаемой площади.

Модели с 10 трубками и диаметром коллектора 850 мм способны полноценно отапливать 2-3 комнаты. Средняя цена такой модели – от 12 000 руб.

Для частных домов среднего размера стоит выбрать модель с 20-25 трубками и шириной коллектора до 2000 мм. Средняя цена – от 20 000 руб.

Для больших домов можно купить модель с 30 трубками и диаметром 2 500 мм. Цена таких аппаратов начинается от 22 000 руб.

Следует учитывать, что дополнительные комплектующие также обладают большим диапазоном цен и могут существенно отличатся в цене. Например, цена наиболее дорогого бака-аккумулятора с двумя теплообменниками достигает 125 000 руб.

В среднем, вакуумные солнечные коллекторы окупают себя в течение 2-5 лет.

Стоит ли приобрести вакуумный аккумулятор? – в условиях, когда цены на газ и электроэнергию регулярно дорожают, объем добычи полезных ископаемых снижается, из-за их исчерпывания, экология земли находится в катастрофическом состоянии…Конечно стоит. И помните, что на вакуумный солнечный коллектор цена демократична.

Солнечные коллекторы способны обеспечить любой дом нужным количеством энергии и тепла, добывая их экологичным путем, и экономя их пользователям массу денег. Солнечные коллекторы способны окупить свою стоимость уже через пару лет, будучи автономным источником энергии и тепла. Это технология будущего.

Самое интересное про вакуумный солнечный коллектор плюс отзывы
В условиях постоянно дорожающих тарифов на электроэнергию и газ, многие решают переходить на автономные источники энергии. Самый эффективный на данный момент

Изготовление вакуумного коллектора своими руками

Важно! Сделать солнечный коллектор своими руками вакуумного типа крайне сложно. Затраты могут быть весьма высокими.

Вакуумный солнечный коллектор своими руками изготовить можно. Потребуется приобрести стеклянные трубки для молочной промышленности или доильных установок. Они реализуются вместе со специальными резиновыми патрубками, с помощью которых могут монтироваться в разные монтажные схемы.

Внутри стеклянных труб потребуется расположить стальные или медные трубки, окрашенные в черный цвет. Сварку или пайку придется дополнительно защищать теплоизолирующими лентами, например, вырезанными из вспененного полиэтилена.

Изготавливая  солнечный коллектор вакуумного типа, потребуется произвести откачку воздуха из стеклянных труб. Откачку воздуха выполняют с помощью вакуумного насоса. Здесь понадобится использовать специальный штуцер, который плотно закроется сразу после отсоединения всасывающего трубопровода от вакуум-насоса. Современные пластинчатые устройства позволяют получать разряжение до 25…30 % от исходного атмосферного значения.

Перед началом работ следует оценить свои силы. Подобные устройства довольно дороги в изготовлении. Здесь нужны не только дорогие инструменты и приспособления. Нужен еще и навык выполнения работ с вакуумными установками.

Можно собрать установку из готовых элементов:

statya_6_ris_10.jpg

  1. Изготавливают раму для монтажа.
  2. Ориентируют ее относительно сторон света.
  3. Приобретают коаксиальные трубки в сборе с теплообменниками.
  4. Производят монтаж подводящих и отводящих трубопроводов.
  5. Устанавливают вакуумные трубки и соединяют их с магистральными трубопроводами.
  6. Выполняют работы по тепловой изоляции всех точки стыковки колб и трубопроводов.
Источники

  • https://DomEkonom.su/solnechnyj-kollektor-vodonagrevatel-dlja-doma-bassejna.html
  • https://VashUmnyiDom.ru/klimat/heating/vakuumnyj-solnechnyj-kollektor.html
  • https://www.rmnt.ru/story/heating/vakuumnyy-solnechnyy-kollektor-dlja-otoplenija-doma.1065569/
  • https://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/vakuumnyj-solnechnyj-kollektor.html
  • https://lucheeotoplenie.ru/tipy-otopleniya/solnechnoe/vakuumnye-kollektory-solnechnye.html
  • https://remont-system.ru/alternativnaya-energiya/ustroystvo-vakuumnogo-solnechnogo-kollektora-s-trubkami

[свернуть]
Adblock
detector