Сонячний колектор - водонагрівач для будинку, басейну - ДомЕконом

  1. Інші Статті на цю тему: Сонячний нагрів води в будинку
  2. Сонячний колектор для будинку, басейну
  3. Плоский сонячний колектор
  4. Трубчастий вакуумний сонячний колектор
  5. Сонячний колектор з тепловими трубками
  6. Схеми підключення сонячного колектора
  7. Теплоносій в системі нагріву з сонячним колектором
  8. Схема нагріву води сонячним колектором для дачного будинку
  9. Схема ГВС з сонячним колектором і бойлером непрямого нагріву
  10. Схема опалення і ГВП з сонячним колектором і буферним баком - акумулятором тепла
  11. Схема ГВС з сонячним колектором і двома накопичувальними баками
  12. Схема підігріву води для басейну
  13. Автоматизація систем опалення і ГВП з сонячним колектором
  14. Який сонячний колектор краще вибрати
  15. ККД плоского і трубчастого сонячних колекторів
  16. Аналізуючи графіки, можна зробити наступні висновки:
  17. Вибираємо сонячний колектор для басейну
  18. Розрахунок розміру сонячного колектора
  19. Приклад розрахунку розмірів площі сонячного колектора
  20. Де можна встановити сонячний колектор
  21. Орієнтація поверхні сонячного колектора
Інші Статті на цю тему:

Сонячний нагрів води в будинку

Сонячну енергію для будинку можна отримувати майже безкоштовно і в досить великих кількостях. Чому не даром? Тому що, платити все ж доведеться, але не Cолнце, а виробникам і монтажникам сонячних колекторів.

Використання енергії Сонця в системах опалення та гарячого водопостачання приватного будинку, а також для нагріву води в басейні, в міру швидкого зростання вартості енергоносіїв, стає все більш вигідним. Термін окупності сонячного обладнання будинку з кожним роком стає дедалі менше.

У країнах Євросоюзу встановлення сонячних колекторів в нових будинках є обов'язковою.

Чим далі від екватора, чим більше похмурих днів в році, чим вище забруднення повітря, тим менше сонячної енергії падає на Землю.

Інтенсивність сонячного випромінювання в південних регіонах Росії, на території України, на південь від 52о пн.ш., становить від 1000 до 1350 кВт * год / м2 / рік.

У наших південних широтах найбільша інтенсивність сонячного випромінювання доводиться на період з березня по жовтень. В цей час потреба в опаленні будинку мінімальна. Тому сонячну енергію в основному використовують для нагрівання води в системі гарячого водопостачання будинку і для підігріву води в басейні.

У системах опалення приватного будинку сонячні колектори застосовують рідше - тільки як допоміжні нагрівачі до котла. Розрахунки і практика застосування показують, що використання сонячних колекторів в системах опалення в наших широтах в більшості випадків не окупає витрати на їх установку.

Слід зауважити, що термін окупності установок сонячного нагріву дуже сильно залежить від вартості палива, яке використовується в будинку для опалення та нагріву води в системі ГВП. Наприклад, за 1 кВт * год енергії, що надходить з електричної мережі, господар будинку заплатить приблизно в 10 разів більше, ніж за таку ж кількість, отриманої від котла на природному газі.

У будинках, де для опалення або нагрівання води використовується електроенергія, або працюють котли на дорогих видах палива, встановлення сонячних колекторів буде найбільш вигідна.

Розробка й оснащення систем опалення та ГВП сонячним колектором обійдеться дешевше, якщо їх установку передбачити відразу, на стадії проектування і будівництва будинку. Переробки завжди обходяться дорожче.

Сонячний колектор для будинку, басейну

Сонячний колектор - це апарат, в якому енергія сонячних променів перетворюється в теплову енергію теплоносія. Теплоносій переносить тепло від сонячного колектора до нагрівачів систем гарячого водопостачання та опалення. В якості теплоносія використовують воду або що не замерзають рідини.

Сонячний колектор може мати різну конструкцію. Існують три принципових схеми пристрою сонячного колектора.

Плоский сонячний колектор

Сонячний плоский колектор являє собою металеву пластину - абсорбер, яка поглинає падаюче на неї сонячне випромінювання Сонячний плоский колектор являє собою металеву пластину - абсорбер, яка поглинає падаюче на неї сонячне випромінювання. До пластині прикріплені мідні трубки, по яких тече теплоносій.

Пластину абсорбера покривають шаром нікелю, чорної міді або іншим матеріалом з високим коефіцієнтом поглинання сонячних променів, але з низьким коефіцієнтом теплових випромінювання. Таке покриття називають селективним.

Деякі виробники випускають адсорбер з двох складених разом металевих листів. У листах видавлені канавки, з яких при з'єднанні листів формуються трубки колектора.

Сонячні промені нагріває абсорбер, від нього тепло передається теплоносію, температура якого збільшується.

Абсорбер з трубками встановлюють в теплоізольований плоский корпус. Зверху корпус колектора закривають склом. Для поліпшення теплоізоляції зазвичай встановлюють склопакет з подвійним або потрійним склінням. Скло повинно витримувати удари граду.

Щоб скління і поверхню адсорбера не запітніли, в корпусі колектора залишають отвори для вентиляції.

Пластина абсорбера в плоскому колекторі зі склопакетом може нагріватися до 190 оС.

Пластина абсорбера в плоскому колекторі зі склопакетом може нагріватися до 190 оС

Панель сонячного водонагрівача з паралельним розташуванням труб

У плоскому сонячному колекторі труби, по яких циркулює теплоносій, зазвичай розташовують вертикально. Застосовують дві схеми розводки труб - паралельну і змійкою.

Паралельна схема розташування труб має маленьке гідравлічний опір. Колектори з паралельними трубами застосовують в схемах підігріву води з природною циркуляцією теплоносія.

Колектори з паралельними трубами застосовують в схемах підігріву води з природною циркуляцією теплоносія

Панель сонячного водонагрівача з розташуванням труб змійкою

Укладання труб змійкою дозволяє отримати трохи більший парниковий ефект, але при цьому різко збільшується гідравлічний опір системи.

Трубчастий вакуумний сонячний колектор

Сонячний трубчастий вакуумний колектор встановлюють на південному схилі даху

Сонячний вакуумний трубчастий колектор може складатися з декількох десятків скляних труб, в яких створено вакуум. Усередині вакуумних труб знаходяться трубки з теплоносієм.

На нижню частину поверхні труб нанесено дзеркальне покриття, фокусує сонячні промені. А верхня частина труб покрита селективним шаром, який пропускає сонячні промені всередину, але затримує відбите теплове випромінювання зсередини скляної труби.

Наявність вакууму значно зменшує теплові втрати, а дзеркальне і селективне покриття ще більше збільшують ефективність колектора.

Сонячний колектор з тепловими трубками

Сонячний колектор з тепловими трубками зовні схожий на вакуумний трубчастий, показаний на малюнку вище. Відмінності знаходяться всередині скляних вакуумних труб.

У кожній скляній трубі колектора є інша, герметично закрита з усіх боків трубка з легко випаровується рідиною - теплова трубка. Верхній кінець теплової трубки є частиною теплообмінника, в якому циркулює теплоносій контуру сонячного колектора.

При нагріванні сонячними променями рідина в тепловій трубці випаровується. Пари піднімаються вгору і конденсуються на поверхні трубки, прикріпленої верхнім кінцем до теплообмінника. Процес конденсації супроводжується передачею тепла теплоносія.

Конденсат в тепловій трубці стікає вниз, знову нагрівається, випаровується - процес повторюється і йде безперервно.

У сонячному колекторі з тепловими трубками кожна скляна вакуумна труба може бути легко від'єднана і, при необхідності, замінена на нову.

Схеми підключення сонячного колектора

У схемах опалення і ГВП з сонячним колектором обов'язково повинна бути накопичувальна ємність - акумулятор тепла. Пов'язано це з тим, що процес надходження тепла від сонячного колектора не збігається за часом і кількістю з витратою теплової енергії споживачами в будинку. Сонячну енергію спочатку накопичують в акумуляторі тепла, а потім витрачають по мірі необхідності.

Для накопичення енергії, одержуваної від сонячного колектора, вигідно використовувати накопичувальний бойлер системи ГВП або буферну ємність системи опалення . Для цього, встановлюють бойлер і буферну ємність з додатковим теплообмінником, до якого і підключають сонячний колектор.

Теплоносій в системі нагріву з сонячним колектором

В системі нагріву з сонячним колектором, яка працює тільки влітку, в якості теплоносія використовують воду. Системи на воді підходять для дачних будинків сезонного проживання або літніх басейнів.

Для систем опалення і ГВП житлового будинку, що працюють цілий рік, в якості теплоносія доводиться використовувати незамерзаючі рідини - антифриз на основі пропіленгліколю або мінеральне масло.

Всі рідини - теплоносії при нагріванні розширюються. Тому контур нагріву сонячного колектора обов'язково обладнують розширювальним баком.

У контурі з сонячним колектором існує також небезпека закипання рідини - необхідний захист від перегріву і встановлення запобіжного клапана.

Захист від перегріву контуру сонячного колектора зазвичай здійснюється шляхом вибору накопичувального бака досить великого обсягу, здатного поглинути надлишки тепла.

Для видалення повітря з контуру колектора встановлюють автоматичний.

Для запобігання випорожнення накопичувального бака трубопровід холодної води оснащують зворотним клапаном.

Розширювальний бак,, запобіжний клапан контуру колектора аналогічні тим приладам, які встановлюються на котлі в будинку.

Схема нагріву води сонячним колектором для дачного будинку

Схема нагріву води сонячним колектором для дачного будинку

Схема ГВС з природною циркуляцією теплоносія в контурі сонячного колектора і з електричним нагрівачем в накопичувальному баці.

Для виникнення в контурі природної і досить інтенсивної циркуляції необхідно, щоб дно накопичувального бака було вище сонячного колектора мінімум на 0,5 м. (чим більше тим краще). Крім того, намагаються зменшити гідравлічний опір в контурі сонячного колектора. Для цього збільшують діаметр труб і скорочують їх довжину.

В якості теплоносія використовується рідина.

Для підігріву води в похмурі дні накопичувальний бак має електричний нагрівач.

З метою зменшення втрат тепла накопичувальний бак і трубопроводи захищають теплоізоляцією товщиною 50 мм.

Якщо бак встановлюють на холодному горищі, то товщину теплоізоляції бака слід збільшити до 100 -150 мм. а трубопроводи з водою розмістити під теплоізоляцією бака.

Для дачного будинку з сезонним проживанням, тільки влітку, можна контур сонячного колектора виконати без теплообмінника в баку. У контур колектора вода буде надходити з нижньої частини бака, нагріватися і накопичуватися у верхній частині бака. З настанням холодів систему необхідно спорожняти від води.

Ця проста і не дорога система ГВП підійде для дачних будинків і невеликих приватних будинків з опаленням твердопаливним котлом або печами.

Схема ГВС з сонячним колектором і бойлером непрямого нагріву

Схема ГВС з сонячним колектором і бойлером непрямого нагріву

Схема підключення сонячного колектора до системи ГВС з накопичувальним бойлером непрямого нагріву та опалювальним котлом з контуром ГВС.

Для підключення сонячного колектора до системі ГВП з бойлером непрямого нагріву необхідно встановити в будинку бойлер з двома теплообмінниками.

До нижнього теплообмінника підключають нагрівальний контур сонячного колектора, а до верхнього - контур ГВП опалювального котла.

Якщо тепла від сонячного колектора не вистачає для нагріву води, то включається в роботу контур ГВП опалювального котла.

Установка циркуляційного насоса в контур сонячного колектора дозволяє встановити колектор в будь-яке положення щодо бойлера, а також зменшити діаметр трубопроводів.

Схему з бойлером непрямого нагріву зручно застосовувати при опаленні будинку газовим котлом.

Схема опалення і ГВП з сонячним колектором і буферним баком - акумулятором тепла

Схема опалення і ГВП з сонячним колектором і буферним баком - акумулятором тепла

Схема підключення сонячного колектора до системи опалення і ГВП з буферним баком - акумулятором тепла і опалювальним одноконтурним котлом.

Прочитайте статтю « Схема опалення і ГВП з буферним баком - акумулятором тепла »Для того, щоб дізнатися переваги, особливості пристрою і роботи цієї системи.

Сонячний колектор приєднують до теплообмінника, встановленого в буферному баці - акумуляторі тепла. До буферного бака підключають і контур опалювальних приладів будинку (на схемі не показаний).

Теплова енергія від всіх джерел - сонячного колектора і опалювального котла, акумулюється в буферному баці. З буферного бака тепло витрачається і на підігрів води в системі ГВП, і подається в контур опалення приміщень будинку.

Схема з буферним баком дозволяє використовувати сонячну енергію і для опалення, і для гарячого водопостачання.

Схема ГВС з сонячним колектором і двома накопичувальними баками

Схема ГВС з сонячним колектором і двома накопичувальними баками

Схему ГВС з двома накопичувальними баками використовують при підключенні сонячного колектора до вже працюючого обладнання системи гарячого водопостачання в будинку. Коли в уже встановленому бойлері відсутня теплообмінник для підключення сонячного колектора.

Купівля нового бойлера ГВС з двома теплообмінниками і заміна старого часто не вигідна. Дешевше придбати новий бойлер невеликого обсягу тільки для контуру сонячного колектора.

Схема підігріву води для басейну

Підігрів води в басейні можна виробляти з будь-якої з перших трьох схем, які наведені вище.

Холодна вода з дна басейну подається циркуляційним насосом по трубопроводу холодної води в накопичувальний бак, бойлер або буферну ємність. Гаряча вода повертається назад в басейн.

Примусова циркуляція води в контурі басейну забезпечує перемішування води і рівномірний розподіл температури по глибині басейну.

Для басейнів, які працюють тільки влітку, накопичувальний бак можна виключити зі схеми підігріву. Роль накопичувального бака може виконувати ванна басейну.

Автоматизація систем опалення і ГВП з сонячним колектором

Системи опалення та ГВП з сонячним колектором обов'язково оснащують приладами автоматики.

Автоматика необхідна для узгодженого управління роботою декількох джерел енергії - сонячного колектора, котла, електричного нагрівача, а також циркуляційних насосів.

Датчики вимірюють температуру теплоносія у джерел нагріву, температуру води в накопичувальному баці. Блок управління за заданою програмою аналізує показники датчиків і видає команди на включення або відключення тих чи інших джерел нагріву, насосів і клапанів.

Людина має можливість задавати параметри регулювання - наприклад, встановлювати максимальну температуру гарячої води.

Який сонячний колектор краще вибрати

У кожного виду сонячних колекторів є свій мінімальний поріг інтенсивності сонячного випромінювання, при якому вони починають нагрівати теплоносій.

Плоский сонячний колектор починає гріти при потужності сонячного випромінювання 70-90 Вт / м2. Для порівняння - якщо газова плита не закрите склом, то він почне гріти при потужності випромінювання понад 200 Вт / м2.

Трубчасті сонячні колектори з вакуумними трубками починають гріти теплоносій при потужності випромінювання більше 20 Вт / м2.

Сонячний колектор поглинає як пряме, так і розсіювання випромінювання Сонця. Загальна інтенсивність і співвідношення різних видів випромінювання змінюється в залежності від пори року і доби, стану хмарності.

Наприклад, в наших південних широтах максимальна потужність випромінювання в грудні близько 80 Вт / м2, в квітні і вересні 350 Вт / м2, а в червні 600 Вт / м2. Причому, влітку частка прямого випромінювання становить приблизно 54%, а взимку тільки 30%.

З наведених вище даних можна зробити висновок, що для того, щоб сонячний колектор приносив в будинок тепло круглий рік, необхідний трубчастий сонячний колектор.

ККД плоского і трубчастого сонячних колекторів

Мірою ефективності сонячного колектора є його тепловий коефіцієнт корисної дії. ККД сонячного колектора визначається як відношення кількості корисної енергії, яка забирається теплоносієм, до кількості енергії сонячного випромінювання, яке падає на поверхню колектора.

ККД сонячного колектора визначається як відношення кількості корисної енергії, яка забирається теплоносієм, до кількості енергії сонячного випромінювання, яке падає на поверхню колектора

ККД - коефіцієнт корисної дії для трьох конструкцій плоского і одного трубчастого сонячних колекторів

На малюнку показані графіки залежності коефіцієнта корисної дії - ККД, для трьох конструкцій плоского і одного трубчастого колекторів. Це приблизні характеристики при щільності потоку сонячного випромінювання G = 700 Вт / м2. По горизонтальній осі скорочена (приведена) температура, рівна = dT / G, К * м2 / Вт., Де dT - різниця між середньою температурою теплоносія колектора і зовнішньою температурою повітря навколишнього середовища.

Аналізуючи графіки, можна зробити наступні висновки:

Сонячний колектор працює з максимальним ККД при маленьких значеннях скороченої температури dT, в режимі з мінімально необхідною температурою теплоносія.

Причому, при малих значеннях скороченої температури ККД у різних конструкцій плоских колекторів практично однаковий.

Плоский сонячний колектор, який характеризується графіком ККД з меншим кутом нахилу до горизонту (лінія I на малюнку), забезпечить нагрів води при невисокій щільності променевої енергії і досить низькій температурі зовнішнього повітря - навесні, восени.

Газова плита в літню пору, в умовах інтенсивного сонячного випромінювання, має більш високий ККД, ніж трубчастий. Для систем ГВП, що працюють тільки в теплий сезон вигідно використовувати плоскі сонячні колектори. До того ж, газова плита значно дешевше трубчастого.

В условиях малої інтенсівності Сонячна випромінювання ККД трубчастих колектора вищє, чем плоского. Установка трубчастого колектора може бути вигідна тільки для цілорічного підігріву води в системах опалення та ГВП, а також в північних широтах. З огляду на високу вартість трубчастого колектора, його установка окупається далеко не завжди.

Вибираємо сонячний колектор для басейну

З урахуванням зроблених вище висновків, для підігріву води в літньому басейні буквально на кілька градусів, можна вибрати будь-яку конструкцію плоского колектора. Ефективність при маленькій величині dT буде у всіх конструкцій плоских колекторів приблизно однакова.

Вигідно використовувати найдешевші плоскі колектори з пластиковими абсорберами, які можуть взагалі не мати скління.

Оскільки температура теплоносія в колекторі буде не набагато відрізнятися від температури зовнішнього повітря, то втрати тепла при відсутності скла будуть незначними. Крім того, через відсутність скла трохи збільшиться кількість сонячної енергії, що потрапляє на адсорбер. Скло завжди затримує деяку частину сонячних променів.

Розрахунок розміру сонячного колектора

Через нерівномірне надходження тепла від сонячного колектора, в системах ГВП та опалення будинку обов'язково встановлюють ще одне джерело нагріву.

Продуктивність сонячного колектора рекомендується вибирати такий, щоб від нього отримувати не більше 2/3 теплової енергії, необхідної для гарячого водопостачання в будинку. Використовувати більш продуктивні апарати не вигідно - не окупляться.

Для гарячого водопостачання в будинку досить вибрати сонячний колектор площею 1-1,5 м2 в розрахунку на одного члена сім'ї.

Сонячний колектор в системі опалення вибирають так, щоб отримувати від нього 20-30% теплової енергії, необхідної для опалення. Розміри сонячного колектора для цілей опалення вибирають з розрахунку 0,3-0,5 м2 площі колектора на 1м2 опалювальної площі будинку.

Для закритого басейну площа сонячного колектора може становити 40% площі дзеркала води в ньому.

У відкритому басейні воду нагрівають сонячним колектором площею 70% від площі дзеркала води.

Приклад розрахунку розмірів площі сонячного колектора

Виконаємо розрахунок розміру сонячних колекторів для будинку з опалювальною площею 200 м2, в якому проживають 5 осіб. У будинку є критий басейн з площею води 30 м2.

Площа сонячних колекторів складе:

  • Для нагріву води в системі ГВП - 5-7,5 м2
  • Для системи опалення будинку - 60-100 м2
  • Для підігріву води в критому басейні - 12 м2

Де можна встановити сонячний колектор

Сонячний колектор можна встановити в будь-якому місці - на даху, на стіні, на землі. Важливо тільки встановити його під певним кутом до горизонту і на сонячному місці.

Але найчастіше колектор встановлюють на даху. Колектор на даху не займає місця на ділянці і отримує більше сонячних променів - там його ніщо не затінює.

На даху колектор встановлюють над покрівлею. Існують конструкції колекторів, які вбудовують в покриття даху.

При установці в будь-якому місці слід мати на увазі, що апарат вимагає обслуговування. Тому, необхідно продумати, як полегшити доступ до нього.

Крім того, колектор досить важке пристрій. тому крокви даху або стіна будинку можуть зажадати посилення їх конструкції.

Найкраще, установку сонячного колектора передбачити відразу, на стадії проектування і будівництва будинку.

Орієнтація поверхні сонячного колектора

Максимальна кількість сонячної енергії колектор буде отримувати, якщо його поверхня буде перпендикулярна напрямку на сонце.

Направлення на сонці постійно змінюється в залежності від пори року і доби. Тому, колектор встановлюють під деяким кутом до горизонту, який дозволяє отримувати максимум сонячної енергії без зміни положення колектора.

Сонячний колектор, який буде працювати цілий рік встановлюють під кутом до горизонту, величина якого приблизно дорівнює географічній широті місцевості.

У зимовий період, якщо є можливість, краще збільшувати кут нахилу ще приблизно на 15о.

Якщо сонячний колектор буде працювати тільки влітку, то кут нахилу слід зменшити до: географічна широта місцевості мінус 15о.

Площина сонячного колектора повинна дивитися у напрямку на південь з точністю плюс-мінус 15о.

Трубчасті вакуумні колектори допускають більше відхилення від напрямку на південь. Вони повинні висвітлюватися сонцем не менше шести годин на добу.

Ще Статті на цю тему:

Ще статті на Цю тему

Чому не даром?