Воздушный солнечный коллектор

 

В качестве теплоносителя в системе солнечного отопления используется воздух. Солнечные коллекторы нагревают его и направляют для отопления  дома или нагрева теплоаккумулятора. Воздушный тип системы солнечного отопления — самый простой и дешевый способ реализации солнечного обогрева дома.

Содержание


Основные черты системы воздушного отопления:
 

  • Тип системы отопления – воздушная солнечная раздельная, т.е. технический воздух не смешивается с воздухом помещений
  • Воздушный подогрев пола первого этажа
  • Воздушные солнечные коллекторы, интегрированные в кровлю и южный фасад дома. 
  • Водяной сезонный теплоаккумулятор большой теплоемкости.
  • Вспомогательный источник тепла – камин и инфракрасное пленочное отопление в санузлах.
  • Запас мощности — 30 % для самых холодных зимних месяцев – декабря и января.

Основные компоненты системы солнечного отопления:
 

  • Солнечные водушные коллекторы, интегрированные в кровлю и южный фасад
  • Водяной теплоаккумулятор
  • Система распределения воздуха

Особенностью системы солнечного воздушного отопления является то, что все ее элементы встроены в здание и являются его неотъемлемой частью. Это сводит к минимуму количество воздуховодов и теплопотери при хранении и перемещении тепловой энергии. Важным преимуществом системы отопления является то, что она раздельная, т.е. воздух в комнатах не смешивается с техническим воздухом, используемым в качестве теплоносителя и циркулирующим через солнечные коллекторы, теплоаккумулятор и подполье.

Хотя устройство раздельной системы отопления конструктивно несколько сложнее по сравнению с обычной, в которой воздух циркулирует непосредственно через помещения, она имеет ряд преимуществ:

  • Движущийся воздух не переносит и не накапливает пыль, бактерии и микроорганизмы, имеющиеся в каждом доме. 
  • Движение воздуха не причиняет дискомфорта находящимся в доме людям дополнительным шумом и ощущением сквозняка. 
  • Устройство раздельной системы отопления не предусматривает устройство множества воздушных каналов, особенно горизонтальных, в которых со временем возможно скопление пыли. 
  • Единственный воздушный горизонтальный канал, который находится под самым коньком крыши, имеет достаточный размер для обслуживания и проведения уборки.

Солнечные воздушные коллекторы
 

Солнечные коллекторы для отопления интегрированы в южный фасад (2 шт. по 14,2 м2 ) и южный скат кровли (76,5 м2). В дополнение к ним остекление зимнего сада с южной стороны общей площадью 34,12 м2 напрямую пропускает солнечную энергию в дом.

Вертикальные солнечные коллекторы на южном фасаде важны по двум причинам:

  • в зимние месяцы интенсивность солнечной радиации на вертикальную поверхность выше, чем на поверхность кровли с наклоном 38о;
  • в случае выпадения снега, когда солнечный коллектор на кровле полностью закрыт, вертикальные коллекторы остаются чистыми и нагревают воздух с первыми лучами утреннего солнца. Теплый воздух поднимается и поступает в наклонный солнечный коллектор на кровле, подогревает его, растапливает снег, и коллектор начинает работать. Любые другие плоские коллекторы или вакуумные трубки, установленные на наклонной кровле, лишены такого преимущества и начинают работу намного позже. 

Наклонный солнечный коллектор для отопления представляет собой многослойную кровлю. Основным элементом, поглощающим солнечную тепловую энергию является перфорированный оцинкованный металлический лист цвета «антрацит», закрытый светопрозрачным материалом.

На наклонный солнечный коллектор возможна установка полупрозрачного тента для предотвращения летнего перегрева. При необходимости он разворачивается весной и сворачивается осенью в рулон по направляющим. Полупрозрачный тент предназначен для частичного проникновения солнечных лучей для нагрева горячей воды и для летнего охлаждения. Тент одновременно перекрывает и наклонное остекление зимнего сада, который играет важную роль в отоплении зимой. Через большую площадь его остекления солнечные лучи нагревают непосредственно внутренние поверхности в помещениях первого этажа. Это элемент так называемого пассивного солнечного отопления. Вертикальные солнечные коллекторы, расположенные на южных стенах, специальных мер по затенению не требуют, т.к. затеняются большим свесом кровли. Зимой же этот свес не препятствует низким зимним солнечным лучам нагревать коллекторы. Конструкция солнечных коллекторов и свеса кровли тесно взаимосвязаны и их параметры рассчитаны с помощью компьютерной программы.

Сезонный теплоаккумулятор
 

Центральный теплоаккумулятор цилиндрической формы расположен в центре дома. Его высота составляет 7,5 м, а внутренний диаметр 2,78 м. Весь внутренний объем занимают отдельные емкости с водой, размещенные с зазорами для циркуляции воздуха. Вода является самым дешевым из веществ с высокой удельной теплоемкостью. Объем воды в теплоаккумуляторе составляет 19 м3. Ее теплоемкость 79,8 МДж/0К плюс теплоемкость стен 51,2 МДж/0К, итого 131 МДж/0К. Поверхность теплообмена 733 м2. Этого более чем достаточно для эффективного теплообмена в теплоаккумуляторе. 

Теплоаккумулятор передает тепло помещениям двумя способами:

  • воздушным потоком 
  • через свои стены непосредственно в помещения

Система движения воздушных потоков спроектирована таким образом, что при зарядке теплоаккумулятора горячий воздух движется сверху вниз, а при разрядке – в обратном направлении. Это обеспечивает хорошую температурную стратификацию по всей высоте теплоаккумулятора: т.е. в верней части он всегда горячий, в нижней – прохладный. Именно в верхней части находится бак предварительного нагрева горячей воды, и из верхней части производится забор горячего воздуха для отопления. А нижняя прохладная часть обеспечивает максимальный отбор тепловой энергии у горячего воздуха, поступающего из солнечных коллекторов. Таким образом, повышается эффективность всей системы.

Стены теплоаккумулятора на уровне первого и мансардного этажей изготовлены из тяжелого материала с высокой теплоемкостью: кирпича, самана, бетона. Нагреваясь сами, стенки передают тепло помещениям. В верхней части теплоаккумулятор хорошо теплоизолирован, потому что, во-первых отопление чердака не требуется, во-вторых, летом там поддерживается температура около 50оС для нагрева бака ГВС. Хорошая теплоизоляция и наличие технического этажа над мансардным препятствует летнему перегреву помещений мансарды. В случае, если температура поднимается выше 60оС, открываются специальные вентиляционные отверстия в восточном и западном фронтонах дома. За счет сквозняка температура быстро понижается до оптимальной.

Система распределения тепла
 

Система солнечного отопления устроена таким обраом, что солнечные коллекторы для отопления дома подают теплый воздух напрямую или, если солнечной энергии недостаточно, тепло поступает от теплоаккумулятора. Теплый водух нагревает бетонноый пол первого этажа, который, в свою очередь, передает лучистое тепло в жилые помещения. В отличие от водяных и электрических теплых полов, с воздушным теплым полом невозможны протечки, пробои, электромагнитное излучение или поражение электрическим током при повреждении. Теплый воздух приводят в движение вентиляторы, управляемые дифференциальным термостатом. Система воздухораспределения является запатентованной технологией.

Система солнечного отопления полностью автоматизирована и работает в четырех основных режимах:

  • Нагрев дома  в солнечный день
  • Нагрев теплоаккумулятора
  • Отопление дома от теплоаккумулятора
  • Летний режим охлаждения

1. Нагрев дома в солнечный день.

  
Сначала воздух нагревается в двух вертикальных солнечных коллекторах, расположенных на южном фасаде дома. Поднимаясь, он поступает в большой наклонный коллектор, встроенный в кровлю. По мере нагрева воздух поднимается вверх почти до конька кровли, попадает в чердачный воздуховод, по которому движется к центру дома. Далее по вертикальному воздуховоду в обход теплоаккумулятора подается непосредственно в подполье, циркулирует там и нагревает бетонный пол первого этажа. Бетонный пол, в свою очередь, нагревает жилые помещения самым комфортным для человека способом – тепловым излучением. Далее остывший воздух опять направляется в солнечные коллекторы. Второй этаж нагревается за счет конвекции теплого воздуха первого этажа.

 

2. Нагрев теплоаккумулятора.

 
Когда помещения уже достаточно прогреты, теплый воздух начинает нагревать теплоаккумулятор. Этот режим работает в основном осенью и во второй половине зимнего солнечного дня, когда в доме тепло и требуется накопление тепла на будущее. Горячий воздух, проходя через теплоаккумулятор, нагревает его. Опускаясь вниз, воздух постепенно отдает свою энергию и внизу максимально охлаждается. Из нижней части теплоаккумулятора воздух направляется опять к солнечным коллекторам. Цикл повторяется. При этом движение воздушных потоков организовано так, что избыточного нагрева бетонного пола первого этажа не происходит. Следует также отметить, что оба потока воздуха, для нагрева теплоаккумулятора и отопления первого этажа, могут протекать одновременно.

Вакуумные солнечные коллекторы, батареи, плоские солнечные воздушные коллекторы

Они могут также плавно менять свою скорость и перераспределять тепловой поток в зависимости от температуры помещений, теплоаккумулятора и горячего воздуха на выходе из солнечного коллектора. Если, скажем, температура поступающего воздуха 600С, то подача всего воздуха на отопление быстро приведет к перегреву жилых помещений. В тоже время неразумно терять драгоценное тепло, поэтому часть воздуха направляется в теплоаккумулятор. Контроль этого процесса полностью автоматизирован, и не требуется никакого вмешательства человека. На основании показаний температурных датчиков дифференциальный термостат плавно регулирует скорость вращения вентиляторов, направляющих теплые воздушные потоки в том или ином направлении.
 

3. Отопление дома от теплоаккумулятора.

 
Этот режим работает ночью и в пасмурные зимние дни. В ночном режиме или при затяжной облачной погоде, когда нет поступления солнечного тепла или оно незначительно, теплый воздух для отопления дома поступает из теплоаккумулятора для нагрева бетонного пола первого этажа. При этом поток воздуха в теплоаккумуляторе меняется на противоположный тому, который протекал при его зарядке теплом. Это также поддерживает хорошую температурную стратификацию по всей высоте теплоаккумулятора, сохраняя его верхнюю часть  всегда горячей.
 

 

4. Режим охлаждения.

Система отопления может также функционировать в режиме летнего охлаждения. Для этого предполагается устройство грунтового теплообменника, представляющего собой специальную трубу диаметром 250 мм, размещенную в грунте на глубине 1,5-1,8 м. Когда температура воздуха в помещениях становится слишком высокой, наружный воздух для вентиляции начинает поступать в дом через грунтовый теплообменник. Т.к. температура грунта на такой глубине практически постоянна – 4-8оС, то при длине трубы порядка 70 м горячий летний воздух будет охлаждаться с 38оС до 15оС. Далее возможны 2 схемы охлаждения дома:

Первый вариант
охлажденный свежий воздух из грунтового теплообменника подаётся в помещения через решетки в полу первого этажа, охлаждает первый этаж, и, нагреваясь, поднимается на второй этаж, вытесняя теплый воздух. Отток теплого воздуха происходит из верхней части каждой комнаты мансардного этажа через воздухозаборники, откуда он попадает в солнечные коллекторы. Нагреваясь в коллекторах, воздух движется вверх, создавая естественную тягу, и, в конце концов, выходит наружу через щель в верхней части кровли. Таким образом, система солнечного отопления превращается в систему солнечного охлаждения, при этом она работает полностью автоматически без электричества и каких-либо механических движущихся частей, только за счет солнечной энергии и законов физики. Как только восходит солнце и коллекторы начинают нагреваться, в них возникает тяга и воздух выходит из них, создавая в доме некоторое разряжение. При закрытых окнах и дверях, воздуху неоткуда поступать в дом, он втягивается через грунтовый теплообменник и распределяется по этажам.

Второй вариант
холодный свежий воздух подается в верхнюю часть комнат второго этажа, а отток воздуха – из нижней части первого этажа, и далее – в солнечные коллекторы и наружу. Для подачи свежего воздуха в этой схеме уже потребуется вентилятор, т.к. мощности коллекторов для вентилирования всего дома недостаточно. Коллекторы работают только для вытяжки теплого воздуха, а для подачи холодного воздуха используется вентилятор системы отопления, работающий летом в реверсном режиме.
Следует отметить, что первый вариант проще по устройству и экономичнее в эксплуатации, но уступает второму в плане комфорта. В первом варианте при поступательном движении воздуха снизу вверх и его постепенном нагреве первый этаж всегда прохладнее второго. Во втором варианте холодный воздух при подаче сверху постепенно опускается и перемешиваться с теплым воздухом, расположенным ниже. Постепенно перемещаясь вниз, он равномерно охлаждает оба этажа, и в конце концов уходит из нижней части помещений первого этажа через специальные воздухозаборники.

 

Система солнечного нагрева воды

В верхней части теплоаккумулятора, где всегда максимальная температура, расположен металлический бак предварительного нагрева горячей воды. Бак устроен без изоляции для непосредственного нагрева воды горячим воздухом, поступающим из солнечных коллекторов.
Бак служит для предварительного нагрева воды до температуры 40-500С, что в большинстве случаев достаточно для бытовых нужд. В дополнение к этому после бака установлен резервный проточный электрический водонагреватель.

Принцип работы солнечного водонагревателя базируется на сборе тепловой энергии Солнца, которая переносится инфракрасным и видимым излучением. Это устройство используется непосредственно для нагрева теплоносителя (воды), а не выработки электрической энергии, как у солнечных батарей.

Коллектор может использоваться для подогрева воды, отопления, а некоторые разновидности устройств – для опреснения соленой воды и производства электроэнергии.

Принцип работы

Существует несколько разновидностей солнечных коллекторов. Два основных вида – плоский и вакуумный. Особенности функционирования каждого из них описаны ниже. В целом же принцип работы устройства довольно простой – солнечные лучи разогревают воду, которая затем подается в накопительный бак или систему отопления.​

Основные элементы устройства:

  • Поглощающая поверхность. Изготавливается из материалов, которые хорошо поглощают солнечную энергию с минимальными потерями. Современные материалы позволяют накапливать тепло даже в пасмурную погоду.
  • Трубки для передачи теплоносителя (горячая вода). Обычно изготавливаются из меди или сшитого полипропилена.
  • Теплоизоляционный материал. Им покрывают плоскую поглощающую поверхность, чтобы предотвратить охлаждение воды. В вакуумных коллекторах слой изоляции не требуется.
  • Накопительный бак для сбора горячей воды. Он также покрывается теплоизоляцией, иначе потери тепла будут очень большими. В бак может быть встроен дополнительный нагреватель. Если коллектор используется одновременно для нагрева воды и отопления, тепловая энергия распределяется равномерно между баком и системой отопления.
  • Контроллер. Устройство для управления всей системой. Контроллер автоматически включает дополнительный подогрев воды (если есть газовая горелка или электрический тэн) при ее охлаждении до определенного уровня, закрывает и открывает клапан бака, выбирает оптимальный режим работы для дня и ночи и т.д.

Также в комплект могут входить различные дополнительные элементы:

Плоский коллектор

Представляет собой герметичную пластину, в которой размещены все детали. Главный элемент конструкции – плоский абсорбер (поглощающая поверхность для сбора солнечной энергии). С одной стороны пластина покрыта стеклом с пониженным содержанием металлов, а с другой – слоем теплоизоляции. Чтобы повысить эффективность абсорбции, пластину под стеклом покрывают черной краской или специальным покрытием на основе оксида титана.

Внутри пластины находится система трубок из меди или сшитого полиэтилена. Про трубкам циркулирует теплоноситель, подводится холодная жидкость и отводится нагретая.

Для повышения эффективности работы используются специальные дополнительные покрытия. Например, это алюминиевый экран или листовая медь. В России такие дополнительные покрытия необходимы даже в южных регионах.

Если вода не движется по трубкам, она может нагреваться до 210 °C. Принцип работы такого устройства основан на парниковом эффекте. Солнечные лучи проникают через внешнее покрытие, нагревают теплоноситель и задерживаются в пластине. В результате излучать тепло начинает она сама.

Основные преимущества плоского коллектора:

  • Легко самоочищаются от снега, инея, грязи.
  • Относительная дешевизна базового комплекта.
  • Отличное соотношение цены/количества энергии для регионов с теплым климатом.
  • Установка под любым углом.

Вакуумный коллектор

Представляет собой ряд вакуумных тепловых трубок, закрепленных на алюминиевой раме параллельно друг другу.

Конструкция трубки похожа на термос. Во внутренней трубке находится теплоноситель. Между ней и внешней трубкой воздух откачан и создается вакуум. Именно он и препятствует охлаждению разогретой жидкости. Благодаря ему сохраняется до 95% аккумулированной энергии.

Трубки расположены под наклоном. Под воздействием солнечных лучей нетоксичная жидкость в нижней части трубки нагревается и поднимается вверх. Там пар конденсируется, отдавая тепло антифризу. Он протекает дальше по системе трубок и нагревает воду. Охлажденная жидкость опускается в нижнюю часть трубки, где снова нагревается и цикл повторяется.

Основные преимущества вакуумного коллектора:

  • Эффективная работа при температуре до -30 °C и в пасмурную погоду.
  • Отличное соотношение цены/количества энергии для холодных регионов.
  • Низкая парусность.
  • Низкие теплопотери.
  • Простой монтаж.

Особенности установки

Плоские коллекторы могут устанавливаться практически под любым углом, а вакуумные – под углом не менее 20 градусов.

Строим солнечный коллектор своими руками (23 фото)

Принимается во внимание угол падения солнечных лучей. Для максимальной эффективности работы всей системы лучи должны падать на коллектор перпендикулярно.

Советы по установке:

  1. Для северного полушария лучше всего ориентировать адсорбирующую поверхность на юг. Если нельзя этого сделать, нужно выбрать запад или восток.
  2. До заполнения системы теплоносителем необходимо затенять адсорбирующую поверхность, чтобы не допустить перегрева. Для предотвращения теплового удара теплоносителем заполняют только холодный коллектор.
  3. Для обвязки нельзя использовать стальные трубы с цинковым покрытием или обычные пластиковые. Солнечный коллектор работает постоянно, выключить его нельзя. При малом водоразборе жидкость может прогреваться до 200-300 °C. Для работы с настолько горячей жидкостью подходят трубы из нержавеющей стали или меди.
  4. Материал крепежа и теплоизоляции, которые будут соприкасаться с горячим контуром, также должен выдерживать перепады температур.
  5. На скатной крыше коллектор обычно устанавливают параллельно кровле. При этом место установки не должно закрываться тенью в любое время суток. На плоской крыше используются подпорки.
  6. Плоские коллекторы не устанавливают в горизонтальном положении. Они обязательно должны быть расположены под наклоном. Вакуумные коллекторы допустимо устанавливать горизонтально, если не предусматривается длительных фаз стагнации (отбора нагретой воды).
  7. Коллекторы, которые должны быть встроены в кровлю, не устанавливаются горизонтально на крыше, вертикально на стене или где-то еще.
  8. Плоский коллектор имеет высокую парусность, поэтому при монтаже необходимо учитывать силу и направление ветра.

Принцип работы и особенности солнечного коллектора

Основой гелиосистемы является гелиоустановка. Принцип работы солнечного коллектора известен давно.

Чуть ли не на каждой даче в жаркие летние дни для подогрева воды использовали металлический или пластиковый бак, выкрашенный черной краской и установленный на крыше душевой кабины.

Вода в нем прогревается под воздействием солнечных лучей и уже горячая поступает в систему водоснабжения. Подобные солнечные коллекторы по сей день применяют во многих арабских странах: уровень инсоляции в том регионе позволяет подогревать таким образом воду практически круглый год.

И в поселках нередко можно увидеть огромные черные баки, установленные на крышах домов.

Современному солнечному коллектору не нужен такой высокий уровень инсоляции. Более того, он может работать даже в пасмурный день, хотя, конечно, не столь эффективно, как при ясном небе.

А гелиоустановки с незамерзающей жидкостью (к примеру, такие, как на рис.

Как сделать солнечный коллектор

1.2, — с этанолом) способны работать и зимой. Единственное, что требуется, — счищать с них снег.

Рис. 1.2. Устройство солнечного коллектора с незамерзающей жидкостью: 1 — пары этанола; 2- вакуум (0,1 мбар); 3 — теплообменник; 4 — жидкий этанол

Конструкция нуждается в очистке не только в холодное время года. Любое загрязнение снижает эффективность коллектора, поэтому периодически его требуется промывать, удаляя пыль и грязь, которые мешают проникновению солнечных лучей.

Видео: работа солнечного коллектора зимой

Стоимость гелиоустановки, который можно эксплуатировать круглогодично, довольно высока. Но даже при недостаточной инсоляции (при большом количестве пасмурных дней и снежной зиме) он окупается в течение пяти лет.
А если уровень инсоляции немного выше, чем в среднерусской полосе, то период окупаемости сокращается до двух-трех лет.

Гарантийный же срок службы такого коллектора — до 30 лет, что делает подобную систему весьма привлекательной.

Устройство всесезонного солнечного коллектора

Всесезонная гелиоустановка устроена по принципу сосуда Дьюара или обычного бытового термоса: внутри одной трубы находится другая, а теплоизоляцией между ними служит вакуум.

Из таких труб, расположенных параллельно, и состоит устройство. Внутренняя труба имеет специальное покрытие (гелиотан), удерживающее солнечную энергию.

Трубы изготавливаются из ситала (стеклокристаллический материал с пониженным содержанием железа, что значительно уменьшает теплопотери) и стали. В них находится медная пластина с гелиотановым покрытием.

Подобный вакуумный коллектор с тепловой трубой стоит дороже остальных моделей, зато суровой зимой коллектору всё нипочем: он сохраняет работоспособность при температурах до -45 °С.

Все, что ему требуется, — немного солнечного света, пусть даже рассеянного. За счет высокоселективного покрытия внутренней трубы вода в системе может прогреваться до +48 °С при морозе на улице.

Плоские солнечные коллекторы

Нередко применяются и плоские солнечные коллекторы, которые привлекают потребителей умеренной ценой и высоким КПД (98 %). В них поглотителем тепла служат металлические пластины (обычно из меди, так как она отлично проводит тепло и устойчива к коррозии).

Поверхность пластин имеет специальное покрытие, как и внутренние трубы «термосовидных» коллекторов. Пластины расположены в ситаловых панелях, а дно и боковые стенки коллектора защищены от теплопотерь с помощью различных теплоизоляционных материалов.

Плоские коллекторы используются в прямоточных гелиосистемах, то есть в таких где тепло передается от солнца к теплоносителю напрямую.

В качестве рабочей жидкости (теплоносителя) в коллекторах используется антифриз или вода.

Теплоноситель, циркулирующий в коллекторе, прогревается под воздействием солнечных лучей и передает тепло воде (или другой рабочей жидкости) в теплообменнике.

В вакуумном коллекторе с тепловой трубой теплоносителем служит жидкость с низкой температурой кипения. Закипая под воздействием солнечных лучей, эта жидкость испаряется, пар поднимается вверх, нагревает воду (или другую рабочую жидкость) в теплообменнике и, охлаждаясь, преобразуется в конденсат, стекающий обратно в трубу

Воздушный солнечный коллектор

Cхема устройства воздушного коллектора: 1 — перфорированные пластины; 2 — окружающий воздух; 3 — воздушное пространство; 4 — вентилятор; 5 — подогретый воздух.

Для поддержания в доме комфортной температуры в прохладное время года (весной и осенью) подходит воздушный солнечный коллектор. Это очень простое устройство, предназначенное для сезонной работы. Оно может служить отличным подспорьем при организации отопительной системы, не зависящей от внешних ресурсов.

Воздух в системе циркулирует за счет вентилятора, который может быть подключен к солнечной батарее для электропитания. Сам коллектор представляет собой ящик, в котором содержится нагревательный элемент — перфорированные пластины, выкрашенные в черный цвет для лучшего поглощения солнечного излучения.

Сверху ящик закрывается прозрачной панелью из стекла или оргстекла, снизу находится слой теплоизоляционного материала, предотвращающий теплопотери.

Подобную систему можно приобрести относительно недорого, а можно без особого труда изготовить самостоятельно.

Работа воздушного солнечного коллектора характеризуется низким КПД. Однако в качестве дополнительной (вспомогательной) системы отопления для межсезонья он отлично подходит.

Солнце даёт нам бесплатную энергию, которой нужно только правильно распорядиться. В этом могут помочь установленные на крыше солнечные коллекторы. Накопленную ими энергию можно использовать, например, для нагрева воды, необходимой для хозяйственных нужд. Многие строительные фирмы в Германии предлагают заказчикам системы, позволяющие реально экономить энергоресурсы. Монтаж коллекторов на крыше обычно проводят специалисты, но эту работу можно выполнить и своими силами, купив комплект необходимого оборудования.

Использование энергии солнца для нагрева воды требует существенных затрат, в частности, на покупку солнечных коллекторов, теплообменника с резервуаром-накопителем для хранения воды и системы автоматического регулирования, которая управляет процессами подачи горячей воды и передачей тепла от коллектора к резервуару-накопителю.

Значительную часть всех необходимых для этого работ опытный умелец может выполнить собственноручно, сократив, таким образом, вкладываемые в это дело средства. Современный рынок предлагает, например, солнечные коллекторы, которые можно собрать и установить на крыше дома своими руками. Разница в стоимости коллекторов в разобранном и собранном виде весьма существенная. Даже если резервуар-накопитель, систему управления и все трубопроводы будет монтировать специалист со стороны, экономия всё же будет заметной.

Хорошо, если домашний мастер умеет паять, ведь при сборке коллекторов

придётся выполнить немало паяных соединений. Однако с установкой собранных коллекторов на крыше одному человеку не справиться. Здесь потребуются помощники.

КОМПОНЕНТЫ СОЛНЕЧНОЙ УСТАНОВКИ

Солнечные коллекторы — это лишь часть установки для нагрева воды. В доме (обычно в подвале) необходимо ещё разместить резервуар-накопитель для горячей воды {рис. 1.Устанавливаемый на крыше солнечный коллектор 1 представляет собой плоский металлический корпус, закрытый сверху стеклом, где на теплоизолирующей подложке смонтированы пластинчатые элементы1, поглощающие солнечную радиацию и передающие её энергию (тепло) медным или алюминиевым трубкам, по которым циркулирует теплоноситель (обычно вода или антифриз).

Теплоноситель из солнечного коллектора по замкнутому контуру поступает в теплообменник 3, смонтированный в резервуаре-накопителе 2. Резервуар-накопитель соединён с трубопроводом подачи свежей воды и с точками отбора горячей воды в доме (кухонная раковина, умывальник, ванна). Регулятор 5 с расширительным баком и циркуляционным насосом обеспечивает поступление нагретого теплоносителя из солнечного коллектора в теплообменник и перекачку по замкнутому контуру охлаждённого теплоносителя назад в коллектор. Такая схема водоснабжения вполне может обеспечить потребности семьи в горячей воде. Однако чтобы можно было пользоваться горячей водой в пасмурную погоду, целесообразно предусмотреть возможность подогрева воды для хозяйственных нужд и от котла центрального отопления дома.

Теплоизоляция 4 резервуара-накопителя 2 и трубопроводов, по которым циркулирует теплоноситель, сводит потери тепла к минимуму и повышает КПД солнечной установки. При наличии надёжной изоляции стоимость этой установки и работа, выполняемая собственными силами, окупается в сравнительно короткий срок. Важно оптимально подобрать типоразмеры её отдельных узлов, информацию о параметрах которых всегда можно найти в документации завода-изготовителя.

МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ УСТАНОВКИ

Обычно при выборе солнечной установки руководствуются следующим правилом: установка должна обеспечивать подогрев примерно 100 л воды на человека в сутки, хотя в среднем реальное потребление горячей воды обычно составляет не более 30-50 л. На каждые 100 л объема резервуара-накопителя требуется площадь солнечного коллектора, равная 2 м2. При

соблюдении этого правила средняя температура воды в летнее время может достигать 46-50°С.

СБОРКА СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Тем, кто приобретает солнечную установку в виде комплекта деталей

и оборудования, предстоит решить непростую задачу: собрать солнечные коллекторы и смонтировать их на крыше.

Внутри корпуса солнечного коллектора необходимо установить алюминиевые или медные пластины со светопоглоща-ющим покрытием и прикреплёнными к ним трубками для теплоносителя (солнечные абсорберы), а затем соединить их с подводящими и отводящими трубками сборных коллекторов, которые представляют собой медные трубки с припаянными к ним на равном расстоянии короткими патрубками (ниппелями).

Все соединения трубок при сборке солнечных коллекторов, как правило, производят методом пайки.

Выполнить эти паяные соединения вполне можно и своими силами. Но после сборки нужно обязательно убедиться в отсутствии протечек и надёжности соединений.

Наряду с разобранными солнечными коллекторами продают и готовые сборки, у которых все соединения трубок уже пропаяны. Остаётся только установить их в корпус и подключить к системе трубопроводов, по которым циркулирует теплоноситель.

Стандартные панели солнечных абсорберов несложно приспособить к любым условиям. Их ширина обычно составляет 143 мм, а длина должна равняться 854, 1830, 3660 и 5490 мм. Используя специальные монтажные профили, панели можно монтировать в ряд параллельно друг другу практи чески в любом необходимом количестве. Алюминиевые монтажные профили крепят к панелям солнечных абсорберов снизу на болтах или заклёпках. Предварительно под крепёжные детали в них сверлят сквозные отверстия. После установки всех болтов или заклёпок панели солнечных абсорберов вместе с монтажными профилями образуют единый узел и приобретают дополнительную жёсткость. Такая конструкция повышенной жёсткости особенно важна при монтаже солнечных абсорберов большой длины.

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ

Чтобы снизить общий вес солнечного коллектора, его заднюю стенку вырезают из цельной плиты твёрдого пенопласта. Благодаря отличным теплоизоляционным свойствам пенопласта это позволяет снизить потери

тепла и одновременно уменьшить вес солнечного коллектора. Размеры задней стенки подгоняют точно по размерам корпуса так, чтобы она плотно, практически без зазоров, входила между его боковыми стенками. Чтобы уменьшить потери тепла, стыки между задней стенкой и боковыми панелями корпуса дополнительно уплотняют эластичным силиконовым гер-метиком. Поверх задней стенки из твёрдого пенопласта укладывают дополнительный слой теплоизоляции из минераловатных матов.

УСТАНОВКА СОЛНЕЧНЫХ АБСОРБЕРОВ В КОРПУС

Поверх теплоизоляционных матов в корпус укладывают собранную в единый узел сборку солнечных абсорберов. Патрубки, отводящие и подводящие теплоноситель к сборке солнечных абсорберов, выпускают через отверстия в нижней стенке корпуса. Чтобы облегчить эту операцию, нижнюю стенку корпуса лучше сделать съёмной. Завершив монтаж солнечных абсорберов, устанавливают датчик температуры теплоносителя, который затем подключают к регулятору температуры в блоке управления.

МОНТАЖ ОСТЕКЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА

Остекление солнечного коллектора устанавливают на своё место только после подъёма коллектора на крышу и завершения всех остальных монтажных операций. Для остекления, как правило, используют листы стекла толщиной не менее 4 мм со светопроницаемостью не ниже 90%. Так как стекло имеет довольно большой вес, при установке остекления используют листы небольшого формата. Для этого на лицевой стороне корпуса сначала устанавливают специальные поддерживающие профили, на которые затем укладывают листы остекления и герметизируют стыки между отдельными листами и корпусом эластичным силиконовым герметиком.

УСТАНОВКА СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА НА КРЫШЕ

Для монтажа солнечного коллектора на крыше на тыльной стороне его корпуса должны быть предусмотрены петли, которыми он навешивается на крючки, прикреплённые к стропильной конструкции крыши. Количество необходимых для крепления петель и крючков зависит от размеров коллектора и обязательно указывается в инструкции по монтажу фирмы-изготовителя.

Правильно смонтировать солнечный коллектор на крыше не так просто даже для опытного специалиста. Сложность заключается не только в необходимости выполнения всех работе на высоте, но и в том, что после установки коллектора надо снова восстановить снятые на время монтажа детали кровли и обеспечить надёжность и герметичность стыков между корпусом коллектора и кровлей. Для этого чаще всего по всему периметру корпуса устанавливают специальные фартуки из тонкого листового металла (свинца, цинка или меди), которые отводят стекающую по скату воду и не позволяют ей попасть под настил кровли.

Если предложенный вариант установки солнечного коллектора покажется слишком сложным, можно порекомен-

довать более простой, заключающийся в установке коллектора на стойках-опорах над кровлей. В этом случае потребуется снять лишь несколько черепиц, смонтировать опоры и снова укрыть эти места, подогнав черепицу к опорам. Недостаток этого решения состоит в том, что при эксплуатации солнечной установки увеличиваются потери тепла.

Есть и другие альтернативные варианты, например, встроить солнечный коллектор в крышу, а именно — между стропилами. В этом случае специальный корпус для коллектора вообще не потребуется, а остеклённая поверхность будет находиться практически вровень с кровлей. Если же крыша дома — плоская, то солнечный коллектор можно установить на специальном каркасе, который позволит правильно сориентировать его по отношению к солнцу. Возможен также и вариант крепления солнечного коллектора к стене дома или, например, к ограждению балкона.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДБОРУ И РАЗМЕЩЕНИЮ ОБОРУДОВАНИЯ

Сборка и установка солнечного коллектора на крыше — это далеко не всё, что необходимо сделать для использования энергии солнца для подогрева воды. Нужно будет ещё приобрести и установить резервуар-накопитель, подключить его к солнечному коллектору, проложив трубопроводы, образующие замкнутый контур циркуляции теплоносителя, смонтировать и подключить приборы системы управления. Весь этот комплекс работ потребует дополнительных затрат (хотя и не столь существенных), а, возможно, и обращения за помощью к специалистам.

В большинстве ситуаций резервуар-накопитель для горячей воды целесообразно установить в подвале дома, где будет меньше всего проблем с дополнительной статической нагрузкой на перекрытия.

Солнечный коллектор — типы и принцип работы, обзор моделей с описанием, характеристиками и ценами

Кроме того, в этом случае существенно упрощается схема подключения системы солнечного подогрева воды к котлу отопительной системы дома, чтобы обеспечение горячей водой не зависело от капризов погоды.

Резервуар-накопитель следует выбрать покрупнее, даже если для него придется освободить дополнительное пространство. Чем больше объём накопителя, тем больше он аккумулирует тепла и тем меньше будут колебания температуры воды во время пиковых нагрузок. Исходя из этих соображений, его вместимость должна быть не менее 300 л.

Необходимо позаботиться и о надёжной теплоизоляции резервуара-накопителя, чтобы свести к минимуму все потери тепла. Если есть возможность выбора, то предпочтение следует отдать накопителю, у которого проходы для труб к внутреннему теплообменнику (или теплообменникам) предусмотрены в днище, а не в его горячей верхней зоне. Это также позволит уменьшить потери тепла.

Управление работой солнечной установки для нагрева воды может быть построено по достаточно простой схеме (рис. 2), которая осуществляет регулирование скорости циркуляции теплоносителя в замкнутом контуре, объединяющем солнечный коллектор и теплообменник, расположенный в резервуаре-накопителе. В этой схеме работой циркуляционного насоса управляет дифференциальный регулятор температуры, который сравнивает температуру теплоносителя в двух точках: в солнечном коллекторе и в резервуаре-накопителе. Если температура теплоносителя в солнечном коллекторе выше, чем в резервуаре-накопителе, включается циркуляционный насос и подаёт нагретый теплоноситель в теплообменник, где он отдаёт своё тепло и подогревает воду в резервуаре, а затем вновь по замкнутому контуру перекачивается насосом в солнечный коллектор. Когда температуры в коллекторе и резервуаре выравниваются, дифференциальный регулятор выключает циркуляционный насос.

Помимо датчиков температуры дифференциального регулятора и циркуляционного насоса в контуре циркуляции теплоносителя необходимо установить предохранительный клапан, обратный запорный клапан, расширительный сосуд, контрольный термометр и манометр (см. рис. 2). Также в доступном и удобном месте надо предусмотреть кран для заполнения контура теплоносителем (антифризом) и слива его при опорожнении.

расчеты воздушных коллекторов

#678Отчётик по итогам работы самодельного СК в системе отопления с тепловым насосом 3-я зима.

Коллектор выдает по факту 300-350ВТ на 1кв метр, эти измерения описаны в начале ветки. Себестоимость конструкции 1000р за 1м2.
3р за ватт!
Конструктивно такой же но на меди с хим чернением производит 400-450Вт с метра квадратного. Себестоимость уже 2500р за 1м2.
Или 6р за Ватт.

Гофра 15-я, диаметр внутри 15, снаружи 20.
6-7 петель в каждую бочку, это где то метров 10-12.
Бочки стоят себе уже 5-й год, не расплавились. Бывала в них температурка под 100, ни чего не случилось.

Теплопередача для 15-ой гофры 22ВТ/(м*градус)
20-й гофры 33ВТ на погонный метр на 1 градус. +-30% в зависимости от скорости прокачки.

Например 10 метров теплообменника из 15-ой гофры в воде будут передовать 1кВт тепла с дельтой 5 градусов.

В гофре циркулирует антифриз с концентрацией на -30С (бочка отопления). Все работает круглогодично.

#547 Сегодня пролазили все входные патрубки с Анемометром.
Скорость входящего потока колеблется от 2.0 до 2.5 м/с.
Реальная прокачка 1300куб.м в час

Температура зависит от интенсивности солнца. Доходит до +80.

Что представляет собой солнечный воздушный коллектор и его устройство?

Дельта 59градусов.

Но сегодня не очень яркое солнце.

По измеренным цифрам, Более точная оценка 26кВт.

Это в любом случае в 1.5 раза больше чем по воде.

P. S.

За 10дней, с момента включения системы по воде, в Тепловой аккумулятор закачали около 500кВт*часов тепла по счётчику.
Температура поднялась на 1.5 градуса.
Было +18.5, сейчас +20С.

#524 — сравнение цены самоделки

#503 — про устройство коллектора

Посмотрел светопропускание СПК, у бронзы 0.42 — это совсем плохо.

Если не прозрачный, то слегка серый ещё можно. У прозрачного 0.8-0.82 и что самое интересное эта цифра слабо зависит от толщины, можно ставить и 6мм и 8мм, вместо 4мм.

#532 Сила самоделки не только и не столько в том, что она дешевле, а в том, что она может быть интегрирована в крышу или фасад.
Откуда следует, что:
— теплоизоляция самоделки и несущие конструкции — почти бесплатны (функции у стены и СК не дублируются);
— изготовление такого интегрированого коллектора по трудоёмкости сравнимо с монтажём готовых (да, выше, но сравнимо), то есть, доля "лишнего" труда тоже мала;
— совмещение стены и коллектора даёт возможность использовать очень низкий уровень облучения и тепло очень низкого потенциала. Если заводской коллектор за морозный (-20С) день имел температуру от +5 до +15, то он нифига не выработал. Это тепло нельзя использовать даже с ТН — ибо это температура холостого хода. А вот если коллектор вмонтирован в стену, то это значит, что для помещения за стеной с коллектором весь этот день на улице было лето: через эту стену почти не было теплопотерь.

Это резко повышает использование мощности, особенно в регионах, где зимой пасмурно (ну вот у нас, скажем).
Поэтому, "самоделки" (в смысле, интегрированый коллектор, собираемый на месте) для нужд отопления при грамотном исполнении заруливают заводское напрочь. Включая и вакуум, кстати.

Именно, что если отдельный коллектор — то пока солнце яркое, а если встроенный, то весь день и в самую смурую погоду. Даже если он тепла к контур не отдает, он стену греет. Пусть даже не до +20, а до -10 — и то хлеб.

 

В соседней ветке про селективные покрытия обсуждали.
Разница между чёрным хромом и супер высокоселективным TiNoX около 5% по эффективности,
а по цене не меньше 30% и до бесконечности.

При сравнении характеристик черных матовых красок и селективных покрытий выясняется следующее:

  • теплоприемник с черной матовой поверхностью и 2-мя прозрачными покрытиями имеет примерно те же характеристики, что и с селективным покрытием и одним стеклом;
  • при достаточно высоких температурах, необходимых для приведения в действие абсорбционного охлаждающего оборудования (80°C), может потребоваться второе покрытие.
  • при температурах солнечного коллектора ниже 65°C второе стекло поверх селективной поверхности существенно не влияет на рабочие характеристики коллектора;
  • при рабочих температурах ниже 40°C применение селективного покрытия может не приводить к повышению КПД.

В настоящее время затраты на селективные покрытия лишь иногда вызывают увеличение общей стоимости.

Взято: http://www.mensh.ru/harakteristiki_selektivnyh_pokrytiy

Cветопропускание прозрачных панелей поликарбоната
4 мм 6 мм 8 мм 10 мм 16 мм 25 мм 32 мм
82% 80% 80% 79% 70% 55% 50%
Сопротивление теплопередаче R = 0,26-0,71 кв. м º C /Вт
R = 1/К, где К – показатель теплопроводности (Вт/кв.м ºС)
4 мм 6 мм 8 мм 10 мм 16 мм 25 мм 32 мм
К 3,9 3,6 3,4 3,1 2,4 1,75 1,4
R 0,26 0,28 0,29 0,32 0,42 0,58 0,71

 

#359 ТН и СК очень дополняют друг друга. Система ТН +СК это пока единственный вариант, который позволяет иметь 1КВт*ч тепла дешевле, чем магистральный газ, даже без ночного тарифа на электричество.
 

Второе заключается в том, что воздушный СК считаю оправданным изготавливать по типу жалюзи- покрытые сажей с зимней стороны и белые с летней, Регулируемый угол поворота пластинок дает возможность зимой регулировать СК в зависимости от угла склонения солнца, а летом мы поворачиваем пластины белой стороной наружу, что, вместе с почти вертикальным положением солнца, даст хороший коэффициент отражения,

Возможно, что ни какие жалюзи не понадобятся.
Вертикальная светопрозрачная поверхность пропускает излучение во внутрь только, когда угол падения меньше 41-го градуса.
С середины мая по конец июля Солнце стоит выше, и вовнутрь попадает только отражёнка.
Я это наблюдал в этом году летом. Солнце жарит, а вода греется слабо.
Зато с конца Июля попёрло.

 #31   Другими словами, какой объем воздуха должен продувать вентилятор фанкойла, чтобы этот отопительный прибор из авторадиатора смог рассеивать заявленную мощность 48 кВт?

Сейчас попробую посчитать. :)]
Мощность на подогрев воздуха вычисляется по формуле:
W (Вт)=Vс (м3/с) * p (кг/м3) * E (Дж/кг*С) * dt
где Vс — секундный объёмный расход воздуха, связан с часовым Vс=Vч/3600;
р-плотность воздуха 1.2кг/м3
E — Теплоёмкость воздуха, около 1000 Дж/кг*С
dt — перепад температур
W=Vч/3600*1.2*1000 * dt
после сокращения получается формула
W (Вт) = Vч (м3/ч)*dt/3

Беру, например, dt = 40C.
Vч=W (Вт)*3/dt=48000*3/40=3600 м3/час

 

У меня расчетная мощность воздушных СК — 2 по 6 кВт. Соответственно, расчетный расход воздуха должен быть около 400 м3/час на каждый коллектор. Реально будет раза в 3-5 меньше, но теплообменник нужно выбирать на такую мощность.

 

Rules Of Thumb For Solar Air Collectors
Там есть совет по производительности вентилятора для воздушного солнечного коллектора — 2 CFM/ft2, что в пересчете дает 36,6 м3/ч на каждый м2 коллектора. В принципе, эта цифра подтверждает мои расчеты (у меня получилось около 500 м3/ч на 12 м2).

Среди советов еще такие:

  1. Длина канала не должна превышать 32 фута, или около 10 м. Если канал длиннее, нужно разбивать его на части с отдельным вентилятором на каждый участок. Большой коллектор может иметь входы и выходы разных секций в разные комнаты дома.
  2. Среднее падение напора через правильно спроектированный коллектор составляет около 100 Па.(ох у эти англосакские единицы измерений )
  3. Рекомендуются пропеллерные канальные вентиляторы для площадей коллектора не более 14 м2 и центробежные если площадь больше. Нужно стремиться к максимальной разнице температур на входе и выходе коллектора не более 10-15 градусов- при этом у коллектора будет максимальная эффективность.
  4. Оптимальная скорость воздуха в коллекторе 4 м/с. Сечение коллектора, таким образом, должно быть равно отношению производительности к скорости. В моем случае при той дельте в 20 градусов, которую я считал выше, должно быть около 722 см2. У меня в узкой части около 1500 см2, таких 2 канала, т. е. в 2 раза больше. Таким образом, можно спокойно увеличивать производительность вентилятора, запас большой. Дальше по тексту идут цифры в футах и дюймах, взрыв мозга, чё там написано, я так и не понял.
  5. Площадь отверстий для входа и выхода воздуха должны быть равны площади сечения канала. Ну это понятно.
  6. Если воздух от коллектора отвдодится по воздуховодам, то скорость в канале не должна быть больше 2,5 м/с. Таким образом, при расчетной производительности потока через коллектор в 500 м3/ч потребуется сечение воздуховодов 0,056 м2, что соответствует диаметру 15 см. Я планировал 2 воздуховода по 100 мм, и магистральные воздуховоды по 160 мм. Тут тоже вроде нормально, тем более учитывая, что у меня не наклонный, а вертикальный коллектор.
  7. Про объем теплоаккумулятора. Рекомендуется 50-60 фунтов на каждый ft2 коллектора, или, переводя в нормальные единицы — по 275 кг на м2 коллектора.

20.09.2018

Популярное

Тепловой аккумулятор (84)

Для каркасного дома нужно иметь тепловой аккумулятор (ТА) для снижения скачков температуры

Дымоход (74)

Чтобы сделать дом максимально безопасным для его обитателей, все основные элементы

Проекты домов (42)

Нравятся планировки американских домов. Не нравятся планировки норвежских домиков.  По

Случайное фото

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *