Тепловой коллектор для отапливания дома

Как выполнить солнечный коллектор

• Как не прекращает работу солнечный коллектор?
• Конструкция плоского коллектора
• Устройство вакуумного коллектора
• Как сделать солнечный коллектор?
• Заключение

Разные солнечные коллекторы возникли на рынке очень много давно. Это устройства, которые применяют солнечную энергию чтобы нагреть воду на бытовые нужды. Но получить востребовательность среди клиентов им мешает большая цена, это беда всех экологически чистых источников энергии. К примеру, общие расходы на покупку и монтаж установки, что обеспечит нужды средней семьи, составят 5000$. Но решение нашлось: можно создать солнечный коллектор собственными руками из доступных по стоимости материалов. Какими способами это осуществить, будет рассказано в этом материале.

Как не прекращает работу солнечный коллектор?

Рабочий принцип коллектора построен на поглощении (абсорбции) тепловой солнечной энергии специализированным приемным устройством и передачей его с небольшими потерями тепловому носителю. В качестве приемника применяются медные или трубки из стекла, покрашенные в черный цвет.

Ведь известно, что прекраснее всего абсорбируют тепло предметы, имеющие темную или черную окраску. Носителем тепла очень часто выступает вода, порой – воздух. По конструкции солнечные коллекторы для отапливания дома и горячего водообеспечения бывают подобных видов:

• воздушные;
• водяные плоские;
• водяные вакуумные.

Среди других воздушный солнечный коллектор выделяется конструктивной простотой и, исходя из этого, самой невысокой ценой. Он собой представляет панель – приемник радиации солнца из металла, заключенный в герметичный корпус. Лист стали для лучшей отдачи тепла снабжен с задней стороны ребрами и уложен на днище с теплоизоляцией. В передней части установлено прозрачное стекло, а по обоим бокам корпуса есть проемы с фланцами для подсоединения воздушных каналов или других панелей, как показано на схеме:

Воздух, поступающий через проем с одной стороны, проходит между стальными ребрами и, получив от них тепло, выходит со второй.

Нужно сказать, что установка солнечных коллекторов с нагревом воздуха имеет собственные специфики. Из-за их низкой эффективности для обогревания помещений необходимо использовать несколько аналогичных панелей, объединенных в батарею. Также, обязательно потребуется вентилятор, так как воздух который нагрелся из коллекторов, присутствующих на кровле, своими силами вниз не пойдёт. Важная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:

Обычное устройство и рабочий принцип разрешают исполнять изготовление коллекторов воздушного типа собственными руками. Но понадобится много материала для нескольких коллекторов, а разогреть воду при их помощи все равно не выйдет. Благодаря этому домашние мастера любят заниматься водяными нагревателями.

Конструкция плоского коллектора

Для самостоятельного изготовления самый большой интерес представляют плоские солнечные коллекторы, предназначающиеся для нагрева воды. В металлическом корпусе или силумина четырехугольной формы размещен тепловой приемник — пластина с запрессованным в ней змеевиком из медной трубки. Приемник осуществляется из алюминия или меди, покрытой поглощательным слоем черного цвета. Как и в прошлом варианте, снизу пластина отгорожена от дна слоем утеплительного материала, а роль крышки играет крепкое стекло или поликарбонатный пластик. Ниже на рисунке нарисовано устройство солнечного коллектора:

Пластина черного цвета поглощает тепло и передает его тепловому носителю, двигающемуся по трубкам (вода или антифриз). Стекло исполняет 2 функции: пропускает к теплообменному аппарату радиацию солнца и служит защитой от осадков и ветра, уменьшающих продуктивность нагревателя. Все соединения выполнены плотно, чтобы вовнутрь не попадала пыль и стекло не теряло светопроницаемости. Снова же, тепло лучей солнца не должно выветриваться наружным воздухом через щели, от этого может зависеть производительная работа солнечного коллектора.

Этот вид – наиболее распространенный среди потребителей из-за благоприятного соотношения цена — качество, а среди домашних умельцев — из-за причины относительно несложной конструкции. Но использовать такой коллектор для отапливания можно только на юге, с уменьшением температуры воздуха снаружи его продуктивность существенно падает из-за высоких потерь тепла через корпус.

Устройство вакуумного коллектора

Очередной вид водяных солнечных нагревателей делается с использованием новейших технологий и авангардных технических решений, а поэтому относится к высокой категории цен. Подобных решений в коллекторе реализовано два:

• теплоизоляция при помощи вакуума;
• применение энергии парообразования и конденсации вещества, кипящего при малой температуре.

Прекрасный вариант обезопасить абсорбер для коллектора от потерь тепла – это заключить его в вакуум. Медная трубка, наполненная хладагентом и покрытая абсорбирующим слоем, помещена вовнутрь колбы из крепкого стекла, воздух из пространства между ними откачан. Концы медной трубки входят в трубу, через какую течет тепловой носитель. Что происходит: хладагент под лучами солнца закипает и обращается в пар, он подымается по трубке вверх и от соприкасания с носителем тепла сквозь тонкую стенку опять переходит в жидкость. Ниже показана рабочая схема коллектора:

Фокус в том, что в процессе превращения в пар вещество поглощает намного больше энергии тепла, чем при простом нагреве. Удельная теплота парообразования любой жидкости выше, чем ее удельная теплоемкость, а поэтому вакуумные солнечные коллекторы очень продуктивны. Конденсируясь в трубе с проточным носителем тепла, хладагент передает ему всю теплоту, а сам течет вниз за новой порцией солнечной энергии.

Благодаря собственному устройству вакуумные нагреватели не боятся невысоких температур и берегут собственную трудоспособность даже на морозе, а поэтому могут использоваться на севере. Интенсивность водонагрева в данном случае меньше, чем летом, так как во время зимы на землю поступает меньше тепла от солнечных лучей, часто мешает облачность. Ясно, что сделать колбу из стекла с откачанным воздухом дома просто нереально.

Примечание. Есть вакуумные трубки для коллектора, заполняемые прямо носителем тепла. Их минус – методичное подключение, при поломке одной колбы понадобится менять весь водогрей.

Как сделать солнечный коллектор?

Перед тем как начать работу, необходимо сформироваться с размерами грядущего водонагревательного аппарата. Сделать правильный расчет площади теплопередачи сложно, многое зависит от интенсивности излучения солнца в этом регионе, расположения дома, материала нагревательного контура и так дальше. Правильным будет сказать, что чем больше тепловой коллектор, тем лучше. Однако, его габариты наверное обходятся местом, где предполагается его ставить. Значит, нужно исходить из площади данного места.

Корпус большого труда не составит сделать из древесины, проложив на днище слой пенополистирола или мин. ваты. Также для данной цели хорошо применять створки устаревших окон из дерева, где сбереглось хотя бы одно стекло. Подбор материала для приемника тепла внезапно широк, чего только не применяют мастера-умельцы, чтобы собрать коллектор. Вот список распространенных вариантов:

• тонкостенные медные трубки;
• разные полипропиленовые трубы с тонкими стенками, было бы неплохо черного цвета. Отлично подойдёт полиэтиленовая РЕХ труба для водомерного узла;
• внешний теплообменный аппарат старого холодильника;
• трубки из алюминия. Правда, объединять их труднее, чем медные;
• радиаторы панельные из стали;
• черный садовый шланг.

Примечание. Помимо указанных, есть много экзотических версий. К примеру,воздушный солнечный коллектор из пивных банок или бутылок из платика. Такие же прототипы выделяются необычностью, но просят существенного вложения труда при сомнительной отдаче.

В собранный корпус из дерева или старую оконную створку с приделанным дном и уложенным теплоизолятором нужно уместить лист металла, накрывающий всю территорию грядущего нагревателя. Отлично, если найдется лист алюминия, но подойдёт и тонкая сталь. Ее следует покрасить в черный цвет, а потом положить трубы в виде змеевика.

Разумеется, коллектор чтобы нагреть воду прекраснее всего выйдет из труб сделанных из меди, они прекрасно передают тепло и будут служить долгое время.Полотенцесушитель плотно прикрепляется к металическому экрану скобками или любым остальным доступным способом, наружу выводятся 2 штуцера для водоподачи.

Так как это плоский, а не вакуумный коллектор, то поглотитель тепла необходимо закрыть сверху прозрачной конструкцией – стеклом или поликарбонатным пластиком. Последний легче отделывается и лучше в работе, не разобьется от ударов града.

После сборки солнечный коллектор нужно установить на место и присоединить к накопительному бачку для воды. Когда разрешают условия монтажного процесса, то можно организовать гравитационную циркуляцию воды между бачком и нагревателем, в другом случае в систему включается насос циркуляционный.

Заключение

Выполнять домашнее отопление солнечными коллекторами, выполненными собственными руками, – симпатичная перспектива для большинства владельцев дома. Обитателям южных районов такой вариант более доступен, только придется заполнить систему антифризом и как необходимо утеплить корпус. На севере рукодельный коллектор поможет подогреть воду на хознужды, но для обогревания дома его не хватит. Проявляется холод и короткий световой день.

Тепловой тепловой насос дома: рабочий принцип и варианты расчета

Давно и очень удачно насосы для отопления используются в промышленных и бытовых холодильниках и кондиционерах.

На сегодняшний день данные устройства начали использовать и для выполнения функции противоположного характера – обогревания дома во время холодов.

Давайте же посмотрим, как применяются тепловые тепловые насосы личных домов и что необходимо знать, чтобы правильно высчитать все его элементы.

Насос для отопления. Конструкция обогревания дома

Разница состоит лишь в том, что котел сжигает горючее, а ТН «выкачивает» энергию тепла из источников, которые, сначала, совсем ею не богаты.

Грунт и речная вода с температурой 5 – 7 градусов, либо даже холодный зимний воздух, температура которого совсем очутилась меньше нуля.

Такие источники называются низкопотенциальными, и хотя с понятием тепла они совсем не вызывают ассоциации, ТН умудряется «выжать» из них впечатляющий объем хорошей энергии. Сюда необходимо добавить тепло, выделяемое электрическим двигателем нагнетателя воздуха ТН: тут, в отличии от холодильника и кондиционера, оно не исчезает даром.

В остальном отопительная система на базе ТН не отличается ничем от обыкновенной: применяется тепловой носитель – вода или воздух, который нагревается, протекая через теплообменный аппарат, а потом разносит тепло по всему дому. Циркуляцию обеспечивает насос (для традиционного отопления) или вентилятор (для воздушного). Аналогично, как и классический теплогенератор, ТН можно одновременно присоединить к контуру горячего водообеспечения (ГВС) как с аккумулирующей ёмкостью (водонагревателем электрическим накопительным), так и без нее.

Рабочий принцип насосов для отопления

В любом ТН есть рабочая среда, именуемая хладагентом. В большинстве случаев в этом качестве выступает фреон, реже – нашатырный спирт. Само устройство состоит всего из трех элементов:

Атомайзер и конденсатор – это два резервуара, имеющие вид длинных изогнутых трубок – змеевиков. Конденсатор одним концом прикрепляется к выходному отрезку трубы нагнетателя воздуха, а атомайзер — ко входному. Концы змеевиков состыковываются и в месте соединения между ними ставится редукционный клапан. Атомайзер соприкасается – конкретно или косвенно – со средой-источником, а конденсатор – с отопительной системой или ГВС.

Рабочий принцип насоса для отопления

Работа ТН основывается на взаимозависимости объема, давления и температуры газа. Вот что происходит в середине агрегата:

1. Нашатырный спирт, фреон или остальной хладагент, двигаясь по атомайзеру, нагревается от среды-источника, допустим, до температуры +5 градусов.
2. Пройдя атомайзер, газ может достигать нагнетателя воздуха, который перекачивает его в конденсатор.
3. Нагнетаемый компрессором хладагент держиться в конденсаторе редукционным клапаном, благодаря этому его давление тут больше, чем в атомайзере. Как всем известно, с ростом давления температура любого газа возрастает. Собственно это происходит с хладагентом – он разогревается до 60 – 70 градусов. Так как конденсатор омывается циркулирующим в системе обогрева носителем тепла, последний также нагревается.
4. Через редукционный клапан хладагент маленькими дозами сбрасывается в атомайзер, где его давление опять падает. Газ становится шире и стынет, а так как часть внутренней энергии была потеряна им в результате теплопередачи на предыдущем шаге, его температура спускается ниже изначальных +5 градусов. Следуя по атомайзеру, он опять нагревается, дальше закачивается в конденсатор компрессором – и так по кругу. По-научному данный процесс именуется циклом Карно.

Основная особенность ТН заключается в том, что тепловая энергия берется из внешней среды буквально даром. Правда, для ее добычи следует потратить определенное количество электрической энергии (для нагнетателя воздуха и насоса циркуляционного/вентилятора).

Но ТН все-равно остается самым экономичным: за каждый израсходованного кВт*ч электрической энергии получается получить от 3 до 5 кВт*ч тепла.

Виды конструкций насосов для отопления

Вид ТН принято классифицировать словосочетанием, указывающим на среду-источник и тепловой носитель системы обогрева.

Есть следующие разновидности:

• ТН «воздух — воздух»;
• ТН «воздух — вода»;
• ТН «грунт — вода»;
• ТН «вода — вода».

Самый первый вариант – это простая сплит-система, работающая в режиме обогревания. Атомайзер устанавливается на улице, а в середине дома ставится блок с конденсатором. Последний обдувается вентилятором, вследствие чего в пространство помещения подается тёплая воздушная масса.

Если систему такого рода оборудовать специализированным теплообменным аппаратом с патрубками, выйдет ТН типа «воздух — вода». Он подсоединяется к гидравлической системе отопления.

Атомайзер ТН типа «воздух — воздух» или «воздух — вода» можно поставить не на улице, а в канале вытяжной вентиляции (она обязана быть принудительной). В данном случае результативность ТН будет увеличена в пару раз.

Насосы тепловые типа «вода — вода» и «грунт – вода» для отбора тепла применяют говоря иначе внешний теплообменный аппарат или, как его называют еще, коллектор.

Принципиальная рабочая схема насоса для отопления

Это длинная закольцованная труба, в основном, пластиковая, по которой двигается жидкая среда, омывающая атомайзер. Две разновидности ТН собой представляют все то же самое устройство: в одном случае коллектор погружается на днище поверхностного пруда, а в другом – в почву. Конденсатор подобного ТН размещён в теплообменном аппарате, подключаемом к системе традиционного отопления.

Подключение ТН по схеме «вода — вода» считается намного менее трудоемким, чем «грунт — вода», так как нет необходимости в проведении работ с землей. На днище пруда труба ложится в виде спирали. Конечно, для этой схемы подойдёт только такой пруд, который во время зимы не мерзнет до дна.

Укладку коллектора в почву можно сделать тремя способами.

Горизонтальный вариант

Трубы ложатся в канавы «змейкой» на глубину, превышающую глубину грунтового промерзания (в среднем – от 1 до 1,5 м).

Для подобного коллектора понадобится земельный участок очень большой площади, зато его может выстроить любой владелец дома – никаких способностей, помимо умения работать лопатой, не потребуется.

Следует, правда, предусмотреть, что сооружение теплообменного аппарата ручным способом – очень сложный процесс.

Вертикальный вариант

Трубы коллектора в виде петель, которые имеют форму литеры «U», погружаются в скважины глубиной от 20 до 100 м. Если понадобится можно выстроить несколько таких скважин. После того как произошла установка труб скважины заливают раствором из цемента.

Положительное качество вертикального коллектора заключается в том, что для его сооружения необходим совсем маленький участок. Однако, пробурить скважины глубиной более двадцати метров своими силами возможности нет – придется нанимать бригаду бурильщиков.

Комбинированный вариант

Этот коллектор можно считать вариацией горизонтального, однако для его сооружения понадобится очень мало места.

На участке выкапывается круглый колодец глубиной от 2-х м.

Трубы теплообменного аппарата ложатся спиралью, так что контур собой представляет как бы вертикально установленную пружину.

По окончании работ по монтажу колодец сыпят. Как и в случае с горизонтальным теплообменным аппаратом, весь нужный рабочий объем можно сделать собственными руками.

Коллектор заполняется антифризом – тосолом или раствором этиленгликоля. Для оснащения его циркуляции в контур врезается специализированный насос. Вобрав в себя тепло грунта, антифриз поступает к атомайзеру, где происходит теплообмен между ним и хладагентом.

Нужно учитывать, что безграничный отбор тепла из грунта, тем более при вертикальном расположении коллектора, может привести к плохим последствиям для геологии и экологии участка. Благодаря этому летом ТН типа «грунт — вода» очень было бы неплохо использовать в реверсивном режиме — кондиционирование.

Расчет горизонтального коллектора насоса для отопления

Результативность горизонтального коллектора зависит от температуры среды, в которую он погружен, ее теплопроводимости, а еще площади контакта с поверхностью трубы. Методика расчета довольно трудна, благодаря этому во многих случаях пользуются усредненными данными.

Считается, что любой метр теплообменного аппарата обеспечивает ТН следующую теплопроизводительность:

• 10 Вт – при заглублении в сухой песчаный или каменистый грунт;
• 20 Вт – в сухом грунте состоящем из глины;
• 25 Вт – во влажном грунте состоящем из глины;
• 35 Вт – в очень сыром грунте состоящем из глины.

Подобным образом, для расчета длины коллектора (L) следует потребную теплопроизводительность (Q) поделить на теплотворную способность грунта (p):

Приведенные значения можно считать действительными только при воплощении следующих условий:

• Земельный участок над коллектором не застроен, не затенен и не засажен деревами или кустами.
• Расстояние между смежными виточками спирали или участками «змейки» составляет не меньше 0,7 м.

Во время расчета коллектора нужно брать во внимание, что температура грунта после первого года эксплуатации понижается на пару градусов.

Пример расчета насоса для отопления

Подберем ТН для системы обогрева дома в один этаж общей площадью 70 кв. м с обычной потолочной высотой (2,5 м), рациональной архитектурой и тепловой изоляцией конструкций ограждения, подходящей требованиям современных норм строительства. На обогрев 1-го кв. м подобного объекта по общепринятым нормативам приходится расходовать 100 Вт тепла. Подобным образом, для отапливания всего дома потребуется:

Q = 70 х 100 = 7000 Вт = 7 кВт энергии тепла.

Выбираем насос для отопления марки «ТеплоДаром» (модель L-024-WLC) с теплопроизводительностью W = 7,7 кВт. Нагнетатель воздуха агрегата потребляет N = 2,5 кВт электрической энергии.

Расчет коллектора

Грунт на отведеном под строительство коллектора участке – глинистый, уровень почвенных вод большой (принимаем теплотворную способность p = 35 Вт/м).

Мощность коллектора находим по формуле:

Qk = W – N = 7,7 – 2,5 = 5,2 кВт.

Находим длину трубы коллектора:

L = 5200 / 35 = 148.5 м (примерно).

Учитывая то факта, что класть контур длиной более 100 м нецелесообразно из-за безмерно высокого сопротивления в плане гидравлики, принимаем следующее: коллектор насоса для отопления будет состоять из 2-ух контуров — длиной 100 м и 50 м.

Территория участка, который потребуется отвести под коллектор, определим по формуле:

Где А – шаг между участками находящимися по соседству контура. Принимаем: А = 0,8 м.

Тогда S = 150 x 0.8 = 120 кв. м.

Расчет вертикального коллектора

На глубине более 15 м температура грунта стабильно удерживается на отметке +10 градусов целый год. Благодаря этому результативность вертикального коллектора считается более высокой – в среднем с метрового участка получается снимать до 50 Вт тепла. Для расчета длины теплообменного аппарата также стоит предусмотреть вид среды. Так, с 1-го метра трубы получается получить такую теплопроизводительность:

• 20 Вт – при погружении в осадочный грунт (сухой);
• 50 Вт – в каменистом либо влажном осадочном грунте;
• 70 Вт – твёрдые породы (камень);
• 80 Вт – грунтовые воды.

Использование вертикального зонда для насоса для отопления

Во время строительства скважин нужно выполнять требование: расстояние между ними должно составлять не менее пяти метров.

Для работы насоса для отопления из приведенного выше примера потребуется коллектор длиной L = 5200 / 50 = 140 м.

Поэтому, для обустраивания коллектора понадобится пробурить две скважины глубиной 70 м. В любой из них необходимо будет установить по две U-образные петли, для чего потребуется купить 4х140 = 560 м труб.

Солнечный коллектор — водогрей для дома, бассейна

Энергию солнца для дома можно получать практически бесплатно и много. Почему не даром? Так как, оплачивать все же придется, однако не Cолнцу, а изготовителям и специалистам солнечных коллекторов.

Применение солнечной энергии в отопительных системах и горячего водообеспечения личного дома, а еще чтобы нагреть воду в бассейне, по мере быстрого роста стоимости источников энергии, становится все больше выгодным. Срок окупаемости солнечного оборудования дома из года в год оказывается все меньше.

В Европе установка солнечных коллекторов в новостройках считается обязательной.

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

Интенсивность излучения солнца на юге России, в Украине, южнее 52о с.ш., может составлять от 1000 до 1350 кВт*ч/м2/год.

В наших южных широтах самая большая интенсивность излучения солнца приходится на период с марта по октябрь. В данное время необходимость в домашнем отоплении минимальна. Благодаря этому энергию солнца как правило используют чтобы нагреть воду в системе горячего водообеспечения дома и для подогрева воды в бассейне.

В отопительных системах личного дома солнечные коллекторы используют не так часто — лишь как дополнительные нагреватели к котлу. Расчеты и практика использования показывают, что применение солнечных коллекторов в отопительных системах в наших широтах во многих случаях не окупает расходы на их установку.

Необходимо заметить, что срок окупаемости установок солнечного нагрева усиленно зависит от цены топлива, которое применяется в доме для отапливания и водонагрева в системе ГВС. К примеру, за 1 кВт*час энергии, идущей из электросети, хозяин дома заплатит приблизительно на порядок больше, чем за такое же кол-во, получившейся от котла на природном газе.

В домах, где для отапливания или водонагрева применяется электрическая энергия, или работают котлы на дорогих видах топлива, установка солнечных коллекторов будет наиболее выгодна.

Оснащение отопительных систем и ГВС солнечным коллектором обойдется не дорого, если их установку предусматривать сразу, на стадии проектирования и домостроительства. Переделки всегда обходятся дороже.

Солнечный коллектор для дома, бассейна

Солнечный коллектор — это аппарат, в котором энергия лучей солнца превращается в энергию тепла носителя тепла. Тепловой носитель переносит тепло от солнечного коллектора к нагревателям систем горячего водообеспечения и теплоснабжения. В виде теплоносителя применяют воду или не замерзающие жидкости.

Солнечный коллектор как правило имеет разную конструкцию. Есть три принципиальных схемы устройства солнечного коллектора.

Плоский солнечный коллектор

Солнечный плоский коллектор собой представляет пластину из металла — абсорбер, которая поглощает падающее на неё солнце. К пластине прикреплены медные трубки, по которой течет тепловой носитель.

Пластину абсорбера покрывают слоем никеля, черной меди или остальным материалом с большим коэффициентом поглощения лучей солнца, но с небольшим коэффициентом тепловых излучения. Подобное покрытие называют селективным.

Большинство производителей выпускают адсорберы из 2-ух сложенных вместе листов металла. В листах выдавлены канавки, из которых при стыковке листов возникают трубки коллектора.

Лучи солнца нагревает абсорбер, от него тепло подается тепловому носителю, температура которого возрастает.

Абсорбер с трубками устанавливают в утепленный плоский корпус. Сверху корпус коллектора закрывают стеклом. С целью улучшения тепловой изоляции в большинстве случаев устанавливают стеклопакет с двойным или тройным остеклением. Стекло должно держать удары града.

Чтобы застекление и поверхность адсорбера не запотевали, в корпусе коллектора оставляют вентиляционные отверстия.

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

Панель солнечного водогрея с параллельным расположением труб

В плоском солнечном коллекторе трубы, по которой двигается тепловой носитель, в большинстве случаев располагают вертикально. Используют две схемы разветвления труб — параллельную и змейкой.

Параллельная схема расположения труб имеет небольшое гидравлическое сопротивление. Коллекторы с параллельными трубами используют в схемах подогрева воды с конвективной циркуляцией носителя тепла.

Панель солнечного водогрея с расположением труб змейкой

Трубоукладка змейкой дает возможность приобрести чуть больший тепловой эффект, однако при этом резко возрастает гидравлическое сопротивление системы.

Трубчатый вакуумный солнечный коллектор

Солнечный вакуумный трубчатый коллектор состоит из нескольких десятков стеклянных труб, в которых сделан вакуум. В середине вакуумных труб находятся трубки с носителем тепла.

На низ поверхности труб нанесено зеркальное покрытие, фокусирующее лучи солнца. А верхняя часть труб покрыта селективным слоем, который пропускает лучи солнца вовнутрь, но останавливает отраженное излучение тепла внутри стеклянной трубы.

Наличие вакуума существенно понижает потери тепла, а зеркальное и селективное покрытия намного больше делают больше результативность коллектора.

Солнечный коллектор с тепловыми трубками

Солнечный коллектор с тепловыми трубками снаружи похож на вакуумный трубчатый, показанный на рисунке выше. Отличия находятся в середине стеклянных вакуумных труб.

В каждой стеклянной трубе коллектора есть иная, плотно закрытая с каждой стороны трубка с легко испаряющейся жидкостью — тепловая трубка. Верхний конец тепловой трубки считается частью теплообменного аппарата, в котором двигается тепловой носитель контура солнечного коллектора.

При нагревании лучами солнца жидкость в тепловой трубке выветривается. Пары поднимаются вверх и конденсируются на поверхности трубки, прикрепленной верхним концом к теплообменному аппарату. Процесс конденсации сопровождается теплопередачей тепловому носителю.

Конденсат в тепловой трубке течет вниз, опять нагревается, выветривается — процесс повторяется и идет постоянно.

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

Схемы подсоединения солнечного коллектора

В схемах теплоснабжения и ГВС с солнечным коллектором должна обязательно быть аккумулирующая ёмкость — тепловой аккумулятор. Это связано с тем, что процесс поступления тепла от солнечного коллектора не сходится по времени и количеству с расходом энергии тепла потребителями в доме. Энергию солнца в первую очередь копят в тепловом аккумуляторе, а потом тратят если для этого есть необходимость.

Для собирания энергии, получаемой от солнечного коллектора, выгодно применять накопительный накопительный водонагреватель системы ГВС или буферную емкость системы обогрева. Для этого, устанавливают накопительный водонагреватель и буферную емкость с добавочным теплообменным аппаратом, к которому и подсоединяют солнечный коллектор.

Тепловой носитель в системе нагрева с солнечным коллектором

В системе нагрева с солнечным коллектором, которая не прекращает работу только в летний период, в виде теплоносителя применяют воду. Системы на воде подойдут для домов на даче сезонного проживания или летних бассейнов.

Для отопительных систем и ГВС дома для жилья, работающих целый год, в виде теплоносителя необходимо применять незамерзающие жидкости — антифриз на основе пропиленгликоля или минеральное масло.

Все жидкости — тепловые носители при нагреве расширяются. Благодаря этому контур нагрева солнечного коллектора в первую очередь оснащают расширительным бачком.

В контуре с солнечным коллектором есть также опасность закипания жидкости — нужна защита от перегревания и установка клапана предохранительного.

Защита от перегревания контура солнечного коллектора в большинстве случаев выполняется путем выбора бака накопительного достаточно значительного объема, способного поглотить остатки тепла.

Для убирания воздуха из контура коллектора устанавливают автоматизированный кран Маевского.

Для устранения опорожнения бака накопительного трубопровод холодной воды оборудуют клапаном обратного типа.

Расширительный бачок, кран Маевского, клапан для предохранения контура коллектора сходственны тем приборам, которые ставятся на котле для отопления в доме.

Схема водонагрева солнечным коллектором для дома на даче

Схема ГВС с конвективной циркуляцией носителя тепла в контуре солнечного коллектора и с электрическим нагревателем в накопительном баке.

Для появления в контуре естественной и достаточно насыщенной циркуляции нужно, чтобы днище бака накопительного было выше солнечного коллектора минимум на 0,5м. (лучше когда больше). Более того, пытаются сделать меньше гидравлическое сопротивление в контуре солнечного коллектора. Для этого делают больше трубный диаметр и уменьшают их длину.

В виде теплоносителя применяется незамерзающая жидкость.

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

С целью уменьшения теплопотерь накопительный бачок и магистрали из труб оберегают тепловой изоляцией толщиной 50 мм.

Если бачок ставят на холодном чердаке, то толщину тепловой изоляции бачка следует расширить до 100 -150 мм. а магистрали из труб с водой поставить под тепловой изоляцией бачка.

Для дома на даче с сезонным проживанием, только в летний период, можно контур солнечного коллектора сделать без теплообменного аппарата в бачке. В контур коллектора вода будет поступать из части которая находится снизу бачка, разогреваться и собираться сверху бачка. С приближением холодов систему нужно опустошать от воды.

Эта обычная и не дорогостоящая система ГВС подойдёт для домов на даче и маленьких личных домов с теплоснабжением тт котлом или печами.

Схема ГВС с солнечным коллектором и косвеником

Схема подсоединения солнечного коллектора к системе ГВС с накопительным косвеником и котлом отопления с контуром ГВС.

Для подсоединения солнечного коллектора к системе ГВС с косвеником следует установить в доме накопительный водонагреватель с 2-мя теплообменными аппаратами.

К нижнему теплообменному аппарату подсоединяют нагревательный контур солнечного коллектора, а к верхнему — контур ГВС котла отопления.

Если тепла от солнечного коллектора не хватает чтобы нагреть воду, то включается в работу контур ГВС котла отопления.

Установка насоса циркуляционного в контур солнечного коллектора дает возможность установить коллектор в любое положение относительно накопительного водонагревателя, а еще сделать меньше диаметр трубо-проводов.

Схему с косвеником комфортно использовать при домашнем отоплении котлом работающим на газе.

Отопительная схема и ГВС с солнечным коллектором и буферным бачком — тепловым аккумулятором

Схема подсоединения солнечного коллектора к отопительной системе и ГВС с буферным бачком — тепловым аккумулятором и отопительным одноступенчатым котлом.

Прочтите публикацию «Отопительная схема и ГВС с буферным бачком — тепловым аккумулятором» для того, чтобы узнать плюсы, специфики устройства и работы данной конструкции.

Солнечный коллектор присоединяют к теплообменному аппарату, установленному в буферном баке — аккумуляторе тепла. К буферному бачку подсоединяют и контур радиаторов дома (на схеме не показан).

Тепловая энергия от всех источников — солнечного коллектора и котла отопления, собирается в буферном баке. Из буферного бачка тепло тратится и на разогрев воды в системе ГВС, и подается в отопительный контур домашних помещений.

Схема с буферным бачком дает возможность применять энергию солнца и для отапливания, и для систем с горячим водоснабжением.

Схема ГВС с солнечным коллектором и 2-мя накопительными бачками

Схему ГВС с 2-мя накопительными бачками применяют при подсоединении солнечного коллектора к уже работающему оборудованию системы горячего водообеспечения в доме. Когда в уже установленном бойлере отсутствует теплообменный аппарат для подсоединения солнечного коллектора.

Покупка нового накопительного водонагревателя ГВС с 2-мя теплообменными аппаратами и замена старого часто не выгодна. Доступнее приобрести новый накопительный водонагреватель малого объема исключительно для контура солнечного коллектора.

Схема подогрева воды для бассейна

Разогрев воды в бассейне можно делать по любой из первых трех схем, которые показаны выше.

Прохладная вода с дна бассейна подается циркулярным насосом по трубопроводу холодной воды в накопительный бачок, накопительный водонагреватель или буферную емкость. Горячая вода идет назад назад в бассейн.

В принудительном порядке циркуляция воды в контуре бассейна обеспечивает смешивание воды и одинаковое распределение температуры по глубине бассейна.

Для бассейнов, работающих только в летний период, накопительный бачок можно убрать из схемы подогрева. Роль бака накопительного как правило выполняет ванна бассейна.

Автоматизация отопительных систем и ГВС с солнечным коллектором

Системы обогрева и ГВС с солнечным коллектором в первую очередь оборудуют устройствами автоматики.

Автоматика нужна для согласованного управления работой нескольких источников энергии — солнечного коллектора, котла, электрического нагревателя, а еще циркулярных насосов.

Датчики измеряют температуру носителя тепла у источников нагрева, водную температуру в накопительном баке. Блок управления по заданной программе проводит анализ показатели датчиков и выдаёт команды на включение или выключение тех или других источников нагрева, насосов и клапанов.

Человек имеет возможность задавать параметры регулирования — к примеру, ставить самую большую температуру горячей воды.

Какой солнечный коллектор лучше подобрать

У практически всех видов солнечных коллекторов есть собственный самый маленький порог интенсивности излучения солнца, при котором они начинают обогревать тепловой носитель.

Плоский солнечный коллектор начинает согревать при мощности излучения солнца 70-90 Вт/м2. Чтобы сравнить — если плоский коллектор не закрыт стеклом, то он начнет согревать при мощности излучения более 200 Вт/м2.

Трубчатые солнечные коллекторы с вакуумными трубками начинают согревать тепловой носитель при мощности излучения более 20 Вт/м2.

Солнечный коллектор поглощает как прямое, так и рассеяное излучение Солнечного света. Общая интенсивность и соотношение разнообразных видов излучения меняется в зависимости от периода года и суток, состояния облачности.

К примеру, в наших южных широтах самая большая 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 приблизительно 54%, а в зимнее время года только 30%.

Из вышеприведенных данных делаем вывод, что для того, чтобы солнечный коллектор приносил в дом тепло целый год, нужен трубчатый солнечный коллектор.

КПД плоского и трубчатого солнечных коллекторов

Мерой эффективности солнечного коллектора считается его тепловой КПД. КПД солнечного коллектора устанавливается как отношение количества полезной энергии, забираемой носителем тепла, к количеству энергии излучения солнца, которое падает на поверхность коллектора.

КПД — КПД 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 приблизительные характеристики при плотности потока излучения солнца G=700 Вт/м2. По горизонтальной оси редуцированная (приведенная) температура, равная =dT/G, К*м2/Вт., где dT — разница между средней температурой носителя тепла коллектора и наружной температурой воздуха внешней среды.

Анализируя графики, можно создать такие выводы:

Солнечный коллектор не прекращает работу с самым большим КПД при небольших значениях редуцированной температуры dT, в режиме с минимально нужной температурой носителя тепла.

Причем, при малых значениях редуцированной температуры КПД у различных конструкций плоских коллекторов фактически одинаков.

Плоский солнечный коллектор, который отличается графиком КПД с небольшим наклонным углом к горизонту (линия I на рисунке), обеспечит нагрев воды при низкой плотности лучистой энергии и довольно малой температуре воздуха снаружи — весною, осенью.

Плоский коллектор летом, в условиях интенсивного излучения солнца, имеет более большой коэффициэнт полезного действия, чем трубчатый. Для систем ГВС, работающих только в тёплый сезон выгодно применять плоские солнечные коллекторы. Более того, плоский коллектор намного дешевле трубчатого.

В условиях небольшой интенсивности излучения солнца КПД трубчатого коллектора больше, чем плоского. Установка трубчатого коллектора может быть выгодна исключительно для круглогодичного подогрева воды в отопительных системах и ГВС, а еще в северных широтах. Взяв во внимание большую цену трубчатого коллектора, работа по его установке возмещается абсолютно не всегда.

Выбираем солнечный коллектор для бассейна

С учетом выполненных выше выводов, для подогрева воды в летнем бассейне буквально на пару градусов, можно подобрать любую конструкцию плоского коллектора. Результативность при небольшой величине dT будет у всех конструкций плоских коллекторов приблизительно такая же.

Выгодно применять наиболее дешевые плоские коллекторы с пластиковыми абсорберами, которые могут совсем не иметь остекления.

Так как температура носителя тепла в коллекторе будет не гораздо разниться от температуры воздуха снаружи, то теплопотери при отсутствии стекла будут несущественными. Более того, из-за отсутствия стекла чуть-чуть становится больше кол-во энергии солнца, попадающей на адсорбер. Стекло всегда останавливает определенную часть лучей солнца.

Расчет размера солнечного коллектора

Из-за неравномерного поступления тепла от солнечного коллектора, в системах ГВС и домашнего отопления в первую очередь устанавливают очередной источник нагрева.

Продуктивность солнечного коллектора лучше подбирать такой, чтобы от него получать не больше 2/3 энергии тепла, нужной для систем с горячим водоснабжением в доме. Применять более производительные аппараты не рентабельно — не оправдаются.

Для систем с горячим водоснабжением в доме достаточно подобрать солнечный коллектор площадью 1-1,5 м2 в расчете на одного члена семьи.

Солнечный коллектор в системе обогрева подбирают таким образом, чтобы получать от него 20-30% энергии тепла, нужной для отапливания. Размеры солнечного коллектора для целей теплоснабжения подбирают в расчете 0,3-0,5 м2 площади коллектора на 1м2 обогреваемой площади дома.

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

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

Пример расчета размеров площади солнечного коллектора

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

Площадь солнечных коллекторов будет составлять:

• Чтобы нагреть воду в системе ГВС — 5-7,5 м2
• Для системы обогрева дома — 60-100 м2
• Для подогрева воды в крытом бассейне — 12 м2

Где можно поставить солнечный коллектор

Солнечный коллектор можно поставить в любых местах — на крыше, на стенке, на земля. Главное лишь установить его под конкретным углом к горизонту и на солнце.

Однако чаще всего коллектор ставят на крыше. Коллектор на крыше места не занимает на участке и получает больше лучей солнца — там его ничто не затеняет.

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

Во время установки в любых местах нужно иметь ввиду, что аппарат просит обслуживания. Благодаря этому, стоит продумать, как упростить доступ к нему.

Более того, коллектор достаточно увесистое устройство. благодаря этому стропильные ноги крыши или стенка дома могут «настойчиво попросить» усиления их конструкции.

Прекраснее всего, установку солнечного коллектора предусматривать сразу, на стадии проектирования и домостроительства.

Ориентация поверхности солнечного коллектора

Большое количество энергии солнца коллектор будет получать, если поверхность его будет перпендикулярна направлению на солнечных лучах.

Направление на солнечных лучах регулярно меняется в зависимости от периода года и суток. Благодаря этому, коллектор устанавливают под определенным углом к горизонту, который дает возможность получать максимум энергии солнца без изменения положения коллектора.

Солнечный коллектор, который станет работать целый год устанавливают под угол к горизонту, величина которого приблизительно равна географической широте местности.

Зимой, если существует возможность, лучше наращивать наклонный угол еще приблизительно на 15о.

Если солнечный коллектор будет работать только в летний период, то наклонный угол следует сделать меньше до: географическая широта местности минус 15о.

Поверхность солнечного коллектора должна смотреть в направлении на юг с точностью плюс-минус 15о.

Трубчатые вакуумные коллекторы допускают большее отклонение от направления на юг. Они должны освещаться солнцем не меньше 6-ти часов в день.

Публикации на данную тему:

Домашнее отопление солнечными коллекторами — рабочий принцип, виды и важные факторы подбора

Теплоснабжение личного дома » Иные варианты теплоснабжения

Солнечные коллекторы применяют солнечную энергию

Возможность применения солнечной энергии в бытовых и производственных целях волнует человека вот уже несколько веков. В этом направлении инженеры создали много проектов и продолжают поиски более рентабельных вариантов. И небезуспешно. Технологии, реализованные в солнечных коллекторах для отапливания дома, разрешают постичь до 95% поглощаемой солнечной энергии. Чтобы сравнить — данный показатель для подобных устройств на фотоэлементах составляет всего 18%.

Рабочий принцип

Главная задача приборов — захват излучаемой светилом энергии, ее аккумуляция и перенаправление для человеческих нужд. Этому подчинены все главные узлы системы:

1. Коллектор. Вся площадь принимающей поверхности установки пронизана магистралями с носителем тепла. Они отбирают дополнительную энергию тепла от накопительных компонентов и транспортируют ее к резервуару с водой.
2. Аккумулятор тепла. За столь изощренным наименованием спрятан обычный водяной бачок. Он получает энергию тепла от магистралей теплопередачи. Нагретая в резервуаре вода может быть применена для хознужд или теплоснабжения строения. Емкость отлично изолирована от теплопотерь.
3. Контур обмена энергии тепла. Это главная и только одна магистраль, которая предназначена для теплопередачи от коллектора к аккумулятору тепла.

Вода либо другой тепловой носитель в системе могут циркулировать естественно либо же принудительно. Завершальный вариант просит установки насосного оборудования. Рабочая эффективность коллектора от этого только выигрывает. Производственники дополнительно устанавливают в резервуар для воды электрический нагреватель. Он применяется для поддержания установленной температуры в плохую погоду. За работой Нагревательного элемента трубчатого типа наблюдает автоматика.

Особенности и виды

в начале проектирования нужно определиться с типом системы отопления на солнечных элементах. К числу самых популярных относятся несколько видов конструкций — плоские и вакуумные. Пользуются меньшим спросом воздушные коллекторы.

Устройства отличаются следующими спецификами работы и эксплуатации:

1. Вакуумные коллекторы. Генерирующий тепло компонент системы собой представляет не остекленную панель, а секцию сделанных из стекла трубок. Они имеют хорошие размеры и в середине пустотелые. Воздух из данных магистралей выкачан. В вакуумной обстановке проходит одна или несколько меньших по диаметру магистралей для циркуляции носителя тепла. Иначе говоря внешняя часть системы трубо-проводов роль играет кожуха с защитной функцией. А вакуум считается прекрасным изолятором тепла.
2. Плоские варианты. Домашнее отопление солнечными коллекторами очень часто организуется при помощи собственно данных схем. Приемное устройство собой представляет короб со стеклом, под которым находится специализированный абсорбирующий теплослой. Он соприкасается с трубами, по которой течет вода либо другой тепловой носитель (например, пропиленгликоль). Тепловая энергия собирается и подается магистралями для обогревания воды в резервуаре.
3. Воздушный коллектор. Он отличается низким показателем полезного действия и используется гораздо реже иных заменителей. Физические свойства воздуха как проводника тепла значительно меньше если сравнивать с жидкостью, что и обуславливает низкие характеристики эксплуатации. Конструкция собой представляет короб большой площади. В нем воздух соприкасается с абсорбирующим тепло элементом, нагревается и с помощью вентилятора подается в пространство помещения.

Вопросы выбора

База всех солнечных установок

В вопросах приобретения коллектора рекомендации профессионалов расходятся. Клиент вынужден своими силами принимать решение, опираясь на характеристики определенного вида устройств.

Вакуумные модели, не обращая внимания на невысокий КПД, не боятся холодов. Им не грозит замерзание носителя тепла. Это значительный невидимый момент, который аргументирует покупательский выбор данного вида установок.

Плоские модели выделяются конструктивной простотой. Отсутствие непростых механизмов выполняет их предпочтительными для тех, кто ценит прочность и надежность.

Вакуумные устройства более хрупки, однако они предоставляют замечательное теплоснабжение на солнечных коллекторах в домах, где необходимо подогреть тепловой носитель до больших температур. А дело все в том, что плоские модели эффектно работают при условиях, что температурная разница в середине помещения и с наружной стороны колеблется в диапазоне 20-40 градусов по Цельсию. Иначе говоря их применение зимой сложно. При чрезмерно малых температурах за окном навряд ли получится добиться комфортабельного климата в доме.

Более того при ненастной погоде вакуумные аналоги выработают намного больше тепла если сравнивать с плоскими. С другой стороны, эксплуатационный срок немного ниже, чем у соперников (усредненный составляет 15-30 лет). Но в их пользу говорит и тот момент, что оборудование комфортно в обслуживании. При повреждении вакуумного коллектора нужно только заменить вышедший из строя компонент, в то время как в плоском аналоге придется воссоздавать всю абсорбирующую систему.

Специфики вакуумных коллекторов

Специфики вакуумных коллекторов

В силу различных причин наметился значительный рост продаж вакуумного оборудования для организационных работ теплоснабжения от энергии солнца. Для тех, кто решил ставить именно данные системы, необходимо помнить определенные свойства:

• Величина трубок влияет напрямую на эффективность оборудования. Чем больше магистральный диаметр, тем больше тепловой солнечной энергии может получить покупатель. Специалисты говорят, что хорошей считается трубка из стекла диаметром 58 мм при условиях, что ее длина варьирует в диапазоне 1,2-2,1 метра.
• Помимо стеклянных коллекторы укомплектовываются и медными нагревательными магистралями. Многие модели имеют U-образные магистрали отбора тепла, которые расположены в середине стеклянных кожухов. Эти разработки на данное время считаются наиболее эффективными.

Похожие записи