Солнечный коллектор зимой: виды и целесообразность использования для обогрева. Солнечные коллектора
Солнечный коллектор для отопления: отзывы специалистов
Люди постоянно задумывались над эффективным использованием солнечной энергии. Поэтому за последний десяток лет в Европе активно стали использовать гелиосистемы, которые позволяют обогревать помещение за счет солнечного света. На первый взгляд эта идея может показаться не слишком правдоподобной, однако это не так. Сегодня солнечный коллектор для отопления способен полностью обогреть ваш дом. Несмотря на то что это весьма дорогостоящее оборудование, его все чаще и чаще применяют в частном секторе.
Общие сведения
Как было отмечено выше, сегодня гелиосистемы только набирают свою популярность. В первую очередь это обусловлено недоверием потребителей к такому оборудованию. В принципе, это понятно, но если более подробно разобраться в данной теме, станет ясно, что все это реально и довольно эффективно. Еще один ограничивающий фактор – высокая стоимость монтажа и оборудования. Действительно, солнечный коллектор для отопления стоит немало, но окупается он достаточно быстро. Вы наверняка подумали, что в местах, где яркий солнечный свет появляется редко, использовать такую технику бессмысленно. Но это не совсем так. Поглощающих способностей и мощности пластин обычно достаточно для того, чтобы греть дом даже в пасмурные и дождливые дни. Но, естественно, эффективность работы в солнечных местах значительно выше.
Устройство бытового коллектора
В качестве теплоносителя может выступать вода, воздух, антифриз или любая другая жидкость с высоким коэффициентом теплоотдачи. После нагревания носитель циркулирует по коллектору и передает накопленную энергию в специальный бак. Уже оттуда потребитель получает горячую воду. В самом простом варианте циркуляция воды осуществляется естественно, что достигается благодаря разности температур в накопительном баке и коллекторе. В более сложном варианте устанавливается насос, обеспечивающий принудительную циркуляцию по контуру. Конечно, нужно понимать, что с повышением температуры теплоносителя эффективность коллектора снижается, а если мощности недостаточно, то имеет смысл установки электрического нагревательного элемента, который будет доводить воздух до нужной температуры.
Свобода или нет?
Солнечные коллекторы для дома делают владельцев полностью независимыми. Во-первых, нет необходимости использовать электрический или газовый котел. Если последний вариант еще более приемлем, то цены на электроэнергию в нашей стране настолько велики, что обогреть большой дом проблемно и дорого. Гелиосистема хоть и зависима от электроэнергии, но потребляет ее минимальное количество. Обусловлено это тем, что солнечная энергия превращается в тепловую без непосредственного участия электроэнергии. Конечно, чтобы не остаться без отопления в случае отключения электричества, рекомендуется установить генератор и выпрямитель. Многие в настоящее время солнечные коллекторы для дома рассматривают в качестве альтернативного источника тепла, так как они полностью зависимы от климатических условий, что не является их сильной стороной.
Плоский солнечный коллектор и его особенности
Такие системы являются одними из самых популярных. Давайте вкратце рассмотрим их конструкцию и принцип работы. Мы имеем абсорбер – элемент, поглощающий солнечную энергию. На него нанесено специальное прозрачное покрытие, а также изолирующий слой. Абсорбер соединяется непосредственно с теплопроводящей системой. Цвет поверхности обычно черный, что позволяет несколько увеличить эффективность работы.
Трубки, которые необходимы для передачи теплоносителя, изготовлены из меди. В случае простоя коллектора вода может быть нагрета до 190 градусов по Цельсию. Естественно, чем выше интенсивность и количество солнечной энергии, тем выше эффективность такой гелиосистемы. Тем не менее нередко плоский солнечный коллектор оснащается оптическими приборами для более эффективного сбора энергии. Абсорбент должен иметь высокий показатель теплопроводности, поэтому часто устанавливают медные и алюминиевые экраны.
Воздушный солнечный коллектор
Такая гелиосистема используется для нагрева воздуха в помещении. По большому счету, это обычный плоский коллектор, который используется для отопления помещения. Через поглотитель проходит воздух. Процесс может проходить как принудительно, так и естественной конвекцией. Но поглотитель с установленной принудительной вентиляцией выглядит более выгодно на фоне обычного. Это обусловлено тем, что избыточная турбулентность потока увеличивает его теплопроводность, чего нам и необходимо добиться. Но чего-то сверхъестественного ожидать от таких систем не стоит. Они могут прогреть воздух на 17 градусов выше наружной температуры. К преимуществам такой гелиосистемы стоит отнести ее простоту и надежность. При должном уходе воздушный солнечный коллектор может прослужить более 20 лет. Но использовать такую систему в качестве основного отопления не рекомендуют.
О вакуумных гелиосистемах
Это одно из самых дорогостоящих решений. Конструкция такого изделия достаточно сложная, поэтому монтаж осуществляется только специалистами. Такая система позволяет добиться температуры теплоносителя до 300 градусов во время простоя. Конечно, получить такие высокие показатели специалистам было очень непросто. Во-первых, постарались уменьшить теплопотери за счет многослойного стеклянного покрытия и создания вакуума в системе.
В нашем случае солнечная труба несколько похожа на обычный бытовой термос. Только внешняя часть прозрачная, а на внутренней трубка имеет специальное покрытие, позволяющее улавливать солнечную энергию. Между трубками вакуум, благодаря которому и удается добиться минимальных потерь тепла. В конечном итоге можно говорить о высоком КПД таких систем по сравнению с плоскими и воздушными. При этом такой коллектор способен функционировать в условиях слабой освещенности.
Что говорят потребители?
Мы уже немного разобрались с тем, какой может быть солнечный коллектор. Отзывы покупателей практически всегда отличаются. Кто-то очень доволен инновационными системами, другие же, напротив, жалеют потраченных впустую денег. Но в целом картина выглядит неплохо. Примерно 75% покупателей отзываются хорошо о системе. Кстати, воздушные коллекторы покупаются редко, по крайней мере, на территории России, поэтому о них сказать ничего нельзя. А вот вакуумные гелиосистемы показали себя, как надежные поставщики тепла в дом. Но тут стоит отметить, что многое зависит от специалистов, устанавливающих такое сложное и дорогостоящее оборудование. Если что-то будет сделано неверно, то эффективность работы системы будет ниже. В Европе же ситуация несколько другая. Люди с удовольствием устанавливают гелиосистемы, так как цены на них там несколько ниже, а распространенность выше. Однако их очень редко используют в качестве основного источника тепла, так как нельзя утверждать, что лучшая альтернатива газу или углю – это солнечный коллектор. Отзывы, кстати, и говорят о том, что это очень дорого и не всегда целесообразно.
О применении в Европе и России
Как было отмечено немного выше, воздушный солнечный коллектор для отопления в ряде европейских стран активно используется в течение нескольких лет. Но гелиосистемы нашли свое применение и в промышленности. В частности, речь идет о текстильной и пищевой промышленности, где такое решение выглядит особо потенциальным. Так, уже к 2000 году суммарная площадь солнечных коллекторов составляла порядка 14 миллионов кубических метров, в то время как во всем мире эта цифра достигала 71 млн м3.
В России же ситуация выглядит не так хорошо. Дело в том, что такие системы позволяют нагревать примерно 100 литров воды в сутки с вероятностью 80%. Это обусловлено небольшой дневной суммой солнечного излучения. Лучшими регионами для установки коллекторов стали Забайкалье, Сибирь и Приморье, где ежедневное количество солнечной радиации выше, чем по центральной части России. В принципе, наблюдается некая тенденция незначительного увеличения спроса.
О солнечных башнях
Как ни странно, идея получения энергии от солнца и дальнейшее ее использование в промышленности впервые была предложена советским ученым еще в 1930 году. По сути, это большая башня, имеющая центральный приемник на самом верху. Система представляла собой определенное количество гелиостатов, которые управлялись одновременно по двум координатам. Однако это устройство использовалось в качестве отражателя солнечных лучей непосредственно на приемник, что значительно увеличивало эффективность такой системы. Только вот строить такие башни начали в США. Но всего было построено пара солнечных башен. Сегодня же крайне важно правильно выполнить расчет солнечного коллектора для отопления. Только после этого можно рассчитывать на высокую эффективность установки.
Заключение
Вот мы и поговорили с вами о том, что такое солнечный коллектор для отопления. Отзывы, как вы видите, отличаются в зависимости от правильности монтажа и места размещения. Одно можно сказать точно – это хорошее решение, но только в качестве альтернативного источника тепла. Дело в том, что полностью полагаться на солнечную энергию нельзя, по этой простой причине техника, зависящая от климатических условий, не пользуется особой популярностью. Гелиосистемы постепенно набирают популярность хотя бы потому, что это полностью безотходный и, что самое главное, экологический способ обогрева и получения горячего водоснабжения. Солнечный коллектор самодельный для отопления малоэффективен, поэтому лучше купить качественное изделие. Помните о том, что такие коллекторы требуют специализированного регулярного обслуживания и не терпят механических повреждений. Поэтому если собираетесь установить такую роскошь, будьте готовы к затратам.
fb.ru
принцип работы и способы применения. Солнечные коллекторы для дома :: SYL.ru
Ежедневно от нашей ближайшей звезды на землю поступает столько энергии, сколько все человечество тратит в течение года в пересчете на ее ископаемые виды. Тепловая энергия переносится видимым светом и инфракрасным излучением.
Одной из попыток приручить неиссякаемый поток тепла и света из космоса является гелиосистема теплообмена. Медленно, но уверенно солнечные коллекторы для отопления дома приобретают популярность у потребителей и вытесняют традиционные источники отопления. А для набирающей обороты концепции умного дома это и вовсе неотъемлемая часть инженерного оборудования. В его широкой доступности играет роль повышение технологичности производства и, как следствие, снижение стоимости. Около 70 % мирового рынка использования гелиосистем приходится на Китай. В южных регионах этой страны едва ли не на каждой крыше можно увидеть солнечный коллектор. Цена изделий нашего восточного соседа гораздо ниже европейских, качество довольно приемлемое.
Сомнения прочь
В странах Средиземноморья, где количество солнечных дней - более 300 в году, солнечный коллектор для отопления и нагрева воды можно встретить практически на каждой крыше. Не вызывает сомнения эффективность использования этого источника тепла в южных регионах России. Климат средней полосы считается неблагоприятным для таких энергетических установок. Однако исследования и эксперименты доказывают целесообразность применения гелиосистем. Специальная работа была проведена в институте высоких температур Российской академии наук. Средние показатели интенсивности солнечного потока в зависимости от климатической зоны составляют 150-300 Вт/кв. м. Пиковые показатели достигают 1000 Вт/кв. м.
Исходными данными для расчета эффективности гелиосистемы было выбрано отношение поверхности в 2 кв. м коллектора к 100-литровому объему бака-накопителя. Вероятность ежедневного нагрева воды в системе оценивается следующими показателями:
до температуры +37 °С - 50-90 %;
до температуры +45 °С - 30-70 %;
до температуры +55 °С - 20-60 %.
Эти сухие цифры говорят о том, что в холодный период года солнечный коллектор даже при наименьшем количестве солнечных дней позволяет экономить до 60 % энергии для отопления дома.
Виды преобразователей солнечной энергии
Солнечный коллектор предназначен для преобразования энергии дневного светила в тепловую энергию. Применяемые материалы и конструктивные решения направлены на максимальное поглощение энергии солнца, преобразование ее в тепловую и эффективную передачу для дальнейшего использования. В качестве теплоносителя используется как специальная незамерзающая жидкость, так и атмосферный воздух. Циркуляция теплоносителя бывает принудительной и естественной. В том случае если применяется естественная, конвекционная, система теплообмена, солнечный коллектор должен располагаться ниже бака-аккумулятора, например на прилегающем земельном участке. Такая схема применяется при необходимости отопления небольших или временных помещений. Объемные системы требуют использования насоса для циркуляции жидкости. Такую схему можно использовать и для устройства системы горячего водоснабжения.
Схема гелиоустановки
Система отопления состоит из следующих компонентов:
Солнечный коллектор преобразует энергию солнца в тепловую.
Подающая магистраль доставляет теплоноситель в бак-накопитель.
Электронасос осуществляет циркуляцию жидкости-теплоносителя.
В баке-накопителе происходит передача тепла от контура гелиоустановки контуру паровой системы отопления дома. В этой емкости может быть размещен дублирующий нагревательный элемент, который автоматически включается, если погодные условия не способствуют нагреву теплоносителя до заданных параметров. Жидкость гелиоустановки соответствует противоречивым требованиям. Она должна быть морозоустойчивой, но в то же время не испаряться при высокой температуре и не быть токсичной. В большинстве установок используется теплоноситель, состоящий из 60 % дистиллированной воды и 40 % гликоля. Автоматика позволяет без участия человека поддерживать нужную температуру внутри помещения и не допускать перегрева теплоносителя.
Вакуумный солнечный коллектор
Вакуумные системы имеют довольно сложное устройство. Основным рабочим элементом является дорогостоящая светопоглащающая трубка особой конструкции. В основу положен принцип термоса. Поверхность вакуумной трубки прозрачная. Она пропускает солнечный свет на внутреннюю трубку. Из пространства между ними откачан воздух, отсутствие газа позволяет сохранять до 97 % тепла.
В нижней части внутренней трубки находится теплоноситель – жидкость, которая при нагревании быстро переходит в газообразное состояние. В верхней части трубки происходит передача тепла коллектору, при этом теплоноситель охлаждается и, конденсируясь, возвращается в изначальное состояние. Системы с использованием вакуумных трубок обладают довольно высоким КПД при температуре ниже -37 °С и плохой освещенности. Это оборудование требует своевременной очистки от снега и монтажа строго под определенным углом. Также периодически прозрачные сегменты следует очищать от загрязнения. Вакуумный солнечный коллектор специально разрабатывался для северных широт. Он эффективно работает при отсутствии прямых солнечных лучей.
Плоский гелиопреобразователь
Плоский солнечный коллектор представляет собой автономную панель, состоит из трех компонентов:
Поглотитель солнечного излучения. Его красят черной краской или наносят специальное покрытие.
Верхнее прозрачное покрытие. Изготавливается из закаленного стекла или поликарбоната.
Система трубок, посредством которой прогревается циркулирующий в ней теплоноситель. Как правило, делается из меди.
Задняя сторона панели имеет эффективное теплоизоляционное покрытие. Одна или несколько таких панелей подключаются к подающей линии бака-аккумулятора. Этот вид системы имеет сравнительно низкую стоимость и хорошую производительность в теплые сезоны. Минусом является низкая эффективность при отрицательных температурах и ощутимые теплопотери.
Коллектор-концентратор
В южных широтах, где наибольшее количество ясных дней, получил распространение так называемый концентратор. Он представляет собой систему параболических отражателей, расположенных на одной криволинейной поверхности и концентрирующих солнечный свет в определенной точке. Для наибольшей эффективности требуется изменение положения в двух плоскостях вслед за движением солнца по небосводу в течение дня. Солнечные коллекторы для отопления дома такой конструкции не применяются.
В быту и на работе
Применение гелиоустановок решает проблемы с отоплением при ограниченном доступе к газу или электричеству, при недостаточной мощности центрального электроснабжения; в качестве вспомогательной системы отопления, горячего водоснабжения дома, коттеджа, дачи, бассейна позволяет сэкономить значительные средства владельцам. Область применения самая различная:
отопление производственных помещений;
отопление и горячее водоснабжение жилых зданий, предназначенных для постоянного и временного проживания.
отопление учреждений здравоохранения, туристических баз, спортивных комплексов, небольших автономных магазинов.
обогрев открытых и закрытых бассейнов;
отопление и горячее водоснабжение временных жилых и рабочих помещений.
Воздушная гелиосистема
Отопительная система может в качестве теплоносителя использовать не только жидкость, но и атмосферный воздух. Воздушный солнечный коллектор применяется для обогрева всех типов помещений и в зависимости от конструкции бывает трех типов:
Плоский имеет схожие принципы с подобной жидкостной конструкцией.
Пирамидальный использует сложную систему отражающих поверхностей.
Венецианские жалюзи располагаются между переплетами стекла и направляют теплый воздух в помещение. Применяется при ленточном остеклении зданий.
В отличие от жидкостных устройств воздушный солнечный коллектор может быть изготовлен из неметаллических материалов.
Солнечная система для горячего водоснабжения
Систему горячего водоснабжения можно подключить к баку-аккумулятору. Бак, таким образом, будет играть роль бойлера, в котором, в свою очередь, роль электрического тэна будет играть теплообменная спираль, включенная в контур системы обогрева. Посредством спирали теплоноситель начнет нагревать воду в баке. Таким образом, схема водоснабжения будет накопительной или проточно-накопительной.
Солнечный коллектор своими руками
Простейший солнечный преобразователь предусматривает непосредственную передачу тепла солнечного света циркулирующий внутри системы труб воде. Подобную продукцию производила отечественная промышленность в начале этого века. Солнечные коллекторы для дома изготавливались из медной трубки диаметром до 20 мм. Для удобства монтажа и использования она закручивалась в плоскую спираль, имеющую на обоих концах штуцер для подсоединения магистрального трубопровода либо просто садового шланга. Такую спираль можно было разместить на скате крыши дачного домика. Объема горячей воды вполне хватало, чтобы принять душ в конце дня и помыть посуду. Подобный солнечный коллектор своими руками можно сделать из черной пластиковой трубы. Плоский гелиопреобразователь изготавливается с помощью теплообменника от старого холодильника.
Установка коллектора
Сложность эксплуатации солнечной системы в том, что эффективность зависит от высоты солнца над горизонтом, времени года и суток, наличия облачности, влажности и температуры окружающего воздуха. Солнечный коллектор для отопления помещения в горизонтальной плоскости должен быть ориентирован строго на юг. Отклонения в сторону запада или востока допускаются в пределах 40°. При этом эффективность установки снизится примерно до 20 %. Важную роль играет угол наклона, который должен составлять от 35 до 45°.
Самым разумным вариантом является на стадии проектирования нового жилища предусмотреть, что на крышу будет установлен солнечный коллектор. Цена на подобное оборудование значительно выше, чем на привычное паровое отопление. Но затраты с лихвой оправдаются последующей эксплуатацией. Срок окупаемости, если дом утеплен в соответствии со всеми нормами и правилами, в среднем составляет пять лет.
www.syl.ru
Солнечные коллекторы для отопления дома: плоский, трубчатый, вакуумный, воздушный
Солнечные коллекторы — системы сбора тепла, поступающего от солнца. Именно эти устройства удобнее использовать для водяного отопления: в них нагревается теплоноситель. Затем он может подаваться в систему отопления (лучше — в теплый пол) или горячего водоснабжения.
Конструктивно любая установка состоит из самой солнечной панели и резервуара для нагретой воды (баки бывают с теплообменником при использовании в качестве теплоносителя антифриза). В местностях с небольшим количеством солнечных дней в бак для воды может быть установлен резервный нагреватель. Чаще всего это ТЭН. Но нужно помнить, что подключать второй источник нужно не параллельно, а последовательно. Только тогда он будет работать лишь в том случае, если солнечной энергии для нагрева до заданных температур не хватает. В этом случае система будет экономно расходовать платные источники энергии.
Принципиальная схема отопления дома с солнечными коллекторами
По строению солнечные коллекторы для отопления бывают:
плоские;
трубчатые;
воздушные.
Есть еще коллекторы концентраторы, но это уже системы промышленного типа, состоящие из множества параболических зеркал, установленных на подвижных опорах. Положение зеркал регулируется системой слежения, которая дает команды сервомоторам, изменяющим положение зеркал вслед за движением солнца. Такие системы способны нагревать теплоноситель до 120-250oC, но крайне сложны и дороги. Для бытового отопления подходят мало.
Плоские коллекторы
Плоские гелиоколлекторы — это металлическая рама, на которой, если смотреть снизу-вверх, закреплены:
Схема плоского коллектора
пластина корпуса;
слой термоизоляции;
светоотражающий слой (присутствует не во всех моделях) ;
пластина теплосборника (теплопоглотителя или еще называют адсорбирующая пластина), к которой припаяны теплообменные трубки;
прозрачная светопропускающая крышка (закаленное стекло с 95% коэффициентом пропускания света или не менее прозрачный поликарбонат).
Также на корпусе имеется выпускной и впускной патрубок — через них циркулирует теплоноситель.
Есть модели открытые — без крышки. Единственное их достоинство — низкая цена, но они очень неэффективны и совершенно неработоспособны при отрицательных температурах. Из-за того, что крышки нет, абсорбционное покрытие быстро разрушается, так что служат открытые коллекторы несколько сезонов, а из-за своих особенностей могут использоваться для подогрева воды в бассейне или в душе. Для отопления они бесполезны.
Внешний вид плоского коллектора
Принцип работы плоского солнечного коллектора следующий: солнечные лучи почти полностью проходят через верхнее защитное стекло. От этих лучей нагревается теплопоглотитель. Тепло, понятное дело излучается, но наружу почти не выходит: прозрачное для солнечных лучей стекло, тепло не пропускает (позиция «в» на диаграммах). Получается, что тепловая энергия не рассеивается, а сохраняется внутри панели. От этого тепла нагреваются теплообменные трубки, а от них тепло передается циркулирующему по ним теплоносителю.
Правила расположения плоских коллекторов
Коллекторы этого типа должны располагаться под углом 90o по отношению к падающим лучам света. Чем точнее выставлен этот угол, тем больше тепла собирает система. Понятно, что на неподвижной крыше постоянно выдерживать этот угол нереально, но расположить панель нужно так, чтобы на нее как можно больше времени падал свет. Есть довольно дорогие устройства, которые изменяют положение панели по отношению к солнцу, поддерживая оптимальный угол падения солнечных лучей. Они называются системами слежения.
Гелиоустановки показывают большую эффективность, если лучи солнца падают под прямым углом
От чего зависит цена
Цена плоского коллектора во многом зависит от использованных материалов. Так корпус может быть алюминиевый или из оцинкованной стали. Корпус из алюминия предпочтительнее, но стоит дороже. Бывают еще корпуса из полимера. Они характеризуются высокой прочностью и надежностью.
Большое влияние на эффективность оказывают теплообменные трубки и материал пластины-теплосборника. Они бывают алюминиевыми (такие панели стоят дешевле) и медными. Медные более дорогие, но и более долговечные, также они имеют более высокий КПД. Для России, даже для южных ее регионов, использовать желательно именно их. Так как инсоляция даже на юге редко бывает чрезмерной, скорее ее не всегда хватает для отопления.
Цена на плоский коллектор зависит от материалов, из которых он сделан
Важно также покрытие пластины теплосборника: чем ближе к абсолютному черному цвету оно будет, тем меньше отразится лучей и больше получится в результате тепла. Потому технологи постоянно работают над усовершенствованием этого покрытия. В первых моделях это была обычная черная краска, сегодня же — напыление черного никеля.
Пластиковые коллекторы
В отдельный вид можно выделить пластиковые солнечные коллекторы. В простейшем варианте это две панели из поликарбоната, которые закреплены на раме из алюминия. Между ними наварены или наплавлены ребра, создающие в панели лабиринт для тока воды. В верхней части панели расположено впускное отверстие, в нижней — выпускное. В верхнее заливается холодная вода, которая, проходя по лабиринту, нагревается и выходит с более высокой температурой через нижнее. Система применяется для нагрева воды в летний период. Из-за малого гидравлического сопротивления очень хорошо функционирует в самотечной системе. Такой вид солнечного водонагревателя — идеальный вариант снабжения горячей водой дачи в огородный сезон.
Пластиковые коллекторы служат для нагрева воды. Отличный вариант для летнего домика или дачи
Но иногда пластиковыми солнечными коллекторами называют полноценные коллекторы для отопления. Просто в них верхняя крышка выполнена не из стекла, а из того же поликарбоната или другого пластика, хорошо пропускающего солнечные лучи. Такие модели меньше подвержены риску: пластики более прочные, чем стекло (даже закаленное).
Трубчатые гелионагреватели
В системах нагрева одна из первостепенных задач — обеспечить сохранность тепла и не допустить его потерь. Для этого используются разные утеплители и среды, предупреждающие рассеивание тепловой энергии. Самый эффективный теплоизолятор — вакуум. Этот принцип и использован в трубчатых или, как их еще называют, вакуумных солнечных коллекторах. Но вакуумные гелиоколлекторы могут быть четырех модификаций. Они имеют разный тип стеклянной трубки и разные тепловые каналы.
Так выглядят трубчатые гелиоустановки
Типы трубок
Сегодня в основном используются два типа трубок: коаксиальная (труба в трубе) или перьевая. Коаксиальная трубка по строению напоминает термос: две колбы герметично спаяны между собой одним из концов, между стенками — разреженное пространство — вакуум. На стенку второй колбы нанесен поглощающий слой. В нем солнечные лучи преобразуются в тепловую энергию. Внутренняя стенка колбы нагревается, от нее нагревается воздух внутри колбы, а от него в свою очередь нагревается теплоноситель, который циркулирует по тепловому каналу. Из-за сложной системы передачи тепла нагреватели с такими трубками имеют не очень высокий КПД. Но используются они чаще. По тому причине, что работать могут в любое время, даже в сильные морозы и имеют небольшие теплопотери (из-за вакуума), что улучшает их эффективность.
Коаксиальная трубка
Перьевая трубка — это всего одна колба, но с большей толщиной стенки. Внутрь вставляют тепловой канал, который для улучшения теплоотдачи снабжают плоской или чуть извилистой пластиной из адсорбирующего материала. После чего трубка вакуумируется. Этот тип имеет более высокий КПД, но стоит намного дороже коаксиальных. К тому же более сложная замена при выходе трубки из строя.
Перьевая трубка — внутри пластина, напоминающая перо
Виды тепловых каналов
Сегодня распространены два типа тепловых каналов:
Heat-pipe
U-type или прямоточный канал.
Схема работы теплового канала Heat-pipe
Система Heat-pipe — это полая трубка с массивным наконечником на одном конце. Это наконечник изготовлен из материала с хорошей теплоотдачей (чаще всего медь). Наконечники соединяются в единую шину — манифолд (manifold). Их тепло отбирает циркулирующий через манифолд теплоноситель. Причем циркуляция теплоносителя может быть организована по одной или двум трубам.
Внутри трубки находится легко кипящее вещество. Пока температура невысокая, оно находится в жидком состоянии в нижней части теплового канала. По мере нагрева начинается его кипение, часть вещества переходит в газообразное состояние, поднимается вверх. Разогретый газ отдает тепло металлу массивного наконечника, охлаждается, переходит в жидкое состояние и по стенке стекает вниз. Затем он снова нагревается и т.д.
В трубчатых коллекторах с прямоточным каналом используется более привычная схема теплообмена: имеется U-образная трубка, по которой движется теплоноситель. Проходя по ней, он нагревается.
Теплообменники U-типа показывают лучшую производительность, но их главный недостаток — они являются неделимой частью системы. И при повреждении одной трубки в солнечной панели менять придется всю ее полностью.
Теплообменники Heat-pipe типа менее эффективны, но используются намного чаще из-за того, что система получается модульной и любая поврежденная трубка меняется очень просто. Просто из манифолда достается одна, на ее место ставится другая. Как это происходит, вы можете увидеть в видео. Как ни странно, но так собирается вакуумная трубка для солнечных коллекторов. И противоречия тут нет. Просто использована коаксиальная колба и вакуум находится между ее стенками, а не вокруг теплового канала.
Отдельным видом солнечных трубчатых коллекторов являются установки прямого нагрева. Их еще называют «мокрой трубкой». В этой конструкции между двумя колбами циркулирует вода, она и нагревается от их стенок, затем поступает в резервуар. Эти установки просты и дешевы, но не могут работать под повышенным давлением или при отрицательных температурах (вода замерзает и разрывает колбы). Этот вариант для отопления непригоден, можно использовать для нагрева воды в теплый сезон.
Теплоноситель в коллекторах
По внутренним теплообменным трубкам может циркулировать как вода, так и антифриз. Использовать воду можно в регионах, в которых минусовых температур не бывает или предполагается эксплуатация системы исключительно в теплое время года (на дачах, например). Но при сезонном использовании перед консервацией на зиму с панелей необходимо слить всю воду. Во всех остальных случаях и регионах требуется заливка антифриза или его водного раствора (зависит от минимальных температур в регионе).
Нужно помнить, что при использовании антифриза в баке-аккумуляторе будет находиться змеевик, а циркуляция теплоносителя будет обеспечиваться насосом. Такая система называется «замкнутой»: по гелиосистеме движется теплоноситель по замкнутому контуру.
Если через коллектор протекает антифриз, в баке стоит теплообменник
Многих пугает зависимость от наличия электричества. Стоит сказать, что есть модели плоских солнечных коллекторов с естественной циркуляцией. Их КПД ниже из-за меньшей скорости продвижения теплоносителя, но они вполне работоспособны. Правда, для организации полноценного отопления потребуются значительные площади.
Для тех, кого не устраивает снижение эффективности, есть другой выход: обеспечение резервного питания. В самом простом варианте это источник бесперебойного питания с несколькими автомобильными аккумуляторами. Это даст несколько часов работы без электричества в сети. Для более продолжительной работы потребуется уже генератор. Есть и третий вариант: насосы, работающие от солнечной энергии. Но они пока редкость. И четвертый способ: поставить солнечную батарею и аккумуляторы, которые и будут резервным источником питания.
При использовании воды в качестве теплоносителя, она из накопительного бака поступает на гелиоколлектор, где нагревается. Нагретая возвращается в резервуар, и затем напрямую идет в систему отопления и горячего водоснабжения. Так как из системы вода расходуется, то она называется «открытой». Вода при такой системе безопасна в бактериальном и биологическом плане: в теплообменных трубках она нагревается до высоких температур, так что погибают все микробы.
Воздушные коллекторы
Не всегда есть возможность или желание устраивать полноценную систему отопления, частью которой являются все гелиосистемы, о которых речь шла выше. Но сэкономить на отоплении помещения можно без устройства системы. И помогут в этом воздушные коллекторы. Полностью заменить традиционное отопление они не в состоянии, но снизить расходы могут.
Принцип отопления воздушными конвекторами
В самом простом случае воздушный солнечный коллектор — это две пластины, между которыми устроен лабиринт, по которому проходит воздух. Наружная пластина имеет отверстия (перфорацию) в которые проходит холодный воздух. Проходя по лабиринту, он нагревается и затем через отверстие в стене дома попадает внутрь. Работать система может с использованием вентилятора (принудительная циркуляция) или без него. Все зависит от конфигурации.
Устанавливается такой солнечный нагреватель воздуха чаще на южной стене (возможна естественная циркуляция за счет восходящих потоков теплого воздуха), но можно сделать и на крыше (с вентилятором).
Еще один вариант отопления с использованием воздушного гелиоколлектора
Сильного нагрева вы в таких устройствах не получите: КПД у них совсем небольшой, но до 30-45oCв прохладные дни или до 50oC в жаркие дни воздух нагреть можно. Только для получения хорошего эффекта воздушные коллекторы должны иметь более чем приличные размеры. Для увеличения КПД вторую стенку делают из теплопоглощающего материала, который используется в плоских коллекторах. Также заднюю стенку утепляют, предупреждая рассеивание тепла. Но эффективность все равно остается низкой: воздух в 4000 раз менее теплоемкий по сравнению с водой.
Какой лучше
Плоские коллекторы применимы в областях с большим количеством солнечных дней и небольшими перепадами ночных температур. Они малоэффективны в облачную или ветреную погоду: велики потери тепла с большой поверхности. Хоть современные плоские гелиоколлекторы и стараются делать герметичными, а некоторые даже вакуумируют, но при отрицательных температурах все равно более эффективными остаются трубчатые солнечные нагреватели.
Самые популярные трубки в разрезе выглядят так
Трубчатые установки имеют более низкую производительность. Но потери тепла при этом небольшие. Плюсом является также их способности улавливать рассеянный солнечный свет, а даже некоторые другие части спектра солнечного света: они немного греются даже ночью. В результате для северных регионов они оказываются более эффективными. Ведь греют даже ночью, не говоря уже о пасмурном дне. Потому однозначно: для центральных, и, тем более, северных регионов, солнечные коллекторы для отопления дома выбирайте только трубчатые. А вот которые — это решайте сами.
Самые эффективные солнечные коллекторы для отопления дома — с перьевой трубкой и U-образным тепловым каналом. Но они — самые дорогие, и ремонту не подлежат. Меняется только вся панель целиком.
Эта трубка более эффективна, но если хоть одна в панели повреждена, приходится менять всю панель
Чуть хуже по эффективности те же перьевые трубки, но с системой Heat-pipe. Но они все еще дороги, и при выходе из строя нагревателя придется менять трубку целиком, а это недешево.
Итоги
Самые популярные коаксиальные трубки теплообменником Heat-pipe: они стоят меньше, просто меняются, да еще и могут быть отремонтированы. Если повредился теплообменник, его просто достают, устанавливают новый, и трубка после сборки (пара движение) снова готова к работе. Аналогично поступают при повреждении колбы: меняют только ее. В общем, хоть и не самая производительная система (все другие типы имеют большие КПД), но самая ремонтопригодная.
teplowood.ru
Солнечные коллекторы для отопления дома, принцип работы гелиосистемы, особенности подключения коллекторов
Любой солнечный коллектор — это особый вид климатической техники. Она используется для производства горячей воды, чтобы в дальнейшем использовать её для различных нужд. Возможность внедрения возобновляемых бесплатных источников энергии в производственный цикл становится главным отличием коллекторов от другой подобной техники. Принцип изменения плотности воды во время её нагрева — вот на чём основана работа таких устройств. Это означает, что осуществляется движение воды наверх, для дальнейшего подогрева выталкиваются более холодные участки воды. Так что нет необходимости использовать какое-либо дополнительное насосное оборудование.
Как работает коллектор в системе отопления
Чаще всего гелиосистемы используют для своей работы обычную воду, а так же антифриз. Если по сравнению с коллектором температура воды в нижней части ниже, включается обогрев. Вода перемещается по системе благодаря встроенному насосу. Нагрев воды в накопителе происходит через теплообменник, обычно коллекторы нагреваются только до определённой температуры.
При необходимости направление воды в системе меняется благодаря смесителю. Таким образом, остывающая и тёплая вода время от времени сменяют друг друга. За счёт расширения тёплой воды происходит замена жидкости в системах с естественной циркуляцией. При нагреве тёплая вода поднимается вверх, холодная выталкивается в нагревательный бак.
Обязательно наличие теплоизоляционного слоя толщиной как минимум 25−30 сантиметров, иначе система не сможет работать стабильно. Что касается резервуара, то лучше всего использовать прямоугольную форму. При соблюдении этого условия вода будет равномерно распределяться по всем имеющимся участкам. Так что работа системы в целом станет более полноценной.
Отопление домов солнечными коллекторами
Затраты на обогрев частного дома могут снизиться до 50−90 процентов, если правильно смонтировать солнечные коллекторы. Весна-осень — период, когда обогрев происходит особенно активно, хотя в принципе система работает в любое время года.
Главные параметры, которые нужно рассчитывать при выборе коллектора:
площадь гелиосистемы
количество тепловой энергии
Если система будет использоваться в зимний период, то и расчёты проводятся соответственно. Ведь в зимние морозы требуется гораздо больше энергии и затрат для того, чтобы помещение было комфортным для проживания.
Достаточно часто солнечные коллекторы выступают лишь дополнительными источниками тепла. Автономное использование гелиосистемами тоже возможно, если теплоизоляция дома выполнена правильно.
Естественная циркуляция воды за счёт конвекционных потоков — лишь один из принципов, по которому может быть организована гелиосистема. Из-за пассивной циркуляции воды этот вариант менее эффективен, чем все остальные. Бак обязательно примыкает к коллектору, но в то же время находится выше него.
Дополнительные электрические циркуляционные насосы используются в системах с принудительной циркуляцией. В данном случае сами коллекторы становятся более эффективными, поскольку более эффективно используется вода. Но к обслуживанию такие устройства более требовательны, всё зависит от электрической энергии, за счёт которой всё работает.
Подключение коллекторов к системе отопления
От того, какой тип циркуляции используется в той или иной системе, зависит то, как будет производиться подключение к отопительной системе. Подключение к системе с естественной циркуляцией — один из самых простых способов. Здесь главным принципом становится только нагрев воды в системе отопления.
Выше уровня коллектора подключается накопительный бак. Верхний вывод, таким образом, должен подключаться ко входу горячей воды в систему отопления, а нижний к обратке. На входе в солнечный коллектор для отопления в таком случае могут возникнуть воздушные пробки. Потому такие системы стоят дешевле, чем вариант с использованием насосов.
С использованием автоматики можно подключить солнечный коллектор к системе с принудительной циркуляцией. Эти системы обладают своими особенностями:
Контроллер управляет насосом на основе показаний специальных датчиков.
Когда по этим датчикам температура достигает заданного значения, обогрев прекращается
Бак-накопитель, обратка и выход коллектора — места, где обязательно устанавливаются такие датчики
Вместе с такой системой лучше использовать дополнительные источники тепла. Например, твердотопливные или газовые котлы.
На степень нагрева воды в системе в таких случаях влияет местоположение коллектора по отношению к солнцу, а так же уровень его наклона. Лучше с самого начала устанавливать коллекторы так, чтобы под прямыми солнечными лучами они находились большую часть дня. Объём бака в морозный период лучше выбирать около 40 см³, если не планируется подключать дополнительные источники тепла. Иначе в пасмурные дни система будет работать не совсем эффективно.
Довольно сложно рассчитать количество квадратных метров, которые необходимы для той или иной системы коллекторов. Здесь важны не только наклон крыши и сторона, значение приобретают уровень солнечной радиации в данном регионе, объём накопителя. Потому все расчёты лучше доверить квалифицированным специалистам.
Сейчас производством солнечных коллекторов занимаются разные производители. Выбирая ту или иную марку, надо обязательно обратить внимание на её производительность. В перерасчёте на м2 у каждой торговой марки она может быть своя. И в некоторых случаях разница становится действительно заметной.
Коллекторы из поликарбоната
Листы ячеистого поликарбоната или полипропилена — главные элементы, из которых состоят такие коллекторы. К торцам листов крепится непосредственно сам коллектор. Только в специальном жестяном крытом коробе необходимо осуществлять монтаж подобной системы. В качестве крышки следует использовать дополнительный лист из поликарбоната. Можно сделать и стеклянную крышку, но, если светопроницаемость будет излишний, поликарбонат создаст парниковый эффект, так что всё будет похоже на двойное остекление. Так что лучше всё делать полностью из поликарбоната, так система будет работать стабильнее.
Дополнительная информация о структуре
Сам солнечный коллектор становится главным элементом в системе нагрева воды. Эта конструкция может быть отнесена к одной из трёх групп:
плоские коллекторы
вакуумные коллекторы
водяные коллекторы
Алюминиевая рама становится основой для плоских коллекторов. Внутри неё располагаются медные трубки, сверху их покрывает специальный поглощающий материал. Снизу находится теплоизоляция. Закалённое стекло практически полностью закрывает эту конструкцию, само стекло всегда отличается большой пропускной способностью относительно света. Такие системы можно включать только в определённое время года, а можно пользоваться ими круглый год.
Рама с вакуумными трубками из боросиликатного стекла — вот что используется для изготовления вакуумных коллекторов. Ещё одна колба со специальным поглощающим покрытием имеется при этом внутри каждой отдельной трубки. Медная трубка с теплоносителем под низким давлением располагается в самих колбах. В теплообменник с жидкостью помещается конец медной трубки, именно туда выделяется тепловая энергия, которая аккумулируется в системе.
Конструкция типа «морская трубка» тоже является отдельной разновидностью вакуумных коллекторов. Бак для воды и трубки в этом случае находятся на раме. Внутри каждой трубки находится ещё одна трубка, между ними обязательно устраивается специальное вакуумное пространство. Слоем абсорбента покрыты вакуумные трубки, более того, они заполнены водой. Когда происходит нагрев, вода поднимается в бак. Холодная опускается к трубкам для нагрева. Такие системы ещё называются водяными солнечными коллекторами.
Бак-аккумулятор выступает вторым элементом, который обязательно присутствует в любой системе. Именно он используется для хранения воды, в дальнейшем потребляющейся для различных нужд. Наружную часть бака лучше утеплить отдельным слоем толщиной минимум в 3 сантиметра, иначе в холодное время года он не сможет сохранить тепло. Бойлер для солнечного коллектора тоже подождёт.
На что следует обратить внимание
Любые гелиоустановки характеризуются номинальной мощностью, которая обозначается в киловаттах. Это количество энергии, которое вырабатывается при ярком солнце в зените. Это означает, что эффективность системы будет снижаться утром и вечером. Ночью, скорее всего, можно будет использовать горячую воду только из бойлера, где вода копилась на протяжении целого дня.
Выбирая модель коллектора, обратите внимание на то, можно ли его использовать в зимний период. И на то, какая мощность должна быть у системы, к которой коллектор подключается. Установка коллекторов обычно осуществляется на крышу или на каркас, который монтируется отдельно.
Гелиосистема для загородного дома (видео)
Оцените статью: Поделитесь с друзьями!
teplo.guru
Солнечный коллектор своими руками для отопления дома
Различные солнечные коллекторы появились на рынке достаточно давно. Это устройства, использующие энергию солнца для нагрева воды на домашние нужды. Но приобрести популярность среди пользователей им мешает высокая стоимость, это беда всех альтернативных источников энергии. Например, общие затраты на приобретение и монтаж установки, что обеспечит нужды средней семьи, составят 5000$. Но выход есть: можно сделать солнечный коллектор своими руками из доступных по цене материалов. Какими способами это реализовать, будет рассказано в данном материале.
Как работает солнечный коллектор?
Принцип действия коллектора основан на поглощении (абсорбции) тепловой энергии солнца специальным приемным устройством и передачей его с минимальными потерями теплоносителю. В качестве приемника используются медные или стеклянные трубки, окрашенные в черный цвет.
Ведь известно, что лучше всего абсорбируют тепло предметы, имеющие темную или черную окраску. Теплоносителем чаще всего выступает вода, иногда – воздух. По конструкции солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения бывают таких видов:
воздушные;
водяные плоские;
водяные вакуумные.
Среди прочих воздушный солнечный коллектор отличается простотой конструкции и, соответственно, самой низкой ценой. Он представляет собой панель – приемник солнечной радиации из металла, заключенный в герметичный корпус. Стальной лист для лучшей теплоотдачи снабжен с задней стороны ребрами и уложен на дно с тепловой изоляцией. Спереди установлено прозрачное стекло, а по бокам корпуса имеются проемы с фланцами для подключения воздуховодов или других панелей, как показано на схеме:
Воздух, поступающий через проем с одной стороны, проходит между стальными ребрами и, получив от них тепло, выходит с другой.
Надо сказать, что установка солнечных коллекторов с нагревом воздуха имеет свои особенности. Из-за их невысокой эффективности для обогрева помещений нужно применять несколько подобных панелей, объединенных в батарею. Кроме того, обязательно понадобится вентилятор, поскольку нагретый воздух из коллекторов, находящихся на кровле, самостоятельно вниз не пойдет. Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:
Простое устройство и принцип работы позволяют выполнять изготовление коллекторов воздушного типа своими руками. Но потребуется много материала для нескольких коллекторов, а подогреть воду с их помощью все равно не получится. По этим причинам домашние умельцы предпочитают заниматься водяными нагревателями.
Конструкция плоского коллектора
Для самостоятельного изготовления наибольший интерес представляют плоские солнечные коллекторы, предназначенные для нагрева воды. В корпусе из металла или алюминиевого сплава прямоугольной формы размещен тепловой приемник — пластина с запрессованным в ней змеевиком из медной трубки. Приемник выполняется из алюминия или меди, покрытой абсорбционным слоем черного цвета. Как и в предыдущем варианте, снизу пластина отделена от дна слоем теплоизоляционного материала, а роль крышки играет прочное стекло или поликарбонат. Ниже на рисунке изображено устройство солнечного коллектора:
Пластина черного цвета поглощает тепло и передает его теплоносителю, движущемуся по трубкам (вода или антифриз). Стекло выполняет 2 функции: пропускает к теплообменнику солнечную радиацию и служит защитой от осадков и ветра, снижающих производительность нагревателя. Все соединения выполнены герметично, чтобы внутрь не попадала пыль и стекло не теряло прозрачности. Опять же, тепло солнечных лучей не должно выветриваться наружным воздухом через щели, от этого зависит эффективная работа солнечного коллектора.
Данный вид – самый популярный среди покупателей из-за оптимального соотношения цена — качество, а среди домашних мастеров — по причине относительно несложной конструкции. Но применять такой коллектор для отопления можно лишь в южных регионах, с понижением температуры наружного воздуха его производительность значительно падает из-за высоких тепловых потерь через корпус.
Устройство вакуумного коллектора
Еще один вид водяных солнечных нагревателей изготавливается с применением современных технологий и передовых технических решений, а потому относится к высокой ценовой категории. Таких решений в коллекторе реализовано два:
тепловая изоляция с помощью вакуума;
использование энергии парообразования и конденсации вещества, кипящего при низкой температуре.
Идеальный вариант защитить абсорбер для коллектора от тепловых потерь – это заключить его в вакуум. Медная трубка, наполненная хладагентом и покрытая абсорбирующим слоем, помещена внутрь колбы из прочного стекла, воздух из пространства между ними откачан. Концы медной трубки входят в трубу, через которую протекает теплоноситель. Что происходит: хладагент под воздействием солнечных лучей закипает и обращается в пар, он поднимается по трубке вверх и от соприкосновения с теплоносителем сквозь тонкую стенку снова переходит в жидкость. Ниже показана рабочая схема коллектора:
Фокус в том, что в процессе превращения в пар вещество поглощает гораздо больше тепловой энергии, чем при обычном нагреве. Удельная теплота парообразования любой жидкости выше, нежели ее удельная теплоемкость, а потому вакуумные солнечные коллекторы весьма эффективны. Конденсируясь в трубе с проточным теплоносителем, хладагент передает ему всю теплоту, а сам стекает вниз за новой порцией энергии солнца.
Благодаря своему устройству вакуумные нагреватели не боятся низких температур и сохраняют свою работоспособность даже на морозе, а потому могут применяться в северных регионах. Интенсивность нагрева воды в этом случае ниже, чем летом, так как зимой на землю поступает меньше тепла от солнца, часто мешает облачность. Понятно, что изготовить стеклянную колбу с откачанным воздухом в домашних условиях просто нереально.
Примечание. Существуют вакуумные трубки для коллектора, заполняемые напрямую теплоносителем. Их недостаток – последовательное подключение, при выходе из строя одной колбы придется менять весь водонагреватель.
Как изготовить солнечный коллектор?
Прежде чем приступить к работе, следует определиться с габаритами будущего водогрейного аппарата. Произвести точный расчет площади теплообмена непросто, многое зависит от интенсивности солнечного излучения в данном регионе, расположения дома, материала нагревательного контура и так далее. Правильным будет сказать, что чем больше тепловой коллектор, тем лучше. Однако, его размеры наверняка ограничиваются местом, где планируется его устанавливать. Значит, надо исходить из площади этого места.
Корпус проще всего изготовить из древесины, проложив на дно слой пенопласта или минеральной ваты. Также для этой цели удобно использовать створки старых деревянных окон, где сохранилось хотя бы одно стекло. Выбор материала для приемника тепла неожиданно широк, чего только не используют мастера-умельцы, чтобы собрать коллектор. Вот перечень популярных вариантов:
тонкостенные медные трубки;
различные полимерные трубы с тонкими стенками, желательно черного цвета. Хорошо подойдет полиэтиленовая РЕХ труба для водопровода;
наружный теплообменник старого холодильника;
трубки из алюминия. Правда, соединять их сложнее, чем медные;
стальные панельные радиаторы;
черный садовый шланг.
Примечание. Кроме перечисленных, существует масса экзотических версий. Например,воздушный солнечный коллектор из пивных банок или пластиковых бутылок. Подобные прототипы отличаются оригинальностью, но требуют значительного вложения труда при сомнительной отдаче.
В собранный деревянный корпус или старую оконную створку с приделанным дном и уложенным утеплителем надо поместить металлический лист, накрывающий всю площадь будущего нагревателя. Хорошо, если найдется лист алюминия, но подойдет и тонкая сталь. Ее необходимо окрасить в черный цвет, а затем уложить трубы в виде змеевика.
Без сомнения, коллектор для нагрева воды лучше всего получится из медных труб, они отлично передают тепло и прослужат долгие годы.Змеевик плотно прикрепляется к металлическому экрану скобами или любым другим доступным способом, наружу выводятся 2 штуцера для подачи воды.
Поскольку это плоский, а не вакуумный коллектор, то поглотитель тепла нужно закрыть сверху светопрозрачной конструкцией – стеклом или поликарбонатом. Последний легче обрабатывается и надежнее в эксплуатации, не разобьется от ударов града.
После сборки солнечный коллектор надо установить на место и подключить к накопительному баку для воды. Когда позволяют условия монтажа, то можно организовать естественную циркуляцию воды между баком и нагревателем, в противном случае в систему включается циркуляционный насос.
Заключение
Осуществлять отопление дома солнечными коллекторами, сделанными своими руками, – привлекательная перспектива для многих домовладельцев. Жителям южных районов этот вариант более доступен, только придется заполнить систему антифризом и как следует утеплить корпус. На севере самодельный коллектор поможет нагреть воду на хозяйственные нужды, но для обогрева дома его не хватит. Сказывается холод и короткий световой день.
cotlix.com
Солнечный коллектор - плюсы, минусы, отзывы
Каждый день солнце поставляет человеку неограниченный энергетический потенциал. При этом он будет доступен для человечества еще на протяжении многих лет. Это толкает человека придумывать и воплощать в реальность новые устройства, способные трансформировать солнечное излучение в полезную для человека энергию. Последняя может и электрическую лампочку питать, а может обогревать помещение.
Примером устройства, которое способно превращать солнечную энергию в тепло, является солнечный коллектор – отзывы о нем доказывают эффективность системы. После того, как энергия, полученная от солнца, превращается в тепловую энергию, она передается теплоносителю. Все это делает возможным использование солнца для обогрева помещения, подогрева воды, а также подогрева бассейнов и прочих конструкций.
Нагрев воды и солнце
Для того чтобы солнце могло нагреть воду, имеются некоторые предпосылки. В течение года расход остается практически на одном и том же уровне. Поэтому именно энергию солнца эффективнее всего использовать в качестве источника энергии для нагрева воды. Если установить солнечные коллекторы правильно, то они способны поднимать температуру воды процентов на 50, а то и 65. Если же заводить речь о летних месяцах, тогда показатели подогрева могут достигать 100 процентов.
Это все говорит о том, что традиционные системы, которые используют электричество или газ, можно будет вовсе не включать. Это, естественно, будет плюсом, ведь в летние месяцы обогрев помещений не нужен, а посему традиционные системы будут иметь низкий КПД. Это еще одно доказательство эффективности использования солнечных коллекторов. Кроме всего прочего, от такой системы может питаться посудомоечная машина, работающая на теплой воде.
Современные солнечные водонагревательные установки отличаются своей простотой и технологическим новшеством, которые позволяют жить комфортно, не принося вред окружающей среде.
Принцип работы термических солнечных установок
В качестве сердца термических солнечных установок выступает коллектор. Наиболее распространена его плоская форма. Состоит коллектор из покрытого избирательного абсорбера, который в свою очередь поглощает солнечные лучи, трансформируя их в тепловую энергию. Для того чтобы свести к минимуму термические потери, такой коллектор помещается в термоизолированный ящик с прозрачными стенками.
Принципиальная схема работы солнечного коллектора
Теплоноситель, роль которого в основном выполняет смесь воды и антифриза, протекает через абсорбер. Циркуляция производится между резервуаром с горячей водой и коллектором. Запуск в действие термической солнечной установки производится посредством специального регулятора. Когда в коллекторе температура превышает температуру жидкости в резервуаре, включается насос, и теплоноситель переносит тепловую энергию в резервуар из коллектора.
Чаще всего абсорберы создают из большого количества металлических пластинок. Теплоноситель передается по трубкам к этим пластинкам, где и происходит процесс теплообмена. Если заводить речь о листовом абсорбере, то здесь два металлических листа сваривают между собой таким образом, чтобы между ними мог циркулировать теплоноситель. Обычно в таком случае в качестве исходного материала используют алюминий и медь.
Если нужны солнечные коллекторы для бассейнов, то применяют искусственные материалы, ведь параметры термостойкости здесь несколько ниже. Существуют и комбинированные аппараты, которые не нуждаются в циркуляционных насосах. В таком случае вода нагревается прямо в коллекторе.
Из чего состоит солнечная установка
Вообще конструкция солнечной установки, используемой для нагрева воды, является достаточно сложной. Сюда входят:
датчики температуры в накопителе и коллекторе;
подключение системы к холодной воде;
расширительный бак;
солнечный регулятор;
циркуляционный насос;
водосток горячих вод;
датчики температуры для подогрева воды.
Конструкция солнечного коллектора
Обыкновенное отопление способно таким образом обеспечить первичную цель, что человек получит в свое распоряжение достаточные объемы горячей воды. Что касается солнечных установок, то они либо вовсе не производят никакой полезной энергии, либо ее количество недостаточное для удовлетворения потребностей. Но такую установку, работающую от солнца, без проблем можно интегрировать в техническое оснащение практически любого здания. Это позволит дополнить традиционную систему отопления резервным источником как минимум на 20 лет.
С точки зрения биологии оптимальными принято считать технологии, в которых комбинировано потребление современных котлов и солнечной энергии. Период энергетической амортизации в таком случае, будет составлять около двух лет.
Это существенно отличает такую технологию от традиционных методов отопления, в которой для работы всей системы нужно запитать ее определенным количеством энергии. При этом, если говорить о традиционном отоплении, то период амортизации можно и не ждать, поскольку он не наступит никогда.
Эффективные абсорберы
Абсорберы в основном делают черного цвета, ведь именно данный цвет располагает самым большим коэффициентом поглощения солнечных лучей. Последний показатель отображает, какое количество коротковолновых лучей абсорбер поглощает, а какое отражает. Поскольку при этом устройство нагревается, то это является признаком отдачи абсорбером в виде длинноволновых лучей большой части принятой энергии. Все данные об этом можно найти в коэффициенте излучения.
Сердцем всей системы являются абсорберы, которые поглощают тепло солнца
Для минимизации потерь тепловой энергии используют абсорберы, конструкция которых имеет органическое покрытие. Такое оборудование позволяет получить наибольшее количество энергии из лучей солнца, после чего трансформировать его в тепло. Вдобавок в процессе работы сокращается эмиссия теплового излучения. Как правило, у обычного покрытия коэффициент абсорбции составляет 90 процентов.
В процессе производства абсорберы покрывают специальным лаком, который наносится не на всю поверхность из-за высокого уровня эмиссии. Элементы, выполненные из оксида алюминия, окрашенного никелем, черного никеля или хрома, указывают на частичное покрытие. Достаточно новым принято считать технологию с использованием слоя, состоящего из титана-оксида-нитрида, напыляемого в вакуумном коллекторе. Данный слой позволяет не только сократить уровень эмиссии, а в некоторых случаях вовсе ее ликвидировать.
Плоские коллекторы
Конструкция плоского коллектора предполагает наличие абсорбера, корпуса, прозрачного покрытия и теплоизоляции. Для прозрачного покрытия чаще всего используют безосколочное стекло, обладающее высоким коэффициентом пропуска коротковолновых солнечных лучей. Одновременно с этим снижается отражение с поверхности стеклянного слоя. Ко всему прозрачное покрытие коллектора способствует отводу тепла через процесс конвекцию.
Типичный плоский коллектор
Таким образом, прозрачное покрытие вместе с корпусом способно защитить абсорбер от неблагоприятных погодных и природных условий. Достаточно часто в производстве корпусов применяют оцинкованную сталь или алюминий, а в некоторых случаях – даже синтетические материалы. За счет наличия на обратной стороне и стенках абсорбера теплоизоляционного слоя существенно сокращаются потери тепла. В основном роль изоляционного материала играет минеральная вата или пена из полиуретана, изредка можно встретить минеральное волокно, куда относят стеклопластик, стекловату, стекловолокно и т.д.
Плоские солнечные коллекторы для отопления дома всегда отличались прекрасными показателями соотношения мощности и цены. Кроме этого, они предлагают большой выбор способа установки, ведь можно заказать себе отдельно стоящие коллекторы, можно встроенные в крышу, а можно и расположенные над кровлей.
Для сокращения потерь от процесса конвекции внутри корпуса коллектора используется множество способов, один из которых предполагает откачку теплого воздуха из коллектора в помещение. Такой коллектор называется вакуумным, и особенностью его является то, что процедуру вакуумирования он должен проходить регулярно каждые 1-3 года.
Трубные вакуумные коллекторы
Данный вид вакуумных коллекторов предполагает расположение полос абсорбера в стеклянных вакуумных ударопрочных трубках. Теплоноситель в таком случае проходит через абсорбер по принципу труба в трубе, или же по трубе U-образной формы. В таком случае солнечный коллектор будет состоять из множества небольших труб, соединенных между собой в единую систему. В таком коллекторе жидкость начинает испаряться при достаточно низких температурах, когда она находится в тепловой трубе.
Так выглядит трубный вакуумный коллектор
В процессе нагрева жидкость испаряется. Получившийся пар, поднимаясь по тепловым трубам, подает в сборную трубу через теплообменник большое количество тепла, в результате, теплоноситель стекает вниз. Та жидкость, которая образовалась в результате конденсата, обратно попадает в тепловую трубу. Чтобы происходило испарение и конденсация, трубки должны располагаться под небольшим углом.
Различают два вида соединения коллектора с солнечным циклом. Либо процесс протекает в теплообменнике, к которому подходят все трубы, либо все сосредотачивается в сборной трубе. В первом случае соединение называют сырым, а в последнем – сухим. Сухое соединение дает возможность осуществления процесса только в части труб, не используя на полную мощность солнечный цикл. Преимуществом такого вакуумного коллектора считается возможность работы системы с высоким коэффициентом полезного действия, низким излучением и при высоких температурах абсорбера.
Как насчет цены и выбора?
Достаточно часто недостатком использования подобных систем принято считать низкий уровень рентабельности, или полное ее отсутствие. Это же является причиной отказа от использования в процессе жизнедеятельности человека возобновляемого источника энергии. Но ведь и работа котла, технология которого была разработана в 70-е годы прошлого века, подвергается некоторым сомнениям со стороны экономической выгоды.
Кроме всего прочего, нужно помнить большущий вклад солнечных установок в состояние окружающей среды всей планеты. Приемлемая стоимость использования традиционных источников энергии только скрывает реальную картину. В цену такого оборудования также можно вносить отсутствие вреда для человека и окружающей среды. А вдобавок, традиционная энергия со временем будет дорожать, поскольку она располагает таким свойством, как исчерпаемость.
Что касается солнечной энергии, то ее поставки происходят абсолютно бесплатно. Но человек при первом знакомстве с данными технологиями может посчитать, что первичные затраты на установку такого оборудования могут быть чрезмерно высокими. После установки все, что нужно будет от потребителя, – это мизерные затраты на работу и обслуживание насоса.
Можно с уверенностью говорить, что люди, вкладывающие сегодня свои средства в солнечные установки, являются инвесторами в будущее.
Для правильного выбора коллектора главное – ориентироваться на температурную зону. Таким образом, для производства тепла не подойдет незакрытый коллектор. Иногда важно и расположение здания, что существенно будет сказываться на выборе типа коллектора. Наверное, самым важным фактором является стоимость установок.
Цена вакуумного солнечного коллектора является наиболее высокой среди представленных на рынке. После вакуумного следует плоский, цена которого ниже предыдущего типа в три раза. Поэтому каждый выбирает для себя что-то наиболее подходящее. Даже с хорошим коллектором система может работать неэффективно. Главным критерием является качество всех составных частей системы и правильный ее монтаж.
О чем говорят отзывы
«Год назад приобрел себе такое оборудование с монтажом у хорошей компании. Результатами вполне удовлетворен. Заплатить, правда, пришлось немалую сумму, зато горд за сохранение окружающей среды».
«Поскольку средств на установку подобной системы не было, было принято решение сделать все своими руками. Результатами вполне доволен. По сравнению с услугами профессиональной компании расходы были ниже как минимум в два раза».
energomir.biz
Солнечный коллектор зимой - оценка эффективности
В последнее время альтернативные источники энергии вызывают все более живой интерес со стороны наших соотечественников.
Наиболее простыми из них в устройстве являются солнечные коллекторы, благодаря чему их доля в нетрадиционной энергетике, особенно бытовой, чрезвычайно велика.
Данная статья познакомит читателя с их разновидностями, а также поможет найти ответ на вопрос: насколько эффективным является солнечный коллектор зимой?
Работает ли зимой солнечный коллектор?
Как свидетельствует статистика (данные приведены в Википедии), на 1 тыс. россиян приходится примерно 0,2 кв. м применяемых у нас солнечных коллекторов, тогда как в Германии этот показатель составляет 140 кв. м, а в Австрии – целых 450 кв. м. на 1 тыс. жителей.
Столь значительную разницу нельзя объяснить одними только климатическими условиями.
Ведь на большей части России за день поверхности земли достигает такое же количество солнечной энергии, как и на юге Германии – в теплое время эта величина составляет от 4 до 5 кВт*ч/кв. м.
Чем же вызвано наше отставание? Отчасти оно обусловлено сравнительно низкими доходами россиян (гелиоустановки являются пока довольно дорогим удовольствием), отчасти – наличием собственных крупных газовых месторождений и, как следствие, доступностью голубого топлива.
Но немалую роль сыграло и предвзятое отношение со стороны многих потенциальных пользователей, считающих установку солнечного коллектора нецелесообразной. Дескать, летом и так тепло, а зимой от подобной системы мало проку.
Вот какие аргументы выдвигают скептики касательно эксплуатации гелиоустановок зимой:
Установку постоянно засыпает снегом, так что солнечное излучение достигает ее не так уж часто. Если, конечно, владелец не дежурит постоянно на крыше с веником или щеткой.
Холодный морозный воздух отбирает почти все тепло, накапливаемое коллектором.
Часто упоминают и всесезонный поражающий фактор – град, который может разнести гелиоустановку вдребезги.
Чтобы понять, насколько справедливы эти доводы, рассмотрим устройство различных видов солнечных коллекторов.
Устройство и область применения в быту
На сегодняшний день применяются такие типы гелиоустановок: плоскопластинчатые и вакуумные
Плоскопластинчатые
Это самые простые и дешевые устройства. Они состоят из улавливающей солнечное излучение пластины (абсорбера), прозрачного покрытия и закрывающей нижнюю поверхность теплоизоляции. На обращенную к солнцу поверхность пластины наносят черную краску или особое покрытие, например, из оксида титана или черного никеля. Оно называется селективным. Наиболее эффективными являются абсорберы, изготовленные из меди.
Светопропускающее покрытие выполняют из специального профильного поликарбонатного листа (с рифлением) или закаленного стекла, почти полностью очищенного от металлических примесей.
Все зазоры между корпусом коллектора и прозрачной крышкой герметизируются, что способствует уменьшению теплопотерь вследствие конвекции.
Плоский пластинчатый коллектор
В воздушных коллекторах используемый в качестве теплоносителя воздух омывает непосредственно абсорбер – с одной или с двух сторон. В устройствах, ориентированных на применение жидкостного теплоносителя (вода, масло или антифриз), к абсорберу могут быть прикреплены медные или алюминиевые трубки, в которые этот теплоноситель подается.
Если не отбирать накапливаемое плоско-пластинчатым коллектором тепло, он сможет нагреть воду до температуры в 190 – 210 градусов.
Для повышения эффективности таких установок применяют покрытия из особых материалов, не излучающих тепло в виде инфракрасных волн.
Вакуумные
Роль абсорбера в таком коллекторе играет поверхность трубки, по которой протекает теплоноситель. При этом сама она заключена в круглый прозрачный кожух, из которого выкачан воздух. Таким образом, каждая трубка с теплоносителем окружена, подобно колбе термоса, вакуумом.
Вакуумный коллектор стоит дороже, но зато является более эффективным: с его помощью воду можно нагреть уже до 250 – 300 градусов.
Вакуумные коллекторы
Значительно повысить производительность вакуумного коллектора можно при помощи параболоцилиндрических отражателей. Это продолговатые элементы с вогнутой зеркальной поверхностью, которая в поперечном сечении образует параболу. Такие отражатели устанавливаются в коллекторе за трубками, фокусируя на них весь неусвоенный солнечный свет.
Оснащенная такими элементами установка может нагревать теплоноситель (применяется масло) до температуры в 300 – 390 градусов. Чтобы еще больше увеличить производительность коллектора, его оснащают системой слежения за солнцем.
Прочие элементы системы
Помимо собственно коллектора в гелиоустановке имеется накопительный бак с водой, которой при помощи встроенного теплообменника передается накопленная теплоносителем энергия.
Существуют системы как с естественной циркуляцией теплоносителя (накопительный бак устанавливается выше коллектора), так и с принудительной – при помощи насоса (бак можно устанавливать на любом уровне).
Гелиоколлекторы в системе отопления
Применение
В быту гелиоустановки применяются для приготовления горячей воды, в том числе для бань, подогрева бассейна либо в качестве дополнительного источника тепла для системы отопления. В промышленности сфера применения таких систем является более широкой: на их основе сооружают опреснители воды, парогенераторы (пар приводит в движение различные машины) и даже электростанции.
Эффективность зимой
Эффективно ли отопление дома солнечными коллекторами зимой?
Ну что же, теперь посмотрим, как различные виды солнечных коллекторов работают в условиях зимы. Напомним, что противники внедрения таких установок выдвигают следующие аргументы:
Засыпка панели снегом: данная проблема актуальна только для плоско-пластинчатых коллекторов. На трубках вакуумных установок, как показала практика, снег задерживается только в тех редких случаях, когда в силу особых погодных условий на их поверхности образуется изморозь. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер (от 3 м/с), панель точно останется чистой.
Из-за того, что коллектор окружен холодным воздухом, все тепло с коллектора улетучивается: этот аргумент опять же справедлив только в отношении плоско-пластинчатых коллекторов. Действительно, зимой производительность такой установки в сравнении с летней уменьшается пятикратно. В более совершенных вакуумных моделях прослойка вакуума позволяет сберечь до 95% усвоенного тепла. Самые современные модели даже в сильный мороз способны довести воду до кипения.
Коллектор легко может быть поврежден градом: в заводских условиях коллекторы изготавливаются из высокопрочных материалов. В Сети можно найти видеоролики, снятые во время испытаний панелей на ударную прочность. Коллекторы обстреливают стальными шариками и нетрудно заметить, что удар они держат очень хорошо.
Как видно, солнечные коллекторы зимой вполне работоспособны. Хотя, конечно, производительность их в сравнении с летним периодом ощутимо снижается.
Плюсы и минусы гелиосистемы
Говоря о солнечных коллекторах в целом, можно выделить следующие их достоинства:
Им присущ более высокий КПД по сравнению с фотоэлектрическими элементами и ветрогенераторами.
Усваиваемая с их помощью энергия является абсолютно бесплатной.
Работа солнечного коллектора полностью безвредна для экологии: используемый ресурс – солнечное тепло — является неисчерпаемым и усваивается напрямую, без сжигания чего-либо и загрязнения окружающей среды.
Теперь укажем слабые места гелиоустановок:
Коллекторы заводского изготовления стоят пока сравнительно дорого – от 500 до 1000 дол. Таким образом, стоимость системы из 2-х коллекторов с монтажом может достигать 2,5 тыс. дол.
Из-за переменчивости погодных условий производительность коллектора не является стабильной.
По той же причине систему приходится оснащать довольно вместительным баком- накопителем с хорошей теплоизоляцией.
Отзывы
По свидетельствам владельцев гелиосистем, подобная установка окупается примерно за 7 – 10 лет. У одного из пользователей, проживающего в Московской области, 3 вакуумных солнечных коллектора (в каждом по 15 трубок) обеспечивают подогрев воды для бани.
Система оснащена баком накопителем объемом 300 л, в котором вода летом даже при переменной облачности закипает за 2 – 3 часа (без отбора тепла). Во время простоя бани производимое коллекторами тепло направляется на подогрев бассейна.
Те, кто пока не готов тратить значительную сумму на покупку фирменного коллектора, изготавливают такие устройства своими руками. Одному из пользователей, проживающему в Подмосковье, удается летом снимать с 1 кв. м самодельного коллектора до 500 Вт энергии. Зимой этот показатель падает до 100 Вт.
Поиски альтернативных источников энергии — вопрос вполне рациональный. В наше время некоторые люди успешно применяют солнечную энергию для отопления домов. Солнечные батареи своими руками изготовить гораздо дешевле, чем купить готовые.
Обзор типов солнечных батарей и отзывы реальных людей об их применении читайте в этом материале.
Поиски альтернативных источников энергии — вопрос вполне рациональный. В наше время некоторые люди успешно применяют солнечную энергию для отопления домов. Солнечные батареи своими руками изготовить гораздо дешевле, чем купить готовые.
