Расчет солнечного коллектора для отопления – виды вакуумных и плоских коллекторов для обогрева зимой, расчет отопительных элементов, эффективность отопления солнечными коллекторами

Содержание

Расчет солнечного коллектора для отопления дома и ГВС

Использование гелиоколлекторов для системы теплоснабжения – способ существенно сэкономить на отоплении дома. Солнечное излучение бесплатно и доступно всем, а стоимость гелиосистем постоянно снижается. Правильный расчет солнечного коллектора для отопления дома позволит избежать лишних затрат на оборудование и организовать эффективную систему обогрева здания.

Большинство производителей, поставщиков и установщиков делают лишь приблизительный расчет солнечных коллекторов, но мы опишем все детально. В статье мы пошагово расскажем, как выполнить расчет гелиосистем для отопления, чтобы полностью обеспечить дом теплом зимой. Пусть вас не пугает количество формул – для подсчета потребуется обычный калькулятор. Ваши вопросы и мнение вы можете оставить в комментариях.

Расчет реальной мощности солнечного коллектора

Производители указывают максимальную мощность гелиоколлектора при полном освещении при направлении на юг и ориентации перпендикулярно солнцу в полдень. Но не всегда можно так направить панели, особенно если их устанавливать крыше дома.

Ниже приводим формулы, которые универсальны и могут использоваться как для подсчета количества коллекторов, так для подсчета общей площади в квадратных метрах.

Подсчет эффективности гелиоколлектора по направлению

Рассчитать базовую тепловую производительность солнечного плоского или вакуумного коллектора можно по следующей формуле:

Pv = sin A x Pmax x S

Значения:

  • Pv – мощность солнечного коллектора;
  • A – угол отклонения плоскости гелиоколлектора от направления на юг;
  • Pmax – средний уровень инсоляции в вашем регионе в холодное время года.

Даже если солнце не скрыто облаками, в течении дня уровень инсоляции меняется, от чего зависит производительность коллектора. Усредненные данные видно на этом графике:

Дневной уровень инсоляцииДанные на иллюстрации по дневному уровню инсоляции усредненные, но позволяют понять разницу между количеством тепловой энергии, которую можно получить в разное время года.

Максимальный уровень инсоляции зимой в среднем в 3-4 раза меньше, чем летом. Количество солнечной энергии, которую может получить гелиоколлектор за сутки зимой в 5-7 раз ниже (в зависимости от широты) чем летом.

Расчет производительности гелиоколлектора по углу установки

Оптимальный угол установки солнечного коллектора для отопления дома зимой – так, чтобы он был перпендикулярен солнечным лучам в 10 часов утра. Так он может собрать максимум тепловой энергии на протяжении светового дня.

Иногда не получается этого сделать (при установке на крыше, монтаже на стандартных опорах). Из-за отклонения от оптимального угла энергоэффективность коллектора может измениться. Рассчитать ее можно по такой формуле:

Pm = sin(180 — A — B) x Pv

Значения:

  • Pm – производительность гелиоколлектора;
  • A – угол между коллектором и плоскостью земли;
  • B – высота солнца над горизонтом в 10 часов утра;
  • Pv – найденная ранее мощность.

Если у вас есть возможность ориентировать солнечный коллектор так, чтобы он был перпендикулярен солнцу, тогда:

Последние публикации:

Pm = Pv Угол наклона солнечного коллектора на стандартной опореНа фотографии обозначен угол наклона солнечного коллектора, который нужно использовать при вычислениях.

Особенности плоских панелей

Плоский гелиоколлектор имеет небольшие теплопотери через заднюю стенку, которые составляют в среднем 5 Вт на квадратный метр. Поэтому от полученного ранее значения реальной мощности P надо отнять 5 Вт на каждый квадратный метр площади.

Уровень поглощения солнечного излучения плоского гелиоколлектора ниже 100%. Это нужно учесть при подсчете его тепловой мощности. Если панель поглощает только 95%, то ее реальная мощность:

P = Pm x 0.95 х S

Значения:

  • Pm – мощность коллектора из формулы выше;
  • P – реальная производительность коллектора;
  • S – площадь коллектора.

Производительность вакуумного коллектора

Производители вакуумных коллекторов могут указывать мощность коллектора без учета расстояния между трубками. Чтобы определить, какова реальна площадь поверхности трубок и производительность вакуумного коллектора, воспользуемся формулой:

P = Pm x D / L

Обозначения:

  • P – реальная производительность солнечного коллектора;
  • Pm – мощность коллектора, рассчитанная ранее;
  • D – диаметр вакуумных трубок;
  • L – расстояние между трубками.

Термодинамические солнечные панели

С таким типом коллекторов все гораздо сложнее. Сейчас они не слишком распространены, производители экспериментируют с материалами и селективным покрытием. Разные модели отличаются уровнем поглощения и теплопотерями.

В целом, термодинамические солнечные панели имеют право на жизнь. Но мы бы не рекомендовали обустраивать отопление с их помощью. На рынке мало эффективных моделей, а те, которые есть, продают по завышенным ценам.

Сколько нужно солнечных коллекторов для отопления дома?

Независимо от того, какая система отопления установлена в доме, теплопотери у него будут одинаковыми. Для точного просчета лучше обратиться к специалистам, но для получения примерных данных можно использовать онлайн-сервисы http://teplo-info.com/otoplenie/raschet_teplopoter_online.

Разделив полученные данные на значение P, вычисленное по последней формуле, вы узнаете, сколько гелиоколлекторов или квадратных метров коллекторов вам необходимо чтобы обеспечить отопление дома зимой.

Последние публикации:

Отдельно стоит напомнить, что в холодное время года есть нюансы с эксплуатацией гелиоколлекторов. Узнать об этом больше можно в статье «Как работает солнечный коллектор зимой – эффективность, проблемы и их решение».

Плоский солнечный коллектор зимой на крыше
Основная проблема змой — чистить коллекторы от холода.

Подключим горячее водоснабжение?

В дополнение к отоплению, к коллекторной солнечной системе можно подключить горячее водоснабжение. Для этого подсчитаем, сколько тепловой энергии вам необходимо тратить каждый день. Формула проста:

Pw = 1,163 x V x (T – t) / 24

Обозначения:

  • Pw – количество тепла, необходимое для подогрева воды;
  • V – средний объем горячей воды, расходуемый за сутки;
  • T – температура, до которой нужно подогреть воду;
  • t – температура, с которой вода поступает в систему.

Чтобы рассчитать необходимое количество дополнительных коллекторов для ГВС – разделите это значение на производительность солнечного коллектора P, полученное по последней формуле.

Советы по отоплению дома гелиоколлекторами

  • Плоские солнечные коллекторы эффективнее в теплое время года, а вакуумные трубки – зимой. В зависимости от модели и производителя разница может достигать 50%. Подробнее об этом вы можете прочитать в статье «Солнечный коллектор – плоский или вакуумный?».
  • На случай непредвиденной ситуации стоит иметь альтернативные источники тепловой энергии – конвекторы, газовый или твердотопливный котел, тепловой насос.
  • Обычно коллекторы поставляются вместе с отдельными баками-накопителями. Выгоднее будет приобрести отдельно плоские или вакуумные панели и один или два больших резервуара с хорошей теплоизоляцией. Чем меньше объем бака, тем быстрее он остывает.
  • Для организации эффективного отопления стоит иметь большой бак накопитель, в котором в светлое время суток коллекторы будут нагревать воду, а ночью она будет расходоваться на обогрев здания.
  • Наличие качественного контроллера в системе отопления позволит поддерживать заданную температуру, регулировать циркуляцию, устанавливать температурные режимы, задавать таймер включения.
  • Для автономного отопления дома солнечными коллекторами необходимо купить большое количество оборудования, оплатить его монтаж и подключение. Если вам это не по карману – можно использовать гелиоколлекторы как вспомогательную систему отопления.
  • Хорошей экономии можно достичь если использовать солнечные коллекторы в паре с тепловым насосом. Они будут нагревать воду, а тепловой насос – подогревать ее до необходимой температуры.
  • Если здание плохо утеплено, то использовать солнечные коллекторы эффективнее с водяным теплым полом. Он отдает максимум тепла в помещение, а не стенам, как радиаторы отопления.

Как видим, расчет солнечных коллекторов для отопления дома довольно прост. Конечно, специалист должен будет посчитать множество других нюансов, но они не смогут существенно повлиять на конечный результат. В некоторых случаях обогрев здания коллекторами нецелесообразен, но в качестве дополнительного источника бесплатного тепла, гелиоколлекторы незаменимы.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

расчет воздушной конструкции, вакуумный вариант для использования зимой своими руками, отзывы

На сегодняшний день появилась возможность сократить расходы на отопление. Все это реально благодаря солнечным коллекторам, которые представляют собой уникальные системы, позволяющие бесплатно получать экологический источник чистой энергии. Их можно активно использовать как для отопления небольших дачных домиков, так и коттеджей.

Особенности и устройство

Солнечный коллектор – это современная конструкция, которая способна накапливать солнечную энергию и превращать ее в источник тепла. Устройство изготавливают из металлических пластин, покрашенных в черный цвет и заключенных в корпус из стекла. Такое оборудование можно устанавливать для отопления дома, а также для обеспечения систем горячей водой.

Благодаря установке коллектора можно экономить от 30 до 60% энергоносителей, а это означает, что расходы на электричество и газ значительно снижаются и эксплуатация дома удешевляется. Подключенное в систему теплоснабжения устройство играет роль теплового носителя, который круглосуточно поддерживает температуру согласно санитарным и технологическим нормам.

Конструкция солнечного коллектора представлена в виде системы трубок, последовательно соединенных между собой и имеющих входную и выходную магистраль. По трубкам может проходить как воздушный поток, так и техническая вода. Во время циркуляции вещества наблюдается его переход из одного агрегатного состояния в другое, в результате чего происходит выделение тепла. То есть, принцип действия батареи заключается в накоплении энергии фотоэлементами, ее концентрации и передачи.

Помимо трубок, конструкция также имеет специальный бак, где хранится вода в нагретом состоянии. Чтобы жидкость не охлаждалась, бак дополнительно обшивают качественной теплоизоляцией. Кроме это, в емкость монтируют и дублирующий электронагреватель, который автоматически включается в зимний период или при пасмурной погоде. Корпус коллектора, как правило, изготавливают из стекла, так как использование полимерных материалов не рекомендуется. Они обладают высоким показателем теплового расширения, неустойчивы к лучам ультрафиолета, что может привести к разгерметизации корпуса.

В качестве теплоносителя обычно выбирают воду, но если планируется круглогодичная эксплуатация системы, то нужно до наступления холодов техническую жидкость заменять антифризом. Часто теплоносителем в коллекторах выступает и воздух, каналы для его перемещения делают из профлистов.

Для отопления небольших строений применяют обычные конструкции, для автономных и централизованных систем в схему добавляют не только нагревательное оборудование, но и циркуляционные насосы.

К главным преимуществам солнечных агрегатов можно отнести:

  • возможность бесперебойного обогрева зданий круглый год;
  • долгий срок эксплуатации, достигающий 30 лет;
  • экономия энергоресурсов;
  • возможность одновременного обогрева помещений, теплиц, пристроек и бассейнов;
  • отсутствие отходов;
  • быстрый монтаж;
  • оптимизация под индивидуальные проекты.

Что же касается недостатков, то их немного:

  • высокая стоимость установки;
  • низкая эффективность работы устройства, обусловленная климатическими условиями и особенностями ландшафта;
  • принудительная циркуляция воды.

Виды

Существует множество видов солнечных коллекторов, все они отличаются между собой особенностью конструкций, но одинаково выполняют роль теплоносителя и используются для обогрева домов. На сегодняшний день различают следующие типы устройств:

Плоский

Считается самым распространенным вариантом для установки в современных системах гелиоэнергетики. Он состоит из абсорбера, термоизолирующего покрытия, прозрачного слоя и теплоносительной трубки. Популярность данного вида обусловлена простотой монтажа и доступной ценой, но в отличие от других коллекторов для него характерно небольшое КПД. Внешне устройство имеет вид стальной или алюминиевой панели площадью от 2 до 2,5 м2.

Снаружи панель покрывают листами из гелиостекла, это позволяет максимально поглощать энергию солнца и поставлять ее с минимальными потерями. Под стеклом располагается специальный поглотитель в виде плоской трубки, его изготавливают из сплавов алюминия или меди. Трубка оснащена радиальным оребрением, поэтому во время рабочего процесса наблюдается высокий КПД.

Плоский коллектор годится только для обогрева частного дома, так как с его помощью зимой можно отопить небольшую площадь.

Вакуумный

Это дорогостоящее устройство, которое имеет отличные эксплуатационные характеристики. Батарея представляет собой ряд, состоящий из парных стеклянных трубок. Из пространства между ними откачивают воздух и выполняют спайку, образованный таким образом вакуум служит хорошим теплоизолятором и снижает потери энергии. Верхние трубки вставляются в распределитель, где циркулирует сам теплоноситель. В зависимости от распределения тепла такие коллекторы бывают прямоточные и с плоской трубкой.

Воздушный

Данное устройство предназначено для топки зданий за счет нагрева воздушных масс. Потоки воздуха поступают в систему через поглотитель и естественным путем или принудительно поставляются в теплообменник. Недостатком коллектора считается то, что в отличие от жидких видов, в нем тепло проводится не так хорошо. Но подобная система характеризуется несложной конструкцией и легко управляется. Если соблюдать все правила эксплуатации, то коллектор исправно прослужит более 20 лет.

Водяной

Внешне имеет сходство с вакуумным устройством, но в его конструкции в трубках под определенным углом располагается жидкость. Трубки присоединяются к баку, из которого горячая вода передается в систему и возвращается. Главным достоинством агрегата является, то что для его монтажа не нужно применять дополнительные элементы. Некоторые модели таких коллекторов могут также работать и без бака. Во время эксплуатации водяного коллектора при температурном режиме ниже -10 С необходимо заливать незамерзающую жидкость.

Как выбрать?

Перед тем как заняться установкой солнечного коллектора, необходимо правильно подобрать соответствующий вид устройства, так как от этого будет зависеть эффективность его работы и коэффициент теплообмена.

Поэтому, отправляясь за покупкой, стоит учесть следующие нюансы:

  • Лучше всего отдавать предпочтение плоским моделям, так как они считаются самыми прочными и имеют положительные отзывы потребителей. Их агрегат способен нагревать воду свыше 40 С, но если батарея выходит из строя, то придется заменять всю систему адсорбции. Вакуумные виды устройств характеризуются быстрым повреждениям трубок и очень чувствительны к внешним воздействиям. Но стоит заметить, что ремонт изделия выполняется просто, так как заменяется только конкретная колба. Зато в зимнее время года такие батареи хорошо поддерживают температуру, в этом их плюс.
  • Что же касается воздушных коллекторов, то они редко выходят из строя и не требуют ремонта. Кроме этого, они надежно выдерживают низкую температуру и долговечны в использовании. Единственное, что подобные устройства не подойдут для отопления больших зданий, так как слабо прогревают помещения.
  • Немаловажным показателем для выбора является и размер трубок, от которого зависит эффективность преобразования солнечной энергии. Трубка мелкого диаметра снижает процесс выработки энергии. Поэтому желательно приобретать коллекторы, имеющие в конструкции несколько больших колб шириной до 6 см и длиной до 2 м.
  • Особое внимание следует уделять мощности батарей. Системы с низким сохранением тепла нельзя использовать при низкой температуре. В частности, это касается моделей с водяной тепло подачей.
  • Монтаж установки должен выполняться после предварительного проектирования. Для этого нужно знать размеры батарей, которые бы подходили для крепления к крыше.
  • Можно покупать коллекторы как с вертикальным, так и горизонтальным расположением. При этом вертикальные конструкции издавать от проблем с очисткой от снега, но их КПД будет низким. Чтобы этого избежать, нужно до установки предусмотреть место для исхода осадков.

Расчет

Солнечная энергия является идеальным источником для отопления зданий. Чтобы ее максимально преобразить в тепло, необходимо точно рассчитать затраты ресурсов и мощность установок, учитывая тип агрегата и его месторасположение. В первую очередь нужно знать какое количество энергии попадает на поверхность панели. Как известно, на 1 м2 поверхности попадает около 1367 Вт солнечной энергии, но проходя сквозь слои атмосферы, мощность теряется до 500 Вт. В связи с этим для средних расчетов берется условное значение 800 Вт.

Солнечный коллектор является рабочей станцией, основание которой защищено антибликовым покрытием и стеклом. Благодаря тому, что основание покрыто черной краской, наблюдается 100% поглощение энергии. Так как в состав батарей входит теплоизоляция, то можно определить коэффициент потери тепла. Для каждого материала он разный, но изоляцию коллекторов часто выполняют на основе минваты, поэтому для простых расчетов берется показатель 0,045. Предполагая то, что температурная разница между внешним и внутренним слоем теплоизоляции не превышает 50 С, потери энергии составят: 0,045: 0,1 × 50 = 22,5 Вт.

Аналогичны будут потери и для труб, поэтому суммарный показатель получится 45 Вт. Поэтому чтобы нагреть 1 л воды на 1 С, потребуется мощность энергии в 1,16 Вт. Определив эти величины, можно легко узнать объем жидкости, который можно нагреть батареей с рабочей площадью 1 м2 за один час: 800: 1,16 = 689,65. Чтобы улучшить теплопередачу, агрегаты лучше всего размещать с ориентацией на юг.

Важным расчетом считается, и рабочая площадь батареи. Для этого количество нужной энергии нужно разделить на 800 Вт и получится искомое значение. Но стоит обратить внимание, что данный показатель соответствует площади агрегата, рассчитанного на обслуживание одного человека. Поэтому если в доме проживает семья, состоящая из двух, трех и более человек, то значение следует увеличить.

Изготовление

Солнечный агрегат можно не только самостоятельно установить, но и изготовить своими руками. Самодельный коллектор может быть как вакуумный, так и воздушный или плоский.

Что выполнить монтаж устройства понадобятся следующих элементы:

  • датчики температурного режима;
  • переходники ведущие к системе подключения холодного и горячего водоснабжения;
  • водосток для выхода горячей воды;
  • регулятор солнечной энергии;
  • емкость или бак;
  • циркуляционный насос;
  • датчики контроля подогрева воды.

Подключение и сборку всех составляющих конструкции следует выполнять согласно проекту, придерживаясь инструкции:

  • На первом этапе определяются с размерами будущего коллектора. Для этого точно рассчитывают площадь его размещения и интенсивность солнечной энергии. Важно обратить внимание на расположение здания, где планируется установка системы, в зависимости от полученных показателей выбирается материал для нагревательного контура.
  • Следующим шагом будет сборка устройства, во время которой изготавливается короб, радиатор, накопитель и теплообменник. Коробку можно сделать из обрезной доски толщиной не менее 5 мм, ее днище укрывают оцинкованный листом и дополнительно укладывают пенопласт, который послужит хорошей теплоизоляцией. Для теплообменника используют трубки длиной 1,6 м, их должно быть 15 шт., их собирают в цельную конструкцию, соблюдая шаг 4,5 см. Чтобы улучшить поглощение лучей, дно коробки красят в темный цвет, затем устанавливают в качестве перегородок стекло и стыки герметизируют.

В качестве основного накопителя можно применять как сосуд объемом от 140 до 380 л, так и другие сваренные конструкции или бочки. Емкость должна быть хорошо изолирована от потерь тепла, поэтому аванкамеру оборудуют дополнительно шарнирным краном. Вначале монтируется аванкамера и тепло накопитель, затем полученную конструкцию размещают под углом 35–40.

Между накопителем и теплообменником делается расстояние в 70 см, иначе потери тепловой энергии будут значительны.

  • Завершающим этапом считается ввод оборудования в эксплуатацию. Полученную конструкцию присоединяют к водопроводу. Для этого требуется запорная арматура. Устройство заполняют водой и присоединяют аванкамеру. Затем важно проверить уровень жидкости и отсутствие утечек воды. После контроля, самодельный коллектор готов к эксплуатации.

Советы

Установка солнечных систем позволяет экономить электроэнергию, обеспечивая дом «бесплатным» теплом и горячей водой. Но выбирая данный вид устройств, нужно помнить, что эффективность системы будет значительно снижаться вечером и утром, так как основной объем энергии вырабатывается при ярком солнце. Чтобы солнечные коллекторы надежно прослужили много лет и бесперебойно обеспечивали здание теплом, при их выборе и монтаже необходимо учесть следующие рекомендации специалистов:

  • Покупая батарею, следует уточнить можно ли ее эксплуатировать зимой и какая мощность системы.
  • Если коллектор собирается самостоятельно, то нижнюю часть его теплообменника нужно обеспечивать денежными вентилями и теплоизоляцией, которая позволить сохранить качество разогретой жидкости. При этом трубы можно также обмотать плотной тканью или полиэтиленом.
  • В конструкции должен обязательно присутствовать вентиль, предотвращающий циркуляцию от теплоносителя. Если наблюдается резкое снижение температуры, то вентиль нужно закрыть.
  • Перед тем как соорудить солнечные установки, следует сделать детальный расчет площади батарей, а также максимальную выработку энергии.

О том, как сделать солнечный коллектор своими руками из алюминиевых банок, смотрите в следующем видео.

Экономим электричество: расчеты производительности солнечного коллектора

В статье будет рассмотрен наиболее простой метод расчета количества энергии, которую можно получить путем применения солнечного коллектора. Статистика гласит, что в среднем в домашнем хозяйстве для использования горячей воды требуется от 2 до 4 кВт. Тепловой энергии в день на 1 человека.

Расчет мощности солнечного коллектора

В качестве примера будут приведены расчеты коллектора для Московской области.

Данные для расчетов:

  1. Место применения – Московская область Площадь поглощения – 2,35м2 (на основе таблицы о среднем количестве поступления солнечной энергии для регионов РФ)
  2. Величина инсоляция в Московской области – 1173,7кВт*час/м2
  3. КПД – от 67% до 80% (будут использованы минимальные показатели, актуальные для устаревших коллекторов, поэтому результаты будут слегка занижены).
  4. Угол наклона коллектора – в расчетах будут использованы оптимальные данные угла наклона.

карта инсоляции россии

Рассчитываем площадь поглощения для одной трубки:

15 трубок = 2,35 м. кв.; 1 трубка = 2,35 / 15 = 0,15 м. кв.

Теперь, когда известна площадь, которую поглощает одна трубка, определим количество трубок, составляющий 1 м. кв. поверхности коллектора: 1 / 0,15 = 6, 66. Иными словами, на один метр поверхности поглощения требуется 7 трубок коллектора.

Далее производим расчет тепловой мощности одной трубки коллектора. Это даст возможность рассчитать число трубок, необходимых для получения достаточной тепловой энергии на периоды в один день и один год:



Получаемая мощность в расчете на один день рассчитывается следующим образом: 0,15 (S поглощения 1 трубки) x 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) x 0,67 (КПД солнечного коллектора) = 117,95 кВт*час/м. кв.

Для расчета годовой эффективности одной трубки в выбранном регионе в формуле для расчета дневной мощности следует использовать годовые инсоляционные данные. Иначе говоря, на место 1173, 7 необходимо поставить региональное значения инсоляции.

Мощность, вырабатываемая при помощи одной трубки в Москве, составляет от 117,95 (при использовании КПД в размере 67%) до 140кВт*час/м.кв. (при использовании КПД в размере 80%).

В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325кВт*час.

В наиболее солнечные месяцы (июнь, июль) одна трубка будет производить 0,545кВт*час.

Работа солнечного коллектора без света невозможна, по этой причине указанные показатели нужно использовать при расчете светового дня.

Сколько можно сэкономить электроэнергии в Москве при использовании одного м. кв. коллектора (как мы выяснили, это 7 вакуумных трубок)?

Годовая экономия энергии составит:

117,95 кВт*час/м2 * 7 = 825,6 кВт*час/м.кв.

Наибольшую мощность солнечный коллектор, соответственно, будет вырабатывать в летние месяцы. К примеру, в июне при использовании 1 м.кв. коллектора выработка электроэнергии составит около 115–117 кВт*час/м.кв.

Иначе говоря, энергетическая польза при использовании солнечного коллектора с 15-ю вакуумными трубками, где S=2,35 м.кв. за период с марта по август при суммарном значении инсоляции за весь указанный период в 874,2 кВт*час/м.кв. составит: 874,2 * 2,35 * 0,67 = 1376 кВт, то есть, практически 1,4 МегаВт. энергии, что в день составляет примерно 8 кВт.

Вспомним статистическую информацию, приведенную в первой части статьи – в домохозяйстве используется от 2 до 4 кВт энергии при потреблении горячей воды одним человеком ежедневно. Данные показатели подразумевают использование коллектора для нагрева горячей воды и, в частности, таких нужд как принятие душа, мытье посуды и т.п.

Расчеты солнечного коллектора, состоящего из 15 вакуумных трубок, позволяют сделать вывод о том, что в огородный сезон данного устройства будет достаточно для того чтобы обеспечить горячей водой семью, состоящую из трех человек. В результате, при учете всех неблагоприятных обстоятельств, таких как пасмурная или дождливая погода, на электроэнергии, используемой для подогрева воды, можно очень неплохо сэкономить.

Если же говорить об оптимальных условиях (солнечная погода и отсутствие дождей), то в данном случае выработка тепловой энергии солнечным коллектором позволит вообще избежать необходимости платить за электроэнергию.

Примечания

Если в таблице с расчетами солнечной энергии в различных регионах РФ нет точной информации о регионе, в котором Вы проживаете, то можно воспользоваться информацией, которая указана на инсоляционной карте России. Это позволит узнать приблизительное значение получаемой тепловой энергии в расчете на один квадратный метр.

Эмпирическим путем определено: чтобы рассчитать инсоляцию для наиболее оптимального угла наклона солнечного коллектора, следует данные, указанные для выбранной площади, умножить на коэффициент 1,2.

Определение угла наклона солнечных коллекторов

К примеру, в таблице указано, что для Москвы значение энергии, которое доступно на протяжении светового дня, составляет 2,63 кВт*ч/м.кв. Иначе говоря, доступная годовая энергия составляет 2,63 * 365 = 960 кВт*ч/м.кв.

Таким образом, при оптимальном наклоне площадки в Москве коллектор будет вырабатывать приблизительно 1174 кВт*ч/м.кв.

Конечно, данный метод расчета не является высоконаучным, однако, с другой стороны, полученные данные вполне можно использовать для определения необходимого количества вакуумных трубок на бытовом уровне.

Итоги

Солнечные коллекторы из года в год обретают все большую популярность среди владельцев дачных участков. Очевидно, что это говорит о том, что данное устройство позволяет существенно сэкономить электроэнергию при нагреве воды, что подробно описано и доказано в вышеизложенных расчетных примерах.

Данный агрегат является актуальным практически для любого региона России. Но прежде чем купить солнечный коллектор, лучше посчитать рентабельности и сроки окупаемости этого оборудования, что позволит убедиться в актуальности представленного инновационного оборудования для применения в Вашем регионе.


Дата публикации: 30 мая 2014




Оставить комментарий

Вы должны быть Войти, чтобы оставлять комментарии.

Солнечный коллектор — расчет эффективности и советы по установке

Владельцы частных домов часто задаются вопросом, как минимизировать расходы на отопление и горячее водоснабжение. Вариантов решения может быть несколько, однако в условиях роста цен на энергоресурсы они оказываются достаточно затратными.

В такой ситуации использовать солнечные коллекторы для отопления дома оказывается выгодно, особенно при нечастом посещении дачи в теплое время года.

Краткое содержимое статьи:

Достоинства оборудования

Для функционирования коллекторов не требуется использование дополнительных источников энергии. Работа оборудования базируется на применении возобновляемых природных источников энергии.

Каждый квадратный метр коллектора обеспечивает среднегодовую экономию 800 кВт. Даже в зимний период существует возможность обогревать до 30-40% жилой площади в загородном доме.

Конечно, КПД зависит от типа устройства и его модели, но уже сейчас автоматизированные модификации дают 75%-е преобразование энергии солнца в целях отопления.

На фото солнечных коллекторов представлены различные модели. Большинство из них обладает такими преимуществами:

  • обеспечение автономного отопления и подогрева воды в любое время года;
  • длительный период эксплуатации;
  • высокий уровень окупаемости – в среднем до 4-5 лет;
  • независимость от роста тарифов на энергоресурсы;
  • использование для отопления жилых и хозяйственных помещений;
  • возможность простого подключения к существующей автономной системе отопления;
  • экологичность оборудования;
  • минимизация нагрузки на внутреннюю электросеть;
  • мобильность с позиций подстройки под конкретные условия эксплуатации.

Однако прежде чем изучать инструкцию, как можно собрать солнечный коллектор, необходимо понять и его недостатки.

Во-первых, это высокая стоимость самого оборудования, которое может быть доступным не каждому дачнику.

Во-вторых, эффективность работы устройства зависит от множества факторов – климатических условий, окружающего ландшафта, формы и направленности ската крыши, продолжительности светового дня и т.д.

Разновидности оборудования

В южных солнечных регионах КПД использования может достигать 95%, хотя в северных районах эффективность значительно снижается. Для тех, кто интересуется, какие бывают солнечные коллекторы, целесообразно рассмотреть основные виды солнечных коллекторов.


Плоская модель

В специальном ящике из алюминия смонтированы медные трубки. В нижней части устанавливается теплоизоляционная защита. Верхнюю поверхность конструкции представляет полотно из закаленного стекла и пропилен-гликоля. Оно обеспечивает поглощение лучей солнца для последующего преобразования устройством в тепловую энергию. Это бюджетный вариант оборудования, которое работает круглогодично.

Вакуумная модификация

Устройство содержит в своей конструкции множество трубок, изготовленных из меди. Они располагаются равномерно рядами. Трубка, содержащая вещества с поглощающим и отражающим эффектом, устанавливается в большую по диаметру стеклянную трубку-колбу.

Между их стенками остается пространство с вакуумом. Он играет роль теплоизолятора и проводника энергии. У вакуумных коллекторов площадь поглощения солнечной энергии больше, а поэтому они обладают высоким КПД.

Воздушный коллектор

В работе используется парниковый эффект. Попадающие на покрытие коллектора лучи полностью поглощаются. После получения заряда приемником он начинает нагревать воздух, расположенный во внутренней полости. Этот разогретый воздух направляется в помещение при помощи вентилятора или посредством конвекции естественного типа.

Особенности выбора оборудования

Чтобы выбрать хороший солнечный коллектор для нагрева воды и обогрева, необходимо учесть такие параметры:

  • Плоские модели отличаются повышенной прочностью, но поломка может испортить всю адсорбционную систему. Нагревают воду на 30-40 градусов теплее среды.
  • Вакуумные модификации подвержены воздействию внешних факторов, а их полые трубки очень хрупкие. Отличаются эффективностью в зимний период.
  • Воздушные модели конструктивно просты, не требуют обслуживания, способны работать при низких температурах. Степень прогрева меньше по сравнению с другими моделями.
  • При покупке надо определиться с проектом системы и способом крепления.
  • Вертикальный монтаж выгоден в регионах с большим количеством снега, но КПД при этом будет снижаться.
  • Оптимальный способ монтажа – строго на юг или со смещением до 30 градусов.
  • Номинальная мощность устройства задает выработку тепла при расположении солнца в зените.
  • Для морозных периодов требуется оборудование с повышенным сохранением температурного режима.

Как установить солнечный коллектор

После того как устройство куплено, главным вопросом становится установка и подключение солнечных коллекторов своими руками. При эксплуатации в летний период устройство можно применять для летнего душа и хозяйственных потребностей.

Для организации подачи воды в летнее сооружение бак целесообразно ставить на воздухе, а если обеспечивается водоснабжение дома, то монтаж аккумулирующей емкости производится там же.

При использовании принципа естественной циркуляции жидкости, коллектор ставится ниже уровня бака для горячей воды. Разница в высоте обычно составляет 80-100 см. Движение воды обеспечивается расхождением в плотности воды с разной температурой.

Коллектор соединяется с баком при помощи труб, диаметр которых не меньше 3/4 дюйма. Для стенок бака потребуется теплоизоляция. Применяют минвату слоем 10 см и полиэтилен, который компенсирует отсутствие крыши. Эксперты рекомендуют применять навес, защищающий бак от влаги снаружи.

Если вас интересует пошаговая сборка солнечных коллекторов своими руками, то надо помнить, что естественное движение воды может быть неэффективным, особенно при большом расстоянии между баком и поглощающей солнце поверхностью. Чтобы компенсировать этот недостаток, целесообразно поставить насос циркуляционного типа.

Изготовление коллектора дома

Конструкцию можно соорудить из разных подручных материалов и в домашних условиях, например из старого змеевика от холодильника:

  • Очистите его полностью от фреона, соорудите реечный каркас и резиновый коврик. В каркасе предусмотрите отверстия для трубок змеевика.
  • В донной части каркаса установите коврик и накройте его фольгой.
  • Змеевик крепится болтами с хомутами сверху фольги.
  • Выведите трубки от змеевика в отверстия.
  • Каркас над змеевиком накрывают стеклом и закрепляют его.
  • Трубы из коллектора подсоединяют к баку с вентилем. Из нижнего участка бочки должна выходить труба, по которой охлажденная вода для нагрева будет выводиться к коллектору.

Система для обогрева дома и нагрева воды эффективна и может с успехом применяться на дачных участках. При необходимости устройство может быть собрано и установлено в домашних условиях самостоятельно.

Фото солнечных коллекторов


Также рекомендуем просмотреть:


Пожалуйста, сделайте репост

Расчет солнечного коллектора для отопления

В процессе выбора устройства в отопительных целях расчет солнечного коллектора является важным условием. Необходимо выбрать правильное оборудование, чтобы гелиосистема функционировала оптимально. Ведь опыт показывает, что выбор солнечных коллекторов для отопления не всегда производится с учетом необходимых критериев.

На какие критерии должен опираться расчет солнечного отопления?

  1. Традиционный генератор теплоты не может быть заменен солнечной системой.
  2. Солнечная система должна стать частью единой системы теплоснабжения наряду с классическим генератором отопления.
  3. Возможности гелиосистем, которые функционируют в качестве отопления, без фактора аккумулирования с точки зрения сезонности будут ограничены.
  4. Важно брать во внимание и то, что в летние месяцы солнечная система простаивает в течение довольно долгого времени. В связи с этим фактору парообразования нужно уделить отдельное внимание еще в процессе проектирования и монтажа солнечной системы.

Расчет солнечного коллектора: два важных момента в определении параметров солнечных систем

  1. Доля замещения тепловой нагрузки.

Как правило, доля замещения тепловой нагрузки – это ни что иное, как желание самого потребителя, а точнее его, зачастую, завышенные ожидания. Не последнюю роль в этом играет фактор рекламы. В связи с этим реальная доля замещения отопительной нагрузки альтернативной солнечной энергией зачастую высчитывается некорректно, без учета реальных возможностей.

  1. Площадь здания, которую нужно отапливать.

Данный критерий предполагает достаточно обширные тепловые нагрузки в течение года. В данном случае расчет солнечного отопления ориентируется на интервал площади солнечного коллектора, которая рекомендуется на квадратный метр необходимой для отапливания площади. А это, в конечном итоге, предполагает изменение гелиополя.

Расчет солнечного коллектора

В качестве основы для определения параметров часто используется тепловая нагрузка в летний период. Рассчитывается площадь коллектора, которая умножается на коэффициент 2 и 2,5. Результат умножения – это диапазон, в котором и должна находиться площадь солнечного коллектора, используемого с целью отопления.

Говоря о рентабельности при расчете солнечного коллектора для отопления, нужно обращать внимание на три критерия: капитальные затраты, издержки потребления энергии и коэффициент аннуитета. В конечном итоге рассчитывается и стоимость теплоты, которую удалось получить с помощью солнечной системы.

При этом важно, чтобы в расчет брались реальные данные, например, при функционировании систем летом. Также не стоит забывать и о возможном росте цен на энергию.

Одним словом, важно понимать, что солнечное отопление обеспечивает около 30-50% тепла в декабрьское и январское время, остальную же энергию необходимо получать, используя традиционные источники. Доля тепла от традиционных источников будет возрастать и в пасмурные дни (в такие дни солнечная система дает в два-три раза меньше тепла).

Солнечный коллектор для отопления существенно экономит расход энергии.

Когда-то люди нагревали воду с помощью бочек, окрашенных в черный цвет, которые наполняли и, в течение дня, вода в них нагревалась на солнце до такой степени, что к вечеру можно было спокойно принимать душ. Эта нехитрая система послужила прототипом современной технике сбора солнечной энергии и преобразования ее в тепловую. Солнечный коллектор для отопления позволяет летом и зимой экономить до 50%.

Несомненным плюсом такой технологии является то, что этот источник альтернативной энергии неисчерпаем, а если брать в расчет, что данная система экологически безвредна, то пользоваться ей становится сплошным удовольствием. Даже в пасмурную погоду солнечный коллектор для отопления будет работать, и выполнять свою функцию, а в ясный день можно выжать до полутора тысяч киловатт. Цифры будут отличаться от местности, где находится установка, в какой широте и климатической зоне, однако, ее эффективность давно уже доказана.

В летний период, когда в отоплении нет никакой необходимости, установка может служить только для горячей воды в системе водоснабжения, а зимой принимать участие в обогреве жилых помещений. Солнечный коллектор для отопления не накапливает электроэнергию, как это делает солнечная батарея. Он лишь способен нагревать, соответственно, и область применения его достаточно ограничена.

Разновидности коллекторов.

Схема работы солнечного коллектора.

Гелиосистема — это система преобразования солнечной энергии в любую другую, в том числе и тепловую энергию. Существует несколько основных типов коллекторов, которые отличаются между собой конструктивно: воздушный, плоский, коллекторно-концентратный и вакуумный. Помимо конструктивных отличий они еще отличаются по эффективности, но при этом и сложность установки у них разная.

  1. Воздушный. Эта система основывается на эффекте парника. То есть некий короб, внутренняя часть которого окрашивается в черный цвет для лучшего нагрева, а сверху его закрывают стеклом или иным прозрачным материалом. Воздушный поток можно перемещать с помощью нагнетателя. Из плюсов такой гелиосистемы можно отнести легкость и простоту монтажа, нет необходимости в каких-то специальных устройствах. Стоит взять в расчет, что теплоносителем является воздух, а значит, полностью исключена возможность протечки. К минусам относится невысокий КПД из-за прямой зависимости от погодных условий, невозможность использовать зимой в северных широтах. Такой коллектор чаще используют, как дополнение к основному.
  2. Плоская гелиосистема. Это уже профессиональное оборудование, которое представляет собой панели, защищенные сзади теплоизоляцией, а сверху покрытые рельефным поликарбонатом или закаленным стеклом. Увеличить нагревательный эффект позволяет дополнительное оптическое покрытие. Внутри такой панели проходит теплопроводная система труб, которая и разносит тепло по дому. Из минусов стоит взять в расчет достаточно большие теплопотери, несмотря на присутствие теплоизоляции в устройстве, поэтому, данная система проявит себя во всей красе лишь в южных широтах, а также большая парусность и сложность монтажа. Положительная сторона плоской модели — в высокой производительности в подходящих условиях.
  3. Коллекторно-концентратная система. Расчет сделан на параболоцилиндрический отражатель, вмонтированный под прозрачной поверхностью. Такая гелиосистема нагревает не какой-то конкретный теплоноситель, а прогревает сразу воздух в помещении. Эффективность такого устройства повышают датчики слежения за солнцем.
  4. Вакуумный метод. Данная конструкция схожа с плоской гелиосистемой. Стеклянные трубки размещены на темном покрытии в специальных секциях, но эффективность вакуумной схемы превышает все остальные. Расчет сделан по принципу термоса. Это полностью исключает возможность теплопотери. Внутри стеклянной колбы размещен медный стержень, при этом колба имеет двойное остекление, между которым как раз и находится вакуум. Даже зимой, когда температура окружающей среды находится в отрицательных значениях, вакуумная гелиосистема отлично работает. К минусам можно отнести то, что данную установку вряд ли получится собрать самостоятельно из-за технически сложного устройства, а так же особенностей монтажа.

Экономия использования солнечного коллектора очевидна.

Схема работы солнечного коллектора.

С помощью нехитрых математических вычислений, расчет показывает, что солнечные коллекторы для отопления действительно являются альтернативными источниками энергии, которые позволяют существенно сэкономить свои, заработанные кровью и потом, деньги.

Системы имеют конструктивные отличия, а также отличается их КПД, но при этом и назначение их может быть разным. Кому-то достаточно нагреть немного воды для душа, а кто-то решится использовать гелиосистему для отопления и водоснабжения. Современные технологии позволяют подобрать каждому пользователю нужный коллектор, произведя собственный расчет.

 

Солнечный коллектор для отопления: особенности устройства

Содержание:

1. Принцип работы коллекторов
2. Виды коллекторов
3. Как выбрать солнечный коллектор для нагрева воды

Сегодня солнечные тепловые коллекторы являются лучшими среди подобных устройств. Они специально приспособлены для отопления и позволяют увеличить КПД в несколько раз. К примеру, используя солнечную батарею для отопления дома, задействуется лишь около 15-18% полученной энергии, тогда как коллектор позволяется повысить этот коэффициент до 95%.

солнечный коллектор для нагрева воды

В нашей статье мы рассмотрим, по какому принципу работают солнечные коллекторы для нагрева воды, какие существуют виды коллекторов и как из этого многообразия выбрать один самый подходящий.

Принцип работы коллекторов


Если обобщить принцип работы, то можно выделить следующую последовательность действий: солнечная энергия захватывается фотоэлементами, концентрируется в определённых местах коллектора, после чего используется для повседневных нужд. В этом случае тепловой насос (детальнее: «Тепловой насос: принцип работы — особенности и виды») и солнечный коллектор имеют практически одинаковую схему поведения (прочитайте также: «Расчет насоса для отопления: основные правила»).

Если же подробно рассмотреть процесс, то можно заметить, что вся работа базируется на 5 основных действиях:

  1. Внутри панелей циркулирует жидкость-теплоноситель для солнечного коллектора, который аккумулирует в себе полученное тепло.
  2. Вмонтированный теплообменник забирает энергию из теплоносителя в аккумулирующий бак.
  3. Вода хранится в баке до тех пор, когда понадобится использование. Именно поэтому так важна качественная теплоизоляция окружающего пространства.
  4. Насос доставляет новую порцию холодной воды, которая затем опять нагревается и используется.
  5. Для страховки может использоваться вмонтированный электронагреватель для отопления, который при продолжительном отсутствии солнечной энергии самостоятельно нагревает воду за счёт электроэнергии.

Виды коллекторов


Расчёт солнечных коллекторов для отопления происходит исходя из конкретного их вида, поэтому очень важно правильно выбрать тип используемого устройства. Существует три основных типа коллекторов: плоские, вакуумные и воздушные. Подробно рассмотрев каждый из них, вы наверняка сможете произвести точный расчёт солнечного коллектора для отопления. Также это поможет подобрать солнечный нагреватель воды подходящего типа.

Именно принцип работы плоского коллектора больше всего похож на описанный нами выше. Этот коллектор состоит из плоской коробки, покрытой защитным стеклом, и внутри которой в медных трубках циркулирует пропилен-гликоль, передающий тепло в бак.

расчет солнечного коллектора для отопления

Вакуумный солнечный коллектор для отопления вместо плоского листа составлен из больших трубок с полостью и несколькими меньшими трубками внутри. В этих небольших трубках находится вещество, аккумулирующее тепловую энергию. Затем этот своеобразный аккумулятор передают энергию теплоносителю, после чего всё идёт по стандартному принципу работы. В качестве теплоизолятора внутри больших трубок выступает вакуум, откуда и пошло название этого типа.

Воздушный солнечный коллектор для отопления используется реже остальных, так как его КПД значительно ниже. Причина этого кроется в том, что в роли теплоносителя выступает воздух, а он хуже переносит тепло, чем жидкости. С другой стороны, на его перенос тратится гораздо меньше энергии. В некоторых случаях этот процесс протекает естественным образом, что не только экономит электричество, но и уменьшает количество производимого шума.

Как сделать солнечный коллектор своими руками, смотрите на видео:


Как выбрать солнечный коллектор для нагрева воды


Как и в других случаях, нельзя дать однозначный ответ на все случаи жизни. Но вы сможете и сами определить подходящий вариант, ознакомившись с нашими советами. Будьте внимательны, чтобы не ошибиться на этом важном этапе.
Плоский солнечный тепловой коллектор считается самым надёжным и прочным. В основном это объясняется простотой конструкции. Вакуумные коллекторы более уязвимы к внешним воздействиям и случайным ударам.

солнечный тепловой коллектор

Хотя воздушные солнечные коллекторы для горячей воды далеко не самые эффективные, именно они могут спасти ситуацию в холодное время года. Так как в них не содержится жидкостей, в трубках априори ничего не может замёрзнуть. Именно поэтому воздушный солнечный коллектор для отопления зимой подойдёт лучше любого другого.

В случае повреждения плоского коллектора, что случается довольно редко, будет необходимо заменить всю конструкцию, тогда как для восстановления работоспособности вакуумного достаточно заменить пострадавшие трубки на новые. Но делать это придётся немного чаще, так что запаситесь трубками и терпением.

Плоские коллекторы наиболее эффективны для нагревания воды на 25-30 градусов выше температуры окружающей среды, тогда как вакуумные могут повышать температуру на несколько десятков градусов по Цельсию независимо от времени года.

Вакуумные коллекторы эффективны в пасмурное время и зимой, так как их КПД в этот период выше, чем у других видов. С другой стороны, их срок службы меньше стандартного для всех коллекторов — при активном использовании вакуумные коллекторы навряд ли смогут прослужить дольше 15 лет. Интересно, что чем толще и длиннее у них трубки, тем больше тепла они смогут выделить, и наоборот. Нормальной считается длина 1-2 м и диаметр 5,8 см.

Малые трубки вакуумных коллекторов могут быть разными. Раньше часто применялись обычные медные, но сейчас наиболее популярны и эффективны U-образные. С одной стороны подаётся холодная жидкость, которая после прохождения через трубку становится теплее.

обогрев бассейна солнечные коллекторы

Стоит учесть, что в этой сфере, как и в любой другой, очень важна помощь квалифицированных специалистов. Но так как их наём стоит дорого, гораздо выгоднее собрать солнечный коллектор для отопления своими руками. Обычно в комплекте с техникой прилагается подробная инструкция по сборке, благодаря которой не останется ни одного непонятного момента в этом процессе. Если внимательно следовать указанному порядку действий, то вы поймёте, насколько легко самому собрать коллектор. Впоследствии вы будете приобретать опыт, и следующие элементы дадутся легче. Поэтому во многих случаях есть смысл в конце работы заново собрать первый элемент, применив полученные навыки.

Итак, мы смогли увидеть, что солнечные коллекторы могут стать огромной помощью в хозяйстве, экономя много электроэнергии и других ресурсов, используемых для отопления. Также их можно использовать не только для традиционного отопления дома, но и в других случаях. К примеру, на обогрев бассейна солнечные коллекторы могут тратить только часть основной энергии, но это будет огромной помощью, особенно в прохладное время года. Пробуйте, экспериментируйте, и у вас всё получится!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.