Меню

Солнечный обогрев в автономном доме

Солнечный обогрев в автономном доме

Дата публикации: 17 октября 2015

  • Вдали от цивилизации
  • Где накапливать тепло?
  • Чем нагревать?
  • Простой трекер для солнечного коллектора

Вдали от цивилизации

Речь пойдёт вот о чём. К примеру, семьянин средних лет собрался обзавестись садом-огородом. Однако все доступные ему участки находятся далеко за пределами территорий с инженерными сетями. Там, на полученном участке, ему предстоит построить домик. Только вот с его отоплением возникнут проблемы: запас топлива, конечно, будет, но, приехав туда ранней весной, пока растопишь печку да прогреешь свой кров после холодных ночей – пора собираться обратно.

Солнечный обогрев в автономном доме

Хорошо бы поставить солнечный нагреватель, да вот беда: для работы системы циркуляции теплоносителя требуется электричество, а ближайшая линия – за тридевять земель. Да и не оставишь всю эту систему без присмотра, а тем более, если ещё установлено сложное устройство для наведения на солнышко самого коллектора, чтобы он подольше да получше грел. Да неплохо бы соорудить какой-нибудь запасник тепла на случай затянувшейся пасмурной погоды. Ну а если к тому же прикупить недорогую солнечную панельку на две-три лампочки, совсем красота!

Поразмыслив, глава семейства решил сделать всё возможное сам. Руки не крюки и голова соображает. Понадобится помощь что-либо выточить или сварить – есть к кому обратиться.

А вот как и из чего – это вопрос! Об этом и потолкуем.

Где накапливать тепло?

Начнем же с запасника тепла – иначе, с теплового аккумулятора. Сразу на ум приходит бак с водой. И далее – трубы, батареи. Их надо защитить от коррозии и утеплить так, чтобы не разморозило в холода при отсутствии подогрева. И опять же: воду надо качать насосом. Нет, надо что-то попроще. И без ВОДЫ!

А что, если сам фундамент домика выполнить в виде защищенного от грунтовых вод бункера, утеплить изнутри стенки, проложить на дне нехитрую конструкцию, например, из гнутого уголка (как на рис.1) и заполнить почти доверху промытым крупным гравием, мелким булыжником, боем кирпича и т. п.?

Теплоаккумулятор

Сверху настелить полы – они при нагретом заполнителе будут очень теплыми и поддержат тепло в домике. Впрочем, если домик уже построен, то такой теплоаккумулятор можно соорудить на участке, над ним расположить теплицу, от него провести теплоизолированный трубопровод под полы в домике, в сауну, сушилку и к простейшему бойлеру. (Ничего не забыто?).

В этом случае можно использовать и другой вариант конструкции теплоаккумулятора: за глухой стенкой помещения построить примыкающий к ней узкий отсек с наружной кладкой из пустотных блоков (кирпича), заполнить его материалом-теплонакопителем и сделать соответствующее перекрытие. (При этом позаботиться и об усилении стенок: пилястры, жесткие взаимные связи и т. п.). Если полы жилища недостаточно теплопроводны, можно за плинтусами у наружных стен оставить зазоры в 3 – 5 мм.

Сразу встаёт вопрос: а каковы должны быть размеры теплоаккумулятора? Ну, это определяется, исходя из конкретных условий на участке – с учетом особенностей построек и общей планировки. Здесь самое важное – знать необходимую массу теплоаккумулирующего материала с учетом его удельной теплоёмкости, максимально возможной температуры нагрева выбранным солнечным коллектором, допустимого уровня снижения температуры, теплопотерь. А в первую очередь – требуемого расхода тепла на все главные нужды при продолжительной пасмурной погоде. А уж от массы материала с учетом его насыпной плотности перейти к объёму и определить подходящие габариты теплоаккумулятора. Ничего себе задача?!

Можно, конечно, привлечь специалистов из проектного института, они сделают все расчёты и выдадут готовый проект. Но это обойдется в довольно круглую копеечку. А где гарантия в надёжности результатов расчётов и оптимальности выбранных параметров. (Из практики работы многих проектировщиков мы знаем о таких «перестраховках», что мало не покажется!). Так что уж лучше поразмыслить самим.

Если исходить из опыта проживания в типичном садовом домике со стенами из блоков или кирпича, с утепленным чердаком и умеренным остеклением, в весенне-осеннее время (зимой-то там почти делать нечего и достаточно поддерживать небольшую плюсовую температуру) для комфортного обогрева необходим суточный расход энергии 30…50 кВт۰ч с учетом пользования водонагревателем. Допустим, целую неделю не будет солнца. Стало быть, энергоёмкость теплоаккумулятора при потерях тепла до 15% должна быть около 400 кВт۰ч, а это почти полтора миллиона килоджоулей. Допустим, что в качестве теплоаккумулирующего материала выбран гравий. Его усредненную теплоёмкость примем равной 0,84 кДж/кг۰град. Следовательно, при ориентировочной разности температур в теплоаккумуляторе от его предельного нагрева до допускаемого остывания (когда ещё возможен отбор тепла) в 150 градусов нам потребуется 1500000/(0,84۰150) кг. При насыпной плотности гравия 1500 кг/куб.м объём составит всего-то 8 кубометров.

Стало быть, если вы живете в средней полосе России, то, пристроив к стене садового домика накопитель тепла метровой ширины, вы уже можете даже зимой погреться там, а то и вырастить в небольшой тепличке собственную зелень!

Чем нагревать?

А теперь поговорим о том, чем нагревать. Все известные до вчерашнего дня солнечные нагреватели заведомо не годятся в нашем не электрифицированном хозяйстве: нагретый теплоноситель надо подавать в расположенный внизу аккумулятор принудительно, а для этого нужна энергия. Вот тут то и обратимся к свежему изобретению под названием «Солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель» (патент РФ № 2535193, 2014 г.). Этот коллектор не нуждается в каких-либо нагнетателях: он сам обеспечивает циркуляцию теплоносителя за счет солнечной энергии и без всяких преобразователей её в электрический ток. Да, основные варианты конструкции коллектора, предлагаемые в упомянутом патенте, слишком сложны для изготовления в домашних условиях, однако в описании изобретения упоминаются и упрощенные конструкции, которые можно осилить вне заводских территорий. На них и остановимся.

Сразу оговоримся, что упрощенные конструкции коллектора-нагнетателя рассчитаны только на газообразный теплоноситель, но ведь нам это и надо: мы же, отказавшись от воды, используем воздух.
Принцип работы нашего коллектора такой. В герметически замкнутой полости с проточным каналом воздух нагревается солнечными лучами до расчетной температуры – порядка двухсот градусов. При этом проточный канал с одной стороны имеет обратный клапан, а с другой стороны тоже клапан, но только типа предохранительного с круто падающим усилием возврата, например, с использованием постоянного магнита. Для его срабатывания требуется определенное давление, при котором он резко открывается и остаётся открытым под действием воздушного потока. Но этот поток при прохождении (с большой скоростью!) в отходящей трубе при сброшенном избыточном давлении в коллекторе прекращается не сразу: он успевает за счёт собственной инерции затянуть через обратный клапан холодный воздух – даже с некоторым «наддувом». При этом оба клапана один за другим (обратный – последним) закрываются и процесс повторяется.

Устройство такого нехитрого коллектора показано на рис. 2. (Следует подчеркнуть, что длина соединённых с коллектором труб должна быть не менее общей протяженности нагревающего канала и, желательно, без резких поворотов).

Солнечный коллектор

Каковы же размеры коллектора? Судя по тому, что он в лучшем случае будет облучаться солнцем не более 6 – 7 часов в день, площадь абсорбера должна быть не менее 8 кв. м. Многовато! Для поворотной конструкции тяжело и громоздко. Да и расчётную температуру получить не удастся. А что будет в непогоду?

Эврика! Давайте сразу убьём трёх(!) зайцев. Для этого сократим площадь до 5 кв. м. Но над коллектором поставим легкий козырек с отражающей нижней поверхностью, как показано на рис. 3. Тут нам и облегченная и компактная конструкция, и усиленный нагрев, и защита от непогоды!

Простейший трекер

Да, не забыть о ветровых нагрузках! Снег то не удержится на козырьке с таким же крутым наклоном, как и у самого коллектора – 30…35 град. от вертикали. А вот парусность большая. Конечно, нет никакой необходимости слишком высоко поднимать коллектор, лучше выбрать для него не затеняемое место и оставить всего лишь проход под ним. При необходимости, усилить опору и обязательно оставить зазор (в пол-аршина) между ближайшими кромками коллектора и козырька.

Итак, горячий воздух подаётся в теплоаккумулятор, проходит через его нагреваемую засыпку сверху вниз (его утечки во внешнее пространство надо исключить) и далее – с пониженной температурой – в обогреваемые помещения, где в самых холодных углах над полом расположены воздухозаборные каналы (трубы с регулирующими заслонками), соединенные со входом в коллектор.

При работающем коллекторе циркуляция будет обеспечена. А при неработающем? Тут требуется дополнительное и тоже нехитрое устройство. В засыпке теплоаккумулятора укладываются трубы, сваренные в форме змеевика. Одной стороной такой теплообменник подключается – через свой обратный клапан – к воздухозаборному каналу в помещении, а другой – через магнитный клапан (он, конечно же, послабее, чем у коллектора) соединен с подполом. (Кстати, о таком теплообменнике упоминается в том же изобретении). Вот и всё!

Простой трекер для солнечного коллектора

А как же насчёт самоориентации коллектора на солнце? И здесь всё просто. Посмотрим на рис. 3. Коллектор своим центральным патрубком посажен на опору с возможностью свободного вращения. Внизу патрубка имеется кривошип регулируемой длины с поворотным патрубком для соединения с рычагом из стальной полосы, (чтобы при повороте коллектора он мог упруго прогибаться в направлении опоры), а поворотный патрубок на конце кривошипа позволит соединённому с ним (штырём) рычагу перемещаться в другой вертикальной плоскости в пределах его угла поворота – около 5 градусов.

Поворот рычага, закрепленного на оси, проходящей сквозь опору, происходит под действием разности продольной силы у вертикально расположенных теплочувствительных полос длиной по 2 м, одна сторона которых, обращенная к другой полосе, зачернена, а другая сторона закрыта от солнечных лучей, например, доступным сегодня пленочным теплоизолирующим покрытием (Теплометт «400», «Броня» и т. п. Его можно использовать и для теплоизоляции труб, тыльной поверхности коллектора). Дисбаланс этих сил при солнечном нагреве одной из полос обеспечивает поворот рычага, достаточный для перемещения кривошипа в пределах необходимого поворота коллектора от исходного направления на юг (в нашем северном полушарии) на 45…50 град. к востоку либо западу. А больше и не надо: весеннее и осеннее солнышко греет (да и светит!) только в этом интервале.

Читайте также:  Сколько надо времени чтобы подзарядить автомобильный аккумулятор

Для настройки системы ориентации коллектора – а тут особой точности и не требуется – длину кривошипа можно регулировать, меняя таким образом передаточное отношение в сопряженной паре рычаг – коллектор.

Вот так. Выполнив все дела и убедившись в исправной работе всего комплекса, можно навсегда забыть и о дровах, и о теплоснабжающих организациях.

А если хозяин участка, выйдя на заслуженный, решит переехать в свой садовый домик на ПМЖ, к тому времени, будем надеяться, наша промышленность освоит выпуск нового, впрочем, уже разработанного преобразователя, который позволит от того же теплоаккумулятора получать столько электроэнергии, что хватит на все бытовые нужды. Включая и пользование электроинструментом. Так что «новоиспеченному» пенсионеру не придётся сидеть без дела!.

Н. Ясаков, Новороссийск, e-mail: energetika-veka@yandex.ru

  • Приносим тепло в свой дом с автономным отоплениемПриносим тепло в свой дом с автономным отоплением
  • Домашняя солнечная электростанция, отдающая энергию в сетьДомашняя солнечная электростанция, отдающая энергию в сеть
  • В Европе строят энергоэффективные зданияВ Европе строят энергоэффективные здания
  • Опыт эксплуатации cистемы бесперебойного питания с солнечными батареями в дачных условияхОпыт эксплуатации cистемы бесперебойного питания с солнечными батареями в дачных условиях

Тепловой аккумулятор из гравия неэффективен. Проще сделать из пластиковых бутылок. наполненных водой. У воды теплоемкость в 5 раз больше, чем у гравия и вода ничего не стоит, след воды нужно в пять размнгьше, пластик не даст лопнуть бутылкам в мороз. А гравий стоит денег да и привезти 8 кубов (12 тонн. ) в глухую деревню проблема

Юрий, в вашем комментарии высказана вполне резонная мысль. Предлагаемая замена гравия (а вместо него могут использоваться и другие твёрдые материалы: битый кирпич, булыжник и т.п.) на пластиковые бутылки, выбрасываемые в большом количестве, с водой — вполне приемлемый вариант. Однако в определенных условиях требуется температура в теплоаккумуляторе намного выше 100 град. (см., например, микро-ТЭЦ на ВИЭ, патент РФ №2608448, 2017.). Да и в данном случае ориентир выбран на перепад рабочих температур в 150 град., что почти в 3 раза больше, чем реально достижимый для накопителей с водной средой. А это уже резко уменьшает разницу в общей теплоёмкости аккумуляторов равного объёма с твёрдым и жидким теплоаккумулирующим материалом.

Краткое уточнение: указанная на рис. 1 «подача воздуха от коллектора» означает: от солнечного коллектора, т.е. нагретого воздуха. Его температура определяется заведомо заданным давлением для срабатывания магнитного клапана: чем больше требуемое усилие для срабатывания клапана, тем должна быть выше температура (и давление) воздуха в коллекторе.
Коллектор отбора воздуха с отходящими распределительными каналами обеспечивает равномерный отбор тепла от всей массы теплоаккумулятора.
Естественно, при подключении к нему преобразователя части запасенного тепла в электроэнергию необходимо увеличить размеры и солнечного коллектора, и теплоаккумулятора.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Принцип работы солнечного коллектора, как выбрать гелиосистему для дома

Солнечный коллектор, или гелиосистема, оборудование, предназначенное для использования в качестве альтернативных источников энергии. Такие системы давно используют во многих странах в промышленных масштабах, но в последнее время они стали популярны и в частном секторе для подогрева горячей воды, отопления домов и подогрева бассейнов.

Востребованы ли гелиосистемы

Уже сейчас установлено более 160 млн.м2 этих панелей во всем мире. Лидируют Китай и Япония. Не отстают и некоторые европейские страны, где выработка тепла такими системами составляет около 5% от всей необходимой.

Пройдет не много лет и многие страны откажутся от газа и угля совсем. К примеру, в Украине, где тарифы достаточно высокие, такие системы устанавливают в больших количествах. Единоразовое вложение денег позволит получить энергонезависимость, пусть даже и частичную. И дело не только в экономии, такие установки экологически чисты и не загрязняют окружающую среду.

Преимущества этих систем

Альтернативных источников энергии сейчас много, это и солнечные панели, ветрогенераторы, тепловые насосы и тд. Однако именно солнечные коллекторы набирают все большую популярность, этому есть ряд причин:

  • Стоимость системы самая низкая из всех альтернативных источников, это обусловлено несложной технологией изготовления и монтажа.
  • Несложный монтаж, который можно сделать даже самому, обладая определенными знаниями и навыками.
  • Легкость в эксплуатации, не нужно никаких особых навыков чтобы следить за ними.
  • Низкая стоимость ремонта, все детали системы недорогие. Нет крупных узлов, требующих замены целиком. Ремонт можно выполнить самостоятельно, предварительно немного изучив устройство.
  • Универсальность. Гелиосистему можно использовать для нагрева воды и отопления, без дополнительных циклов преобразования энергии. Подобрать количество панелей можно исходя их конкретной необходимости.

Немного о недостатках

У любой системы есть недостатки и солнечные коллекторы здесь не исключение. Они занимают значительную площадь, одна панель занимает в среднем 2-3 м2. Эффективность их работы зависит от климатической зоны где они используются.

Также они очень климатически зависимые, зимой их КПД минимально, при этом расходы энергии на обогрев максимально. Это делает солнечные коллекторы не очень эффективными для отопления. Как заявляют многие производители, они способны покрыть до 30% расходов на отопление.

Однако, это все относительно. Большее количество панелей и аккумулирующие баки большей емкости увеличат этот %. Но, дополнительное оборудование увеличит и стоимость системы.

Принцип работы солнечного коллектора

Он очень прост. Панели аккумулируют солнечное тепло и передают их теплоносителю. Он циркулирует через змеевик в накопительном резервуаре и отдает тепло воде, которую можно использовать для любых нужд. Весь процесс контролируется контроллером, который запускает насосную группу если теплообменник набрал необходимую температуру.

Как устроен солнечный коллектор в целом. Все система состоит из следующих элементов:

  • сами панели в необходимом количестве согласно расчетов,
  • контроллер управления (включая датчики),
  • насосная группа,
  • накопительная емкость (как правило это бак на 300-3000 литров),
  • монтажные элементы, трубы и фитинги.

Убрать какой либо элемент из этой схемы нельзя, она не будет работать. Исключение только коллекторы с проточными нагревателями. О них немного позже.

Производительность, на что можно рассчитывать

Прежде чем устанавливать такое оборудование стоит учесть такой фактор как окупаемость. Ведь плох тот предприниматель, который не получает прибыль со своих инвестиций. Окупаемость коллектора зависит напрямую от его производительности.

Все компании, которые занимаются изготовлением этих систем, дают примерно одинаковые цифры:

  • Эффективность для нагрева воды (гвс) – 50-90%.
  • Эффективность для отопления дома – до 30%.

Другими словами, эта система может полностью обеспечить дом горячей водой. Отопление дома может покрыть и больше заявленного процента, все зависит от самой системы и количества панелей, а также правильности их установки.

Абсорбер, самая важная часть системы

Часть солнечного коллектора, которая принимает, аккумулирует и передает тепло теплоносителю называется абсорбером. Именно от этого элемента зависит КПД всей системы.

Изготавливают этот элемент из меди, алюминия или стекла, с последующим покрытием. Как раз от покрытия больше зависит эффективность работы абсорбера, чем от материала, из которого он изготовлен. Ниже, на фото, вы можете посмотреть какие покрытия бывают и как эффективно они могут поглощать тепло.

В описании системы указано максимально возможное поглощение солнечной энергии попадающей на абсорбер. «α» – это максимально возможный процент поглощения. «ε» – это процент отражающегося тепла.

По типу строения

Абсорберы отличаются и по типу устройства, сейчас их всего два вида:

Перьевые – устроены следующим образом. Пластины соединяют между собой трубки с теплоносителем. Сами трубки могут быть соединены между собой в одну систему несколькими способами. Это простой тип абсорбера, который можно сделать своими руками.

Цилиндрические – в этом случае покрытие наносится на стеклянную поверхность колбы и применяется в вакуумных коллекторах. Благодаря этому устройству тепла концентрируется больше как раз в центре трубки где расположен тепло съемник, или стержень. Работает эта система с более высоким КПД, нежели перьевая.

Какие типы солнечных коллекторов существуют

Такие системы бывают двух видов: плоские и вакуумные. Но, по своей сути, их принцип работы схож. Они используют солнечное тепло для нагрева воды. Отличаются только устройством. Давайте рассмотрим принципы работы этих видов гелиосистем подробнее.

Плоские

Это самый простой и самый дешевый вид коллектора. Работает он следующим образом: В металлическом корпусе, который изнутри обработан высокоэффективным перьевым абсорбером для поглощения тепла, расположены медные трубки. По ним циркулирует теплоноситель (вода или антифриз), который поглощает тепло. Далее, этот теплоноситель проходит через теплообменник в накопительном баке, где передаю тепло уже непосредственно той воде, которую мы можем использовать, например для отопления дома.

Верхняя часть системы закрыты высокопрочным стеклом. Все остальные стороны корпуса утеплены изоляцией для уменьшения теплопотерь.

Низкая стоимость панелей

Низкой КПД, примерно на 20% ниже вакуумных

Большой количество теплопотерь через корпус

Из за своей простоты в изготовлении такими системы часто делают даже своими руками. Приобрести необходимые материалы можно строительных магазинах.

Вакуумные

Эти системы работают немного по другому, это обусловлено их конструкцией. Панель состоит из двойных трубок. Наружная трубка играет защитную роль. Они изготовлена из высокопрочного стекла. Внутренняя труба имеет меньший диаметр и покрыта абсорбером, который аккумулирует солнечное тепло.

Далее это тепло передается тепло съемниками или стержням, изготовленным из меди (они бывают нескольких видов и имеют разный КПД, рассмотрим их чуть позже). Тепло съемники передают тепло с помощью теплоносителя, в аккумулирующий бак.

Между трубками вакуум, что сводит к нулю тепло потери и повышает эффективность системы.

Более высокая цена относительно плоских

Минимум тепло потерь

Невозможность ремонта самих трубок

Легкость в ремонте, трубки можно менять по одной единице

Большой выбор видов

Виды тепло съемных элементов (абсорберов), из всего 5

  • Перьевой абсорбер с прямоточным тепловым каналом.
  • Перьевой абсорбер с тепловой трубкой “heat pipe”.
  • U-образный прямоточный вакуумный коллектор с коаксиальной колбой и отражателем.
  • Система с коаксиальной колбой и тепловой трубкой “heat pipe”.
  • Пятая система это плоские коллекторы.

Давайте рассмотрим эффективность работы разных абсорберов, а также сравним их с плоскими коллекторами. Расчеты даны на 1 м2 панели.

Читайте также:  Батарея аккумулятор AS07B31 AS07B41 AS07B42 AS07B51 для Acer Aspire 5520 5720 7520 4400mAh

В этой формуле используются следующие значения:

  • η- коэффициент полезного действия коллектора, который мы рассчитываем;
  • η₀- оптический коэффициент полезного действия;
  • k₁ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К);
  • k₂ -коэффициент тепловых потерь Вт/(м²·К²);
  • ∆Т- разница температур между коллектором и воздухом К;
  • Е – суммарная интенсивность солнечного излучения.

По этой формуле, используя данные, приведенные выше, вы можете сами провести расчеты.

Если не вникать в переменные, говоря проще, КПД зависит от количества тепла, которое поглощают медные теплосъемники и количества потерь системой.

Но, это только теоретические расчеты “на стенде”. Конечный результат зависит от многих факторов: климатической зоны, правильного выбора места для установки и тд.

Системы с проточными нагревателями или термосифонные

По своему строению они могут быть как плоские так и вакуумные. Используют такие же принципы работы. Однако они имеют одно значительное отличие в техническом устройстве.

Эта система может работать без дополнительного резервного аккумулирующего бака и насосной группы.

Принцип работы следующий. Нагретый теплоноситель аккумулируется в базовом баке, который расположен в верхней части системы, как правило на 300 литров. Через него проходит змеевик, по которому циркулирует вода от давления самой водопроводной системы дома. Она прогревается и поступает потребителю.

Низкая стоимость за счет отсутствия части оборудования.

Низкий КПД системы в зимний сезон и ночное время

Простота монтажа, требуется минимум усилий, так как система укомплектована всем необходимым

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

  • Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
  • Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
  • Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет. Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).

Как установить солнечный коллектор

Установить эту систему можно и самостоятельно. Для этого необходимо понимать главный принцип установки – максимум солнечного света.

  1. Выбираем место. Оно должно быть с солнечной стороны. Для этого достаточно понаблюдать несколько дней какой место на участке солнце освещает максимально долго (нужно избегать попадания тени от деревьев или построек). Выбрать начальную точку и конечную, солнечный коллектор направить по центру этих точек. Так мы получим максимальный охват теплового излучения.
  2. Угол наклона. Это важный этап установки, от которого зависит ее эффективность. Как правило такие данные дает производитель систем, но, в среднем это 45 градусов. Нельзя устанавливать под большим или меньшим углом, так как тогда снизится поглощающая площадь.
  3. Подключаем остальное оборудование. Это насосная группа с контроллером, накопительный бак и соединительные трубки. Это все подключается согласно инструкции. Ничего сложно здесь нет, так как принцип устройства достаточно простой.

Подробное видео установки

Основные мифы о гелиосистемах, что правда и что нет

Миф первый — эти системы очень дорогие.
Это не совсем так, в связи с их востребованностью во многих странах появляются производители бюджетных систем, что снижает их стоимость.

Миф второй — солнечные коллекторы окупятся лет через 60.
Это неправда, такие цифры в расчетах действительно присутствуют, однако эти вычисление не учитывают таких моментов как инфляция и повышение цен на коммунальные услуги. Только в нашей стране, где огромные запасы природных энергоносителей, за последние 20 лет цена на горячую воду выросла в 40 раз.

На данный момент еще нет реальных практических данный использования их в частном секторе. Но, на некоторых форумах можно найти обсуждения, где есть конкретные цифры за последние годы. Исходя из них можно утверждать что система окупится за 8-10 лет, что, при заявленном сроке эксплуатации производителями в 25 лет, вполне неплохо.

Миф третий — гелиосистемы, использующие ультрафиолетовое излучение работают эффективнее.
Это не правда, скорее всего это маркетинговый ход производителей или самих продавцов. Этот миф вам развеет школьник 8 класса, а все банально просто, в солнечных лучах только два излучения: ультрафиолетовое — которое передает свет, и инфракрасное — которое передает тепло. То есть, по сути, все без исключения гелиосистемы работают на инфракрасном излучении.

Немного из использование систем на практике

Решил добавить этот раздел так как появились данные реального использования. Мой хороший знакомый установил ее 3 года назад (Украина, Киевская область).

Используется гелиосистема для отопления дома 100 кв м и горячей воды на 6 человек. Расходы на газ составляли для отопления и горячей воды 33 400 грн в год. Было принято решение приобрести солнечный коллектор.

В комплекте собраны 6 плоских коллекторов и накопительный бак на 1000 литров. Результат:

  • — 100% в течение 6 «теплых» месяцев по нагрузке на ГВС (температура 55 градусов),
  • — 50% в течение 6 «холодных» месяцев по нагрузке на ГВС,
  • — 25% в течение 6 «холодных» месяцев по нагрузке на отопление в поддерживающем режиме.

Итоговая сумма экономии за год составила 11 300 грн (в пересчете на рубли сумму нужно умножить на 2.2).

Вся система стояла 94000 грн. При такой стоимости газа она окупится за 8.4 года. Производители дают гарантию 15 лет, так что 7 лет минимум будет идти чистая прибыль.

Эффективность системы можно было значительно увеличить, купив вакуумные модели. Также, низкотемпературные системы отопления, такие как теплые полы, которые работают на температуре 30-40 градусов, будут более производительные.

Источник

Делаем солнечный коллектор для душа своими руками

Солнечный коллектор для летнего душа своими руками создать на даче, в загородных домах, в подобных условиях сможет каждый — есть много способов и все они не слишком сложные, используются подручные, доступные материалы. Главное для самоделки — соорудить систему, эффективно аккумулирующую солнечную энергию, адсорбер, и магистраль с минимальными теплопотерями. Опишем самые распространенные методы самостоятельной сборки летней душевой, на основании которых пользователь сможет сооружать также и свои модификации.

Общее понятие о гелиоколлекторах

Для кустарного солнечного коллектора можно использовать любые трубы, шланги, б/у или ненужные радиаторы с внутренними полостями и даже секции отопительных батарей.

Преимущество самоделки в том, что она чрезвычайно слабо подвержена поломкам, в ней ничего не перегорает, все детали можно набрать даже со свалок.

Что такое гелиоколлектор

Солнечные коллекторы — это секции с системой трубок, секций нагревающихся солнцем, аккумулирующие его тепловую энергию и передающие ее воде. Заводские приборы данного типа могут быть сложными — специальные вакуумные трубки или плоские вакуумные блоки, наполненные особой жидкостью — теплоносителем.

Вверху (наконечники) — медные колбы теплообменники, указанное нагретое вещество поднимается из полости трубок/секций в них, концентрирует там тепло. Эти элементы объединяются частью (строго говоря — коллектором), в которую поступает обрабатываемая вода, она омывает их, происходи передача ей тепла. Сверху секция может накрываться материалом (характерно для плоских моделей), способствующим притяжению и концентрированию солнечных лучей или же трубки могут оставаться не накрытыми (достаточно свойств их материала).

Не только летний душ обеспечит солнечный коллектор, для душа повседневного, хорошо теплого он тоже подойдет.

Заводская продукция, конечно же, сложнее, но в основе всех таких систем аналогичный принцип: циркуляция воды по солнечному абсорберу или его теплообменнику.

Есть более простые конструкции: вода движется в системе трубок (змеевике) в секции, накрытой притягивающем солнечные лучи материалом. Внутри обычно устанавливают черный материал, часто используют зеркальное покрытие (фольгу) — лучи будут отражаться и еще раз нагревать внутреннее пространство. Такой блок имеет определенную степень герметичности — кроме того, что нагреваются трубки, в самой среде там концентрируется тепло (как в духовке).

В самом элементарном виде солнечный коллектор — это горизонтальная плоская спираль из черного резинового шланга, накрытая притягивающем солнце темным прозрачным матовым полотном. Часто добавляют небольшой насос и фильтр. Модификаций может быть много: система ПВХ трубок, небольших пластиковых/резиновых секций — но принцип аналогичный.

Надо отличать 2 системы: душ с солнечным коллектором и на солнечных батареях. Это разное оборудование нагрева. Солнечная панель предназначена для сбора тепла, которое передается специальным узлам (инверторам, генераторам), преобразующим его в электричество, аккумулирующееся АКБ и использующееся затем на разные потребности, включая нагрев воды ТЭНами. Гелиоколлекторы же изначально предназначены для отопления, это самодостаточные модули, напрямую подготавливающие жидкость, которая протекает по их змеевикам, по секциям с теплообменниками, их невозможно применить по иному назначению.

Принцип работы самодельного солнечного коллектора с душем

Циркуляция основывается на естественной конвекции: более теплое вещество внутри змеевика коллектора расширяясь, приобретая меньшую плотность, поднимается, через выходной патрубок поступает в верхнюю часть цистерны-аккумулятора. Более холодный слой у днища вытесняется, перемещается по другой трубе в нижний сегмент змеевика, нагревается, снова поднимается.

Пока солнце светит, жидкость постоянно движется по описанному контуру, причем с каждым циклом внутрь змеевика она попадает уже не совсем холодная, таким образом, все более нагреваясь. Бак приподнят над солнечным абсорбером, поэтому циркуляции при ночном охлаждении теплоносителя не опрокидывается — холодный слой просто скапливается на нижней точке схемы (дно коллектора), а теплая — остается в бочке.

В среднем коллекторы выдают +50…+60° C, особо удачные конструкции — +70, качественные изделия из металла в южных районах (ниже рассмотрен медный абсорбер) могут обеспечить температуру кипения.

Как располагаются трубы, необходимость насоса

  • горячая труба от коллектора — присоединяется на верхнюю часть цистерны, холодный сброс в него — внизу;
  • питающая труба на случай, если бочка будет наполняться помпой, дворовым или домашним краном — с противоположной стороны вверху;
  • внутри бака для подачи на душевую лейку устанавливают вертикальный отрезок трубы верхний конец оканчивается вначале верхней трети бака, чтобы забирать поступающую горячую воду, которая на верхних слоях. Можно его заменить более эффективным гибким шлангом с поплавком. Приспособить его так, чтобы конец всегда был погруженным, но сам шланг находился около поверхности — так при снижении уровня жидкости он всегда будет ее отбирать.
Читайте также:  Новый высококачественный аккумулятор Ixion E140 1500 мАч для Dexp STRIKE полный

В систему можно добавить небольшой маломощный насос, он обязательный, если элементы расположены так, что не обеспечивают естественную циркуляцию. Если есть помпа, то бочку и коллектор по отношению друг к другу можно ставить на любой высоте.

Классическая схема душа с бочкой и гелиоколлектором с пластиковым змеевиком

Все методы рассматриваемых самоделок несложные: обобщенно, это утепленный корпус с трубками (металл, пластик), бочка на верху кабинки под прямыми солнечными лучами и магистраль циркуляции. Все остальные способы — модификации описанной конструкции. Под ультрафиолетом пластик утрачивает прочность, трескается, поэтому металлический бак тоже хорошо подойдет. Впрочем, можно использовать любой материал, даже деревянную бочку, если она не будет рассыхаться.

Не обязательно также делать сложную конструкцию выхода воды, предусматривать возможность смешивания ее с холодной жидкостью. Можно обойтись и простым гибким перекрывающимся шлангом с душевой насадкой. Если бочка будет наполняться бытовым насосом, вручную ведрами из колодца, то также отпадает необходимость сооружать магистраль до питающего крана (наш пример с ним).

  1. Каркас для кабинки: металлические профили, полосы (подойдут даже со свалки), трубы ПВХ, дерево, любой материал, из которого можно соорудить устойчивую конструкцию Можно обойтись без каркаса, если есть где закрепить бочку, но место должно быть открытым со всех сторон, подойдут, например, незатеняемые крыши пристроек, иных сооружений. В роли стенок можно применить драпировку тканью, непрозрачный полиэтилен.
  2. Бочка. Объем и материал выбирает пользователь по своему усмотрению, наш случай — 120 л, пластик.
  3. Подвод воды, обвязка: садовый шланг, пластиковые трубы (25 мм) с фитингами, быстросъемные соединения.
  4. Дренаж: траншея и яма.

Для кабинки использовались железные рамы от старых пружинных кроватей. Применялась сварка. На каркасе сделаны перемычки и сверху посадочное место под бочку.

Дренаж — яма на отдалении от душа с канавками, постепенно углубляющимися в сторону от него. Углубления заполнены крупной щебенкой, гравием строительным мусором.

Далее, сделаны ручным буром скважины под ножки каркаса, который установили в них и забетонировали (по ведру на каждую опору).

Порядок сооружения летнего душа с иллюстрациями

Подготовка элементов: бочка, трубы, душевая лейка, шланг, поплавковый клапан для подачи воды.

Подача будет осуществляться по выделенному каналу гибким шлангом (10 м ¾ дюйма). Также приобретено 5 м трубки потоньше ½ дюйма для раздела потоков — на кран душа и на заполнение.

Для начала необходимо сделать настил, чтобы не наступать на грязь во время принятия душа. Этот элемент обработан антисептической пропиткой, покрашен яхтным лаком.

Размечаем бочку, чтобы правильно поставить магистраль подачи/наполнения. С восточной стороны, слева от входа в душ — впуск воды (для наполнения от дворового крана). Там наметим место сверления отверстия под обычный поплавковый клапан от бачка унитаза. Сверлим шуруповертом со ступенчатым сверлом.

Источник



Сборка солнечного коллектора для отопления своими руками

Отопление частного дома можно организовать различными способами. Чаще всего это подключение к центральной системе теплоснабжения или установка индивидуальных отопительных приборов, которые нагревают теплоноситель путем сжигания газа, жидкого или твердого топлива. Реже владельцы небольших коттеджей для обогрева используют электрические котлы и различные типы тепловентиляторов, направляя воздушный поток в жилое помещение.

Сегодня существуют альтернативные методы отопления, например, устройства, которые превращают солнечное излучение в тепловую энергию. Солнечные коллекторы для отопления дома достаточно эффективны, полностью экологичны и не требуют особого ухода.

Почему использовать солнечное отопление выгодно

Система отопления от солнечных коллекторов имеет несколько очень значимых достоинств:

  • солнечное тепло бесплатно и им можно пользоваться во всех уголках планеты, несмотря на климатические условия;
  • использование энергии солнца предполагает затраты исключительно на приобретение установки, все остальное время солнечный коллектор работает полностью автономно;
  • конструкция системы автономного отопления с солнечным коллектором достаточно проста, поэтому ее можно даже сделать своими руками.

Важно понимать, что самодельный коллектор и аккумулятор тепловой энергии будет иметь достаточно низкий КПД по сравнению с промышленными образцами, но все равно позволит значительно сэкономить средства на горячем водоснабжении дома.

Самый простой расчет показывает, что коллектора площадью 3 м2 достаточно не только для создания источника горячей воды в небольшом частном доме, но и для его отопления в период межсезонья. Это ощутимо снижает затраты на использование энергоресурсов, а следовательно, и ваш семейный бюджет.

Устройство гелиоустановки

Солнечные коллекторы для отопления и создания горячего водоснабжения дома состоят из следующих компонентов:

  • устройство для нагрева воды или другого теплоносителя;
  • аккумулятор тепловой энергии;
  • контур для перемещения тепловой энергии теплоносителем.

Солнечный коллектор для обустройства отопления представляет собой систему трубок с теплоносителем, в качестве которого выступает воздух, вода, пропилен-гликоль или любая другая незамерзающая жидкость. В качестве аккумулятора тепловой энергии выступает емкость со змеевиком, по которому циркулирует поступивший из коллектора теплоноситель. Тепловой контур служит для объединения устройства нагрева воды, воздуха или антифриза с аккумулятором тепла.

Принцип работы

Солнечная энергия попадает в коллектор, где нагревает теплоноситель, который циркулирует в гелиоустановке. После нагрева он попадает в аккумулятор тепла, где происходит теплообмен между змеевиком и водой. Нагретая вода из аккумулятора поступает в систему отопления или горячего водоснабжения дома.

Циркуляция воды в гелиосистеме происходит самотеком или при помощи циркуляционного насоса (в зависимости от назначения системы и способа установки бака-аккумулятора по отношению к коллектору).

Естественное движение воды или воздуха по контуру обусловлено принципом конвекции, когда после нагрева жидкость стремится вверх от коллектора к аккумулятору тепла.

Если брать в расчет, что гелиосистема будет использоваться только для горячего водоснабжения, то кроме солнечного коллектора и аккумулятора тепла больше ничего не нужно. Если систему планируется использовать для отопления дома, то для прокачки теплоносителя через радиаторы может потребоваться насос.

Типы поглотителей тепла

Современная промышленность освоила производство нескольких типов нагревательных теплообменников для солнечных отопительных систем:

  • воздушный;
  • плоский;
  • вакуумный.

Все они работают по одному принципу, но имеют некоторые конструктивные особенности и разницу в КПД. Для правильного выбора того или иного типа гелиоустановки необходимо знание их особенностей и грамотный расчет. Рассмотрим каждый тип солнечного коллектора более подробно.

Плоский нагревательный теплообменник

Такой тип солнечного коллектора для отопления состоит из плоского, теплоизолированного с трех сторон короба, заполненного адсорбирующим тепло веществом. Внутри этого вещества находится теплообменник из тонкостенных металлических труб, по которому циркулирует вода или пропилен-гликоль.

Конструкция плоского поглотителя солнечной энергии и расчет необходимых его параметров достаточно просты, поэтому именно этот вид «нагревателя», используют для изготовления отопительной гелиосистемы своими руками.

Вакуумный теплообменник

Вакуумный поглотитель тепла состоит из стеклянных труб, внутри которых находятся трубки меньшего диаметра с адсорбентом, аккумулирующим солнечное тепло. Внутри трубок с адсорбентом проложены металлические трубочки, по которым движется теплоноситель.

Между стеклянной трубкой большого диаметра и трубкой с аккумулирующим тепло веществом создан вакуум, который препятствует утечке тепла из адсорбента в атмосферу.

КПД такой установки самый высокий среди всех типов солнечных коллекторов. Исходя из мощности устройства производят расчет его необходимой площади для нагрева теплоносителя.

Воздушный коллектор для обогрева дома

В таком устройстве в качестве теплоносителя используется воздух, циркуляция которого осуществляется как естественным способом, так и при помощи вентилятора. Как правило, воздушный коллектор используют исключительно для обогрева в период межсезонья небольших дачных построек, так как такая конструкция имеет достаточно низкий КПД. Кроме того, для нагрева воды и создания горячего водоснабжения дома эта установка не подходит, поэтому используется нашими соотечественниками крайне редко.

Несмотря на низкую эффективность воздушный поглотитель имеет два достоинства: простую конструкцию и отсутствие теплоносителя (воды), а вместе с ней и коррозии, течей, проблем с замерзанием и пр.

Создание солнечного коллектора своими руками

Для создания плоского поглотителя солнечного тепла потребуется достаточно сложный расчет необходимой площади теплообменника, объема емкости и длины контура. Самостоятельный расчет требует соответствующих знаний, опыта и исходных данных. Для упрощения задачи вам будет представлено три основных типоразмера гелиосистемы:

  • объем аккумуляторного бака в 100-150 л длина трубы теплообменника 7 м, площадь коллектора 2 м2;
  • объем аккумуляторного бака в 150-300 л длина трубы теплообменника 9 м, площадь коллектора 3 м2;
  • объем аккумуляторного бака в 200-400 л длина трубы теплообменника 12 м, площадь коллектора 4 м2.

Инструкция по самостоятельной сборке.

Короб

Сделать его можно из фанерного или пластикового листа и деревянных реек, закрепленных по его периметру в качестве бортов.

Теплообменник

Для его изготовления необходимо сварить решетку или согнуть из металлических труб, которые и будут использоваться для нагрева теплоносителя. Готовое изделие закрепить скобами на второй лист пластика или фанеры и окрасить черной матовой краской.

Приклеить утеплитель по всей площади короба.

Сборка

Установить теплообменник в подготовленный короб. Сверху поглотителя установить стекло, предварительно промазав места его соприкосновения с коробом герметиком на основе силикона. Самодельный поглотитель солнечного тепла готов.

Изготовление аккумулятора тепла

Из медной трубы следует сделать змеевик, после чего поместить его в подготовленную емкость, предварительно проделав отверстия для входа и выхода теплоносителя. Вывести через уплотнения из аккумулятора концы теплообменника.

Утепление

Необходимо тщательно утеплить бак-аккумулятор минеральной ватой.

Для сохранности утеплительного слоя закрыть его листом оцинкованного металла, создав своеобразный «чехол».

Монтаж

Следует изготовить опорную конструкцию под аккумулятор тепла и установить рядом с ним готовый солнечный коллектор. После чего все устройства соединить тепловым контуром.

Запуск системы

Для нагрева воды и подачи ее в здание следует заполнить систему антифризом, а аккумулятор тепла водой. Через 20-30 минут вода в баке начнет нагреваться, после чего ее можно использовать для отопления помещения или других нужд.

Источник