с 9:00 до 18:00

Будние дни

Челябинск

Свердловский пр. 7

8 (351) 214 77 99

k-dom74@mail.ru

Сравнить проекты

Солнечный коллектор – прогрессивный вид отопления частного дома

Солнечный коллектор – прогрессивный вид отопления частного дома

Солнечный коллектор – прогрессивный вид отопления частного дома

Использовать солнечную энергию в горячем водоснабжении и отоплении частного дома в настоящее время стало возможным благодаря развивающейся системе солнечных коллекторов. Их конструкции совершенствуются, и в некоторых случаях их использование позволяет даже полностью заменить традиционные системы. В будущем роль таких источников тепла несомненно будет возрастать.

1. Принцип работы солнечного коллектора

Основными источниками тепла для отопления частного дома служат газ, жидкое и твердое топливо, а также электричество. Однако сегодня все большую популярность приобретают так называемые возобновляемые источники, среди которых можно выделить использование тепловой энергии солнца.

Конечно, использовать энергию Солнца непосредственно для отопления или нагрева воды в хозяйстве очень заманчиво, только как это сделать, если дом заключен в теплоизолирующую оболочку?

Энергия световых лучей, собственно, не зависит от климатического сезона. Удельный нагрев небольшого объема одинаков, что зимой, что летом. Представим себе, что солнце нагревает небольшую стеклянную колбу. Летом при палящем солнце она быстро нагреется. Но зимой этого вроде бы не происходит. Дело в том, что нагретый объем воды быстро отдает свое тепло в окружающее холодное пространство. Летом температура воздуха выше, и отвод тепла от нагретого солнцем замкнутого объема невелик. Многие замечали, как нагреваются стоящие на солнце пластиковые бутыли с водой. Вода в них становится горячее, чем даже воздух вокруг! Это происходит из-за того, что разогретые бутыли не успевают отвести свое тепло в окружающее разогретое пространство. В таких случаях говорят, что тепловая энергия Солнца аккумулируется в бутылях. Это действительно так – только ночью они охлаждаются до температуры окружающего воздуха. Все мы знаем, что вечером вода в озере или море кажется особенно теплой – за день она аккумулирует энергию солнца.

Думается этот эффект и подвел изобретателей к созданию коллекторов для отопления. Простейший такой коллектор – это бак над летним садовым душем. Вы можете под вечер помыться практически горячей водой и даже использовать ее для мытья посуды, если проведете водопровод в домик.

Но как использовать этот эффект для качественного отопления и горячего водоснабжения целого дома?

Во-первых, нужно увеличить объем нагреваемого солнцем элемента. В простейшем случае, чем объемнее бак, стоящий над душем, тем больше нагретой воды мы получим. С другой стороны, чем он объемнее, тем дольше будет прогреваться. Если солнце в течение дня не скрыто за тучами  три-четыре часа,  большой бак не успеет прогреться.

Значит целесообразней нагревать не бак, а несколько небольших емкостей, допустим, тех же пластиковых бутылок. Это первый принцип солнечного коллектора – он состоит их нескольких нагреваемых элементов.

Во-вторых, нужно обеспечить максимальный прогрев емкости. Понятно, что металлический бак, да еще и покрашенный в белый цвет будет лучше отражать своей поверхностью лучи, чем окрашенный в темный цвет. Еще лучше нагреваются те же полупрозрачные пластиковые бутыли. В быту самый лучший эффект дадут прозрачнее стеклянные емкости.

Отсюда второй принцип работы солнечного коллектора – стенки емкости должны отражать минимум солнечной энергии.

В третьих, все мы помним из детства опыты с линзой, преломляясь в которой, солнечный луч мог зажечь кусочек дерева или спичку даже в холодную погоду. Именно преломление свет и концентрация солнечной энергии в небольшом объеме позволяет использовать повышенную температуру для каких-то целей, в том числе и для отопления дома.

В результате получаем третий принцип – солнечные лучи по возможности должны преломляться и концентрироваться в замкнутом объеме.

Обобщим принципы использования солнечной энергии в коллекторах:

  1. Увеличение удельного объема теплоносителя, нагреваемого солнцем
  2. Минимальные теплопотери поверхности солнечного коллектора
  3. Использование преломления солнечных лучей в конструкции коллектора

Эти три принципа приводят к схеме водяного солнечного коллектора. В общем виде это система прозрачных труб, нагреваемых на солнце. Вода из них постепенно отводится и заполняется новыми порциями.

В различных видах коллекторов используются эти принципы – по отдельности или в совокупности.

2. Простейший солнечный коллектор

Выше мы сделали описание простейшего коллектора, используемого для подачи горячей воды в дом. Бак с водой можно установить в верхней части дома и провести разводку воды в помещения. Обычно циркуляция воды в такой системе естественная – под действием силы тяжести.

Простейший солнечный коллектор
Простейший солнечный коллектор

Бака с нагреваемой на солнце водой соединяют трубами с батареей коллектора. Чтобы сохранить внутри дома повышенную температуру батареи, она утепляется – по типу термоса. Для увеличения эффективности в систему можно встраивать циркуляционные насосы.

Такой вариант хорош летом, но зимой вода в баке быстро превращается в лед. Ее заменяют на незамерзающую жидкость – антифриз. В этом случае жидкость сначала нагревается снаружи в батарее, а потом попадает в бак, расположенный в доме, где уже через змеевик нагревает находящуюся в баке воду.

Зимний вариант с нагревом антифириза
Зимний вариант с нагревом антифириза

В такую систему обязательно встраивают и устройства, отводящие избыточное давление пара и воды.

Нужно сказать, что степень нагрева антифриза под солнцем даже в зимнее время достаточно высока.

3. Трубчатый коллектор

Объем воды в баке может быть равен объему воды, заключенному в длинной трубе. Понятно, что в трубе вода нагреется значительно быстрее, чем в баке, той же емкости. Чтобы придать трубе компактное состояние, ее изгибают, образуя змеевик. В таком положении длинная труба занимает совсем немного места.

Простейшим видом такого коллектора может служить длинный шланг, сложенный в змеевик и смонтированный на крыше дома. Вода в нем нагревается быстро, и даже небольшой ее ток, при умеренном употреблении горячей воды позволяет быть змеевику нагретом достаточно долго. Для аккумуляции нагретой воды, она может отводиться в помещение, где установлен утепленный бак. Собственно, эту схему мы описали при рассмотрении зимнего варианта простейшего коллектора.

Солнечный коллектор из свернутого на крыше шланга
Солнечный коллектор из свернутого на крыше шланга

4. Современные виды коллекторов

Конечно, бак с водой или свернутый шланг на крыше — это примитивные варианты использования солнечной энергии. Сегодня промышленность освоила более эффективные системы.

Солнечные коллекторы выпускаются нескольких разных типов:

  • Плоские коллекторы
  • Вакуумированные трубчатые коллекторы

Рассмотрим подробнее их устройство.

Плоский коллектор выполняется в форме панели. Элементом, где жидкость нагревается под солнечными лучами, является так называемый поглотитель, встроенный в панель. Пластина поглотителя изготовлена из металла – чаще всего меди или алюминия, являющихся отличным теплопроводником. Для обеспечения максимального поглощения солнечной энергии и переработки ее в тепловую поверхность, пластины оснащены специальным покрытием с низким коэффициентом теплового излучения. Снаружи поглотитель заключен в капсулу со специальным гелиостеклом – материалом с низким содержанием железа. Это обеспечивает высокую пропускную способность стекла с пониженным отражением света. Весь поглотитель закреплен в корпусе из алюминия или стали с теплоизоляцией – это защищает его от механических повреждений.

В корпус поглотителя вмонтирован трубопровод с теплоносителем, который циркулирует через коллектор. В качестве теплоносителя используется вода или антифриз, который обеспечивает бесперебойную работу в холодное время года.

Плоские солнечные коллекторы выпускаются в виде панелей стандартных размеров, площадью около 2-2,5 м2. В зависимости от уровня потребления тепла можно использовать несколько таких панелей, объединенных в единую систему.

Плоские коллекторы используются в подогреве воды для бытовых нужд и для отопления дома.

Схема плоского солнечного коллектора
Схема плоского солнечного коллектора

Вакуумированные солнечные панели используют несколько иной принцип работы. Они состоят из отдельных трубок, каждая из которых как бы является отдельным солнечным коллектором. Они объединены в верхней части и образуют единую систему. Устроен такой коллектор по типу термоса. Каждая ячейка состоит из двух трубок, одна из которых вставлена в другую. Между трубками воздух откачивается и создается вакуум. Внешняя трубка защищает внутреннюю от механических воздействий. Она изготавливается из уже упомянутого гелиостекла. В нее встраивается пластина поглотителя, изготовленная из меди или алюминия. Теплоноситель циркулирует в этой пластине – ему передается тепловая энергия. Вакуум между трубками прекрасно защищает коллектор от потери тепла – ведь теплопроводность вакуума значительно ниже, чем у воздуха или других материалов. Теплопотери в вакуумированных солнечных коллекторах в 2-2,5 раза ниже, чем у обычных.

Особенно высокое значение выбор солнечного коллектора имеет в зимние месяцы. Эффективность вакуумированных существенно выше, чем у обычных.

Различают два основных вида вакуумированных солнечных коллекторов:

  • С тепловой трубой
  • Прямоточные

Первый вид представляет собой теплообменник, встроенный в распределитель. Нагретый теплоноситель в вакуумной трубе осуществляет теплопередачу к циркуляционным контурам.  Теплопередача происходит через стенку между контурами и теплоносители в них не смешиваются. Это рекуперативный принцип – нагретый теплоноситель передает тепло холодному.

Схема коллектора с тепловой трубой
Схема коллектора с тепловой трубой

Прямоточные коллекторы представляют собой следующую конструкцию: внутренняя трубка поглотителя несет в себе теплоноситель. Вода или антифриз движется по ней, забирая тепло и попадает в межтрубное пространство, затем возвращается обратно.В этом случае тепло передается непосредственно трубе, заключенной внутри внешней трубчатой оболочки.

Схема прямоточного коллектора
Схема прямоточного коллектора

Коллекторы с тепловой трубой наиболее эффективны. Они прекрасно справляются с обогревом теплоносителя даже в сильные морозы, до -45С. Кроме того, трубки в таких коллекторах можно заменять в случае несиправности. Их можно устанавливать под любым углом.

5. Основные виды монтажа солнечных коллекторов

Кратко обозначим основные способы монтажа солнечных коллекторов и их встраивание в систему отопления и горячего водоснабжения. Это:

Схема с промежуточным догревом, где вода, нагреваемая в солнечном коллекторе попадает в накопительный бак и там догревается другими источниками тепла.

Закрытая система отопления с солнечным коллектором, где теплоноситель используется в обратной системе перед подачей в отопительный котел.

Совмещенная система, в которой нагрев теплоносителя происходит в пределах одного бака-накопителя, и система состоит из трех контуров.

Система с догревом (А) и закрытая система отопления (Б)
Система с догревом (А) и закрытая система отопления (Б)

Размещение солнечных коллекторов производится на крыше дома.

Типовое крепление солнечного коллектора
Типовое крепление солнечного коллектора

6. Заключение

Использование солнечных коллекторов не столько распространено в холодных климатических зонах нашей страны. Однако наиболее продвинутые хозяева всегда ищут способ использовать наиболее современные системы в своем доме, в том числе и отопительные. Это можно только приветствовать – ведь самым неисчерпаемым источником тепла на Земле является Солнце, и использовать его нужно по максимуму. Затраты на приобретение современных систем солнечных коллекторов в конце концов обязательно окупятся в будущем.

img

Иван Николишин

Похожие статьи

Газовый котел и его комплектующие своими руками

Газовый котел и его комплектующие своими...

Читать далее
автор Иван Николишин

Инженерные коммуникации частного дома

Инженерные коммуникации частного дома Строительство...

Читать далее
автор Иван Николишин

Монтаж канализации в частном доме

Монтаж  канализации в частном доме Существенным и...

Читать далее
автор Иван Николишин

Присоединиться к обсуждению