Отопление с помощью солнечных коллекторов: Вакуумный солнечный коллектор для отопления и горячего водоснабжения —

отзывы владельцев, реально ли сделать своими руками

Системы отопления в частных загородных домах могут строиться на абсолютно разных источниках энергии. Это могут быть системы, основанные на котлах, нагрев теплоносителя в котором основывается на сжигании различных видов топлива, например газа или жидкой солярки. Котлы могут отапливаться углем или дровяными пеллетами. В любом случае для того, чтобы запустить в действие такую систему отопления придется помимо собственно монтажа отопительных котлов еще и закупать само топливо. А вот эта статья расходов может в определенной ситуации превысить даже расходы на монтаж системы отопления. И вот здесь на помощь могут прийти солнечные коллекторы для отопления дома.

Солнечные отопительные коллекторы на крыше частного дома

Содержание

• Плюсы и минусы солнечных коллекторов для отопления дома
• Эффективность работы солнечных нагревательных коллекторов
• Принципы функционирования нагревательных коллекторов
• Типы отопительных солнечных коллекторов для дома
  • Плоский светопоглощающий
  • Вакуумный
  • Воздушный
• Как выбрать необходимый тип отопительного коллектора?
• Особенности, на которые стоит обратить внимание при выборе коллектора
• Установка солнечного отопительного коллектора
  • Солнечные коллекторы для отопления дома: видео
• Честные отзывы о работе солнечных коллекторов различных моделей для отопления дома
  • Модель КС 2000
  • Модель RKraft
  • Вакуумный коллектор Altek
  • 1 год эксплуатации: 
  • Эффективность работы вакуумного коллектора зимой:
  • Модель Chromagen
  • Модель АТМОСФЕРА СВК Nano
• Можно ли сделать реально работающий солнечный коллектор своими руками?

Плюсы и минусы солнечных коллекторов для отопления дома

Использование возобновляемых источников энергии в автономных системах отопления предполагает денежные затраты исключительно на приобретение и установку такой системы, а также на ее техническое обслуживание и на необходимый поддерживающий ремонт. Но вот после установки такие системы начинают работать совершенно автономно и абсолютно бесплатно для их владельцев. В самом деле – за солнечные лучи платить ничего не нужно.

Некоторые потребители выражают сомнение в эффективности установки и применения солнечных коллекторов в средней полосе России, где солнечных дней не так много, как, например, на Кубани. Однако, солнечные коллекторы для нагрева воды могут использоваться не только как основной источник нагрева теплоносителя, но и как дополнительный источник. В этом случае прибор нагрева воды на солнечной энергии будет работать только в то время, когда на небе нет облаков, а в другие периоды можно задействовать классические нагревательные приборы, например газовые котлы.

схема отопления

Что же касается эффективности использования солнечных коллекторов по соотношению цена-отдача, то рекомендуем вам обратить внимание на северные провинции Китая. Значительное количество домов в этих китайских городах и селах оборудовано солнечными коллекторами для отопления. Климат и солнечная активность в этих местностях не слишком отличается от сопредельных российских областей: например, Хабаровского и Забайкальского краев. Сами понимаете, что климат в Забайкалье, месте, куда ссылали каторжников в царские времена – совершенно не сахарный. Значит, использование солнечных коллекторов для отопления домов даже в российских регионах с самым суровым климатом не только возможно, но и вполне востребовано и экономично.

Эффективность работы солнечных нагревательных коллекторов

Стоит отметить, что солнечные коллекторы на сегодняшний момент стали пожалуй наиболее эффективными приборами, использующими солнечную энергию. Если классическая солнечная фотоэлектрическая батарея может показать эффективность всего лишь на уровне до 18 процентов, то солнечный коллектор для отопления достигает завидных показателей КПД до 95 процентов. Разница очевидна.

Принципы функционирования нагревательных коллекторов

Одной из основных конструкций солнечных отопительных коллекторов являются устройства вакуумного типа. Исходя из названия очевидно, что такие устройства будут собирать лучистую солнечную энергию и передавать ее для нагрева воды или другого теплоносителя. Собственно так и обстоит в реальности.

Системы автономного обогрева, имеющие в своем составе солнечные коллекторы состоят из следующих основных составных частей:

• Собственно солнечный нагревательный коллектор – то есть устройство которое размещается на прямых солнечных лучах и служит для нагрева теплоносителя,
• Контур теплообмена: система трубопроводов, по которой перемещается горячий теплоноситель, постепенно передавая свое тепло в обогреваемые помещения,
• Тепловой аккумулятор: это бак для воды, в котором нагретая вода запасается впрок.

Итак солнечный коллектор, состоящий из труб, в которых находится пока еще не нагретый теплоносителя находится под действием прямых солнечных лучей. Жидкость-теплоноситель (обычно вода, но возможно и специальный антифриз) поступает в коллектор, нагревается там и передается в контур теплообмена, который смонтирован внутри теплового аккумулятора. Нагретый теплоноситель, перемещаясь внутри трубопроводов контура теплообмена нагревает воду в тепловом аккумуляторе. Нагретая вода в баке с функцией аккумуляции тепла хранится вплоть до возникновения необходимости ее использования, например до подачи в контуры отопительной домашней системы и в отопительные радиаторы или в контуры горячего домашнего водоснабжения, например для умывания.

Циркуляция водоснабжения в отопительном коллекторе

Поскольку солнечная энергия воздействует на коллектор совершенно бесплатно, то в системе в любой момент времени имеется нагретая вода, которая подогревается постоянно циркулирующим теплоносителем.

Естественно, что бак теплового аккумулятора должен иметь отличную теплоизоляцию, способствующую сохранению температуры нагретой воды в течении как можно более долгого времени. Это позволит избежать падения температуры воды ночью, когда солнечный нагрев отсутствует или в периоды пасмурной погоды. Для обеспечения бесперебойной работы такой системы в совсем уж облачные или дождливые дни в бак теплового аккумулятора может быть вмонтирован обыкновенный электрический водонагреватель.

Для того, чтобы теплоноситель постоянно переносил тепло солнечных лучей для нагрева воды – он должен постоянно циркулировать. В системах с солнечными коллекторами циркуляция жидкого теплоносителя может быть принудительной (с подачей насосами) или естественной (смотеком).

Типы отопительных солнечных коллекторов для дома

Современная промышленность освоила выпуск различных типов солнечных отопительных коллекторов. Для того, чтобы понять, какой из них может подойти для монтажа системы домашнего отопления или горячего контура водоснабжения в вашем доме – необходимо ознакомиться с их разновидностями. Основных типов насчитывается два: плоские и вакуумные, менее широко распространены воздушные коллекторы.

Плоский светопоглощающий

Плоский отопительный солнечный коллектор представляет собой тонкую коробку, внутри которой находится особое вещество, активно аккумулирующее, адсорбирующее тепло. Сверху коробка закрыта стеклом, которое пропускает солнечные лучи. Внутри адсорбирующего слоя, собирающего тепло расположена система трубопроводов, внутри которых перемещается теплоносителя. В качестве теплоносителя в таких системах, как правило используется пропилен-гликоль.

плоский коллектор в разрезе

Вакуумный

Внутри вакуумного отопительного коллектора на месте единственной плоской коробки находятся полые стеклянные или кварцевые трубки, из которых откачан воздух, то есть создан вакуум. А вот уже внутри таких полых трубок располагаются трубки с веществом, адсорбирующем солнечную тепловую энергию. Соответственно трубопроводы с теплоносителем находятся внутри трубок с адсорбером. Солнечные лучи легко проникают сквозь вакуум в промежутке между трубами и нагревают теплоноситель. Однако этот же вакуум препятствует обратной утечки тепловой энергии из адсорбера в окружающее пространство, выступая в роли теплоизолятора.

вакуумный коллектор

Воздушный

Как уже понятно из названия – такие устройства не имеют теплоизолирующего вакуумного слоя. Следовательно КПД их действия будет ниже, чем у вакуумных коллекторов. Такие устройства рекомендуется устанавливать в местности с большим количеством солнечных дней. Более того, в таких коллекторах теплоносителем является обычный воздух. Он переносится в отапливаемое помещение вентилятором или естественной конвекцией. Работа вентилятора при перемещении воздушных потоков также требует отдельного источника питания Это дополнительная причина того, что данная система имеет более низкий КПД, чем плоские или вакуумные коллекторы. Конечно же, ни о каком горячем водоснабжении в такой конструкции не может быть и речи.

Как выбрать необходимый тип отопительного коллектора?

Каждый из типов солнечных отопительных коллекторов имеет свои очевидные преимущества и явные недостатки. При выборе устройства стоит обратить внимание, что плоский коллектор является более прочной конструкцией, а вот вакуумные из-за наличия полых воздушных трубок очень чувствительны к внешним воздействиям. Однако в плоских коллекторах при ремонте замене подлежит вся система адсорбции, при поломке же одной из трубок вакуумного коллектора можно ограничиться только ее заменой.

Воздушный коллектор, при всех своих недостатках является чрезвычайно простым устройством, и не критичен в воздействию низких температур. Он может работать даже лютой сибирской зимой.

Плоский коллектор идеален для нагрева воды в диапазоне от 20 до 40 градусов выше, чем окружающая температура, а от вакуумные устройства имеют более высокую степень нагрева теплоносителя. Таким образом в зимних условиях вакуумный коллектор будет более эффективен, да и просто возможен в использовании. Они также лучше сохраняют тепло при работе в пасмурную погоду и хорошо сохраняют тепловую энергию в холодных погодных условиях. Тем не менее общая хрупкость конструкции снижает срок службы вакуумных солнечных коллекторов, которые не дотягивают по этому показателю до плоских устройств. Последние при хорошем изготовлении могут прослужить в вашем доме от 15 до 30 лет.

Особенности, на которые стоит обратить внимание при выборе коллектора

Показатель передачи лучистой солнечной энергии солнца в тепловую энергию теплоносителя в вакуумном солнечном коллекторе напрямую зависит от величины трубок этого устройства. Если вакуумная трубка коллектора будет короткая и тонкая, то она не сможет достаточно эффективно аккумулировать вакуумную энергию. Обычно для комплектации вакуумных солнечных коллекторов используются трубки длиной до 2 метров с диаметром около 6 сантиметров. Внутри вакуумной трубки может монтироваться простая прямая или изогнутая U-образная трубка для более эффективного сбора тепла.

Установка солнечного отопительного коллектора

Солнечный отопительный коллектор вместе с системой аккумуляции тепла и теплообменным контуром в сборе представляет собой довольно сложную технологическую систему. Комплекты такого оборудования оснащаются подробными инструкциями по установке, также в сети Интернет можно найти подробные видеоуроки. Но перед покупкой и установкой солнечного коллектора необходимо составление проекта отопительной системы. В этот процесс обязательно нужно привлекать специалиста, который произведет необходимые расчеты материалов и оборудования.

Использование альтернативных источников энергии может существенно снизить затраты на содержание вашего дома, более того, оно может сделать вас независимыми от поставщиков традиционной энергии.

Солнечные коллекторы для отопления дома: видео

Честные отзывы о работе солнечных коллекторов различных моделей для отопления дома

Модель КС 2000

Время работы — 3 года:

Модель RKraft

Вакуумный коллектор Altek

1 год эксплуатации:

Эффективность работы вакуумного коллектора зимой:

Модель Chromagen

Модель АТМОСФЕРА СВК Nano

Можно ли сделать реально работающий солнечный коллектор своими руками?

горячее водоснабжение и отопление с вакуумными солнечными коллекторами

• 1 Преимущества и области использования вакуумных солнечных коллекторов
• 2 Немного технической информации
  • 2.1 Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде
  • 2.2 Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником
  • 2. 3 Вакуумный коллектор с термотрубками

В вакуумном водонагревателе-коллекторе объем, в котором находится темная поверхность, поглощающая солнечное излучение, отделен от окружающей среды вакуумированным пространством, что позволяет практически полностью устранять потери теплоты в окружающую среду за счет теплопроводности и конвекции. Потери на излучение в значительной степени подавляются за счет применения селективного покрытия. Так как полный коэффициент потерь в вакуумном коллекторе мал, теплоноситель в нем можно нагреть до температур 120—160°С. Солнечный вакуумный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, практически вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10

-5…10^-6, составляет 98 %. Изоляция в виде вакуума позволяет избежать потерь тепла в самих трубках. Конечно, в реальных установках потери есть и они зависят от температуры окружающей среда, и эти потери имеют место через утепленную верхнюю часть. Вследствие этих потерь коэффициент полезного действия вакуумного коллектора составляет 65-70%, эти цифры подтверждаются сертификационными испытаниями независимых лабораторий. Эти цифры не учитывают потерь в трубопроводах от солнечного коллектора до накопительного бака — в этих элементах системы потери могут варьироваться в широком диапазоне.

Преимущества и области использования вакуумных солнечных коллекторов

Вакуумные солнечные коллекторы

Благодаря высокой теплоизоляции вакуумные солнечные коллекторы работают очень эффективно при низких температурах окружающей среды. Преимущество вакуумных коллекторов перед плоскими начинает проявляться при температуре воздуха ниже 15 градусов Цельсия. При отрицательных температурах воздуха вакуумным коллекторам альтернативы нет.

Солнечные тепловые установки на основе вакуумных коллекторов могут применяться как для горячего водоснабжения, так и для отопления дома. При этом в летнее время можно полностью получать горячую воду от солнечного нагревателя. В остальное время года за счет энергии солнца можно получать до 60% горячей воды.
Часто возникает вопрос: насколько реально отапливать дом за счет энергии солнца? К сожалению, в европейской части России о значительной доле солнечного отопления в тепловом балансе говорить не приходится. Однако, солнечная отопительная установка на основе вакуумных солнечных коллекторов может с успехом справляться с задачей поддержания минимальной заданной температуры дома весной и осенью.

В зимнее время тоже можно рассчитывать на некоторую добавку тепловой энергии для отопления. Но она будет незначительна в декабре и январе. Поэтому обычно солнечную отопительную систему рассчитывают на работу в весенне-осенний период, а зимой она будет помогать вашей основной системе отопления (на газу, дровах, биотопливе, солярке и т.п.). Также, необходимо учитывать, что система отопления в доме в этом случае должна быть низкотемпературной (теплые полы). Бетонная стяжка теплых полов также используются как теплоаккумулятор системы отопления, поэтому нет необходимости устанавливать большие теплоаккумуляторные баки.

Немного технической информации

Зависимость КПД коллекторов от разности температур теплоносителя и окружающей среды

Конструкция стеклянных вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую, с бОльшим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную теплоизоляцию. Конвективные потери и потери на излучение, особенно ощутимые зимой, а также при высоких температурах нагреваемой воды, очень низкие. Благодаря цилиндрической форме трубок солнечные лучи падают на постоянную поверхность перпендикулярно к оси трубки. Это приводит к получению большей энергии с единицы теплоприемной поверхности, даже если солнце и светит под «неудобным» углом, во время захода и восхода солнца, например, и при разных поворотах коллектора. Вакуумными трубками используется и так называемый диффузионный свет, когда солнце закрыто облаками. Эти коллекторы с цилиндрической абсорбционной поверхностью имеют ряд неоспоримых преимуществ перед плоскими солнечными коллекторами. В любое время дня под прямым солнечным излучением постоянно находится часть абсорбирующего вещества вакуумной трубки; это как бы плоский коллектор, поворачивающийся за солнцем. При устройстве специальных отражателей эффективная воспринимающая площадь коллектора может быть в разы больше аналогичной площади плоского солнечного коллектора.

Существуют 3 основных типа вакуумных солнечных коллекторов — с заполнением внутреннего пространства теплоносителем, с тепловыми трубками и с U-образными трубками.

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде

Это самый простой тип вакуумных коллекторов. Изготавливаются только в Китае. Вакуумные трубки расположены под определенным углом и соединены с накопительным баком. Из него вода контура теплообменника течёт прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно. К преимуществам этой системы относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Существуют также коллекторы такого типа без накопительного бака. Термосифонные системы работают на принципе явления естественной конвекции, когда теплая вода стремится вверх. В термосифонных системах бак должен быть расположен выше коллектора. Когда вода в трубках коллектора нагревается, она становится легче и естественно поднимается в верхнюю часть бака. Более прохладная вода в баке течет вниз в трубки, таким образом обеспечивается циркуляция во всей системе. В дешевых системах бак объединен с коллектором и не рассчитан на магистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо с подачей воды из вышерасположенной емкости, либо через уменьшающие давление редукторы. Имеет минимальное гидравлическое сопротивление. Система обязательно должна быть безнапорной (с открытым расширительным баком), чтобы на трубки не могло действовать давление. Минусом можно считать несколько больший объем воды контура теплообменника (60-200 литров). Если трубка разобьется, происходит утечка воды. Но основным преимуществом остается низкая стоимость со всеми выгодами коллектора с вакуумными трубками.

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником

Такой коллектор имеет все преимущества и особенности предыдущего типа коллекторов. Отличием является наличие встроенного в бак эффективного теплообменника, что позволяет подсоединить коллектор с баком к напорной сети водоснабжения. При этом в трубках по-прежнему практически нет давления. Одним из преимуществ также является возможность заполнения водонагревательного контура незамерзающей жидкостью, что позволяет использовать его и при небольших минусовых температурах (до минус 5-10 градусов). Другим преимуществом является то, что в коллекторе не откладываются соли жесткости и другие загрязнения, так как объем теплоносителя один и тот же, а расходуемая вода проходит только по внутреннему медному теплообменнику.

В последнее время такая конструкция используется редко, т.к. имеет тот же недостаток, что и предыдущая — безнапорный бак и опасность его опорожнения при нарушении прочности и герметичности соединения между вакуумными трубками и баком, а также при повреждении одной из вакуумных трубок. Сейчас в основном используются баки с гильзами, в которые вставляются тепловые трубки. Гильзы позволяют сделать бак напорным, а его герметичность больше не зависит от уплотнительных резинок и сальников. В нашем ассортименте такие коллекторы есть — см. модели STH.

Вакуумный коллектор с термотрубками

Это более сложный и более дорогой тип коллектора. Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – головку, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова. Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим листом. Передача тепла происходит через медную „гильзу“ приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Другим важным преимуществом коллекторов с тепловыми трубками является их способность работать при температурах до -35°С (полностью стеклянные коллекторы с тепловыми трубками) или даже до -50°С (коллекторы с металлическими тепловыми трубками).

Обычно испарение начинается при температуре трубки более 30°С, таким образом при низких температурах трубка как бы «запирается» и не происходит потерь тепла через коллектор (например ночью или в пасмурную погоду).

При этом коллектор помещается снаружи помещения, а все остальное оборудование — внутри дома, что способствует минимизации теплопотерь. (См. описание схемы системы с активной циркуляцией теплоносителя)

Спецификация стеклянных вакуумированных трубчатых коллекторов

• Различия селективных покрытий вакуумных трубок 1)Строение: стеклянная двойная трубка
• 2)Материал: боросиликатное стекло
• 3)Коэффициент поглощения абсорбера: более 0.92
• 4)Коэффициент излучения абсорбера: менее 0.
  08 (80ºС)
• 5)Давление: <5*10-3 Па
• 6)Коэффициент температуры стагнации >230 м²*ºС/кВт
• 7)Коэффициент теплопотерь: менее 0,8 Вт/м²*ºС
• 8)Срок службы: более 15 лет

Спецификация:

• Коллектор (внутри): медь
• Коллектор (снаружи): сплав алюминия
• Параметры стеклянных трубок: 58мм*1.8мм/47мм*1.5мм
• Суточная эффективность: более 55% (более 42% зимой)
• Сопротивление: 25 мм
• Максимальное давление: 12 Бар
• Покрытие вакуумных трубок: ALN/AIN-SS/CU
• Тепловые трубки работают при температуре более 35ºС

Из предлагаемых нашей компанией коллекторов такой тип имеют вакуумный коллектор с тепловыми трубками.

«Ваш Солнечный Дом» разрабатывает, комплектует и поставляет готовые системы солнечного теплоснабжения, как с пассивной, так и с активной циркуляцией теплоносителя. Описание этих систем вы можете найти в соответствующих разделах нашего сайта. Заказ и покупка осуществляется через Интернет-магазин.

Эта статья прочитана 18891 раз(а)!

• Солнечные коллекторы: правда и мифы

  76

  Плоские и вакуумные солнечные коллекторы: правда и мифы Источник: svetdv.ru — сейчас уже не работает Когда нам рассказывают об очередной чудо-технологии, то обычно во всех красках расписывают достоинства и деликатно умалчивают о недостатках. Также очень часто потребителям дают нелестные отзывы…

• Видео о солнечных коллекторах

  75

  Интересные ссылки по солнечным коллекторам Солнечные коллекторы: правда и мифы. Приведено сравнение плоских и вакуумных коллекторов. Написано все, на удивление, правильно, видно что писал не журналист, а практик. Видео о солнечных коллекторах https://youtu.be/Bm-hgBhgwL0 Процесс кипячения воды в вакуумной трубке Испытания…

• Конструкция вакуумного солнечного коллектора

  73

  Как работает и как устроен солнечный коллектор на вакуумных трубках Принцип работы Солнечный вакуумный коллектор (преобразователь тепловой энергии солнца) обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10ֿ,…

• Расчеты систем ГВС

  71

  Расчеты систем солнечного горячего водоснабжения Нагреть 1 кг воды на 1 градус можно, затратив 1,16 Вт*ч. Значит, нагреть тонну воды на 30 градусов (от 20 до 50) можно, затратив 1,16х1000х30=34800 Вт*ч. Считается, что минимальная мощность, при которой еще более-менее будет…

• Солнечное теплоснабжение

  71

  Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление В среднем по году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень при ясном небе, практически в…

• Вакуумный коллектор с баком Suntask STH

  69

  Интегрированная система с вакуумным коллектором и баком Suntask STH Интегрированные системы, в которых солнечные вакуумные трубки входят прямо в бак-накопитель тепла, дешевле сплит-систем.   Подробное описание особенностей, преимуществ и недостатков интегрированных систем солнечных коллекторов описано в статье «Вакуумные коллекторы с баком».…

Теплообменники для солнечных водонагревательных систем

Энергосбережение

Изображение

Солнечные водонагревательные системы используют теплообменники для передачи солнечной энергии, поглощенной солнечными коллекторами, в питьевую (питьевую) воду.

Теплообменники могут быть изготовлены из стали, меди, бронзы, нержавеющей стали, алюминия или чугуна. В системах солнечного отопления обычно используется медь, поскольку она является хорошим теплопроводником и обладает большей устойчивостью к коррозии. Нержавеющая сталь также распространена в «компактных» теплообменниках.

Типы теплообменников

В солнечных водонагревательных системах используются теплообменники трех типов:

• Жидкостно-жидкостный
  В жидкостно-жидкостном теплообменнике используется жидкий теплоноситель (часто смесь пропиленгликоля и воды), который циркулирует через солнечный коллектор, поглощает тепло, а затем проходит через теплообменник, чтобы передать свое тепло питьевой воде в резервуаре для хранения. Теплоносители, такие как антифриз на основе пропиленгликоля, защищают солнечный коллектор от замерзания в холодную погоду. Теплообменники жидкость-жидкость имеют один или два барьера (одностенные или двойные стенки) между теплоносителем и бытовым водоснабжением. Теплообменник с двойными стенками будет отводить любые утечки теплоносителя из зазора до того, как он попадет в питьевую воду.

  Одностенный теплообменник представляет собой трубу или трубку, окруженную жидкостью. Либо жидкость, проходящая через трубку, либо жидкость, окружающая трубку, может быть жидкостью-теплоносителем, а другой жидкостью может быть питьевая вода. Простой способ построить такой теплообменник — вставить маленькую трубку в большую трубу и циркулировать нагреваемую жидкость во внешней трубе.

  Теплообменники с двойными стенками имеют две стенки между двумя жидкостями. Две стенки с дренажем между ними и обнаружение утечек необходимы, когда теплоноситель токсичен, и часто используются даже с нетоксичными теплоносителями, такими как пропиленгликоль (антифриз). Двойные стенки необходимы в качестве меры безопасности на случай утечек, помогая предотвратить смешивание антифриза с питьевой водой. Примером теплообменника жидкость-жидкость с двойными стенками является «оберточный теплообменник», в котором труба обернута вокруг бака с горячей водой и прикреплена к нему снаружи. Трубка должна быть соответствующим образом изолирована, чтобы уменьшить потери тепла.

  Несмотря на то, что теплообменники с двойными стенками повышают безопасность, они менее эффективны, поскольку тепло должно передаваться через две поверхности, а не через одну. Чтобы передать такое же количество тепла, теплообменник с двойными стенками должен быть больше, чем теплообменник с одной стенкой.

• Воздух-жидкость или жидкость-воздух
  Системы солнечного отопления с воздушными солнечными коллекторами обычно не нуждаются в теплообменнике между солнечным коллектором и системой распределения воздуха. В системах с коллекторами воздухонагревателей, которые нагревают воду, используются теплообменники воздух-жидкость, которые аналогичны теплообменникам жидкость-воздух. По внешнему виду они похожи на радиатор в передней части двигателя большого грузовика.

Конструкции теплообменников

• Змеевик в баке
  Теплообменник представляет собой змеевик в накопительном баке. Это может быть одна труба (одностенный теплообменник) или толщина двух труб (двустенный теплообменник)), в зависимости от теплоносителя. . Менее эффективной альтернативой является размещение змеевика снаружи резервуара-коллектора с изоляционным покрытием.
• Кожухотрубный
  Теплообменник отделен (вне) от накопительного бака. Он имеет два отдельных контура жидкости внутри корпуса или оболочки. Жидкости текут в противоположных направлениях друг к другу через теплообменник, максимизируя теплопередачу. Подогреваемая питьевая вода циркулирует через кожух, окружающий трубы, а теплоноситель от солнечных коллекторов циркулирует по внутренним трубам. Трубки и оболочка должны быть изготовлены из одного и того же материала. При токсичности коллектора или теплоносителя применяют трубы с двойными стенками, а между наружной и внутренней стенками труб размещают зазор.
• Труба в трубе
  В этой очень эффективной конструкции трубы для воды и теплоносителя находятся в прямом тепловом контакте друг с другом. Теплообменник «труба в трубе» создается путем вставки маленькой трубы в большую трубу, и сборка может быть свернута в спираль, чтобы занимать меньше места. Вода и теплоноситель текут в противоположных направлениях друг к другу. Этот тип теплообменника имеет два контура, аналогичные описанным в кожухотрубном теплообменнике.
• «Компактный» теплообменник
  В так называемых «компактных» теплообменниках очень большая площадь поверхности создается пластинами, штампованными из нержавеющей стали. Из-за прочности и коррозионной стойкости нержавеющей стали эти пластины могут быть очень тонкими и располагаться близко друг к другу.
   

Размеры

Теплообменник должен иметь правильный размер, чтобы быть эффективным. Существует множество факторов, которые следует учитывать при выборе правильного размера, в том числе следующие:

• Тип теплообменника
• Характеристики теплоносителя (удельная теплоемкость, вязкость и плотность)
• Расход
• Температуры на входе и выходе для каждой жидкости.

Обычно производители указывают характеристики теплопередачи для своих теплообменников (в БТЕ/ч) для различных температур жидкости и скоростей потока. Кроме того, размер поверхности теплообменника влияет на его скорость и эффективность: большая площадь поверхности передает тепло быстрее и эффективнее. Существует два метода определения размера теплообменников:

1. метод среднелогарифмической разности температур разделяет требуемую скорость теплопередачи на среднелогарифмическую разницу температур на входе и выходе и на коэффициент теплопередачи для определения требуемой площади поверхности и;
Метод «эффективности»
2. , где требуемый размер представляет собой требуемую скорость теплопередачи, деленную на «эффективность» и на максимальную разницу температур (горячая солнечная энергия минус холодная вода). Эффективность зависит от коэффициента теплопередачи и скорости потока и обычно составляет порядка 60%.

Для выполнения этих расчетов дизайнер может использовать калькуляторы, представленные на веб-сайтах поставщиков.

Монтаж

Для достижения наилучших результатов всегда следуйте рекомендациям производителя по установке теплообменника. Обязательно выберите теплоноситель, совместимый с типом теплообменника, который вы будете использовать. Если вы хотите построить свой собственный теплообменник, имейте в виду, что использование различных металлов в конструкции теплообменника может вызвать коррозию. Кроме того, поскольку разнородные металлы имеют разные характеристики теплового расширения и сжатия, могут возникать утечки или трещины. Любое из этих условий может сократить срок службы вашего теплообменника.

• Узнать больше
• Ссылки

Теплообменники для солнечных водонагревательных систем

Солнечные водонагреватели Узнайте больше

Оценка затрат и эффективности водонагревателей, водонагревателей и тепловых насосов Узнать больше

Размещение вашей солнечной системы нагрева воды Узнать больше

Строительные нормы и правила для солнечных водонагревательных систем Узнать больше

Жидкие теплоносители для солнечных водонагревательных систем Узнать больше

Техническое обслуживание и ремонт системы солнечного водонагрева Узнать больше

• Руководство для потребителей: нагрейте воду солнцем
• Солнечные водонагреватели ENERGY STAR

Плоский коллектор для использования в солнечных системах горячего водоснабжения

Плоский солнечный коллектор для солнечного горячего водоснабжения

A Плоский коллектор представляет собой теплообменник, который преобразует лучистую солнечную энергию солнца в тепловую энергию с использованием хорошо известного парникового эффекта. Он собирает или улавливает солнечную энергию и использует эту энергию для нагрева воды в доме для купания, стирки и обогрева, и даже может использоваться для нагревания открытых бассейнов и джакузи.

Для большинства жилых и небольших коммерческих систем горячего водоснабжения плоский солнечный коллектор имеет тенденцию быть более рентабельным благодаря своей простой конструкции, низкой стоимости и относительно простой установке по сравнению с другими формами систем водяного отопления. Кроме того, солнечные плоские коллекторы более чем способны обеспечить необходимое количество горячей воды требуемой температуры.

Плоский солнечный коллектор на крыше

Плоский солнечный коллектор обычно состоит из большой пластины, поглощающей тепло, как правило, из большого листа меди или алюминия, так как оба они являются хорошими проводниками тепла, окрашенного или подвергнутого химическому травлению в черный цвет для поглощения как можно больше солнечной радиации для максимальной эффективности.

Эта зачерненная теплопоглощающая поверхность имеет несколько параллельных медных труб или трубок, называемых стояками, которые проходят вдоль пластины и содержат теплоноситель, обычно воду.

Эти медные трубы приклеиваются, припаиваются или припаиваются непосредственно к пластине абсорбера для обеспечения максимального контакта с поверхностью и теплопередачи. Солнечный свет нагревает поглощающую поверхность, температура которой увеличивается. По мере того, как пластина нагревается, это тепло передается по стоякам и поглощается жидкостью, протекающей внутри медных труб, которая затем используется в домашнем хозяйстве.

Трубы и поглотительная пластина заключены в изолированный металлический или деревянный ящик с листом остекления, стеклом или пластиком на передней части для защиты закрытой поглотительной пластины и создания изолирующего воздушного пространства. Этот материал для остекления не поглощает солнечную тепловую энергию в значительной степени, и поэтому большая часть поступающего излучения воспринимается зачерненным поглотителем.

Воздушный зазор между листом и материалом остекления задерживает это тепло, предотвращая его выход обратно в атмосферу. Когда пластина поглотителя нагревается, она передает тепло жидкости внутри коллектора, но также отдает тепло окружающей среде. Чтобы свести к минимуму эту потерю тепла, дно и боковые стороны плоского коллектора изолированы высокотемпературной жесткой пеной или изоляцией из алюминиевой фольги, как показано на рисунке.

Типовой плоский коллектор

Плоские коллекторы могут нагревать жидкость внутри с помощью прямого или непрямого солнечного света под разными углами. Они также работают при рассеянном свете, который преобладает в пасмурные дни, поскольку поглощается окружающее тепло, а не свет, в отличие от фотогальванических элементов. Насколько горячая циркулирующая вода будет зависеть в основном от времени года, чистоты неба и того, насколько медленно вода течет по коллекторным трубам.

Солнечные тепловые системы прямого и косвенного нагрева

Существует несколько различных способов нагрева воды для использования в домашних условиях. Солнечные водонагревательные системы, в которых используются плоские солнечные коллекторы для улавливания солнечной энергии, могут быть классифицированы как прямые или непрямые системы в зависимости от того, как они передают тепло вокруг системы. Чтобы успешно нагревать воду и использовать ее как днем, так и ночью, вам потребуется как солнечный коллектор для захвата тепла и передачи его воде, так и резервуар для горячей воды для хранения этой горячей воды для использования. по мере необходимости.

Прямая солнечная тепловая система

Прямая солнечная система нагрева воды, также известная как активная система с открытым контуром, использует насос для циркуляции воды по системе. Более холодная вода перекачивается прямо из дома в центральное водохранилище или погружной резервуар и проходит через солнечный коллектор для нагрева. Горячая вода выходит из плоского коллектора и возвращается обратно в бак по непрерывному контуру. Оттуда вода закачивается обратно в дом в виде горячей воды.

Можно использовать низковольтный 12-вольтовый насос, который может питаться от небольшого фотогальванического элемента или электронного контроллера, что делает систему более экологичной. Прямые системы обычно используются в более теплом климате с небольшим количеством холодных дней или сливаются зимой, чтобы вода в трубах не замерзала. Химические вещества нельзя добавлять в воду для защиты, так как та же самая вода, которая циркулирует через плоский коллектор, используется в домашних условиях.

В пассивной системе прямого горячего водоснабжения система не использует насосы или механизмы управления для передачи созданного тепла в накопительный бак. Вместо этого пассивные системы — это так называемые «системы с открытым контуром», которые используют естественную силу гравитации, чтобы помочь циркулировать воде по системе. В системе этого типа используется плоский солнечный коллектор в сочетании с каким-либо горизонтально установленным накопительным баком, расположенным непосредственно над коллектором.

Нагретая солнцем вода поднимается естественным образом за счет конвекции по трубам солнечных коллекторов и поступает в расположенный выше накопительный бак. Когда нагретая вода поступает в резервуар для хранения наверху, более холодная вода вытесняется и стекает на дно коллекторов под действием силы тяжести, поскольку холодная вода более плотная, чем горячая. Этот цикл подъема горячей воды и опускания более холодной воды известен как «термосифонный поток» и постоянно повторяется без посторонней помощи, пока светит солнце.

Термосифонная система горячего водоснабжения

Термосифонная система является наиболее распространенным типом системы горячего водоснабжения с солнечным нагревом на рынке, и в большинстве имеющихся на рынке пассивных систем горячего водоснабжения с прямым солнечным нагревом используется этот тип комбинации плоского пластинчатого коллектора, устанавливаемого на крыше, и накопительного бака.

Однако при установке такой системы необходимо соблюдать осторожность, так как общий вес солнечного коллектора, накопительного бака и самой воды может оказаться слишком большим для конструкции несущей крыши.

Когда пассивные солнечные системы горячего водоснабжения используются для более крупных зданий, чем дома, предприятия или офисы, часто имеется более одного резервуара для хранения нагретой воды.

Так называемая выносная термосифонная система работает по тому же принципу, что и предыдущая пассивная прямая термосифонная система, за исключением того, что накопительный бак расположен далеко в пространстве под крышей или в пустоте, рассеивая вес на большей площади, а также защищая накопительный бак от холода. и температуры. Однако для того, чтобы процесс термосифонирования работал правильно, основание резервуара для хранения воды должно располагаться как минимум на 1–2 фута (300–500 мм) выше верхней части плоских коллекторов. Это расстояние также известно как системная «высота головы».

Непрямая солнечная тепловая система

Непрямая система горячего водоснабжения, также известная как система с замкнутым контуром, отличается от предыдущей термосифонной системы тем, что в ней используется теплообменник, который отделен от солнечного плоского коллектора для нагрева воды. в накопительном баке.

Системы косвенного нагрева воды являются активными системами и требуют насосов для циркуляции теплоносителя по системе с замкнутым контуром от коллектора к теплообменнику в резервуаре. Система содержит раствор антифриза, обычно смесь 50% гликоля и воды, в первичном замкнутом контуре, а не только воду, которая нагревается и хранится отдельно от основного бытового горячего водоснабжения.

Непрямая солнечная тепловая система

Теплообменник передает тепло от раствора антифриза в коллекторе воде, находящейся в резервуаре для хранения воды. Теплообменник может представлять собой медный змеевик внутри нижней части накопительного бака или плоский теплообменник снаружи накопительного бака.

Одним из основных преимуществ этой замкнутой системы косвенного нагрева является то, что раствор антифриза обеспечивает круглогодичную работу в районах, где температура падает ниже точки замерзания, а также защищает систему от коррозии коллекторов неочищенной водопроводной водой, содержащей газы и различные растворенные соли.

Основное преимущество системы косвенного горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией заключается в том, что существующую систему нагрева воды для бытовых нужд можно легко преобразовать в солнечную систему нагрева воды, просто добавив плоский коллектор и одиночный насос, поскольку в большинстве домов используется газ или жидкое топливо. котлов, а также бак-аккумулятор горячей воды со встроенным змеевиком теплообменника.

Система также, вероятно, будет более эффективной, а резервуар для хранения горячей воды можно разместить в любом месте дома, поскольку он не должен быть выше коллекторов, как в предыдущей пассивной или термосифонной системе.

Одним из недостатков, однако, является то, что замкнутая система зависит от электричества для циркуляционного насоса, который может быть дорогим или ненадежным. В некоторых конструкциях рядом с коллектором используется небольшой низковольтный насос и фотоэлектрическая панель, что делает систему более эффективной и экологичной. Для более крупных установок и в более прохладном климате резервуары с горячей водой расположены под крышей внутри зданий, поэтому косвенный нагрев воды с принудительной циркуляцией является нормой.

Размеры плоского солнечного коллектора

Солнечное водонагревание — исправленное и дополненное издание: A…

Размер плоского солнечного коллектора для использования в системе горячего водоснабжения или отопления зависит от потребности в горячей воде. Если потребление горячей воды в доме или максимальная температура воды снижены, потребность в горячей воде может быть обеспечена меньшей солнечной батареей, которую легко установить на крыше. Кроме того, небольшие тепловые системы дешевле в установке и быстрее окупаются за счет экономии энергии.

Размер системы солнечной тепловой энергии, конечно, зависит от ваших потребностей в горячей воде, температуры и потребления, но можно использовать общие эмпирические правила, чтобы помочь получить представление о размере системы.

В Интернете доступны всевозможные учебные планы и книги, которые помогут вам построить собственный солнечный термальный водонагреватель, так почему бы не нажать здесь и не получить копию на Amazon набора чертежей солнечного водонагревателя своими руками и заставить солнце работать в вашем доме сегодня.

Солнечные плоские коллекторы обычно имеют размер примерно от 32 квадратных футов (4 x 8 футов) или 3 квадратных метра и могут весить более 200 фунтов или 100 килограммов каждый. Один квадратный фут (1000 см ² ) нагревает около двух галлонов или 10 литров воды в день до температуры выше 70 ^o C. Таким образом, одна панель площадью от 20 до 30 квадратных футов нагреет около 60 галлонов (300 литров) воды, что примерно соответствует размеру стандартного бака для хранения горячей воды.

Как правило, вам потребуется от 10 до 16 футов ² площади плоского коллектора на человека и от 1,5 до 2,0 галлонов резервуара для горячей воды на квадратный фут площади коллектора. Таким образом, для семьи из четырех человек это составляет от 40 до 60 квадратных футов площади пластины коллектора и от 60 до 120 галлонов хранилища. Тогда для солнечной системы нагрева горячей воды для семьи из четырех человек потребуется как минимум два стандартных солнечных плоских коллектора площадью около 32 квадратных футов (4 x 8 футов) каждый.

Плоский коллектор Краткий обзор

В то время как плоские коллекторы превосходно собирают солнечную энергию, имеющиеся в продаже коллекторы горячей воды иногда могут быть дорогими. Простые и более дешевые плоские панели можно сделать из старых радиаторов центрального отопления, выкрашенных в черный цвет, или даже из мотка пластикового шланга или водопроводной трубы, проложенных поверх крыши, но эффективность системы будет очень низкой.

Правильно установленные бытовые солнечные системы горячего водоснабжения эффективны и надежны. Конфигурации системы могут варьироваться от простых термосифонных систем, использующих гравитацию, до более сложных систем с принудительной циркуляцией, для которых требуются насосы, контроллеры и теплообменники.

Несмотря на более высокую начальную стоимость по сравнению с обычными газовыми, масляными и электрическими водонагревателями, солнечные тепловые водонагреватели значительно снижают потребление топлива и могут иметь срок окупаемости менее 10 лет. Существует несколько типов конструкций и планов солнечных водонагревателей, которые в настоящее время производятся поставщиками. Какие системы и конструкции водяного отопления подходят для вашего дома или бизнеса, во многом зависит от регионального климата.

В следующем уроке о солнечном отоплении и солнечная горячая вода, мы рассмотрим еще один более эффективный способ нагрева воды до гораздо более высокой температуры с использованием небольших отдельных медных коллекторов, запаянных в вакууме в стеклянной трубке. Эти типы коллекторов широко известны как вакуумные трубчатые коллекторы, которые становятся предпочтительным выбором по сравнению с плоским коллектором .

MISOL Солнечный коллектор солнечной горячей воды.