Солнечные водонагреватели для дома, солнечный водяной коллектор

Альтернативные источники энергоснабжения сегодня приобретают все большую популярность во всем мире, как и оборудование, рассчитанное на них. К примеру, получившие уже достаточно широкое распространение солнечные водонагреватели для дома. Такие установки предлагают заметно экономить на электроэнергии, вместе с тем получая качественный и эффективный нагревательный прибор.

Рассмотрим подробнее, что представляют собой, собственно, солнечные водонагреватели и коллекторы. Это, так сказать, два основных элемента высокотехнологичной конструкции, оборудованной с учетом подпитки от солнечной энергии.

Давно уже измерено количество тепловой энергии, падающей на каждый квадратный метр освещенного солнечными лучами пространства. Данная величина держится в пределах 800-1000 Ватт. Амплитуда, конечно же, зависит от текущего состояния атмосферы.

Как рассчитать солнечный коллектор?

Для примера возьмем солнечный водяной коллектор, площадью, скажем, в один квадратный метр. К солнцу в данной ситуации обращена сторона, имеющая матовую темную поверхность, что позволяет обеспечить практически идеальное поглощение тепла. Другая же сторона обеспечена утеплительным слоем (к примеру, пенопластом толщиной 10 см). Учитывая характеристики материала, можно получить сведения о возможных потерях тепла. Отдача тепла у такого материала, как пенопласт равна 0,05 Вт/м*град. Итак, нехитрыми расчетами можем рассчитать теплопотерю всего коллектора, взяв в учет возможный температурный контраст (градусов, скажем, 50) и толщину имеющегося материала: 0,05/0,1 * 50 = 25 Вт. Итого, возможную потерю тепловой энергии можно принять в количестве 50 Вт.

Так как чистота атмосферы не всегда кристальна, а принимающая поверхность не обязательно обладает идеальной чистотой, поток энергии можно считать, примерно равным 800 Вт/м2.

Учитывая теплоемкость воды и учитывая то, что 1 Ватт равен 3600 Дж, можем сделать выводы о количестве тепла, нужном для прогревания 1 литра воды. А именно: 4200/3600 = 1,16 Вт.

Приняв в учет произведенные расчеты, можем высчитать объем воды и температуру, которые способен предоставить коллектор, взятый нами в качестве примера, а именно — с площадью в 1квадратный метр. Данные расчеты будут иметь такой вид: 800 / 1,16 = 689,65. С целью упростить дальнейший просчет, округлим эту величину до 700 кг*град.

Величина эта, конечно, не абсолютно точна, ибо потеря тепла коллектором может распространиться и на другие поверхности, учитывая зачерненную. Так что, 700 — показатель прогревания воды при сравнительно невысоких температурах коллектора, в пределах 10-60 градусов, поскольку температура коллектора редко достигает температурного уровня выше 90 градусов.

Итак, наш условный солнечный водяной коллектор, исходя из предыдущих расчетов, за час способен прогреть либо 10 литров воды на 70 градусов по Цельсию, либо же 100 литров на 7 градусов, и т. д.

При исходных 15 градусах (температура воды), горячая вода имеет примерную температуру около 65 градусов, причем такая температура уже жжет. Логично, что, если необходимо получить воду такой температуры, но в более сжатые сроки, нужно соответственно уменьшить объем коллектора, оставив площадь максимальной.

Итак, солнечный коллектор для нагрева воды в оптимальные сроки, должен обладать достаточно большую площадь при малом объеме (быть максимально плоским). При этом, делать его проточным совсем нерационально, ибо площадь такого нагревателя будет просто огромной. К тому же, постоянное поступление горячей воды не всегда и нужно, чем и объясняется то, что нагреватели на солнечной энергии производятся исключительно накопительными.

При учете соотношения горячей и холодной воды при принятии душа около 1к2, 1к3, наш эталонный солнечный коллектор для дома за час способен подготовить вполне достаточное количество горячей воды для принятия душа — около 15 литров.

Накапливаем горячую воду нагретую солнечным водонагревателем для дома

В основе солнечных водонагревателей для дома (по крайней мере, подавляющего их большинства) лежит система рециркуляции, в процессе которой вода постоянно циркулирует между напорным баком и подключенным к нему нагревательным, на котором установлен солнечный коллектор. В результате вода постоянно нагревается. Смешивание горячей воды с холодной производится для того, чтобы конечный объем нагретой жидкости увеличился за счет теплообмена. В нашей местности данный «прогон» воды по кругу есть достаточно расточительным, поэтому правильный солнечный коллектор для российских условий выглядит приблизительно таким образом: вода из водонапорного бака поступает в небольшой нагревательный коллектор, объемом в 3-5 литров, а затем в накопитель или же бойлер для солнечного коллектора, объемом в 50-100 литров. Необходимо также оборудовать коллектор термоклапаном (по принципу термостата в автомобиле), или же термореле (биметаллической пластиной), дополненным электрическим клапаном (что несколько проще первого варианта).

Процесс работы такого агрегата выглядит примерно так: прогретая до 50 градусов (15-20 минут) в солнечном водяном коллекторе вода, после срабатывания реле, через клапан попадает в термоизолированный накопитель, объемом около 50 литров. Кроме высокого уровня теплоизоляции, такой накопитель можно оборудовать еще и нагревательным элементом, поскольку наша погода не всегда позволяет пользоваться солнечной энергией. При использовании такого устройства мы можем получить за достаточно короткий срок в час около 30 литров воды, нагретой до очень горячего состояния. При этом, пользоваться ей можно начинать уже через 15 минут.

При наполнении термоса, поступление горячей воды прекращается, но не нагрев в коллекторе, так что в любое время можно использовать воду из бака и она тут же восполнится горячей водой, поступающей из солнечного коллектора. Объем термоса и коллектора подбирается в соответствии с потребностями жильцов.

Также большим плюсом есть то, что применяя бойлер для солнечного коллектора, можно с легкостью подключить к нему сразу несколько коллекторов, расположенных под разным углом, что помогает обеспечить постоянный нагрев воды на протяжении всего светового дня. В рециркуляционной системе также можно реализовать данный вариант, но намного сложнее. Ведь в таком случае придется применять систему термоизолированных трубок, которые к тому же, известны своей проблемой с воздушными пробками, образующимися из-за выделения газов из воды в процессе нагревания.

Еще статьи по теме: