Солнечные коллекторы и гелиосистемы

солнечный коллектор

Солнце источник большой и бесплатной энергии. Если представить что на участок размером 15*10м в течение года, солнце может перенести энергии от 135 до 210МВт в год.На участке таких размеров с легкостью может быть построен жилой дом площадью 250кв.м.для обеспечения тепловой энергии такого дома необходимо примерно 27Мвт энергии в год. Как мы видим энергия, которую передает солнце, гораздо больше чем нужно потребителю.

plasad
Одним из решений по использованию энергии солнца служат солнечные установки – где забор тепловой энергии происходит с помощью коллекторов.

Вакуумные(трубчатые) коллектора Плоские коллектора
Солнечная Батарея вид
Вакуумные(трубчатые) коллектора
Плоские
Солнечная батарея

Солнечный коллектор это устройство которое производит сбор энергии солнца переносимого как видимым светом, так и излучением в инфракрасном диапазоне. Коллектор отличается от солнечной батареи тем,что он не вырабатывает электричество, а производит нагрев теплоносителя. В качестве теплоносителя в большинстве случаев служит пропиленгликоль.

Принцип работы гелиоустановки.

Коллектор нагревает теплоноситель, который с помощью насоса по магистралям подается в теплообменник аккумуляторного бака. В аккумуляторном баке теплоноситель отдает собранное тепло через теплообменник воде. Нагретая вода может использоваться потребителем как для санитарно-технических нужд (горячее водоснабжение, ГСВ), так и для обогрева помещения. В зависимости от нужд заказчика подбирается мощность системы.

Принцип работы гелиоустановки

Существует два способа накопления солнечной энергии.

Способ №1- «Сегодня на сегодня» это когда буферный накопитель, он же аккумулирующий бак, рассчитывается для приема максимально возможного солнечного тепла полученного за солнечный день летом. Такой способ летом полностью покрывает потребность потребителя, зимой для системы отопления она покрывает лишь часть нагрузки. К преимуществу к такого способа можно отнести внесение не существенных, изменений в конструкцию здания или сооружения. Доступная стоимость системы.

Способ №2-«Сезон на сезон» это когда тепло полученное летом сохраняется до зимы. К недостатку такой системы можно отнести наличие очень большого накопителя тепла с высокой теплоемкостью, большой массой и имеющего превосходную теплоизоляцию, большой объем работ по установке, высокая стоимость.

Как же подобрать гелио систему?

Как всем известно, Солнце светит только днем, а потребность потребителя в горячей воде круглосуточная. Поэтому для начала нужно знать или рассчитать суточное потребление горячей воды пользователями.
Потребление горячей воды будет зависеть от количества пользователей, их возраста. Условно потребителей можно разделить на две категории. К первой категории отнесем мужчин и детей старше пяти лет которые характеризуются небольшим или умеренным потреблением. Вторая категория женщины и дети до 5 лет, они характеризуются средним или большим потребление воды.
Также на потребление влияют и конфигурация санитарных узлов и приборов. Рассмотрим потребление санитарных приборов на примере ванн и душевых установок.

Ванны объемом 140-200л.- стандартные при учете ежедневного потребления их можно приравнять к душевой установке с производительностью 12л/мин.Ванные объемом 350-700л. как правило гидромассаже.

ВАННЫ РАСХОД

расход душевых установок

Душевые установки потребляют воду с разной скоростью, но общее количество воды будет зависеть от длительности их эксплуатации.
Кроме мощных санитарных приборов существуют и умывальники и мойки, которые используются для мытья рук, умывание, мытье посуды и продуктов.

расход воды рукомойник

*Данные по расходу на 1 человека в сутки.
В среднем можно принять, что женщина израсходует теплой воды Т=40С в рабочие дни 286 л/сутки, на выходных =286 л/сутки. Для мужчин потребление будет 142 л/сутки в рабочие дни, на выходных 270л/сутки.
Если рассматривать стандартную семью, состоящую из мужа и жены и двоих детей, то суммарная потребность составит 712л.

Потребность в горячей воде

Подбор объема бака для горячего водоснабжения.

В расчетах расхода воды мы считали,что температура ее составляла 40С,как наиболее комфортная. Такую температуру обычно получаем путем смешивания горячей воды температурой 60С с холодной водой из магистрали. Давайте разберемся, в каком процентном соотношении необходимо смешивать холодную и горячую воду для получения комфортной температуры в 40С. Для получения 10 л теплой воды 40С нужно смешать 6л горячей 60С и 4л холодной 10С. Пропорция 60%/40%.

пропорции смешения воды

 

*При расчете холодную воду взяли как 10С среднее значение, так как зимой ее температура может быть равной 5С, а летом 15С.

Если выше мы в примере определили, что для семьи потребность составила 712л, то бак должен иметь объем 60% от этого количества.V бака =712*0,6=427л. Однако к данной цифре следует прибавить еще 10% на мелкие расходы (мытье рук и т.п.) 427л+10%=469л. Как вывод выбирает бак объемом 500л

Мощность солнечного коллектора.

энергия нагрева 2
Для нагрева воды объемом 100л с температурой 10С до температуры 60С потребуется энергия равная 5,8 КВт. Для нагрева 469 л потребуется 27кВт.

 

Подбор необходимого количества гелиоколлекторов.

Для правильного подбора количества нужно учитывать тип, теплопроизводительность, географическое расположение, ориентацию по сторонам света.
Коллектора производятся двух типов: плоские, и вакуумные или трубчатые. Плоские показывают максимальную производительность летом, зимой их производительность будет не столь значительной. Вакуумные несколько отстают, от плоских летом, но зимой они немного эффективней.

Если расчет производить , по летнему средне месячному показателю(июнь) то получим в среднем 4 коллектора.

Вакуумные нужно 27(кВт)/7,0(кВт/день=3,86- 4 шт.

Плоские нужно 27(кВт)/6,8(кВт/день)=3,97-4шт.

Если расчет производить, по зимнему средне месячному показателю то получим в среднем 15 коллекторов.

Вакуумные =27(кВт)/1,79(кВт/колл.)=15 коллекторов. В примере взяли вакуумные, так как они более производительные зимой.
Производительность коллекторов в зависимости от времени года и типа.

Тип Зима Лето Итого за год Ориентация
Вакуумный 686 кВт 987 кВт 1674 кВт Юг /45
Плоские 510 кВт 937 кВт 1447 кВт Юг /45

При выборе систем стоит знать, что системы бывают стандартные и само сливные.

стантдартная система
Сливная система
  • Стандартная система
  • 1 — солнечный коллектор;
  • 3 — бак;
  • 4- циркуляционный насос.

 

  • Самосливная система
  • 1- самосливной солнечный коллектор;
  • 2 — ёмкость для слива теплоносителя
  • 3 — бак;
  • 4- циркуляционный насос.

Стандартные системы.Если по каким то причинам в системе не происходит отбор тепла, то при неправильном монтаже может произойти закипание теплоносителя в системе. Предотвратить закипание теплоносителя можно несколькими способами.
Первый способ закрыть коллектор с помощью роллет или другими способом, прекратив отбор тепла.

  1. Второй способ имеет несколько решений.
  • Сброс излишков тепла в канализацию.
  • Выброс лишнего тепла через вентиляционный калорифер.
  • Выброс лишнего тепла через полотенце сушитель.

Установка группы безопасности. Группа безопасности следит за давлением в системе теплоносителя, и когда при перегреве давление в системе вырастет больше рабочего, то произойдет аварийный сброс.После аварийного сброса теплоносителя носителя в специальную емкость, для восстановления работоспособности системы,потребителю придется заполнить систему в ручном режиме.

Самосливные системы. Такие системы получают все большее распространение и популярность, так как не боятся закипания и не требуют сброса тепла. Отличие самосливной системы от стандартной,заключается в том, что она не заполняется полностью теплоносителем.Уровень теплоносителя заполняется ниже на 1-1,5м чем уровень самого нижнего коллектора. На этом уровне устанавливается специальная емкость, где и находится теплоноситель, сами коллектора в спокойном состоянии заполнены воздухом. В случае, когда автоматика дает команду на выработку тепла насос перекачивает теплоноситель в солнечную панель и начинается выработка тепла.