Сонячний колектор для опалення приватного будинку: вакуумні і інші системи, відео і фото

Вітаю, камаради! Як ви думаєте, наскільки вигідний сонячний колектор для опалення? Я познайомлю вас з пристроєм і різновидами колекторів, а потім виконаю нескладний розрахунок ефективності сонячного опалення, який дозволить дати йому однозначну оцінку. Отже, в путь.

Вакуумні колектори опалення і сонячні батареї на даху приватного будинку.

Що це таке

Сонячний колектор – це нескладний пристрій, що використовує видиме світло і інфрачервоне випромінювання Сонця для нагріву робочого середовища. Принцип його роботи заснований на поглинанні тепла поверхнею з низькою здатністю, що відображає.

Від найближчого побратима – фотоелектричної сонячної батареї, колектор відрізняє куди більш висока ефективність: якщо фотоелектричні елементи перетворять в електроенергію не більше 15% сонячної енергії, то колектори дозволяють утилізувати до 80%.

Основна проблема, яка заважає використовувати сонячні колектори для опалення будинку в якості основного джерела тепла – непостійна теплова потужність. Вона пов’язана:

  • З добовими циклами освітленості. Вночі зі зрозумілих причин вироблення тепла падає до нуля. Більше того: підтримання позитивної температури циркулюючої через колектор води вимагає додаткових енерговитрат;
  • З погодою. При щільній хмарності освітленість (і, відповідно, теплова потужність приладу) знижується.

Сонячні колектори затребувані в областях країни з максимальною інсоляцією. На знімку – дах котеджу в Ялті.

Взимку, коли працює опалення, переважає похмура погода. Крім того, взимку вироблення тепла колектором падає приблизно на чотирьох навіть в ясні дні. Це відбувається через зміни кута падіння сонячних променів, що викликає зимовий похолодання.

різновиди

У продажу можна зустріти два різновиди приладів для утилізації сонячної енергії:

зображення різновид приладу
плоский має форму прямокутної коробки з прозорим захисним склом і зачерненной для максимального поглинання сонячної радіації підкладкою.
вакуумний виглядає як група скляних колб, об’єднаних загальним конденсатором.

плоский

Плоскі колектори конструктивно простіше вакуумних, але дещо менш ефективні. Теплоносій нагрівається, проходячи через трубки, закріплені на теплопровідних металевій підкладці – мідному або алюмінієвому листі.

Знизу підкладка теплоізольована, зверху – захищена прозорим для сонячної радіації матеріалом (загартованим склом з низьким вмістом металів або полікарбонатом).

Пристрій плоского сонячного колектора.

Найбільш ефективний газова плита з мідними трубками, припаяними до формованої мідної підкладці. Колектор з трубками із зшитого поліетилену поглинає менше тепла за рахунок їх більш низьку теплопровідність.

Ключові характеристики плоских колекторів виглядають так:

  • Максимальна температура нагріву теплоносія – 200-210 ° С;
  • Здатність поглинати сонячне тепла – до 70%;
  • Падіння ефективності в снігову погоду – мінімально. Прозорий лист, що захищає абсорбер (підкладку з трубками), нагрівається при роботі, і сніг швидко тане;

Плоский колектор самоочищається при нагріванні: сніг швидко тане на поверхні захисного скла.

  • тепловтрати – до 30% за рахунок безпосереднього контакту нагрітого в колекторі повітря із захисним склом;

Втрати тепла плоским колектором збільшуються в міру падіння вуличної температури. При -20 ° С і нижче прилад повністю припиняє виробляти тепло.

  • парусність – висока, що може привести до проблем з установкою в регіонах з вітряними зимами;
  • установка – під довільним кутом до горизонту. Положення приладу має лише забезпечити його максимальну освітленість протягом світлового дня.

Колектор можна встановити на плоскій або скатної покрівлі, а також змонтувати на рамі у дворі будинку.

вакуумний

Вакуумний колектор об’єднує кілька трубок – термосів. Внутрішня колба кожної трубки покрита високоселективним (поглинає максимальну кількість тепла) покриттям, зовнішня колба прозора. Завдяки вакууму між ними тепловтрати за рахунок безпосереднього контакту з повітрям мінімальні – не більше 5%.

Швидкий нагрів теплоносія забезпечується перенесенням тепла за принципом теплової трубки. Теплоносій випаровується в нижній частині колби і у вигляді пари піднімається вгору в конденсатор, де при поверненні в рідкий стан віддає накопичене тепло, а потім самопливом опускається вниз.

Кожна колба вакуумного колектора є теплову трубку і забезпечує швидку передачу тепла теплоносія.

Чим вакуумний колектор відрізняється від плоского в практичному плані?

  • Максимальна температура теплоносія: до 300 ° С;
  • Здатність поглинати сонячне тепла: До 80%. Висока ефективність забезпечується максимальним поглинанням тепла адсорбуючим шаром на внутрішніх стінках колб і вакуумом між стінками, що виключає перенесення енергії за рахунок конвекції;
  • Падіння ефективності в сніг – Тобто, оскільки завдяки мінімальним тепловтрат поверхню колб майже не нагрівається;
  • парусність: Мінімальна, тому прилади підходять для регіонів з сильними вітрами;
  • установка: Під кутом не менше 15-20 градусів до горизонту. При менших кутах нахилу колби перестануть виконувати роль теплових трубок: конденсується теплоносій перестане самопливом повертатися в їх нижню частину.

дослідження зразків

Давайте ближче познайомимося з декількома зразками колекторів обох типів.

ЯSolar

Плоский колектор російського виробництва ЯSolar.

параметр значення
матеріал абсорбера мідь
Площа светопоглощающую поверхні 2 м2
Номінальна теплова потужність 1,5 кВт при інтенсивності освітлення 900 Вт / м2 і вуличній температурі 20 ° С
габаритні розміри 2065х1073х105 мм
Маса порожнього колектора 37 кг
внутрішній об’єм 1,4 л
Скло Антибликовое, товщина 3,2 мм, прозорість 92%
товщина теплоізоляції 60 мм
Країна виробник Україна
Ціна 21700 гривень

СОКОЛ-ЕФЕКТ-А

Сонячний колектор Сокіл-Ефект-А.

параметр значення
Номінальна теплова потужність 1,5 кВт при інтенсивності освітлення 900 Вт / м2 і вуличній температурі 20 ° С
Розміри 1093х2008х76,7 мм
внутрішній об’єм 1,4 л
Маса порожнього колектора 32 кг
Скло Антибликовое, товщина 3,2 мм
Площа поглинає поверхні 2,06 м2
матеріал абсорбера алюміній
Країна виробник Україна
Ціна 21900 гривень

KAIROS VT 15B ARISTON

Вакуумний італійський колектор KAIROS VT 15B ARISTON.

параметр значення
кількість трубок 15
Розміри 1910х1840 мм
маса 51 кг
Площа поглинає поверхні 1,5 м2
внутрішній об’єм 4,6 л
Зовнішній діаметр вакуумних трубок 70 мм
Температура стагнації (припинення нагрівання) 206 ° С
Робочий тиск 6 атмосфер
Ціна 77965 рубля

очумілі ручки

Чи важко зробити своїми руками колектор для обігріву будинку або для його забезпечення гарячою водою?

Найпростіша конструкція являє собою покладену в дерев’яну раму і накриту поліетиленом поліетиленову трубу для водопостачання, покладену спіраллю. Зверху для зменшення тепловтрат абсорбер вкривається поліетиленовою плівкою.

Найпростіший колектор з поліетиленової труби.

Однак у такого імпровізованого колектора є ряд недоліків:

  • низький ККД, оскільки теплообмінник не контактує з підкладкою по всій її площі, і багато тепла марно розсіюється;
  • енергозалежність. Без циркуляційного насосу теплоносій буде нагріватися аж до руйнування володіють низькою температурою розм’якшення трубок;
  • слабка захищеність від вітру і випадкових механічних пошкоджень.

Якщо ви хочете виготовити прилад, який можна тривалий час використовувати для опалення приватного будинку – ось покрокова інструкція.

зображення етап робіт
Зварює канали для теплоносія з верхнім і нижнім колекторами. Як матеріал краще використовувати профільну трубу розміром від 20х20 мм: її плоскі кромки забезпечать тепловий контакт з підкладкою абсорбера.

До колекторів потрібно приварити патрубки з різьбами розміром 1 / 2-3 / 4 дюйма для виводячи теплоносія.

Приварюють до трубок підкладку – сталевий лист товщиною 3 мм. Крок між прихватками – максимум 20 см. Такий крок виключить прогин листа і порушення його теплового контакту з трубками.
Збираємо навколо готового абсорбера дерев’яну раму. По обидва боки між листом абсорбера і крайками рами повинні залишитися зазори, що забезпечують укладання утеплювача і установку скла. Не забудьте просочити деревину антисептиком.
Свердлимо в рамі отвори під патрубки для виводячи теплоносія.
утеплюємо адсорбер з тильного боку мінеральною ватою, потім зашиваємо утеплення фанерою, ОСП або дошками.
фарбуємо адсорбер чорної кремнийорганической жаростійкої фарбою. Звичайні фарби для зовнішнього застосування (ПФ, НЦ і так далі) при високій температурі швидко почнуть лущитися.

Потім проклеюємо краю рами гумовим віконним ущільнювачем і закриваємо звичайним віконним склом товщиною 4 мм.

Якщо скління збирається з декількох листів, герметизируем стики силіконовим герметиком.

Притискаємо скло до рами алюмінієвим або оцинкованим куточком, попередньо проклеївши його фронтальну сторону віконним ущільнювачем.

Схема підключення

Як підключити колектор до системи опалення?

Схема опалення і приготування гарячої води за допомогою сонячного колектора.

Як накопичувач тепла використовується теплоаккумулятор, або буферна ємність – великий теплоізольований бак з водою.

Теплоаккумулятор накопичує енергію, яка потім використовується для обігріву будинку.

В системі опалення формується два контури:

  1. Між колектором і буферною ємністю;
  2. Між буферної ємністю і опалювальними приладами.

Днем тепло геліосистеми використовується для нагріву теплоносія в теплоаккумуляторе, вночі і в похмуру погоду воно витрачається на підтримання постійної температури в будинку. Для приготування ГВС використовується бойлер непрямого нагріву, в теплообміннику якого теплоносій віддає тепло воді для госппотреб.

У міру охолодження води в теплоаккумуляторе температура батарей буде знижуватися. Підтримувати її постійної допоможе вузол змішування, що складається з триходового термостатичного клапана і додаткового циркуляційного насоса.

Схема вузла змішування, що забезпечує постійну температуру теплоносія на опаленні.

А тепер давайте спробуємо оцінити, наскільки вигідно і ефективно опалення сонячними колекторами. Як приклад я використовую власний будинок. Його опалювальна площа дорівнює 155 квадратним метрам, що з урахуванням севастопольського клімату і якості утеплення дає потреба в сумарній потужності системи опалення в 15 кВт. Енергоспоживання за добу складе 15х24 = 360 кВт · год тепла.

Розрахунок площі колекторів

З урахуванням сезонних коливань інсоляції квадратний метр земної поверхні на широті Севастополя отримує в середньому 5 кіловат-годин тепла на добу. У холодну пору року, під час опалювального сезону, інсоляція знижується приблизно на чверть – до 4 кВт · год / м2. З урахуванням реального ККД колектора з квадратного метра його площі можна отримати не більше 4 * 0,8 = 3,2 кіловат-години теплової енергії на добу.

Рівень інсоляції для різних областей України.

Стало бути, повна площа колекторів повинна бути не менше 360 / 3,2 = 112,5 м2. При вартості одного джерела тепла площею 2 квадрата в 20000 гривень (типова ціна недорогого плоского колектора) витрати тільки на покупку колекторів складуть (112,5 / 2) х20000 = 1125000 гривень.

Дорого?

Не те слово.

Крім того:

  • Витрати додатково збільшаться, оскільки тепло потрібно буде накопичувати. Теплоаккумулятор, вузол змішування і розведення опалення будуть аж ніяк не безкоштовними;
  • Система не буде незалежної. Енергію будуть цілодобово витрачати циркуляційні насоси, а в сильні холоди ночами знадобиться використання додаткових джерел енергії (ТЕНів, електрокотла, твердопаливного котла і т.д.), які не дозволять теплоносія замерзнути.

Приблизно так повинна виглядати дах будинку з автономним сонячним опаленням.

Розрахунок періоду окупності

Бути може, дорогий сонячний колектор для будинку швидко окупиться?

Давайте підрахуємо період окупності того ж плоского колектора площею два квадрата, що виробляє 6,4 кВт · год тепла на добу. У якості відправної точки візьмемо джерела найдорожчого (електрокотел) і найдешевшого (газовий котел) тепла.

Вироблений електрокотлом кіловат-годину енергії обходиться в цінах початку 2017 року приблизно о 5 гривень. Щодобовий економія на електриці при використанні одного плоского колектора складе 6,4 * 5 = 32 рубля, період окупності – 20000/32 = 625 днів, або трохи менше двох років.

Електрокотел – джерело найдорожчого тепла. Кіловат-годину обходиться більш ніж в 5 гривень.

Якщо основне джерело тепла – газовий котел, то кіловат-годину енергії буде обходитися вже в 70 копійок (0,7 рубля). Добова економія від одного колектора буде рівною 6,4 * 0,7 = 4,48 рубля, а період окупності виросте до 20000 / 4,48 = 4464 днів, або 12 років. З урахуванням середнього терміну служби колектора в 10-15 років це означає «ніколи».

висновки

Ось які висновки я зробив особисто для себе:

  1. Опалення будинку тільки від сонця обійдеться непомірно дорого на тлі альтернатив. Теплові насоси та їх різновид – інверторні кондиціонери – як джерело тепла виглядають куди цікавіше;

Основне джерело тепла в моєму будинку – інверторні кондиціонери. Вони працюють на обігрів при вуличній температурі до -25 ° С, чого цілком достатньо для Криму.

Тепловий насос на кожен кіловат теплової потужності перекачує в будинок до 5 кіловат тепла. Джерелом енергії для нього служать низько потенційного джерела з відносно низькою температурою – грунт, вода в незамерзаючих водоймах і вуличне повітря.

Теплова потужність побутового теплового насоса на фото – 4100 ват, споживана – 980.

  1. В якості додаткового джерела тепла сонячний колектор можна використовувати тільки в тому випадку, якщо у вас немає магістрального газу. Він дійсно кілька скоротить ваші витрати на опалення, але не зробить його безкоштовним.

Сонячні колектори цілком можуть використовуватися в якості додаткового джерела тепла, зменшуючи витрати на енергоносії.

висновок

Сподіваюся, що цей матеріал допоможе шановному читачеві уникнути помилок при проектуванні опалення. Як завжди, додаткову інформацію вашій увазі запропонує відео в цій статті. Чекаю ваших доповнень до неї. Успіхів, камаради!

Ссылка на основную публикацию