Техническая характеристика солнечного коллектора
Тепловая мощность, кВт 1,1
Вместимость панели, л 4,0
Максимальная температура нагрева теплоносителя, °С 90
Рабочее давление, МПа 0,6
Габариты, мм 1530X630X98
Экономия топлива в среднем за сезон, кг 200
Масса, кг 50,5
Основным элементом солнечного коллектора (рис. 28, б) является плоская поглощающая панель, по внутренней полости которой циркулирует теплоноситель. Она изготовляется из двух профилированных стальных пластин, поверхность ее окрашивается в черный цвет для увеличения поглощения солнечной радиации. Панель помещена в металлический корпус с теплоизоляцией. Качественная теплоизоляция и прозрачное покрытие из стекла позволяет достичь максимальной эффективности улавливания солнечной энергии.
Рис. 28. Душевая кабина с солнечными коллекторами (а): 1 - солнечный коллектор; 2 - бак душевой установки; 3 - душевая сетка (L= 50-60°); солнечный коллектор (6): 1 -поглощающая панель; 2- прозрачная изоляция (стекло); 3 - уголок; 4 - штуцеры.
Система теплоснабжения солнечного нагревателя состоит из трех контуров - солнечного, отопительного и горячего водоснабжения, объединенных баком-теплообменником. Резервным источником теплоты являются электроводо-нагреватели мощностью по 10 кВт каждый для отопительного контура и контура горячего водоснабжения. Солнечный контур включает солнечные коллекторы общей площадью 57,6 м2, трубчатый теплообменник площадью 25 м2, расположенный в баке-теплообменнике, и насос, с помощью которого осуществляется циркуляция теплоносителя (антифриза) в контуре.
Отопительный контур включает бак-теплообменник вместимостью 2,5 м3, электронагреватель, отопительные чугунные радиаторы площадью около 20 м2. Циркуляция воды в контуре естественная. Безопасная линия обеспечивает автономную работу отопительного контура. Контур горячего водоснабжения состоит из трубчатого теплообменника площадью 2,2 м2, бака-аккумулятора вместимостью 0,6 м , электронагревателя, трубопроводов и арматуры.
За счет солнечной энергии предусматривается покрытие в доме до 65 % годовой потребности в теплоте.
Обеспечить душ, приусадебное хозяйство и дом горячей водой можно с помощью простейшего солнечного коллектора. Он представляет собой плоский застекленный ящик, внутри которого на слой теплоизоляции положен металлический лист, окрашенный в черный цвет, с прикрепленным к нему коллектором из водопроводных труб. Коллектор подсоединяют к баку-аккумулятору, через который циркулирует теплая вода. Циркуляция происходит за счет разницы удельных весов холодной и горячей воды.
Простейший солнечный водонагреватель в летнем душе или на кухне можно сделать из резинового шланга и бака емкостью 50-100 л. Резиновый шланг диаметром 25-35 мм сворачивают в бухту и укладывают в плоский деревянный ящик на металлический лист, покрашенный черной краской. Между дном ящика и листом желательно проложить минераловатную или другую термостойкую теплоизоляцию. Сверху ящик покрывают стеклом толщиной 3 мм или полиэтиленовой пленкой. Один конец шланга (в центре) соединяют с нижним штуцером бака, другой - с верхним, который должен находиться на расстоянии '/3-1/4 высоты бака (рис. 29, а).
Коллектор устанавливают так, чтобы его верхний край был расположен ниже дна бака не менее чем на 40- 60 см: перепад высот обеспечивает нормальную циркуляцию и исключает появление противотока в ночное время. Коллектор устанавливают в летние месяцы под углом 30-45° к горизонту в южном направлении. Такое устройство в солнечный день способно нагреть воду в баке до 40-50°.
Бак-аккумулятор можно теплоизолировать, а коллектор оборудовать простейшей системой слежения за солнцем. Она представляет собой вращающуюся подставку, на которой установлен солнечный коллектор. Вращение подставки обеспечивается пружиной с противовесом в виде ведра с водой, снабженного водосливным устройством (краном). Регулируя темп опорожнения ведра, можно добиться необходимой скорости вращения коллектора, и он всегда будет следовать за солнцем (рис. 29,б).
Основным элементом солнечного водонагревателя является коллектор. Его можно изготовить из подручных материалов, например, использовать стальной штампованный плоский радиатор отопления типа МЗ-500-Ч, конвектор типа «Аккорд», радиатор охлаждения от пришедшего в негодность холодильника, тонкостенные газоводопроводные трубы диаметром 20 мм. Общую площадь коллектора, которая не должна превышать 6 м2, выбирают из расчета 45 л объема воды, замкнутого в контуре, на 1 м2 поверхности коллектора. Корпус лучше сделать деревянным с боковинами из трехслойного набора досок и дном из фанеры или оргалита. На дно кладут минераловатную теплоизоляцию слоем 40 мм для уменьшения потерь тепла с теневой стороны листа. При подборе материала для теплоизоляции следует учитывать его термостойкость, так как в солнечные дни при неработающем коллекторе температура на теплопоглощающей поверхности листа может достигать 100 °С.
Коллектор сваривают из оцинкованных газоводопроводных труб диаметром 25-28 мм (горизонтальные участки) и диаметром 18-20 мм (вертикальные) с расстоянием между ними 150 мм. Трубы коллектора закрепляют на металлическом листе, обеспечивая надежный контакт между ними для улучшения теплопередачи. Это достигают с помощью хомутов, проволочных стяжек или пайкой. Вместо гладкого листа желательно использовать гофрированные кровельные листы из стали из дюралюминия. Сторону, обращенную к солнцу, красят черной краской. Матовый оттенок масляной пли эмалевой краске можно придать, если добавить в нее соответственно керосин или бензин. Коллектор с закрепленным листом укладывают в корпус и крепят. Сверху корпус закрывают стеклом толщиной 3 мм или полиэтиленовой пленкой. Между стенкой корпуса и стеклом по периметру оставляют зазор 3 мм для компенсации теплового расширения стекла, заделывая его несохнущей (кремниевой) замазкой. В нижней части корпуса необходимо устройство дренажных отверстий для стока атмосферных осадков, попавших в коллектор.
В качестве пластины солнечного коллектора можно использовать стандартные стальные панельные радиаторы: штампованные колончатые (МЗ), штампованные змеевиковые (ЗС) и листотрубные (КЛТ) (рис. 29, в). Поглощающую поверхность радиатора покрывают черной матовой краской, теневую оставляют белой. Радиатор устанавливают в корпусе и подключают по такой же схеме, как и в системе отопления.
Бак-аккумулятор обычно делают из 200-литровой металлической бочки, приварив к ней четыре патрубка - два снизу для подвода холодной воды и отвода на коллектор, сбоку на уровне между 2/3 и 3/4 общей емкости бака для подвода горячей воды из коллектора и сверху диаметром 15 мм ('/2 дюйма) для расширительной трубы. При баке емкостью 200 л плюс емкость трубопроводов площадь солнечных коллекторов должна составить не менее 5 м2. В качестве бака-аккумулятора можно использовать теплообменники стандартных емкостных водонагревателей (АГВ, колонок на твердом топливе и т. п.). Солнечный водонагреватель включают в систему горячего водоснабжения по схемам (рис. 30). Первая из них - простейшая, так называемая одноконтурная термосифонная система, работающая на принципе естественной циркуляции. В этой системе вода, нагретая в солнечных коллекторах, постоянно циркулирует в течение дня. Горячая вода поступает в бак-аккумулятор и забирает из него более холодную воду. Бак по мере расходования горячей воды подпитывается холодной от водонапорного бака. Водоразбор горячей воды осуществляется через бойлер или колонку стационарной системы горячего водоснабжения. Бак-аккумулятор имеет расширительную трубу для удаления воздуха и выброса излишков воды.
Двухконтурная термосифонная система работает на таком же принципе, отличается тем, что имеет замкнутый объем первичного теплоносителя (первый контур). Теплопередача осуществляется через змеевик, размещенный в баке-аккумуляторе. В верхней точке первого контура установлен герметичный расширительный бак. К достоинствам двухконтурной системы относится большая долговечность за счет замкнутого объема первичного теплоносителя, поэтому трубы солнечных коллекторов меньше зарастают накипью, имеется возможность использовать антифриз, который не замерзает при отрицательных температурах воздуха.
Рис. 30. Схемы подключения солнечного водонагревателя к системе горячего водоснабжения: а - одноконтурная термосифонная система; б - двухконтурная термосифонная система; в - воздухоотводчик (разрез): 1 - плоские солнечные коллекторы; 2 - сливной кран; 3 - дренажный (воздушный) кран; 4 - бак аккумулятора; 5 - расширительная трубка; б - водонапорный бак; 7 - подводка водопровода с поплавковым клапаном; 8 - линия горячей воды; 9 - бойлер или колонка горячего водоснабжения (существующие); 10 - линия холодной воды; 11 - воздухоотводчик; 12- змеевик; 13 - корпус; 14 - крышка; 15 - клапан; 16 - шток; 17 - поплавок.
Солнечные коллекторы устанавливают на южном скате крыши под углом 30-45° к горизонту. Угол установки можно менять в течение лета в зависимости от положения солнца в этот период. Коэффициент полезного действия плоских солнечных коллекторов мало зависит от ориентации его на солнце, поэтому они удовлетворительно работают в рекомендуемом стационарном положении. Основное условие нормальной работы солнечного водонагревателя - установка коллекторов и бака-аккумулятора так, чтобы между верхним уровнем коллектора и дном бака-аккумулятора было расстояние не менее 600 мм. Это обеспечивает нормальную циркуляцию воды в системе и исключает появление противотока в ночное время. Бак-аккумулятор и подводку горячей воды теплоизолируют. Все трубопроводы и коллекторы устанавливают так, чтобы они имели некоторый подъем в сторону бака-аккумулятора для удаления воздуха. Для этого предусмотрен вентиль в верхней точке крайнего солнечного коллектора, а в нижней - сливной кран для опорожнения системы.
Система малонапорная, поэтому нагревательный элемент - змеевик бака-аккумулятора двухконтурной системы лучше выполнить из медной трубки диаметром 25-28 мм и длиной около 1 м; можно использовать одну секцию конвектора «Аккорд» с замкнутым контуром.
Герметичный расширительный сосуд представляет собой воздухоотвод с поплавком, который при отсутствии воды под собственной массой опущен вниз, а клапан, через который выходит воздух, открыт. По мере наполнения системы водой воздух удаляется через клапан, затем, когда сосуд заполнится, поплавок всплывет и перекроет выход воздуха (рис. 30, в). В самодельном расширительном сосуде можно использовать поплавковый запорный клапан от смывного бачка.
Остекленные поверхности солнечных коллекторов в течение сезона надо регулярно очищать от пыли. На зиму воду сливают и при необходимости демонтируют колекторы. С этой целью разъемные соединения желательно делать на резиновых муфтах со стальными легкосъемными хомутами. В двухконтурных системах с антифризом первичный контур можно не сливать, но вторичный (водяной) опорожнять на зиму обязательно.
В. В. Литавар, Г. И. Станчик Благоустройство садово-огородных и приусадебных участков. - Мн.: Ураджай, 1993г. - 304с.