Загрузка ...
2 293 
Для современного частного загородного дома, в котором проживает преимущественно средний класс, существуют различные системы отопления, которые в качестве сырья для переработки в тепловую энергию используют топливо (уголь, дрова, газ жидкое горючее) или электричество. Одни тяжело обслуживаемые и эксплуатируемые (на угле, дровах и жидком горючем), другие – дорого содержать (на газу и электричестве).
Но с появлением альтернативных источников добычи энергии – солнечных и ветровых, а также биореативных (переработка отходов, пока не получило распространения в загородном частном хозяйстве), появилась возможность автономно обеспечивать отоплением и горячим водоснабжением весь дом. И как самый интересный вариант, рассмотрим отопление дома солнечными коллекторами – специальными приборами, которые концентрируют световое солнечное излучение на теплообменниках, нагревая, таким образом, протекающий в них теплоноситель (воду или другие жидкости).
Многое зависит от местоположения, так как количество солнечного излучения для разных регионов планеты значительно отличается. Но количество батарей и общая мощность системы солнечного отопления играет ключевую роль. Конечно, системы, которые в полном объеме смогли бы вырабатывать достаточное количество тепла в регионах с суровыми зимами и плохой проходимостью солнечных лучей, практически не существуют.
Но в таких случаях все равно имеется выгода, так как теплоноситель с помощью солнечных коллекторов подогревается до определенной температуры, и котел использует гораздо меньше сырья, чтобы довести до нужного значения, чем бы он грел с нуля. Это может относиться не только к отоплению, но и к подогреву хозяйственной и питьевой воды, например.
Устройство солнечного коллектора для отопления частного дома
Прежде всего, стоит сказать, что солнечные коллекторы бывают различными в плане мощности, то есть, нагрева теплоносителя. Самые простые из них – это бытовые, рассчитанные на нагрев до температуры не более 50 градусов, далее – четь более мощные, которые способны подогревать теплоноситель до 80 градусов. Есть еще более мощные, но они в быту не применяются, это, как правило, промышленного назначения системы.
Кроме того, системы могут быть проточного типа и накопительные. Проточные – это те, в которых теплоноситель нагревается и сразу подается в отопительную сеть, а в накопительных системах имеется встроенный бак, чем они отличаются по внешнему виду. В баке происходит нагрев теплоносителя, а также поддержание его температуры.
Еще один критерий различия этих приборов – их конструкция, от которой зависит устройство, различие в более мелких деталях. В общем, все они представляют собой плоские изделия, занимающие некоторую площадь, на которой и происходит процесс сбора солнечной энергии, но делятся они на:
- плоские;
- трубчатые.
Плоский коллектор представляет собой пластину, лицевая поверхность которой может быть покрыта защитным стеклом (сверхпрозрачным, с пропускной способностью до 95%) или же не быть покрыта. В первом случае, приборы называют покрытыми, и часто они могут быть вакуумными, то есть, весь корпус и стекло герметизировано и изнутри выкачан воздух – это еще больше повышает КПД выработки тепла и уменьшает теплопотери. Не покрытые еще называются коллекторами открытого типа потому, как защитного, или еще и герметизирующего стекла над ними нет.
Далее, под стеклом располагается пластина, поглощающая солнечные лучи – темный материал (самый простой – черный хром), который отличается высокой способностью поглощать свет на 90%, благодаря чему достигается высокий КПД нагрева солнцем; это покрытие называют также высокоселективным. Если речь идет о не накрытом – открытом коллекторе, то поглощающим материалом является специальная модифицированная резина или особый пластик, свойства которых еще вмещают в себе ударостойкость, износостойкость.
Вплотную под этой пластиной располагается абсорбер – обрешетка из медных трубок, которые имеют высокую степень теплопроводности. Эти трубки передают тепло от высокоселективного покрытия и передают его теплоносителю. При этом бывает несколько схем обрешетки: лирообразной (в т.ч. двойной) и меандровой формы.
Лирообразная обрешетка имеет подачу холодного теплоносителя снизу через поперечную трубку, к которой врезаны вертикальные трубки, подсоединенные верхними окончаниями ко второй верхней поперечной, по которой уже течет нагретый теплонаситель: пока он проходит снизу вверх, ему отдается тепло. Меандровая обрешетка представляет собой одну трубку, которая располагается в форме змеевика. Пока жидкость-теплоноситель протекает по ее извилистому контуру, она набирает температуру.
После обрешетки идет теплоизоляционный слой, как правило двухкомпонентный: верхний – теплоотражающая фольга, нижний – минеральная вата. Этот слой необходим для сохранения в пространстве прибора тех остатков тепла, которые не успел поглотить абсорбер.
Трубчатый коллектор не имеет цельного защитного стекла, и выполнен в конструкции ряда упорядоченных трубок, выполненных из высокопрочного стекла. Этот прибор, в отличие от плоского его вида, может быть одноконтурным и двухконтурным. В одноконтурном приборе солнечная система отопления имеет один теплоноситель, который поступает в трубки и выходит из них, проходя далее в магистральную трубу. В двухконтурном коллекторе же имеется легкокипящий теплоноситель, который вскипая, поднимается в теплообменник и отдает температуру основному теплоносителю, который поступает в отопительные приборы.
В трубке находится вторая стеклянная трубка, на которой нанесено теплопоглощающее покрытие, а пространство между ними является вакуумом, поэтому трубчатые коллекторы называют вакуумными. Во второй в свою очередь, расположена медная трубка одинарная, запаянная снизу (в двухконтурных) или двойная, с изгибом в нижней части трубки (в одноконтурных системах). В первом случае, высококачественные приборы имеют медные трубки со спечным порошковым покрытием на внутренней поверхности, которые еще называют фитилями. Они имеют наилучший КПД поглощения и отдачи теплоносителю тепла.
Двухконтурные коллекторные приборы солнечного обогрева в трубке содержат подобные спирту, быстроиспаряемые составы, которые при нагреве поднимаются вверх по трубке, где передают тепло, оседая обратно вниз в виде капельного конденсата. Вверху же трубки приваренные к медной трубе, по которой течет уже магистральный теплоноситель, формируя теплообменник.
В одноконтурных системах медная трубка имеет гладкую поверхность, она имеет вход сверху, в который поступает теплоноситель, опускаясь по ней вниз и, преодолев изгиб трубы внизу, двигаясь в обратном направлении вверх, он набирает температуру и попадает в отопительную сеть.
Устройство трубчатых коллекторов также дополняет теплоотражающий материал, который располагается под трубками в виде ребристо-желобовидной пластины. Когда солнечный свет попадает на трубки, то они поглощают его с лицевой стороны, а те лучи, которые между трубками, попадают на желоба отражателя и отражаются в направлении трубок. Таким образом, трубки получают солнечное освещение со всех сторон.
Устройство отопительной системы частного дома с солнечными коллекторами
Солнечные коллекторы для бытовых мощностей, которые способны нагреть воду до 50 градусов, применяются в системах отопления с тремя контурами, которые совмещаются в баке аккумуляторе. Первый контур (коллекторный) в баке является медной спиралью, которая передает собранное тепло теплоносителю третьего контура. По законам физики, нагретая жидкость третьего контура поднимается вверх и оказывается, таким образом, в зоне бака, где расположена спираль второго контура, теплоноситель которого имеет более высокую температуру, так как нагревается котлом (газовым, электрическим – не важно).
Вверху бака находится температурный датчик, показателями которого руководствуется электронная система котла, увеличивая/уменьшая нагрев теплоносителя своего второго контура. Таким образом, при прохождении жидкости через участок со второй спиралью, на выходе из котла она приобретает необходимую для отопления температуру и поступает в батарею. Пользуясь случаем, рекомендую статью «Виды и устройство современных радиаторов водяного отопления», в которой вы найдете полезную информацию по выбору подходящего.
В принципе, теплые полы, которые считаются системами низкотемпературного отопления, могут быть подключены без участия котла. Однако схемы с водными радиаторами, которые вмещают в себе солнечные батареи для отопления дома, считаются чуть более сложными, чем сугубо котельного, или тем более – централизованного отопления. Ведь солнечные коллекторы не заменяют котел, если речь идет о высоких температурах, а лишь уменьшают время его работы, слегка нагревая теплоноситель, в чем и проявляется экономия.
Преимущества и недостатки, выбор солнечных коллекторов для дома и дачи
Как и все приборы, коллекторы солнечного тепла имеют свои технические характеристики, которыми руководствуются при выборе того или иного вида. К таковым относится коэффициент поглощения (абсорбции), излучения (эмиссии), и селективности. Коэффициент поглощения зависит от абсорбента, то есть, качества и количества медных трубок в конструкции панели – выше сказано, что самую высокую абсорбцию демонстрируют двухконтурные системы с медными трубками с порошковым напылением на внутренней стороне.
Коэффициент излучения – это характеристика, определяемая разницей поглощенного к излучаемому теплу; он варьируется в пределах от 0,95 до 0,02. Коэффициент селективности определяется качеством собирающего тепло материала. Наиболее высокое значение этого показателя демонстрирует лучший КПД, который наблюдается у вакуумных трубчатых коллекторах.
Преимущества трубчатых коллекторов – наивысший КПД на протяжении зимнего периода и высокий КПД на протяжении всего года. Конструкция имеет особенность – съемные трубки, благодаря чему ремонт и обслуживание значительно облегчается. Более высокая стойкость к повреждениям от ударов града, опять-таки, в силу обтекаемой трубчатой формы.
Преимущества плоских коллекторов – высокая эффективность, которая наблюдается, если солнечное отопление частного дома установлено на хорошо освещаемом участке, или в моменты наилучшей освещенности. Много вариантов конструкции, позволяющих выбрать оптимальный по цене и для определенных условий. Такие коллекторы считаются надежными и долговечными.
Преимущества открытых коллекторов – дешевизна и простота конструкции. А также – простота в монтаже и легкий вес. Эти приборы считаются ударостойкими к граду и некоторым другим воздейтсвиям, так как поверхность выполнена из пластика или резины со специальными теплопоглощающими характеристиками.
Недостатки трубчатых коллекторов – высокая стоимость. Это по причине сложного производства – выдув трубок, монтаж элементов теплопоглощения и теплообмена, выкачка воздуха. Также наблюдается высокая громоздкость приборов: большой вес и габаритные размеры.
Недостатки плоских коллекторов – Более низкий КПД в сравнении с трубчатыми конструкциями в холодную пору года, особенно при снежной зиме. Сложный ремонт при повреждениях, особенно теплообменного трубчатого каркаса. Часто при поломке приходится менять целую часть устройства – полностью высокоселективную пластину, или стекло, или, по меньшей мере, отрезок трубки абсорбера.
Недостатки открытого типа коллекторов – уязвимость к отрицательным температурам и ограниченное применение. Насчет второго – применяются для подогрева воды в бассейнах. Также срок гарантийного обслуживания, соответственно и срок эксплуатации считается меньше, чем в остальных видах. Им солнечное отопление зимой произвести не удастся, так как он практически не работает при отрицательных температурах.
Надеемся, что Вам помогла эта информация, а также предлагаем другие материалы по строительству и не только. С уважением, команда Mastery of building: портала общестроительной тематики.
Добавить комментарий