Как рассчитать солнечные коллекторы

Расчет окупаемости солнечного отопления

Солнечное отопление с использованием солнечных коллекторов уже становится обычным в Приморском крае. Тем не менее выгоды солнечных коллекторов пока далеко не очевидны для большинства потребителей. Абсолютное большинство новых зданий в Приморье не используют солнечное отопление. Рационально ли оно вообще в нашем климате? Как следует из наших расчетов и опыта, солнечное отопление экономически выгодно, а средний срок окупаемости обычно составляет 6-8 лет.

Солнечное отопление обладает рядом преимуществ:

  • В полтора-два раза сокращает расходы на отопление. Чем выше ваши расходы, тем больше можно сэкономить, установив солнечные коллекторы.
  • Позволяет без дополнительных затрат продлевать отопительный сезон — использовать отопление в начале осени, конце весны и даже в холодную погоду летом.
  • Значительно сокращает трудозатраты на поддержку системы отопления — особенно в случае твердотопливных систем с использованием угля, дров и т. п.
  • Попутно обеспечивает практически бесплатную в содержании систему горячего водоснабжения с возможностью использования больших объемов горячей воды (особенно летом) для нагрева воды в бассейне, бане и т.п.
  • Уменьшает количество шума и вредных выбросов на вашем участке от использования традиционных твердо и жидкотопливных систем.

Есть у солнечного отопления и ряд особенностей эксплуатации:

  • Обеспечивает минимум энергии в декабре и январе — не более 30-50% тепла, остальную энергию для отопления требуется брать от традиционных источников.
  • Эффективность повышается с улучшением теплоизоляции здания
  • Эффективность выше с установкой системы «теплых полов»
  • В пасмурную погоду солнечные коллекторы работают, но дают в два-три раза меньше тепла, поэтому в такие дни доля тепла от традиционных источников энергии возрастает.

Как правило коэффициэнт полезного действия вакуумных солнечных коллекторов выше для систем отопления, чем плоских за счет меньших теплопотерь в зимнее время. В то же время производство вакуумных коллекторов более технологично. При уже довольно большом разнообразии такой продукции в Приморье или частном ввозе из Китая обычны случаи, когда солнечные коллекторы служат в соответствии с заявленными характеристиками не более одного-двух сезонов, потом ухудшается изоляция соединений, изделия становятся более хрупкими и т.д. Только качественные коллекторы могут служить долго — 15-25 лет. Это следует учесть при выборе системы отопления. Мы работаем только с проверенными поставщиками с высокими стандартами качества и даем трехлетнюю гарантию на устанавливаемые системы.

Как произвести расчет окупаемости солнечного отопления

Используя таблицу ниже, можно рассчитать насколько сократятся ваши расходы на отопление при использовании солнечных коллекторов, за какое время эта система может окупиться и какую выгоду можно получить за различные сроки эксплуатации. Данная модель разработана для Приморского края, но может также использоваться для оценки использования солнечного отопления в Хабаровском крае, Амурской области, Сахалина, Камчатки и южной части Сибири. В этом случае солнечные коллекторы будут иметь меньший эффект в декабре-январе в более высоких широтах, но общие выгоды будут не меньшими, учитывая более длительный отопительный сезон.

В первой таблице введите параметры вашего дома, системы отопления и цены на энергоносители. Все поля, что помечены зеленым можно изменять и моделировать существующий или планируемый дом.

  1. Сначала введите в первой графе отапливаемую площадь вашего дома.
  2. Затем оцените качество теплоизоляции здания и способ отопления, выбрав соответствующие значения.
  3. Укажите число членов семьи и расход горячей воды — это поможет оценить выгоды от горячего водоснабжения солнечных коллекторов.
  4. Введите цены на ваш обычный источник энергии для отопления — электроэнергию, дизельное топливо или уголь.
  5. Введите значение обычного заработка члена семьи, который в вашем хозяйстве занимается отоплением. Это помогает оценить трудозатраты за отопительный сезон и играет особенно большую роль для твердотопливных систем, где требуется привозить и разгружать уголь, забрасывать в топку, выбрасывать золу и т. п.
  6. Цена системы солнечных коллекторов будет определена автоматически, исходя из заданных вами параметров здания. Эта цена является приблизительной — реальные затраты на установку и параметры оборудования солнечного отопления могут отличаться и рассчитываются специалистами индивидуально в каждом случае.
  7. В графе «Расходы на установку» можно ввести стоимость оборудования и установки традиционной системы отопления — существующей или планируемой. Если система уже установлена, то можно ввести «0».
  8. Обратите внимание на количество расходов за отопительный сезон и сравните с вашими обычными расходами. Если они различаются, то попробуйте изменить параметры.

В графе «Расходы на отопление за сезон» системы отопления на угле принимают в расчет денежное выражение затрат труда. Если вы не хотите их принимать в расчет, то можете уменьшить значение заработка члена семьи, занятого отоплением. Трудозатраты в меньшей степени учитываются для жидкотопливных систем и не учитываются для систем электрокотлов. Регулировка работы солнечных коллекторов осуществляется автоматически и не требует постоянного внимания.

В графе «Срок эксплуатации» по умолчанию стоит 20 лет — это обычный срок работы систем солнечного отопления с солнечными коллекторами. В зависимости от условий эксплуатации солнечные коллекторы могут служить и дольше этого срока. Вы можете изменять срок эксплуатации и в графе ниже будет отражаться разница между затратами на установку и содержание и выгодой от использования солнечных коллекторов для отопления. Таким образом вы увидите насколько сократятся расходы на отопление и за какой срок эта разница позволит окупить затраты на установку солнечных коллекторов.

Итоговые результаты являются приблизительными, но дают хорошее представление о том сколько может стоить система солнечного отопления и за какое время она может окупить себя. Обратите внимание, что расходы за отопительный сезон можно значительно сократить, используя солнечные коллекторы, систему «теплых полов» и улучшая теплоизоляцию здания. Также расходы на отопление можно уменьшить, если заранее проектировать здание для использования солнечного отопления и применяя технологии экодома.

Расчет площади солнечного коллектора

При строительстве системы горячего водоснабжения, используя солнечные коллекторы, многие задаются вопросом: «Какую площадь коллектора необходимо использовать?«.

Чтобы не пугать вас сложными формулами и вычислениями, предложу схему, по которой вы сможете без проблем рассчитать примерную площадь коллектора для ваших нужд. Однако стоит понимать, что данная схема применима к заводским коллекторам, у которых наибольший КПД, либо к правильно построенным самодельным коллекторам.

Для расчета площади солнечного коллектора и объема накопительного бака вам необходимо пройти несколько шагов.

1. Необходимо определиться с количеством человек (потребителей горячей воды) проживающих в доме
2. Определяем примерное количество горячей воды используемой каждым человеком проживающим в доме
3. После этих двух шагов вы получите примерный необходимый объем накопительного бака
4. Выбираем южный или северный регион страны где планируется размещение системы
5. Выбираем угол наклона устанавливаемых коллекторов
6. После выполнения последнего шага вы получите примерную необходимую площадь солнечных коллекторов.

Стоит понимать, что солнечная активность, это величина не постоянная, поскольку бывают облачные и пасмурные дни, в которые эффективность коллектора заметно снижается. Поэтому данный расчет несет лишь приблизительную информацию.

поделиться с друзьями >>>

Упрощённый тепловой расчет солнечного коллектора

Начальная температура воды, поступающая в дом из водопровода, составляет 10°С, а использование этой воды для нужд (умывание, душ, отопление, уборка и пр.) требует ее подогрева. Конечно, для ее разогрева хотя бы до 40 градусов потребуется затратить энергию – газ, дрова, электроэнергия, одним словом, заплатить за ее нагрев. Зимой солнечный коллектор сможет подогреть воду от 40 до 70°С, а летом – до 100 °С.

Попробуем разобраться, насколько эффективным будет использование солнечного отопления.

В солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, которая установлена перпендикулярно солнечным лучам, на протяжении одного часа попадает от 700 до 1350 Ватт солнечной тепловой энергии. В зависимости от атмосферного состояния. Для примера возьмем среднее значение, т.е. 1000 Вт/м 2 .

Чтобы нагреть 1 кг (л) воды на 1 градус потребуется приблизительно 1,16 Вт. Теперь представим солнечный коллектор, площадь которого составляет 1 м 2 . Поглощение тепла стороны, которая обращена к солнцу, составляет практически 100%. Из этого следует, что наш коллектор, площадью 1м 2 сможет нагреть воду на один градус:

1000 Вт / 1,16 Вт = 862,07 кг воды.

Чтобы было удобнее, считаем, что К=862 кг х ОС х м2 х час. Это соотношение показывает какое количество воды на сколько градусов можно нагреть за 1 час в солнечном коллекторе, площадь которого составляет 1 м 2 .

Для примера, солнечный коллектор в комплекте, который состоит из 15 вакуумных трубок, площадью 3м 2 . Самый оптимальный объем термоса для жидкости этого коллектора – 150 литров. Продолжительность нагрева такого количества воды до 45°С в холодное время года составляет:

Другие статьи:  Адвокат для генерала ментовские войны

(150 л х (45°С — 10°С)) / (3 м2 х 862 кг*оС*м2*час) = 5250 /2586=2,03 час.

Чтобы обеспечить нагрев 150 литров воды до температуры до 45°С солнечная установка сможет за 2 часа. Если учитывать теплопотери коллектора и тот факт, что атмосфера не всегда чистая и прозрачная, а солнечный коллектор не идеально чистым, то время нагрева зимой увеличивается до 4 часов.

Проведем расчёт для нагрева заданного объема воды элекроэнергией.

t = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (P ∙ η)
где, t — время нагрева в часах=1ч. c = 1,163 (Ватт/час) / (кг ∙ К), m — количество воды 150 кг, P — мощность в Вт, η — КПД = 0,98, Δϑ — разность температур в К (ϑ2 — ϑ1)=35°C ϑ1 — температура холодной воды в10 °C ϑ2 — температура горячей воды в 45°C

P = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (t ∙ η)=(150∙ 1,163 ∙ 35) / (1 ∙ 0,98)=6230Вт.=6,23 кВт/ч.

Следовательно, чтобы разогреть 150 литров воды с помощью электроэнергии, с учетом теплопотерь, то Вы заплатите от 7 до 8 кВт.ч. х 2,3 рубля=от 16 до 20 рублей, а за 300 литров – от 32 до 40 рублей. Подведем итог: зимой один солнечный коллектор, площадь которого составляет 3 м 2 , сэкономит ваш расходы от 20 до 40 рублей в день.

Произведем расчет расхода горячей воды для семьи, состоящей из трех человек. Если день начинается с 10-минутного душа для каждого из членов семьи, то использование теплой воды составляет 8 литров в минуту. Следовательно, на прием душа уходит: 3 чел. х 10 мин. х 8 л/мин = 240 литров теплой воды. Дальше завтрак, после которого на мытье посуды нужно примерно 15 минут с расходом теплой воды 3 л/минуту. Так, для того чтобы вымыть посуду понадобиться: 15 мин. х 3 л/мин = 45 литров теплой воды. Если предположить, что вечером расход воды будет приблизительно таким же, а также добавить уборку, стирку и прочие потребности, то добавим еще 100 литров. В результате расход теплой воды утром или вечером составит: 240+45+100=385 литров. При подсчетах видно, что в среднем на одного члена семьи приходится 100-150 литров горячей воды в день. Тогда, для того, чтобы обеспечить семью горячей водой в холодное время года, Вам потребуется два коллектора и бак на 300 литров. Если Вы планируете использовать солнечное тепло в максимальном объеме и использовать его для разогрева отопления, тогда Вам рекомендуется купить шесть коллекторов и накопительный бак на 500 литров воды. Солнечная установка очень эффективная, также Вы сможете сэкономить значительную сумму денег. Вышеприведенный расчет – это упрощенный расчет, который основан на зимнем периоде, а с приходом весны и лета солнечная активность значительно возрастет, следовательно, возрастет эффективность такого оборудования. В летний период человек более активный и используется большее количество горячей воды: принимает душ, бассейн, моем посуду, стираем и пр. Летом температура воды вырастает от 60 до 95°С, и тогда возникает новый вопрос – куда девать лишнюю воду, но следует помнить, что Вы не будете платить денег за ее нагрев. Итог: в теплый солнечный период эффективность использования солнечного оборудования вырастает в два раза, а шестиколлекторная солнечная установка, площадь которой 18 кв.м., сэкономит в холодное время года от 90 до 200 рублей в день, а летом – от 180 до 400 рублей в день. Если количество холодных и теплых дней в году приблизительно одинаковое, тогда можно провести такой расчет, при котором экономия будет составлять от (90 +200) : 2 = 145, до (840 +1920) : 2 = 290, теперь умножим на 365 дней и получим сумму от 52925 до 105000 рублей в год.

Полную окупаемость всех затрат на покупку солнечного оборудования можно ожидать от одного до двух лет. При покупке коллекторной солнечной установки Вы заплатите только один раз. Срок ее эксплуатации от 15 до 25 лет, притом, что работает она постоянно.

Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления

Солнце – источник неисчерпаемой бесплатной энергии, ресурсами которой может воспользоваться любой желающий.

Комплект с плоскими солнечными коллекторами auroSTEP plus – оптимальное решение для загородного дома.

Трубчатый солнечный коллектор auroTHERM exclusiv обеспечивает максимальную эффективность поддержки системы отопления.

Плоские солнечные коллекторы auroTHERM и auroTHERM plus – отличное соотношение цены и эффективности.

Покупка гелиосистем у официального дилера имеет ряд преимуществ:

+ 7 (495) 369-37-99 (круглосуточно)

Постоянный рост цен на отопление и горячее водоснабжение заставляет многих из нас задуматься о способах экономии. Но можно ли не просто сократить расходы на электроэнергию, а свести их к нулю? Можно, если использовать энергию солнца. Солнечные коллекторы – это источник бесплатной и экологически чистой энергии.

Такие коллекторы, или, как их еще называют, гелиосистемы, предназначены для аккумулирования солнечной энергии для нагрева воды. Использование данной установки дает возможность дополнительного отопления в весенний и летний период. Иными словами, обладатели солнечных коллекторов получают горячую воду и тепло совершенно бесплатно.

Устройство и принцип работы

Простейший солнечный коллектор – это металлические пластины черного цвета, заключенные в корпус из стекла или пластика, которые обычно монтируются на крыше дома. В сущности, солнечный коллектор представляет собой миниатюрную теплицу, которая накапливает солнечную энергию. Эта энергия согревает воду, циркулирующую по трубам, скрытым под пластиной. Чем больше энергии передается теплоносителю, тем выше его эффективность. Но, хотя принцип работы для всех коллекторов один и тот же, их конструкция несколько различается в зависимости от типа коллектора и сферы его применения.

Неиспользованная остывшая вода из резервуара постепенно опускается вниз, освобождая место нагретой воде из коллектора. Холодная вода попадает в теплообменник, где нагревается и вновь поступает в резервуар. На практике это означает, что вода в накопительной емкости всегда остается горячей – в ясные солнечные дни ее температура может доходить до 70 o С.

Типы и характеристики бытовых коллекторов для нагрева воды и отопления

Описанная схема работы коллектора очень упрощена, на деле же гелиосистемы несколько сложнее. Существует несколько типов солнечных коллекторов со своими конструктивными особенностями.

Плоские высокоселективные

Плоский коллектор – один из самых распространенных типов. Их преимущество состоит в невысокой цене, однако в сравнении с другими моделями они теряют больше тепла. Плоские солнечные коллекторы состоят из плоскостного поглотителя, прозрачного стеклянного покрытия, теплоизоляции с оборотной стороны и рамы, которая в основном делается из алюминия или стали.

Плоскостной поглотитель – это выкрашенный в темной цвет металлический лист, соединенный с теплопроводящими трубами. Слой поглотителя аккумулирует солнечные лучи и трансформирует солнечную энергию в тепловую, которая затем передается жидкости-теплоносителю (смеси воды и гликоля). Эта жидкость «направляет» тепло в солнечный аккумулятор. Стеклянное покрытие коллектора защищает поглотитель от воздействия окружающей среды и снижает потери тепла, создавая парниковый эффект. Эту же функцию выполняет и теплоизоляция из минерального волокна.

Вакуумные трубчатые

Солнечные коллекторы этого типа состоят из стеклянных трубок, внутри каждой из которых располагается устройство, поглощающее солнечный свет. Вакуум – идеальный теплоизолятор, и потому теплопотери таких коллекторов значительно меньше. Существует два вида вакуумных коллекторов, различающихся по способу нагрева – с косвенной теплопередачей и прямоточные. Первый вид устройств предназначен для всесезонного использования, а второй – для теплого времени года, с апреля до сентября.

Концентрационные

Весной, летом и осенью дневной угловой ход солнечных лучей больше 120 градусов – угла, в котором эффективно работают неподвижные солнечные коллекторы. Повышение эксплуатационных температур до 120-250 o C возможно путем введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Они концентрируют солнечные лучи, и в результате их на панель попадает больше. Для получения более высоких температур требуются устройства слежения за солнцем. Это достаточно дорогостоящее решение и применяется оно в основном в промышленных целях.

Солнечные воздушные коллекторы используются для нагрева воздуха. Это простые плоские коллекторы, применимые для отопления помещений и сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Недостаток последнего варианта в том, что часть энергии тратится на работу вентиляторов.

Расчет мощности солнечного коллектора

Солнечные коллекторы для дома могут обладать весьма высокой производительностью. Чтобы точно рассчитать мощность коллектора, нужно знать его площадь поглощения, величину инсоляции для вашего региона и КПД коллектора.

Допустим, используется коллектор площадью примерно 1 кв. м, состоящий из 7 трубок, каждая из которых имеет площадь поглощения 0,15 кв. м. Получаемая мощность в расчете на один день вычисляется следующим образом: 0,15 (площадь поглощения 1 трубки) × 1173,7 (величина инсоляции в Московской области) × 0,67 (КПД солнечного коллектора) =117,95 кВт•час/кв. м. В среднем за сутки одна вакуумная трубка теплового коллектора вырабатывает 0,325 кВт•час. В наиболее солнечные летние месяцы она будет производить 0,545 кВт•час.

Другие статьи:  Как оформить проект на воду

Использование солнечных коллекторов в России и мире

Солнечные коллекторы широко распространены во всем мире, хотя для нашей страны они все еще остаются новинкой. Настоящий бум солнечных коллекторов пришелся на 1970-е, во времена нефтяного кризиса. Тогда их начали применять во многих странах, от США до Японии. В Израиле в наши дни более 85% населения используют солнечные коллекторы. Сейчас общая мощность солнечных коллекторов мира превышает 200 гигаватт тепловой энергии и продолжает неуклонно расти. Использование данной технологии в Германии, например, оценивается в 140 кв. м/1000 чел., в Австрии – 450 кв. м/1000 чел., на Кипре – около 800 кв. м/1000 чел. В России этот показатель пока очень мал – лишь 0,2 кв. м/1000 чел.

Многие могут усомниться – разумно ли использование таких устройств в России, где климат далеко не такой теплый и солнечных дней значительно меньше, чем в южных широтах? Расчеты, проведенные в РАН, доказывают, что даже наша суровая погода – не препятствие для эффективной эксплуатации коллекторов. В средней полосе России мощность солнечного потока составляет от 100 до 250 Вт на 1 кв. м площади. Максимальное значение равняется 1000 Вт (при ясном небе в полдень). Следовательно, при установке солнечного коллектора площадью 2 кв. м вода в баке емкостью 100 л будет ежедневно прогреваться до температуры от 37 o С и более (этот показатель может доходить до 55 o С). А в теплые месяцы коллектор будет еще эффективнее.

Солнечные коллекторы применяются для отопления, нагрева воды, подогрева бассейнов, обеспечения энергией теплиц. Они легко интегрируются в любую сеть водо- и теплоснабжения и просто монтируются. С помощью солнечных коллекторов можно сократить расходы на оплату энергоносителей, а в летние месяцы получать и вовсе бесплатную горячую воду. К известным и надежным производителям солнечных коллекторов относятся такие компании, как FUTUS-NUKLEON (Австрия-Чехия), TiSUN (Австрия), Ferroli (Италия), но особым доверием специалистов пользуются коллекторы от немецких компаний – Wolf и Vaillant. Эти бренды не просто предлагают надежную продукцию – они постоянно совершенствуют свои системы и внедряют новые технологии.

Стоимость гелиоустановки для дома

Цена солнечного коллектора для отопления дома зависит от его типа, сложности системы и мощности, а также, не в последнюю очередь, от производителя. Относительно небольшие установки для частных домов, коттеджей и дач с номинальной мощностью около 2 кВт•ч стоят от 160 000 рублей в базовой комплектации, более мощные системы с несколькими коллекторами общей мощностью около 6 кВт•ч, предназначенные не только для нагрева воды, но и для отопления в весенне-зимний период, обойдутся в 270 000 рублей. К этому нужно прибавить стоимость монтажа и наладки.

За какой срок окупится коллектор? На это влияет режим эксплуатации. Солнечные коллекторы в отопительный период поддерживают отопление приблизительно на 25%, а горячее водоснабжение в летние месяцы на 80-90%, так что окупаемость будет напрямую зависеть от ваших обычных расходов на тепло и горячую воду. В среднем срок окупаемости коллекторов составляет от 2 до 8 лет. Все это указывает на экономическую целесообразность и перспективность использования технологии в России.

Где заказать коллектор солнечной энергии?

Солнечный коллектор очень выгоден, но лишь при условии, что вы приобрели и установили надежную модель, которая не только не сломается через десяток лет, но и на протяжении всего срока службы будет выдавать стабильную производительность. Если вы хотите купить солнечный коллектор безупречного качества, обратите внимание на производителей из Германии. Именно немецкое оборудование показывает наилучшие результаты.

Компания Vaillant Group – это интернациональное предприятие со 140-летней историей, один из европейских лидеров в производстве систем, использующих возобновляемые источники энергии. Vaillant Group располагает одним из самых больших в отопительной отрасли исследовательским отделом — в сфере исследований и новых разработок на предприятии занято 507 высококвалифицированных специалистов. Компания представлена в 60 странах мира. Она известна как надежной техникой и инновационными решениями, так и высоким уровнем сервиса.

Гелиосистемы Vaillant производятся в Германии, на заводе в г. Гельзенкирхен, на современном роботизированном оборудовании. В среднем, плоский коллектор от Vaillant аккумулирует 1.350 кВт•ч энергии в год и сокращает тем самым вредные выбросы CO2 в атмосферу на 450 кг. В линейку входит несколько моделей солнечных коллекторов для любых нужд – от обеспечения горячей водой небольшого частного дома до мощных систем, которые можно использовать в промышленных целях. Официальным представителем бренда Vaillant в России является интернет-магазин «Тепломатика.ру».

Расчет солнечного коллектора для ГВС

Солнечная энергетика – это не только свет, преобразованный в электричество. Это еще и горячая вода, и тепло в доме. Чтобы преобразовать энергию солнечного излучения в тепло, нужны специальные установки – солнечные коллекторы. В период с апреля по октябрь эти установки снабжают дома горячей водой, а в осенне-зимний период совместно с традиционными источниками энергии отапливают помещения.

Владельцам коттеджей, загородных домов использование солнечных коллекторов дает существенную экономию средств, так как горячая вода поступает в дом практически бесплатно. Но для того, чтобы эти установки работали в самом оптимальном режиме, перед тем, как выбрать тип установки, ее месторасположение, необходимо выполнить хотя бы приблизительный, прикидочный расчет солнечного коллектора для ГВС (горячего водоснабжения).

Пример расчета для плоского гелиевого конвертера

Для начала нужно установить, какое количество солнечной энергии попадает на поверхность, установленную перпендикулярно лучам солнца. Известно, что на один квадратный метр поверхности, находящейся за пределами атмосферы, попадает 1367 ватт энергии Солнца.

Проходя через атмосферу, солнечное излучение теряет в мощности от трехсот до пятисот ватт. Поэтому на поверхность Земли в ясную безоблачную погоду в средних широтах на один квадратный метр попадает от 800 до 1000 ватт мощности. Для расчетов принимается среднее значение – 900 ватт. Для упрощения расчетов в качестве модели используется условный солнечный конвертер площадью в один квадратный метр.


Схема тепловых потерь плоского солнечного коллектора

Модель коллектора, принятая для расчетов, представляет собой установку, рабочая поверхность которой защищена специальным закаленным противоударным стеклом с антибликовым покрытием. Абсорбер покрыт жаропрочной селективной черной краской. Тем самым обеспечивается практически 100% поглощение тепловой энергии. Тыльная сторона коллектора представляет собой слой теплоизоляции толщиной в десять сантиметров. Теплоизоляция чаще всего выполняется на основе минеральной ваты. Чтобы рассчитать потери тепла, неизбежно возникающие на теневой стороне, необходимо знать коэффициент теплопроводности минеральной ваты. Для легкой минеральной ваты этот коэффициент составляет 0.045.

Для расчета предполагается, что разница температур на лицевой и тыльной сторонах теплоизоляции составляет до 50°. Следовательно, при толщине теплоизоляции десять сантиметров потери тепла составят:

Примерно такие же потери тепла возможны с торцевых поверхностей коллектора и от труб. Таким образом, суммарные потери тепла составят 45 ватт. Для расчета необходимо внести корректировочные поправки на возможную облачность, загрязнение стекла коллектора, налипание посторонних предметов (например, листьев с деревьев). Поэтому в расчете следует принять нижнюю границу значения мощности солнечной энергии, приходящейся на один квадратный метр — 800 ватт на один квадратный метр. В качестве теплоносителя в плоских солнечных конвертерах используется вода. Чтобы нагреть один литр воды на один градус, необходимо затратить энергию в 4200 джоулей, что соответствует мощности в 1.16 ватта.

Зная эти величины, можно рассчитать то количество воды, которое будет нагрето в течение одного часа в условном солнечном коллекторе с рабочей площадью в один квадратный метр:

То есть за один час гелиевый коллектор площадью в один квадратный метр сможет нагреть на один градус почти 700 литров воды. Из этого расчета следует, что если необходимо нагревать воду на два, три, десять градусов, то расходуемую мощность необходимо соответственно увеличивать.

800 : (1.16 × 10) = 68.96

Следовательно, чтобы в течение часа нагреть воду на десять градусов, через условный солнечный коллектор нужно пропустить не более 69 литров воды (вес одного литра воды равен одному килограмму). Согласно санитарным правилам и нормам (СанПиН), принятым в 2009 году, температура горячей воды, подаваемой в дома, должна находиться в пределах от +60°С до +75°С.

Как показывает практика, для поддержания комфортных условий среды обитания на одного человека требуется в среднем примерно 50 литров горячей воды в день. Для расчета количества энергии принимаем это значение и верхнее значение температуры — +75°С. Поскольку холодная вода, поступающая в коллектор, имеет начальную температуру порядка +10°С, мы получаем ту разницу температур, на которую необходимо нагреть воду:

Коллектор следует расположить таким образом, чтобы угол наклона его примерно соответствовал географической широте местности, а ориентация была бы на юг. Возможны небольшие отклонения на юго-восток или юго-запад.

Другие статьи:  Возврат ндс в казахстане при экспорте

Для определения количества тепла, необходимого для нагрева 50 литров воды на 65°, применима формула:

W = Q × V × Tp = 1,16 × 50 ×65 = 3770 (ватт энергии)

Теперь остается вычислить площадь гелиевого коллектора. По таблицам метеорологов для данной конкретной местности следует уточнить то количество энергии Солнца, которое получает здесь один квадратный метр поверхности. Для нашего расчета это значение принято 800 ватт. Разделив вычисленное значение W количества энергии на 800 ватт, мы получим искомую площадь коллектора:

3770 : 800 = 4.71 (квадратных метров)

Это значение соответствует значению площади гелиевого коллектора, который обслуживает одного человека. Для нагрева воды для двух, трех или более человек эту площадь следует увеличить в соответствующее число раз. При стандартных размерах рабочей площади в 2.0 м² — 2.2 м² для нагрева воды на семью из трех человек необходимо установить шесть плоских солнечных коллекторов.

Аналогичным образом производится расчет площади и количества гелиевых коллекторов для организации отопления. Единственное, на что нужно будет сделать поправку, так это на объем теплоносителя, так как в данном случае его потребуется больший объем.

Графический метод расчета системы горячего водоснабжения

Поскольку для определения количества оборудования, которое необходимо приобрести для организации солнечного нагрева воды и подачи ее в дом, особая точность не требуется, многие изготовители и поставщики систем горячего водоснабжения разработали собственные методики расчета, воплотив их в простейшие графики.

По таким графикам любой потенциальный покупатель может самостоятельно определить свои потребности в тех или других компонентах системы нагрева воды. Ниже приведен один из таких графиков. Чтобы определиться с составом оборудования, необходимо выполнить несколько последовательных шагов.


Графическое определение состава оборудования для горячего водоснабжения

  1. Определить количество постоянных потребителей.
  2. Задать примерный объем расходуемой воды.
  3. На основании этих данных определить рекомендуемый объем бойлера.
  4. Задать оптимальную степень замещения суточных потребностей в тепле на энергию солнца.
  5. Выбрать грубо («Север» — «Юг») вашего месторасположения.
  6. Определить предполагаемую ориентацию гелиевых коллекторов.
  7. Задать угол наклона коллекторов по отношению к горизонту.

Выполнив эти действия, вы получите примерный состав оборудования, которое необходимо для удовлетворения ваших потребностей в горячей воде, а именно объем бойлера, количество коллекторов. А уж за вами остается решение, как именно использовать это оборудование – в качестве основной или вспомогательной системы горячего водоснабжения.

Зная состав системы ГВС, можно легко рассчитать стоимость всех компонентов, а также приблизительно рассчитать сроки окупаемости этого оборудования.

Как рассчитать солнечные коллекторы

Упрощенный расчет солнечного коллектора.

При устройстве системы водоподготовки горячей воды с помощью солнечного коллектора, вам, возможно поможет простой расчет, который поможет вам определиться с площадью солнечного коллектора и его производительностью. И в зависимости от ваших потребностей правильно построить солнечный водяной коллектор.

Известно, что в солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, установленный перпендикулярно солнечным лучам, падает от 800 до 1000 Ватт солнечной тепловой энергии (в зависимости от состояния атмосферы).

Возьмем среднюю цифру в 900 Вт/м2

Представим некий условный солнечный коллектор, площадью в 1 м2. Сторона обращенная к солнцу является черной матовой и имеет практически 100%-е поглощение тепла. Обратная (теневая сторона) имеет утепление например 10 см. пенополистирола. Подсчитаем потери тепла, происходящие на теневой стороне. Коэффициент теплопередачи пенополистирола равен 0,05 Вт/м*град. С учетом толщины и перепада температуры например в 50 градусов, получим потери равные 0,05/0,1 * 50 = 25 Вт. Примерно столько же будут излучать и торцы солнечного коллектора, трубы и пр. Итого примем теплопотери равными 50 Вт.

Атмосфера не всегда бывает прозрачной, а коллектор не всегда идеально чистым. Поэтому для расчета будет брать поток энергии равным 800 Вт/м2

Теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг*град. Соотношение между тепловыми Ваттами и Джоулями таково:

1 Ватт = 3600 Дж.

Т.е. на нагревание 1 кг воды (1 литра) на один градус требуется примерно 1,16 Вт.

Исходя из этих величин, мы можем вывести некую условную величину для нашего условного солнечного коллектора, площадью в 1 м2.

800 / 1,16 = 689,65. Для удобства будет ее считать = 700 /Кг*град.

Формально, это соотношение, сколько килограммов воды на сколько градусов можно нагреть за 1 час в солнечном коллекторе площадью в 1 м2. Конечно, тут не учтены все теплопотери коллектора. Ведь по мере его разогревания, он начинает излучать много конвекционного тепла и со своей лицевой (зачерненной) поверхности. Поэтому вряд ли он нагреется выше 70-90 градусов. Поэтому эту цифру 700 можно считать действительной только для низких температур, в пределах 10-60 градусов.

Если учесть, что исходная температура воды примерно 15 градусов, то температура горячей будет 15 + 50 = 65 градусов. Такая вода уже гарантированно обжигает.

Если нас нужно горячая вода быстро (не за час, а за 30 минут, или даже за 15 минут, то соответственно надо уменьшить и объем коллектора в 2 или 4 раза. Объем! Но не площадь.

Получается, что солнечный коллектор должен иметь минимальный объем при максимальной площади. Т.е. быть как можно более плоским.

За 1 минуту такой солнечный коллектор нагреет до 50 градусов примерно стакан воды. Тоненькая струйка постоянно текущей горячей воды. Вернее, быстрая капель. Поэтому делать проточный солнечный водонагреватель нет никакого смысла. Либо он будет чудовищной площади. Да и не всегда нам нужна постоянно текущая горячая вода. Поэтому все солнечные водонагреватели — накопительного типа. За час он (наш условный солнечный коллектор) подготовит 15 литров. Уже душ можно принимать. Стоит напомнить, что расход горячей воды и холодной соотносятся как 1:2 – 1:3.

Накапливаем горячую воду правильно!

Подавляющее большинство солнечных водонагревателей разработано по рециркуляционной схеме. Т.е. есть некий бак (с подпиткой от напорного бака), бак термоизолирован (термос). С баку подключен солнечный коллектор. Вода из бака постоянно циркулирует через солнечный коллектор и подогревается. Простая и логичная система, казалось бы. Но вот вопрос — зачем уже нагретую воду перемешивать с еще холодной? Общая температура, несомненно повышается и вся вода сначала становится чуть теплее, потом все больше и больше и до тех пор, пока не достигнет той критической температуры. Когда она перестает нагреваться или солнце не заходит.

Если учесть, что расход воды на семью около 300-400 литров в сутки, то надо иметь запас горячей воды примерно 100 – 200 литров. Причем прямо с утра, когда солнце еще не ярко светит, литров 50. 150 литров готовится солнечным коллектором «до кондиции» за 5-6 часов! А при расходе, в бак доливается холодная вода, так же снижая общую температуру. И это тоже неправильно. Поэтому подобные системы прижились только в странах, где солнца избыток, а ночи теплые и вода даже в больших баках с плохой термоизоляцией не сильно остывает. Например, Греция, Италия и т.д. А мы живем в России.

Поэтому у нас нет времени гонять по кругу горячую воду перемешивая ее с холодной. Нагрелась — сразу используй или положи в термос. И правильный солнечный коллектор для средней полосы России должен выглядеть так.

Водонапорный бак — солнечный коллектор минимального объема (3-5 литров) — бак-термос/накопитель на 50-100 литров. Солнечный коллектор должен быть оборудован либо термоклапаном (как автомобильный термостат), либо термореле (биметаллическая пластина с электроклапаном. Второе реализовать проще.

Процесс идет следующим образом. Вода в солнечном коллекторе нагревается за 15-20 минут до 40-60 градусов. Срабатывает реле, открывается клапан и вода сливается в термос-накопитель. Он небольших размеров (50 литров будет достаточно), дополнительно оборудован ТЭН-ом (на случай долгого ненастья) и отлично теплоизолирован. Ввиду его небольших размеров сделать это будет несложно. Фактически, через 15 минут мы уже можем пользоваться горячей водой! И она все продолжает поступать. И заметьте, не теплая, а нормальная горячая. За час- полтора у нас уже скопится 30 литров очень горячей воды.

Когда термос полностью наполнится, процесс просто остановится и вода будет по прежнему греться в коллекторе. Стоит отлить несколько литров как она тут же заполнит освободившееся пространство. Впрочем, объем термоса накопителя следует выбирать исходя из потребностей конкретной семьи и ее образа жизни.

Другим положительным моментом является то, что система со сливом в термос позволяет без проблем использовать несколько солнечных коллекторов , ориентированных под разными углами к плоскости движения Солнца. Например на юго-восток и юго-запад. Тогда с утра начнет греть воду восточный коллектор, днем будут работать оба, а во второй половине дня – западный. Так же можно сделать и в системе с рециркуляцией, скажете вы. Можно. С удвоением головной боли от трубочек, их термоизоляций и воздушных пробок в них. А они образуются очень просто, так как при нагревании воды растворимость газов в ней падает и газы начинают ее покидать в виде пузырьков, создавая воздушные пробки.