Солнечный коллектор – это альтернативный источник получения тепловой энергии за счёт использования солнечной. Сейчас это удобное приспособление уже не новшество, но позволить себе его установку может далеко не каждый. Если подсчитать, покупка и монтаж коллектора, который удовлетворит бытовые нужды среднестатистической семьи, могут обойтись в пять тысяч американских долларов. Само собой, окупаемости такого источника придется ждать довольно долго. Но почему бы не сделать солнечный коллектор своими руками и установить его?
Стандартное устройство имеет вид металлической пластины, которая помещена в пластмассовый или стеклянный корпус. Поверхность этой пластины аккумулирует солнечную энергию, задерживает тепло и передаёт его для различных бытовых нужд: отопление, подогрев воды и т.д. Интегрированные коллекторы бывают нескольких видов.
Накопительные
Накопительные коллекторы ещё называют термосифонными. Такой солнечный коллектор своими руками без насоса получается наиболее выгодным. Его возможности позволяют не только подогревать воду, но и поддерживать температуру на необходимом уровне некоторое время.
Такой солнечный коллектор для отопления состоит из нескольких баков, наполненных водой, которые находятся в теплоизоляционном ящике. Баки накрыты стеклянной крышкой, через которую пробиваются солнечные лучи и подогревают воду. Этот вариант наиболее экономичен, прост в эксплуатации и в обслуживании, но его эффективность в зимнее время практически равна нулю.
Плоские
Ппредставляет собой большую металлическую пластину – абсорбер, который находится внутри алюминиевого корпуса со стеклянной крышкой. Плоский солнечный коллектор своими руками будет более эффективен при использовании именно крышки из стекла. Поглощает солнечную энергию через градостойкое стекло, которое хорошо пропускает свет и практически его не отражает.
Внутри ящика присутствует термоизоляция, что позволяет значительно снизить теплопотери. Сама пластина имеет низкий КПД, поэтому она покрыта аморфным полупроводником, который значительно увеличивает показатель аккумуляции тепловой энергии.
При изготовлении солнечного коллектора для бассейна своими руками, часто отдают предпочтение именно плоскому интегрированному устройству. Впрочем, он не хуже справляется и с другими задачами, такими как: подогрев воды для домашних нужд и отопление помещения. Плоский – самый широко используемый вариант. Абсорбер для солнечного коллектора своими руками предпочтительно делать из меди.
Жидкостные
Из названия понятно, что главным теплоносителем в них выступает именно жидкость. Водяной солнечный коллектор своими руками делается по следующей схеме. Через поглощающую солнечную энергию металлическую пластину, тепло передаётся по прикрепленным к ней трубам в бак с водой или незамерзающей жидкостью или прямо к потребителю.
К пластине подходят две трубы. Через одну из них подаётся холодная вода из бака, а через вторую в бак поступает уже подогретая жидкость. У труб обязательно должны присутствовать отверстия входа и выхода. Такую схему подогрева называют замкнутой.
Когда же подогретая вода напрямую подаётся для удовлетворения нужд пользователя – такую систему называют разомкнутой.
Неостекленные чаще применяются для нагрева воды в бассейне, поэтому сборка таких тепловых солнечных коллекторов своими руками не требует закупки дорогих материалов – сгодится резина и пластмасса. У остекленных КПД выше, поэтому они способны отапливать дом и обеспечивать потребителя горячей водой.
Воздушные
Воздушные устройства экономичнее вышеперечисленных аналогов, использующих воду в качестве теплоносителя. Воздух не замерзает, не подтекает и не кипит как вода. Если в такой системе происходит утечка, она не приносит столько проблем, однако определить где она произошла довольно сложно.
Самостоятельное изготовление не обходится потребителю дорого. Солнцеприемная панель, которая накрывается стеклом, нагревает воздух, который находится между ней и теплоизоляционной пластиной. Грубо говоря, это плоский коллектор, имеющий внутри пространство для воздуха. Внутрь поступает холодный воздух и под действием солнечной энергии подаётся потребителю тёплый.
Вентилятор, который крепится в воздуховод или непосредственно на пластину, улучшает циркуляцию и улучшает воздухообмен в устройстве. Для работы вентилятора требуется использование электричества, что не очень-то экономно.
Такие варианты долговечны и надёжны и обслуживать их проще, чем устройства, которые используют жидкость в качестве теплоносителя. Для поддержания нужной температуры воздуха в погребе или для отопления теплицы солнечным коллектором подойдёт как раз такой вариант.
Как это работает
Коллектор собирает энергию с помощью светонакопителя или, другим словами, солнцеприемной панели, которая пропускает свет к аккумулирующей металлической пластине, где солнечная энергия преобразуется в тепловую. Пластина передает тепло теплоносителю, которым может быть как жидкость, так и воздух. Вода отправляется по трубам к потребителю. С помощью такого коллектора можно отопить жилище, нагреть воду для различных домашних целей или бассейна.
Воздушные коллекторы используются, в основном для отопления помещения или подогрева воздуха внутри него. Экономия при использовании таких устройств очевидна. Во-первых, не нужно использовать какое-либо топливо, а во-вторых, снижается потребление электроэнергии.
Для того чтобы получить максимальный эффект от использования коллектора и бесплатно подогревать воду на протяжении семи месяцев в году, он должен иметь большую поверхность и дополнительные теплообменные устройства.
Инженер Станислав Станилов представил миру самую универсальную конструкцию солнечного коллектора. Основной идеей использования разработанного им устройства является получение тепловой энергии за счет создания парникового эффекта внутри коллектора.
Конструкция коллектора
Конструкция этого коллектора очень проста. По сути, это солнечный коллектор из стальных труб, сваренных в радиатор, который помещён в деревянный контейнер, защищённый теплоизоляцией. В качестве теплоизоляционного материала могут выступать минеральная вата, пенопласт, понополистирол.
На дно коробки кладется оцинкованный металлический лист, на который монтируется радиатор. И лист, и радиатор окрашиваются в чёрный, а сама коробка покрывается белой краской. Разумеется, контейнер накрывается стеклянной крышкой, которая хорошо герметизируется.
Материалы и детали для изготовления
Для сооружения такого самодельного солнечного коллектора для отопления дома понадобится:
- стекло, которые будет служить в качестве крышки. Размер его будет зависеть от габаритов короба. Для хорошей эффективности лучше подбирать стекло размером 1700 мм на 700 мм;
- рама под стекло – её можно сварить самостоятельно из уголков или сколотить из деревянных планок;
- доска для короба. Тут можно использовать любые доски, даже с разборки старой мебели или дощатого пола;
- прокатный уголок;
- соединительная муфта;
- трубы для сборки радиатора;
- хомуты для крепления радиатора;
- лист оцинкованного железа;
- приёмная и выпускная труба радиатора;
- бак объемом 200−300 литров;
- аквакамера;
- теплоизоляция (листы пенопласта, пенополистирола, мин. вата, эковата).
Этапы работ
Этапы изготовления коллектора Станилова своими руками:
- Из досок сколачивается контейнер, дно которого укрепляется брусьями.
- На дно укладывается теплоизолятор. Основание должно быть особенно тщательно утеплено, чтобы избежать утечки тепла у теплообменника.
- После на дно короба устраивают оцинкованную пластину и устанавливают радиатор, который сваривается из труб, и закрепляют его стальными хомутами.
- Радиатор и лист под ним окрашиваются в черный цвет, а короб – в белый или серебристый.
- Бак с водой должен быть установлен под коллектором в теплом помещении. Между ёмкостью для воды и коллектором нужно устроить теплоизоляцию, чтобы трубы находились в тепле. Бак можно поместить в большую бочку, в которую можно засыпать керамзит, песок, опилки и т.д. и таким образом утеплить.
- Над баком нужно установить аквакамеру для того чтобы в сети создавалось давление.
- Монтаж солнечного коллектора своими руками нужно осуществлять на южной стороне кровли.
- После того как все элементы системы готовы и установлены, нужно соединить их в сеть полудюймовыми трубами, которые должны быть хорошо утеплены, дабы уменьшить теплопотери.
- Неплохо будет соорудить и контроллер для солнечного коллектора своими руками, так как заводские устройства эксплуатируются недолго.
Расчет размеров
Расчёт размеров для того чтобы изготовить солнечный коллектор для отопления своими руками, прежде всего, направлен на определение нагрузки системы теплоснабжения, покрытие которой берет на себя это устройство. Само собой, что подразумевается использование нескольких источников энергии в комплексе, а не только энергии солнца. В этом деле важно расположить систему таким образом, чтобы она взаимодействовала с другими – тогда это даст максимальный эффект.
Для определения площади коллектора нужно знать, для каких целей он будет использоваться: отопление, подогрев воды или и того, и другого. Проанализировав данные водомера, потребностей в обогреве и данные инсоляции местности, в которой планируется установка, можно высчитать площадь коллектора. К тому же, надо учесть потребности в горячей воде всех потребителей, которые планируется подключить к сети: стиральной машины, посудомоечной машины и т.д.
Селективное покрытие выполняет едва ли не самую основную функцию в работе коллектора. Пластина или радиатор с нанесённым покрытием притягивают в разы больше солнечной энергии, превращая её в тепло. Можно приобрести специальный химикат в качестве селективного покрытия, а можно просто окрасить теплонакопитель в чёрный цвет.
Чтобы сделать селективное покрытие для солнечных коллекторов своими руками, можно применить:
- специальный готовый химикат;
- оксиды разных металлов;
- тонкий теплоизоляционный материал;
- чёрный хром;
- селективную краску для коллектора;
- чёрную краску или пленку.
Коллекторы из подручных материалов
Собрать солнечный коллектор для отопления дома своими руками и дешевле и интереснее, ведь изготовить его можно из различных подручных материалов.
Из металлических труб
Этот вариант сборки походит на коллектор Станилова. При сборке солнечного коллектора из медных труб своими руками, из труб варится радиатор и помешается в деревянный короб, проложенный изнутри теплоизоляцией.
Наиболее эффективными будут медные трубы, алюминиевые тоже можно использовать, но их тяжело варить, а вот стальные – наиболее удачный вариант.
Такой самодельный коллектор не должен быть чересчур большим, чтобы его было легко собрать и монтировать. Диаметр труб на солнечные коллектора для сварки радиатора должен быть меньше, чем у труб для ввода и вывода теплоносителя.
Из пластиковых и металлопластиковых труб
Как сделать солнечный коллектор своими руками, имея в домашнем арсенале пластиковые трубы? Они менее эффективны в качестве теплонакопителя, однако в разы дешевле меди и не коррозируют как сталь.
Трубы выкладываются в короб по спирали и закрепляются хомутами. Их можно покрыть черной или селективной краской для большей эффективности.
С укладкой труб можно экспериментировать. Так как трубы плохо гнутся, их можно укладывать не только по спирали, а и зигзагом. Среди преимуществ, пластиковые трубы легко и быстро поддаются пайке.
Из шланга
Чтобы сделать солнечный коллектор для душа своими руками понадобится резиновый шланг. Вода в нем нагревается очень быстро, поэтому его тоже можно использовать в качестве теплообменника. Это самый экономичный вариант при изготовлении коллектора своими руками. Шланг или полиэтиленовая труба укладывается в короб и прикрепляется хомутами.
Так как шланг скручен по спирали, в нем не будет происходить естественная циркуляция воды. Чтобы использовать в данной системе ёмкость для накопления воды, необходимо оснастить её циркуляционным насосом. Если это дачный участок и горячей воды уходит немного, то того её количества, которое буде поступать в трубу, может оказаться достаточно.
Из банок
Теплоносителем солнечного коллектора из алюминиевых банок выступает воздух. Банки соединяются между собой, образуя трубу. Чтобы сделать солнечный коллектор из пивных банок нужно обрезать днище и верх каждой банки, состыковать их между собой и склеить герметиком. Готовые трубы помещаются в деревянный короб и накрываются стеклом.
В основном, воздушный солнечный коллектор из пивных банок используют для устранения сырости в подвале или для обогрева теплицы. В качестве теплонакопителя можно использовать не только пивные банки, а и пластиковые бутылки.
Из холодильника
Солнечные водогрейные панели своими руками можно соорудить из непригодного холодильника или радиатора старого авто. Конденсатор, извлеченный из холодильника, надо хорошо промыть. Горячую воду, полученную таким способом, лучше использовать только для технических целей.
На дно короба расстилается фольга и резиновый коврик, потом на них укладывается конденсатор и закрепляется. Для этого можно применить ремни, хомуты, либо то крепление, которым он был прикреплен в холодильнике. Для создания давления в системе не помешает установить над баком насос или аквакамеру.
Видео
Вы узнаете, как сделать солнечный коллектор своими руками, из следующего видео.
Основой системы является плоский солнечный коллектор (мат) черного цвета (1) выполненный из этилен - пропиленового каучука (EPDM), соединительные элементы для нагревающих матов, защитный обратный клапан и фитинги выполнены так же из EPDM.
Вода из бассейна подается по трубы к каналам мата посредством насоса (2) через песчаный фильтр (3) и нагретая солнечной энергией в каналах мата возвращается в бассейн. Управление работой насоса осуществляется контроллером (4), посредством обработки сигналов от термометрических датчиков (5).
Контроллер (4) анализирует температуру воды в бассейне и включает/отключает насос для поддержания заданной температуры воды.
- Солнечный контроллер управляет солнечной системой каждые 30 минут между 8:00 - 18:00.
- Осуществляет цифровую калибровку температуры воды и солнечной активности в градусах Цельсия.
- Отображает ошибки после самодиагностики. Самодиагностика проблем.
- Контроллер имеет встроенные часы.
- Переключение насоса осуществляется бесконтактно, что обеспечивает высокую надежность.
Технические характеристики
Солнечный коллектор (мат):
- Материал коллектора - EPDM (этилен - пропиленовый каучук УФ - стабилизированный).
- Размер мата 1,33 * 3 м.
- Общая площадь мата ~ 4 м 2
- Тип установки - на крыше или земле.
- Цвет черный.
- Режим работы - под давлением.
- Поток (рекомендуется) - 10 л/мин (на квадратный метр).
- Испытательное давление 30 PSI (Фунт/кв. дюйм) = 206,84 кПа = 2,04 Атм.
- Рабочее давление 10 PSI (Фунт/кв. дюйм) = 68,95 кПа = 0,68 Атм.
- Термостойкость - от -20°С до 115°С.
- Рекомендованная площадь комплекта матов - > 70% площади бассейна.
Насос с песчаным фильтром:
- Расход воды - 50-280 л/мин = 3-16,8 м 3 /час.
- Максимальный расход воды - 300 л/мин = 18 м 3 /час.
- Диаметр соединительных труб - 1,5”.
- Напряжение питания - 220 В переменного тока.
- Электрическая мощность - 900 Вт.
Контроллер:
- Управляет солнечной системой каждые 30 минут между 8:00 - 18:00.
- Цифровая калибровка температуры воды и солнечной активности в градусах Цельсия.
- Отображение ошибок после самодиагностики. Самодиагностика проблем.
- Имеет встроенные часы.
- Система работает только при наличии свободного тепла.
- Переключение солнечных насосов осуществляется бесконтактно, что обеспечивает высокую надежность.
Параметры поставляемого оборудования :
Ориентировочный объем бассейна |
|
Площадь нагревающего мата |
4 м 2 (размеры 3 × 1,33 м) |
Количество матов |
|
Производительность насоса и песочного фильтра |
50-280 л/мин = 3-16,8 м 3 /час |
Рабочее давление воды |
10 PSI (фунт/кв. дюйм) = 68,95 кПа = 0,68 Атм |
Испытательное давление нагревательного мата |
30 PSI (фунт/кв. дюйм) = 206,84 кПа = 2,04 Атм |
Термостойкость нагревательного мата |
от -20 °С до 115 °С |
≥ 70% площади зеркала бассейна (при глубине 1,5м) |
Комплектация
| 1. Плоские, черные, EPDM нагревающие маты | 6 шт |
| 2. Соединительные элементы для нагревающих матов | 1 компл. |
| 3. Защитный клапан | 1 шт |
| 4. Насос с песчаным фильтром | 1 шт |
| 5. Контроллер с термометрическими датчиками | 1 шт |
| 6. Инструкция к солнечному водонагревателю | 1 шт |
| 7. Инструкция к контроллеру | 1 шт |
Упаковка:В одной упаковке идут:
| |
1 этап . Модель солнечного распределителя энергии мощностью до 2000 вт относится к одной из самых качественных и дорогих. Для ее монтирования понадобиться материалы:
- Трубы из металлопластика;
- Короб из дерева;
- Пластиковые крепления;
- Саморезы;
- Специальная раму (каркас), для закрепления короба из дерева в правильной, необходимой площине;
- Краска черного цвета;
- Поверхность, которая будет выполнять функцию защиты (желательно стеклянная);
- Насос небольшого размера.
2 этап . После процедуры по подбору материалов, необходимо определиться с местом, где будет располагаться солнечный коллектор для нагрева бассейна. Для избегания потери тепла во время транспортирования воды, специалисты рекомендуют выбирать для установки солнечных коллекторов открытое, хорошо освещенное место поблизости от бассейна. Коллектор необходимо размещать под определенным углом, который зависит от особенностей местности.
До монтирования каркаса конструкции подготавливается место, на котором строится уплотняющая «подушка» на основе щебня, бетонной стяжки (или платформы из тротуарных плиточек).
Далее монтируется специальный змеевик: нарезается брус, который соединяют при помощи саморезов и хомутов, обшивают фанерой. Данная платформа характеризуется достаточно большим весом до 35 кг, в связи с этим, несущий каркас должен сочетать в себе прочность, надежность. Также стоит учесть, что каркас будет воздействовать вес снега, вводы, стекала. После сооружение платформы, ее окрашивают черной краской.
Далее монтируется рама коллектора (каркас несущий). Устанавливаются специальные анкеры, к которым закрепляются поперечные брусья. С учетом нижнего угла, сводится деревянный каркас по индивидуальному плану, платформа монтируется на раму с соблюдением нижнего угла.
Внимание ! Предварительно размечаются места, на которых будут располагаться трубы. Устанавливаются пластиковые крепления, которые приобретаются вместе с трубами. Крепления окрашиваются черной краской.
3 этап. Непосредственная сборка солнечного аккумулятора. Нарезанные трубочки и собранные фитинги крепятся на змеевик. Конструкция при помощи пульверизатора (баллончика) окрашиваются в черный цвет.
4 этап. К собранной конструкции подключается насос. Трубы монтируются в бассейн с учетом того, что они должны располагаться и выходить со дна бассейна.
Внимание ! Поскольку вода должна течь медленно, достаточно хорошо нагреваться, для гелиотермальной системы рекомендовано использовать нанос средней мощности.
6 этап. Проводиться тестирование смонтированной конструкции. Если тестирование дало положительный результат, то солнечный коллектор для подогрева бассейна готов к постоянной работе.
Как сэкономить при возведении солнечного коллектора
Для экономии денежных средств при сооружении солнечных аккумуляторов для обогрева бассейна своими руками, можно заменить дорогостоящие материалы на более дешевые, незначительно уступающие по качественным характеристикам. В связи с этим, специалисты рекомендуют:
- Для экономии семейного бюджета, трубы из металлопластика можно заменить на их ПВХ аналог. Данный аналог намного дешевле и соединяются они специальным клеевым раствором, который имеет приемлемую цену.
- Если использовать специальную «решетку» (предварительно ее уголки заменяются тройниками) вместо «змейки», то понадобиться насосная система, которая характеризуется меньшей мощностью и соответственно стоит дешевле.
- В целях предотвращения утери тепла, увеличения КПД солнечного аккумулятора, рекомендовано утеплить тыльную стенку пенопластом, специальной минеральной ватой. Зазоры между коллектором и бортиком заделываются силиконом.
- Для предотвращения теплопотери, между стеклом и конструкцией по всему периметру укладывается специальный резиновый уплотнитель.
- Для автоматизации процесса нагрева воды рекомендовано установить термореле, благодаря которому, система будет автоматически выключаться после нагрева воды до необходимых температурных показателей, а также включаться, когда вода в бассейне остынет.
Внимание ! При необходимости еще большего упрощения конструкции солнечного коллектора дл нагрева воды в бассейне, можно применить обычные полиэтиленовые трубу или шланги.
Она монтируется на доске в спиралевидной форме. Оптимальная длина трубы от 50 м. Ее подсоединяют непосредственно к бассейну. Для прокачивания холодной воды используется насос циркуляционный.
Плюсы солнечного коллектора
Использование солнечного коллектора при нагреве воды в бассейне имеет свои преимущества:
- Самый эффективный метод, который позволяет поддерживать комфортные температурные показатели воды в бассейне.
- Данный вид обогрева бассейна относится к самым экономичным в финансовом плане, поскольку затраты потраченные на приобретение всех необходимых материалов и монтирования конструкции в целом окупаются в короткий срок.
- При возможных перебоях электричества, солнечная энергия остается единственным, доступным, бесперебойным источником электроэнергии.
- Солнечные коллекторы просты в эксплуатации, за ними легко ухаживать (в целях поддержания отличной производительности систематически чистить фильтры от образовавшихся загрязнений).
Что необходимо учесть при использовании солнечных коллекторов
Применяя трубы из металла при монтировании конструкции солнечного нагревателя для воды в бассейне, рекомендовано обратить внимание на то, что на данный материал будет влиять высокая влажность, перепады температурных показателей.
Внимание ! До заморозков коллекторы, которые имеют в своей конструкции металлические трубы, необходимо отключать от водоснабжения. Остатки воды сливаются из системы. Если не провести данные мероприятия и в трубах останется даже немного воды, это приведет к их разрушению в морозы.
При монтировании солнечного коллектора устанавливается специальная фильтрационная система. Бассейн рекомендовано накрывать тентом для исключения снижения температуры воды в ночное время.
Таким образом, солнечный коллектор для подогрева бассейна – необходимая конструкция для поддержания оптимальных температурных показателей воды. Он достаточно легко монтируется своими руками. Необходимо придерживаться определенных этапов при сооружении солнечного коллектора. Данный вид подогрева воды характеризуется огромным количеством преимуществ от материально экономии при приобретении всех материалов до простоты в эксплуатации и уходе.
Дополнительную информацию о том, как установить солнечный коллектор для нагрева воды в бассейне можно посмотреть в видеоролике
19.05.2014
Подогрев воды в бассейне с использованием энергии солнца и солнечных коллекторов.
При проектировании бассейна любого типа необходимо заранее продумать систему подогрева воды. Температура воды, так же как и температура воздуха, зависит от возможной активности людей. При одинаковой температуре воды и воздуха в бассейне охлаждение в воде происходит примерно в 20 раз быстрее, чем на воздухе.
Поэтому в стандартных и крупных плавательных бассейнах с длиной дорожки 25-50 м достаточна температура воды около 22°С, а в учебных плавательных бассейнах с длиной дорожки 8-16 м температура воды должна быть 23-26°С.
При использовании плавания в медицинских целях (для разгрузки позвоночника) температура воды в бассейне должна превышать 26-27°С, а лучше всего быть в пределах 28°С (при температуре ниже 25°С есть возможность появления судорог).
В связи с этим в индивидуальных бассейнах крытого типа рекомендуется поддерживать температуру воды на уровне 24-28°С, а в ваннах бассейнов предназначенных для купания маленьких детей - 28~30°С. В идеале в крытых индивидуальных бассейнах должны быть следующие параметры микроклимата: температура воды 24-28°С; температура воздуха на 2-3° выше температуры воды (26-31°С), так как при испарении влаги с водяной пленки, покрывающей тело человека после выхода из ванны бассейна, происходит отвод тепла и возникает ощущение холода при слишком низкой температуре воздуха в помещении, где расположен бассейн.
Подвижность людей в бассейнах открытого типа обычно выше, чем в закрытых. Поэтому, температура воздуха в открытых бассейнах обычно ниже и составляет 21-25°С, а температура излучения значительно выше, при наличии солнечной радиации (инсоляции). Следует добавить благотворное воздействие свежего воздуха, что сохраняет ощущение комфортности даже при более низких температурах и высоких скоростях движения наружного воздуха. С целью создания комфорта и улучшения микроклимата, особенно при длительном купальном сезоне, а также использовании бассейна в зимнее время рекомендуется осуществлять подогрев с помощью теплового пола.
Долгое время открытые бассейны обогревались от системы отопления дома с использованием противоточного теплообменника. Однако в последние годы появилось много новых вариантов обогрева бассейнов с использованием агрегатов, серийно выпускаемых промышленностью: обогрев от отопительного котла, прямоточные топливные нагреватели, прямоточные нагреватели с электроприводом, тепловые насосы, обогрев с помощью солнечных коллекторов.
Для владельцев плавательных бассейнов как открытого, так и закрытого типов, очень выгодно использовать солнечную энергию для нагрева и поддержания комфортной температуры воды. Преимущества подобного способа обогрева будут существенней, если система подогрева воды в бассейне связана с солнечной системой отопления всего дома, так как это позволяет использовать избыток тепла в период максимальной инсоляции, что в конечном итоге сокращает срок окупаемости гелиосистемы. Помимо этого, наличие бассейна позволяет избежать перегрева теплоносителя в гелиоконтуре в летнее время.
Единственным требованием для эффективной работы солнечной системы является необходимость размещения коллекторов таким образом, чтобы солнечные лучи поступали на коллекторы в течение четырех-пяти часов в день. В таком случае можно поднять температуру воды до 25-30°C. Солнечное излучение может продлить купальный сезон в открытых плавательных бассейнах на 1,5...2 месяца в год, и вполне заменить традиционный источник энергии (в летний период) что сэкономит расходы на топливо.
Механизм действия солнечного нагрева бассейна.
Любая солнечная система отопления бассейна состоит из трех основных элементов:
- солнечный коллектор;
- фильтр насоса;
- клапан управления.
Механизм действия очень прост. Подогреваемая вода из бассейна направляется через фильтр в теплообменник гелиосистемы. Фильтр используется для предотвращения попадания мусора в солнечные коллекторы. В некоторых случаях может понадобиться дополнительный насос или чуть более мощный насос для системы фильтрации. Наиболее эффективные из современных систем включают в себя автоматический отводной клапан.
Система фильтрации бассейна настраивается на работу во время наиболее интенсивного солнечного освещения. В течение этого времени, если датчики определяют, что на солнечный коллектор поступает достаточное количество тепла, они дают автоматическому отводному клапану команду направить поток воды из бассейна через теплообменник солнечного коллектора, где она нагревается. (Когда температура воды достигла заданной в программе нагрева, она просто будет проходить мимо теплообменника и попадать обратно в бассейн с нагретой до нужной температуры водой). Внутри теплообменника вода нагревается благодаря воздействию на нее теплоносителя, который циркулирует в замкнутой системе подключенных солнечных коллекторов. Нагретая таким образом вода возвращается в бассейн. Когда солнечный коллектор остывает, вода через него не прогоняется.
Солнечный коллектор чаще всего размещается на крыше, однако при этом нужно соблюдать основные проектные нормы. Место размещения должно быть ровным либо иметь небольшой наклон (не более 30 градусов к горизонтали), обратный трубопровод должен располагаться выше, чем трубы подачи воды, а все шланги - постепенно подниматься по отношению друг к другу, чтобы во время работы из них вытеснялся весь воздух.
При установке солнечного коллектора на скатных крышах он не должен отклоняться от направления на юг более чем на 45°, но для установки пригодны и крыши, скаты которых направлены на восток или запад, но при этом используются солнечные коллекторы с соответственно увеличенной площадью.
При установке вакуумного трубчатого солнечного коллектора на плоской крыше под углом <15° направление гелиоколлектора на стороны горизонта благодаря высокому солнцестоянию в летние месяцы имеет второстепенное значение. При установке комбинированных систем для поддержки системы отопления в первую очередь необходимо учитывать возможность настройки системы под условия, определяющие потребность здания в тепловой энергии. Эффективный отвод тепла от гелиосистемы к воде в бассейне предполагает большую пропускную возможность системы при относительно небольшом повышении температуры. При пропускной возможности 70 - 100 литров в час/м2 площади поверхности абсорбера при интенсивности солнечного облучения 800 Вт/м2 устанавливается разбежка между температурами в подающем и обратном трубопроводах в пределах приблизительно 6-8 K.
Относительно ухода и эксплуатации солнечных систем для обогрева бассейнов можно сказать, что они отличаются простотой. Фактически, в большинстве случаев не требуется никаких дополнительных мер, кроме обычной чистки фильтров и подготовки к зимнему сезону. На зиму из системы сливают воду; однако иногда и этого не требуется, если система делает это автоматически. Оборудование для солнечного нагрева бассейна служит минимум 20 лет, при этом гарантийный срок – 5-10 лет.
Рисунок 1 -
а - одноконтурная схема; б - схема солнечной теплонасосной установки;
1 - бассейн; 2 - насос; 3 - фильтр; 4 - обратный клапан; 5 – солнечный коллектор; 6 - воздушник; 7 - байпас с вентилем; 8 - тепловой насос; 9 - теплообменник; 10 - трехходовый клапан.
Существует множество схем использования солнечных коллекторов для нагрева воды . Одна из возможных схем гелиоустановок для подогрева воды в плавательном бассейне показана на рисунке 1 а .
В схеме предусмотрены:
- обратный клапан;
- воздушный клапан;
- байпасная линия с вентилем;
- специальные датчики.
Как возвратный клапан, так и стравливающие (воздушный) клапана должны размещаться на высоте более 1 метра над уровнем воды в бассейне, чтобы предотвратить обратный отток воды в бассейн и сплющивание шлангов, когда солнечный коллектор в конце каждого рабочего цикла сбрасывает воду. Все коммуникации к фильтрационной системе бассейна должны подсоединяться после фильтра, но перед любым существующим традиционным нагрывателем, чтобы избежать избыточного давления в системе.
Схема комбинированной солнечной теплонасосной установки для обогрева плавательного бассейна показана на рисунке 1, б . Летом в бассейне поддерживается температура не ниже 20°C. Это обеспечивается с помощью солнечного коллектора. При неблагоприятных погодных условиях включается тепловой насос, использующий солнечный коллектор в качестве испарителя.
Для нагрева воды в плавательном бассейне могут использоваться следующие типы солнечных коллекторов:
- вакуумные трубчатые солнечные коллекторы;
- плоские или высокоселективные плоские солнечные коллекторы;
- абсорберы.
Виды коллекторов
С целью наглядного сравнения характеристик тепловой эффективности различных типов солнечных коллекторов , приведем график КПД для трех рассмотренных типов гелиоколлекторов при мощности солнечного излучения в 600 Вт/м2.
- вакуумный трубчатый солнечный коллектор;
- плоский солнечный коллектор с селективным покрытием;
- открытый солнечный коллектор/абсорбер.
Выбор размера солнечного коллектора для нагрева бассейна.
Расчет системы солнечных коллекторов для подогрева воды в плавательном бассейне зависит от интенсивности солнечного облучения площади коллекторов и от потребности в теплой энергии для подогрева воды в бассейне.
На размеры солнечного коллектора влияют следующие факторы:
- место расположения солнечного коллектора, тип коллектора, ориентация и угол его наклона,
- тип плавательного бассейна (открытый или закрытый),
- параметры бассейна (объем, площадь поверхности, глубина, цвет бассейна, тип укрытия),
- посещаемость бассейна,
- время снятия укрытия,
- подача свежей воды в бассейн,
- требуемая и допустимая максимальная температура воды в бассейне
Поверхность солнечных коллекторов для обогрева воды в бассейне должна составлять:
- в случае крытого бассейна - около 50-70 % площади поверхности воды;
- в случае открытого бассейна - около 70-100 % этой площади.
Следует заметить, что интенсивность солнечного излучения – величина не постоянная, она изменяется как в течении дня, так и на протяжении всего года, кроме того она хаотически колеблется при переменах погодных условий.
Открытый солнечный коллектор (абсорбер) должен быть изготовлен из коррозионно-стойких материалов, чтобы не подвергаться агрессивному действию воды из бассейна. Кроме того, материал должен:
- выдерживать температуру от -30 до 70°C;
- обладать хорошей поглощательной способностью;
- обладать высоким коэффициентом теплопроводности.
Через гелиоколлектор прокачивается большое количество воды, и должно быть обеспечено такое поперечное сечение каналов, чтобы гидравлическое сопротивление было минимальным. Наиболее подходящими материалами являются окрашенные в черный цвет:
- полиэтилен;
- полипропилен;
- синтетический каучук.
Первые два материала дешевы, а каучук значительно дороже, но более стойкий. При годовом поступлении 1050 кВт*ч/м2 солнечной энергии на горизонтальную поверхность и площади коллектора 800 м2 за сезон гелиоустановка может дать 170 МВт*ч теплоты, а потребность в теплоте составляет 270 МВт*ч. В данном случае солнечный коллектор для бассейнов не имеет остекления, вода в нем подогревается на 3,5°C, и средняя тепловая мощность установки за сезон составляет 270 кВт, а ее КПД - 38,3%. Длинные оребренные трубы изготовлены из полипропилена, а прямой и обратный соединительные трубопроводы - из полиэтиленовых труб.
Борьба с тепловыми потерями бассейна.
Бассейн теряет теплоту при:
- испарении воды и нагреве подпиточной воды;
- естественной конвекции и излучении в окружающую среду;
- переливании через края и разбрызгивании при выходе людей из бассейна;
- первичном подогреве воды;
- заполнении бассейна теплой водой для промывки фильтров;
- теплопроводности от дна к грунту.
Потери тепла зависят также и от привычек пользователей бассейна.
В открытых бассейнах без отопления температура воды возрастает или остается постоянной в дневное время, а ночью значительно снижается. Устройство накрытия над ванной значительно снижает испарение, существенно уменьшает излучение и в некоторой степени снижает теплопотери за счет конвекции. С помощью установки накрытия в период наибольших теплопотерь можно добиться их снижения в открытых бассейнах на 80%. При этом следует иметь в виду, что в связи с большим удельным весом излучения в суммарных теплопотерях существенное значение имеет теплоизоляционные свойства накрытия. Экономия от применения укрытий без теплоизоляции составляет лишь 30-40% по сравнению с теплоизолированным накрытием. Для использования солнечной радиации накрытие следует снять в дневное время. С поверхности накрытия должна быть удалена вода, так как скопление дождевой воды на поверхности накрытий способствует потерям тепла при испарении. Накрытие в виде солнечного коллектора может оставаться над бассейном и в дневное время, когда бассейн не используется. Такое накрытие из светопрозрачного теплоизолирующего верхнего слоя и прилегающего к воде абсорбирующего слоя значительно улучшает поглощение солнечных лучей. Как показали исследования, при благоприятных погодных условиях применение укрытия в виде солнечного коллектора позволяет эксплуатировать бассейн с температурой воды 23°С без дополнительного отопления.
Крытые плавательные бассейны имеют три существенных отличия по сравнению с открытыми
- Они используются преимущественно в зимний период, когда интенсивность солнечного излучения мала;
- Уровень температуры в них существенно выше (26-30°C);
- Часто есть необходимость в кондиционировании воздуха (по крайней мере, в общественных плавательных басплавательными бассейнами
:
сейнах).
Если глубина бассейна не превышает 1 м, то его дно и стены должны быть покрашены краской с высокой поглощательной способностью, а дно, кроме того, должно иметь шероховатую поверхность. Для промывки фильтров используется теплая вода (норма расхода на одну промывку - 0,9 м3 на 1 м2 поверхности бассейна). Теплоту промывочной воды необходимо утилизировать, установив после фильтров теплообменник.
При реализации всех указанных способов энергосбережения потребность в теплоте снижается до 260 кВт*ч/м2 за сезон, что составляет всего 40% первоначального значения. При этом требуемая площадь солнечного коллектора уменьшается до 0,4 м2 (вместо 1 м2) на 1 м2 площади поверхности воды в бассейне. Годовое теплопотребление бассейна составляет 700...800 МВт*ч, среднесуточная теплопроизводительность гелиоустановки за период май-сентябрь 2,5 кВт*ч/м2 в день (максимум 6 кВт*ч/м2) при площади поверхности воды 1500 м2, температура воды на входе в солнечный коллектор 20...27°C, а на выходе 24...36°C при расходе 10...90 м3/ч.
Мировой опыт использования гелиосистем для нагрева бассейнов.
Тибет - самая близкая к Солнцу часть нашей планеты - по праву считает солнечную энергию своим богатством. На сегодняшний день в Тибетском автономном районе Китая построено уже более 50 тыс. гелиоустановок. Солнечной энергией отапливают жилые помещения общей площадью более 150 тыс. м2.
В США эксплуатируют солнечные коллекторы площадью 10 млн м2, что обеспечивает годовую экономию топлива 1,5 млн т. В Германии действует закон, согласно которому каждый гражданин имеет право получить беспроцентный кредит в банке для покупки солнечных коллекторов мощностью от 3 до 5 кВт.
Абсолютный лидер в использовании солнечной энергии для нагрева воды - Кипр, на котором 90 % домов оборудованы солнечными коллекторами.
Департамент энергетики США выяснил, что плавательные бассейны по всей стране потребляют колоссальное количество энергии, и признал обогрев бассейнов одним из наиболее экономически выгодных путей снижения потребления энергии.
В США и Европе солнечные нагреватели для бассейнов используются практически повсеместно. Только в Соединенных Штатах свыше 200000 бассейнов обогреваются солнечной энергией. Самые старые из этих систем находятся в эксплуатации уже более 25 лет и показали себя экономичными, высоконадежными, требующими минимального ухода. Важно отметить, что они хорошо работают и экономят деньги в течение купального сезона даже в условиях северного климата.
У меня коллекторы 2 шт. уже лет 8, не менее, беспокоюсь, что скоро ремонтировать будет нечего, материал вроде по описаниям полипропилен (Санхитер 0,6м х 6м). Я когда у себя разводил воду для полива и другие летние времянки, то все делал сваркой ПНД, аппарат точно такой, как для трубы из полипропилена, только насадки немного других размеров под линейку ПНД (у меня вроде на 20, 25, 32 и 40). На одном из рынков несколько лет назад случайно набрел, у них и практически все фитинги (уголки, тройники, соединители и т. п.) были разных размеров, все как для полипропилена. Недавно заезжал к ним, говорят, что все могут привезти. Странно, что многие "профессионалы" по воде (а спрашивал у многих) даже не слышали об этом, пытались меня поднять на смех, что мол это невозможно для ПНД, они мол не первый год в этом бизнесе, паяется мол только полипропилен, а ПНД только на разъемных фитингах, то есть просто не знают. Но я думаю по другому сделать, практически без фитингов: взять основную тонкостенную (2 мм) трубу ПНД для нагрева 20 или 25, кусками длиной не более по 6-10 метров и врезать (сварить этим "паяльником") их в толстостенную (4-5 мм) трубу диаметром 40 или 50, у них есть с толщиной стенок до 4-5 мм, что должно обеспечить надежное паяное соединение. То есть технология вроде несложная: нарезать отрезки основной "греющей" трубы (20-25), а в соединительной (40 или 50) насверлить отверстия под паяное соединение (20-25) с шагом, чтобы влез "паяльник" и собрать так несколько секций, соединив их потом параллельно. У меня есть плоская крыша, мягкая кровля, практически полный день освещаемая солнцем, нагревается на солнце аж "пятки жжет", вот я и мечтаю ее задействовать, а полная площадь там около 120-130 м2. Сейчас просто не используется. Я уже без солнечного коллектора не представляю себе нагрев бассейна, так что эта работа у меня в перспективе точно. Сначала опробую без фитингов, если окажется лажей, то буду паять с фитингами, но именно все из ПНД. Если бы были доступны трубы и фитинги из черного полипропилена с добавками от разрушения ультрафиолетом, то, конечно, делать лучше из него (если цена устроит), так как теплопроводность полипропилена выше по сравнению с полиэтиленом, но заниматься покраской существующих полипропиленовых труб не хочу, тем более они многослойные, и совсем неясно как там в итоге с теплопроводностью, стоит ли эта игра свеч. А ПНД для воды у меня на крыше уже много лет (лет 5-6, не меньше), всегда под открытым небом и ничего с ней не делается. Я когда в первые годы возился с этими полипропиленовыми коллекторами (Санхитер), то первое, что попробовал, это поместить их в ящик. Все утеплил, пытался закрыть короб оконными рамами со стеклом (достались по случаю даром), полиэтиленом (одинарным, двойным и армированным), сотовым поликарбонатом, но после 2-х лет мучений все это "остекление" выбросил и оставил коллекторы открытыми. Никакого заметного эффекта от такого "парника" не получил, скорее наоборот - потерял часть тепловой энергии, а вот с конденсатом намаялся, иногда чуть ли не до обеда никак не просохнет, даже хотел туда вентиляторы с питанием от солнечных батарей воткнуть для ускорения вывода конденсата. Может там какой парниковый эффект и был, но солнечное излучение явно уменьшалось с этой водяной пленкой, даже на стекле, не говоря о других, менее прозрачных материалах. Так что для самодельного коллектора я сторонник открытой системы, пока, из всего, что видел и про что читал, остановился на описанной мной конструкции. Надеюсь, что что-то толковое, недорогое и технологичное из этого получится. И как уже описывал ранее, основной упор на максимальный поток воды через коллектор с минимальным перепадом температуры воды в коллекторе между входом и выходом и максимальное утепление подводящих труб. Когда делал остекление, была еще мысль (так и не реализовал) вместо остекления короб укрыть мелкой пластиковой сеткой для уменьшения остужения коллектора ветром, может там не так будет с конденсатом (все наверно испытывали на себе, насколько жарко в сетчатом домике, по сравнению с открытой площадкой). Может кто попробует или сразу посмеется и докажет абсурдность этой идеи.