|
Солнечный коллектор из садового шланга
Автор:
Игорь Соларов
Источник:
iBud.ua
Рассмотрим максимально простую и
удобную пассивную систему солнечного водонагревателя, то
есть такую, которая работает сама по себе без
использования насоса.
Прежде всего, нужно сделать солнечный коллектор. Если
проанализировать множество известных конструкций
солнечных коллекторов, то можно прийти к выводу, что
определяющим фактором для надёжности, стоимости и
простоты сборки солнечного коллектора является материал
его теплообменника. Самыми надёжными считаются
металлические трубы, например, тонкостенные медные или
стальные, но они стоят дорого, а их сборка трудоёмка. К
тому же теплообменник с металлическими трубами обладает
значительным весом, что требует прочного короба и
усложняет установку.
Более удобны и дешевы
теплообменники из полипропиленовых и металлопластиковых
труб, но термические деформации при нагревании солнцем и
большое количество соединений, увеличивает вероятность
протечки и так же повышает трудоёмкость при сборке.
Всех этих недостатков лишен
теплообменник из садового шланга. Его сборка заключается
лишь в том, что шланг нужно скурить в виде спирали.
Отсутствие соединений и гибкость шланга гарантирует
отсутствие протечек, а длина шланг позволяет подвести
воду непосредственно от коллектора к трубопроводу внутри
дома без промежуточных соединений.
Простейший солнечный коллектор из
садового шланга изображен на рисунке. Он состоит из
оконного стекла (1), шланга (2) и пенопласта в качестве
теплоизоляции и основы (3). Принцип его работы очень
прост – коротковолновое солнечное излучение проходит
через стекло, нагревает шланг с водой. От нагретого
шланга начинается излучение уже длинноволнового спектра,
которое значительно отражается стеклом. Таким образом,
солнечные лучи попадают в так называемую «тепловую
ловушку». При установке солнечного коллектора
оптимальный угол наклона будет 35º летом и 40º
весной-осенью.
На рисунке изображена схема подключения солнечного
коллектора к бойлеру. Перед началом нагревания воды
солнечным коллектором необходимо заполнить шлангу водой
и вытеснить из него воздух. Для этого закрывается кран
(2) и для слива воды открывается горячий кран
сантехнического прибора (6). Вода из напорного
водопровода (1) начинает поступать в солнечный коллектор
(4). После того как в сливной воде перестанут
подмешиваться пузырьки воздуха, значит – в коллекторе
воздушных пробок нет. Далее открывается кран 2 и
холодная вода из бойлера под действием термосифонного
эффекта (при нагревании коллектора солнцем) начинает
перетекать в коллектор. Для отключения солнечного
коллектора и использования нагретой воды или работы
бойлера в обычном режиме нужно закрыть кран (3).
Как видим, работа этого бойлера не
требует сложного и дорого оборудования, единственный
минус такой простой системы это то, что нужно
периодически включать и отключать подачу воды в
солнечный коллектор краном (3). При пасмурной погоде
нагрев воды таким солнечным коллектором происходит
частично, остальную часть будет «догревать» бойлер, что
всё равно даёт экономию. Учитывайте при этом, что при
пасмурной погоде или в межсезонье бойлер должен будет
включаться на нагрев в конце дня, то есть когда вода в
коллекторе уже не нагревается. Иначе при нагревании воды
в коллекторе ТЭН’ом она перестанет циркулировать.
Для расчёта необходимой
производительности солнечного нагревателя нужно
учитывать, что 1 метр шланга наружным диаметром 25 мм
ясным днём при +25 ºС нагревает 3,5 литра горячей (до +
45 ºС) воды. А при +32 ºС нагревает 3,5 литра горячей до
+ 50 ºС. Количество средних солнечных часов на
протяжении года для г. Киев указанно в таблице 1.
Таблица 1. Количество
средних солнечных часов для г. Киев
Например, при длине шланга в
коллекторе 10 м в мае производительность солнечного
коллектора составит 3,5л*10м*8ч=280 литров горячей воды
в день.
Нижняя граница наружной температуры
воздуха, при которой наблюдается экономия при ясной
погоде, будет +5 до +8 ºС. При заморозках воду из
коллектора лучше всего слить, хотя данная конструкция
устойчива к замораживанию.
Шланг для такого солнечного
водонагревателя подойдёт из резины или армированный из
ПВХ. Внутренний диаметр шланга не должен быть менее 19
мм, можно и больше. Но если диаметр будет меньше, то
значительно повышается гидравлическое сопротивление
системы, что замедляет естественное перемешивание воды
за счёт термосифонного эффекта. Так же, пишет iBud.ua,
не желательно выбирать шланг с толщиной стенки менее 2,5
мм, так как шланг с тонкими стенками плохо держит форму
и часто перегибается. Садовый шланг не дорог. Так,
армированный шланг из ПВХ с внутренним диаметром 19 мм и
толщиной стенки 3 мм в зависимости от производителя
стоит от $2 до $3 за метр.
Предпочтительно выбирать шлаг
черного цвета или темных тонов для лучшего
теплоусвоения. Разница, правда, не сильно большая.
Например, белый шланг усваивает солнечное тепло примерно
на 5% хуже, чем черный. Но дополнительные 5% лишними не
будут.
Для перемешивания воды с помощью
термосифонного эффекта сама форма шланга не имеет
значения, поскольку вода в шланге равномерно прогрета,
важна разница уровней между холодной водой в бойлере и
горячей водой в коллекторе. Поэтому для возникновения
устойчивого термосифонного эффекта бойлер должен быть
приподнят над верхней частью солнечного коллектора по
крайне мере на 60 см. Так же нужно стараться максимально
уменьшить длину подводящего трубопровода, поскольку, чем
длиннее трубы, тем больше сила трения, которая
препятствует перетеканию воды из коллектора в накопитель
(бойлер).
Чтобы снизить теплопотери конвенцией, задняя часть
шланга утеплена пенопластом. Так же надо
загерметизировать зазор между стеклом и пенопластом. Для
этого можно подложить между стеклом и пенопластом мягкую
прокладку из поролона или склеить стекло и пенопласт
клеем на водной основе (клеи с органическим
растворителем могут растворить пенопласт). Например,
можно использовать клей для пенопласта или клей ПВА.
Для фиксирования формы шланга
солнечного нагревателя в виде спирали, он привязывается
к какой либо трубке или бруску. Чтобы закрепить его на
пенопласте его достаточно просто привязать.
Стекло обязательно нужно
использовать оконное. Органическое стекло или полимерная
плёнка не подойдут, так как они очень плохо задерживают
длинноволновое излучение. Между стеклом и поверхностью
шланга должен быть зазор 12-20 мм. На стекле не должно
быть отражающих селективных покрытий (i-стекло), такое
стекло отражает значительную часть солнечного излучения.
 
Что касается выбора между одинарным и двойным
остеклением, то тут нужно учитывать два фактора. При
двойном остеклении меньше теплопотери, но больше
коэффициент отражения солнечного света. А поскольку чем
выше температура окружающего воздуха, тем меньше
теплопотери, то получается:
– если солнечный нагреватель будет
использоваться преимущественно в тёплое время года, то
лучше одинарное остекления;
– если же в прохладное, то тогда
выгоднее становится двойное.
Выводы шланга, которые выходят наружу, для снижения
теплопотерь нужно теплоизолировать. Для теплоизоляции
внутри отапливаемого помещения и при протяжении
водопроводов не более 3 м достаточно использовать
обычную мягкую теплоизоляцию из пенополиэтилена для
труб.
Для более протяженных участков, а
так же для теплоизоляции наружных трубопроводов нужно
использовать более мощную жесткую теплоизоляцию для труб
из фольгированного пенополиуретана.
Подсоединять шланг к трубопроводу
можно с помощью хомута для резиновых труб, для этого
шланг туго надевается на трубу и зажимается хомутом.
Оптимально, чтобы внутренний диаметр шланга был равен
диаметру трубы, на которую он будет надеваться.
Описанная конструкция пассивного
солнечного нагревателя с коллектором может сэкономить до
80% энергии для горячего водоснабжения летом и до 40%
весной и осенью, что за год составит около 400 кВт*час
сэкономленной энергии на одного человека.
|
