Система солнечного нагрева воды --- добавлено: Apr 24, 2013 7:01 PM --- 1. Напорная ёмкость с холодной водой. 2. Трубопровод подачи холодной воды в ёмкость с горячей водой. 3. Теплоизолированная ёмкость с горячей водой. 4. Теплоизоляция. 5. Теплообменники солнечных нагревателей. 6. Теплоизоляция солнечных нагревателей. 7. Наружный корпус солнечных нагревателей. 8. Трубопровод подачи воды в солнечные нагреватели. 9. Трубопровод подачи горячей воды в ёмкость. 10.Забор горячей воды из ёмкости. 11.Расширительный бачок. --- добавлено: Apr 24, 2013 7:05 PM --- Солнечные нагреватели (далее по тексту СН) устроены следующим образом 15.Теплообменник (серийно выпускаемая батарея АККОРД). 16.Тонкий (0,5 мм) ст. лист в виде короба – обязательно чёрный или ржавый. 17.Теплоизоляция, например опилки. 18.Наружный корпус, например дерево. 19.Стекло или плёнка. 20.Солнечное излучение. Изготовляются СН из имеющихся в наличии дешёвых материалов, но сами СН имеют высокие технические характеристики. Состоит СН из теплообменника 15 (это серийно выпускаемая отопительная батарея АККОРД – одна или несколько, и сваренные в один блок). Такой теплообменник помещается в корыто 16 из тонкой (0,5 мм) листовой стали. Корыто вкладывается в корпус 18 с теплоизоляцией 17. С другой стороны, откуда попадает солнечное излучение 20, теплообменник закрыт стеклом или плёнкой 19. Работает СН следующим образом. Солнечное излучение попадает на рёбра батареи АККОРД и разогревает их, а они уже трубы с водой. Излучение, которое проходит мимо рёбер АККОРДа, греет корыто из стали, сталь греет воздух, а воздух за счёт конвекции также греет рёбра АККОРДа. А теперь более подробно рассмотрим принцип работы системы солнечного нагрева воды, изображенной на Рис.7. Весной, когда температура окружающего воздуха становится положительной, это примерно конец марта – начало апреля, система заполняется водой. Вода в СН, когда на них начинает попадать солнечное излучение, начинает нагреваться. Как только температура воды в СН становится выше, чем в нижней части ёмкости 3, она начинает по трубопроводу 9 подниматься в ёмкость, а по трубопроводу 8 из ёмкости 3 в нижнюю часть СН. Устанавливается естественная циркуляция в системе по трубопроводам 9 и 8 в направлении указанном стрелками. Когда солнечное излучение перестаёт подогревать СН, температура в них становится ниже, чем в ёмкости 3, циркуляция прекращается. Горячая вода хранится в теплоизолированной ёмкости 3 достаточно долго (не менее суток). Для того чтобы система работала в таком режиме, необходимо поднять нижнюю часть ёмкости 3 выше верхней части СН не менее чем на 0,5 метра. Все трубопроводы, кроме поз.2 должны быть теплоизолированы. Забор горячей воды из верхней части ёмкости 3 производится в любой момент времени. При этом автоматически должен производиться, долив холодной воды в нижнюю часть ёмкости 3 из напорной ёмкости 1. Объём ёмкости 3 должен быть такой, чтобы на утро следующего дня оставался достаточный запас тёплой или горячей воды. По результатам эксплуатации таких систем в течении более 10 лет рекомендуется следующее соотношение между площадью СН и объёмом ёмкости 3. На 1 м^2 СН должно быть примерно 100л объёма ёмкости с горячей водой. Такая система модульная и может набираться на любую производительность. По расчётам и результатам многолетней эксплуатации можно отметить, что такая система экономит за тёплый сезон около 100 м^3 природного газа на 1 м^2 солнечного нагревателя.
Замечания по принципиальной схеме системы СН. Если отбор горячей воды производится из самой верхней точки емкости поз 3 , то расширительный бачок поз 11 не требуется. Внутренний диаметр трубопроводов системы циркуляции должен быть не менее 20 мм. --- добавлено: Apr 26, 2013 4:22 PM --- Привожу фотографию каскадной системы солнечного нагрева воды из 4-х нагревателей суммарной площадью 3м*2, двух теплоизолированных накопительных емкостей для хранения горячей воды, расположенных выше нагревателей и напорной емкости еще выше в правом углу. Технические характеристики, подробное описание конструкции самих нагревателей, системы в целом и принцип работы будем рассматривать позже.
Авиатор90, --- добавлено: 8 июн 2013 в 22:19 --- Я думаю сделать гелиоколлектор для душа летом с резервуаром 100 м2. В качестве теплообменника попытаюсь попробовать стандартные алюминиевые секционные батареи общей площадью 1 м2. С результатами поделюсь в процессе изготовления и исследования. У Вас уже батареи использованы. Поделитесь опытом, как они обогревают? Спасибо.
Опилки - они может и под рукой, но далеко не лучший вариант из дешевых. Самый эффективный и дешевый изолятор - воздух (про вакуум не говорим). Проблема в том, что в слоях более 1см он начинает циркулировать (конвекция) и изоляция ухудшается. Задача - помешать этому. Нужно организовать каналы с шириной, толщиной не более 1 см. Длина роли не играет. Я б использовал полоски гофрокартона. Можно использовать и листы, но это несколько хуже. Как их уложить, чтоб образовать рыхлую структуру - думаю легко сообразить... Гарантирую теплопотери не больше, чем с изоляцией из пенополиуретана. Немного хлопотней, но эффективней и технологичней. Здесь же люди не ленивые... С опилками вижу много проблем - они бывают разные, их нельзя уплотнять, они могут осесть (сместиться) в процессе эксплутации и т.д. По справочникам теплопроводность опилок заведомо выше, чем ППУ и в 2-3 раза выше воздуха. Об изоляции лицевой стороны. Известно, что уловить солнечную энергию не проблема. Минимизировать потери - вот это проблема. Чем прикрыть абсорбер летом, в солнечную погоду особого значения не имеет - абы ветер не обдувал. А вот для слабого солнечного излучения, для использования в межсезонье очень помогла бы сотовая панелька из поликарбоната (6-10 мм - смотря как крепить будете). Да, поступление энергии к абсорберу она может уменьшить на 10-20% (макс), но потери при этом уменьшатся в разы. Вариант - пленка из поликарбоната в 2-3 слоя с зазорами. Фокус в том, что поликарбонат непрозрачен для ИК излучения. Стандартная батарея - это удобно, но может дешевле взять пучок трубо (змеевик) и обмотать его черненой фольгой? Вопрос неоднозначный - время это тоже деньги... Как общество скажет...
Для дальнейших разговоров рассмотрим теперь подробно в качестве базовой конструкции изготовленный и испытанный простой солнечный нагреватель, принципиальная схема которого была приведена выше. Конструкция его состоит из следующих основных элементов: - Наружный корпус - внутренний корпус с абсорбером - комбинированная теплоизоляция - остекление Конструкция наружного корпуса. --- добавлено: 20 июн 2013 в 00:44 --- Наружный корпус изготавливается из досок средней прочности, например сосновых, толщиной 20мм. Конструкция с габаритными размерами приведена на рисунке 1. Высота равняется 200мм. --- добавлено: 20 июн 2013 в 00:46 --- Внутренний корпус изготавливается из досок легких пород дерева, толщиной 20мм. Коэффициент теплопроводности легких пород не намного выше теплопроводности пенопласта. Конструкция с габаритными размерами приведена на рисунке 2. Высота равняется 100мм. Во внутреннюю часть вставляется абсорбер из ржавой тонкой листовой стали толщиной 0,5 мм. Размеры абсорбера 1000Х1000Х100 мм. На рисунке 3 приведен эскиз внутреннего корпуса с абсорбером в сборе. --- добавлено: 20 июн 2013 в 00:47 --- На рис. 4 показаны наружный корпус и внутренний корпус с абсорбером в сборе, где: 1- пенопласт 2- доски внутреннего и наружного корпуса. 3- абсорбер 4- экран из алюминиевой фольги 5- базальтовая вата --- добавлено: 20 июн 2013 в 00:48 --- Солнечный нагреватель в сборе с теплоизоляцией. --- добавлено: 20 июн 2013 в 00:50 --- Полностью собранный корпус солнечного нагревателя без теплообменника. На этом рисунке имеются дополнительно следующие элементы: 6 – лист железа толщиной 0,5мм с тыльной стороны. 7 – стекло толщиной 3-4 мм. 8 – стеклоткань. Описание конструкции. Данная конструкция солнечного нагревателя (СН) относительно простая и имеет хорошие тепловые характеристики. При облучении под прямым углом абсорбер 3 разогревается на 100С выше температуры окружающей среды. Если например температура окружающего воздуха равна 25С то температура абсорбера через 30 минут достигнет 125С. Такая высокая температура абсорбера накладывает некоторые ограничения на применение в качестве теплоизоляции пенопласта и базальтовой ваты. Пенопласт при таких высоких температурах начинает плавиться, а базальтовая вата становится прозрачной для инфракрасного излучения. Поэтому в этой конструкции пенопласт нигде не контактирует с абсорбером, а с тыльной стороны между пенопластом и базальтовой ватой установлен экран из алюминиевой фольги, который отражает ИК излучение прошедшее через базальтовую вату от абсорбера. Между наружным корпусом с температурой 25С и доской внутреннего корпуса 2, которая разогрета до температуры около 100С, имеется тепловая развязка из стеклоткани, которая имеет большое тепловое сопротивление и в то же время она защищает пенопласт 1 от прямого солнечного излучения. С облучаемой стороны абсорбер закрыт стеклом 7. Важным условием конструкции является необходимость защиты от затекания воды внутрь корпуса. Поэтому если она туда уже и попала то должны быть отверстия в нижних частях для вытекания воды. Применять в качестве теплоизоляции материалы которые поглощают воду нельзя. Это можно делать только в местах куда исключено попадание воды. В связи с тем, что внутри конструкции температуры относительно высокие то внутренняя часть хорошо обезвоживается с течением времени. По опыту эксплуатации этот процесс может занимать несколько дней. Наличие влаги внутри приводит к выпадению конденсата на внутренней поверхности стекла. --- добавлено: 20 июн 2013 в 00:50 --- Тепловой расчет и экспериментальная проверка дают следующие результаты: Тепловые потери через изоляцию - 35% Тепловые потери через остекление (поликарбонат) излучением – 42% теплопроводностью – 23%. Тепловые характеристики СН со стеклом хуже примерно на 10%. А с точки зрения эксплуатации наилучшим материалом для тепловой защиты является стекло. На втором месте пленка. Она дешевая, срок службы 1-3 года, хорошие тепловые характеристики и возможность легкой замены. Поликарбонат хотя и имеет самые лучшие тепловые характеристики но требует постоянного ухода. Очень боится пыли, которая впекается в поликарбонат, боится ультрафиолетового излучения и довольно дорог. Таким образом данную конструкцию СН можно использовать как нагреватель для нагрева воздуха и последующего отопления дома в отопительный сезон. Если в эту конструкцию установить теплообменник, то мы получим СН для нагрева воды, или любого другого теплоносителя. Наилучшим теплообменником является тонкая емкость с размерами абсорбера, то есть абсорбером будет являться уже сам теплообменник. Более плохими характеристиками обладает плоский теплообменник с змеевиком. Батарея АККОРД принципиально является аналогом плоского теплообменника со змеевиком у которого ребра развернуты перпендикулярно к излучению. Так как батарея аккорд является распространенным, дешевым и всегда имеющимся в продаже теплообменником его можно использовать в СН. --- добавлено: 20 июн 2013 в 00:53 --- --- добавлено: 20 июн 2013 в 00:53 --- На рисунке 7 изображен СН в сборе с теплообменником. Некоторое замечание – тепловые характеристики АККОРДов могут быть не согласованы с плотностью теплового потока падающего на поверхность СН. Поэтому лучше всего АККОРДами заполнять всю облучаемую поверхность. В этом случае эффективность СН будет максимальная. Можно расположить АККОРДы в верхней части абсорбера, но не меньше половины. Тогда АККОРД, расположенный в верхней части СН, будет греться прямым излучением, а нижняя часть абсорбера будет греть воздух, который будет подниматься вверх и тоже греть АККОРД. Данная конструкция СН простая, относительно дешевая, имеет хорошие тепловые характеристики и может быть изготовлена практически в домашних условиях. Облучаемая поверхность 1000Х1000 мм это не догма. Ее можно менять в разумных пределах с целью оптимизации размеров под габариты теплообменников или минимизации отходов поликарбоната. Но изменять толщины теплоизоляции не рекомендуем. Если будут предложения по удешевлению СН и улучшению тепловых характеристик – предлагайте к обсуждению. Двойное остекление усложняет конструкцию и незначительно улучшает тепловые характеристики – проверено экспериментально.
Хороший вариант гелиоколлектора. Практичный и можно изготовить самому в домашних условиях. Я планирую изготовить ГЕУ (гелиоэнергетическую установку) для душа с пластмассовой емкостью на 100 л. Воду в емкости планирую нагревать коллектором. На данном этапе хочу обсудить возможность применения вместо батареи АККОРД алюминиевую современную батарею (рис. во вложении). Они мне кажется лучше греют в системах отопления, если допустим заменить ими чугунную или АККОРД. А из этого можно предполагать, что и в системах ГЕУ (гелиоэнергетических установок) они тоже должны работать лучше. Рассмотрим основные на мой взгляд плюсы и минусы этих коллекторов. Алюминиевые батареи достоинства (основные): - малая величина теплового сопротивления (на 15-20% меньше чем в стальных и чугунных, а теплопроводность в 3 раза выше) – это главное: паспортный тепловой поток – 2,2 кВт/1м2; - большая площадь соприкосновения с окружающей средой и солнечной радиацией; - тепловая инерционность – это и + и - . Нагрев с задержкой когда солнце светит, а когда солнца нет, то определенное время коллектор еще будет греть; - возможность сборки по секциям любую площадь. Недостатки (основные): - относительно большая стоимость (1м2≈700-800 грн); - большой вес (1м2≈25 кг с водой [на 1м2 ≈4л воды]) – для больших мощностей это конечно большая проблема, но если для душа то на мой взгляд вполне допустимо; Достоинства АККОРДа: - более меньший вес (1м2≈22 кг с водой [на 1м2 ≈4л воды]); - меньшая стоимость (1м2 ≈ 400 грн); Недостатки АККОРДа: - очень большое теплосопротивление между ребрами и трубой (они не являются монолитом)+ большое теплосопротивление стали, из чего изготовлены ребра и труба, Паспортный тепловой поток – 1,85 кВт/1м2; - относительно меньшая площадь соприкосновения с солнечным потоком - из-за большого расстояния между секциями и ребрами короб будет несколько больших размеров, к тому же возникает необходимость дополнительной укладки в коллекторе листа железа – но это безусловно подымет тепловой КПД. Вывод: сравнивая алюминиевую батарею и АККОРД можно предположить, что КПД коллектора из алюминиевой батареи несколько будет выше, она будет компактней по площади, проще и быстрей в изготовлении, но в 1,5-2 раза дороже и немного тяжелее. При выборе вариантов здесь необходимо учитывать соотношение времени и денег. По среднестатистическим и расчетным данным для Харькова 1м2 солнечного коллектора с КПД ГЕУ 50%, за день 100 литров воды может нагреть в среднем на 20°С. От сюда можно отталкиваться и судить об КПД реально изготовленной ГЕУ. Это конечно мой личный теоретический оценочный анализ. Если я чего-то не учел, то подскажите. Я в свою очередь поделюсь практическим опытом, когда изготовлю СК. Буду рад вести любой диалог.
