Солнечный коллектор

Очень много дискуссий о различных конструкциях солнечных нагревателей. Но ведь основная цель - получить горячую воду с минимальными затратами. Поэтому рассмотрим вариант системы солнечного нагрева для получения горячей воды. Таких систем можно спроэктировать и изготовить бесчисленное множество. Для начала оговорим исходные данные. Я эксплуатирую каскадную систему солнечного нагрева уже несколько десятков лет. По опыту эксплуатации хочу отметить. Система проэктировалась и изготавливалась конкретно под нужды моей семьи. Оказалось, что необходимо два уровня температур воды 45С для душа, стирки и.т.д. Воды с температурой 45С необходимо 80%. Воды с более высокой температурой 50С и более необходимо 20%. Для одного человека требуется минимум 50 литров воды и максимум 100 литров (это сумма 45С и 50С воды). Далее, если считать горячую воду как продукт то чем горячее вода тем она дороже. Семья состоит из 4-х человек. Технические характеристики системы конкретно для моей семьи оказались следующими:
- Количество горячей воды - 400л
в том числе с температурой 45С - 320л (80%)
с температурой 50 и выше 80 л (20%)
- Горячая вода должна быть в наличии круглосуточно
- График потребления в в основном в течение дня.
Таким техническим характеристикам удовлетворяет каскадная система с четурьмя нагревателями суммарной поверхностью 4 м^2.
Принципиальную схему и конструкцию рассмотрим чуть ниже.

 

"Резервуар возбудителя — это вода и почва, в природе легионеллы обнаруживаются в пресных водоёмах как симбионты сине-зелёных водорослей или паразиты некоторых организмов. Оптимальная для размножения легионелл температура внешней среды — это 40-60 °C. Следует отметить, что наряду с естественной нишей, где обитают легионеллы, существует и искусственная — созданная человеком — ниша, а именно водные системы, где циркулирует вода оптимальной температуры."
Нужно готовить ГВ температурой выше 65 град., а до комфортной температуры смешивать уже в смесителе с ХВ не выше 20 град (8-15 град, как правило)

 

--- добавлено: 14 июл 2013 в 19:59 ---
Состав четырёх каскадной системы солнечного нагрева воды:
1- напорная емкость
2- плоская емкость 1-го каскада
3- круглая емкость 1-го каскада
4- плоская емкость 2-го каскада
5- трубопровод подпитки емкости 3-го каскада
6- слив теплой воды из емкостей 2-го и 1-го каскадов
7- накопительная емкость 3-го каскада
8- датчик температуры на емкости 3-го каскада
9- СН 3-го каскада
10 - трубопроводы горячей воды с СН 3-го каскада
11 - трубопроводы холодной воды с СН 3-го каскада
12 - слив горячей воды из накопительной ёмкости 3-го каскада
13 – подпитка горячей водой накопительной емкости 4-го каскада
14 – накопительная емкость горячей воды 4-го каскада
15 – датчик температуры емкости 4-го каскада
16 – трубопровод горячей воды с СН 4-го каскада
17 – трубопровод холодной воды с СН нагревателя 4-го каскада
18 - СН 4-го каскада
19 – слив горячей воды из накопительной емкости 4-го каскада
20 – теплообменники СН
21 - теплоизоляция

Описание системы и принцип работы.
Такая система с небольшими отличиями изготовлена мною и работаетуже много лет. Изготовлялась она и вводилась в эксплуатацию поэтапно.
А теперь рассмотрим подробно конструкцию системы, принцип работы,
особенности эксплуатации и расчетный режим работы. Питание холодной
водой производится из напорной емкости 1 объемом 350 литров и распо-
ложена она выше емкости 14. При этом вся система заполнена водой и следить необходимо только за уровнем воды в емкости 1. Вода поступает
из скважины с температурой 10 С и затем уже в емкости немного подогревается теплым наружным воздухом. Это зависит от времени заливки и затем от режимов отбора воды.
Первый каскад системы состоит из емкостей 2 и 3.
На схеме они соединены последовательно, но можно и параллельно. Емкости без теплоизоляции и ничем не отличаются от тех плоских баков
и бочек, что повсеместно народ применяет для душевых в летнее время.
Есть только одна особенность. Подвод холодной воды производится снизу, а отбор горячей воды сверху. В таких емкостях вода в верхней части нагревается на 10 градусов выше температуры окружающего воздуха и скапливается в первую очередь вверху. В верхней облучаемой части бака не должно быть воздушных пробок, если они есть то эта часть поверхности бака практически исключается из теплообмена. Это и происходит если вода заливается сверху, а отбор производится снизу и тогда в верхней части всегда остается воздушная прослойка.
В моей системе в качестве первого каскада используется стальной плоский бак 0,5 м. кв. площадью, 50 мм толщиной и объемом 25 литров.
Назначение первого каскада - подпитка подогретой водой второго каскада при отборе воды из любой точки следующих каскадов.
Второй каскад состоит из плоской стальной емкости 4
таких же размеров как и в первом каскаде, но сверху она накрыта листом
поликарбоната, а снизу и с боков теплоизоляция из пенопласта. Это уже
простейший солнечный нагреватель. Корпус из дерева и вода внутрь не
попадает. Вода в таком нагревателе нагревается уже на 20 градусов выше
температуры окружающего воздуха и быстро не остывает если солнце зак-
рывают облака и идет дождь. Из этого каскада уже может производиться
отбор теплой воды по трубопроводу 6, а по трубопроводу 5 производится
подпитка теплой водой теплоизолированной емкости 7 третьего каскада. Третий каскад состоит из теплоизолированной емкости 7 объемом около 300 литров – толщина теплоизоляции должна быть не меньше 100 мм. Два солнечных нагревателя 9 суммарной площадью 2 м.кв. На емкости установлен датчик температуры 8 - очень полезная вещь для нормальной эксплуатации. Трубопроводы 10,11 соединяющиу солнечные нагреватели с накопительной емкостью. Трубопроводы должны быть теплоизолированы, внутренний диаметр не менее 20 мм и теплоизоляция с экранами из фольги.
Нижняя часть емкости 7 должна быть выше верхней части нагревателей не
менее чем на 0.5 метра. При выполнении этих условий будет обеспечена нормальная естественная циркуляция теплоносителя в трубопроводах без циркуляционного насоса и обеспечен эффективный теплосъем с солнечных нагревателей при минимальном перепаде температур. Работает третий каскад
следующим образом. Замечу только, что конструкция солнечных нагревателей этого каскада должна быть хорошая, например такая как описана выше, и коэффициент использования солнечной энергии в диапазоне температур 40 – 45 градусов не менее 0,5. В режиме хранения, когда температура нагревателей ниже температуры воды в емкости, циркуляция теплоносителя в трубопроводах отсутствует. Емкость 7 отключена от солнечных нагревателей 9 и тепловые потери в ней минимальные. Вода остывает очень медленно. Когда нагреватели начинают облучаться солнцем,
те начинают нагреваться и температура в них становится выше температуры воды в емкости 7 - начинается циркуляция теплоносителя в
трубопроводах 10,11. По трубопроводу 10 подогретая вода поступает в
емкость 7, а более холодная из емкости 7 по трубопроводу 11 обратно в нагреватели. Это расчетный рабочий режим. Вода в емкости 7 начинает греться. Как только облучение нагревателей ослабевает или прекращается
совсем, температура в них быстро понижается и становится ниже температуры в емкости 7. Циркуляция теплоносителя в трубопроводах 10,11
прекращается, емкость 7 автоматически отключается от солнечных нагревателей и переходит в режим хранения с минимальными тепловыми потерями. Напоминаю, что вода в третий каскад поступает уже подогретой в
предыдущих 1 и 2-м каскаде примерно до 35 градусов и затем уже догревается до 40 – 45 градусов. Третий более сложный и дорогостоящий каскад используется наиболее рационально. Греет воду не от 10 до 45 градусов, а от 35 до 45. Производительность его повышается в 3,5 раза, а предварительный подогрев осуществляется более дешевыми устройствами.
Слив теплой воды из емкости 7 третьего каскада производится по
трубопроводу 12, а подпитка производится из 2 – го каскада по трубопроводу 5. Подпитка теплой водой емкости 14 четвертого каскада
производится по трубопроводу 13.
Четвертый каскад аналогичен третьему.
Устроен и функционирует точно так же. Отличия следующие. Расчетная
температура воды 50-60 градусов. Солнечный нагреватель 18 один площадью 1 м. кв. Емкость 14 для хранения горячей воды имеет объем
100 литров. В связи с тем, что температурный уровень уже довольно высокий 50-60 градусов, то значительно возрастают требования по таким техническим характеристикам – теплоизоляция емкости 14 и трубопроводов, минимальные тепловые потери у солнечного нагревателя.
И здесь возникает проблема – изготовить солнечный нагреватель самостоятельно или приобрести готовый в торговой сети и заводского изготовления. Вот здесь и определяются преимущества каскадной системы
нагрева воды. Дорогой покупной солнечный нагреватель греет воду не от
10 до 60 градусов (перепад 50), а от 45 до 60 градусов (перепад 15).
Производительность его возрастает примерно в 3 раза и воды с такой температурой требуется всего 20%. С вариантом где вся вода греется до
60 градусов, а затем разбавляется холодной до нужной температуры можно и не сравнивать. Здесь Я не упоминаю еще о кпд солнечных нагревателей и всей системы в целом. В области более высоких температур он значительно падает. Не надо забывать об излучении, тепловые потери растут в 4-й степени и это напрямую относится к солнечным нагревателям. Если кто
знает как опровергнуть преимущества каскадных систем нагрева воды
будет интересно выслушать их аргументацию.
И последнее – система проточная, за несколько десятков лет эксплуатации
(примерно 40) никаких возбудителей замечено не было.