ТеплоСпец

Как работает солнечный коллектор для отопления дома


Содержание:

Солнечные коллекторы относятся к особому виду климатической техники. Их основное назначение – нагревание воды для использования во всех сферах жизнедеятельности человека. Отличительной особенностью коллекторов является производство на основе возобновляемых бесплатных источников энергии. Функционирование таких устройств основано на принципе изменения плотности воды в процессе нагревания. Следовательно, вода с более высокой температурой выталкивает участки с холодной водой, что избавляет от необходимости включать в процесс насосное оборудование.

солнечный коллектор для отопления дома

Принцип работы коллектора

Гелио системы работают с использованием обычной воды или антифриза. Более низкая, чем в коллекторе, температура воды в нижней части приводит к включению обогрева. За перемещение жидкости отвечает встроенный насос. Вода в накопителе нагревается посредством теплообменника, в этом случае температура коллектора поднимается до определенных значений.

Благодаря смесителю вода в системе может перемещаться в разных направлениях, в результате происходит смена теплой и остывшей воды. Нагревающаяся жидкость расширяется, что приводит к ее замене в системах с естественной циркуляцией. Теплая жидкость поднимается вверх, выталкивая охлажденную воду в бак для нагревания.

тепловой коллектор

Для стабильной работы системы необходим теплоизоляционный слой толщиной 0,25-0,3 метра и резервуар прямоугольной формы. Это способствует равномерному распределению воды по всем участкам, делая работу всей системы более эффективной.

Использование солнечных коллекторов для отопления домов

Правильный монтаж солнечных тепловых коллекторов помогает снизить расходы, связанные с отоплением частного жилья, на 50-90%. Особенно активным можно назвать обогрев помещений в весенне-осенний период, хотя в целом система может работать круглый год.

Выбирая коллектор, следует принимать во внимание следующие параметры:

  • Площадь системы.
  •  Необходимое количество тепла.

Для зимнего периода проводят соответствующие расчеты, так как в холодное время требуется большее количество тепла для создания комфортных условий, что приводит к увеличению расходов.

солнечный водяной коллектор

Солнечные теплообменники могут выступать в качестве дополнительного обогрева. При правильной теплоизоляции строения возможна автономная работа системы.

Главным принципом организации функционирования гелиосистемы можно назвать естественную циркуляцию воды за счет конвекционных потоков. В этом случае пассивная циркуляция воды делает работу системы менее эффективной по сравнению с другими. Бак одновременно должен примыкать к коллектору и находиться выше него.

Системы с принудительным движением рабочей среды подразумевают использование циркуляционного насоса. В этом случае эффективное использование воды делает более продуктивной работу всей системы. Обслуживание таких систем должно быть на высоком уровне, все зависит от электроэнергии, которая обеспечивает действие системы.

Принцип совмещения водяного коллектора и отопительной системы

Подключение к системе отопления зависит от того, по какому принципу циркулирует вода в определенной системе. Самым простым способом подключается система с естественной циркуляцией. В этом случае необходимо обеспечить нагревание воды в системе.

Накопительный бак располагают так, чтобы он находился выше уровня коллектора. При этом верхний вывод подключают на входе горячей воды в отопительную систему, а нижний – к обратной трубе. На входе в коллектор для обогрева помещений могут образоваться воздушные пробки. Стоимость такого варианта несколько дешевле систем с принудительной циркуляцией.

солнечные тепловые коллекторы

Системы, работа которых основана на использовании циркуляционных насосов, могут подключаться к солнечному коллектору для отопления дома, но с использованием автоматики. Объясняется это наличием некоторых особенностей таких систем:

  • Управление насосом осуществляет контроллер с учетом показаний специальных датчиков.
  • Обогрев прекращается при достижении заданных значений температуры согласно датчикам.
  • Установка датчиков проводится в баке-накопителе, обратной трубе и выходе коллектора.
  • Более эффективный обогрев получается комплексной работой такой системы и дополнительных источников тепла.

Степень нагревания воды в такой системе во многом зависит расположения коллектора относительно солнца и уровня его наклона. Наиболее эффективной считается установка коллекторов в местах, где прямые солнечные лучи попадают на их поверхность большую часть дня. Если система будет работать индивидуально, без подключения дополнительных источников тепла, то бак-накопитель должен иметь объем не меньше 40 куб.см. В этом случае можно добиться максимального эффекта от работы системы в пасмурную погоду.

Расчет параметров коллектора для определенной системы представляет собой довольно сложный процесс. При этом необходимо учитывать наклон крыши, место расположения, уровень солнечной радиации и объем накопителя. Правильные расчеты может выполнить только квалифицированный специалист.

Тепловые коллекторы производятся разными фирмами, поэтому выбирать какую-либо марку нужно с учетом производительности. Этот параметр может иметь различные значения, все зависит от торговой марки.

Использование поликарбоната в качестве материала для теплового коллектора

Главными элементами таких коллекторов являются листы поликарбоната. Крепление коллектора выполняется к торцевым частям листа. Сборка такой системы должна выполняться в специальном закрытом жестяном коробе, который накрывается дополнительным листом поликарбоната.

Крышка может быть стеклянной, в этом случае лист поликарбоната создает парниковый эффект, создавая впечатление двойного остекления. Использование только поликарбоната сделает работу системы стабильной.

Особенности структуры

Главный элемент в системе нагревания воды – это непосредственно солнечный коллектор. Он может быть нескольких видов:

  • Плоского типа.
  • Вакуумного типа.
  • Водяного типа.

Плоские коллекторы выполняются на основе алюминиевой рамы, внутри которой расположены медные трубки с покрытием из специального поглощающего материала. Под ними находится теплоизоляционный слой. Сверху конструкция полностью закрыта закаленным стеклом, характеризующимся хорошей пропускной способностью света. Работа таких систем может осуществляться в определенный период  или в течение всего года.

Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома сделан на основе рамы с вакуумными трубками, для изготовления которых использовалось боросиликатное стекло. Внутри каждой трубки вмонтированы специальные колбы со специальным поглощающим покрытием. В этих колбах установлены медные трубки с теплоносителем низкого давления. Конец трубки помещен в теплообменник, куда доставляет тепловая энергия.

солнечный теплообменник

Одной из разновидностей вакуумного коллектора является солнечный водяной коллектор. Конструкция типа «морская труба» выполнена на основе рамы, на которой располагаются водяной бак и трубки. Внутри трубных элементов есть дополнительная трубка, причем пространство между ними обязательно вакуумное. Абсорбент покрывает трубки заполненные водой. Нагретая вода перемещается в бак наверху, а холодная опускается для нагревания к трубкам.

Обязательным элементом любой гелиосистемы является бак-аккумулятор. В нем хранится вода, которую можно использовать по назначению. Чтобы тепло могло удерживаться круглый год, снаружи бак утепляют на 3-5 см.

Особые моменты

Одной из характеристик гелиоустановок является номинальная мощность, измеряемая в киловаттах. Этот параметр показывает, какое количество энергии вырабатывает система при максимальном солнечном освещении. Следует учитывать, что в утренние и вечерние часы работа системы будет не такой эффективной. В ночное время горячая вода подается из бойлера, в котором происходит накопление воды в течение дня.

При выборе коллектора важно уточнить возможность работы в зимнее время. Кроме того обязательно следует рассчитать необходимую мощность системы, которая требуется для безупречной работы коллектора. Располагать оборудование рекомендуется на предварительно смонтированном каркасе или непосредственно на крыше.