Конструкция солнечного коллектора для нагрева воды. Практическое руководство by Renaşterea Rurală

Support to Confidence Building Measures Susținerea Măsurilor de Promovare a Încrederii Поддержка мер по укреплению доверия

КОНСТРУКЦИЯ Солнечного коллектора для нагрева воды Практическое руководство

2018

Support to Confidence Building Measures Susținerea Măsurilor de Promovare a Încrederii Поддержка мер по укреплению доверия

О.O, «Mediu –Scop» с. Чобурчиу, район Штефан Водэ

ЭОО ,,Турунчук” с.Чобручи , Слободзейского района

Настоящая публикация является частью проекта, осуществляемого O.О. "Mediu-Scop", с. Чобурчиу, р-он Штефан Водэ в сотрудничестве с O.O. "Турунчук ", с. Чобручи, Слобозейский район, Приднестровье. «Устойчивое сельское хозяйство – залог развития и добрососедства двух берегов Днестра», ( Sustainable agriculture is the guarantee for the development and good neighbouring relations between two banks of the river Nistru) финансируемый Европейским Союзом в рамках «Поддержки Мер по Укреплению Доверия», осуществляемый ПРООН Молдова.

Руководитель проекта: Штефан Моисеенко, O.О. "Mediu-Scop", с.Чобуручи, район Штефан Водэ

Координатор проекта: Николай Галелюк, O.O. "Турунчук ", с. Чобручи, Слобозейский район, Приднестровье

Конструкция солнечного коллектора для нагрева воды Практическое руководство 1. Содержание 2. Введение 3. Климат Республики Молдова 4. Солнечная возобновляемая энергия 5. Карта солнечной радиации в Молдове 6. Солнечные коллекторы - компоненты системы 6.1. Солнечная панель с термосифоном 6.2. Общая схема 6.3. Абсорбер, общее описание 6.4. Производство абсорбера 6,5. Постройка коробки 6.6. Строительство резервуара 6.7. Конструкция теплообменника, рекомендуемые размеры и пропорции 6.8. Расширительный бачок 6,9. Расположение и установка солнечного коллектора 6,10. Расположение коллектора относительно резервуара 6,11. Обслуживание солнечного коллектора 7. Выводы 8. Глоссарий 9. Ссылки

ВВЕДЕНИЕ Солнечная энергия является возобновляемой, бесплатной и экологически чистой, она доступна в количествах, которые намного выше тех, которые необходимы, и доступна почти везде на поверхности Земли. Теоретически, солнечная энергия может полностью удовлетворить все потребности человека. В прошлом она была практически единственно доступной энергией. В настоящее время солнечная энергетика обладает огромным потенциалом и, вероятно в будущем, будет одним из основных источников используемой энергии. Солнечная энергия может быть получена и соответственно оценена путем: - Пассивных систем, таких как природные или специально разработанные методы (сушка одежды, сушка фруктов, подогрев воды, включая солнечные коллекторы, пассивные дома и т. д.) и - Активных систем, то есть тех систем, которые также имеют основной компонент: устройство / аппарат / оборудование для преобразования солнечной энергии в другую форму энергии (тепловую, электрическую, химическую). Развитие технологий по производству солнечной энергии продемонстрировало два крупных скачка в прошлом столетии, что было обусловлено серьёзным энергетическим кризисом 1970-х годов и совсем недавно, после 1990 года, воздействием глобального изменения климата, что, в свою очередь, привело к необходимости изменений основных решений для обеспечения теплового комфорта в жаркие летние периоды. Конечно, нам также нужно знать, что люди нуждаются во многих формах энергии, таких как электрическая, термическая, механическая или химическая, но в меньшей степени - в форме, в которой солнечная энергия доходит до Земли, т.е. в виде солнечной радиации. Таким образом, для того, чтобы использовать энергию солнечной радиации, она должна быть преобразована в другие формы путём конверсии, но этот неизбежный фактор подразумевает некоторые, иногда значительные потери. Но потери - не единственный фактор. Как правило, выбор солнечной системы учитывает несколько факторов, таких как: 1) тип требуемой энергии (электрическая, термическая, механическая, химическая и т.д.); 2) технологическая сложность; 3) поддержание и обслуживание системы; 4). и последнее, но не менее важное - цена. В этой брошюре вы сможете познакомиться с моделью накопления и использования солнечной энергии, а именно солнечным коллектором, который позволяет воде нагреваться и поддерживать свою температуру в течение определенного периода времени.

КЛИМАТ РЕСПУБЛИКИ МОЛДОВА Климат Республики Молдова умеренно-континентальный и характеризуется легкой и короткой зимой, с небольшим количеством снега и продолжительным жарким летом с небольшим количеством осадков. Характеризуется наличием теплого периода года, мягкой зимой, обилием света и тепла. Основные особенности климата Республики Молдова формируются под влиянием притока солнечной радиации, атмосферной циркуляции и характера активной поверхности. Республика Молдова находится во второй зоне солнечного сияния, продолжительность солнечного сияния в течение года, по данным Государственной гидрометеорологической службы, колеблется на территории страны от 1940 до 2180 часов, в процентах, летом - 60-70, а зимой - 20-30% от возможной. Запасы солнечной энергии, выраженные в терминах радиационного баланса, составляют около 2100 МДж/м2 (583 кВт.ч/м2) в год. Это основной источник энергии, который обеспечивает нагрев почвы, испарение и среднюю температуру воздуха. Это энергетический фонд, который обеспечивает потепление почвы и поддерживает средний уровень температуры. В годовых показателях средняя температура воздуха составляет +8 - + 12ºC. Компактный период безморозности регистрирует в среднем 170 дней на севере и 190 дней на юге страны, а через несколько лет его продолжительность может достигнуть 200-300 дней. Территория Республики Молдова относится к области с недостаточной влажностью. Количество осадков уменьшается с северо-запада на юго-восток, с 620 до 490 мм в течение года. Осадки выпадают в теплое время года в виде ливневых дождей, и только около 10% их годового количества приходится на снег. Ветровой режим, который формируется под воздействием барических центров, характеризуется самой высокой частотой в северо-западных направлениях (12-35% в год) и юго-востоке (15-25%). Средняя скорость ветра в течение года колеблется от 2,5 до 4,5 м/с. В данном контексте выясняется, что Республика Молдова имеет большой потенциал для использования солнечной возобновляемой энергии и одним из способов использования являются солнечные коллекторы для нагрева бытовой воды.

СОЛНЕЧНАЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГИЯ Солнечная энергия является возобновляемой, чистой и экологически незагрязненной. Пользователи этого источника энергии не зависят от других источников энергии и, что не менее важно, этот источник экологическеи чист. Будучи одной из самых чистых форм энергии на Земле, состоящей из тепловой, световой и радиации,,излучаемогой солнцем, эта энергия лежит в основе почти всех естественных процессов на Земле. Солнце является нашим основным источником энергии - либо непосредственно, либо через растения и ископаемое топливо, сформированное из них. Даже энергия ветра генерируется Солнцем - ветер рождается вследствие нагрева атмосферы Солнцем. Солнечная энергия считается неиссякаемой и свободна во всех смыслах. Солнце излучает каждую секунду энергию, в миллиарды раз превышающую энергию ядерного взрыва. Земле достается примерно 80 триллиона киловатт в секунду (кВт/с) солнечной энергии, которая считается свободной энергией будущего, получаемой с помощью экологически чистых технологий (панели, коллектора, солнечные печи и т.д.), которые уже используются в мире. Из этой энергии, после преобразования, получают электричество и тепло. Солнечная энергия может нагревать дома пассивно за счет их конструкции или может храниться в термических аккумуляторах в виде тепловой энергии. И тепло, выделяемое солнцем, может использоваться главным образом в приготовлении горячей воды для бытовых нужд, нагревании теплоносителя, отвечающим за температуру окружающей среды в доме и нагрев бассейнов. Существуют также системы кондиционирования воздуха на основе солнечного тепла, где это основная энергия, необходимая для охлаждения воздуха. Использование солнечной энергии - самый эффективный способ принести домашнее тепло во всем мире. Как правило, количество солнечного тепла, падающего на крышу дома, больше, чем энергия, потребляемая в доме. С помощью простых средств можно использовать эту солнечную энергию, чтобы уменьшить или даже полностью заменить другие источники энергии, необходимые для проживания.

КАРТА СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В РЕСПУБЛИКЕ МОЛДОВА

СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР - КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНЫЕ СИСТЕМЫ ПО ВЫРОБОТКИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ . СТРУКТУРА

Руководство по строительству солнечных коллекторов для горячей воды - О.О. WiSDOM, Кишинэу, РМ, март 2015 г., стр. 1

СОЛНЕЧНАЯ ПАНЕЛЬ С ТЕРМОСИФОНОМ Термосифонная солнечная панель является пассивным устройством (рис. 1), где передача тепла системы осуществляется путем естественной циркуляции, которая действует по принципу гравитации, не требует электронных систем управления или приведения в движение системы насосами, клапанами и т.д. Система работает абсолютно автономно, и для её функционирования не требуется электрический ток или вмешательство человека, что является преимуществом по сравнению с системами циркуляции при помощи насосов. Принцип термосифона прост. Известно, что при разных температурах жидкости имеют разную плотность и разный удельный вес соответственно. Теплая жидкость, которая легче, будет двигаться вверх, а холодная, соответствено вниз. В термосифонной солнечной панели схема построена таким образом, чтобы способствовать непрерывному перемещению жидкости теплоносителя в нужном направлении (рис. 1). Однако на практике данные установки имеют некоторые недостатки. Эти системы работают только в том случае, если емкость для хранения горячей воды для бытовых нужд установлена не менее чем на 20 см выше, чем абсорбер, поглощающий тепло (рис. 1). На рисунке 2 показана упрощенная схема термосифонного принципа, используемого в солнечных батареях. Обратите внимание: для того, чтобы жидкость могла двигаться, любые факторы, которые препятствовали бы ее естественному движению в правильном направлении, должны быть удалены. Поэтому всегда следует избегать обратного наклона циркуляционных каналов. После того, как абсорбирующий элемент поглотит солнечную энергию, она преобразуется в тепловую энергию путем передачи тепловой энергии в соответствии с принципом конвекции, протекающей через трубу теплопередачи воды. Таким образом, с помощью абсорбера теплоноситель передает тепло в резервуар для хранения, где теплообменник нагревает воду в баке, а затем вода используется по необходимости.

ОБЩАЯ СХЕМА Как правило, система солнечного нагрева воды имеет три основных компонента (рис.3): 1. Коллектор. Его функция состоит в том, чтобы поглотить солнечное излучение и передать его в виде тепла тепловому агенту; 2. Резервуар для хранения теплой воды. Поскольку теплая вода произвольно используется в разных количествах, в разное время, по мере необходимости, она накапливается с запасом и сохраняется для последующего использования; 3. Система трубопроводов, через которую теплоноситель течет из коллектора в резервуар, а также горячая вода от резервуара до потребителя. С самого начала отметим, что существуют две модели термосифонных коллекторов: один с теплообменником, другой без (рис. 4). Существенное различие заключается в том, что в первом варианте циркуляция теплового агента отделена от потока воды, предназначенного для потребления, тогда как во втором термический агент и вода для потребления образуют общий поток, то есть вода, которую мы будем потреблять, служит и тепловым агентом. Если солнечная система будет использоваться зимой, когда температура в нашей широте может упасть значительно ниже 0°C, разумно использовать низкотемпературный термостойкий агент - антифриз. Очевидно, что в этом случае мы избежим смешивания воды, предназначенной для потребления, с токсичным антифризом, поэтому

мы будем использовать модель, которая обеспечивает безопасное разделение обоих потоков. В ходе процесса тепловой агент будет течь по замкнутому потоку от коллектора к резервуару, где через теплообменник он будет передавать тепло воде для потребления. Обратите внимание, что в макетах обеих моделей расположение основных элементов в практически одинаковое: резервуар для горячей воды находится над коллекторной панелью, а все трубы направлены в направлении потока жидкости. Это обеспечивает передачу поглощенного тепла в самую верхнюю точку бака.2 Что касается резервуара, тот же принцип распределения фракций воды с различными вертикальными температурами предполагает, что мы учитываем температурный градиент для достижения максимальной эффективности. Очевидно, что для потребления мы будем использовать самую горячую фракцию (рис. 5), то есть тот объем воды, который находится в верхней части резервуара. Холодная вода, которая заменит потребляемый объем, логически, не должна смешиваться с горячей водой. Вот почему внутрь бака она пройдет через нижнюю часть.3 Чтобы более эффективно стратифицировать температуру внутри резервуара, предпочтительно, чтобы он имел цилиндрическую форму и был размещен вертикально. В высоком и узком резервуаре слои с разной температурой будут разграничены более выраженно, чем в коротком и широком. Мы также предупреждаем вас, что термосифон становится более эффективным, если между различными областями системы существуют высокие температурные различия. Вот почему, как вы можете видеть из этих схем, вывод горячей воды, поступающей из коллектора, будет в точке расположеной немного ниже той где самая высокая температура, примерно в середине резервуара (рис. 6).4

2 3 4

Руководство по строительству солнечных коллекторов для горячей воды - О.О. WiSDOM, Кишинэу, РМ, март 2015 г., стр. 2 Там же, стр. 3 Там же, стр. 3

Между коллектором и резервуаром находятся система труб. Для того, чтобы жидкость текла в правильном направлении, придерживаемся простого, так называемого правила «вверх-вниз», что означает, что горячая жидкость выходит из верхней части коллектора, через трубу будет введена в верхнюю часть бака, а охлажденная (после отдачи тепла) жидкость будет вытекать через нижнюю часть бака и возврощаться в коллектор через его нижнюю часть (рис. 6).5

Руководство по строительству солнечных коллекторов для горячей воды - О.О. WiSDOM, Кишинэу, РМ, март 2015 г., стр. 3

АБСОРБЕР. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ Основными компонентами абсорбера являются коробка, металлическая пластина, проводящие трубы и изоляционный материал. Принцип работы заключается в следующем: поглотитель поглощает солнечное излучение, металлическая пластина нагревается и через трубы передает тепло тепловому агенту, с которым он контактирует. Чтобы значительно повысить эффективность абсорбера, он включает в себя хорошо изолированную коробку со стеклянной крышкой, тем самым минимизируя потери энергии, создавая парниковый эффект (рис. 7).

ПРОИЗВОДСТВО АБСОРБЕРА В нашей модели абсорбер представляет собой металлический лист, плотно прилегающий к сети металлических труб, через которые циркулирует тепловой агент. Функция абсорбера заключается в том, чтобы максимально поглощать солнечную энергию, а затем превращать в тепловую энергию. Металлический лист должен быть закреплен таким образом, чтобы контактная поверхность между металлическими трубами и металлической пластиной, затем она фиксируется на металлических трубах была максимально возможной, она будет практически покрывать всю поверхность защитного кожуха абсорбера (см. Рисунки). Затем лист должен быть покрыт черной матовой краской с высокой термостойкостью. Для этого нужно заранее необходимо обработать поверхность пластины абразивной бумагой, чтобы она имела более шершавую поверхность и минимизировала отражение света, когда он попадает на ее поверхность (см. Рисунок).

Движение жидкости по трубам в соответствии с принципом термосифона во многом зависит от гидравлических характеристик труб. Поэтому важно учитывать соотношение между диаметром продольной и перпендикулярной

трубы. Для максимальной эффективности это соотношение устанавливается по формуле:

2 * D² = n * d² , в которых D и d - диаметры поперечных и продольных труб, а n количество продольных труб (обычно 8, реже 9). Если, например, вы приобрели продольные трубы с внутренним диаметром 12 мм, то для определения диаметра поперечных труб мы можем изменить формулу следующим образом:

Поэтому внутренний диаметр поперечных труб должен быть не менее 30 мм. При соединении труб с поверхностью металлического листа должно учитываться обеспечение максимально возможного контакта между ними. Входные и выходные отверстия должны быть строго расположены так, как показано на схеме, т.е. напротив друг друга. Жидкости имеют тенденцию двигаться по самому короткому пути, поэтому, если вход и выход находятся на одной стороне абсорбера, теплоноситель будет циркулировать только через первые 3-4 трубы, а остальные остаются неиспользованными (рис. 8).

ПОСТРОЙКА КОРОБКИ В предлагаемой модели коробка изготовлена из водонепроницаемой пластины ОСП (Ориентированно-стружечная плита) толщиной 8-10 мм, но при необходимости можно использовать доску. С самого начала мы строим рамку из ОСП и укрепляем ее с тыльной стороны пластиной того же материала. Очень важно сохранять точные размеры и геометрию с углами строго 90°. Затем ящик изнутри заполняется изоляционным материалом толщиной минимум 50 мм (шерсть, минеральная вата или стекловата), включая стенки каркаса. На изолирующий материал стелится слой алюминиевой фольги, что дополнительно увеличивает эффект изоляции. Только после этого монтируется абсорбер. Так как концы поперечных труб выходят из внутреней коробки, отверстия делаются заранее, а коробка коллектора покрывается оцинкованным листом металла. Коллектор покрыт стеклом 1000x2000 мм. Вот почему точность размеров важна при изготовлении коробки.

Покрывающее стекло установлено на абсорбирующем элементе и играет роль защиты системы природных агентов и повышения ее эффективности. Покрывающее стекло имеет толщину не менее 4 мм, чтобы выдерживать град, и закреплено на раме универсальным силиконом. Рекомендуется использовать самое толстое стекло. Стекло исключает возможность конвекционных дисперсий, предотвращающих прохождение воздушных потоков через поглощающий элемент и поглощение ими тепла, что позволяет избежать снижения энергоэффективности. В то же время, покрывающее стекло создает парниковый эффект, ограничивая отражающие потери абсорбирующего элемента.6 (см. рисунки) 6

Инновационные экологические технологии в вашем сообществе - A.C.T. Ormax, Дрокия, РМ, 2015, стp 25

СТРОИТЕЛЬСТВО РЕЗЕРВУАРА Резервуар используется для накопления и хранения теплой воды, собранной в течение дня. Бак в термосифонной (пассивной) системе может быть двух типов: под давлением и без давления. При установке бака под давлением рекомендуется установить предохранительный клапан на 6 бар. И если режим работы предусматривает перебои в использовании бытовой горячей воды, мы рекомендуем установить закрытый расширительный сосуд в соотношении 10% его объема. Объем резервуара рассчитывается с учетом площади поверхности абсорбции коллектора, которая составляет приблизительно 75-100 л на квадратный метр абсорбера. Как правило, система, способная удовлетворить повседневные потребности семьи, имеет резервуар емкостью 150-200 л, соответственно 2 м² абсорбера.7 Горячая вода, которая накапливается в верхней части резервуара, потребляется периодически, мгновенно пополняясь холодной водой (рис. 9). Горячие и холодные фракции занимают верхнюю и нижнюю части резервуара, а пространство между ними является температурным градиентом. Чтобы избежать смешивания различных температурных фракций, холодная вода всегда будет вводиться через дно резервуара. Соответственно, горячая вода будет выведенна сверху (рис. 9). Для резервуара целесообразно иметь цилиндрическую форму с высотой, превышающей диаметр оснований. Бак также может иметь прямоугольную форму, но рекомендуется, чтобы он был цилиндрическим, поскольку он более устойчив к давлению и более эффективен с точки зрения сохранения тепла8 (рис.10).

7 8

Руководство по строительству солнечных коллекторов для горячей воды - О.О. WiSDOM, Кишинэу, РМ, март 2015 г., стр. 5 Там же, стр. 5

Контроль подачи воды в резервуар-накопитель производится с помощью пробкового клапана, который обычно используется в автоматических механизмах слива на унитазах. Он размещается внутри резервуара на трубе подачи холодной воды, а поплавок, который предназначен для закрытия или открытия клапана, крепится таким образом, чтобы обеспечивать заполнение, но не переполнение бака.9 В случае, если резервуар (без давления) находится на чердаке, под крышей, чтобы избежать утечки воды из-за отказа клапана, мы рекомендуем установить трубу в верхней части бака, которую нужно вывести на крышу. Эта рекомендация заслуживает того, чтобы ею не пренебрегали, поскольку в будущем она обеспечит избежание затрат на устранение последствий утечки в случае неисправности, которые вы обнаружите, не взбираясь на чердак дома (рис. 11).

Руководство по строительству солнечных коллекторов для горячей воды - О.О. WiSDOM, Кишинэу, РМ, март 2015 г., стр. 5

Способы подпитки бака водой для бытовых нужд: 1) если бак непосредственно подключен к централизованному водоснабжению, он должен быть достаточно устойчивым к давлению не менее 3 бар. 2) Если в вашей централизованной системе водоснабжения давление слишком велико или сильно меняется в течение дня, рекомендуется установить редуктор давления. 3) если нет централизованного водоснабжения, то другой вариант - установка большего резервуара для подачи холодной воды в бак, подключенный к солнечному коллектору. Дополнительный резервуар должен быть расположен над резервуаром для горячей воды, чтобы создать давление воды. Вход воды в систему водоснабжения должен всегда располагаться в нижней части бака, потому что горячая вода движется вверх с повышением температуры (см. рисунок). Теплоизоляция солнечного коллектора: Изоляция является основным фактором, предотвращающим потерю тепла. Теплоизоляция резервуара и соединительных труб является важным аспектом эффективной работы резервуара. В хорошо изолированном резервуаре вода может оставаться теплой в течение нескольких дней. Изоляция должна быть термостойкой, иначе материал расплавится при высоких температурах. Для изоляции могут использоваться натуральные материалы, такие как древесные опилки или целлюлоза (они могут использоваться при температурах до 100°C, то есть для резервуара и трубы, но не для абсорбера), а также шерсть, минеральная вата или стекловата. Минимальная толщина изоляции резервуара должна составлять не менее 5 см, желательно удвоить толщину (10 см) в верхней части бака. Изолирование должно производиться таким образом, чтобы в изоматериал не попадало ни капли воды. Потому что если изоляция будет пропитана водой, ее эффективность будет намного ниже. Внимание: минеральная вата и стекловата опасны для здоровья. При работе с этими материалами мы должны быть очень осторожны и использовать резиновые перчатки и маску для защиты дыхательных путей. Емкость резервуара (как мы вычисляем потребности домохозяйства): Из вышесказанного возникает следующий вопрос: как мы узнаем, сколько воды нам нужно и какой резервуар для воды нужно установить для бытовых

нужд? По нашему опыту, было замечено, что с установкой солнечного водонагревателя увеличивается потребление воды. По этим причинам мы сочли необходимым составить некоторые ориентировочные таблицы относительно приблизительных потребностей в потреблении горячей воды в зависимости от количества людей, проживающих в хозяйстве, и количества точек потребления воды. Поэтому было бы неплохо оценить текущую ситуацию и спрогнозировать будущие потребности, используя приведенные ниже таблицы. Число потребителей

Число людей, которые принимают душ последовательно

Число точек потребления воды

Емкость резервуара Минималь Максима ная, л льная, л

100

120

200

10 л 30 л 50 л

15 л 50 л 80 л

15 л 80 л 100 л

30 л 100 л 120 л

30 л 120 л 150 л

100 л

120 л

150 л

300 л

СТРОИТЕЛЬСТВО ТЕПЛООБМЕННИКА, РЕКОМЕНДУЕМЫЕ РАЗМЕРЫ И ПРОПОРЦИИ Теплообменник передает тепло от нагретого теплоносителя (внутри которого вода или антифриз), воде находящееся в резервуаре (рис.12). Таким образом, основная функция теплообменника заключается в обеспечении передачи тепловой энергии из одной среды в другую. Повышение эффективности теплопередачи может быть достигнуто за счет использования материалов с высокой теплопроводностью, а также путем увеличения (расширения) контактной поверхности теплообменника с теплоприемной жидкостью. В наших моделях, в качестве теплообменника, будет использоваться металлическая труба или другой теплопроводящий материал, который скручивается в виде спирали. Будучи компактной как конструкция, эта спираль также обеспечивает большую поверхность контакта.С точки зрения коэффициента теплопередачи, медные трубы являются одними из самых рекомендуемых для конструкции теплообменника. Они легко гнутся и хорошо держат форму. Однако, помимо этих очевидных преимуществ меди, не следует пренебрегать высокой ценой с точки зрения эффективности, которую она может предложить. Кроме того, медь чувствительна к коррозии, особенно если она контактирует с другими металлами.10 Длина теплообменника и размер резервуара определяются в соответствии с поверхностью абсорбера, как показано в таблице ниже 11: Площадь абсорбера (м2)

Объем резервуара (л)

Длина теплообменника (погонный метр)

2 м2 3 м2 4 м2 и т.д

100 – 200 л 150 – 300 л 200 – 400 л и т.д

6м 9м 12 м и т.д

Руководство по строительству солнечных коллекторов для горячей воды - О.О. WiSDOM, Кишинэу, РМ, март 2015 г., стр. 6

Сооружение солнечных коллекторов для горячей воды. Практическое руководство. WECF Germany, UE, 2012, pag. 5

Приведем пример, если бы мы рассчитывали для резервуара на 150-200 литров, используя трубы диаметром 16 мм. По таблице нам нужен был теплообменник длиной 6-8 метров. Таким образом, скрученная в 6-8 спиралей, трубка будет иметь диаметр около 30-35 см и будет равномерно помещаться в баке. Высота спирали должна быть не более половины высоты резервуара. Теплообменник будет установлен снизу, нижняя спираль и выходной разъем расположены примерно на расстоянии 10 см от дна бака 12. Трубы из нержавеющей стали представляют собой хорошую альтернативу для ситуаций, когда вы ограничены в бюджете (см. рисунки ниже). Преимущество состоит в том, что эти трубы легко гнутся и сохраняют свою форму. Высокая теплопроводность, коррозионная стойкость и привлекательная цена позиционируют их как эффективные. Трубы PEX, которые используются для подогрева пола, являются эффективными термопроводами, и мы можем купить их по хорошей цене, но они имеют недостаток: они менее гибкие и очень эластичные. Их сложно скрутить и зафиксировать в форме спирали малого диаметра. Для поддержания желаемой формы спирали PEX вам нужен жесткий корпус и крепёжные зажимы.

Руководство по строительству солнечных коллекторов для горячей воды - О.О. WiSDOM, Кишинэу, РМ, март 2015 г., стр. 6

РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ БАК Под воздействием высоких температур в замкнутой гидравлической системе, как в замкнутом контуре коллектора с теплообменником, давление жидкости колеблется в широких пределах. Для защиты от теплового расширения закрытые системы оснащены расширительными бачками. Они амортизируют рост давления, увеличивая общий объем системы, и перенимают расширение теплового агента. Существует несколько типов и коммерческих моделей расширительных сосудов. В наших моделях можно использовать ремесленные суда, которые просты в изготовлении, доступные и эффективные. Любой закрытый пластиковый или металлический сосуд, который является жестким и устойчив к высоким температурам, подходит как расширительный сосуд. Для типичного коллектора, объем теплового агента которого составляет 710 литров, минимальный объем расширительного бака должен быть не более 2-3 литров. Тем не менее, для обеспечения максимальной безопасности лучше увеличить объем емкости до 4-5 литров, тем самым обеспечивая резервный объем буфера. Так как самодельный расширительный бачок является открытым, в самой верхней части сосуда делается небольшое отверстие для предохранительного клапана сброса давления, который устанавливается в самой высокой точке контура коллектора вблизи входа горячей трубы в бак. (Рис. 13). В случае, если вы хотите интегрировать установку с уже существующей системой подачи горячей воды, нужна другая модель расширительного бака в соотношении, по меньшей мере, 8% жидкости для теплообмена системы, и два теплообменника. (Лучше проконсультироваться с инженером).

РАСПОЛОЖЕНИЕ И МОНТАЖ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА На этапе планирования одной из основных вещей, о которой следует помнить, является возможность размещения коллектора в соответствии с топографией местности, а также спецификой уже существующих инженерных сооружений. Идея создания солнечного коллектора может быть легко сорвана некоторыми потенциально неблагоприятными условиями, такими как невозможность или сложность ориентации коллектора к солнцу, днедопустимо большое расстояние между ключевыми элементами и нехватка воды.13

Солнечный коллектор не будет работать или будет работать неэффективно, если весь потенциал солнечного излучения не будет использоваться. Наша цель - разместить коллектор таким образом, чтобы он собирал как можно больше солнечной энергии в течение дня. Поэтому, поскольку максимальное излучение происходит в полдень, когда солнечные лучи падают на поверхность абсорбера под перпендикулярным углом и с учетом того, что солнце ориентировано на юг (рис.14), очевидно, что коллектор будет ориентирован на юг, с юго-востока на юго-запад.14

13 14

Руководство по строительству солнечных коллекторов для горячей воды - О.О. WiSDOM, Кишинэу, РМ, март 2015 Там же, стр. 7

г., стр. 6

Очень важно, чтобы коллектор не был затенен соседними зданиями и деревьями (рис. 15). Вот почему будет выбрано солнечное место, лишенное тени в течение дня. Коллектор может быть установлен на крыше, если крыша способна выдерживать нагрузку, или на землю. Недостатком размещения коллектора на крыше является то, что резервуар должен быть установлен над коллектором.

Лучшее место для размещения резервуара находится в доме под крышей, где он лучше защищен от воздействия низких внешних температур (рис. 16). В любом случае, бак должен быть изолирован, как если бы он находился на улице.

Общая рекомендация относительно угла наклона абсорбера для каптации солнечного излучения относительно горизонта: - 60° - для использования в основном зимой - 45° - для использования в течение весны, лета и осени - 30° - для использования только летом Тем не менее, мы рекомендуем использовать угол 45° для круглогодичного использования, и солнечный коллектор будет работать оптимально и зимой. Для практического использования необходимо выбрать оптимальный угол, если только вы не меняете угол в течение года.

РАСПОЛОЖЕНИЕ КОЛЛЕКТОРА ОТНОСИТЕЛЬНО РЕЗЕРВУАРА Для эффективной работы системы, резервуар должен располагаться выше коллектора, избегая таким образом утечки антифриза или воды из системы. Этот императив подразумевает некоторые неудобства, учитывая, что вся установка будет довольно высокой. В зависимости от конкретного места установки коллектора существует несколько возможностей и стратегий для позиционирования элементов системы. Рисунок 17 показывает, что в некоторых случаях коллектор и резервуар расположены на собственном суппорте, а в других случаях в качестве поддержки используются существующие строительные элементы, такие как крыша дома. Очевидно, что расположение резервуара внутри здания, например, на чердаке дома, имеет ряд преимуществ. Самое главное, что бак защищен от колебаний и агрессивных воздействий внешних погодных условий.15

Руководство по строительству солнечных коллекторов для горячей воды - О.О. WiSDOM, Кишинэу, РМ, март 2015 г., стр. 7

ОБСЛУЖИВАНИЕ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА Для нормальной работы коллектора должны быть выполнены следующие условия: 1) проверьте и замените количество жидкости для циркуляции в коллекторе (проверьте уровень жидкости в расширительном бачке); 2) протрите стекло от пыли для лучшего проникновения солнечного света; 3) осмотрите теплоизоляцию всех компонентов, чтобы предотвратить потерю тепла; 4) проверьте трубы и соединения на наличие утечек; 5) всегда проверяйте, заполнен ли резервуар для воды.

ВЫВОДЫ Наша основная цель - найти наиболее эффективный и относительно дешевый способ использования солнечных панелей для нагрева бытовой воды. В связи с этим мы предлагаем использование солнечных панелей с термосифоном (пассивная циркуляция). Солнечный коллектор, интегрированный в термосифонную (пассивную) систему, обеспечит ваш дом горячей водой без дополнительных затрат на эксплуатацию оборудования и потребление электроэнергии. Установка, предлагаемая в этом руководстве, будет легко удовлетворять потребности вашей семьи или офиса, избегая покупки дорогого оборудования, такого как насосная система, контроллер, клапаны и т.д. Аналогично, используя термосифонную систему для нагрева бытовой воды, вы избежите затрат на обслуживание системы и сможете легко восстановить систему без необходимости обращаться в авторизированный центр в случае неисправности. Мы также отмечаем, что это руководство основано на опыте О.О. «Renașterea Rurală», который на практике реализовал различные типы систем для нагрева бытовой воды, а термосифонная (пассивная) система была рекомендована в качестве одной из наиболее доступных, эффективных и простых в использовании в Республике Молдова. Руководство, разработано экспертами проекта Сильвиу Рэчилэ Владимир Урсу

ГЛОССАРИЙ Абсорбер (или абсорбирующий элемент) - часть солнечной коллекторной установки, которая сохраняет часть солнечной энергии, преобразует её в тепловую энергию и передает её термическому агенту. Для большей эффективности абсорбер покрыт селективной спектральной краской (высокое поглощение, низкое излучение). Тепловой агент- жидкость, используемая для накопления, транспортировки и отдачи тепла к тепловой установке. Полуденное солнцестояниe - время, когда солнце достигает самой высокой точки на небе. Этот момент делит светлые часы дня ровно наполовину. Не путайте с часовым полднем. Солнечный коллектор (или солнечная тепловая панель) - система, которая улавливает энергию, содержащуюся в солнечных лучах, и преобразует ее в тепловую энергию. Естественная конвекция - естественное физическое движение жидкости, основанное на разнице между удельным весом горячей и холодной жидкости. Запечатывание - герметичное закрытие для предотвращения поступления жидкости или выхода из нее (в солнечном коллекторе горячего воздуха). Наклон - в контексте солнечных коллекторов наклон представляет собой угол, создаваемый солнечной панелью с горизонтом. Идеальный наклон местоположения будет означать, что панели там поглотят как можно больше солнечного света. Резервуар для хранения - термоизолированный сосуд под давлением или без давления, который хранит нагретую воду для последующего потребления. Термосифон - физический эффект, при котором циркуляция жидкости в замкнутом контуре достигается естественной конвекцией без использования какого-либо механического насоса. Расширительный сосуд - устройство, предназначенное для регулирования и амортизации давления теплового агента в солнечной гидронной установке. Джоуль (Дж) - единица измерения работы, энергии и количества теплоты в Международной системе единиц (СИ). ОСП (Ориентированно-стружечная плита) - деревянный продукт, а именно прессованная древесностружечная плита, которая изготовлена из деревянных прямоугольных стружек в условиях высокой температуры и давления, используя синтетические смолы в качестве клея.

ССЫЛКИ 1. Сооружение солнечных коллекторов для горячей воды. Практическое руководство. WECF Germany, UE, 2012 2. Ghid de construire a colectoarelor solare pentru apă caldă – A.O. WiSDOM, Chișinău, RM, martie 2015 3. Eco-tehnologii inovatoare la tine în comunitate – A.C.T. Ormax, Drochia, RM, 2015. 4. Energie regenerabilă - studiu de fezabilitate - Chișinău, RM, 2002 5. Clima Republicii Moldova – www.cim.mediu.gov.md/starea/Cap_1.1.1.doc 6. Sisteme de valorificare a resurselor energetice regenerabile & recuperabile. Seria a III-a / Valorificarea energiei solare. Victoria Cotorobai, Iași, România, 2018 7. www.renasterearurala.vox.md 8. https://www.youtube.com/user/RuralRenaissance 9. https://www.flickr.com/photos/ruralrenaissance/albums/ 72157641923584153