До какой температуры нагревается вода солнечным коллектором

Начальная температура воды, поступающая в дом из водопровода, составляет 10°С, а использование этой воды для нужд (умывание, душ, отопление, уборка и пр.) требует ее подогрева. Конечно, для ее разогрева хотя бы до 40 градусов потребуется затратить энергию – газ, дрова, электроэнергия, одним словом, заплатить за ее нагрев. Зимой солнечный коллектор сможет подогреть воду от 40 до 70°С, а летом – до 100 °С.

Попробуем разобраться, насколько эффективным будет использование солнечного отопления.

В солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, которая установлена перпендикулярно солнечным лучам, на протяжении одного часа попадает от 700 до 1350 Ватт солнечной тепловой энергии. В зависимости от атмосферного состояния. Для примера возьмем среднее значение, т.е. 1000 Вт/м2.

Чтобы нагреть 1 кг (л) воды на 1 градус потребуется приблизительно 1,16 Вт. Теперь представим солнечный коллектор, площадь которого составляет 1 м2. Поглощение тепла стороны, которая обращена к солнцу, составляет практически 100%. Из этого следует, что наш коллектор, площадью 1м2 сможет нагреть воду на один градус:

1000 Вт / 1,16 Вт = 862,07 кг воды.

Чтобы было удобнее, считаем, что К=862 кг х ОС х м2 х час. Это соотношение показывает какое количество воды на сколько градусов можно нагреть за 1 час в солнечном коллекторе, площадь которого составляет 1 м2.

Для примера, солнечный коллектор в комплекте, который состоит из 15 вакуумных трубок, площадью 3м2. Самый оптимальный объем термоса для жидкости этого коллектора – 150 литров. Продолжительность нагрева такого количества воды до 45°С в холодное время года составляет:

(150 л х (45°С – 10°С)) / (3 м2 х 862 кг*оС*м2*час) = 5250 /2586=2,03 час.

Чтобы обеспечить нагрев 150 литров воды до температуры до 45°С солнечная установка сможет за 2 часа. Если учитывать теплопотери коллектора и тот факт, что атмосфера не всегда чистая и прозрачная, а солнечный коллектор не идеально чистым, то время нагрева зимой увеличивается до 4 часов.

Проведем расчёт для нагрева заданного объема воды элекроэнергией.

t = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (P ∙ η)
где, t – время нагрева в часах=1ч. c = 1,163 (Ватт/час) / (кг ∙ К), m – количество воды 150 кг, P – мощность в Вт, η – КПД = 0,98, Δϑ – разность температур в К (ϑ2 – ϑ1)=35°C ϑ1 – температура холодной воды в10 °C ϑ2 – температура горячей воды в 45°C

P = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (t ∙ η)=(150∙ 1,163 ∙ 35) / (1 ∙ 0,98)=6230Вт.=6,23 кВт/ч.

Следовательно, чтобы разогреть 150 литров воды с помощью электроэнергии, с учетом теплопотерь, то Вы заплатите от 7 до 8 кВт.ч. х 2,3 рубля=от 16 до 20 рублей, а за 300 литров – от 32 до 40 рублей. Подведем итог: зимой один солнечный коллектор, площадь которого составляет 3 м2, сэкономит ваш расходы от 20 до 40 рублей в день.

Произведем расчет расхода горячей воды для семьи, состоящей из трех человек. Если день начинается с 10-минутного душа для каждого из членов семьи, то использование теплой воды составляет 8 литров в минуту. Следовательно, на прием душа уходит: 3 чел. х 10 мин. х 8 л/мин = 240 литров теплой воды. Дальше завтрак, после которого на мытье посуды нужно примерно 15 минут с расходом теплой воды 3 л/минуту. Так, для того чтобы вымыть посуду понадобиться: 15 мин. х 3 л/мин = 45 литров теплой воды. Если предположить, что вечером расход воды будет приблизительно таким же, а также добавить уборку, стирку и прочие потребности, то добавим еще 100 литров. В результате расход теплой воды утром или вечером составит: 240+45+100=385 литров. При подсчетах видно, что в среднем на одного члена семьи приходится 100-150 литров горячей воды в день. Тогда, для того, чтобы обеспечить семью горячей водой в холодное время года, Вам потребуется два коллектора и бак на 300 литров. Если Вы планируете использовать солнечное тепло в максимальном объеме и использовать его для разогрева отопления, тогда Вам рекомендуется купить шесть коллекторов и накопительный бак на 500 литров воды. Солнечная установка очень эффективная, также Вы сможете сэкономить значительную сумму денег. Вышеприведенный расчет – это упрощенный расчет, который основан на зимнем периоде, а с приходом весны и лета солнечная активность значительно возрастет, следовательно, возрастет эффективность такого оборудования. В летний период человек более активный и используется большее количество горячей воды: принимает душ, бассейн, моем посуду, стираем и пр. Летом температура воды вырастает от 60 до 95°С, и тогда возникает новый вопрос – куда девать лишнюю воду, но следует помнить, что Вы не будете платить денег за ее нагрев. Итог: в теплый солнечный период эффективность использования солнечного оборудования вырастает в два раза, а шестиколлекторная солнечная установка, площадь которой 18 кв.м., сэкономит в холодное время года от 90 до 200 рублей в день, а летом – от 180 до 400 рублей в день. Если количество холодных и теплых дней в году приблизительно одинаковое, тогда можно провести такой расчет, при котором экономия будет составлять от (90 +200) : 2 = 145, до (840 +1920) : 2 = 290, теперь умножим на 365 дней и получим сумму от 52925 до 105000 рублей в год.

Полную окупаемость всех затрат на покупку солнечного оборудования можно ожидать от одного до двух лет. При покупке коллекторной солнечной установки Вы заплатите только один раз. Срок ее эксплуатации от 15 до 25 лет, притом, что работает она постоянно.

Источник

В этой статье мы затронем проблему нагрева воды. Бывает так, что появляется задача нагреть воду. Эта задача чаще всего возникает в гостиницах, базах отдыха, т.е. там, где нужно обеспечить большое количество людей горячей водой.

Как можно нагреть воду?

Приготовить горячую воду можно кучей способов:
• С помощью теплового насоса
• С помощью газового котла
• С помощью дизельного котла
• С помощью твердотопливного котла
• С помощью электрического котла или тэнами
• С помощью солнечного коллектора или панелей

И так далее, не будем перечислять все, иначе статья получится слишком длинной. Основные способы мы перечислили. Кажется все просто: у Вас есть сетевой газ, и нужно нагреть несколько бойлеров косвенного нагрева. Для этого достаточно связать газовый котел и бойлеры трубопроводом. Вызвали сантехника, купили трубы и фитинги, сантехник собрал все в кучу — и вуаля!…бойлеры не успевают нагреваться даже до 50°С.

В чем причина?

Все дело в том, что ваш котел просто по мощности не подходит для нагрева такого количество воды. И скорее всего, вы просто не рассчитывали мощности достаточной для нагрева воды.

Как рассчитать нужную мощность для нагрева воды?

Это не очень сложная задача, и вычислить мощность, необходимую для нагрева воды можно самостоятельно. Вооружитесь калькулятором, и бумагой, ручкой. Для нагрева одного литра воды, на один градус Цельсия нужна тепловая мощность 1,16 Вт.

Например, у вас есть емкость для воды, объемом 500 л., и нужно нагреть в ней воду с 20°C до 80°С. Считаем, 80°С – 20°С = 60°С это наша дельта. 500 л. * 60°C * 1,16 Вт = 34 800 Вт/час или 34,8 кВт/час. Это необходимая мощность для нагрева 500 л., с 20 °C до 80 °С за один час.

И если у вас установлен газовый котел, мощностью 25 кВт/час, то естественно он не сможет нагреть 500 л. воды до 80°С за один час. Поэтому, при недостаточных исходных мощностях, эти мощности компенсируются только за счет времени нагревания. Что влечет за собой увеличение бойлерного объема. Кроме этого, нужно понимать, что в системе все равно возникают потери тепла. Поэтому приведенные цифры имеют примерный характер.

нагрев воды солнечным коллектором

Стоит отметить, что потребление горячей воды напрямую связано количеством людей, которые ее используют. По СНиП для гостиниц, с душем в каждом номере расход воды на одного человека будет равен 140 литрам в сутки. По нашим данным, реальный расход горячей воды, в гостиницах равен 50 литрам в сутки, на одного человека.

Нагрев воды солнечным коллектором.

Давайте рассчитаем, как правильно нагреть воду солнцем. Представим, что есть гостиница, в которой воду нужно нагреть за счет солнечной энергии. В этой гостинице есть 40 трехместных номеров и 20 двухместных. Мы хотим организовать нагрев горячей воды энергией солнца.

Считаем максимальную загрузку гостиницы: (40*3) + (20*2) = 160 человек, будет жить в этой гостинице. Им понадобится 160 чел. * 50 литров = 8 000 литров горячей воды в сутки. В гостиницах, как правило, существует два пика водоразбора, это утром (с 8.00 до 10.00) и вечером ( с 17.00 до 20.00). Значит, нам необходимо обеспечить к утрешнему водоразбору минимум 3 000 литров горячей воды, и к вечернему водоразбору минимум 5 000 литров воды, так как вечерний водоразбор, как правило, больше.

Стоит отметить, что под понятием «горячая вода» мы имеем ввиду воду с температурой 60°С. Чтобы не устанавливать накопительные бойлеры объемом 5 000 литров, можно нагреть воду до 80°С. Это позволит уменьшить емкостный объем до 3 500 литров.
Считаем необходимую мощность: 6 500 литров * 60 °С * 1,16 Вт, получаем 452,4 кВт/час нам нужно затратить, чтобы нагреть это количество воды.

Сколько нужно солнечных коллекторов?

Теперь считаем, сколько же нам понадобится солнечных коллекторов. Крыша нашей гостиницы смотрит на юг, поэтому считаем, что солнечные вакуумные коллекторы будут работать на полную мощность.
Мощность одной вакуумной трубки с 24 мм. конденсатором условно равна 65 Вт/час. Солнечные коллекторы будут работать 10 часов в сутки, с 9.00 до 19.00 ч. (идеальный вариант). В таких условиях одна трубка выдаст за одни сутки 650 Вт/час. Делим 452,4 кВт/час на 0,65 кВт/час (650 Вт/час) получаем 696 трубок. Это 23 солнечных коллекторов по 30 трубок, или 35 коллекторов по 20 трубок.

Солнечные вакуумные коллекторы

А сколько нужно коллекторов с 14 мм. конденсатором? Одна трубка такого коллектора выдает в пике около 50 Вт/час или 500 Вт/час за десять часов. Делим 452,4 кВт/час на 0,5 кВт/час (500 Вт/час) и получаем 905 трубок. Это 30 солнечных коллекторов по 30 трубок или 45 солнечных коллекторов по 20 трубок.

Все эти расчеты мы вели в идеальных условиях, при отличной солнечной погоде, не учитывали расход воды во время нагрева, если вам нужны более точные расчеты, обращайтесь к нам. Мы рассчитаем, поставим оборудование и смонтируем вам отличную и, главное, рабочую гелиосистему.

Автор

Александр Кузнецов

Facebook Twitter

Придумываю, проектирую, строю и автоматизирую системы отопления и водоснабжения. Нужно построить котельную, систему отопления, теплые полы, водопроводы – обращайтесь.

Консультирую по электронной почте ak@24tn.ru, Whats App или Telegram +7 988 354-52-62. Наши работы смотрите на YouTube

Как обеспечить нагрев воды от солнца в зимний период

Наиболее экологически чистую и полностью бесплатную тепловую энергию обеспечивают солнечные коллекторы. Но у многих возникает вопрос, насколько эффективно отопление от солнца зимой и не возникнет ли с гелиоколлектором дополнительных проблем в наших климатических условиях? Разберем этот вопрос подробнее.

Стоит ли использовать солнечное отопление зимой

Гелиосистемы, как и солнечные батареи работают за счет энергии солнечного света, поэтому монтируются на улице, в местах прямого (или почти прямого) падения лучей. Однако если на фотоэлектрическую трансформацию температура и окружающая среда практически не оказывают воздействия, то с солнечными коллекторами возможен ряд проблем. Больше всего покупателей беспокоят вопросы:

Снега;
Града;
Мороза.

Развеем несколько мифов, касающихся влияния этих факторов на эффективность гелиоколлектора.

Снег и солнечные коллекторы: отзывы, воздействие

Снег является основным врагом гелиосистем, поскольку преграждает доступ солнечных лучей к поверхности коллектора, из-за чего эффективность последнего значительно снижается. Как у вакуумных, так и у плоских моделей наблюдается падение производимой мощности от 3 до 5 раз, в зависимости от толщины снежного покрытия.

Однако тут нужно добавить, что трубчатые коллекторы при небольших снегопадах и в условиях отсутствия мороза быстро самоочищаются за счет своей формы. Но наиболее эффективно противостоят снегу плоские модели, поскольку:

Основная теплопотеря системы происходит через верхнюю панель и во время работы коллектор как-бы непроизвольно подогревает снежный пласт над собой;
В некоторых плоских моделях есть функция оттаивания, которая переводит часть аккумулированного тепла на повышение температуры верхней панели, что приводит к тому же результату, только быстрее.

Да, снег сильно снижает КПД гелиосистем, но инженеры вводят всё новые способы решения этой проблемы.

Может ли град повредить солнечные коллекторы зимой

Опасения по-поводу града напрасны для владельцев качественных трубчатых и плоских коллекторов, так как:

Качественные трубки производятся из закаленного стекла (в некоторых случаях – с дополнительным усилением), прочность которого на порядок выше, чем обычного;
Прозрачные панели плоских моделей делаются из армированного стекла или композитных материалов – пластика, стеклопластика (конкретные параметры защиты зависят от производителя).

Такие системы могут легко выдержать град различной интенсивности и величины, вплоть до среднего диаметра осадков 3-5 см. Многие производители демонстрируют видео обстрела своих коллекторов металлическими или каменными шариками, имитирующими град в качестве доказательства прочности.

Как работает солнечный коллектор в мороз

Вторым серьезным фактором, влияющим на КПД гелиосистем является температура окружающей среды, но снижение эффективности в мороз характерно только для плоских коллекторов. Это вызвано тем, что сеть трубок с теплоагентом контактирует с внешней панелью, через которую уходит тепло. Чтобы снизить этот эффект, многие производители начали устанавливать изоляционный слой между прозрачной панелью и трубками.

В трубчатых, между трубкой с теплоагентом и внешним прозрачным кожухом образовывается вакуум, который является плохим проводником тепла. Поэтому трубчатые модели демонстрируют минимум теплопотерь даже в мороз.

Тут стоит отметить, что мороз может сыграть злую шутку с трубчатыми коллекторами при повышенной влажности и затянуть внешний стеклянный кожух изморозью, а это снизит число проникающих солнечных лучей. Но опасаться подобных ситуаций не стоит, поскольку:

Прозрачность изморози на несколько порядков выше, чем снега и она очень несущественно влияет на производительность.
Изморозь уходит за несколько часов солнечной погоды, поэтому если на небосводе появится яркое солнце – оно быстро ее растопит, а если солнца нет, то КПД коллектора снизится вне зависимости от намерзшего слоя.

В нашем каталоге более 50 моделей солнечных водонагревателей

Нужен ли водонагреватель от солнца зимой?

Если резюмировать влияние погодных факторов в условиях нашего климатического пояса:

Количество солнечных дней зимой резко снижается;
Поверхность коллектора может покрываться снегом или изморозью;
Плоские модели будут отдавать существенную часть тепла через внешние панели, особенно при сильных морозах.

Однако в холодное время года, можем отметить, что:

Коллекторы легко переносят перепады температур и осадки;
Их сложно повредить градом или льдом;
За полученное тепло не нужно платить;
При достаточном количестве солнца, КПД системы падает незначительно.

Если учесть, что у плоских коллекторов есть механизм для самоочищения от снега, то на их КПД влияет только количество солнечных дней и температура окружающей среды. В целом такая система будет выполнять нагрев воды солнцем, но ее эффективность в зимнее время падает в 3-4 раза.

Если для горячего водоснабжения можно рассчитать необходимый запас мощности и установить дополнительные модели, то применение солнечных нагревателей в отопительных системах возможно только в качестве дополнительного источника подогрева воды.

Отопление солнечными коллекторами: зарубежный опыт

В странах Западной Европы, в частности Швейцарии и Германии (в регионах, расположенных примерно в той же широте, что и Украина) научились минимизировать падение КПД на отопительную систему дома за счет предварительного накапливания энергии.

Эта технология используется в хорошо утепленных домах с предварительным инженерным планированием и предусматривает:

Монтаж в стенах и под полом системы отопительных труб;
Установку сети солнечных коллекторов и солнечных батарей;
Установку резервуара с большим водоизмещением (42 тонны или больше) на чердаке.

Дальше в межсезонный период, когда температура только начинает падать, а отопление еще не работает (август-сентябрь) система направляет всю энергию на подогрев воды в резервуаре до максимально возможной температуры. В дальнейшем эта вода будет использоваться для поддержания стабильной работы отопительной сети в пасмурные и холодные дни, когда эффективность коллекторов падает.

Такая технология не является панацеей от падения КПД, но существенно продлевает срок автономной работы отопления и снижает расходы владельца. Правда, обходится такое оборудование недешево и в Украине подобные проекты пока не реализовывались.

Как работает отопление дома солнцем в зимний период

Солнечный водонагреватель зимой тоже используется для отопления дома (для этого даже разработаны специальные модели с незамерзающим теплоагентом). Это обусловлено процессом преобразования солнечной энергии в тепловую, включающим несколько этапов:

Солнечные лучи проходят через внешнюю прозрачную панель/трубку и попадают на покрытие-абсорбатор;
Абсорбатор активно вбирает прямые и рассеянные солнечные лучи даже в облачную погоду и передает преобразованное тепло на трубку с теплоагентом;
Теплоагент (во всесезонных моделях – незамерзающий) закипает и проходит по змеевику в расширительный бак системы;
В баке он передает полученное от абсорбера тепло воде и конденсируется, возвращаясь по змеевику в трубку под абсорбером.
Цикл повторяется.

Как можно видеть, этот механизм не зависит от температуры окружающей среды, поэтому может использоваться даже в холодное время года. На эффективность системы влияет количество и продолжительность солнечных дней, а в нашем климатическом поясе эти показатели хоть и сокращаются, но не падают до нуля, поэтому даже самой холодной зимой коллекторы будут работать (пусть и с пониженным КПД).

Насколько эффективен подогрев воды солнечной энергией зимой

Мощность работы солнечного коллектора рассчитывается в Вт на м² и напрямую зависит от солнечной активности в регионе и КПД самого устройства. Соответственно мощность вычисляется по формуле: м = а*к/100.

Где:

м – мощность;
а – солнечная активность;
к – коэффициент полезного действия.

Количество солнечной энергии в широтах Украины составляет 1000-1200 Вт на м². Узнать КПД коллектора можно из его технического паспорта (хотя нужно учитывать, что фактический может отличаться от номинального).

Если у нас есть плоский коллектор с КПД в 80%, то его мощность = 1200*80/100, то есть 960 Вт на м² площади.

Так вот в зимний период (в зависимости от региона и погодных условий) из-за облачности и осадков солнечная активность над территорией Украины падает от 3 до 5 раз, то есть до 400-250 Вт. При таких условиях мощность того же коллектора будет составлять 360-200 Вт на м². И это при отсутствии длительного снежного покрова на поверхности коллектора.

Фактически для бесперебойной работы системы зимой владельцу нужно обеспечить пятикратный запас мощности, что затруднительно, учитывая общую площадь и стоимость такого гелиоколлектора.

Так есть ли смысл покупать солнечный коллектор на зиму?

Учитывая вышеизложенное, можем сделать вывод, что гелиоколлекторы хоть технически и способны работать в условиях зимы в нашем регионе, без существенных проблем для владельца, но не выдают достаточный КПД для полноценного отопления или обеспечения дома горячей водой.

Это не значит, что солнечный водонагреватель бесполезен – летом такая установка может полностью нагреть воду солнцем, покрыть теплопотребности дома, а в зимнее время стать дополнительным источником энергии, снижая общую нагрузку на основную теплосеть. Эффективно обеспечить домохозяйство горячей водой для потребления и отопления в зимний период могут другие источники альтернативной энергии:

Тепловой насос;
Твердотопливный котел.

Подключение любого из них к сети, совместно с солнечным коллектором позволит существенно сэкономить на твердом топливе или электричестве, а в летний период установки можно полностью отключить, перейдя на полностью бесплатную энергию солнца.

Хотите узнать все тонкости выбора твердотопливного котла?