Способ действия солнечного водонагревателя (гелиоводонагревателя) прост и напоминает работу установки центрального отопления с тем лишь отличием, что нагрев воды происходит при помощи солнечной энергии.
Солнечный водонагреватель (гелиоводонагреватель) – это закрытая система, в которой незамерзающая жидкость на основе гликоля протекает через коллектор и змеевик. Жидкость забирает тепло из медно-алюминиевого абсорбера, обогреваемого за счет солнечного излучения до высокой температуры. Затем нагретая жидкость перекачивается через змеевик аккумулятора и нагревает воду. Цикл передачи тепла из коллектора к аккумулятору длится до тех пор, пока светит солнце.
Самый простой способ использовать энергию солнца для нагревания воды - черный бак или бочка, расположенные на солнце. Таким образом, у Вас нагреется вода, например для душа, в ясный летний день. А если подобный бак поместить в ящик со стеклянной крышкой, хорошо изолировать от потерь тепла, и расположить на солнечной стороне, то тогда вода нагреется настолько, что можно принимать душ или мыть посуду даже в прохладный и облачный день.
Поскольку энергия солнечного излучения распределена по большой площади (иными словами, имеет низкую плотность), для повышения эффективности установки прямого использования солнечной энергии необходимо иметь собирающее устройство (коллектор) с достаточно развитой поверхностью. Простейшее устройство такого рода - плоский коллектор. В идеале это черный плоский адсорбер (теплонакопитель), помещенный в хорошо теплоизолированный плоский ящик. Сверху ящик покрывают стеклом или пластмассой. Стекло пропускает свет, но не пропускает инфракрасное тепловое излучение. В ящике между днищем и стеклом чаще всего размещают трубы, через которые течет теплоноситель - это может быть вода, масло, воздух, сернистый ангидрид и т. п. Трубы являются абсорбером (теплонакопителем).
Солнечное излучение, проникая через стекло или пластмассу в коллектор, поглощается трубами и нагревает рабочее вещество в трубах. Тепловое излучение не может выйти из коллектора, поэтому температура в нем значительно выше, чем температура окружающего воздуха. В этом проявляется так называемый парниковый эффект. Обычные садовые парники, по сути дела, представляют собой простые коллекторы солнечного излучения.
При отоплении жилья и получения горячей воды для хозяйственных нужд и при многих других применениях серьезную проблему представляет хранение солнечной энергии, улавливаемой коллектором. В простейшем случае горячая вода сборного трубопровода отводится в теплоизолированный резервуар, откуда ее можно отбирать в плохую погоду или вечернее время. В качестве аккумулятора тепла используют хорошо изолированный контейнер.
Представим проект использования ребристых радиаторов в дачных домиках для получения горячей воды. Вода из скважины подается насосом (4) в плоский длинный бак (1), выкрашенный в черный цвет и установленный на крыше дома (емкость бака 200 л). Из бака вода подается самотеком в плоские радиаторы (2), выложенные на крыше на теплоизоляционном материале и окрашенные также в черный цвет, затем вода самотеком поступает в бак горячей воды (3), находящийся ниже радиаторов в деревянном ящике с основой теплоизоляционного материала. Нагретая вода с температурой 50-60 °С может быть использована для хозяйственных нужд в дачном домике. Из бака (3) она поступает по трубопроводу (6) в кран (5) или душевую кабину (7).В описанной водонагревающей системе использованы отопительные плоские радиаторы из жилых домов общей площадью около 25 м2
 |
Проект использования ребристых радиаторов в дачных домиках
В ясный солнечный день, при отсутствии облачности вода в данной системе может достигать температуры 70-75 °С. Плоские радиаторы расположены на южной стороне крыши под углом 45-48 °С. В дни с переменной облачностью достигается температура от 40 до 60 °С.
Типовые солнечные термические системы представляют собой нагревательные системы, состоящие из эффективных коллекторов, насосного блока, контроллера и накопителя. При этом для работы коллектора совсем не требуется яркое солнце, он может нагреть теплоноситель и зимой, и в облачную погоду. Приготовленная горячая вода может быть использована для отопления, для подогрева воды в бассейнах. Площадь современного коллектора составляет 2,5 м2, вес от 30 до 60 кг. Обычно коллектор устанавливают на крышу дома, под углом 40-50°. Наилучшее место для установки - южные скаты крыши. Материал и конструкция кровли не имеют никакого значения. Тепловая солнечная нагревательная система для небольшого дома может состоять из 2-4 коллекторов и накопителя емкостью от 300 до 700 литров. Минимальная площадь для установки накопителя 60х60 см, причём конфигурация накопителей может быть различной, изготовленной специально для узких помещений. Коллекторы соединяются с накопителями через теплообменники, коллекторный контур выполняется из меди и заполняется специальной незамерзающей жидкостью, которую не надо сливать при отрицательных температурах и которая всегда находится в постоянной готовности к работе. Работа насосного блока регулируется контроллером, измеряющим температуру в коллекторе и накопителе. Как только возникает возможность снимать тепло из коллектора, контроллер включает насосный блок, установленный в непосредственной близости от накопителя.
Мы сможем более регулярно использовать солнечные системы и внешние нагреватели воды для отопления домов. Конечно, они более удобны в регулировании, подаче в нужное место, аккумулировании и позволяют получать достаточно высокие температуры.
Но для того, чтобы получить максимальный эффект, можно строить большие комплексы с использованием дорогих материалов (медь, алюминий).
Вот так выглядит коллектор, способный нагреть воду до 90 °С:
Преимущества таких систем - увеличение степени поглощения солнечного излучения и, при хорошей изоляции, возможность сохранять тепло в зимние дни. Как правило, такие комплексы интегрируются в систему отопления жилых домов
Идея отапливать дома энергией солнечного излучения известна с древнейших времен, когда наши предки строили дома окнами на юг (в северном полушарии). В наше время мы можем видеть, как инженеры проектируют муниципальные и частные дома, основанные на пассивном отоплении. При простых архитектурных приспособлениях, путем удачного расположения окон, стен и крыши можно сэкономить тепло, а значит и деньги. Известно, что наибольшее количество солнечных лучей поглощает не крыша, а стены дома, особенно с южной стороны. Это дает возможность использовать энергию солнца простейшим способом, расположив большие утепленные окна на южной стене. Такие архитектурные решения, как большие окна с южной, солнечной стороны, и маленькие окна с северной, позволяют "впустить" больше солнца в дом. Это, конечно, недостаточная мера для отопления дома, но в комплексе с другими способами отопления и теплоизоляции она дает небольшую добавку к получаемой домом энергии.