Воздушный солнечный коллектор
Привычные источники тепловой энергии постепенно истощаются, попутно загрязняя окружающую среду при горении. Поэтому человечество много внимания уделяет возобновляемой солнечной энергии. Естественно, полноценные, автоматизированные системы на базе гелиоустановок – удовольствие не дешевое, но простой воздушный солнечный коллектор для дачи или подсобного хозяйства вполне можно соорудить самому. О том, как он работает, из чего состоит, что нужно для его сборки, поговорим далее.
Как это работает
Выйдя летним знойным днем на улицу можно на личном примере убедиться, что солнечные лучи не только освещают все вокруг, но также обладает приличным запасом тепла, нагревая окружающий воздух. В отличие от традиционных источников (газа, угля, древесины), эта энергия неограниченная – нужно просто взять да воспользоваться ею. Для этого придется задействовать элементы разных гелиоустановок, например, воздушный или вакуумный коллектор. Но, как уже оговаривалось выше, подобные серийно производимые системы имеют сложную конструкцию и достаточно высокую цену, чтобы претендовать на массовое использование.
Если анализировать их на примере систем отопления или горячего водоснабжения, то нужно признать, что панельный или вакуумный солнечный коллектор – это такой же теплообменник, как обобщенно бытовой котел (газовый, мазутный, угольный). То есть его конструкция предусматривает возможность циркуляции теплоносителя (воды, воздуха). Последний греется за счет поглощенного внешним селективным покрытием (поверхность адсорбера) видимого/инфракрасного излучения. В серийных образцах воздушного или водяного коллектора для этого используется напыление из никеля или оксида титана черного цвета. Он впитывает весь спектр солнечного света – все семь цветов радуги, каждый из которых имеет запас внутренней энергии. То есть, главной задачей солнечной установки в целом, а коллектора в частности, является максимальное поглощение лучей видимого спектра и превращение их в тепло, которое затем передается циркулирующему в системе/корпусе теплоносителю.
Конструкция и принцип действия воздушного аппарата довольно просты: попадая внутрь солнечного коллектора, воздух постепенно нагревается под действием солнечных лучей, становится легче и поднимается вверх. Сама циркуляция в корпусе аппарата может быть организована по естественному и принудительному пути. В первом случае горячий воздух, отдав тепло по назначению, остынет и опустится вниз, выталкивая более легкий греющийся вверх. Для принудительной циркуляции нужно задействовать вентиляционное оборудование солнечного теплообменника.
Вода или воздух
Большая стоимость солнечного коллектора для традиционных водяных систем отопления связана косвенно со свойствами используемого теплоносителя. Вода обладает высокой теплоемкостью, то есть при охлаждении отдает намного больше тепла окружающему пространству, нежели воздух. Но ее функционирование связано с рядом проблем, которые следует учитывать в процессе эксплуатации системы с солнечным коллектором:
- Как и любая жидкость, вода практически не сжимается, но при этом расширяется с ростом температуры, а значит, нужно контролировать давление, особенно в закрытых системах;
- Вода меняет свое агрегатное состояние, то есть зимой нужно следить, чтобы она не замерзла, разрушив корпус, трубопроводы, арматуру;
- В ней содержится кислород, вызывающий коррозию труб, а значит, придется позаботиться о дополнительной защите.
Теплоемкость воздуха в 4 раза ниже, нежели у воды. Расчеты показывают, что при одном и том же объеме, воздушный коллектор выделяет в окружающую среду до 8 ккал тепла, по сравнению с 300 ккал у водяного. Но это также значит, что для нагрева кубометра воздуха нужно вчетверо меньше тепла. Газообразная среда обладает прекрасной подвижностью, позволяя наладить естественную циркуляцию в корпусе аппарата и системе, она не токсична, не может замерзнуть или закипеть и, что главное, воздуха много вокруг. Для его применения в системах отопления не требуется масса специальных инженерных решений.
Из этого можно заключить, что воздушный коллектор имеет более простую конструкцию, порядок эксплуатации. Он не так прихотлив в плане эксплуатации. Кроме того, его легко изготовить своими руками.
Конструктивные особенности
Естественно, существует масса технических решений, но обобщенно устройство, конструкцию, схему действия воздушного солнечного коллектора можно изобразить следующим образом:
Из иллюстрации следует, что основными его частями являются:
- Герметичный корпус. Служит для удобства монтажа системы и размещения основных действующих компонентов солнечного воздушного коллектора;
- Адсорбер/поглотитель. Обычно это оребренная панель, располагающаяся внутри корпуса. Главной ее задачей является поглощение солнечных лучей с последующей теплоотдачей воздуху, который циркулирует в коллекторе. Для этого внешняя сторона адсорбера должна быть черного цвета с матовой структурой (в этом случае отражающая способность будет ниже). Материалом служит обычно алюминий или медь, обладающие высокой теплопроводностью. Ребра главным образом используются в конструкции для увеличения площади теплоотдачи, обеспечения требуемого режима движения воздушного потока внутри корпуса;
- Внешняя изоляция. Это прозрачный материал (закаленное стекло), главной задачей которого является защита адсорбера солнечного воздушного коллектора от механических повреждений и обеспечение максимальной пропускной способности для лучей;
- Тепловая изоляция. Слой материала, расположенный между адсорбером и стенкой корпуса. Устраняет теплопотери при циркуляции потока воздуха в окружающую среду.
При установке, воздушный коллектор направляют на юг, под наклоном к горизонту. Так делают, чтобы обеспечить максимальную нагрузку поверхности поглотителя в течение дня и сезона. Влияние ориентации места установки в пространстве на степень инсоляции (продолжительность и площадь падения солнечных лучей) можно оценить на следующей иллюстрации.
Круговая диаграмма слева показывает степень/интенсивность потока солнечных лучей, а макет справа – эффективность воздушных коллекторов в зависимости от ориентации стен относительно сторон света.
Также следует учитывать, что вся конструкция в корпусе должна быть расположена максимально близко к объекту обогрева, иначе теплопотери в воздушной магистрали системы сведут на нет весь эффект.
Нагрев воздуха за счет пивных банок
Когда стоит задача спроектировать и собрать воздушный солнечный коллектор своими руками, первое, что принимается во внимание – максимальная простота итоговой конструкции. Использование подручных материалов ускорит процесс сборки и удешевит его, но не следует пренебрегать их свойствами.
Выше уже упоминалось, что лучшим вариантом для адсорбера воздушного солнечного агрегата является медь или алюминий, ввиду их высокой теплоемкости, но в розничной сети такой листовой металл имеет высокую стоимость. Заменить его в конструкции можно, как оказывается, простой банкой из-под пива или Кока-Колы – кто сказал, что адсорбер солнечного коллектора с воздушной циркуляцией должен быть плоским. Для их изготовления используют марганцево-алюминиевый сплав, а все размеры стандартизированные и одинаковые.
Кроме самих банок, придется изготовить корпус воздушного солнечного коллектора, для чего целесообразно использовать листовую фанеру или ДСП. Для обеспечения достаточной жесткости и прочности толщина плит солнечного теплообменника должна быть примерно 16-20 мм. Для отрезания деталей в размер нужно использовать дисковую пилу вместе с шаблоном – так поверхность реза досок получится более ровной.
Важно! При разметке нужно оставлять припуск на отрезку и будущую обработку порядка 3-5 мм на сторону.
Между собой доски корпуса воздушного коллектора крепятся шурупами или конфирматами с обязательной прослойкой герметика. Если используется фанера, то нужно всю конструкцию обработать защитным лаком или пропиткой.
Внутренние стенки корпуса воздушного солнечного теплообменника утепляют. Проще всего для этих целей использовать плиточный пенополистирол (ППС, ЭППС), который садится на любой клеящий состав. Поверх них укладывается рулонная алюминиевая фольга, как отражающий слой. Ее стыки проклеиваются алюминизированным скотчем.
Банки крепятся между собой встык – дно вставляется в горлышко, которое предварительно подрезается ножницами по металлу и вдавливается внутрь корпуса. В дне банки проделывается несколько отверстий сверлом для организации циркуляции воздуха, а при соединении стыки обязательно обрабатываются герметиком. Чтобы собранные колонны (8 штук по 8 банок) надежно располагались в деревянном корпусе, для них следует изготовить направляющие – трубные решетки, отверстия под которые проделываются корончатыми сверлами.
Когда конструкция воздушного коллектора готова, следует провести ее окрашивание. Для этого можно использовать автомобильную матовую (это важно!) краску в баллончиках. С внешней стороны банки закрываются каленым или оргстеклом. Оно обеспечивает высокую степень прохождения лучей и защиту для воздуховодов внутри корпуса.
На задней стенке предварительно проделываются отверстия для обеспечения циркуляции воздуха. Для придания более эстетичного внешнего вида, готовую конструкцию можно облагородить, для чего использовать облицовку из вагонки или мебельных профилей.
Перед началом эксплуатации также придется продумать схему работы воздушного коллектора. Возможно, будет задействована естественная циркуляция или придется устанавливать вентилятор, чтобы гонять воздух принудительно.
Металлический лист в помощь
Еще одним простым вариантом установки для подогрева воздуха является коллектор, в котором роль поглотителя играет обычный профнастил. Это ребристый, волнообразный лист, который также, как и банки в прошлом примере помещается в деревянный корпус. Под ним также укладывается слой изоляции, например, минеральной ваты. С внешней стороны крепится прозрачное стекло. Поверхность листа также придется покрыть термостойкой, матовой и обязательно черной краской. Достоинством такого воздушного коллектора является отсутствие необходимости дополнительного оребривания. Кроме того, здесь не нужно использовать в качестве материала дорогостоящие алюминий или медь. Аналогично баночному варианту используются режимы циркуляции – естественной или принудительной.
Оба упомянутых выше варианта воздушных коллекторов при правильной эксплуатации позволяют повысить температуру в отапливаемом помещении до 20…30°С по сравнению с окружающей средой. Кроме того, несомненным преимуществом является постоянное поступление свежего воздуха внутрь, улучшение микроклимата.
Важно! Обе конструкции не являются аккумулирующими, то есть в дневное время солнечные лучи будут циркулирующий воздух греть, а в темное время суток, наоборот, охлаждать. Следовательно, проток на ночь придется прикрывать.
Солнечный воздушный коллектор
Автор данного воздушного коллектора основной целью ставил экономию на отоплении дома в весенне-осенний период. Посчитав, что если зацикливаться на сочетании коллектора с экстерьером дома и делать его небольших размеров, как в предыдущей статье, то особого толка от него не будет, хватит лишь на обогрев комнаты. Поэтому он решил по возможности изготовить максимально большой солнечный воздушный коллектор.
Материалы, которые использовал автор для постройки большого воздушного солнечного коллектора:
1) доски толщиной 30-40 мм
2) влагостойкая фанера 10 мм
3) OSB плита
4) водосточные трубы прямоугольного сечения из алюминия
5) минеральная вата
6) пенопласт
7) деревянные бруски
8) прозрачный шифер
9) черная матовая жаростойкая краска
Так же как и прошлом случае коллектор было решено сделать максимальной длинны равной длине дома, но еще и более высоким. Так как размеры будущего коллектора исходя из соображений автора получались внушительными, то и материалы для его изготовления подбирались подходящие. В качестве основного каркаса была использована доска толщиной 30-40 мм. Заднюю стенку короба, в котором будет размещен абсорбер, было решено сделать из влагостойкой фанеры толщиной 10 мм.
Ниже расположена схема солнечного воздушного коллектора, где показан его основной принцип работы и общий вид:
Так как алюминий один из металлов, который отлично проводит тепло и в то же время является не сильно дорогим, то в качестве абсорбера данного солнечного коллектора, автор решил использовать водосточные трубы прямоугольного сечения из алюминия. Хотя, так же допускается использования обычных труб из жести круглого сечения, просто от этого напрямую будет зависеть эффективность воздушного коллектора.
Так как для автора эффективность была на первом месте, то он решил дополнительно утеплить заднюю стенку короба при помощи минеральной ваты. Боковые стенки короба, в котором будут размещены трубы, автор решил так же утеплить но уже при помощи пенополистирола. Кроме того, заботясь об максимальном увеличении эффективности работы солнечного коллектора, автор положил на минеральную вату алюминиевый лист, который так же будет нагреваться под лучами солнца и передавать тепловую энергию трубам. Далее к этому листы были прикреплены прямоугольные трубы.
Так как вход и выход солнечного коллектора находится с одной стороны, то автор решил разделить эту часть коллектора при помощи перегородки. которую он сделал из дерева, а затем так же как заднюю стенку обшил алюминием.
Благодаря данной перегородке в коллектора создается два воздушных потока по 3 трубы в каждом.
Коллектор довольно больших размеров и по большей части сделан из дерева и металла, из-за чего он получился достаточно тяжелый. Поэтому автор рекомендует делать его уже на месте установки, используя треноги, иначе придется просить помощи у друзей, чтобы вытащить и установить коллектор, так как одному такую конструкцию поднять слишком тяжело.
Так как цокольный этаж дома расположен низко, а воздушный коллектор получился довольно высоким, автор решил установить его на некотором расстоянии от дома и сделать его под наклоном. Наклон не только поставит абсорбер под прямые лучи солнца, но и позволит не перекрывать окна от солнечного света. Для закрепления солнечного коллектора на улице и удержания его под наклоном, автор использовал конструкцию из трех частей. Держатели были сделаны из толстых деревянных балок и были выровнены на одну высоту, как это видно из следующей фотографии:
Чтобы осуществить подвод воздуховодов в дом, автор выкопал небольшую траншею от дома к стороне входа и выхода воздуха от солнечного коллектора. В данную траншею были уложены трубы, по которым будет осуществляться движение воздушных масс от дома к коллектора и обратно. Затем он утеплил данные трубы при помощи пенопласта.
Поскольку цоколь дома низкий, а воздушный коллектор получился высокий, то его придется устанавливать на расстоянии под углом, чтобы не перекрывать окна. Для подвода воздуховодов была выкопана траншея и в нее уложены воздуховоды, предварительно все, хорошенько утеплив пенопластом.
После завершения сборки и подключения солнечного коллектора, автор окрасил его в черный цвет при помощи жаростойкой матовой краски.
Для того, чтобы защитить трубы от ветра, пыли, грязи и прочих внешних условий, которые могут повлиять на эффективность коллектора, автор закрыл короб с трубами при помощи прозрачных кусков шифера.
Чтобы обеспечить движение воздушных масс внутри солнечного коллектора, автор установил канальный вентилятор на входе в одну из труб системы солнечного коллектора.
Основные замеры работы автор проводил в декабре. Температура на улице в солнечную погоду составляла около минус 10 град, а температура всасываемого воздуха в систему солнечного коллектора составляла порядка плюс 14 град.
Касательно эксплуатации коллектора в летний период, автор отмечает, что если нужды в подогреве воздуха нет, то солнечный коллектор можно затенить, тем самым уменьшив воздействие температур на коллектор.
Доставка новых самоделок на почтуПолучайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.Оконный солнечный воздушный коллектор
Один из серьезных недостатков установки воздушных солнечных коллекторов является то, что для подачи из них горячего воздуха в помещение, необходимо проделывать отверстия в стене дома. Поэтому установку воздушного солнечного коллектора могут позволить себе исключительно владельцы частных домов, но даже многих из них смущает факт создания дыр во внешней стене. Чтобы избежать подобного, автор решил сделать солнечный коллектор прямо в оконном проеме.
1) толстая фанера
2) лобзик
3) вентиляторы 12 В
4) фольга
5) черная термостойкая краска
6) алюминиевые пластины
7) штора или кусок качественной ткани для внешнего декора.
8) терморегулятор для инкубаторов.
Рассмотрим более подробно этапы создания этого воздушного коллектора, а так же основные плюсы и минусы его использования.
Так как конструкция солнечных воздушных коллекторов весьма гибкая, то автор решил, что можно сделать коллектор, который отлично подойдет и для обогрева квартиры. Для этого солнечный коллектор должен быть размещен прямо в оконном проеме. Важно учитывать то, что окна квартиры, в которой автор решил устанавливать коллектор выходят на юг, а следовательно они будут под лучами солнца.
Так как у автора в комнате, где будет размещен солнечный коллектор несколько окон, то он решил в одно из них и было решено установить коллектор. В случае, если у вас только одно окно, то чтобы в комнате не было темно и не тратилась дополнительная электроэнергия на освещение, автор рекомендует устанавливать солнечный коллектор только в половину оконного проема.
Чтобы добиться наибольшей эффективности солнечного коллектора, как известно. его необходимо располагать под прямым углом к солнечным лучам. Однако траектория движения солнца в зимний период, когда и возникает необходимость в обогреве, находиться довольно низко над горизонтом. Это позволяет установить солнечный коллектор вертикально.
Для облегченного понимания ниже приведена схема траектория солнца в зимний и летний период:
А тут приведена схема работы солнечного воздушного коллектора:
Корпус коллектора, как и большинстве случаев, был выполнен из листов толстой фанеры. Внутреннюю сторону коробка автор решил покрыть слоев фольги, это позволит отражать солнечные лучи на алюминиевые пластины, тем самым увеличивать температуру внутри короба коллектора.
Затем автор приступил к установке алюминиевых пластин в корпус коллектора. Автор решил все же расположить куски металла, которые будут служить абсорбером в коллекторе под небольшим углом, чтобы лучи солнца падали на них под прямым углом в любой сезон. Поэтому пластины были слегка изогнуты. Так как окно достаточно широкое и разделено на две части перегородкой, то автор решил размещать пластины соответственно.
После установки пластин, автор сделал по два отверстия в каждой из двух частей солнечного коллектора. Так как горячий воздух поднимается вверх, то нижние отверстия будут служить для подачи холодного воздуха внутрь, а через верхние нагретый в коллекторе воздух будет поступать обратно в помещение.
Для увеличения эффективности нагрева солнечного коллектора, автор окрасил его внутреннюю поверхность черной термостойкой краской.
Чтобы обеспечить постоянную циркуляцию воздуха через коллектор, автор установил в верхние отверстия вентиляторы на 12 В. Такие вентиляторы используются в системных блоках компьютером, поэтому их можно приобрести в любом компьютерном магазине. Чтобы автоматизировать процесс включения и выключения вентиляторов, автор подсоединил к ним самый простой терморегулятор для инкубаторов. Таким образом, при достижении температуры воздуха внутри коллектора 30 градусов, вентиляторы включаются и подают его в помещение.
Затем автор приступил к декоративным усовершенствованиями данного коллектора, чтобы он не портил интерьер комнаты своим видом. Для этих целей, автор взял подходящий внешне и по размерам кусок ткани, который прикрепил в внешней части коллектора, не забыв сделать прорези под воздушные отверстия. Таким образом получилась своеобразная штора, которая закрывает коллектор.
После этого, коллектор был установлен непосредственно в оконную раму и приступил к работе. В солнечные дни он будет отлично обогревать комнату за счет использования солнечной тепловой энергии. В будущем автор планирует подсоединить к воздушному коллектору солнечную панель, от которой будут питаться вентиляторы и терморегулятор, что позволит полностью обеспечить работу коллектора за счет энергии солнца.
Основными преимуществами оконного солнечного коллектора являются:
1) Возможность сэкономить на отоплении частного дома, дополнительный обогрев квартиры, особенно в переходный сезон, когда уже похолодало, но отопление все еще не включили.
2) У данной модели отсутствует надобность создавать дополнительные технологические отверстия для системы коллектора.
3) Так как в данном случае нет нужды утеплять и остеклять коллектор, то эта модель получается гораздо дешевле аналогичных стандартных воздушных коллекторов.
4) У данной модели коллектора имеется возможность ее легкого демонтажа. Поэтому в летние месяцы или при долгой пасмурной погоде, ее можно убрать на хранение в кладовку.
Однако у нее есть и свои недостатки:
1) Так как коллектор находится в оконной раме, то он уменьшает количество солнечных лучей проникающих в комнату.
2) Площадь окна не особенно велика, поэтому из-за малых размеров коллектор будет иметь малую мощность.
Источник
Доставка новых самоделок на почтуПолучайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.Солнечный коллектор воздуха
Относительно недавно на рынке появились, и уже стали достаточно популярными, воздушные коллекторы на солнечных батареях. «Умельцы» собирают воздушные нагреватели из пивных банок и прочего мусора, снимают видео и обсуждают на форумах. В этой статье мы расскажем о конструкции воздушных коллекторов и о сфере их применения в строительстве домов.
Воздушный коллектор представляет собой некую плоскую камеру, черную изнутри, с одной прозрачной стенкой. С одной стороны в камеру заходит холодный воздух — с другой стороны выходит нагретый. Изготовить воздушный коллектор несложно, по крайней мере гораздо проще, чем водяной, но есть ряд тонкостей..
Насколько полезен воздушный солнечный коллектор?
Применяются воздушные коллектора либо для нагрева приточного воздуха в системах вентиляции, либо для нагрева воздуха в режиме рециркуляции. Вроде бы все просто, но возникает ряд логичных вопросов. Мы уже писали о сложностях солнечного отопления при помощи водяных солнечных коллекторов, с воздушными системами, ровно та же проблема — солнце плохо светит зимой. Таким образом, применение солнечных коллекторов для отопления ограничено. Это могут быть:
- жилые дома в южных регионах;
- цеха, склады, производственные помещения;
- или дачи и теплицы, отапливаемые преимущественно в межсезонье.
Гораздо больший интерес представляет задача о нагреве приточного воздуха. Дело в том, что в зимний период, перед тем, как подавать свежий воздух в помещение, его нужно нагреть до температуры, близкой к комнатной, и именно для этих целей коллектор воздуха на солнечной энергии крайне полезен. Конечно, солнце зимой светит очень мало, но и приточного воздуха требуется не так уж много.
Ранее, когда дома остекляли деревянными рамами, проблем с вентиляцией помещений не возникало. С санузле и на кухне работала естественная вытяжка, а свежей воздух поступал через щели в окнах. Сегодня ситуация иная — почти все окна заменены на пластиковые, квартира в целом становится герметичной и если нет дополнительной механической вентиляции, вытяжка не работает должным образом, а притока свежего воздуха практически нет. Между тем, для каждого человека нужно подавать до 60м³*час свежего воздуха, поэтому крайне важно летом открывать окна, а зимой иметь хоть какой-то приток.
Из этих соображений воздушный солнечный коллектор должен висеть на стене и подавать через эту самую стену воздух в комнату. При этом коллектор должен иметь свой вентилятор, работающей от небольшой солнечной батареи, находящейся там же, где и само устройство. Принцип работы довольно прост, солнце светит, воздух нагревается, вентилятор крутится, происходит приток. Если солнце не светит, вентилятор не вращается, и подачи воздуха не происходит.
Именно такие солнечные системы российского производства поставляет наша компания. Небольшая солнечная батарея и вентилятор находятся непосредственно внутри коллектора, плюс само устройство работает как крупнодисперсный фильтр воздуха, что в городских условиях довольно важно. В результате система работает сама по себе, без подключения к электросети и может быть полезна в автономных системах, где подключение к сетевому электричеству отсутствует. Системы комплектуются крепежными элементами для крыши или фасада и системой управления и поставляются в собранном виде с детальной инструкцией по установке.
Конечно, сфера применения воздушных СК не столь велика, однако, при их помощи можно довольно просто и недорого решать очень важную задачу – приток свежего воздуха в помещение в зимний период.
Самые популярные модели воздушных солнечных коллекторов
SolarFox vsf-1w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 25 Воздушный поток, м³ — 35 Повышение темп., °С — 15-20° | SolarFox vsf-2w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 50 Воздушный поток, м³ — 90 Повышение темп., °С — 25-30° | |
SolarFox vsf-3w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 80 Воздушный поток, м³ — 110 Повышение темп., °С — 30-35° | SolarFox vsf-4w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 100 Воздушный поток, м³ — 140 Повышение темп., °С — 35-40° |
|
SolarFox vsf-5w Тип крепления — к стене Макс. площадь, м² — 150 Воздушный поток, м³ — 200 Повышение темп., °С — 40-45° | SolarFox vsf-1r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 25 Воздушный поток, м³ — 35 Повышение темп., °С — 15-20° |
|
SolarFox vsf-2r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 50 Воздушный поток, м³ — 90 Повышение темп., °С — 25-30° | SolarFox vsf-3r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 80 Воздушный поток, м³ — 110 Повышение темп., °С — 30-35° |
|
SolarFox vsf-4r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 100 Воздушный поток, м³ — 140 Повышение темп., °С — 35-40° |
SolarFox vsf-5r Тип крепления — на крышу Макс. площадь, м² — 150 Воздушный поток, м³ — 200 Повышение темп., °С — 40-45° |
|
Полный ассортимент и цены представлены в разделе каталога Солнечные коллекторы воздуха
Перейти к другим полезным статьям..
Солнечные воздушные коллекторы | AW-Therm.com.ua
С. Михненко
Солнечные воздушные коллекторы приобретают все большее число сторонников. Это решение, которое открывает намного больше возможностей, чем жидкостные фототермальные коллекторы. Они действительно заслуживают того, чтобы на них обратили более пристальное заинтересованное внимание
Солнечные воздушные коллекторы (СВК) – это тепловой абсорбер, в котором в качестве рабочего тела используется воздух, а в качестве источника тепла – солнечное излучение. Холодный воздух попадает в систему каналов, где он нагревается солнечным теплом, и затем поступает в обогреваемое помещение.
Доступно каждому
СВК – это настолько просто, что домашние умельцы сами берутся изготавливать их буквально из подручных материалов. В ход идут даже пустые алюминиевые банки (рис. 1). Автор этой конструкции поделился своими разработками в социальной сети и сообщил, что осенью и весной в таком «подоконном» коллекторе воздух нагревается от 10-12 ºС до 80–85 ºС, а зимой в солнечный день от –15ºС на входе в СВК до +40–45ºС на выходе в помещение. Если в теплый сезон такой солнечный нагреватель уже не нужен – его просто убирают.
Рис. 1. Самодельный подоконный СВК из алюминиевых банок
Когда в ЕС разрабатывали нормы и стандарты по отоплению и теплоизоляции, то выяснилось, что их первые версии содержали существенно завышенные нормы. Оказалось, что сначала не учли все количество солнечного тепла, падающего снаружи на оболочку здания и попадающего внутрь через окна. Это исправили и ввели термин solar gain – количество «дарового» тепла от солнечной радиации, которого даже зимой бывает настолько много, что от него нужно защищаться, и которое нужно обязательно принимать во внимание при всех тепловых расчетах для зданий и сооружений.
Простой солнечный воздушный коллектор состоит из воздухопроводов, хорошо поглощающих солнечное излучение. Затем эта тепловая энергия передается воздуху. Нагретый в СВК воздух соединяется с вентиляционным каналом, подающим его внутрь здания.
Немного школьной физики
Теплопроводность воды приблизительно в 28 раз больше теплопроводности воздуха. При этом удельная теплоемкость воздуха примерно в 4 раза меньше удельной теплоемкости воды, а плотностьводы больше плотностивоздуха примерно в 816 раз.
Из этого следует, что как теплоноситель воздух менее выгоден, чем вода. Чтобы перенести одинаковое количество теплоты с воздухом, его нужно подать в сотни раз больше, чем воды. При этом между жидкостным теплоносителем и воздухом имеется «посредник». Но мы живем именно в воздушной среде. И нагревать, в конце концов, нужно именно воздух.
СВК обычно используется как дополнительный обогреватель для экономии на отоплении. Вспомните, как нагревается воздух в припаркованном на солнце автомобиле. Примерно то же самое происходит и в СВК.
Солнечный коллектор, работающий на воздухе – это отличная альтернатива жидкостным системам. В работе СВК практически нет ограничений – воздух в качестве теплоносителя не закипает и не замерзает. Такого понятия как «стагнация гелиосистемы», вынуждающая инженеров идти на дорогостоящие конструктивно-технологические решения в жидкостных коллекторах, просто нет.
Быстрый прогрев воздуха в помещении до нужной температуры – тоже одна из особенностей СВК. Несмотря на то, что воздух имеет меньшую теплоемкость, чем вода, он подвижен, хорошо регулируется (по температуре и количеству). Воздух обеспечивает быстрое изменение температуры и более равномерное распределение тепла внутри помещений. Он безопасен в пожарном отношении. Нагретый воздух можно распределять по каналам вентсистем.
На широте Киева
Как много тепла можно сэкономить, применяя СВК? Для этого количество солнечного тепла, падающего на землю, например, на широте Киева (~ 1384,05 кВт·ч/м2/год), умножим на КПД солнечного коллектора ~ 65–70 %. В результате получим выработку тепла одним квадратным метром солнечного коллектора около 900 кВт·ч. Показанная на рис. 1 самоделка потенциально может выработать до 2 МВт·ч тепла в год. Это немало.
Поступление солнечного тепла в течение года неравномерно. На широте Киева зимой поступает 14 %, весной — 29 %, летом -36 %, а осенью — 21 % от всего годового количества солнечной радиации. В январе-феврале эта цифра снижается до 3 % от суммы годового solar gain, и с 1 м2 СВК за это время удастся собрать около 30 кВт·ч тепловой энергии.
Тем не менее, СВК отлично работают именно в холодном климате. Особенно – когда погода неустойчива и возможно неожиданное понижение температуры или заморозки. Вот три фото (рис. 2 а, б, в) частных домов, оборудованных СВК. Один — в г. Ричмонде, штат Миннесота, (45°27′ с. ш.), два других – в г. Метуен (42°43′ с. ш.) и г. Оберн (42°12′ с. ш), штат Массачусетс, США. Все находятся намного севернее широты г. Киева (50° 25′ с. ш.).
Рис. 2. СВК на стенах жилых зданий:
а) г. Ричмонд, Миннесота, США; б) г. Метуен, Массачусетс, США; в) г. Оберн, Массачусетс, США
Основные схемы
СВК выполняют по разным схемам – с забором наружного воздуха, с забором внутреннего воздуха; с перепуском. Их выполняют с остеклением и без. Они бывают пассивные и активные.
Есть три основные схемы подключения СВК: рис. 3 – с притоком наружного воздуха (а), с рециркуляцией внутреннего воздуха (б), с подмешиванием нагретого в СВК воздуха в вентиляционный канал (в) и их сочетания.
Если СВК использовать зимой для нагрева воздуха, циркулирующего только внутри помещения, то это значит, что 2 коллектора (рис. 1) площадью по 2,5 м2 в самые холодные месяцы года (январь – февраль) смогут обеспечить для донагрева в среднем 150 кВт·ч, а за всю зиму – 630 кВт·ч, весной – 1,3 МВт·ч, за осень – 0,95 МВт·ч. В ночное время перепуск воздуха можно отключать.
Рис. 3. Основные схемы подключения настенного СВК
Поскольку теплоноситель в СВК – это воздух, то, естественно, его очень часто используют совместно с системой вентиляции.
Если СВК подключить к каналу геотермальной гравитационной системы естественной вентиляции (рис. 3, в), то это значительно увеличит тягу в нем за счет увеличения перепада температур между притоком и выпуском и стабилизирует ее работу в межсезонье.
Пассивные схемы (рис. 3, 4) – это недорогое решение, его можно довольно просто применить в уже построенном доме.
Рис. 4. СВК с рекуператором тепла
При подключении по рециркуляционной схеме (рис. 3, б) или по схеме с подмешиванием воздуха из вентканала (рис. 3, в), можно получить систему очистки воздуха, многократно прогоняя внутренний воздух через систему фильтров, присоединенную к патрубкам СВК. Комбинированные схемы (рис. 4, 5), как правило, выполняются по схеме с рекуператором тепла. СВК с рекуператорами можно устанавливать как на стенах, так и на крышах.
Рис. 5. СВК в комбинации с рекуператором тепла воздуха, теплообменником для ГВС, аккумулятором тепла и воздушной печью
Активные СВК
Активная система с СВК (рис. 5, 6, 7) для циркуляции воздуха имеет привод вентилятора. В активной системе нет необходимости «правильно» размещать по вертикали впускные и выпускные отверстия, так как воздух всасывается или нагнетается принудительно, и гравитационные и конвекционные потоки, как в естественной системе, не используются. Поэтому СВК в активной системе можно устанавливать на наклонной крыше под самый конек, а затем нагретый воздух направлять вниз вентилятором.
Рис. 6. Когенерационная СВК в комбинации с PV-модулем, рекуператором тепла воздуха, теплообменником для ГВС
Еще один способ, который сейчас набирает популярность – это комбинация солнечного фотовольтаического коллектора (PV-панели) и расположенного снизу СВК. Суть этого метода заключается в рекуперации тепла, отбираемого с нижней (затененной) стороны PV-модулей (его часто бывает в 3 – 4 раза больше, чем электроэнергии, произведенной модулем).
Рис. 7. Активная СВК с системой слежения за температурой и вентилятором переменного расхода
Тут имеется очевидное техническое преимущество – помимо получения электричества от PV-панели, а от СВК – тепловой энергии (когенерация), отбор и рекуперация тепла воздушным коллектором улучшает режим работы и КПД PV-модуля. СВК позволяет PV-системе работать ближе к его наилучшей эффективности (обычно это около 25 ºС). Это уменьшает общий период окупаемости всей комбинированной системы. Избыточное тепло, которое поступает в помещение «не вовремя», можно сбросить в емкость ГВС. Если СВК имеют большую площадь, причем располагаются на стенах, по-разному ориентированным по сторонам света, то имеет смысл установить систему автоматики (рис. 7), следящую за работой системы. На рынке представлен большой выбор различных универсальных датчиков и программируемых контроллеров, которые можно подобрать к вентилятору с переменной скоростью, и затем собрать такую активную систему самому.
Сейчас имеется огромное число конструктивных решений для СВК. Постоянно появляются новые оригинальные предложения (например, как на рис. 8).
Рис. 8. СВК в виде съемной оконной фрамуги из алюминиевого профиля
Барьерные функции СВК
Помимо генерации тепла СВК может выполнять барьерные и теплозащитные функции. В этом случае СВК занимает всю поверхность стены или крыши. Наружная поверхность СВК и стена здания образуют так называемый фасад с двойной оболочкой (ФДО). Таким путем можно «накрыть» стены, крыши и наклонные элементы зданий. Наружная часть ФДО выполняет с одной стороны барьерную функцию (защита внутренней части – т.е. собственно стены здания от намокания), с другой – это теплопоглощающая поверхность, хорошо пропускающая тепло на свою внутреннюю сторону. Ее обычно выполняют с мелкой перфорацией.
ФДО внутри разделен на вертикальные секции. Наружная поверхность ФДО нагревается солнечным теплом и передает его воздуху между наружной и внутренней стенками. Нагретый воздух активно поднимается вверх, откуда его отбирают внутрь для подогрева здания. Очень часто, как и в обычных СВК, горячий воздух здесь используется в сочетании с системой вентиляции – непосредственно или косвенно, через рекуператор. Восходящий поток горячего воздуха в полости ФДО энергично подсушивает стену здания, улучшая его теплоизоляционные характеристики.
Это свойство высоко оценили в странах с суровым климатом – в Канаде, на севере США, в Германии и Скандинавии. СВК типа «солнечная стена» здесь не только используется для отопления или подогрева воздуха в системе вентиляции, сколько выполняет энергосберегающие функции.
На рис. 9 показаны примеры применения СВК в виде ФДО – в аэропорту Торонто, Канада, на крыше и наклонной стене производственного здания в г. Бутбей Харбор, Мэн, США, в средней школе в г. Шервуде, Массачусетс, США, на базе ВМС США в Портсмуте. Здание авиационной администрации в аэропорту Торонто удостоено серебряного сертификата LEED – за высокие энергосберегающие и экологические свойства.
Рис. 9. СВК типа «солнечная стена» на фасадах общественных и производственных зданий в Канаде и США
Важное свойство сочетания СВК–ФДО в том, что в жаркое время года эта система охлаждает здание. Вверху и внизу системы устроены заслонки, которые обычно закрыты в холодное время. Воздух через перфорированные отверстия (в некоторых профильных системах выполнены специальные щели) в режиме работы СВК проникает в межфасадное пространство ФДО, поднимается вверх и поступает в распределительные каналы для обогрева. В жаркое время года верхние и нижние заслонки полностью открываются, каналы для обогрева перекрываются, и нагретый воздух интенсивно вентилирует межфасадный зазор. Избыточное тепло уносится вверх, а само здание не перегревается. Автоматика регулирует поворот наружных заслонок и степень открывания каналов для забора теплого воздуха внутрь здания. Ночью заслонки закрываются, и СВК–ФДО служит буфером, препятствующим потере тепла зданием.
Перспективное решение
СВК появились и начали активно применяться не так давно. Намного позже, чем, например фотовольтаические и жидкостные фототермальные коллекторы. Все особенности и преимущества СВК еще не раскрыты. Специальные исследования, проведенные в США и Канаде, показали, что системы СВК (фасадные и модульные) уменьшают энергопотребление здания примерно на 10–50 % от обычной тепловой нагрузки на отопление зимой и охлаждение летом. Совместное использование СВК с системами отопления, вентиляции и климатизации, а также в качестве наружного защитного щита здания, весьма перспективно.
В Украине технологию СВК активно продвигают энтузиасты экологического строительства. Однако в нашей стране уже имеются компании, предлагающие эту разновидность солнечной техники в промышленном исполнении.
Читайте статьи и новости в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь на YouTube-канал.
Просмотрено: 9 781Вас может заинтересовать:
Вам также может понравиться
Заказ был отправлен, с Вами свяжется наш менеджер.
