СОЛНЕЧНЫЙ ВАКУУМНЫЙ КОЛЛЕКТОР КАК ИСТОЧНИК ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

В статье «ПЛОСКИЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР КАК ИСТОЧНИК ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ» от конференции «№ 2 (49)» рассматривался вопрос об использовании плоского солнечного коллектора как основного источника тепловой энергии и горячего водоснабжения загородного дома. Был проведен подробный расчет тепловой мощности для обогрева помещения, даны реко­мендации по выбору типа и марки солнечного коллектора, рассмотрена схема подключения.

Проанализировав все недостатки в данной статье, предлагается система отопления загородного дома с помощью солнечного вакуумного коллектора и сравнение системы отопление с плоским солнечным коллектором.

Солнечный вакуумный коллектор представляет собой устройство для нагрева воды посредством солнечной энергии, в отличие от солнечных панелей, которые непосредственно производят электричество. Солнечные вакуумные коллекторы можно классифицировать по двум основным конструктивным особенностям: 1) по типу стеклянной трубки (коаксиальная, перьевая); 2) по типу теплового канала (тепловая трубка “Heatpipe”, прямоточная).

Наибольшее распространение получил солнечный вакуумный коллектор с трубкой типа “Heatpipe”. Принцип работы такой трубки основан на испарение легкоиспаряющейся жидкости находящейся в закрытых трубках, состоящих из теплопроводящих металлов (меди или алюминия). Перенос тепла происходит за счет нагрева жидкости под действием солнечного излучения: жидкость, испаряясь на нижней части трубки, поглощая теплоту, конденсирует в верхней части, а затем снова перетекает вниз и процесс повторяется. Теплоноситель через поглотитель отбирает выделяемое тепло[7].

Устройство солнечного коллектора (рисунок 1) состоит из: 1) рамы; 2) нижнего крепежа; 3) медной нагревательной трубки; 4) накопительного бака.

Рисунок 1.Устройство трубки солнечного вакуумного коллектора[1]

В данном типе коллектораиспользуется принцип пассивной циркуляции теплоносителя. Единый гидравлический контур составляет трубки коллектора и теплоаккумулирующий бак. Жидкость, находящаяся в баке, нагревается за счет трубок. Верхние части тепловых трубок находятся внутри бака и отдают тепло нагреваемой жидкости. Отвод горячей воды и подвод холодной осуществляется непосредственно из бака через специальные трубки. К такому баку можно подводить холодную воду прямо от водопроводной сети. Холодная вода под небольшим давлением поступает в нижнюю часть бака, a горячая вода отводится из верхней части бака, таким образом, для отбора го­рячей воды из бака используется давление водопровода. Основные части системы (вакуумные трубки, аккумуляторный бак, каркас) жестко собраны в один блок и устанавливаются в одном месте [1].

Преимуществом такого вакуумного коллектора является: 1) высокий ко­эффициент полезного действия; 2) хорошая изоляция от окружающей среды; 3) эффективная теплопередача термотрубкам приводит к отличной тепловой мощности; 4) при деформации одной трубки не надо менять всю солнечную установку; 5) простой монтаж; 6) большой эксплуатационный срок; 7) очень низкие эксплуатационные расходы; 8) большое количество поглощенной солнечной энергии за счет формы вакуумных трубок; 9) вакуумные трубки выдерживают исключительно низкие температуры без повреждений; 10) эффективная работа при минусовых температурах.

Коллекторы такого типа ставятся на крышах зданий или на открытой местности для большей эффективности системы. Для большего сбора тепла солнечный коллектор надо располагать под углом в 90 по отношению к па­дающим лучам света (рисунок 2) [2].

Рисунок 2. Расположение солнечного вакуумного коллектора [2]

На базе вышеизложенной информации предлагаю систему отопления дома, представленную в статье «ПЛОСКИЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР КАК ИСТОЧНИК ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ». Согласно данной статье, мы имеем дом с 2 жилыми комнатами, санузлом, кухней, котельной и коридором (рисунок 3). Дом построен из кирпича и утеплён пенопластом.Для обогрева данного дома нам необходимо 6620,39 Вт энергии.

Рисунок 3. План дома

Проанализировав различные модели соленных вакуумных коллекторов, наиболее подходящим (цена-качество) для данного проекта является «Ком­форт 150» от Белорусского производителя COOO «Голес»[1].

Расчет данного коллектора производился на основе данных, полученных от фирмы производителя. Данный коллектор имеет в своем наличии 15 ваку­умных трубок диаметром  и длиной  каждая. Учитывая среднесуточную инсоляцию по Гродно, равное [8], можно найти, какую мощность будет вырабатывать одна трубка в сутки по формуле(1):

;                                                        (1)

где: площадь поглощения 1 трубки, ;

величина инсоляции в Гродно, ;

КПД солнечного коллектора;

мощность одной трубки;

Площадь одной трубки составляет (3):

                                        (2)

;              (3)

Тогда мощность одной трубки в сутки будет равна (4):

;      (4)

Мощность установки “Комфорт 150” будет составлять , что почти в 2 раза больше чем “Ураган-700” со статьи “Плоский солнеч­ный коллектор как источник тепловой энергии”.

Для данного проекта наиболее целесообразно будет использовать сле­дующие компоненты:

• Солнечный коллектор (Комфорт 150,1 шт., цена 645$);
• Контроллер (SR 868C8Q, цена 115$);
• Бак накопительный (AquasticAQPT 750, цена 560$);
• Циркуляционный узел (PROFLineXF 15189, цена 197$);
• Воздухоотводчик (цена 20$);
• Термометр Т1 (в солнечный коллектор, цена 35$);
• Сливной – заливной кран (цена 10$);
• Термометр Т2 (температура в баке, цена 35$);
• Термометр Т3 (перегрева, цена 35$);
• Радиатор алюминиевый (Armatura G350F/10, 8 шт., цена 296$);
• Коллектор (Salus SRТZTP-2, цена 47$);
• Трубы (п/п STABIPLUSS3,2 (STRS020P20E), цена за 38,2 м=68,76$).

Таким образом, общая стоимость всех комплектующих для данного про­екта составит 2063,76$, что на 191$ больше, чем аналогичный проект, в статье “Плоский солнечный коллектор как источник тепловой энергии”.

Сравнивая “Комфорт 150” с “Ураган-700” можно сделать вывод, что использование плоского солнечного коллектора более выгодно, так как мощ­ности, вырабатываемой “Комфорт 150”, слишком много для данного дома.

Список литературы:

1. Водонагревательная гелиосистема Комфорт [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://solarcollector.by/kompaktnyj-vodonagrevatel. – Дата доступа: 19.02.2018.
2. Делаем солнечный коллектор своими руками. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://v-teplo.ru/solnechnii-kollektor.html. – Дата доступа: 23.02.2018.
3. Кропочева Л. В. Основные показатели по использованию электрической энергии: пособие / Л. В. Кропочева, Е. С. Астрашевская. – Гродно: ГрГУ им. Я. Купалы, 2016. – 55 с.
4. Кропочева Л. В. Принципы формирования энергосистемы и перспективы её развития: пособие / Л.В. Кропочева, В.Н. Комар, Е.А. Иванова.– Гродно: ГрГУ им. Я. Купалы, 2015. – 39 с.
5. Солнечный коллектор (плоский и вакуумный). [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://solarcollector.by/solnechnyj-kollektor#pipe_rb. – Дата доступа: 18.02.2018.
6. Солнечные коллекторы для частного дома. Перспективная технология для организации горячего водоснабжения и отопления. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.kp.ru/guide/solnechnye-kollektory.html. – Дата доступа: 17.02.2018.
7. Солнечный вакуумный коллектор: классификация [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://solarsoul.net/tipy-vakuumnyx-trubchatyx-solnechnyx-kollektorov#top. – Дата доступа: 15.02.2018.
8. Уровни солнечной инсоляции. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.reon.by/ob-energetike/solnechnaya-energiya/78-004. – Дата доступа: 21.02.2018.