Počáteční teplota vody vstupující do domu z vodovodu je 10°C a využití této vody pro potřeby (mytí, sprchování, vytápění, úklid atd.) vyžaduje její ohřev. Samozřejmě, abyste ho zahřáli alespoň na 40 stupňů, budete muset vynaložit energii – plyn, palivové dříví, elektřinu, jedním slovem zaplatit za vytápění. V zimě dokáže solární kolektor ohřát vodu na 40 až 70 °C a v létě až na 100 °C.

Zkusme přijít na to, jak efektivní bude využití solárního ohřevu.

Za slunečného dne dostane každý čtvereční metr plochy, která je instalována kolmo na sluneční paprsky, během jedné hodiny 700 až 1350 wattů solární tepelné energie. V závislosti na atmosférických podmínkách. Pro příklad si vezměme průměrnou hodnotu, tzn. 1000 W/m2.

K ohřátí 1 kg (l) vody o 1 stupeň je potřeba přibližně 1,16 W. Nyní si představte solární kolektor, jehož plocha je 1 m2. Absorpce tepla na straně obrácené ke slunci je téměř 100%. Z toho vyplývá, že náš kolektor o ploše 1 m2 bude schopen ohřát vodu o jeden stupeň:

1000 W / 1,16 W = 862,07 kg vody.

Aby to bylo pohodlnější, předpokládáme, že K = 862 kg x OS x m2 x hodina. Tento poměr ukazuje, kolik vody o kolik stupňů lze ohřát za 1 hodinu v solárním kolektoru o ploše 1 m2.

Součástí je například solární kolektor, který se skládá z 15 vakuových trubic o ploše 3 m2. Nejoptimálnější objem termosky pro kapalinu tohoto kolektoru je 150 litrů. Doba ohřevu tohoto množství vody na 45 °C v chladném období je:

(150 l x (45°С – 10°С)) / (3 m2 x 862 kg*оС*m2*hod.) = 5250 /2586=2,03 hod..

Solární instalace dokáže za 150 hodiny ohřát 45 litrů vody na teplotu až 2°C. Pokud vezmeme v úvahu tepelné ztráty kolektoru a skutečnost, že atmosféra není vždy čistá a průhledná a solární kolektor není dokonale čistý, pak se doba ohřevu v zimě zvyšuje na 4 hodiny.

Proveďme výpočty pro ohřev daného objemu vody elektřinou.

t = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (P ∙ η)
kde, t – doba ohřevu v hodinách = 1 hodina. c = 1,163 (Watt/hodina) / (kg ∙ K), m – množství vody 150 kg, P – výkon ve W, η – účinnost = 0,98, Δϑ – teplotní rozdíl v K (ϑ2 – ϑ1)=35°C ϑ1 – teplota studené vody 10 °C ϑ2 – teplota teplé vody 45°C

P = (m ∙ s ∙ Δϑ) / (t ∙ η)=(150∙ 1,163 ∙ 35) / (1 ∙ 0,98)=6230W.=6,23 kW/h.

ČTĚTE VÍCE
Lze izomalt znovu použít?

Za ohřev 150 litrů vody elektřinou s přihlédnutím k tepelným ztrátám tedy zaplatíte od 7 do 8 kWh. x 2,3 rublů = od 16 do 20 rublů a pro 300 litrů – od 32 do 40 rublů. Shrneme: v zimě jeden solární kolektor, jehož plocha je 3 m2, ušetří vaše náklady od 20 do 40 rublů za den.

Spočítejme spotřebu teplé vody pro tříčlennou rodinu. Pokud den začíná 10minutovou sprchou pro každého člena rodiny, pak je spotřeba teplé vody 8 litrů za minutu. Sprcha tedy zabere: 3 osoby. x 10 min. x 8 l/min = 240 litrů teplé vody. Následuje snídaně, po které potřebujete asi 15 minut na umytí nádobí se spotřebou teplé vody 3 l/min. Takže na umytí nádobí budete potřebovat: 15 minut. x 3 l/min = 45 litrů teplé vody. Pokud předpokládáme, že večer bude spotřeba vody přibližně stejná, a ještě k tomu připočteme úklid, praní a další potřeby, tak přidáme dalších 100 litrů. V důsledku toho bude spotřeba teplé vody ráno nebo večer: 240+45+100=385 litrů. Výpočty ukazují, že průměrně jeden člen rodiny potřebuje 100-150 litrů teplé vody denně. Pak, abyste mohli zajistit své rodině teplou vodu v chladném období, budete potřebovat dva kolektory a 300litrový zásobník. Pokud plánujete využívat solární teplo v maximální míře a využívat jej k ohřevu topného systému, pak se doporučuje pořídit si šest kolektorů a akumulační nádrž na 500 litrů vody. Solární instalace je velmi efektivní a můžete také ušetřit značné množství peněz. Výše uvedený výpočet je zjednodušený výpočet, který vychází ze zimního období a s příchodem jara a léta se výrazně zvýší sluneční aktivita, tudíž se zvýší i účinnost takového zařízení. V létě jsou lidé aktivnější a používají více teplé vody: sprchování, koupání v bazénu, mytí nádobí, praní prádla atd. V létě teplota vody stoupá z 60 na 95 °C a pak vyvstává nová otázka – kam dát přebytečnou vodu, ale nezapomeňte, že nebudete platit peníze za její ohřev. Výsledek: v teplém slunečném období se účinnost využití solárního zařízení zdvojnásobí a šestikolektorová solární instalace o rozloze 18 m90 ušetří v chladném období 200 až 180 rublů za den a od 400 až 90 rublů za den v letním dni. Pokud je počet chladných a teplých dnů v roce přibližně stejný, lze provést výpočet, ve kterém bude úspora od (200 +2) : 145 = 840, do (1920 +2) : 290 = 365, nyní vynásobte 52925 dny a obdržíme částku od 105000 XNUMX do XNUMX XNUMX rublů ročně.

ČTĚTE VÍCE
Jak zohlednit systém větrání budovy?

Úplnou návratnost všech nákladů na nákup solárního zařízení lze očekávat za jeden až dva roky. Při nákupu kolektorového solárního systému platíte pouze jednou. Jeho životnost je od 15 do 25 let, přestože pracuje neustále.

Solární kolektor – Jedná se o zařízení, které shromažďuje sluneční energii a následně ji přeměňuje na teplo.
Solární kolektory slouží v létě k zásobování domu teplou vodou a také k ohřevu vody v bazénech. A v zimě – pro vytápění spolu s tuhým palivem, kapalným palivem nebo elektrickým vytápěním. Použití solárních kolektorů může snížit náklady na vytápění o padesát procent i více. Navzdory skutečnosti, že v našem klimatickém pásmu je počet zamračených dnů významný, i v této době kolektor nadále funguje, ale pro plnou funkčnost systému zásobování teplou vodou nebo vytápění je v tomto případě zapotřebí další zdroj energie . Na území Běloruska je možné ročně přijmout celkem 1000-1150 kW/m -2, což je asi polovina radiační bilance jižní Evropy a Blízkého východu
Se správně navrženým a nainstalovaným systémem nebudete mít v budoucnu provozní problémy po mnoho let.
Solární kolektor se zaplatí přibližně během prvních pěti let provozu. Proto během příštích 25-30 let solární systém sníží náklady na energii.

Stávající typy solárních kolektorů a principy jejich fungování:

1. Plochý solární kolektor – je nejběžnější, nejčastěji používaný v systémech zásobování teplou vodou a vytápění soukromých domů. Plochý kolektor je izolovaný panel, uvnitř kterého je absorbér ve formě desky. Deska je vyrobena z kovu a je dobrým vodičem tepla. Obvykle používaným kovem je měď, která je nejméně náchylná ke korozi. Povrch desky je speciálně upraven vysoce selektivním nátěrem, který dokáže zadržet sluneční energii. Sklo používané v plochých kolektorech je speciální solární sklo, neobsahuje velké množství železa, takové sklo prudce snižuje tepelné ztráty. Těleso solárního kolektoru je navrženo tak, aby spojilo všechny části kolektoru do jednoho, spolehlivě je chránilo před nepříznivými přírodními jevy a napojilo kolektor na konstrukci domu. Nejčastěji je vyroben z eloxovaného hliníku ve formě rámu.
Sluneční paprsky procházející sklem dopadají na desku absorbéru, která se zahřívá a přeměňuje ultrafialové záření na teplo. Dále teplo přechází do chladicí kapaliny a odtud do nemrznoucí směsi nebo vody, která cirkuluje v kolektoru. Chladivo se zahřívá a předává teplo vodě ve výměníku tepla. Zde se voda udržuje horká, dokud ji spotřebitel nepotřebuje. Ploché kolektory jsou jednoduché a spolehlivé, jejich životnost dosahuje 50 let.

ČTĚTE VÍCE
K čemu slouží tepelné relé a jak funguje?

2. Vakuový solární kolektor s přímým průtokem — má speciální trubky, ve kterých je zabudován měděný absorbér se speciálním povlakem, který zaručuje absorpci sluneční energie i při malém počtu paprsků. Každá měděná trubice je vložena do válcové skleněné nádoby na koncích utěsněné a má vlastní izolaci. Tepelně izolační materiál v takovém kolektoru je vakuum. Chladivo protékající kolektorem mu odevzdává své teplo, výhodou tohoto kolektoru je, že se tím výrazně snižují tepelné ztráty, chladivo se zde může ohřát až na +160°C.
Sluneční paprsky procházejí podtlakem skleněnou trubicí a dopadají na absorbér tepla, kde se přeměňují na teplo. Tepelná energie se přenáší do kapaliny, která proudí trubkovým přímoproudým výměníkem tepla. Každá z trubek je připojena k akumulační nádrži dvěma měděnými trubkami, jedna trubka přivádí horkou vodu do nádrže, druhá odvádí ochlazenou vodu a proces ohřevu se opět opakuje. Vakuové rozdělovače se liší především délkou a průměrem skleněných trubic. Čím menší a tenčí trubice, tím méně energie může takový kolektor poskytnout. Délka se pohybuje od 1.2 do 2.1 m. Nejběžnější průměr je 58 mm.

3. Přibližný výpočet solárních kolektorů

Při použití solárních kolektorů v systému zásobování teplou vodou je nutné správně určit jejich počet nebo plochu: na tom závisí produktivita. Výpočet solárního kolektoru jakéhokoli typu vychází z potřeb, které jsou předem známy.

3.1.Výpočet plochého solárního kolektoru

Praxe ukazuje, že na metr čtvereční plochy instalované kolmo na jasné sluneční světlo připadá v průměru 900 W tepelné energie (při bezmračné obloze). SC vypočítáme na základě modelu o ploše 1 m². Přední strana je matná, černá (má téměř 100% absorpci tepelné energie). Zadní strana je zateplena 10 cm vrstvou pěnového polystyrenu.
Je nutné vypočítat tepelnou ztrátu, ke které dochází na rubové, stinné straně. Součinitel tepelné izolace pěnového polystyrenu je 0,05 W/m × st. Při znalosti tloušťky a za předpokladu, že teplotní rozdíl na opačných stranách materiálu je do 50 stupňů, vypočítáme tepelné ztráty:

0,05/0,1 × 50 = 25 W.

Přibližně stejné ztráty se očekávají od konců a trubek, to znamená, že celkové množství bude 50 W.
Obloha je zřídka bez mráčku, navíc je třeba vzít v úvahu vliv usazenin nečistot na kolektoru. Proto snížíme množství tepelné energie na 1 m² na 800 W. Voda používaná jako chladivo v plochých SC má tepelnou kapacitu rovnou 4200 J/kg × stupeň nebo 1,16 W/kg × stupeň. To znamená, že ke zvýšení teploty jednoho litru vody o jeden stupeň bude potřeba 1,16 W energie.
Vezmeme-li v úvahu tyto výpočty, získáme pro náš model solárního kolektoru o ploše 1 m² následující hodnotu:

ČTĚTE VÍCE
Jak správně skladovat makrely uzené za studena?

Pro usnadnění zaokrouhlete na 700 / kg × deg. Tento výraz udává množství vody, které lze ohřát v kolektoru (model 1 m²) za hodinu. To nezohledňuje tepelné ztráty z přední strany, které se s oteplením zvýší. Tyto ztráty omezí ohřev chladicí kapaliny v solárním kolektoru na 70-90 stupňů. V tomto ohledu lze hodnotu 700 aplikovat na nízké teploty (od 10 do 60 stupňů).
Výpočet solárního kolektoru ukazuje, že systém o ploše 1 m² je schopen ohřát 10 litrů vody o 70 stupňů, což je dost na to, aby dům zásobil teplou vodou. Dobu ohřevu vody je možné zkrátit zmenšením objemu solárního kolektoru při zachování jeho plochy. Pokud počet osob žijících v domě vyžaduje větší objem vody, mělo by být použito více kolektorů stejné plochy, které jsou spojeny do jednoho systému.
Aby sluneční záření působilo na radiátor co nejúčinněji, musí být kolektor orientován pod úhlem k horizontu rovným zeměpisné šířce oblasti.
K zajištění života jednoho člověka je v průměru potřeba 50 litrů teplé vody. Vzhledem k tomu, že voda před ohřevem má teplotu cca 10 °C, je rozdíl teplot 70 – 10 = 60 °C. Množství tepla potřebné k ohřevu vody je následující:

W=Q × V × Tp = 1,16 × 50 × 60 = 3,48 kW energie.

Vydělením W množstvím sluneční energie na 1 m² plochy v dané oblasti (údaje z hydrometeorologických center) získáme plochu kolektoru.
Výpočet solárního kolektoru pro vytápění se provádí obdobně. Je ale potřeba větší objem vody (chladící kapaliny), který závisí na objemu vytápěné místnosti. Lze konstatovat, že zlepšení účinnosti systému ohřevu vody tohoto typu lze dosáhnout zmenšením objemu a současným zvětšením plochy.

3.2. Výpočet vakuového solárního kolektoru

Návrh systému musí vzít v úvahu:

klimatické vlastnosti v oblasti;

objem vytápěné místnosti a počet podlaží budovy;

počet žijících (pracujících) lidí;

typ instalovaných topných zařízení;

součinitel tepelné vodivosti stěn (určený na základě tloušťky a materiálu);

umístění výměníku atd.

Projekční práce probíhají ve dvou etapách. První zahrnuje výpočet solárních kolektorů pro ohřev, konkrétně stanovení jejich množství potřebného pro ohřev. Druhou fází je propojení získaných výsledků se stávajícím systémem vytápění.
Více podrobností o první fázi: určíme množství energie generované kolektorem za den. K tomu byste měli využít údaje o průměrné měsíční úrovni slunečního záření (informace z hydrometeorologického střediska) v dané oblasti. Vynásobením této hodnoty plochou kolektoru a jeho účinností (předpokládejme, že se rovná 0,8), dostaneme:

ČTĚTE VÍCE
Jak se jmenuje stabilizátor napětí pro domácnost?

Ek = Ek.× Sp.× 0,8 (kW/den)

Poté určíme množství spotřebované vody (Vdn, l.), kterou bude kolektor během dne ohřívat. To závisí na parametrech topného systému.
Je známo, že ke zvýšení teploty 1 litru vody o 1 stupeň je potřeba 1,16 W výkonu. Vydělením číselné hodnoty množství energie vyrobené za den tepelnou kapacitou vody získáme teplotu, na kterou dokáže solární kolektor tohoto modelu ohřát chladicí kapalinu.

Pokud výpočty ukazují, že výsledná teplota není dostatečně vysoká, pro její zvýšení je nutné změnit plochu SC: nainstalujte další vakuové trubice nebo panely.

Instalace solárního kolektoru

Kvalita solárního kolektoru, respektive množství vyrobené energie, může záviset na mnoha faktorech. Při instalaci kolektoru je však možné vzít v úvahu některé faktory, například úhel sklonu a orientaci instalace, v tomto případě je nutné vzít jako orientační kritérium azimut.
Úhel sklonu je považován za úhel mezi baterií a horizontem. Při instalaci kolektoru na šikmou střechu se jako úhel sklonu bere samotný sklon. Jak ukazuje praxe, za ideální úhel sklonu se považuje úhel od 30 do 45 stupňů.
Azimut bude ukazovat odchylku nádrže vůči jihu, pokud je její rovina orientována na jih, měla by být rovna nule. V naší zeměpisné šířce se obecně uznává, že odchylka na jih se může rovnat 45 stupňům na jihozápad nebo jihovýchod.