Альтернативні джерела енергопостачання сьогодні набувають все більшої популярності у всьому світі, як і обладнання, розраховане на них. Наприклад, отримали вже досить широке поширення сонячні водонагрівачі для будинку. Такі установки пропонують помітно економити на електроенергії, в той же час отримуючи якісний і ефективний нагрівальний прилад.
Розглянемо докладніше, що представляють собою, власне, сонячні водонагрівачі і колектори. Це, так би мовити, два основних елементи високотехнологічної конструкції, обладнаної з урахуванням підживлення від сонячної енергії.
Давно вже виміряно кількість теплової енергії, що падає на кожен квадратний метр освітленого сонячними променями простору. Дана величина тримається в межах 800-1000 Ватт. Амплітуда, звичайно ж, залежить від поточного стану атмосфери.
Як розрахувати сонячний колектор?
Для прикладу візьмемо сонячний водяний колектор, площею, скажімо, в один квадратний метр. До сонця в даній ситуації звернена сторона, що має матову темну поверхню, що дозволяє забезпечити практично ідеальне поглинання тепла. Інша ж сторона забезпечена утеплювальним шаром (наприклад, пінопластом товщиною 10 см). З огляду на характеристики матеріалу, можна отримати відомості про можливі втрати тепла. Віддача тепла у такого матеріалу, як пінопласт дорівнює 0,05 Вт / м * град. Отже, нехитрими розрахунками можемо розрахувати тепловіддачу всього колектора, взявши до уваги можливий температурний контраст (градусів, скажімо, 50) і товщину наявного матеріалу: 0,05 / 0,1 * 50 = 25 Вт. Разом, можливу втрату теплової енергії можна прийняти в кількості 50 Вт.
Так як чистота атмосфери не завжди кришталево, а приймаюча поверхня не обов'язково має ідеальною чистотою, потік енергії можна вважати, приблизно рівним 800 Вт / м2.
З огляду на теплоємність води і з огляду на те, що 1 Ватт дорівнює 3600 Дж, можемо зробити висновки про кількість тепла, потрібному для прогрівання 1 літра води. А саме: 4200/3600 = 1,16 Вт.
Прийнявши до уваги зроблені розрахунки, можемо вирахувати обсяг води і температуру, які здатний надати колектор, взятий нами як приклад, а саме - з площею в 1квадратний метр. Дані розрахунки будуть мати такий вигляд: 800 / 1,16 = 689,65. З метою спростити подальший прорахунок, округлимо цю величину до 700 кг * град.
Величина ця, звичайно, не абсолютно точна, бо втрата тепла колектором може поширитися і на інші поверхні, враховуючи зачерненого. Так що, 700 - показник прогрівання води при порівняно невисоких температурах колектора, в межах 10-60 градусів, оскільки температура колектора рідко досягає температурного рівня вище 90 градусів.
Отже, наш умовний сонячний водяний колектор, виходячи з попередніх розрахунків, за годину здатний прогріти або 10 літрів води на 70 градусів за Цельсієм, або ж 100 літрів на 7 градусів, і т. Д.
При вихідних 15 градусах (температура води), гаряча вода має приблизну температуру близько 65 градусів, причому така температура вже пече. Логічно, що, якщо необхідно отримати воду такої температури, але в більш стислі терміни, потрібно відповідно зменшити обсяг колектора, залишивши площа максимальної.
Отже, сонячний колектор для нагрівання води в оптимальні терміни, повинен мати досить велику площу при малому обсязі (бути максимально плоским). При цьому, робити його проточним зовсім нераціонально, бо площа такого нагрівача буде просто величезною. До того ж, постійне очікування отримувати гарячу воду не завжди і потрібно, чим і пояснюється те, що нагрівачі на сонячній енергії виробляються виключно накопичувальними.
При обліку співвідношення гарячої та холодної води при прийнятті душа близько 1к2, 1к3, наш еталонний сонячний колектор для будинку за годину здатний підготувати цілком достатню кількість гарячої води для прийняття душу - близько 15 літрів.
Накопичуємо гарячу воду нагріту сонячним водонагрівачем для будинку
В основі сонячних водонагрівачів для дому (по крайней мере, переважної їх більшості) лежить система рециркуляції, в процесі якої вода постійно циркулює між напірним баком і підключеним до нього нагрівальним, на якому встановлений сонячний колектор. В результаті вода постійно нагрівається. Змішування гарячої води з холодної проводиться для того, щоб кінцевий обсяг нагрітої рідини збільшився за рахунок теплообміну. У нашій місцевості даний «прогін» води по колу є досить марнотратним, тому правильний сонячний колектор для російських умов виглядає приблизно таким чином: вода з водонапірної бака надходить у невеликій нагрівальний колектор, об'ємом в 3-5 літрів, а потім в накопичувач або ж бойлер для сонячного колектора, об'ємом в 50-100 літрів. Необхідно також обладнати колектор термоклапаном (за принципом термостата в автомобілі), або ж термореле (біметалічною пластиною), доповненим електричним клапаном (що дещо простіше першого варіанту).
Процес роботи такого агрегату виглядає приблизно так: прогріта до 50 градусів (15-20 хвилин) в сонячному водяному колекторі вода, після спрацювання реле, через клапан потрапляє в Термоізольований накопичувач, об'ємом близько 50 літрів. Крім високого рівня теплоізоляції, такий накопичувач можна обладнати ще й нагрівальним елементом, оскільки наша погода не завжди дозволяє користуватися сонячною енергією. При використанні такого пристрою ми можемо отримати за досить короткий термін в годину близько 30 літрів води, нагрітої до дуже гарячого стану. При цьому, користуватися їй можна починати вже через 15 хвилин.
При наповненні термоса, отримувати гарячу воду на припиняється, але не нагрів в колекторі, так що в будь-який час можна використовувати воду з бака і вона тут же восполнится гарячою водою, яка надходить з сонячного колектора. Обсяг термоса і колектора підбирається відповідно до потреб мешканців.
Також великим плюсом є те, що застосовуючи бойлер для сонячного колектора, можна з легкістю підключити до нього відразу кілька колекторів, розташованих під різним кутом, що допомагає забезпечити постійний нагрів води протягом усього світлового дня. У рециркуляционной системі також можна реалізувати даний варіант, але набагато складніше. Адже в такому випадку доведеться застосовувати систему термоізольованих трубок, які до того ж, відомі своєю проблемою з повітряними пробками, що утворюються через виділення газів з води в процесі нагрівання.