Расчет солнечных коллекторов для бассейна

Упрощённый тепловой расчет солнечного коллектора

Начальная температура воды, поступающая в дом из водопровода, составляет 10°С, а использование этой воды для нужд (умывание, душ, отопление, уборка и пр.) требует ее подогрева. Конечно, для ее разогрева хотя бы до 40 градусов потребуется затратить энергию – газ, дрова, электроэнергия, одним словом, заплатить за ее нагрев. Зимой солнечный коллектор сможет подогреть воду от 40 до 70°С, а летом – до 100 °С.

Попробуем разобраться, насколько эффективным будет использование солнечного отопления.

В солнечный день на каждый квадратный метр поверхности, которая установлена перпендикулярно солнечным лучам, на протяжении одного часа попадает от 700 до 1350 Ватт солнечной тепловой энергии. В зависимости от атмосферного состояния. Для примера возьмем среднее значение, т.е. 1000 Вт/м 2 .

Чтобы нагреть 1 кг (л) воды на 1 градус потребуется приблизительно 1,16 Вт. Теперь представим солнечный коллектор, площадь которого составляет 1 м 2 . Поглощение тепла стороны, которая обращена к солнцу, составляет практически 100%. Из этого следует, что наш коллектор, площадью 1м 2 сможет нагреть воду на один градус:

1000 Вт / 1,16 Вт = 862,07 кг воды.

Чтобы было удобнее, считаем, что К=862 кг х ОС х м2 х час. Это соотношение показывает какое количество воды на сколько градусов можно нагреть за 1 час в солнечном коллекторе, площадь которого составляет 1 м 2 .

Для примера, солнечный коллектор в комплекте, который состоит из 15 вакуумных трубок, площадью 3м 2 . Самый оптимальный объем термоса для жидкости этого коллектора – 150 литров. Продолжительность нагрева такого количества воды до 45°С в холодное время года составляет:

(150 л х (45°С — 10°С)) / (3 м2 х 862 кг*оС*м2*час) = 5250 /2586=2,03 час.

Чтобы обеспечить нагрев 150 литров воды до температуры до 45°С солнечная установка сможет за 2 часа. Если учитывать теплопотери коллектора и тот факт, что атмосфера не всегда чистая и прозрачная, а солнечный коллектор не идеально чистым, то время нагрева зимой увеличивается до 4 часов.

Проведем расчёт для нагрева заданного объема воды элекроэнергией.

t = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (P ∙ η)
где, t — время нагрева в часах=1ч. c = 1,163 (Ватт/час) / (кг ∙ К), m — количество воды 150 кг, P — мощность в Вт, η — КПД = 0,98, Δϑ — разность температур в К (ϑ2 — ϑ1)=35°C ϑ1 — температура холодной воды в10 °C ϑ2 — температура горячей воды в 45°C

P = (m ∙ c ∙ Δϑ) / (t ∙ η)=(150∙ 1,163 ∙ 35) / (1 ∙ 0,98)=6230Вт.=6,23 кВт/ч.

Следовательно, чтобы разогреть 150 литров воды с помощью электроэнергии, с учетом теплопотерь, то Вы заплатите от 7 до 8 кВт.ч. х 2,3 рубля=от 16 до 20 рублей, а за 300 литров – от 32 до 40 рублей. Подведем итог: зимой один солнечный коллектор, площадь которого составляет 3 м 2 , сэкономит ваш расходы от 20 до 40 рублей в день.

Произведем расчет расхода горячей воды для семьи, состоящей из трех человек. Если день начинается с 10-минутного душа для каждого из членов семьи, то использование теплой воды составляет 8 литров в минуту. Следовательно, на прием душа уходит: 3 чел. х 10 мин. х 8 л/мин = 240 литров теплой воды. Дальше завтрак, после которого на мытье посуды нужно примерно 15 минут с расходом теплой воды 3 л/минуту. Так, для того чтобы вымыть посуду понадобиться: 15 мин. х 3 л/мин = 45 литров теплой воды. Если предположить, что вечером расход воды будет приблизительно таким же, а также добавить уборку, стирку и прочие потребности, то добавим еще 100 литров. В результате расход теплой воды утром или вечером составит: 240+45+100=385 литров. При подсчетах видно, что в среднем на одного члена семьи приходится 100-150 литров горячей воды в день. Тогда, для того, чтобы обеспечить семью горячей водой в холодное время года, Вам потребуется два коллектора и бак на 300 литров. Если Вы планируете использовать солнечное тепло в максимальном объеме и использовать его для разогрева отопления, тогда Вам рекомендуется купить шесть коллекторов и накопительный бак на 500 литров воды. Солнечная установка очень эффективная, также Вы сможете сэкономить значительную сумму денег. Вышеприведенный расчет – это упрощенный расчет, который основан на зимнем периоде, а с приходом весны и лета солнечная активность значительно возрастет, следовательно, возрастет эффективность такого оборудования. В летний период человек более активный и используется большее количество горячей воды: принимает душ, бассейн, моем посуду, стираем и пр. Летом температура воды вырастает от 60 до 95°С, и тогда возникает новый вопрос – куда девать лишнюю воду, но следует помнить, что Вы не будете платить денег за ее нагрев. Итог: в теплый солнечный период эффективность использования солнечного оборудования вырастает в два раза, а шестиколлекторная солнечная установка, площадь которой 18 кв.м., сэкономит в холодное время года от 90 до 200 рублей в день, а летом – от 180 до 400 рублей в день. Если количество холодных и теплых дней в году приблизительно одинаковое, тогда можно провести такой расчет, при котором экономия будет составлять от (90 +200) : 2 = 145, до (840 +1920) : 2 = 290, теперь умножим на 365 дней и получим сумму от 52925 до 105000 рублей в год.

Полную окупаемость всех затрат на покупку солнечного оборудования можно ожидать от одного до двух лет. При покупке коллекторной солнечной установки Вы заплатите только один раз. Срок ее эксплуатации от 15 до 25 лет, притом, что работает она постоянно.

Источник

Расчет солнечного коллектора для обогрева бассейна, объемf затрат владельца на обогрев бассейна, а также объема бака аккумулятора при обогреве жилого дома

РАСЧЕТ ГЕЛИОСИСТЕМ ДЛЯ ОБОГРЕВА БАССЕЙНОВ И ЖИЛЫХ ДОМОВ

Практическое занятие № 3

Цель: ознакомиться с методикой расчета гелиосистем для обогрева бассейнов различного типа, произвести расчет по заданным параметрам.

Продолжительность занятия – 2 часа

Ход работы:

1. На основании теоретической части работы ознакомится и законспектировать особенности теплопотребления бассейнов и пути решения задачи по расчету гелиосистем для их обогрева.

2. В соответствии с индивидуальным заданием произвести расчет гелиосистемы для отопления бассейна, объем затрат владельца на обогрев бассейна, а также объема бака аккумулятора при обогреве жилого дома

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ:

Теплопотребление бассейна зависит от его типа (крытый или открытый), способа укрытия и положения. На теплопотребление открытых плавательных бассейнов влияют колебания температуры атмосферного воздуха, изменения облачности, теплоизоляция плавательного бассейна и требуемая температура воды бассейна. Для поддержания температуры воды открытого бассейна, в зависимости от типа требуется энергия эквивалентная 0,5…0,6 КВт /м 2 .

Для крытых бассейнов теплопотребление определяется вентиляцией, влажностью и температурой воздуха и требуемой температурой воды бассейна. Для поддержания температуры воды закрытого бассейна требуется энергия эквивалентная 0,1…0,3 КВт /м 2 .

Существует несколько путей решения задачи по расчету гелиосистем для обогрева бассейна:

— солнечные коллекторы передают свою тепловую энергию непосредственно теплообменнику бассейна. Теплопередача происходит при солнечном времени суток. В случае недостатка вырабатываемого тепла солнечными коллекторами подключается дублер-нагреватель (газовый, электрический или твердотопливный котел).

— устанавливается двойной, по сравнению с первым вариантом, массив солнечных коллекторов. Тепло солнечного коллектора избыточное в светлое время суток запасается в бак аккумулятор. В дальнейшем с помощью теплообменника бак-аккумулятор отдает свое тепло воде бассейна.

Оба варианта имеют право на жизнь. В каждом случае надо рассматривать ситуацию индивидуально.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задача 1.Необходимо рассчитать гелиосистему для отопления закрытого (открытого) бассейна площадью S м 2 , находящегося в N-ске при условии, что количество энергии, затрачиваемое в час на поддержание температуры 1 м 2 поверхности, равно E КВт*ч/м 2 . Способность поглощения энергии солнца солнечным коллектором Ataba составляет Y %, площадь поглощения – S_тр м 2 .

Рассчитайте затраты, которые бы понес владелец этого бассейна на его обогрев, при использовании электроэнергии.

Расчет солнечного коллектора, необходимого для обогрева бассейна, производится по следующему алгоритму:

1. Количество энергии, необходимое ежечасно для поддержания заданной температуры бассейна рассчитывается по формуле:

где Е – количество энергии, затрачиваемой в час на поддержание температуры 1 м 2 поверхности; КВт*ч/м 2 ;

S – площадь «зеркала» воды, м 2 .

2.Расчитываем количество энергии, необходимое для поддержания заданной температуры бассейна в течение суток (светлого времени суток) по формуле:

Если мы хотим использовать энергию солнечных коллекторов только в светлое время суток, то мы должны набрать массив коллекторов, который обеспечит нас теплом солнечной радиации в течении светового дня, т.е. в течение 8 часов.

3. Рассчитываем количество энергии, способное аккумулироваться одной трубкой солнечного коллектора по формуле:

,

где G_x — среднемесячное значение солнечной радиации (для указанного города (приложение 3);

Y – количество солнечной энергии, способное поглощаться данной маркой коллектора, %

S_тр – площадь поглощения вакуумной трубки данного коллектора, м 2 .

4. Просчитываем необходимое количество трубок.

5. Рассчитываем затраты на электроэнергию в год для поддержания заданной температуры в бассейне, при условии, что при превышении лимита 600Квт*ч в месяц действует тариф 1Квт*ч = 1,0122 грн.

Величины и единицы их измерения	Варианты
Город проживания	Киев	Донецк	Черни-гов	Симфе-рополь	Ялта	Львов	Одесса	Луцк	Ужго-род	Ровно
Тип бассейна	откры-тый	закры-тый	откры-тый	закры-тый	откры-тый	закры-тый	откры-тый	закры-тый	открытый	закрытый
S, м 2	12,6	14,2	15,1	15,3	13,4	12,8	13,8	14,3	15,3
E КВт*ч/м 2	0,29	0,3	0,27	0,28	0,31	0,33	0,32	0,26	0,29	0,3
Y, %	79,5	79,3	80,2	78,9	79,2	80,5	80,8
Sтр, м 2	0,08	0,076	0,082	0,081	0,079	0,078	0,077	0,083	0,084	0,081

Задача 2: Для отопления дома в течение суток потребуется Q ГДж теплоты. При использовании для этой цели солнечной энергии тепловая энергия может быть запасена в водяном аккумуляторе. Допустим, что температура горячей воды t₁ ° С. Какова должна быть емкость бака аккумулятора V (м 3 ), если тепловая энергия может использоваться в отопительных целях до тех пор, пока температура воды не понизится до t₂ °C? Величины теплоемкости и плотности воды взять из справочной литературы.

Задача 2 посвящена определению емкости водяного аккумулятора тепловой энергии, предназначенного для отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха в жилом доме. Источником тепловой энергии может быть, например, солнечная энергия, улавливаемая солнечными панелями па крыше дома. Циркулирующая в панелях вода после нагрева направляется в бак — аккумулятор, а оттуда насосом в отопительные батареи и к водоразборным кранам горячего водоснабжения. Могут быть и более сложные, комплексные системы аккумулирования тепла с использованием засыпки из гравия и др.

Необходимый объем бака — аккумулятора V (м 3 ) для воды можно определить по известному уравнению для изобарного процесса, если знать: суточную потребность в тепловой энергии для дома Q (ГДж); температуру горячей воды, получаемой в солнечных панелях t₁ 0 С; наименьшую температуру в баке t₂ °C, при которой еще возможно действие отопительной системы:

где р — плотность морской воды, кг/м 3

С_р — удельная массовая теплоемкость воды при р = const в Дж/(кг·К)

Источник

Солнечный коллектор для бассейна своими руками: пошаговое руководство + отзывы

Солнечный коллектор для бассейна является бесплатным источником энергии, позволяющим осуществлять подогрев воды. Оборудование имеется в свободной продаже. Умельцы, при желании сэкономить, сами изготавливают коллекторы из гибкого шланга или пластиковой трубы.

Принцип работы солнечных коллекторов для бассейна

Существует несколько видов коллекторов, различающихся устройством.

Однако работают все они по одному принципу:

1. Аккумулирующий элемент поглощает энергию солнца. Устроен он по принципу теплообменника. От поглощенного солнечного тепла прогревается циркулирующая жидкость.
2. Подогретая солнечной энергией вода сбрасывается в бассейн. Из чаши в теплообменник поступает новая порция жидкости.
3. Замкнутый цикл циркуляции воды происходит беспрерывно. За эту часть работы отвечает циркуляционный насос. Система функционирует, пока есть солнечный свет.

Полноценный обогрев бассейна солнечные коллекторы не способны обеспечить. Во-первых, эффективность их возрастает только летом, когда на улице стоит жаркая погода. Во-вторых, коллекторы способны компенсировать максимум 40% расхода энергоносителей, используемых для получения тепла.

Плюсы и минусы подогрева бассейна солнечными коллекторами

Перед тем как установить оборудование для аккумуляции солнечной энергии, надо взвесить его преимущества и недостатки.

1. Стоимость аккумулирующего оборудования для бассейна доступна рядовому покупателю. Коллекторы можно приобрести за небольшую стоимость.
2. Простота устройства позволяет самостоятельно создавать коллекторы из пластиковых труб.
3. Объем нагретой солнечной энергией воды можно регулировать самостоятельно. Схема проста: чем больше коллекторов, тем больше жидкости они способны прогреть.
4. Аккумулирующие устройства просты в эксплуатации. Отсутствует необходимость приглашать специалистов для подключения к системе.

Из недостатков выделяют только два неоспоримых факта. Организовать полноценное отопление бассейна солнечным коллектором невозможно. Вдобавок в пасмурную или холодную погоду его эффективность снижается.

Виды солнечных коллекторов для нагрева воды в бассейне

Условно все аккумулирующие устройства делят на два типа:

1. Открытые коллекторы отличаются расположением абсорбера. Резиновые или пластиковые шланги закреплены на основе, незакрытой стеклом. Солнечные системы эффективны только в жаркую солнечную погоду, используются чаще для обогрева частного бассейна.
   
2. У закрытых коллекторов абсорбер спрятан под стеклом. Конструкция позволяет снизить теплопотери. Приборы солнечного подогрева воды закрытого типа способны работать в холодную погоду, главное, чтобы на них попадал солнечный свет.
   

Открытые и закрытые солнечные коллекторы отличаются устройством аккумулирующего элемента. От его конструкции аналогично зависит производительность оборудования.

Вакуумные гелиосистемы трубчатого типа в качестве аккумулирующего элемента имеют специальные колбы из стекла. В зависимости от конструкции, они бывают с одной или двумя стенками. Из колбы полностью выкачан воздух. Созданный искусственным путем вакуум является отличным теплоизолятором. Внутри стеклянной колбы с вакуумом расположена медная трубка теплообменника, по которой циркулирует вода из бассейна.

В одном гелиоколлекторе набор стеклянных колб с медными трубками подключен к основному узлу – распределителю. Модуль помогает смешивать потоки, направляет подогретую воду в бассейн, а из чаши забирает холодную жидкость.

Солнечные вакуумные гелиоколлекторы способны подогревать воду в бассейне даже с наступлением холодов. Однако их эффективность вдвое снижается. При ясной солнечной погоде поздней осенью коллектор компенсирует максимум 20% расхода энергоносителей, используемых для получения тепла.

Панельные коллекторы внешне напоминают окно, только с темным стеклом. Прибор для обогрева воды в бассейне состоит из алюминиевого корпуса. Внутри установлен теплообменник из набора трубок. Они бывают медные или алюминиевые. Теплообменник соприкасается с металлической панелью с селективным напылением. Сверху аккумулирующий элемент закрыт темным стеклом.

Вода в теплообменнике быстрее нагревается за счет отраженного металлической пластиной солнечного тепла. Из медных или алюминиевых трубок она за счет принудительной циркуляции поступает в бассейн. Коллекторы панельного типа эффективны при солнечной жаркой погоде. Для подогрева бассейна их чаще используют на юге или в районах с умеренным климатом. После наступления холодов КПД гелиоколлектора сильно снижается.

Коллекторы пирамидального типа созданы для бытового применения. Оборудование эффективно с небольшими надувными и каркасными бассейнами. В жаркую солнечную погоду пирамидальные гелиоколлекторы способны поддерживать температуру воды в диапазоне от + 23 до + 25 о С.

В системе бассейна коллектор подключают к насосной станции. Нагрев воды происходит внутри абсорбера, роль которого исполняет намотанный на основание шланг сечением 25-40 мм. Под аккумулирующим устройством установлен зеркальный отражатель солнечного света. Сверху шланги обычно закрыты прозрачным колпаком.

Из всех существующих типов, пирамидального вида коллектор для бассейна своими руками собирают чаще всего. Это связано с простотой устройства и компактностью. Вдобавок за счет намотки шланга пирамидой увеличивается производительность оборудования.

Гибкий солнечный коллектор сделан из эластичных материалов, чаще всего используется резина. Внешне он напоминает коврик. Гелиоколлектор бывает только открытого типа. Используется он чаще всего с мобильными надувными бассейнами. Коврик легко сворачивается рулоном. Вместе со спущенной чашей бассейна коллектор легко перевозить в багажнике машины на дачу.

Скорость нагрева воды зависит от площади солнечного гелиоколлектора. Для каждого бассейна индивидуально подбирают коврик по размеру. Изделие укладывают на солнечном месте, подключают шлангами к насосной системе купели.

Как сделать солнечный коллектор для нагрева бассейна своими руками

Несмотря на простоту устройства, гибкий или пирамидальный бытовой коллектор стоит в районе 20 тыс. рублей. Если просчитать отдельно расходы на приобретение комплектующих элементов, то сделать солнечный коллектор для бассейна получится за 6-7 тыс. рублей.

Основные расходы пойдут на покупку шланга. Сначала нужно рассчитать его длину и толщину. Обычно вода в системе бассейна циркулирует со скоростью от 0,4 до 0,7 м/с. При таких параметрах 1 м шланга сечением 25 мм за час жарким солнечным днем способен выдать 3,5 л горячей воды. Взяв этот показатель производительности за основу, рассчитывают общую длину шланга с учетом объема воды в бассейне.

Проще всего собрать для бассейна солнечный коллектор из ПНД труб черного цвета. Оптимально отдать предпочтение пирамидальной конструкции открытого типа. Трубу покупают именно черного цвета, чтобы лучше притягивалась солнечная энергия. Светлые оттенки отражают солнечный свет. Например, в трубе голубого цвета вода медленнее будет прогреваться.

Каркасом коллектора выступает пирамида из бруса. Для ее изготовления берут квадратный кусок фанеры площадью 1 м 2 . По центру фиксируют стойку. От углов фанеры к вершине опоры устанавливают наклонные элементы из бруса. Получившаяся пирамида напоминает подставку под новогоднюю елку. На готовую конструкцию спиралью наматывают ПНД трубу. Между каждым витком оставляют зазор около 1,5 см. К наклонным элементам пирамиды трубу фиксируют хомутами. Крепления предотвратят съезжание витков. Концы трубы подключают к насосной системе бассейна.

На видео пример солнечного коллектора:

Чтобы изготовить закрытого типа солнечный коллектор для уличного бассейна, нужно выполнить следующие действия:

1. Максимально ближе к бассейну на солнечном участке выбирают место под панельный гелиоколлектор. Лицевая часть аккумулирующего устройства должна смотреть на юг. Выбранное место очищают от травы, снимают лопатой дерновой слой. Дно ямы застилают геотекстилем, засыпают до уровня земли песком и щебнем. Сверху на подушке выкладывают площадку из тротуарной плитки, накрывают ее любым гидроизоляционным материалом.
   
2. Из бруса сечением 50х50 мм собирают раму, которая исполнит роль каркаса короба. Внутри здесь будет лежать труба. Нижнюю часть рамы обшивают фанерой. Этой плоскостью короб будет направлен на север.
   
3. Раму щита усиливают монтажными уголками. Аналогично из этих элементов устанавливают выступы, за которые будет фиксироваться шланг коллектора. Из бруса собирают каркас для вертикальной установки щита. Располагают его на подготовленной площадке. К каркасу тыльной стороной, обшитой фанерой, крепят щит.
   
4. По периметру рамы с лицевой стороны крепят рейки. Они должны иметь пазы под стекло. Весь щит красят краской черного цвета. Внутри щита укладывают шланг черного цвета. Расстояние между каждой линией выдерживают 4,5 см. К заранее подготовленным выступам шланг фиксируют хомутами или пластиковыми держателями. Трубу изогнуть под крутым углом для укладки в короб не получится. Ее режут кусками, а для соединения применяют фасонные элементы: уголки, муфты.
   
5. После монтажа шланг коллектор подключают к насосной системе бассейна, проводят гидравлическое испытание. Если все нормально, приступают к остеклению. Для этих целей оптимально использовать стекло. Если его нет, подойдет поликарбонат, но его прозрачность меньше, за счет чего снизится КПД коллектора.
   

После остекления можно осуществлять подогрев воды в бассейне солнечным коллектором самостоятельной сборки. Система запускается от ручного включения насоса. При желании можно поставить автоматику с термодатчиками.

Жарким солнечным днем вода внутри шланг аккумулирующего устройства прогреется до температуры + 70 о С. Примерно за 4-7 часов работы циркуляции вода в бассейне прогреется до + 25 о С. Однако эти показатели примерные. Температура нагрева зависит от объема бассейна и размера коллектора.

Правила эксплуатации

Чтобы получить эффективный нагрев бассейна солнечным коллектором, надо правильно его эксплуатировать. Существует ряд правил, которые желательно выполнять:

1. Оптимальным местом установки аккумулирующего оборудования является крыша здания, но как можно ближе к бассейну.
2. Гелиоколлектор эффективнее работает при горизонтальном расположении. Допускается вертикальная установка, но с максимальным наклоном 30 о .
3. Подающие трубы располагают выше по отношению к обратному трубопроводу. Это связано с тем, что по закону физики горячая вода направляется вверх.
4. Лицевую сторону аккумулирующего устройства всегда располагают на южную сторону. Допускается отклонение максимум до 45 о .
5. Если в течение дня участок освещается солнцем менее 5 часов, то он не подходит для установки коллектора.

По окончании купального сезона в бассейне из аккумулирующего устройства сливают остатки воды. Оставлять жидкость нельзя, так как зимой она замерзнет, разорвет трубки.

Заключение

Солнечный коллектор для бассейна прослужит от 10 до 20 лет при условии соблюдения правил эксплуатации. Оборудование оптимально зимой хранить в сарае, а с наступлением лета вновь выносить на улицу.

Источник