Подогрев воды от солнца: модели и цены готовых батарей, а также как сделать панели самостоятельно?

Содержание

модели и цены готовых батарей, а также как сделать панели самостоятельно?

Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

Солнечные водонагреватели представляют собой комплект оборудования для нагрева воды с помощью солнечной энергии. Другое название этих устройств — солнечные коллекторы. В отличие от фотоэлектрических панелей, использующих для производства электроэнергии солнечный свет, солнечные нагреватели сразу получают тепловую энергию, которую передают теплоносителю (воде, антифризу и т.п.).

Они образуют целую систему, состоящую из следующих элементов:

  • Коллектор. Панель, принимающая тепловую энергию и передающая ее теплоносителю.
  • Накопительный бак. Емкость, в которой аккумулируется нагретая вода и происходит замещение остывшего теплоносителя только что нагретым потоком.
  • Отопительный контур. Обычная радиаторная система или теплый пол, реализующие энергию теплоносителя. В некоторых типах системы отопительный контур не входит в объем системы коллектора, получая энергию в накопительном баке, который в данном случае является теплообменником.

По типу циркуляции

Циркуляция теплоносителя позволяет получать тепловую энергию взамен отданной во внутреннюю атмосферу дома. Существует два вида:

  1. Естественная. Используется перемещение нагретых слоев жидкости вверх с замещением их более холодными слоями. Не требует никаких устройств или использования электроэнергии, но зависит от множества факторов — взаимного расположения коллектора, накопителя и остальных элементов системы, температуры и т.д. Перемещение жидкости нестабильное, способное усиливаться и ослабляться.
  2. Принудительная. Потоки направляются с помощью циркуляционного насоса. Возникает стабильный режим с постоянной скоростью потока, что позволяет обеспечить устойчивый режим обогрева дома.

Принудительная циркуляция более эффективна и позволяет располагать узлы системы в наиболее удобном порядке, не обращая внимание на перепады высот и объемов.

По типу коллектора

Существуют конструкции коллекторов, обладающие разной эффективностью, возможностями и способом передачи тепла. В их числе:

  1. Открытые. Плоские длинные лотки или желоба из черного пластика, в которых циркулирует вода. КПД открытых коллекторов очень низок, но простота и дешевизна способствуют их популярности. Используются для нагрева воды для летнего душа или бассейна.
  2. Трубчатые (термосифонные). Основной элемент — коаксиальная трубка с вакуумной прослойкой между внешними слоями, которая надежно теплоизолирует содержимое трубок. Конструкция эффективная, но дорогая и не поддающаяся ремонту.
  3. Плоские. Это закрытые емкости с прозрачной верхней панелью. Внутренняя поверхность покрыта слоем приемника тепловой энергии, отдающего ее воде, которая перемещается внутри припаянных к приемнику трубок. Простая и эффективная конструкция, в которой для большего эффекта иногда создают вакуум для теплоизоляции.

От того, какой коллектор установлен в системе, и насколько он удачно вписывается во внешние условия региона — климат, погода, количество и продолжительность солнечных дней — зависит, насколько эффективной будет система нагрева воды от солнца.

Для чего можно использовать?

Солнечный нагреватель воды, как правило, используется в качестве основного или дополнительного источника энергии для подготовки теплоносителя отопительного контура. Кроме того, солнечный подогреватель воды может готовить горячую воду для бытовых нужд.

Одним из распространенных способов использования нагрева воды от солнца является подача горячей воды в летний душ или умывальник, а также подогрев воды в бассейне. Возможно использование подогретой воды для полива растений в теплицах и парниках. Чем удачнее внешние условия, тем больше способов применения солнечных панелей для нагрева воды можно найти и использовать.

Установка

Солнечные водонагреватели для дома устанавливаются на открытой площадке с таким расчетом, чтобы поток солнечных лучей падал на них отвесно в течение всего дня. Солнце перемещается по небосклону, но обеспечить максимально равномерное освещение всегда можно. Основная задача — обеспечить отсутствие преград для получения тепловой энергии. Обычно установку коллекторов производят на скатах крыши, так как это позволяет сэкономить площадь участка и исключит доступ злоумышленникам, животным и прочим нежелательным элементам.

При удачном размещении панели температура застоя (теплоносителя, не находящегося в состоянии циркуляции) может достигать до 300°. Такого результата достичь непросто, чаще всего температура не превышает 60-65°, но и это вполне допустимый результат для отопительной системы, контура ГВС или теплого пола. Однако, возможность повышения температуры выдвигает особые требования к материалу соединительных трубопроводов.

Важно! Не допускается монтаж пластиковых или стальных труб, только из нержавеющей стали или меди

. Кроме того, контур надо качественно теплоизолировать.

Ошибки, допущенные при монтаже, снижают эффективность работы водонагревателя на солнечных батареях, цена которого достаточно велика, чтобы относиться к этому с пренебрежением. Существуют два типа установки, имеющие принципиальное различие:

Пассивная

  • Работа установки протекает полностью самостоятельно, без каких-либо дополнительных приспособлений. Получение и передача энергии происходит непосредственно на теплоноситель, который самотеком поступает в накопительную емкость. Примером пассивной установки может служить емкость для воды темного цвета для лучшего нагрева. Нагрев воды в ней происходит без дополнительной помощи, надо лишь поставить бак под лучи Солнца.
  • Циркуляция также естественная, теплые слои поднимаются вверх, уступая место холодным, которые, нагреваясь, в свою очередь, уступают место остывшим слоям. Простота и отсутствие необходимости в обслуживании таких установок привлекательны, но режим их работы крайне неустойчив, а эффективность составляет лишь малую часть от физически возможной.

Активная

  • Активная установка солнечной батареи для нагрева воды позволяет решить все проблемы с режимом циркуляции и получить максимальную эффективность теплопередачи. Обычно нагревательный контур имеет замкнутую конструкцию, в которой циркулирует вода или масло. В нормальном состоянии естественной циркуляции о масла получить невозможно, но, с помощью циркулярного насоса, можно получить высокую степень теплопередачи, свойственную маслу в силу физических особенностей.
  • Горячая вода от солнца, полученная подобным образом, может быть направлена в одно- или двухконтурные системы, для отопления и подачи ГВС. Результаты, полученные от активной установки, значительно выше, но и расходы на ее приобретение намного заметнее. Для пользователей, которые решили выбрать солнечные водонагреватели для дома, стоимость комплекта может оказаться слишком высокой, поэтому следует заранее узнать цену подобных комплексов.

Обзор рынка: производители и модели

Наибольшее развитие и распространение технология получила в южных странах, где поток энергии находится в постоянном доступе. Покупателей, которые решили приобрести и установить солнечные батареи для нагрева воды, цена нередко интересует даже больше, чем технические и эксплуатационные характеристики.

Экономически выгодный бойлер - солнечный водонагревательЭкономически выгодный бойлер - солнечный водонагреватель

Рассмотрим наиболее известные фирмы, занимающиеся производством этого оборудования:

  • Sunrain Solar Energy Co., Ltd. Это китайская фирма, полностью изготавливающая водонагревательные системы на собственных предприятиях.
  • Buderus, Vaillant, Viessmann — три фирмы из Германии. Европейское оборудование славится своим качеством и возможностями, но немецкие установки являются эталоном среди всех альтернативных вариантов.
  • Ariston, Ferroli. Итальянские компании, обеспечивающие высокое качество и сравнительно низкие цены на отопительное оборудование.

Приобретая солнечные нагреватели воды, цена которых кажется весьма приемлемой, необходимо внимательно изучить паспорт и технические характеристики установки. Встречаются недобросовестные производители и продавцы, предлагающие поддельные устройства. Если есть сомнения, следует попросить сертификаты на оборудование. Если их не имеется в наличии, нужные устройства следует поискать в других магазинах.

Необходимо учесть, что данное оборудование может быть очень дорогим не столько из-за высокого качества, сколько в зависимости от страны-изготовителя. Так, российские установки могут стоить 20 тыс. руб., а европейские аналоги того же уровня будут стоить в 3-4 раза больше.

Какой выбрать для бассейна?

Выбор гелионагревателя для бассейна обусловлен его размерами, объемом воды, местом расположения и прочими критериями. Солнечные водонагреватели

, цены и параметры которых находятся в наилучшем сочетании, могут быть изготовлены в разных конструкционных вариантах. Могут быть использованы все доступные варианты, от простейших открытых конструкций, до наиболее сложных и дорогих систем с конденсационными камерами.

Чем проще комплекс, тем он дешевле и надежнее, но и эффективность его будет соответственно ниже. Основным критерием выбора следует считать размер искусственного водоема и частоту подпитки извне. Специалисты рекомендуют для бытовых целей обходиться несложными и дешевыми гибкими моделями, представляющими собой резиновые плоскости с впаянными внутри трубками, по которым пропускается вода. Они недороги, но дают вполне достаточно тепла для поддержания нормальной температуры в бассейне.

Если необходимо подогревать воду в искусственных водоемах общественного или коммерческого пользования, рекомендуется приобретать полноценные комплексы из вакуумных трубок, или панельные конструкции. Они демонстрируют высокую эффективность и позволяют получать достаточное количество тепловой энергии. Параметры таких установок подробно изложены в паспорте, что позволяет выбрать комплекс, наиболее подходящий по производительности.

Как сделать водонагреватель своими руками?

Самостоятельное изготовление солнечного водонагревателя позволяет сэкономить некоторое количество денег и получить возможность бесплатного нагрева воды для любых нужд. Нет смысла использовать дорогостоящие материалы, поскольку результат будет зависеть не столько от их, сколько от тщательности и аккуратности сборки, а также от площади нагрева. Браться за изготовление вакуумных или конденсационных установок нецелесообразно, проще сделать самые доступные и надежные панели. Рассмотрим наиболее популярные и распространенные варианты самостоятельного изготовления солнечных водонагревателей:

Из поликарбоната

Поликарбонат — прозрачный листовой пластик. Для изготовления коллектора нужен сотовый материал, представляющий собой двойной лист, соединенный поперечными полосками. Вся плоскость представляет собой множество каналов, разделенных друг с другом, но имеющих выход наружу с торцовой части.

Для изготовления надо взять два листа одинакового размера. Один будет абсорбером, т.е. получать солнечное тепло и отдавать его воде. Второй — наружный защитный слой, обеспечивающий безопасность рабочей пластины и способствующий сохранению тепловой энергии. Для утепления используется пенопластовый лист такого же размера, который будет наклеен на заднюю сторону.

В качестве манифольда (распределителя) будет использоваться полипропиленовая труба. Для каждой панели нужно 2 таких трубы. В них надо сделать продольный пропил, длина которого точно равна ширине листов поликарбоната. В эти пропилы вставляются торцы рабочих пластин (оба), после чего тщательно герметизируются с помощью клеевого пистолета.

Важно! Задняя сторона рабочей пластины красится в черный цвет, после чего на нее наклеивается пенопласт. Затем на лицевую сторону наклеивается внешний защитный слой.

На диагонально противоположные торцы полипропиленовых трубок наклеиваются штуцеры, с помощью которых коллектор будет присоединяться к остальной системе. Свободные торцы плотно герметизируются заглушками. После высыхания клея коллектор наполняют водой и проверяют наличие утечек, которые сразу же устраняют. После этого панель можно присоединять к системе и вводить в эксплуатацию.

Из пластиковых бутылок

Коллектор из пластиковых бутылок — один из вариантов самодельного трубчатого водонагревателя. Собственно, бутылки служат только для теплоизоляции, основную функцию выполняют черные пластиковые трубки, торцы которых вставлены в средние патрубки ПВХ тройников. Эти тройники соединяются в одну линию, образуя коллектор, который можно впоследствии увеличивать до любого размера, просто присоединяя дополнительные трубки. У бутылок отрезают дно, одевают их на трубку одну за другой так, чтобы горлышко плотно входило в заднюю част.

Получается внешняя прозрачная труба, прикрывающая трубку и создающая эффект парника внутри. Когда по трубкам пропускается вода, она нагревается от солнечного тепла и направляется в систему для использования по назначению.

Советы по эксплуатации

Эксплуатация солнечных нагревателей не представляет существенных сложностей. Если система правильно установлена и настроена, то от владельца потребуется лишь поддержание чистоты приемных панелей и целостности соединений. При необходимости надо менять вышедшие из строя узлы и элементы, восстанавливать герметичность трубок и прочих деталей. Никаких специальных рекомендаций не имеется, все действия производятся в соответствии с необходимостью и целесообразностью.

Цены на солнечные нагреватели и где лучше купить?

виды солнечных коллекторов и водонагревателей

Для тех из нас, кому не чужды забота об окружающей среде и желание сэкономить, предлагаю погрузиться в тему солнечных водонагревателей.

Технология существует и применяется уже много лет, особенно часто можно встретить такие коллекторы на домах в Европе и других солнечных странах мира.

Россия пока сильно отстает по темпам внедрения панелей, что и не удивительно — стоимость оборудования и установки высока, а сроки окупаемости, в условиях нашего климата, достигают десятки лет.

Эта статья будет первой в цикле. Сначала разберемся — что такое солнечные коллекторы и как они работают. Оказывается, существует несколько разновидностей таких устройств с разной степенью эффективности и областью применения.

Влияние на экологию тоже не столь однозначное, как кажется на первый взгляд. Даже если не брать в расчет отходы при производстве коллекторов, существуют и другие, менее очевидные факторы.

Разделы статьи

Чем отличаются солнечные батареи от коллекторов?

Ежедневно на землю падает огромное количество солнечного излучения большая часть которого не используется. Задача коллектора — «впитать» в себя определенную долю этого излучения и преобразовать его в пригодную для человеческих потребностей энергию.

При этом важно отличать: солнечное излучение может быть преобразовано в 2 вида энергии – тепловую и электрическую.

  • Солнечные коллекторы применяются для получения тепла и нагрева воды. Они нагревают воду которая используется для ГВС и отопления здания.
  • Солнечные батареи (они же фотоэлектрические модули) применяются для выработки электроэнергии. Они имеют совершенно другой принцип действия.Виды солнечных коллекторов

Существует также комбинированная технология. Панели, которые одновременно вырабатывают электрическую и тепловую энергию.

Источники: term.od.ua

Устройство и принцип действия

Солнечный водонагреватель (вакуумный солнечный коллектор СВК) – это преобразователь тепловой энергии солнца. Солнечный водонагреватель обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры.

Коэффициент поглощения энергии солнечным водонагревателем составляет 97%. Солнечные водонагреватели устанавливают на крыше зданий с ориентацией на юг. Угол наклона относительно горизонта должен быть равен градусу широты местности. Для Северо-Запада России это значение равно 60°. При эксплуатации системы в зимний период рекомендуется угол наклона увеличить до 70°.

Через верхнюю часть коллектора и змеевик протекает незамерзающая жидкость. Эта жидкость забирает тепло из медных наконечников, а при перекачке отдает через змеевик (теплообменник) бака-аккумулятора (бойлера) и таким образом нагревает воду в баке.

Цикл передачи тепла из коллектора к баку-аккумулятору длится до тех пор, пока длится световой день и температура на выходе коллектора выше температуры воды в баке. Приемник солнечного коллектора выполнен из меди с полиуретановой изоляцией, закрыт листом анодированного алюминия.

Передача тепла происходит через медную «гильзу» приемника. Благодаря этому «солнечный» контур отделен от трубок, поэтому при повреждении одной или нескольких трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста и нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Включение и выключение насоса производит контроллер на основании показаний датчиков температуры. Датчики температуры находятся на выходе водонагревателя (коллектора), в баке-накопителе (бойлере) и «обратке» системы отопления. Кроме того, расширительный бак предохраняет систему от избыточного давления, возникающего при чрезмерном разогреве теплоносителя.

Таким образом, раздельная система с принудительной циркуляцией представляет собой автоматизированную систему преобразования и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный водонагреватель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной энергии. Нагретая вода используется для горячего водоснабжения и отопления.

Блок управления предназначен для контроля температуры в водонагревателе (солнечном коллекторе) и резервуаре-теплообменнике, а также для выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток. При этом контроллер регулирует поток теплоносителя через теплообменник, определяет направление подачи тепла (на систему горячего водоснабжения или на отопление).

В ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения.

Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить:

  1. Круглогодично — горячее водоснабжение;
  2. Сезонное отопление с экономией традиционных источников тепловой энергии до 70% (в зависимости от географической широты и климатических условий).

Источники: solarwindsystem.org

Стоит отметить что существует несколько типов коллекторов работающих от солнечного света. Основными типами являются плоский тип устройства и вакуумная модификация.

В плоском устройстве вода нагревается за счет падающих солнечных лучей проодящих через специальное стекло, с нанесенным на него спецраствором черного цвета для сохранения тепла.

Такая плоская панель делается воздухонепроницаемой, и имеет способность нагревать воду до температуры 200 градусов по Цельсию.

Вакуумный тип коллекторов имеет важное конструктивное отличие от плоских моделей устройства. Он имеет вид нескольких стеклянных трубок закрепленных на базовой панели. Эти стеклянные трубки имееют на внутренней поверхности стекла специальное покрытие собирающее солнечное тепло.

Кроме того внутри такой трубки располагается еще одна трубка меньшего сечения, причем между внешней и внутренней трубками имеется полость из которой откачан воздух. Эта вакуумная прослойка нужна для большей сохранности тепла, и способна повысить эффективность коллектора на 30 процентов, по сравнению с плоскими модификациями. С помощью такого коллектора вода способна нагреться до 300 градусов по Цельсию.

Еще одним технологическим отличием вакуумного типа солнечного коллектора является наличие специальной жидкости внизу трубки, которая вледствие нагрева превращается в пар, и, поднимаясь вверх, равномерно нагревает воду.

В регионах с малой продолжительностью светового дня и в условиях минусовой температуры такая схема работы дает значительный выигрыш в количестве тепловой энергии. Что касается цены, то, конечно, более конструктивно сложный вакуумный коллектор имеет более высокую цену, но при этом его характеристики имеют преимущества.

Источники: promplace.ru

Рекомендуем: Мужская мода 2020

Модная кожаная сумка и часы в подарок. Освободите свои карманы от ключей, телефонов и прочей мелочи. Лучшая цена для наших читателей на стильные мужские аксессуары. Жми на картинку прямо сейчас!

Виды

Пассивные

Пассивные солнечные водонагреватели имеют совмещенный аккумулирующий накопительный бак и коллекторные элементы. Накопительные баки утеплены для исключения потери тепла. Объем накопительного бака берется из расчета двухдневного потребления горячей воды.

Пассивные системы перемещают готовую воду или теплоноситель через систему без насосов. Пассивные системы имеют преимущество, в том, что отключение электричества или поломка циркуляционного насоса не будет проблемой. Это делает пассивные системы вообще более надежными, более легкими в обслуживании, и возможно более долговечными, чем активные системы.

Главными преимуществами данной системы являются:

  • Низкая цена,
  • Простота установки и обслуживания. (Для ее работы достаточно только, чтобы в баке была вода. Подача воды может поступать самотеком из открытого бака, находящегося выше самого водонагревателя).
  • Для работы данного типа установки НЕ требуется электроэнергия. Электроэнергия может быть нужна только в случае установки в бак дополнительного электронагревателя (ТЭНа).

Пассивные системы имеют преимущество, в том, что отключение электричества или поломка циркуляционного насоса не будет проблемой. Это делает пассивные системы вообще более надежными, более легкими в обслуживании, и возможно более долговечными, чем активные системы.

Эти нагревательные системы исключительно подходят в средней зоне для дачного использования в период с марта по октябрь.

Технические особенности

Для получения максимальной получаемой энергии от солнца, коллекторы направляют «лицом» на юг или с отклонением до 30 °С от южного направления и наклоном между горизонтом и коллектором 30-55 ° в зависимости от широты.

Устанавливать солнечные водонагреватели можно на крыше, используя уже ее наклон, на балконе и на земле. В комплекте с солнечным водонагревателем входит стойка для установки на горизонтальную поверхность.

Применение:

Пассивные солнечные водонагреватели в основном используются для:

  1. принятия душа
  2. бытовые расходы воды (мытье посуды)
  3. обогрев парников
  4. подогрев воды в бассейнах и т. д.

Схема подключения воды может быть производиться из общей водяной системы с использованием водяного клапана понижающего давление практически до «0» или с подачей воды из дополнительного резервуара. (см. схему), находящегося выше не менее 30 см. от входа в бак накопитель.

Выбор модели солнечного водонагревателя напрямую связан от ежедневного расхода горячей воды. Модели пассивного солнечного нагревателя отличаются объемом накопительного бака от 80 до 200 л и площадью коллектора (количество вакуумных трубок от 15 до 24 шт). При необходимости использовать вариант более 200 литров, можно соединить солнечные нагреватели последовательно для набора нужного объема запаса горячей воды.

Активные

Основное отличие активных солнечных водонагревателей от пассивных водонагревателей — это применение всей системы при магистральном давлении воды до 1 МПа. (10 атм.).

Это преимущество активных солнечных водонагревателей перед пассивными водонагревателями дает возможность применение их во всех областях, где необходима горячая вода.

Активная солнечная система как правило включает в себя коллектор, насос, систему контроля, жидкий теплоноситель (антифриз) и расширительный бак. Активные СВ как правило используются в разделенном виде, т. е. коллектор находиться на крыше дома, а накопительная емкость и система управления внутри помещения.

Элемент, преобразующий энергию Солнца, представляет собой стеклянную, вакуумную колбу, которая имеет высокую степень противоградовой прочности (примерно как лобовое стекло автомобиля), за счет специальной закалки боросиликатного стекла при температуре 460 градусов. Внутрь каждой стеклянной колбы, в вакуум, помещена двойная (трубка в трубке) медная тепловая трубка с боковыми радиаторами.

Система замкнута в объеме стеклянной колбы, длиной до 2 метров и шириной 10 см. По внутренней медной трубке, охлажденный в конденсаторе теплоноситель (антифриз) поступает вниз и, возвращаясь наверх по внешней трубке, нагревается от боковых радиаторов.

Нагрев воды в летний период доходит до 110 °С. Нагревательная труба действует как тепловой проводник высокой проводимости. Благодаря своим теплофизическим свойствам коэффициент трансформации тепла в тысячи раз выше лучших твердых проводников тепла таких же размеров.

Всё это обеспечивает коллектору работу в течение более короткого периода солнечного освещения и небольшого объема излучения. Для увеличения теплоотдачи, особенно в холодное время года, применяется постоянная принудительная циркуляция теплоносителя (антифриз) с помощью насоса.

По сравнению с другими технологиями такая труба может обеспечить достижение желаемой температуры в более ранний период суток, при нормальных условиях горячая вода может быть обеспечена два раза в день. По внутренней трубке охлажденный теплоноситель поступает вниз и, возвращаясь наверх по внешней трубке, нагревается от боковых радиаторов.

При этом присутствует эффект «запирания» трубы, исключающий теплопотери в ночное время.

Термоизолированный бак — имеет различную емкость в зависимости от модели, максимальный объем 500 литров. Модели наиболее пользующиеся спросом — это с объемом 200 и 400 литров. Бак способен удерживать температуру до 4 суток, с потерей примерно 2-3 градуса в сутки, в случае, если нет солнца.

В качестве резервного источника тепла, он оснащается электрическим ТЭНом мощностью до 2 кВт или газовым котлом, для автоматического подогрева воды до заданной температуры.

Данная установка может функционировать как по отдельности (от энергии солнца или от эл. энергии), так и одновременно по формуле солнце + эл. энергия и способна безотказно работать при температурном режиме до минус 60 °С.

Источники: solar-kollektor.ru

Открытый контур

Активные системы с открытым контуром используют насосы для циркуляции воды через коллекторы. Активные системы с открытым контуром являются популярными в регионах с положительными температурами или при сезонном использовании. Могут эксплуатироваться при температурах воздуха до −20 °C или −25 °C.

Закрытый контур

Активные системы с закрытым контуром. В этих системах теплоносителем коллектора является обычно водно-гликолиевый антифриз. Теплообменники передают высокую температуру от теплоносителя первого контура воде, которая запасена в баках (теплоаккумуляторах).

Системы с закрытым контуром популярны в областях, подвергающихся продолжительно действующим отрицательными температурам, так как они имеют хорошую защиту от замораживания.

В связи с высокими значениями температуры при застое теплоносителя в периоды максимальной облученности, не все антифризы пригодны для использования в солнечных системах.

Панельного типа

Конструкция самая простая. Коллектор выкрашен в чёрный цвет, помещён в корпус с теплоизоляцией и герметично закрыт стеклом, пластиком, поликарбонатом и т. п. Эффективность оставляет желать лучшего. Это объясняется тем, что жидкость теряет некоторую часть тепла при прохождении коллектор.

Эти потери обычно весьма ощутимы. Панельные с

Солнечные нагреватели воды - особенности устройства своими руками, инструкции на фото и видео

Содержание:

1. Особенности гелиосистем
2. Вакуумные гелиосистемы

В последнее время в Европе стали активно использовать солнечные нагреватели воды. Они позволяют обеспечивать семью горячей водой, а нередко хватает солнечных батарей для отопления дома, если установлено достаточное количество солнечных батарей. Энергия Солнца бесплатна, поэтому такие устройства позволяют сэкономить, причем неплохо. Кроме того, использование такой энергии не сказывается на состоянии окружающей среды.

нагрев воды солнцем

Нагрев воды солнцем практикуется не одно столетие. С давних пор люди нагревали воду в бочках, выставляя их на солнце. Что касается современных батарей, то они позволяют эффективно преобразовывать данную энергию в тепловую. Как они выглядят эти устройства, можно увидеть на фото.

Особенности гелиосистем


В развитых странах практически в каждом доме можно встретить солнечные батареи – их используют в качестве дополнительной системы нагрева воды и отопления. Гелиобатареи легко подключаются к основной системе, давая возможность экономить на других ресурсах (таких как газ, уголь) до 60%.

Чтобы обеспечить нагрев воды от солнца своими руками установить гелиосистему можно, но лучше подобную доверить эту работу специалистам. Чаще всего солнечные батареи устанавливают на крыше дома. Чтобы солнечные коллекторы для отопления были эффективны, необходимо внимательно просчитать угол наклона ската, угол падения солнечных лучей, количество ясных дней в году и многое другое. Исходя из этого, выбирают месторасположение коллекторов, их количество и площадь.

горячая вода от солнца

Водонагреватели на солнечных батареях работают следующим образом. Теплоноситель, нагретый солнцем, поступает в теплообменник, расположенный в накопительном баке. Чаще всего используют баки-аккумуляторы с двумя теплообменниками, сделанными из меди (прочитайте также: "Устанавливаем тепловой аккумулятор своими руками"). Этот материал имеет хорошую теплопроводность. Такая конструкция дает возможность применять нагретую воду не только в бытовых целях, но и для отопления (прочитайте: "Солнечное отопление дома своими руками - принцип изготовления").

Благодаря естественной конвекции горячая вода поднимается вверх, а холодная поступает вниз. Встроенный датчик регулирует температуру в устройстве и реагирует на ее изменение. Таким образом, человеку практически не нужно контролировать работу гелиосистемы.

В пасмурные дни, когда солнечных лучей недостаточно для нагрева, начинает работать основная система отопления. В жаркие дни, когда вода нагревается солнцем слишком быстро, расширительный бак принимает излишек теплоносителя. Наиболее эффективен нагрев воды солнцем в странах с теплым климатом, где в году много ясных дней.

нагрев воды от солнца

Глобальное использование энергии Солнца даст возможность существенно сократить расходы основных ресурсов-теплоносителей и улучшить экологическое состояние окружающей среды. Кроме того, это скажется на экономике стран с низкими запасами энергоресурсов.

На сегодняшний день наиболее распространены вакуумные трубчатые и пластинчатые солнечные коллекторы. Каждый из них обладает определенными достоинствами и недостатками. В то же время, специалисты считают, что наиболее эффективный нагрев воды от солнца обеспечивают вакуумные батареи.

Солнечный водонагреватель своими руками - подробное видео:


Вакуумные гелиосистемы


Установить солнечный нагреватель воды своими руками вполне возможно, но сначала нужно разобраться с принципом его работы. 

Вакуумный коллектор работает по принципу термоса. Состоит он из двух трубок, между которыми находится вакуум. Внутрь помещена медная герметичная трубка, в которой циркулирует жидкость, а снаружи располагается стеклянная трубка большего диаметра. 

солнечный нагреватель воды своими руками

Вакуум и медь благодаря хорошей теплопроводности позволяют воде закипать уже при 30 градусах. Установив солнечные нагреватели воды своими руками, можно эффективно отапливать дом даже в регионах с холодными зимами. Когда вода закипает, образовавшийся пар поднимается вверх и отдает тепло медному теплоприемнику, который передает его теплоносителю. Потом остывшая вода поступает вниз, и процесс начинается заново. 

Использование вакуумных коллекторов удобно еще и тем, что они легко ремонтируются. Если один из коллекторов пришел в негодность, то вышедший из строя элемент можно легко поменять на новую деталь, не демонтируя всю систему. Устройство солнечного водонагревателя вакуумного типа таково, что теплоноситель идет одним потоком, поэтому для замены испорченного элемента зачастую требуется остановить работу всей системы. В то же время, КПД гелиосистемы достигает 76%.

Широко распространено мнение, что от солнечных водонагревателей зимой и в пасмурную погоду нет никакой пользы. На самом деле, горячая вода от солнца – это вполне реально. Вакуумные коллекторы сделаны таким образом, что они достаточно эффективны даже при минусовой температуре (до -35 градусов). Кроме того, тучи не являются препятствием для нагрева воды, так как эти гелиосистемы улавливают даже ультрафиолетовое излучение. Но периодически коллекторы нужно очищать от инея и снега. Плоские гелиосистемы от снеговых осадков самоочищаются, их стоимость меньше, но в то же время, они не столь функциональны.

солнечные нагреватели воды характеристика

Солнечные коллекторы – это эффективный способ обогрева дома, который позволяет неплохо сэкономить на традиционной системе отопления. Также массовое использование гелиосистем позволит улучшить экологическую обстановку. Именно поэтому в последнее время все большее количество людей выбирает такой способ получения тепловой энергии.

Как солнцем нагреть воду за городом без лишних расходов летом, весной и осенью

Солнечный водонагреватель своими рукамиКаждый год традиционные источники энергии дорожают, и конца этой гонке цен не видно. А между тем мощнейший источник энергии, который мы видим почти каждый день, «работает» совершенно бесплатно. И если пока человечество не научилось достаточно эффективно получать энергию напрямую в виде электричества, то тепловую энергию солнца может использовать любой человек, – было бы желание!

Ведь в солнечной местности светило посылает приблизительно 1 кВт энергии каждый час. Грех не воспользоваться таким источником хотя бы для нагрева воды. При этом расходы по созданию и установке водонагревательного устройства – минимальны. Изобретатели на просторах страны уже давно используют самые различные установки для нагрева воды.

Среди них есть простейшие и более сложные, с автоматическим управлением. Всё зависит от технической подготовленности, финансовых возможностей и, конечно же, желания.

Как же умельцы получают сегодня горячую воду от солнца?

Создать солнечный нагреватель своими руками совсем несложно.

Изготавливаем водонагреватель с помощью нагревательной ёмкости

Это самый простой вариант.
Обычную ёмкость в виде бочки, старого бака, устанавливают на крыше летнего душа или дома, сарая и подключают через шланг к обычному крану.

Если ёмкость окрасит в чёрный цвет, нагрев будет происходить быстрее.

К концу дня вода прогревается примерно до 45С. Эти данные справедливы для полиэтиленового бака в 200-300 литров. Желательно, чтобы он был плоским – это повышает эффективность нагрева.

Весь минус в том, что всю воду необходимо использовать вечером, т.к. утром она станет холодной.

Чтобы «ликвидировать» этот недостаток, придётся утеплять саму ёмкость или сливать нагретую воду в опять-таки утепленный резервуар. Можно воду просто подать в бойлер и, когда она остынет, подогреть. Хоть сколько-то электричества, но экономится.

Ещё один вариант – держать бойлер постоянно подключённым к установленному на крыше резервуару. Тогда вода будет постоянно циркулировать; её можно будет использовать в режиме «онлайн».

Существенный недостаток системы в том, что она не работает при температуре ниже +20С. Поэтому существуют и другие способы нагрева воды в межсезонье.

Отопление ПЛЭН ПЛЭН отопление создаст уют и обогреет вашу дачу в холодную погоду.

Не хотите делать монтаж отопительной системы, т.к. на даче бываете редко? Купите переносной инфракрасный обогреватель. О том какие виды существуют, и какой прибор больше подойдет вам, прочитаете в нашей статье.

Солнечный водонагреватель – коллектор

Водонагреватель из шланга своими рукамиТакое устройство считается наиболее эффективным. Здесь всё дело – в материале, из которого изготавливается коллектор. Чаще всего это:

  • сталь
  • медь
  • латунь.

Но сборка с применением металла трудоёмка (пайка, сварка, уплотнения и т.п.), поэтому используют другие материалы. Есть вариант применения полипропиленовых труб, – они стоят дешевле. Однако их соединение также может вызвать трудности, связанные с уплотнением стыков.

Другой минус – значительная деформация при нагреве, у металлопластиковых труб это не так заметно, но полипропилен имеет высокий коэффициент теплового расширения. Этот недостаток может вызвать протечки в системе.

Есть оригинальное и простое решение, заключающееся в использовании садового шланга, как солнечного коллектора. Весь процесс сборки ограничивается скручиванием его в спираль и помещением в подходящий ящик.

Отличная гибкость, отсутствие соединений гарантируют отсутствие протечек, а длина шланга позволяет подсоединять его непосредственно к сантехническим приборам без промежуточных соединений.

Производительность такой системы зависит от длины шланга. При его диаметре в 2,5 см и температуре воздуха не менее +25С, один метр шланга нагревает 3,5 литра воды до +45С.

Выходит, что в солнечный день к вечеру 10 метров «выдадут» вам 280 литров горячей воды. Система работает при понижении температуры до +8С.

Как происходит процесс нагрева воды

Солнечные лучи попадают на спираль через стекло и нагревают спираль. Нагретая вода становится источником длинноволнового излучения, которое отражается от стекла. Т.е., солнечные лучи оказываются в своеобразной тепловой «ловушке».

  1. Для создания этого обогревательного устройства понадобится ящик, куда будет помещаться спираль из шланга чёрного цвета, использование других оттенков приведет к потере 5% тепла. Он может быть резиновым или из ПВХ. Диаметр – не менее 1,9 см, толщина стенок не более 2,5 мм.
  2. Шланг присоединятся к бойлеру, который должен быть выше спирали. Дно ящика необходимо утеплить пенопластом, окрашенным в чёрный цвет.
  3. Сам ящик сверху закрывается оконным стеклом (органическое не подойдёт из-за того, что плохо удерживает солнечное излучение).
  4. Между стеклом и ящиком необходимо установить резиновую прокладку.

Печь с водяным контуромПолучить горячую воду, а также отопить помещение вам поможет печь с водяным контуром. Очень подходит для дач и небольших загородных домиков.

Прежде чем вы решитесь на покупку водонагревателя, почитайте отзывы и изучите основные преимущества и недостатки. Информацию по наливным водонагревателям для дачи можно найти по адресу: https://obogreem.net/otopitel-ny-e-pribory/vodonagrevateli/nalivnoj-vodonagrevatel-dlya-dachi.html.

Водонагреватель из бутылок ПЭТ

Мысль в том, чтобы сначала создать модули (по 3 бутылки, можно и 4, 5), затем каждый из них подсоединить к пластиковой трубе, которая подключается с одной стороны к источнику холодной воды, с другой – выдаёт горячую жидкость. Лучше всего использовать бутылки ёмкостью в 2-2,5 литра. Соединять их надо по принципу «горлышко в дно».Солнечный водонагреватель из ПЭТ бутылок

  • Для этого в дне вырезается отверстие под горлышко диаметром 26 мм. Отверстие должно быть расположено строго по центру. Поэтому сначала наметьте центр, просверлив дырку сверлом 3-6 мм.
  • Чтобы обеспечить герметизацию, резьбу на горлышке смажьте герметиком и оставьте конструкцию в неподвижном состоянии на 2-3 дня. На дне верхней бутылки сделайте отверстие!
  • Модуль из трёх бутылок таким же способом (можете придумать и какой-то другой) присоединяются к пластиковой трубе, в один конец которой входит холодная вода.

Число модулей может быть и большим. Для получения 200 л горячей воды надо где-то 110 бутылок – это три квадратных метров площади.

  • Получившийся блок разместите в ящике, закрытом оконным стеклом. Угол наклона – от 10-ти до 30-ти градусов.

Получившаяся система гораздо эффективнее чёрной бочки с водой, установленной на крыше.

Большинство самодельных конструкций по нагреву воды солнцем летом дают экономию 70-80% энергии, растрачиваемой на нагревание. Осенью, весной – до 40%. При этом за год у светила «забирается» до 400 кВт/ч на человека! Есть о чём подумать.

Самодельный солнечный водонагреватель своими руками для дома: схема, принцип работы

Солнце является мощным и бесконечным источником тепловой энергии для нашей планеты. Она достается нам абсолютно бесплатно, отсюда и возникла идея использовать ее для потребностей человека. Другое дело, что устройства – преобразователи солнечного излучения в тепло нынче достаточно дороги. Даже небольшой солнечный коллектор заводского изготовления стоит приличных денег. Зато собственноручно смастерить самодельный солнечный водонагреватель может любой желающий, а как это сделать, будет рассказано в этой статье.

Принципе действия водонагревателя

Чтобы взяться за дело с пониманием вопроса, следует вначале разобраться, в чем заключается принцип работы солнечного водонагревателя. В качестве примера лучше всего взять заводской аппарат, который в состоянии подогревать воду даже в зимнее время, хотя в гораздо меньших объемах, нежели летом.

Устройство представляет собой батарею, собранную из множества отдельных элементов в виде стеклянных трубок.Внутри каждой трубки, изготавливаемой из кварцевого стекла, располагается еще одна, окрашенная в черный цвет и наполненная веществом, что испаряется при низких температурах.

С целью не допустить потерь тепла изнутри, а также избежать воздействия окружающей среды снаружи, из пространства между трубками удален воздух. Концы всех элементов входят в горизонтальный коллектор, где протекает нагреваемая вода. Подобные вакуумные трубки для водонагревателя весьма эффективно поглощают солнечное тепло и передают его воде за счет испарения / конденсации вещества (рабочего тела).

Система функционирует следующим образом:

  • под воздействием солнечных лучей рабочее тело превращается в пар и поднимается в верхнюю часть стеклянной колбы;
  • контактируя сквозь стенки с потоком воды, вещество отдает ему тепловую энергию и возвращается в жидкое агрегатное состояние;
  • подчиняясь силе тяжести, рабочее тело стекает в нижнюю часть, где цикл начинается заново;
  • обычно солнечные водонагреватели, находящиеся на крыше, присоединяются к дополнительному змеевику бойлера косвенного нагрева. Таким способом осуществляется передача теплоты домашней отопительной сети.

Примечание. Вакуумные трубки изготавливаются из кварцевого стекла, которое, в отличие от обычного, пропускает волны ультрафиолетового диапазона. Это позволяет поглощать энергию солнца во время облачности и в холодный период года.

Как нетрудно догадаться, соорудить подобную конструкцию в домашних условиях невозможно. Приведем более удачный пример: безнапорный водонагреватель, где происходит передача тепла напрямую, без посредника. В прямоугольный корпус с хорошо утепленной задней стенкой помещен змеевик из меди, подключенный к накопительному баку. В контуре естественным образом циркулирует вода, нагреваясь от солнца напрямую, вследствие чего температура в накопительной емкости постепенно возрастает.

Трубка змеевика запрессована в металлическую пластину – теплоприемник темного цвета, от воздействия осадков она защищена прочным стеклом. Данный солнечный накопительный водонагреватель не так дорог, как вакуумный, но и менее эффективен. Он хорошо действует только в солнечную безоблачную погоду. Зато его конструкция проще и может быть реализована в домашних условиях.

 

Для справки. Существует еще один способ воспользоваться энергией солнца – установить обычный водонагреватель на солнечных батареях, вырабатывающих электричество. Но такая система очень дорога, хотя может функционировать круглогодично.

Выбор материалов

Итак, определившись с концепцией будущего солнечного нагревателя для воды, перейдем к подбору материалов для теплообменника. Тут есть из чего выбирать, нагревательный контур можно сделать из:

  • медной трубки – идеальный вариант;
  • черных полимерных труб;
  • секций плоских стальных радиаторов;
  • алюминиевых трубок.

Примечание. Мастера – умельцы, давно воплотившие идею в жизнь у себя дома, применяли в качестве нагреваемого контура резиновый садовый шланг черного цвета или теплообменник от старого холодильника.

Сложнее всего определить теплообменную поверхность змеевика. Если вместо него взять стальные радиаторы, то долго думать не придется. Все равно больше 2 панелей в одном корпусе установить не получится, иначе конструкция будет слишком тяжелой. В остальных случаях солнечный водонагреватель, сделанный своими руками, надо рассчитывать экспериментальным путем. Солнечная активность в каждом регионе разная, также играет роль расположение дома и его ориентация в пространстве. Поэтому дать однозначные рекомендации о длине змеевика из такого-то материала затруднительно, ее надо определить индивидуально.

Для изготовления корпуса теплоприемника можно взять деревянные доски и лист фанеры, а вместо лицевой панели из стекла применить такой простой материал, как поликарбонат. Он прозрачен и достаточно прочен, разбить его не сможет даже сильный град.

Так что водонагреватель из поликарбоната выйдет ничем не хуже стеклянного. Что касается накопительного бака, то его можно смастерить из листового металла либо приобрести готовую пластмассовую или стальную емкость. Соединительные трубы проще всего поставить полимерные, например, из металлопластика.

Рекомендации по изготовлению

Для тех, кто предпочитает простые решения, есть вариант, давно придуманный нашими дедами. На крышу дома или отдельной душевой устанавливается один либо несколько баков, выкрашенных в черный цвет. Такой водонагреватель работает просто: теплая вода по вертикальной трубе из бочки течет прямо в душевую, стоит только открыть кран. Для заполнения емкости к ней прокладывается водопроводная магистраль. При хорошей солнечной активности в летнее время вода в бочке нагревается буквально за несколько часов.

Простой бак на крыше не сравнится с солнечным коллектором по эффективности, пусть даже и самодельным. Поэтому, определившись с размерами теплоприемника, надо изготовить корпус, куда потом следует поместить змеевик. Предпочтительнее его собрать из дерева, оно не так сильно пропускает тепло, как металл. Перед укладкой теплообменника заднюю стенку необходимо утеплить слоем пенопласта. Общая схема солнечного водонагревателя с накопительным и подпиточным резервуаром представлена на рисунке:

Просто собрать тепловой приемник своими руками – это еще не вся работа, нужно его правильно задействовать в системе водоснабжения. Показанная на схеме солнечная водонагревательная установка состоит из бака – аккумулятора, емкости подпитки и самого коллектора. Не стоит ставить лишнее насосное оборудование, надо позволить воде циркулировать естественным образом. Необходимо проследить, чтобы аккумулятор стоял немного выше теплоприемника, а подпиточная емкость – выше аккумулирующей.

Резервуар для горячей воды следует обязательно утеплить, для этого подойдет любой рулонный материал. Чтобы накопительный водонагреватель функционировал в автоматическом режиме, во втором бачке нужно поставить поплавковый клапан, реагирующий на снижение уровня жидкости. К патрубку клапана подводится труба от водопровода. Теперь во время расхода в основном резервуаре при помывке в его нижнюю зону будет подаваться холодная вода. Не забудьте предусмотреть вертикальный патрубок для выпуска воздуха, поднятый на необходимую высоту.

Заключение

Благодаря солнечной энергии в теплое время года ваш частный дом или дача может быть обеспечена горячей водой, за которую не придется платить. Затраты, что придется понести при изготовлении водонагревательной установки, минимальны: надо купить трубы, краны и прочие недостающие материалы. Вложения средств в самодельную систему несравнимы с ценой заводских солнечных коллекторов.

Нагрев воды солнцем - Солнечные водонагреватели

Инновации в энергосбережении.

Нагрев воды солнцем. Солнечные водонагреватели.

Современные солнечные системы отопления не только поддерживают температуру воды в бассейне, они способны готовить горячую воду и даже отапливать помещения. Их популярность растет по нескольким причинам. Солнечные системы отопления являются надежными, гибкими и экологически чистыми, поскольку они используют возобновляемую энергию солнца. Многие системы используют гладкие, привлекательные и тонкие коллекторы, что люди часто принимают их за чердачные окна.

Знаете ли вы, что солнечные системы отопления хорошо работают во многих различных климатических условиях? Некоторые применения, например, отопление бассейна, сегодня широко используется и это экономически эффективно. Экономическая эффективность применения зависит от конкретных обстоятельств, таких как тип и стоимость обычного источника энергии.

Солнечная система отопления является существенной но вознаграждающей инвестицией. Она может уменьшить ваши ежемесячные счета за отопление и одновременно обеспечивать защиту окружающей среды.

Что такое солнечные водонагреватели?

Солнечные нагреватели, или солнечные тепловые системы, обеспечивают экологически чистое тепло для бытового водоснабжения, отопления, и бассейнов. Системы собирают солнечную энергию для нагрева воздуха или жидкости. Затем воздух или жидкость передает солнечное тепло прямо или косвенно вашему дому, воде или бассейну.

Солнечные водонагреватели, которых иногда называют солнечными системами горячего водоснабжения, могут быть хорошей инвестицией для вас и вашей семьи. Солнечные водонагреватели являются экономически эффективными в течение всего срока службы системы. Хотя солнечные водонагреватели стоят дороже, чем обычные водонагреватели, но они используют бесплатный источник энергии - солнце. Солнечные технологии отопления могут быть использованы в любом климате. Чтобы воспользоваться преимуществами солнечной энергии, вам потребуется наличие незатененной области, которая выходит на юг, юго-восток или юго-запад. В некоторых случаях, может потребоваться установка солнечных коллекторов на западной стороне.

Тип системы, в том числе и тип коллектора (является ли он активным или пассивным), зависит от нескольких факторов. Это - участок, климат в котором вы живете, установка, стоимость, и как вы хотите солнечную систему отопления использовать.

Каковы основные компоненты солнечной системы?

Солнечные водонагреватели и солнечные обогреватели состоят из солнечных коллекторов, и все системы, кроме обогревателей бассейнов, имеют резервуары. В системах обогрева бассейнов, сам бассейн служит резервуаром, а фильтрационный насос бассейна циркулирует воду через коллекторы. Активные системы также имеют циркуляционные насосы и управление; пассивные системы работают без дополнительного оборудования.

Три типа солнечных коллекторов используются для жилых помещений: плоские, интегрированные (ICS) и вакуумные.

Плоские коллекторы

Плоские коллекторы являются наиболее распространенными. Застекленные плоские коллекторы по существу изолированы от атмосферных влияний, содержат темные пластины абсорбера (поглотителя). Незастекленные плоские коллекторы - это просто темная пластина абсорбера из металла или полимера. Незастекленные плоские коллекторы изготовлены из полимерных материалов обычно используются в солнечных системах отопления бассейнов.

Интегрированные коллекторные системы

Интегрированные коллекторные системы, также известные как ICS, выполнены из одного или более черных резервуаров или труб, помещенных в изолированный застекленный контейнер. Сначала холодная вода проходит через солнечный коллектор, который предварительно нагревает воду, а затем попадает в обычный резервный водонагреватель. ICS системы - это простой, надежный солнечный водонагреватель. Однако их следует устанавливать только в таких климатических зонах, где зимой не бывает сильных холодов. Открытые трубы могут просто замерзнуть.

Вакуумные коллекторы

Вакуумные солнечные коллекторы, как правило сделаны из параллельных рядов прозрачных стеклянных трубок. Каждая стеклянная трубка внутри содержит металлическую трубку абсорбера. Абсорбер покрыт высоко-селективным покрытием, которое улавливает солнечную энергию, а между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуум помогает сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии.

Резервуары хранения

Большинству солнечных водонагревателей требуется хорошо изолированный накопительный резервуар. Солнечные резервуары имеют дополнительные впускные и выпускные отверстия для соединения с коллектором. Активные солнечные системы обычно включают в себя резервуар для хранения наряду с обычными водонагревателем. В системах с двумя резервуарами, солнечный водонагреватель подогревает воду перед подачей ее в обычный водонагреватель. В системах с одним резервуаром, резервный нагреватель помещается в один резервуар.

Активные солнечные водонагреватели

Активные солнечные водонагреватели используют насосы для циркуляции воды или незамерзающей жидкости (теплоносителя) из резервуаров через коллекторы. Активные системы, как правило, дороже, чем пассивные, но они также более эффективные.

Системы прямой циркуляции используют насос для циркуляции бытовой воды через коллекторы. Они хорошо работают в климате, где заморозки бывают крайне редко. Системы непрямой циркуляции используют насосы для циркуляции незамерзающего теплоносителя через коллекторы и теплообменник. Он нагревает воду, которая потом поступает в дом. Такие системы популярны в холодном климате.

Пассивные солнечные водонагреватели

Пассивные солнечные водонагреватели перемещают воду теплоноситель через систему без использования насосов или электричества. Пассивные системы работают без электроэнергии, но они не должны использоваться в климате, где температура часто опускается ниже нуля. Как правило, пассивные системы дешевле, чем другие типы солнечных систем. Они также являются более надежными и имеют более длительный срок службы, однако, пассивные системы обычно не так эффективны, как активные системы.

Интегрированные ICS пассивные солнечные системы - хороший выбор где температура редко опускается ниже нуля. Они также хороши в домашних хозяйствах, где значительная потребность горячей воды существует днем и вечером.

Термосифонные системы

Принцип работы термосифонной системы основан на разности плотности нагретого и охлажденного теплоносителя. Когда вода (теплоноситель) горячая, она поднимается, а когда холодная - опускается. В этой системе, коллектор должен быть установлен ниже резервуара так, что горячая вода поднималась в резервуар. Эти системы надежны, но перед установкой ее на крышу, следует учитывать большой вес резервуара. Термосифонные пассивные солнечные системы, как правило дешевле, чем активные системы, но дороже, чем ICS системы.

Как улучшались солнечные системы?

С начала 1970-х годов, эффективность и надежность систем солнечного отопления и коллекторов значительно возросли, а цена упала. Усовершенствование материалов и более привлекательный дизайн сделали их более доступными и популярными.

В настоящее время, вместо обычного стекла для остекления, используется закаленное стекло с низким содержанием железа. Улучшенная изоляция и прочное селективное покрытие абсорберов улучшили эффективность и помогли снизить затраты за срок службы. Внешний вид системы также сильно улучшился. Современные коллекторы обычно могут быть установлены на одном уровне с крышей.

Зачем мне инвестировать в солнечные тепловые системы?

Первый вопрос, который многие люди спрашивают при рассмотрении домашних расходов: "Сколько это будет стоить?" Ответ зависит от типа системы, и как вы хотите ее использовать (например, для нагрева воды в бассейне или подачи горячей воды в дом), и вашего географического местоположения. Но большинство солнечных тепловых систем стоит в порядке нескольких тысяч долларов. Хотя это, как правило, больше, чем стоимость обычной газовой или электрической системы, современные солнечные системы являются очень экономически конкурентоспособными, если учесть общие энергетические затраты в течение всего срока службы системы.

Как правило, ваши ежемесячные счета за газ или электроэнергию были ниже и более предсказуемые до тех пор, пока у вас появился дом. Кроме того, солнечные системы отопления обеспечат независимость от роста цен на топливо.

Еще одна важная причина инвестировать в солнечные системы может быть менее ощутимой. Когда вы покупаете солнечную систему отопления, вы поддерживаете технологии, которые хороши для окружающей среды. Вы делаете сознательное и ответственное дело, чтобы помочь уменьшить вредные выбросы ископаемых видов топлива, сохраняя при этом качество вашей жизни.

Как ваша солнечная система отопления поможет окружающей среде?

В зависимости от типа обычно используемого топлива, заменив электрический водонагреватель на солнечный, можно компенсировать эквивалентно от 40 до 100 процентов выбросов диоксида углерода легкового автомобиля. Углекислый газ удерживает тепло в атмосфере, что способствует возникновению парникового эффекта, который изменяет климат нашей планеты и экологические системы. Использование солнечной энергии вместо не возобновляемых видов топлива может уменьшить уровень оксидов азота и диоксида серы, которые являются компонентами смога.

Подходит ли мой дом для солнечной системы отопления?

Первое что требуется рассмотреть перед созданием солнечной тепловой системы - это ваш участок. Существуют ли не затененные зоны, в целом выходящие на юг? Если да - вопрос решен. Профессионал должен оценить вашу крышу в качестве места для установки коллекторов. Если на крыше места не хватает, вы также можете установить систему на земле. Количество солнца доступного на вашем участке, как часто температура падает ниже ноля, также как и другие факторы, влияют на тип солнечной системы.

Какого размера должна быть моя солнечная система, и на какие функции обратить внимание?

Некоторые ответы на вопросы о размере и возможностях системы зависит от того, как планируется использовать солнечную систему. Здесь вы найдете общую информацию про размер системы для нагрева воды, бассейнов, и отопления помещений.

Размеры тепловой системы для нагрева бытовой воды

Так же, как обычные, солнечные водонагреватели бывают разных размеров. Определение размера солнечных водонагревателей заключается в определении общей площади коллектора и объема резервуара, чтобы удовлетворить от 90% до 100% потребности горячей воды в течение лета. Для расчета, как правило, используются компьютерные программы.

Как правило, проектировщики следуют ориентира - 2 квадратных метра площади коллектора на каждого из первых двух членов семьи. На каждого дополнительного добавляется 0,7 квадратных метров (если проживаете в южном климате) и от 1,1 до 1,3 квадратных метров (если проживаете в более холодном климате).

Для активных систем, размер резервуара увеличивается исходя из размеров коллектора. Небольшой системы (250 литров) как правило, достаточно для одного - трех человек; системы среднего размера (300 литров) - для трех-четырех человек; и большая система (450 литров) подходит для четырех - шести человек.

Размеры солнечной системы для нагрева бассейна

Для нагрева бассейна солнечной энергией потребуется коллектор от 50% до 100% площади поверхности вашего бассейна. Ваше географическое расположение и другие факторы определят точный размер. Например, бассейну 4,5 - 9 метров в теплом климате обычно требуется такой коллектор как и площадь самого бассейна (100%). Это потому, что в теплом климате люди пользуются бассейном круглый год. В более холодном климате, где бассейн используется только 3 - 4 месяца в год, потребуется коллектор более меньшей площади (около 50% - 60% площади поверхности бассейна).

В целом, добавляя больше площади удлиняет купальный сезон и позволяет владельцам использовать бассейн в более холодную погоду. Накрытие бассейна снижает потери тепла и помогает поддерживать теплую температуру в течение длительного периода.

Размеры солнечной системы для отопления помещений

В отличие от солнечного нагрева воды, солнечное отопление помещений как правило, требует больших и более сложных систем. Размер площади коллектора необходимого для отопления дома зависит от многих факторов. К ним относятся: доступное количество солнечной энергии, эффективность коллектора, местный климат и потребность отопления. Потребность отопления зависит от уровня изоляции, герметичности дома и образа жизни жителей. Как правило, площадь солнечного коллектора примерно равна 10% - 30% от площади пола в доме.

Сколько денег солнечная система может сэкономить и сколько это будет стоить?

Экономия зависит от того, как солнечная система будет использоваться, а также, от ее типа и размера.

Экономия и расходы для солнечного нагрева бытовой воды

В долгосрочной перспективе солнечные системы отопления позволяют сэкономить много денег. По сравнению с электрическими водонагревателями, годовые расходы на электроэнергию используя солнечные системы, сокращаются на 50 - 85 процентов. В зависимости от цены традиционного топлива, солнечный водонагреватель будет более экономичным в течение срока службы, чем нагревание воды с помощью электричества, мазута, пропана, или даже природного газа. Это потому, что он использует бесплатную энергию солнца.

Часто люди выбирают электрические водонагреватели потому, что их очень легко установить и они относительно недорогие. Однако исследования показывают, что средняя семья с электрическим водонагревателем на нагрев воды тратит около 25% всех средств за энергию дома.

Экономия и расходы на солнечное отопление бассейна

Покупка и установка солнечной системы для вашего бассейна обойдется вам в 1 - 3 тыс. долларов. Это обеспечивает окупаемость от 1,5 до 7 лет, в зависимости от стоимости топлива, которого ваша система заменяет. Фактические затраты и окупаемость зависит от участка, типа системы и продолжительности купального сезона.

Часто окупаемость даже не может быть рассчитана, потому что многие люди не хотят отапливать бассейны в целом, учитывая дополнительные расходы на энергию. Солнечная система позволяет таким домовладельцам плавать в бассейне, в котором делать это ранее было слишком дорого или слишком холодно.

Экономия и расходы на солнечное отопление помещений

Стоимость солнечной системы отопления помещений зависит от многих факторов, в том числе, размера вашего дома, герметичности, количества требуемого тепла с обычного резервного источника, системы и участка. В целом, солнечные системы отопления помещений могут обеспечить от 40% до 60% потребностей на отопление. Наиболее экономичным системы являются для тех, которые иначе бы отапливались электричеством, а не природным газом или другим видом топлива.

Солнечное отопление помещений больше всего необходимо, когда солнечный свет является наименее доступным, в течение зимы и в ночное время и меньше необходимо - в течение лета и днем. Поэтому сегодняшние солнечные технологий вряд ли будут экономически эффективным решением для активного солнечного отопления в большинстве домов. Тем не менее, хорошая альтернатива, чтобы использовать методы пассивного солнечного дизайна.

Какие проблемы в обслуживании и затраты на ремонт солнечных тепловых систем?

Расходы на содержание вашей солнечной системы зависят от типа технологии и как часто температура в вашем регионе опускается ниже нуля. Пассивные системы не требуют особого технического обслуживания. А на счет активных систем вам следует обсудить это с поставщиком или внимательно прочитать руководство по эксплуатации. Водопровод и другие обычные компоненты требуют такого же обслуживания как и в обычных системах.

Регулярное техническое обслуживание простых систем производится раз в 3 - 5 лет, предпочтительно поставщиком. Системы с электрическими компонентами обычно требуют замены одного - двух элементов через 10 лет. Простые, регулярные проверки системы также могут быть эффективными.

Нужна ли мне обычная система в качестве резервной?

Нуждаетесь ли вы в резервной системе для солнечной системы отопления во многом зависит от типа солнечной системы и где вы живете. В пасмурные дни и при повышенном спросе горячей воды, солнечным водонагревательным системам почти всегда нужна резервная система. Резервная система - это газо или электро водонагреватель, который уже может быть частью солнечной системы. Он также может быть частью солнечного коллектора, как резервуар на крыше с термосифонной системой.

Например, ICS системы могут быть с проточным газовым водонагревателем в качестве резервной системы. ICS система хранит горячую воду помимо накопления солнечного тепла, а проточный водонагреватель обеспечивает горячую воду, когда солнечное тепло не доступно.

Большинство людей не нуждаются в использовании резервного нагревателя для солнечных нагревателей бассейнов. В холодном климате солнечные нагреватели бассейнов используются в основном в летнее время. СПА или горячие ванны являются исключением. В теплом климате нагреватели для бассейнов могут быть использованы круглый год.

Если вы решили установить солнечную систему отопления помещений, вам наверняка будет необходима резервная система. Чтобы производить достаточно энергии для отопления дома в ночное время и в зимний период, системы отопления требуют большой площади коллектора, значительного резервуара и высокоэффективных ограждающих конструкций здания. Солнечная система отопления помещений как правило, обеспечивает от 40% до 60% потребностей для обогрева вашего дома. Резервная система гарантирует, что ваш дом будет теплым во время отключения электроэнергии, в прохладные дни или в большую облачность.

Узнать больше:

 Остались вопросы? Напишите нам: [email protected]

 

 

ЗАКАЗАТЬ РАСЧЁТ

 Если выбор гелиосистемы вызывает у Вас затруднение, оставьте заявку на расчёт и квалифицированные специалисты нашей компании помогут подобрать солнечную водонагревательную установку удовлетворяющую Вашим потребностям. 

 

схема, устройство и прочее + видео

Человечество активно жжёт нефть, газ, уголь, торф, дрова и другие виды топлива, чтобы обеспечить себе комфортное существование, приготовление пищи и реализацию других потребностей. Тем самым оно засоряет атмосферу, отравляя природу в собственном доме. Замкнутый круг. Разорвать его можно, только используя альтернативные источники энергии, одним из которых является солнечный свет. Он поможет вырабатывать электричество, греть воздух или воду при помощи устройств, которые можно изготовить собственноручно.

Как работают солнечные водонагреватели, в чём выгода

Распространёнными способами использования энергии солнца в настоящее время являются два направления: выработка электроэнергии и прямой нагрев воды для хозяйственных и санитарных нужд. Накопленный опыт технических решений в этом направлении говорит об их достаточной эффективности, следствием чего становится значительная экономия затрат на отопление и горячее водоснабжение.

Солнечные коллекторы могут применяться для отопления и нагрева воды не только в летнее время, но и в течение всего года

Разовые затраты на изготовление позволят в дальнейшем регулярно получать бесплатное тепло и использовать его по своему усмотрению.

Классификация солнечных водонагревателей

Устройства для утилизации солнечной энергии можно условно разделить на виды по разным признакам. Например, по применяемому способу циркуляции теплоносителя:

  1. Устройства, в которых используется естественная циркуляция. В этом случае нагретая вода, имеющая меньшую плотность, естественным образом поднимается по ёмкости и попадает в накопитель. Во избежание потерь тепла накопитель нужно изолировать с применением рулонных утеплителей. Характерными особенностями такого технического решения является вертикальное или наклонное расположение регистров нагрева и необходимость установки бака-накопителя выше уровня верхней части теплообменника.

    Движение жидкости осуществляется не при помощи насоса, а за счёт разной плотности

  2. Агрегаты с принудительным обращением теплоносителя. Для этого применяются маломощные, но довольно эффективные циркуляционные насосы. При такой конструкции накопитель тёплой воды можно располагать в любом месте, включая подвал. При использовании бойлера косвенного нагрева в качестве теплоносителя можно использовать масло, чаще всего применяется трансформаторное.

    Чтобы горячая вода не остывала, бак необходимо утеплить

Можно разделить водонагреватели по конструкционным особенностям греющего коллектора:

  1. Вакуумные. Их устройство представляет собой колбу из кварцевого стекла, внутри которой располагаются элементы нагревательного устройства. Кварцевое стекло свободно пропускает ультрафиолетовое излучение, что позволяет согревать воду до образования пара, а если применяется масло, то его температура может достигать 250–300 градусов. Воздух из колбы откачивается, что предотвращает рассеивание светового потока и повышает эффективность системы. Изготовить такой нагреватель в домашних условиях практически невозможно, а заводские изделия стоят довольно дорого. Но, учитывая высокую эффективность таких устройств, на такую трату можно согласиться, ведь они работают зимой, летом и в пасмурную погоду.

    Вакуум является лучшим теплоизолятором, поэтому потери тепла в коллекторе минимальны

  2. Панельные. В таких конструкциях в качестве теплообменника используются плоские панели, например, стальные штампованные радиаторы отопления. По сравнению с первыми, такие устройства гораздо менее эффективны, большое количество тепла теряется в процессе прохождения по сети водоснабжения и в самом коллекторе. Панели нужно упаковать в корпус из материала с низкой теплопроводностью, верхнюю стенку изготовить из стекла, поликарбоната или прозрачного пластика. Но ни один из этих материалов не пропускает ультрафиолетового излучения, что и является причиной их пониженной эффективности.

    В конструкциях используются плоские панели

Классификация по типу греющего контура:

  • разомкнутые — это самая простая система для организации в доме горячего водоснабжения. При этом нагретая вода не возвращается в нагреватели, а расходуется на покрытие бытовых потребностей;
  • одноконтурные системы — подогретая в коллекторе вода после прохождения системы отопления возвращается обратно. Схема оборота воды из солнечного коллектора встраивается в отопительную систему и работает с принудительной циркуляцией через узел подмеса;

    В одноконтурной системе потребляемая горячая вода циркулирует через солнечный коллектор и бак

  • двухконтурные — нагретый теплоноситель подаётся в бойлер косвенного нагрева, где отдаёт тепло находящейся в нём воде. Охлаждённый возвращается в коллектор солнечного нагревателя. В первичном контуре при такой организации целесообразно использовать масло. Вода из вторичного контура может использоваться как в системе отопления, так и в схеме горячего водоснабжения дома. Бойлер рекомендуется утеплять дополнительно для снижения потерь энергии.

    Контуры циркуляции незамерзающей жидкости и расходной воды разделены

Ориентируясь по принципу действия, можно разделить водонагреватели на активные и пассивные:

  • пассивные системы — приёмный бак всегда находится над коллектором, циркуляция воды происходит естественным образом. Устройство не требует дополнительного инструментального контроля. Недостатком такой системы является неравномерная работа и скачкообразные показатели по мощности. Применяется для временных установок типа летнего душа или сезонного использования в системе горячего водоснабжения дома или оросительных сетях для полива огорода;

    Пассивные системы можно использовать только в летнее время

  • активные — такие системы, как правило, оснащаются циркулярными насосами, контроллерами температуры и давления. Солнечная энергия преобразуется в тепловую и распределяется. Можно применять такие устройства в течение круглого года при соответствующих настройках.

    Солнечный водонагреватель активного типа может работать в любую погоду

Особняком стоят коллекторы воздушные, в которых преобразование энергии производится нагревом воздуха, естественным образом попадающего в атмосферу помещения. К недостаткам такого способа можно отнести ограниченность применения по времени года, поскольку летом такая функция не востребована.

Воздушный солнечный водонагреватель имеет самое простое устройство

Какой солнечный водонагреватель лучше изготовить своими руками

Выбор конструкции и вида солнечного водонагревателя зависит от назначения устройства. Простейшим по исполнению является летний душ.

Строительство летнего душа

Для устройства этого объекта нужно сделать кабинку. Можно использовать любой водостойкий листовой материал. Главное требование — удобство применения и прочность каркаса, поскольку ёмкость придётся размещать на крыше.

В качестве ёмкости можно использовать бак грузового автомобиля. Он идеально подходит по форме, окрашен в чёрный цвет и снабжён как заливным, так и сливным отверстиями. Параллельно с коллекторным баком устанавливается ёмкость для холодной воды, которую нужно защитить от воздействия солнечных лучей. Из дополнительного оборудования применяется только смеситель.

В качестве ёмкости для воды используется бак чёрного цвета

От летнего душа часто практикуется подача горячей воды в летнюю кухню. Это зависит от места её расположения, поэтому важна предварительная планировка подворья с учётом и этого обстоятельства.

Летний душ с солнечным водонагревателем, сделанным своими руками, надёжен и экономичен

Горячее водоснабжение дома

Горячая вода в загородном доме нужна в холодное время года, поскольку летом в доме только отдыхают, остальные потребности удовлетворяются летней кухней, сезонным душем и бассейном, в которых можно просто устроить солнечные нагреватели.

Для межсезонья и холодного времени года использование солнечной энергии связано с дополнительными затратами на утепление коллекторов и трубопроводов к ним.

Монтаж водяного коллектора можно производить с использованием циркуляционного насоса, бойлера косвенного нагрева и приборов контроля за температурой и давлением в системе. В изолированном первичном контуре целесообразно использование в качестве теплоносителя минерального трансформаторного масла, имеющего большую теплоёмкость по сравнению с водой и пониженную температуру замерзания. Однако при любом теплоносителе в систему нужно встроить котёл дополнительного нагрева на случай сильных морозов. Для этой цели лучше применять индукционный нагреватель, который легко изготовить своими руками с использованием сварочного инвертора. Его включение в работу можно устроить в автоматическом режиме, если речь идёт о дачном доме без постоянного проживания. Индукционный котёл не является объектом поднадзорности технических служб.

Вода из бойлера косвенного нагрева может быть использована как в бытовых целях, так и на отопление.

Для горячего водоснабжения и отопления загородного дома лучше использовать двухконтурный коллектор

Расчёт мощности солнечного коллектора

По фактическим расходам считается, что для удовлетворения потребности одного человека в горячей воде требуется от двух до четырёх киловатт тепловой энергии.

Для примера произведём расчёт мощности для реальных условий Подмосковья.

Исходные данные:

  1. Основываясь на данных, приведённых в таблице поступления солнечной энергии в различных регионах России, площадь поглощения составит 2,35 м2.
  2. Показатель инсоляции для Подмосковья составляет 1173,7 киловатта в час с квадратного метра.
  3. Коэффициент полезного действия коллекторов составляет 0,67–0,8. Целесообразно использовать первый показатель, характерный для самодельных конструкций и устаревших моделей.
  4. Величина угла наклона будет использована оптимальная для региона. В первом приближении он должен быть равён величине географической широты места нахождения преобразователя.

Показатель инсоляции зависит от региона

Расчёт площади поглощения солнечной энергии для одной трубки, учитывая, что приведённая величина соответствует коллектору из 15 элементов: 2,35 м2 / 15 шт. = 0,15 м2. Соответственно, приведённая величина для 1 м2 составит: 1 / 0,15 = 6,67 (штук), то есть регистр коллектора указанной площади будет состоять из 7 трубок.

Рассчитываем тепловую мощность одной трубки, что позволит определить необходимое их количество для удовлетворения средней потребности в энергии. Получаемая от одного нагревателя мощность из расчёта потребления на день рассчитывается из соотношения: N = S * I * K, где:

  • N — мощность одной трубки;
  • S — площадь поглощения одной трубки;
  • I — показатель величины инсоляции для Подмосковья;
  • K — коэффициент полезного действия в минимальном размере.

N = 0,15 * 1173,7 * 0,67 = 117,95 киловатта в час на метр квадратный.

Средний показатель выработки энергии за сутки составит (с учётом продолжительности светового дня) для Подмосковья 0,325 киловатта в час. А годовая экономия с одного квадратного метра составит: 117,95 * 7 = 825,6 киловатта в час.

Таким образом, выработка тепловой энергии солнечным коллектором в 2,35 квадрата достигает 8 киловатт в день. Обратившись к началу, можно убедиться, что коллектор приведённой величины полностью отвечает потребностям в горячей воде для семьи из трёх человек.

Приведённая методика весьма условна, однако, как показывает практика, вполне достоверна для определения основных параметров коллектора.

Мощности одного коллектора достаточно для семьи из трёх человек

Подготовительные мероприятия

Приняв решение об изготовлении солнечного коллектора своими руками, необходимо осуществить ряд обязательных мероприятий по его подготовке:

  • произвести предварительный расчёт по указанной выше методике для определения конструкции и физических размеров устройства;
  • выполнить эскизный проект коллектора и водопроводной системы утилизации тепла, на его основании составить материальную ведомость;
  • закупить материалы, крепёж и недостающий инструмент.

Чем более внимательно выполняется этот этап, тем меньше придётся бегать впоследствии за недостающим.

Солнечный водонагреватель своими руками можно изготовить из различных материалов

Материалы и инструменты, технология сборки

Рассматриваем потребность в материалах и изделиях параллельно с описанием технологии изготовления солнечного коллектора. Такая работа может быть выполнена в следующем порядке.

Изготовление корпуса

Для этого понадобятся:

  • влагозащищённый материал для задней стенки. Это может быть многослойная водостойкая фанера, пластик или другие подобные материалы;
  • доска строганая хвойных пород 150х32 мм. Все детали из дерева нужно обработать антисептиками и противопожарными пропитками;
  • утеплитель рулонный;
  • степлер строительный для крепления утеплителя изнутри корпуса;
  • фольга алюминиевая для создания отражающей поверхности по утеплителю;
  • поликарбонат сотовый или монолитный по размеру корпуса толщиной 4 мм. Отверстия для его крепления должны располагаться не ближе 4 см от края листа, поэтому нужно учесть этот фактор при определении размера. Можно устанавливать с напуском. Желательно приобрести материал без защитного слоя от ультрафиолета, при этом нагрев будет происходить и в пасмурную погоду;
  • уплотнитель из пористой резины (лента — самоклеящаяся) под поликарбонат.

Последовательность сборки:

  1. Стенки из доски крепятся к задней стенке винтами самонарезающими длиной 50 мм при помощи шуруповёрта с шагом 25–30 см.
  2. Устанавливается утеплитель, крепление производится строительным степлером скобами не короче 10 мм.
  3. Поверх слоя утеплителя устанавливается отражающая поверхность из фольги.
  4. На торец досок корпуса наклеивается уплотнитель.

    Фольга защищает утеплитель от теплового излучения абсорбера

Монтаж коллектора

Изготавливая этот ответственный узел своими руками, можно использовать стальные штампованные радиаторы от холодильника или отопления. Для этого необходимо:

  1. Перед установкой радиатор нужно окрасить чёрной матовой краской, используя кисть малярную или валик.
  2. Установить его в корпус через прокладки с зазором порядка 20 мм от задней стенки, закрепить самонарезающими винтами к задней стенке.

    Радиатор устанавливается на фольгу

  3. Подключить выходную трубу коллектора, используя изделие из металлопластика с внутренним диаметром порядка 20 мм.
  4. Подключить обратку из того же материала.

    Для подвода воды можно использовать трубы ПВХ

По окончании сборки коллектора установить лицевую стенку из поликарбоната. При этом отверстия под винты должны быть на 1–1,5 мм больше диаметра винтов для компенсации теплового расширения.

Монтаж контура

Операция выполняется в соответствии с ранее разработанным проектом в следующем порядке:

  1. Выполнить разводку к бойлеру косвенного нагрева, подключить к патрубку его внутреннего контура, представляющего собой теплообменник.
  2. Провести разводку от бойлера к коллектору, предусмотрев установку циркулярного насоса и индукционного нагревателя.

    В баке делают отверстия для входа и выхода теплообменника, ввода холодной воды и забора нагретой

  3. Назначение подогрева двойное: главное — предотвращение замерзания коллектора при критически низких температурах наружного воздуха, дополнительное — повышение температуры в системе до нужного уровня при тех же условиях. Использование индукционного нагревателя обязывает к установке циркулярного насоса. При этом необходимо предусмотреть защиту от включения нагревателя без него.
  4. Закольцевать контур подключением трубы разводки к обратке коллектора.

    В зависимости от типа конструкции может понадобиться установка датчиков температуры, ТЭНов, воздухоотводчиков

По ходу монтажа нужно определить высшую точку системы и установить на ней клапан стравливания воздушных пробок. В нижней точке нужно установить сливной кран для удаления теплоносителя в аварийных условиях.

Производя сборку системы, нужно применять материалы для уплотнения резьбовых соединений в виде льняной пакли или уплотнительного материала из фторопласта.

Сборка системы

Операция заключается в установке коллектора в корпусе на место постоянного расположения. Это должен быть южный склон кровли здания. Порядок выполнения работ:

  1. Поднять коллектор на крышу и закрепить его с нужным углом.

    Коллектор устанавливается под углом

  2. Выполнить отверстия в кровельном пироге для проводки выходной трубы и обратки.
  3. Соединить трубы в общий контур.
  4. Заполнить систему теплоносителем, включить циркулярный насос (без индуктора) и проверить контур на протечки, при необходимости — устранить их.
  5. Герметично заделать отверстия в кровле.
  6. Изолировать трубную разводку собранного контура утепляющими материалами.

Видео: как самостоятельно сделать солнечный коллектор

Особенности использования солнечных коллекторов

Система отопления или горячего водоснабжение в доме постоянного проживания всегда находится под контролем, что позволяет использовать её с минимальным набором контрольных приборов. Всегда есть возможность вовремя отреагировать на изменения погоды или возникновение критических нарушений в её работе.

В условиях дачного дома нужно предусмотреть ряд блокировок от различных сбоёв, вплоть до полной безопасной остановки работы. Это предполагает использование дорогостоящей аппаратуры. Для дачного варианта также весьма полезной будет возможность установки дежурного режима, позволяющего поддерживать в помещениях минимальную необходимую температуру во время длительного отсутствия хозяев.

В замкнутых двухконтурных системах всегда сохраняется возможность использования нагретой воды из бойлера как для системы отопления, так и для бытовых нужд. Длительное отсутствие хозяев предполагает, что бытового расхода не будет, а автоматизация отопления — давно отработанная операция.

Использование солнечной энергии эффективно и целесообразно. Покупные водонагреватели могут стоить достаточно дорого, но их применение позволит сэкономить на электроэнергии. Кроме того, простую модель солнечного коллектора можно изготовить самостоятельно, из подручных материалов.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Солнечная тепловая энергия использует Солнце для нагрева воды

Солнечная тепловая энергия использует Солнце для нагрева воды Статья Учебники по альтернативным источникам энергии 18.06.2010 02.08.2020 alternative energy tutorials alternative energy tutorials Учебники по альтернативным источникам энергии

Пожалуйста, поделитесь / добавьте в закладки:

Солнечная тепловая энергия Энергия, горячая вода от солнца

solar heating icon solar heating icon Солнечная энергия - это бесплатная энергия, которую мы получаем от солнца в двух основных формах: свет, и тепло. Есть два способа превратить эти формы в полезную энергию для дома.Первый заключается в использовании энергии солнечного фотона для генерации электрического тока, известного как фотоэлектрический процесс, который мы рассматриваем в учебных пособиях по солнечной энергии. Во-вторых, использование солнечной тепловой энергии с помощью солнечных тепловых коллекторов для производства солнечной горячей воды, солнечной тепловой энергии, солнечного нагрева бассейна, солнечного отопления помещений и солнечного охлаждения и т. Д.

Важно понимать, что Солнечная тепловая энергия это не то же самое, что солнечная энергия или солнечная фотоэлектрическая энергия, поскольку фотоэлектрическая энергия преобразует солнечный свет непосредственно в электричество.Однако солнечная тепловая энергия может использоваться для концентрации солнечных лучей, создавая тепло, которое затем используется для производства пара, который превращает генератор в электричество.

solar thermal collectors solar thermal collectors

Солнечные тепловые коллекторы

Количество электроэнергии и энергии газа, используемой сегодня для нагрева воды для бытовых нужд и отопления помещений в наших домах и офисах, огромно. Термин «системы солнечной тепловой энергии» означает технологии и устройства для солнечного теплового отопления и горячего водоснабжения, которые используют энергию солнца для обеспечения горячей водой и обогревом наших домов, офисов, фабрик и других подобных приложений с использованием возобновляемой солнечной энергии.

Солнечные тепловые энергетические системы обычно включают монтируемый на крыше солнечный коллектор, обычно называемый «солнечный тепловой коллектор», который принимает солнечный свет и преобразует его в полезное тепло, производя экологически чистое отопление и горячую воду, что также снижает спрос на электричество и природный газ как и другие виды топлива для отопления и, конечно же, счета.

Солнечные водонагревательные системы можно охарактеризовать как прямые или косвенные, в зависимости от того, нагревается ли бытовая вода непосредственно в солнечном коллекторе или через отдельный теплообменник.

Тогда солнечная тепловая энергия относится к технологии, которая использует солнечную энергию для нагрева воды или других типов теплоносителей для различных жилых, промышленных и других применений, причем обогрев плавательных бассейнов, подогрев горячей воды и обогрев помещений в настоящее время является основным. применения солнечной тепловой энергии .

Количество солнечной радиации, которую получает мир, достаточно велико для того, чтобы солнечные тепловые технологии стали неотъемлемой частью экологически чистой энергии будущего в любом месте.Солнечные тепловые системы состоят из трех основных элементов: солнечного коллектора (-ов), изолированного теплопередающего трубопровода и некоторой формы хранения тепла, например, резервуара для горячей воды. В системах активной солнечной тепловой энергии также используются насосы и / или вентиляторы для распределения тепла, электронные таймеры, средства управления и термостаты, а в более холодном климате - антифриз и другие подобные химические вещества для защиты.

Типы солнечных коллекторов тепловой энергии

Солнечные тепловые коллекторы - это сердце любой солнечной тепловой энергетической системы, поскольку они производят необходимое количество солнечной энергии для нагрева воды.Солнечные тепловые коллекторы отличаются от фотоэлектрических (PV) панелей, которые производят только солнечную электроэнергию. Солнечный коллектор может быть таким же простым, как прямая или свернутая в спираль пластиковая или медная труба.

Даже старый кусок садового шланга, установленный на солнечном месте на земле, можно использовать для предварительного нагрева воды, протекающей через него, прежде чем она попадет в стандартный электрический водонагреватель. Хотя такая установка определенно будет работать, она имеет свои ограничения в эффективности и практичности, особенно ночью или в холодные зимние месяцы.

Количество солнечного тепла, производимого солнечными тепловыми коллекторами, варьируется в зависимости от конструкции коллектора, площади поверхности коллекторных труб, а также от местного климата и условий местности, и существует несколько типов коммерческих солнечных тепловых коллекторов, таких как: Плоский Пластина , откачиваемая трубка , Накопитель со встроенным коллектором (ICS), термосифон и концентрирующая солнечная энергия (CSP). Все они выполняют одну и ту же работу, производят «горячую воду от солнечной энергии», причем каждый тип имеет свои собственные применения, преимущества и недостатки.

Солнечные тепловые коллекторы улавливают солнечное тепло для нагрева воды и / или обогрева помещений и обычно устанавливаются на крышах, где они подвергаются максимальному солнечному излучению для максимальной эффективности. Большинство солнечных коллекторов горячей воды представляют собой пассивные устройства, состоящие из коробок, рам, резервуаров или закрытых трубок, которые содержат следующие основные части:

  • Прозрачная прозрачная стеклянная или пластиковая крышка или трубка для впуска солнечной энергии.
  • Темные окрашенные поверхности внутри, называемые поглотителями, которые впитывают солнечное тепло, передавая его теплоносителю или воздуху.
  • Изоляционные материалы для предотвращения утечки захваченного тепла обратно в атмосферу.
  • Трубы, вентиляционные отверстия или воздуховоды для транспортировки нагретой жидкости или воздуха из солнечного коллектора туда, где их можно использовать или хранить.

• Плоские коллекторы - плоские солнечные тепловые коллекторы являются наиболее распространенным и самым простым типом солнечных коллекторов, доступных для использования в домашних условиях для горячего водоснабжения и отопления помещений с помощью солнечной энергии с низкой и средней температурой. Большинство плоских пластинчатых коллекторов обычно состоят из нескольких отдельных медных труб или одной катушки, которая прикреплена к темной теплопоглощающей пластине, запечатанной в большом изолированном деревянном или металлическом ящике.Герметичный термоблок покрыт закаленным стеклом или прозрачной пластиковой крышкой, чтобы энергия солнечного излучения могла поглощаться медными трубками, производящими солнечную горячую воду. Плоские солнечные коллекторы легко собрать из деревянного ящика и нескольких медных труб, что делает их идеальным проектом для начинающих для входа в мир солнечной тепловой энергии.

evacuated tube collector evacuated tube collector

Типичный солнечный вакуумный трубчатый коллектор

• Вакуумные трубчатые коллекторы - «Вакуумные трубчатые коллекторы» состоят из рядов параллельных прозрачных стеклянных трубок.Каждая трубка состоит из металлического теплопоглощающего материала, обычно из меди, при этом вся трубка «откачивается» из воздуха (отсюда и их название), а затем герметизируется для образования вакуума внутри стеклянной трубки. Этот вакуум помогает коллектору достигать чрезвычайно высоких температур, поскольку вакуум действует как высокоэффективный изолятор вокруг центрального теплопоглощающего материала.

Поскольку воздух является хорошим передатчиком тепловой энергии, вакуум внутри трубки предотвращает передачу тепла от поглотителя к внешнему охлаждающему стеклу.Вода или масло передают поглощенное тепло от солнечного коллектора в накопительный бак, где оно используется для отопления.

Вследствие более высокой эффективности по сравнению с плоскими пластинчатыми коллекторами, вакуумные трубчатые коллекторы обычно используются, когда требуются средние и высокие температуры или большие объемы солнечной горячей воды, а также для технологических систем отопления и солнечных систем кондиционирования воздуха.

• Интегрированный коллекторный накопитель - «Интегрированный коллекторный накопитель» или «ICS» объединяет солнечный коллектор и накопительный бак в едином блоке, установленном на крыше.Хотя встроенный коллекторный накопитель не может производить столько солнечного тепла, как предыдущие системы, он может обеспечить разумное количество солнечной горячей воды или может служить экономичным предварительным нагревателем для обычных электрических или газовых водонагревателей. Коллекторы солнечной тепловой энергии ICS называются пассивными устройствами, потому что им не нужны насосы, термостаты, контроллеры, датчики, проводка или электричество для приготовления горячей воды, просто направьте их на солнце.

• Термосифонные коллекторы - «Термосифонные коллекторы» широко используются для солнечного нагрева воды и легко идентифицируются по их большому накопительному резервуару наверху солнечного коллектора.Солнечный коллектор установлен под резервуаром для хранения, чтобы обеспечить действие термосифонирования, то есть движение нагретой воды вверх за счет естественной конвекции. Когда солнце освещает солнечные коллекторы, вода внутри нагревается и расширяется. По мере расширения она становится легче, чем более холодная вода в резервуаре для хранения. Под действием силы тяжести более тяжелая холодная вода вытягивается из бака во входное отверстие коллектора. Когда холодная вода покидает резервуар для хранения, она выталкивает нагретую воду вверх через выпускное отверстие коллектора в верхнюю часть резервуара.

Это непрерывное нагревание и протекание, когда горячая вода за счет естественной конвекции циркулирует через коллекторы, обеспечивая полный бак горячей воды в конце дня. Как и предыдущая система ICS, термосифонные системы также являются пассивными системами, что делает их автоматическими, простыми и надежными. Однако основным недостатком системы термосифонирования является то, что ночью или в холодное время года нагретая вода в резервуаре-накопителе наверху может менять направление, в результате чего солнечный коллектор становится радиаторами, рассеивающими тепло обратно в атмосферу.Кроме того, вес резервуара с водой и труб на крыше может потребовать усиления крыши или опор, на которых она установлена.

Концентраторы солнечной тепловой энергии

До сих пор мы обсуждали простые системы горячего водоснабжения с открытым контуром, работающие на солнечной тепловой энергии, в которых вода нагревается непосредственно за счет солнечной энергии с помощью установленных на крыше солнечных коллекторов. Это делает их идеальными для жилых домов, в которых нет места для второго резервуара для горячей воды или системы, производящей горячую воду от средней до высокой температуры (от 50 до 80 o C) для бытового использования.Но для промышленного и коммерческого применения эти типы систем солнечной тепловой энергии слишком малы и неэффективны. Чтобы вырабатывать электричество из энергии солнечных лучей, называемой солнечной тепловой электроэнергией, нам необходимо использовать солнечную тепловую энергию для нагрева воды до гораздо более высокой температуры с образованием пара, который затем можно использовать для привода турбин.

Прямое солнечное излучение может быть сконцентрировано и собрано с помощью отражателей, зеркал, желобов и тарелок, называемых солнечными концентраторами , создающими единую точку фокусировки с чрезвычайно высокой температурой.Тепло, генерируемое путем концентрации солнечной энергии или технологий CSP, затем используется для работы обычного генератора энергии. Высокотемпературное солнечное тепло, собираемое в течение дня, также может храниться в жидких или твердых средах, таких как расплавленные соли, керамика, бетон или, в будущем, солевые смеси с изменяющейся фазой. Ночью его можно извлечь из носителя данных, чтобы продолжить работу турбины.

• Параболические желоба - Системы CSP «параболического желоба» состоят из зеркального параболического рефлектора изогнутой формы, который фокусирует солнечную энергию на приемную трубу, расположенную в фокусе параболической кривой, нагревая передающую жидкость, обычно на масляной основе из-за высокой температуры, протекающие по трубе.Затем из перекачиваемой жидкости образуется перегретый пар, который подается в турбину и электрический генератор для производства электроэнергии. Эти отражатели с параболическим желобом обычно присоединяются к какой-либо системе слежения за солнцем, которая отслеживает движение солнца с востока на запад в течение дня, так что солнце непрерывно фокусируется на приемных трубах для максимальной эффективности.

solar thermal dish concentrator solar thermal dish concentrator

Концентратор солнечной тарелки

• Двигатели солнечной тарелки - «Система двигателя солнечной тарелки» - это еще один тип солнечного концентратора.Коллекционер солнечной посуды состоит из множества маленьких стеклянных зеркал, расположенных вместе в форме параболической тарелки. Зеркала отражают солнечный свет на блок преобразования мощности, который устанавливается над тарелкой в ​​фокусном центре (аналогично тарелке спутникового телевидения).

Блок преобразования энергии включает в себя солнечный приемник, который поглощает солнечную энергию и передает ее солнечному двигателю. Затем двигатель преобразует эту энергию в тепло. Тепловой приемник включает в себя трубки для теплоносителя, обычно водорода или гелия, который передает тепло генератору для производства электроэнергии.Системы солнечной антенны / двигателя используют автоматические двухосные коллекторы для отслеживания солнца.

• Башни солнечной энергии - «Башни солнечной энергии» используют тысячи отслеживающих солнце зеркал, называемых гелиостатами, для концентрации солнечного света на приемнике, расположенном на вершине высокой центральной башни. Башня солнечной энергии генерирует чрезвычайно высокие температуры в фокусе массива зеркал, нагревая передающую жидкость, такую ​​как расплав нитратной соли, которая затем используется для выработки пара для питания турбогенератора, который используется для производства электроэнергии.Расплавленная соль достигает температуры около 1050 градусов по Фаренгейту в приемнике перед хранением в резервуаре, где она может эффективно сохранять тепло в течение нескольких часов или даже дней, прежде чем будет использоваться для выработки электроэнергии.

Мы видели, что двумя основными компонентами типичной бытовой системы Solar Thermal Energy , которые можно использовать для производства солнечной горячей воды, являются резервуар для хранения воды и солнечный тепловой коллектор, который поглощает тепло от солнца. Два основных типа солнечных тепловых коллекторов, доступных для бытового применения, - это плоский коллектор и вакуумный трубчатый коллектор , которые могут производить более чем достаточно солнечной горячей воды для типичного домашнего хозяйства.

Для промышленных и коммерческих применений «солнечная тепловая энергия» в настоящее время является наиболее экономически эффективной солнечной технологией в больших масштабах. В настоящее время он превосходит другие формы альтернативных энергетических систем, а также может превзойти стоимость электроэнергии, произведенной за счет сжигания ископаемого топлива, такого как природный газ. Испания и Австралия в настоящее время являются ведущими странами в коммерческом производстве солнечной тепловой энергии, в которых Испания уже производит значительную часть потребляемой ими электроэнергии с помощью своей солнечной тепловой энергетической башни и солнечных тарелок / двигателей.

Подходит ли вам солнечная тепловая энергия ?. Скорее всего, использование солнечной энергии для производства солнечной воды для нагрева воды может сократить счета за горячее водоснабжение до 60% и более каждый год, что позволит сэкономить тысячи американских долларов или британских фунтов для среднего семейного дома в течение срока службы солнечной системы горячего водоснабжения. . Системы солнечной тепловой энергии также помогают сохранить наши природные ресурсы и окружающую среду за счет снижения выбросов парниковых газов, поскольку меньше ископаемого топлива сжигается для выработки электроэнергии только для нагрева воды, но учтите это, на каждый доллар, британский фунт или евро, которые вы тратите на улучшение вашего дома. Используя энергоэффективность, вы можете уменьшить размер, стоимость и сложность установленной внутри страны солнечной тепловой системы .

В следующем уроке о «солнечной тепловой энергии» мы рассмотрим плоские пластинчатые коллекторы и увидим, как они превращают солнечное тепло в горячую воду.

.

Насколько жарко Солнце? Температура меняется больше, чем вы думаете

Огромная сфера из светящихся газов, производящая энергию и свет, делает возможным жизнь на Земле. Температура ближайшей к нам звезды сильно колеблется, и это не так, как вы могли бы представить. Итак, насколько жарко на солнце?

Ядерный синтез в ядре

В ядре Солнца гравитационное притяжение создает огромное давление и температуру, которые могут достигать более 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов Цельсия).Атомы водорода сжимаются и сливаются вместе, образуя гелий. Этот процесс называется ядерный синтез .

Ядерный синтез производит огромное количество энергии. Энергия излучается наружу к поверхности Солнца, атмосфере и за ее пределами. Из ядра энергия движется в радиационную зону, где она отскакивает до 1 миллиона лет, прежде чем переместиться в конвективную зону, верхний слой внутренней части Солнца. Температура здесь опускается ниже 3,5 миллиона градусов по Фаренгейту (2 миллиона градусов по Цельсию).Большие пузыри горячей плазмы образуют суп из ионизированных атомов и движутся вверх, к фотосфере.

Фотосфера, хромосфера и корона

Температура в фотосфере составляет около 10 000 градусов F (5 500 градусов C). Именно здесь солнечное излучение определяется как видимый свет. Солнечные пятна на фотосфере холоднее и темнее окружающей местности. В центре больших солнечных пятен температура может опускаться до 7 300 градусов по Фаренгейту (4 000 градусов по Цельсию).

Хромосфера, следующий слой атмосферы Солнца, немного прохладнее - около 7 800 градусов по Фаренгейту (4320 градусов по Цельсию). Согласно данным Национальной солнечной обсерватории (NSO) , хромосфера буквально означает «цветная сфера». Видимый свет хромосферы обычно слишком слаб, чтобы его можно было увидеть на более яркой фотосфере, но во время полных солнечных затмений, когда луна покрывает фотосферу, хромосфера может быть видна как красный ободок вокруг Солнца.

«Хромосфера кажется красной из-за большого количества присутствующего водорода», - сообщает NSO на своем веб-сайте .

В короне резко повышаются температуры, что также можно увидеть только во время затмения, когда плазма течет наружу, как точки на короне. Корона может стать на удивление горячей, сравнимой с телом Солнца. Диапазон температур составляет от 1,7 миллиона градусов F (1 миллион градусов C) до более чем 17 миллионов F (10 миллионов C), согласно данным NSO.

«Корона невероятно горячая, в сотни раз горячее, чем слои ниже», - сказал в заявлении Бернхард Флек, научный сотрудник проекта Европейского космического агентства для солнечной и гелиосферной обсерватории (SOHO) НАСА.«Поскольку источник солнечной энергии находится в центре, на простом уровне, мы ожидаем, что корона - самый внешний слой - будет самой холодной». SOHO - лишь одна из нескольких солнечных миссий, исследующих эту и другие загадки.

По мере того, как корона охлаждается, теряя тепло и излучение, материя уносится в виде солнечного ветра , иногда пересекающего путь Земли.

«Благодаря SOHO растет общественное признание того, что мы живем в расширенной атмосфере магнитоактивной звезды», - сказал в том же заявлении ученый проекта SOHO Джо Гурман.

Солнце - самый большой и массивный объект Солнечной системы. Это около 93 миллионов миль (149,5 миллионов км) от Земли. Это расстояние называется астрономической единицей, или 1 а.е., и используется для измерения расстояний по всей Солнечной системе. Солнечному свету и теплу требуется около восьми минут, чтобы добраться до нас, что приводит к другому способу определения расстояния до Солнца: 8 световых минут.

Дополнительный отчет предоставила Нола Тейлор Редд, участник Space.com.

Дополнительные ресурсы

Подробнее о солнце:

.

Солнечное излучение: как солнечный свет нагревает планету

Автор: Earth How · Последнее обновление: 22 июня 2020 г.

Solar Radiation

Наше Солнце составляет 99% всей массы Солнечной системы. Именно эта здоровая доза солнечной энергии нагревает нашу планету.

Баланс температуры Земли зависит от того, сколько энергии входит и выходит из системы планеты.

  • ПОГЛОЩЕНИЕ: Когда энергия, поступающая от Солнца, поглощается системой Земли, Земля нагревается.
  • ОТРАЖЕНИЕ: Если солнечная энергия отражается обратно в космос, Земля избегает потепления.

Когда поглощенная энергия возвращается в космос, Земля охлаждается. Природные и человеческие причины могут влиять на энергетический баланс Земли.

Как солнце нагревает нашу планету?

Sun Solar Winds

Реакция синтеза дает энергию Солнцу. Солнечный свет добирается до нас за 8 минут 20 секунд. Это солнечное излучение , которое нагревает нашу планету.

Солнце достигает нас на 1 астрономическую единицу. Поскольку Земля находится в зоне Златовласки, мы получаем необходимое количество тепла для жизни.

Обеспечивая здоровую порцию УФ-лучей, растения используют их для фотосинтеза. Без солнечного света вы лишаете растения энергии, необходимой для фотосинтеза.

Как это связано с парниковым эффектом?

Земля использует солнечное излучение для обогрева планеты. В целом, это зависит от того, сколько энергии входит и покидает систему планеты.

Когда солнечная энергия отражается обратно в космос, Земля избегает потепления. Выпуская солнечное излучение обратно в космос, Земля охлаждается.

Когда энергия, поступающая от Солнца, поглощается системой Земли, Земля нагревается. Парниковый эффект усиливает согревание, действуя как крышка контейнера.

Подобно герметичному пластиковому контейнеру, парниковые газы могут удерживать тепло. Например, источники загрязнения воздуха включают двуокись углерода, метан и CFC.

Что такое термоядерная реакция солнца?

Sun Nuclear Fusion

Если вы посмотрите на состав Солнца, то в основном это водород, и гелий, .Звезды, подобные нашему Солнцу, подвергаются термоядерным реакциям, в которых четыре атома водорода соединяются в гелий под действием тепла.

Согласно Эйнштейну, нельзя терять массу. Но вы можете преобразовать массу в энергию. Итак, все звезды в течение своего жизненного цикла просто сжигают водород в гелий и выделяют энергию.

Обычно звезды главной последовательности, такие как Солнце, проходят через этот процесс около 95% своей жизни.

В конце концов, все пожары погасли. Продолжительность жизни нашего Солнца составляет около 10 миллиардов лет.В настоящее время проживает 5 миллиардов лет жизни нашего Солнца.

.

Солнечная энергия и круговорот воды

Часть A: Солнечная энергия и круговорот воды

Чтобы начать исследование энергетического баланса Земли, вы начнете с глубокого изучения знакомого процесса, известного как круговорот воды. Водоснабжение Земли рециркулируется в непрерывном процессе, известном как вода, или гидрологический гидрологический цикл: процесс испарения, вертикальный и горизонтальный перенос пара, конденсация, осадки и поток воды с континентов в океаны., цикл. В этом круговороте молекулы воды непрерывно перемещаются из одного места в другое. Круговорот воды важен для погоды и климата и, в конечном итоге, для всей жизни на Земле.

Круговорот воды управляется в первую очередь энергией солнца. Эта солнечная энергия управляет циклом, испаряя воду из океанов, озер, рек и даже из почвы. Другая вода перемещается от растений в атмосферу в процессе испарения. Когда жидкая вода испаряется или просвечивает, она образует водяной пар и облака, где капли воды в конечном итоге набирают достаточно массы, чтобы упасть на Землю в виде осадков.Затем осадки становятся стоком или грунтовыми водами и в течение различных периодов времени возвращаются в поверхностные водоемы. Круговорот воды - это, по сути, замкнутая система, а это означает, что объем воды, который сегодня находится в гидросфере, равен тому же количеству воды, которое всегда присутствовало в системе Земли.

Начните эту лабораторию с просмотра следующей короткой анимации НАСА, демонстрирующей путь одной молекулы воды в круговороте воды. Наблюдая за анимацией, составьте список и отслеживайте все места, куда перемещается молекула.Примечание: в анимации НАСА изображение водоемов, таких как подземные водоносные горизонты водоносных горизонтов: подземные водоемы, образующиеся в пространствах и трещинах между камнями, песком или гравием, по которым вода движется относительно легко., Было упрощено. чтобы показать пути молекулы.

Для просмотра этого видео включите JavaScript и рассмотрите возможность обновления до веб-браузера, который поддерживает видео HTML5

Предоставлено НАСА / Центр космических полетов Годдарда Источник: НАСА

Щелкните «Анимация водяного цикла», чтобы просмотреть анимацию в новом окне.


Как обсуждалось ранее, круговорот воды не только перераспределяет воду вокруг Земли, но также поглощает и перераспределяет солнечную энергию между местами. Скрытое нагревание Скрытое нагревание: энергия, необходимая для перевода вещества в более высокое состояние вещества (твердое вещество в жидкость или жидкость в газ). Та же самая энергия выделяется из вещества, когда изменение состояния меняется на противоположное (газ превращается в жидкость или жидкость в твердое тело). атмосферы Земли происходит, когда энергия, в первую очередь от Солнца, заставляет жидкую воду переходить в другую фазу.Когда это происходит, жидкая вода поглощает энергию, заставляя ее испаряться и образовывать водяной пар. Процесс испарения поглощает огромное количество поступающей солнечной энергии. В процессе скрытого нагрева энергия передается в атмосферу, когда водяной пар конденсируется во время образования облаков. Например, подумайте о том, как лужа после ливня сохраняет тротуар прохладным до тех пор, пока он полностью не высохнет на солнце. Поступающее солнечное излучение используется для запуска процесса испарения.Как только вода уходит, тротуар начинает поглощать солнечную радиацию и нагреваться. Если вы коснетесь тротуара босыми ногами, вы почувствуете это явное тепло явное тепло: избыточная энергия излучения, которая прошла с поверхности Земли в атмосферу в результате процессов адвекции, проводимости и конвекции.

Второй механизм перераспределения тепловой энергии - это процесс конвекция конвекция: передача тепловой энергии путем перемещения нагретого материала из одного места в другое., которая является движущей силой погоды. Вместе эти два процесса составляют значительную часть радиационного баланса Земли. Всего энергия покидает поверхность Земли в результате трех процессов: испарения и конденсации (или скрытого нагрева и охлаждения), конвекции и испускания теплового инфракрасного излучения. Из этих трех процессов 25 процентов энергии, уходящей с поверхности Земли, происходит за счет испарения и конденсации. Еще пять процентов уходит с поверхности за счет конвекции.Выполняя следующую лабораторную работу, ищите признаки этих двух важных процессов теплопередачи.

Обзор:

В этой лаборатории вы построите физическую модель гидрологического или водного цикла.

Материалы, необходимые для этой лаборатории, включают:

  • Прозрачный стеклянный или пластиковый аквариум или коробка для обуви
  • Крышка для аквариума или коробки из-под обуви, может быть кусок картона или полиэтиленовой пленки
  • Резиновые ленты для удержания полиэтиленовой пленки на месте, если она используется.Совет: свяжите вместе несколько более коротких резинок, чтобы получилась одна большая.
  • Мешок с застежкой-молнией на галлон или кварту, наполненный песком, гравием или землей
  • Горячая вода
  • Синий пищевой краситель (по желанию)
  • Крышка кувшина или миска
  • Лед
  • Маленькая изолированная чашка или сумка на молнии для льда
  • Источник света: яркий солнечный свет или лампа (40-60Вт). При использовании лампы лучше всего подойдет настольная или накладная лампа.
Инструкции по лабораторной деятельности
  1. water cycle sketch [creative commons]

    Происхождение: Бетси Янгман
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

    Установите оборудование, как показано на рисунке справа или ниже. На изображении ниже установка была изменена и теперь включает небольшую крышку от банки для улавливания осадков. Обратите внимание, что пластиковая «крышка» контейнера свободно размещается на коробке и удерживается на месте с помощью резиновых лент. Изолированная чашка заменена сумкой на молнии.
    simple water cycle set up [creative commons]

    Происхождение: Бетси Янгман
    Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент без -коммерческие цели при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.


  2. Вырежьте отверстие достаточно большого размера, чтобы поместить изолированный стакан в «крышку» вашего аквариума или прозрачную пластиковую коробку для обуви.Или, если вы используете полиэтиленовую пленку, вы можете просто положить лед в пакет и положить его прямо на крышку из полиэтиленовой пленки.
  3. Добавьте воды, чтобы заполнить емкость водой на глубину 2-5 см. Необязательно: добавьте несколько капель пищевого красителя, чтобы вода была лучше видна.
  4. Поместите мешок с песком или гравием в один конец аквариума. Песок / гравий должен быть выше уровня воды.
  5. Добавьте небольшую крышку от банки или миску на «участок земли» поверх песка и подо льдом.
  6. Наполните чашку или пакет с застежкой-молнией льдом и поместите его в отверстие в крышке (если используется картон) или поверх полиэтиленовой пленки.
  7. Поместите лампу с фокусировкой, например настольную, так, чтобы она нагревала воду на другом конце аквариума или ящика. Если крышка коробки прозрачная, направьте свет через крышку; в противном случае направьте его на воду через стенку аквариума.
  8. Включите лампу или поместите устройство на солнце и наблюдайте за круговоротом воды.

После завершения этой лабораторной работы ответьте на вопросы Discussion и Stop and Think ниже.

Обсудить

Создав модель водного цикла, критикуйте ее эффективность и достоверность. Какие части круговорота воды были четко продемонстрированы с помощью этой лаборатории, а какие - недостаточно хорошо? Как вы могли бы задокументировать свою демонстрацию и поделиться ею с другими студентами? Нарисуйте набросок своей модели круговорота воды и добавьте слова, описывающие процессы, происходящие в модели.


Остановись и подумай

  1. Свяжите каждую часть вашей модели со схемой круговорота воды в правом верхнем углу этой страницы.Например, лампа изображала солнце. Какие еще процессы в системе Земля были продемонстрированы в этой лаборатории?
  2. Что было источником энергии для круговорота воды?
  3. Как водный цикл «переносит» энергию?
  4. Как вы думаете, что произойдет, если вы добавите вторую или даже третью лампу?
  5. Опишите, что, по вашему мнению, произойдет, если вы оставите круговорот воды в обувной коробке в темноте на несколько часов.

Дополнительное расширение
Дополнительную справочную информацию о круговороте воды и погоде можно найти по следующим ссылкам:
.