Alternativní solární systém ohřevu vody

Vyčerpávání přírodních zdrojů vede ke zvyšování cen plynu a elektřiny. Proto je v blízké budoucnosti relevantní přechod na využívání alternativní energie, jako je solární energie.

Nabízím popis možnosti solárního ohřívače a využití solární energie k ohřevu vody, například v letním domě nebo v soukromém domě.

Solární ohřívač vody

Mnoho letních obyvatel nebo obyvatel soukromého domu používá sprchu, ve které se voda ohřívá solární energií v kovové nádobě na sprše. Nevýhody tak jednoduchého provedení jsou zřejmé. Teplota vody z takové nádoby závisí výhradně na počasí a během dne se výrazně mění. Kromě toho je třeba sledovat hladinu vody v nádrži.

Navrhovaný solární systém vykazuje tyto nevýhody v menší míře, a proto je jeho používání pohodlnější.

Pro zvýšení rychlosti ohřevu vody a její teploty se používá přídavný topný rozdělovač. A pro zachování akumulovaného tepla se používá tepelná izolace akumulační nádrže a topného rozdělovače. To umožňuje mít teplou vodu i v poměrně chladném počasí, i když slunce dlouho nesvítilo. Voda vstupuje do nádrže neustále otevřenými kohoutky 10, 3, a proto není nutné sledovat doplňování vody. Ohřátá voda vystupuje kohoutky 4 a 7 a pro sprchu kohoutky 9. (viz obr.)

Ohřátá voda, která je lehčí, stoupá z topného kolektoru do horní části akumulační nádrže. Její místo zaujímá chladnější voda ze spodní části nádrže. Topný kolektor by měl být umístěn mírně pod nádrží, odkud chladnější voda vstupuje do ohřívače.
Konstrukce akumulační nádrže je kovová nádoba libovolného, ale nejlépe obdélníkového tvaru. Tato vnitřní nádoba je vložena do vnějšího pláště a umístěna na cihly nebo dřevěné bloky. Vnější plášť je kovový nebo dřevěný. Po instalaci trubek je prostor mezi plášti vyplněn tepelnou izolací. Může to být montážní pěna, polystyrenová pěna, skelná vata nebo jiný materiál.

Dobrou variantu tělesa topného kolektoru lze vyrobit technologií moderních dvojskel do okenních rámů s dodatečnou tepelnou izolací. Nebo lze těleso vyrobit technologií výroby nádrže, ale horní část musí být prosklená. K vnitřnímu kovovému tělesu topného kolektoru jsou na svorkách připevněny trubky, nejlépe obdélníkového průřezu, kterými voda cirkuluje během ohřevu. Vnitřní kovové těleso a trubky jsou pro lepší ohřev slunečním zářením natřeny černou barvou. Sluneční paprsky tak ohřívají celou kovovou vnitřní plochu topného kolektoru. Obdélníkové trubky mají velkou kontaktní plochu s černým plechem ve spodní části, takže se rychleji ohřívají a odevzdávají teplo vodě. Díky prosklení se teplo nerozptyluje, zvyšuje se topná kapacita zařízení a lze dosáhnout vysoké teploty ohřevu vody. Ohřátou vodu je možné získat i v chladném počasí brzy na jaře a až do pozdního podzimu. Kolektor by měl být umístěn šikmo k jihu.

Odběr ohřáté vody z horní části nádrže má oproti odběru zespodu značnou výhodu. Když se za oblačného počasí krátce objeví slunce, voda se ohřeje pouze v horní části nádrže, zatímco ve spodní části zůstává studená. Tato konstrukce proto dokáže vyrobit výrazně více ohřáté vody.

V létě může být teplota ohřáté vody poměrně vysoká, takže pro sprchování je lepší ji používat přes směšovací kohoutek a míchat ji se studenou vodou z kohoutku na požadovanou teplotu.
Rozměry nádrže a kolektoru nejsou kritické. Čím větší nádrž, tím více vody se do ní může akumulovat, a čím větší kolektor, tím vyšší je rychlost ohřevu a teplota vody v nádrži. Výkon slunečního záření v letním poledne dosahuje 1000 wattů na metr čtvereční topné plochy kolektoru a v zimě desetkrát méně. Černý vnitřní povrch kolektoru má nízkou odrazivost a 80 % – 90 % tepelné energie se přenáší do kolektoru. Malá část sluneční energie se odráží od skla a při znečištění je absorbována.

Přibližně pro nádrž o objemu 0,5 m3 postačuje kolektor o ploše 2-3 m2 a celkové délce trubek v kolektoru 15-20 m s obdélníkovým průřezem 40 mm * 60 mm. Průměr trubek spojujících kolektor s nádrží není menší než jeden palec.

Díky dobré tepelné izolaci se voda za slunečného počasí a při teplotách pod bodem mrazu ohřeje, ale při silných dlouhodobých mrazech a oblačném počasí může voda v kolektoru zamrznout a dojít k nehodě. Můžete použít automatické řídicí systémy a elektrický ohřev kolektoru, ale je lepší vodu z kolektoru a nádrže na zimu vypustit. Pak můžete kromě nádrže použít i běžný plynový ohřívač vody kohoutkem 5. Jak naplnit systém a vypustit vodu z kolektoru je snadno pochopitelné z obrázku.

Abyste se při neočekávaných mrazech nemuseli starat o včasné vypouštění vody z ohřívače a abyste i v zimě dostávali určité množství teplé vody, můžete systém solárního ohřevu mírně vylepšit. Vzhledem k tomu, že množství solární tepelné energie a denního světla je v zimě menší a tepelné ztráty větší, je nutné zvětšit plochu topného kolektoru, použít dobrou tepelnou izolaci a dvojité zasklení. V akumulační nádrži jsou vstup a výstup kolektoru spojeny s výměníkem tepla ve tvaru spirály z trubek. Topný kolektor a výměník tepla jsou v této oblasti naplněny nemrznoucí směsí, nemrznoucí směsí nebo jinou nemrznoucí kapalinou. Pokud je v nádrži výměník tepla, nezapomeňte nainstalovat expanzní nádrž na nemrznoucí kapalinu. Při použití solárního ohřívače v chladném počasí je pro menší ochlazování vody v nádrži nutné zvětšit výškový rozdíl mezi topným kolektorem a nádrží.

Topná jednotka je v systému pod tlakem vody, ale pokud je dobře vyrobena, může vydržet mnoho let. Pro ochranu před neočekávanými úniky lze pod jednotku umístit plech se zaoblenými okraji a odvodem vody ven. V případě krátkodobých přerušení dodávky vody může částečně pomoci zpětná klapka v přívodním potrubí. Mnoho nejnovějších vylepšení ale není nutných.

Ohřátá voda se shromažďuje primárně v horní části nádrže, takže voda je odebírána z horní části nádrže, což umožňuje využití i krátkých odlehčení za oblačného počasí. Pro nepřetržitou dodávku ohřáté vody kdykoli a v jakémkoli množství je možné provozovat solární ohřívač vody a plynový ohřívač vody nebo elektrický ohřívač vody společně, například v akumulační nádrži.

Obzvláště výhodné je použít plynový ohřívač vody nebo elektrický ohřívač vody po zásobníku s automatickou regulací teploty. Pak i malé ohřev vody v solárním kolektoru, například v mimosezóně nebo v zimě, sníží spotřebu hlavního zdroje energie ve formě elektřiny nebo plynu. Při pravidelném používání ohřáté vody může být solární energie jako alternativní zdroj energie již nyní zisková.

Množství sluneční energie dopadající za 1 sekundu na plochu o rozloze 1 m² umístěnou na hranici atmosféry kolmo ke slunečním paprskům se nazývá sluneční konstanta a rovná se přibližně 1400 W/m² nebo 2,0 cal/cm²*min. Na povrchu Země po průchodu atmosférou energie klesá a pro výpočty se obvykle bere 1000 W/m².

Výpočet ekonomické účinnosti solárního topného systému.

Množství tepla přijatého solárním ohřívačem vody se vypočítá pomocí výrazu:
Qт.с.р = Fпан Dср Вот, W
kde Fpan je plocha povrchu tepelně absorpčního panelu kolektoru, m2;
Dср — celkový měrný tok na povrch W/m2;
Zde je odrazivá hodnota panelu odrážejícího teplo

Měrný tepelný tok slunečního záření Dср závisí na geografické poloze objektu, kde je použit solární tepelný přijímač.
Tabulka ukazuje údaje o denní změně specifického tepelného toku slunečního záření se sklonem 460 k horizontu povrchu tepelného přijímače na zeměpisné šířce 560 s. š. se sklonem 460 k horizontu tepelného přijímače s jižní orientací (Moskva – Kazaň – Kurgan – Krasnojarsk – Bratsk)

Datum měření podle měsíce

21.01 21.02 21.03 21.04 21.05

Celková denní radiace

2938 5154 6508 7185 7474

U vertikálního zasklení oken bude měrný tepelný tok přibližně o 25 % menší než údaje v tabulce.

PŘÍKLAD výpočtu pro praktické použití alternativního ohřívače vody:

V chatě poblíž Moskvy je instalován systém ohřevu teplé vody z tepla slunečního záření. Použité solární kolektory mají plochu 1 m2 a koeficient odrazu Vot = 0,68.
Požadováno: určit množství ohřáté vody ve třech kolektorech instalovaných na střeše chaty s jižní orientací pod úhlem 460 k horizontu.
Řešení: Pomocí vzorce vypočítáme množství slunečního záření, které během dne vstupuje do tří kolektorů.
Množství slunečního záření přijatého během denních hodin v dubnu:
Qт.с.р.4 = 3 * 7185 * 0,68 = 14657,4 W*h/den.
Teplota vody z kohoutku v dubnu tх.вод. = 120°C, určujeme množství vody ohřáté za den pro systém ohřevu TUV:
Qг.в.4 = Qт.с.р.4 * 3,6/Сw(tг.в.4 — tх.в.4) = 14657,4 * 3,6/4,2 * (50 — 12) = 261,7 kg/den.
V květnu, při teplotě vody z kohoutku 160 °C, bude množství ohřáté vody 297 kg/den.
V červnu tedy při teplotě vody z kohoutku 180 °C bude množství ohřáté vody 313 kg/den. Publikováno econet.ru

Autor: Sergej Južnyj

Pokud máte nějaké dotazy k tomuto tématu, zeptejte se je specialistům a čtenářům našeho projektu zde.

Líbil se vám článek? Napište svůj názor do komentářů.