Энергия солнца для комфортного купания: солнечный коллектор для бассейна

Принципы выбора батареи

Выбор солнечного коллектора в первую очередь зависит от типа бассейна (открытый или закрытый) и сезонности его использования.

Пирамидальные и гибкие – недорогой и практичный вариант для открытого летнего бассейна. Если закрывать чашу тентом на ночь, можно существенно снизить теплопотери и ускорить дневной прогрев воды до комфортных температур.

Панельная гелиосистема поможет раньше начинать и позже заканчивать купальный сезон в бассейне на открытом воздухе и под крышей. Но в холодное время года ее КПД заметно снижается.

Вакуумный – оптимальный выбор для закрытого бассейна. В теплый сезон система будет поддерживать требуемую температуру воды в чаше, в зимнее время сократит на 30-40% общие затраты тепла на обогрев бассейна.

Выбирая коллектор, важно правильно рассчитать его мощность и общую площадь. При этом учитывается:

• тип бассейна (открытый/закрытый);
• тип коллектора и сезонность использования;
• место для размещения (открытая площадка рядом с резервуаром, крыша террасы или иной постройки), расположение панели относительно солнца, угол наклона;
• оптимальная температура воды в резервуаре.

Площадь панели рассчитывается индивидуально. В целом, для закрытого искусственного водоема этот показатель должен составлять 50-70% площади чаши, для открытого – 70-100%. Мощность циркуляционного насоса выбирают исходя из рабочих параметров и количества нагревателей в гелиосистеме.

Рекомендации по сборке

Чтобы самостоятельная сборка солнечного водонагревателя пошла быстро и успешно, необходимо учитывать следующие рекомендации профессионалов:

• все оборудование, необходимое для сборки солнечной батареи для нагрева воды, не рекомендуется ставить на ровной площадке. Здесь следует вести прокладку труб для обратной подачи несколько выше, чем те трубы, которые предназначены для прямой подачи воды. В результате вы сможете избежать неприятной ситуации появления воздушных пробок. Из-за их появления происходит замедление подогрева воды в системе;
• для закрытого типа бассейнов надлежит устанавливать солнечный водонагреватель с южной стороны. При этом максимально допустимый угол наклона должен составлять 45 градусов;
• используя устройство вакуумного коллектора, допускается его размещение на плоской кровле при 15 градусах. Здесь следует ориентироваться на высоту солнца, а не на компасные показатели. В такой ситуации водонагреватель буде выполнять дополнительную роль в качестве теплоизоляции;

Размещение устройства на крыше

все элементы в агрегате должны быть герметично соединены между собой, чтобы предупреждать появление протечек; стекла между собой стыкуются алюминиевыми уголками; особое внимание нужно уделить прочности конструкции, чтобы она смогла выдерживать не только вес платформы, но в уровень снега, который будет на ней лежать в зимнее время года; трубы для водонагревателя следует выбирать качественные и прочные, чтобы они смогли прослужить довольно продолжительный период времени; чтобы самодельная конструкция проработала долго, необходимо правильно за ней ухаживать. Беря во внимание эти рекомендации, ваша самодельная конструкция будет эффективно выполнять обогрев воды не один год

Беря во внимание эти рекомендации, ваша самодельная конструкция будет эффективно выполнять обогрев воды не один год

Виды гелиосистем

Существуют разные конструкции коллекторов, способные демонстрировать свои эффективность и возможности:

1. Открытые. Представляют собой плоские продолговатые емкости черного цвета, наполненные водой. Она нагревается от солнечного тепла и может поддерживать температуру воды в открытых бассейнах, летнем душе и т.д. КПД таких устройств крайне низок, поэтому их можно использовать только в летнее время
2. Трубчатые. Основным элементом этих систем являются стеклянные коаксиальные трубки, между внешней и внутренней частями которых создан вакуум. Возникает прозрачный защитный слой с крайне низкой теплопроводностью, позволяющий воде (или антифризу) получать солнечную энергию, практически не расходуя ее на окружающую среду. Стоимость таких коллекторов высока, ремонтопригодность крайне низка и проблематична
3. Плоские. Представляют собой плоские ящики с прозрачной крышкой. Днище покрыто слоем, активно принимающим энергию. КЕ нему припаяны трубки, по которым перемещается вода. Получая тепло, она направляется в отопительную систему. Иногда из-под крышки выкачивают воздух, усиливая эффективность приема энергии и снижая потери. Существуют также конструкции, где трубки находятся между двух приемных слоев, в которых для них созданы канавки. Это позволяет улучшить теплопередачу

Существуют также более современные виды коллекторов, в которых используется принцип теплового насоса — в герметичной емкости находится легкоиспаряемая жидкость. Нагреваясь от солнечного тепла, она испаряется. Этот пар поднимается в конденсационную камеру и оседает на стенках, выделяя при этом много тепловой энергии. По ту сторону стенок создана водяная рубашка, которая принимает это тепло и направляется в систему отопления.

Трубчатые коллекторы для отопительных систем

В таких устройствах по трубкам также циркулирует теплоноситель, однако каждая из трубок еще и вставлена в другую. А все вместе они соединяются в особую конструкцию – манифолд или гребенку. Современные трубчатые коллекторы выпускаются двух видов – перьевые и коаксиальные. Последние представляют собой трубу в трубе, они вложены друг в друга, и края их запаяны. А из пространства между трубками выкачан воздух.

В перьевых трубках вставляется еще и специальная адсорберная пластинка, напоминающая по структуре перо – для повышения теплоотдачи.

Плоские солнечные коллекторы для отопления и горячего водоснабжения

Такие гелиоустановки имеют наиболее простую конструкцию, и именно их имеют в виду, когда говорят про солнечное отопление своими руками. В принципе самодельный солнечный коллектор можно сделать из прозрачной трубки, свернутой кольцами, а среди дачников популярен солнечный коллектор из старого радиатора.

Как правило, на металлической раме закрепляют дно, на которое укладывают теплоизоляцию, уменьшающую потери энергии. Затем идет слой специального материала – адсорбера, хорошо поглощающего солнечное излучение и преобразующего его в тепло. А уже на адсорбере закрепляют трубки, по которым и циркулирует теплоноситель. Сверху вся конструкции должна быть закрыта особой прозрачной крышкой, изготавливаемой из закаленного стекла либо специального пластика, например, поликарбоната. Кроме того, нередко материал крышки еще и предварительно обрабатывают, чтобы он был чуть матовым и не гладким. Конечно, такое устройство для дома своими руками непросто будет сделать.

Принцип работы солнечного коллектора

Трубки обычно укладывают змейкой, и в коллекторе имеется 2 отверстия – выпускное и впускное. Как правило, для нормального теплообмена в схему включают и циркуляционный насос, но возможен и самотечный вариант, хотя это заметно снизит эффективность системы – ее вряд ли хватит даже на теплый пол, не то что на батареи.

А вот правильная заводская гелиоустановка имеет коэффициент полезного действия на уровне 72-75 процентов. Однако всегда есть минусы:

• при ветре возможны большие потери тепла;
• система плохо работает в пасмурную погоду и вообще не функционирует ночью;
• если какая-то деталь выходит из строя, то часто приходится менять всю панель.

Воздушные коллекторы

Устанавливаются для обогрева частных домовладений и воздушные солнечные коллекторы. Такие установки обычно используются для воздушного отопления зданий. По своей конструкции они сильно напоминают описанные выше системы, однако по трубкам здесь циркулирует не жидкость, а воздух. Кстати, нередко такой обогрев совмещают с вентиляцией.

Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления

Большое распространение и популярность приобрели именно солнечные коллекторы, которые применяются в качестве устройства для нагрева какой-либо жидкости (чаще всего, воды) с целью ее использования в системах горячего водоснабжения или отопления.

Другой вид оборудования для преобразования энергии солнца – батареи, которые принципиально отличаются от коллекторов тем, что сначала вырабатывают и аккумулируют электрическую энергию, а в дальнейшем ее можно использовать для хозяйственных нужд.

Но данный вид получения и переработки солнечной энергии требует приобретения дорогостоящего оборудования, главными конструктивными единицами которого являются фотоэлементы, что не всегда оправданно, особенно в регионах с небольшим количеством солнечных дней в году.

В отличие от них, солнечные коллекторы для нагрева воды или отопления дома имеют быструю окупаемость, особенно если изготовить их самостоятельно, так как в этом случае расходы составят лишь стоимость материалов, в число которых дорогие фотоэлементы не входят.

Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:

• снижение затрат на отопление и подогрев воды для системы горячего водоснабжения;
• экологичность данного вида энергии.

Чаще всего использование коллекторов оправданно для использования в системах отопления небольших коттеджей или организации горячего водоснабжения в летний период в загородном доме или на даче. Оправдан солнечный коллектор для бассейна в качестве устройства для подогрева воды.

Объясняется это относительно невысоким КПД таких установок, который может значительно уменьшаться в пасмурные дни.

Поэтому для оптимизации расходов на отопление частного дома лучше всего использовать коллекторы совместно с традиционным оборудованием, которое изначально может быть рассчитано для этого, либо имеет возможности для переоборудования или согласования параллельного функционирования двух систем теплоснабжения.

Также стоит отметить, что, кроме регулярного обслуживания и очистки поверхности коллекторов от грязи и мусора, некоторые из них не предназначены для работы при низких температурах, поэтому перед началом зимы их нужно законсервировать, предварительно слив из системы теплоноситель.

Основные разновидности солнечных коллекторов

Солнечный коллектор представляет собой устройство, главной функцией которого является превращение поглощенной солнечной энергии в тепловую с целью ее дальнейшего использования для нагрева теплоносителя в системах отопления, в том числе и в «теплых полах» и ГВС дома.

КПД коллектора напрямую зависит от двух факторов: типа устройства и его площади, поэтому нередко для его монтажа выбирается крыша здания.

Солнечные коллекторы условно можно классифицировать, используя разные критерии. Прежде всего, они делятся по типу теплоносителя на:

• водяные (жидкостные);
• воздушные.

По уровню предельных температур коллекторы бывают:

• низкотемпературными – предел до 50°C, средний показатель 35-45 °C;
• среднетемпературными до 80°C;
• высокотемпературными – более 80°C.

Последние чаще всего являются промышленными образцами, сделать их своими руками не представляется возможным.

Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:

• плоскими, которые могут быть как воздушными, так и жидкостными;
• вакуумными, использующими в качестве теплоносителя воду или иной вид жидкости;
• трубчатыми – бывают и жидкостными, и воздушными;
• термосифонными, или так называемыми накопительными интегрированными коллекторами, главным отличием которых является способность не только нагревания жидкости, но и поддержания ее температуры определенное время.

Последний вариант является самым простым как по устройству, так и по сложности изготовления и представляет собой несколько теплоизолированных емкостей с водой, а нагрев жидкости происходит через стеклянные крышки баков.

Данный тип коллекторов можно считать и самым простым в обслуживании, так как для того, чтобы он работал, необходимо лишь периодически очищать крышку емкости, но использовать его в холодное время года невозможно.

Плоские воздушные коллекторы тоже довольно просты и имеют вид специальной панели в виде герметичной коробки с теплоприемником с подключенными воздуховодами, по которым движется и нагревается воздух.

Для повышения эффективности их работы требуется увеличение их площади, например, за счет использования нескольких панелей в одной системе, а также использование вентилятора.

Где устанавливать гелиоколлекторы

Основное условие для работы коллектора – открытое пространство, куда в любое время года свободно попадают прямые солнечные лучи. Устройство устанавливают на территориях частных домов, где нет тени от других построек и деревьев. Чаще светочувствительные пластины крепятся на крыше здания.

Распространенный способ – установка нескольких пластин, так называемых «геополей». Для монтажа подходят как скатные, так и плоские крыши. Из-за большого веса коллектора его закрепляют на несущих конструкциях – балках, стропилах и т. д.

Устройства устанавливают на балконах или горизонтальных поверхностях фасада. Чтобы оно работало эффективнее, светочувствительные элементы в России располагают строго на южной стороне. При их отклонении на запад или восток коэффициент поглощения солнечных лучей снизится.

Что собой представляет солнечный коллектор и принцип его действия

Солнечный тепловой коллектор является техническим устройством, которое способно преобразовывать солнечную энергию в тепловую. Его применяют для получения горячей воды, которая в дальнейшем может быть использована для различных нужд. Главное отличие солнечных коллекторов от других вариантов аналогичной техники заключается в принципе изменения во время нагрева плотности воды. Холодные массы вытесняют наверх нагретый водяной поток, благодаря чему нет необходимости в использовании дополнительного насосного оборудования.

Принцип работы устройства состоит в следующем. Солнечная энергия абсорбируется в приемном устройстве, в качестве которого можно использовать медные или стеклянные поверхности темного или черного цвета. Такие материалы характеризуются хорошей способностью поглощения энергии.

Солнечные нагреватели воды удобно располагать на крыше, где много места и куда попадает максимальное количество солнечного света. Здесь такие устройства не занимают полезное пространство и никому не мешают. Далее тепло из накопителя переносится в бак с теплоносителем. Это может быть вода, антифриз или другая жидкость, которая используется в системе отопления.

Принцип действия солнечного коллектора

В большинстве случаев применяется смесь, состоящая из 40% гликоля и 60% дистиллированной воды. Теплоноситель, который нагревается до определенной температуры, подается к радиаторам посредством системы трубопроводов.

Направление движения воды в системе может меняться благодаря смесителю. Остывшая и теплая вода постоянно сменяют друг друга. Такая естественная циркуляция происходит благодаря расширению теплой воды, которая поднимается, вытесняя холодную в нагревательный бак.

Эта система отопления должна быть оснащена теплоизоляционным слоем толщиной не менее 25-30 см, что обеспечит ее эффективную и стабильную работу. В качестве накопительной емкости для теплоносителя лучше использовать резервуар прямоугольной формы. Здесь может быть расположен дублирующий нагревательный элемент. Он будет автоматически включаться в работу, когда создаются погодные условия, которые не способствуют нагреву теплоносителя до необходимой температуры.

Солнечный коллектор – это устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую

Функционал

Изначально задачей станции станет обогрев воды для бытового использования. Учитывая наличие 4-х коллекторов, горячая вода будет идти из крана, даже в климатические периоды, когда солнца очень мало (начало весны — первая половина осени). А вот когда солнечной энергии будет предостаточно — с апреля по август, система станет вырабатывать тепла с избытком, который и будет отправляться в бассейн (с помощью теплоаккумулятора). Более того, купальня всегда будет служить защитой от перегрева системы, если, например, хозяева какое-то время отсутствовали и не тратили горячую воду.

Такая схема подключения имеет ряд плюсов:

• ГВС есть почти всегда;
• экономия трат на электроэнергию для обогрева бассейна;
• защита системы от перегревания.

Если говорить о бассейнах, расположенных на участке, то сразу стоит отметить, что теплопотеря будет проходить активнее (в 2-3 раза быстрее). Солнечные системы могут помочь и в этом случае, но учитывая сезонность внешних конструкций, можно смело сэкономить на коллекторах, взяв, к примеру, гибкие аналоги.

Самодельный солнечный коллектор

Первым делом сооружается каркас. Он должен быть прочным, чтобы выдержать вес полотна. Брусья скрепляются мебельными уголками. Желательно сделать таким образом, чтобы полотно могло наклоняться под разными углами. В зависимости от падения солнечных лучей. Тогда подогрев бассейна от солнечных батарей будет быстрее и эффективнее.

• Змеевик лучше сделать из медных трубок. Жесть быстрее прогревается. Готовый спаянный змеевик, также окрашивается черной краской и становится похож на черный шланг. Держатели под него крепятся к полотну на одинаковом расстоянии. Причем змеевик должен быть меньше на 15 см самого полотна с каждой стороны. А выходные трубки наоборот больше. К ним в будущем будут подведены шланги с водой.
• Также нельзя забывать, что солнечный коллектор для бассейна, должен быть оснащен автоматическими клапанами, которые будут выпускать образовавшийся водяной пар от горячей воды.
• Короб хорошо промазывают герметиком, чтобы воздуха практически не было.
• Закрывают стеклом.
• Подсоединяют шланги на вход и выход воды.
• Коллектор устанавливают недалеко от бассейна на ровную поверхность. Главное условие, чтобы место под коллектор освещалось как можно дольше. И не было тени от построек и деревьев.

Солнечный коллектор для подогрева воды в бассейне готов. И для его конструкции потребуется немного времени и затрат. Он окупит себя в первый же год. Особенно хорошо для тех мест, где частые перебои с электричеством. Таким коллектором можно обогреть не только воду в бассейне, но и душе.

Солнечный коллектор можно приобрести в специализированном магазине. Несмотря на то, что цена достаточно высокая, он оправдывает ее. Так как при установке такого коллектора на крыше или земле вашего участка вы:

• Нагреватель будет отапливать воду не только в бассейне, но и для душа, мытья посуды, полива в теплице.
• Пар от горячей воды пойдет на обогрев дома. Снизит затраты на электрический котел, и нагрузку на него.
• Работоспособность солнечной батареи 20 лет.
• Теплоноситель нагревает воду и подает в накопительный бак, которым может пользоваться вся семья.
• Красивый внешний вид.

Критерии выбора устройства для подогрева воды

К выбору аппарата для подогрева бассейна нужно подойти со всей серьёзностью и обязательно обратить внимание на следующие факторы:

1. Вид бассейна. Бассейны бывают двух видов: в доме (закрытые) и на территории участка (открытые). Для второго варианта потребуется техника повышенной мощности, так как процесс охлаждения воды на открытом воздухе происходит в несколько раз быстрее.
2. Скорость прогрева. Скорость прогрева воды зависит от мощности аппарата, однако более мощные устройства располагаются в высокой ценовой категории.
3. Объем бассейна. Для бассейна малых размеров вполне достаточно системы со среднестатистической мощностью и скоростью нагрева, а для больших резервуаров — наоборот.
4. Эксплуатационный срок. Использовать бассейн круглый год поможет аппарат с высокой мощностью и повышенной степенью теплоотдачи. А для летнего периода, особенно в тёплые дни, будет достаточно устройства средней производительности и скоростью нагрева.

Выбор нагревателя воды зависит только от Вас!

Из вышеперечисленного можно сделать разумный вывод — приобретение конкретного водонагревающего прибора напрямую зависит от его технических показателей и выбранного вида бассейна.

Каким должен быть угол наклона коллектора

Угол установки плоского солнечного коллектора зависит от следующих факторов:

1. Регион проживания. Для южных регионов – 30-35°, для средней полосы – от 40°.
2. Время года, когда планируется использовать установку (летний или зимний сезон, круглогодично). Для всесезонного применения выбирают угол, которые примерно равен географической широте региона. Летом это значение уменьшают на 15°. Зимой, наоборот, увеличивают.
3. Климатические условия и количество осадков. Если гелиосистема используется в зимой, угол наклона делают крутым, чтобы снег не скапливался на ее поверхности.

В сопроводительной инструкции производитель указывает оптимальные показатели угла наклона для каждого солнечного нагревателя. Соблюдение всех условий для определения значений углового наклона способствует максимально эффективной работе оборудования.

Конструкция солнечного коллектора

Солнечная батарея для подогрева воды в бассейне включает в себя:

• Сам коллектор;
• Насосы, качающие воду и обеспечивающие ее циркуляцию в бассейне;
• Систему теплообменника, позволяющую передавать тепло всей массе воды;
• Защитные фильтры для насоса, производящего очистку воды;
• Клапаны, осуществляющие подачу воды.

Вода из бассейна через фильтры закачивается насосами в теплообменник. На входе в теплообменник стоит специальный датчик, фиксирующий температуру водной среды. Если ее значения ниже заданных, а в коллекторе уже достаточно тепла, то вода автоматически поступает в теплообменник. Если датчик фиксирует заданный уровень температуры, то с помощью насоса вода идет обратно. Холодная же вода поступает в теплообменник, где и доводится до нужной температуры при помощи солнечного коллектора.

Внутри модуля теплообменника расположена специальная трубка, по которой движется теплоноситель, нагреваемый солнечной батареей. Такая система напоминает огромный кипятильник, который нагревается не с помощью электричества, а с помощью солнечной энергии.

Как снизить потери солнечной энергии

При проведении расчетов, связанных с выбором и установкой солнечной батареи нужно также рассчитать потери энергии, которые свойственны для всех систем обогрева. Это позволит свести их к минимуму и более эффективно использовать энергию солнечных коллекторов.

На потерю тепла в бассейне влияют:

• Испарение воды и естественный теплообмен воды и окружающей среды;
• Перелив воды через борта бассейна и ее разбрызгивание вовремя купания;
• Грунт забирает много тепла из бассейна;
• При очистке фильтров теплой водой.

Для уменьшения теплопотерь в открытых бассейнах необходимо в ночное время закрывать их специальным теплоизоляционным материалом, который также будет защищать водоем от засорения.

Какие существуют

В зависимости от температуры, которую могут достигать пластины, коллекторы бывают:

• низких температур — не дают энергии большой мощности, они нагревают воду не более 50 градусов по Цельсию;
• средних температур — прогревают воду уже до 80 градусов, поэтому их можно использовать для обогрева помещений;
• высоких температур — используются в основном на промышленных предприятиях, и в домашних условиях их сделать невозможно.

Интегрированные коллекторы делятся на:

• накопительные интегрированные;
• плоские;
• жидкостные;
• воздушные.

Накопительный интегрированный или по-другому термосифонный коллектор. Он может не только нагревать воду, но и какое-то время поддерживать некоторое время нужную температуру. В нем нет насосов, поэтому он гораздо экономичнее остальных вариантов. Устройство-накопитель представляет собой конструкцию из одного или нескольких баков, заполненный водой и помещённых в теплоизоляционный ящик. Сверху на баках лежит стеклянная крышка, которая проходит через стекло и нагревает воду. Это недорогой, лёгкий в обслуживании и простой в эксплуатации вариант. Однако зимой его применение весьма затруднительно.

Плоский коллектор внешне напоминает обычный плоский металлический ящик, внутри которого помещена чёрная пластина, поглощающая солнечный свет. Стеклянная крышка ящика усиливает его, стекло имеет низкое содержание железа, такие образом способствуя поглощению всех лучей. Сам ящик термоизолирован, а чёрная пластина тепловоспринимающая, благодаря чему и выделяется тепло. Однако КПД пластины всего 10%, поэтому она дополнительно покрывается слоем аморфного полупроводника. Плоские коллекторы используются для подогрева воды в бассейнах, отопления помещений и иных бутовых нужд.

В жидкостных накопителях основным теплоносителем становится жидкость.Они бывают остеклёнными и неостеклёнными, с замкнутой и разомкнутой системой теплообмена.

Воздушные коллекторы гораздо дешевле своих водных собратьев. Они не замерзают зимой, не подтекают. Их используют для сушки сельскохозяйственных продуктов.

Существует еще один вид — концентраторы, они отличаются концентрацией солнечных лучей. Это происходит благодаря зеркальной поверхности, которая направляет свет на поглотители. Главный их недостаток — это невозможность работы в пасмурные дни, поэтому их используют в странах с жарким климатом.

Солнечные печи и дистилляторы. Дистилляторы работают на принципе испарения воды, тем самым не только дают теплоэнергию, но и очищают воду. Печи также используют как для обогрева, так и для стерилизации воды.