Приблизний розрахунок сонячного колектора

При використанні сонячних колекторів (СК) в системі гарячого водопостачання необхідно правильно визначити їх кількість або площа: від цього залежить продуктивність. Розрахунок сонячного колектора будь-якого типу базується на потребах, які відомі заздалегідь. В основному постачальники, що пропонують подібне обладнання, готові не тільки встановити, але і розрахувати необхідну кількість СК, а також дати деякі консультації. Звичайно, можна повністю довіритися фірмі-установникові, а можна ще до звернення прикинути самому, скільки ж знадобитися колекторів для забезпечення себе гарячою водою виходячи зі своїх умов.

Розрахунок плоского сонячного колектора

Практика показує, що на квадратний метр поверхні, встановленої перпендикулярно яскравим сонячним променям, доводиться в середньому 900 Вт теплової енергії (при безхмарному небі). Розрахунок СК будемо виробляти на основі моделі площею 1 м². Лицьова сторона - матова, чорна (володіє близьким до 100% поглинанням теплової енергії). Тильна сторона утеплена 10 см шаром пінополістиролу.
Потрібно розрахувати тепловтрати, які відбуваються на зворотному, тіньовій стороні. Коефіцієнт теплоізоляції пінополістиролу - 0,05 Вт / м × град. Знаючи товщину і припустивши, що різниця температур на протилежних сторонах матеріалу - в межах 50 градусів, вирахуємо тепловтрати:

0,05 / 0,1 × 50 = 25 Вт.

Такі ж приблизно втрати очікуються з боку торців і труб, тобто сумарна кількість складе 50 Вт.
Безхмарним небо буває рідко, окрім того слід враховувати вплив нальоту бруду на колекторі. Тому знизимо кількість теплової енергії, що припадає на 1 м², до 800 Вт. Вода, яка використовується в якості теплоносія в плоских СК, має теплоємність, дорівнює 4200 Дж / кг × град або 1,16 Вт / кг × град. Це означає, що для того, щоб підвищити температуру одного літра води на один градус, потрібно затратити 1,16 Вт енергії.
З огляду на ці розрахунки, отримуємо наступну величину для нашої моделі сонячного колектора 1 м² площі:

800 / 1,16 = 689,65.

Округляем для зручності до 700 / кг × град. Цей вислів позначає кількість води, яке можна нагріти в колекторі (модель площею 1 м²) протягом години. При цьому не враховуються втрати тепла з лицьової сторони, які будуть зростати в міру розігріву. Ці втрати будуть обмежувати розігрів теплоносія в сонячному колекторі в межах 70-90 градусів. У зв`язку з цим, величина 700 може бути застосована до низьких температур (від 10 до 60 градусів).
Розрахунок сонячного колектора показує, що система площею 1 м² здатна нагріти 10 літрів води на 70 градусів, що цілком достатньо для забезпечення будинку гарячою водою. Можна зменшити час нагрівання води за рахунок зменшення обсягу сонячного колектора при збереженні його площі. Якщо ж кількість проживаючих в будинку вимагає більшого обсягу води - слід застосувати кілька колекторів такої площі, які з`єднують в одну систему.
Для того, щоб сонячне світло впливав на радіатор максимально ефективно, колектор необхідно орієнтувати під кутом до лінії горизонту, рівним широті місцевості. Про це вже говорилося в статті Як розрахувати потужність сонячних батарей, діє той же самий принцип.
В середньому, для забезпечення життєдіяльності однієї людини необхідно 50 л гарячої води. З огляду на, що вода до підігріву має температуру близько 10 ° С, різниця температур становить 70 - 10 = 60 ° С. Кількість тепла для підігріву води необхідно наступне:

W = Q × V × Tp = 1,16 × 50 × 60 = 3,48 кВт енергії.

Розділивши W на кількість сонячної енергії, що припадає на 1 м² поверхні в даній місцевості (дані Гідрометцентрів), отримаємо площу колектора.
Розрахунок сонячного колектора для опалення проводиться аналогічно. Але обсяг води (теплоносія) необхідний більший, що залежить від обсягу приміщення, що обігрівається. Можна зробити висновок, що поліпшення ефективності водонагрівальної системи такого типу можливо досягти шляхом зменшення обсягу і одночасному збільшенні площі.

Розрахунок вакуумного сонячного колектора

Проектування системи повинно проводитися з урахуванням:

• особливостей клімату в даній місцевості;
• обсягу опалювального приміщення і поверховості будівлі;
• кількості проживаючих (працюють) людей;
• типу встановлених опалювальних приладів;
• коефіцієнта теплопровідності стін (визначається виходячи з товщини і матеріалу);
• місця розміщення теплообмінника і т.п.

Проектні роботи виконуються в два етапи. Перший передбачає розрахунок сонячного колектора для опалення, а саме визначення їх кількості, необхідної для опалення. Другий етап - прив`язка отриманих результатів до існуючої системи опалення.
Детальніше про перший етап: визначаємо кількість енергії, яка виробляється колектором за день. Для цього слід використовувати дані про середньомісячний рівні сонячного випромінювання (відомості з гідрометцентру) в даній місцевості. Помноживши це значення на площу колектора і його ККД (приймемо рівним 0,8), отримаємо:

Ек = Ес. × S р. × 0,8 (кВт / день)

Потім визначаємо кількість води, що витрачається (Vдн, л.), Яка нагріється колектором протягом дня. Це залежить від параметрів опалювальної системи.
Відомо, що для підвищення температури 1 л води на 1 градус потрібно затратити 1,16 Вт потужності. Розділивши числове значення кількості вироблюваної енергії за день на теплоємність води, отримаємо температуру, до якої сонячний колектор даної моделі може нагріти теплоносій.

Тк = Ек. / (Vдн. × с), ° С

Якщо розрахунки показують, що отримана температура є недостатньо високою, для її збільшення необхідно змінити площу СК: встановити додаткові вакуумні трубки або панелі.