 |
Гаряча вода за допомогою нагрівального бака
Найпростішою системою для сонячного водопостачання будинку є нагрівальний бак. Це просто місткість для води, яка гріється вдень сонячними променями. Проте, такий простий сонячний нагрівач дуже ефективний для постачання теплою водою в літній час і отримав широке застосування для так званого «літнього душу».
 |
Найважливішою частиною сонячної системи, звичайно, є сам нагрівальний бак. Це може бути будь-яка місткість для води, наприклад, сталевий куб, бочка або декілька труб великого діаметру.
Краще всього використовувати для цієї мети спеціальний бак для літнього душу з поліетилену об'ємом 200-300 літрів. Такий бак має раціональну для нагріву плоску форму, не іржавіє, пофарбований у чорний колір для кращого теплопоглинання і зважаючи на невелику вагу легко монтується на дах.
 |
 |
Враховуючи, що більшість приватних домашніх господарств використовують газові та електричні бойлери, то вигідно використовувати їх для зберігання теплої води з нагрівального бака. Так само на відміну від утеплення нагрівального бака, процес зливу менш трудомісткий, не треба підніматися до місця установки бака. Більше того, оскільки в похмурий день вода в нагрівальному баку нагрівається лише до 25-30 ºС, її у будь-якому випадку доведеться догрівати.
 |
 |
| Датчик рівня води |
Такий спосіб підігрівання води надзвичайно простий, але у нього є два серйозні недоліки:
– необхідно щодня наповнювати і зливати нагрівальний бак;
– отримати підігріту воду можна тільки при теплій погоді, при температурі повітря вище +20 ºС.
 |
Щоб підігрівати воду сонячним теплом не лише в теплу погоду, але і в прохолодніше міжсезоння (березень, квітень, вересень, жовтень), нагрівальний бак не може бути використаний через занадто високі тепловтрати. Для цього його доведеться замінити ефективнішим сонячним колектором. У інтернеті можна знайти немало описів ефективних активних сонячних систем, які вимагають використання автоматики. Але розглянемо максимально просту та зручну пасивну систему сонячного водонагрівача, тобто таку, яка працює сама по собі без використання насоса.
Передусім, треба зробити сонячний колектор. Якщо проаналізувати безліч відомих конструкцій сонячних колекторів, то можна дійти висновку, що визначальним чинником для надійності, вартості та простоти збірки сонячного колектора є матеріал його теплообмінника. Найнадійнішими вважаються металеві труби, наприклад, тонкостінні мідні або сталеві, але вони коштують дорого, а їх збір трудомісткий. До того ж теплообмінник із металевими трубами має значну вагу, що вимагає міцного короба та ускладнює установку.
 |
 |
Усіх цих недоліків позбавлений теплообмінник із садового шланга. Його збірка полягає лише в тому, що шланг треба викурити у вигляді спіралі. Відсутність з'єднань та гнучкість шланга гарантує відсутність протікання, а довжина шланга дозволяє підвести воду безпосередньо від колектора до трубопроводу всередині будинку без проміжних з'єднань.
Простий сонячний колектор із садового шланга зображений на малюнку. Він складається з шибки (1), шланга (2) та пінопласту як теплоізоляції та основи (3). Принцип його роботи дуже простий – короткохвильове сонячне випромінювання проходить через скло, нагріває шланг із водою. Від нагрітого шланга починається випромінювання вже довгохвильового спектру, яке значно відбивається склом. Таким чином, сонячні промені потрапляють в так звану «теплову пастку». При установці сонячного колектора оптимальний кут нахилу буде 35º влітку і 40º весною-восени.
 |
Як бачимо, робота цього бойлера не вимагає складного та дорого устаткування, єдиний мінус такої простої системи це те, що треба періодично включати і відключати подачу води в сонячний колектор краном (3). При похмурій погоді нагрів води таким сонячним колектором відбувається частково, іншу частину потрібно буде «догрівати» бойлером, що все одно дає економію. Враховуйте при цьому, що при похмурій погоді або в міжсезонні бойлер повинен буде включатися на нагрів у кінці дня, тобто коли вода в колекторі вже не нагрівається. Інакше при нагріванні води в колекторі ТЕН’ом вона перестане циркулювати.
Для розрахунку необхідної продуктивності сонячного нагрівача треба враховувати, що 1 метр шланга зовнішнім діаметром 25 мм ясним днем при +25 ºС нагріває 3,5 літри гарячої (до + 45 ºС) води. А при +32 ºС нагріває 3,5 літри гарячіше до + 50 ºС. Кількість середніх сонячних годин протягом року для м. Київ вказаний в таблиці 1.
Таблиця 1. Кількість середніх сонячних годин для м. Київ
| Місяць | Години | Місяць | Години | Місяць | Години |
| Січень | 2 | Травень | 8 | Вересень | 6 |
| Лютий | 3 | Червень | 8 | Жовтень | 4 |
| Березень | 5 | Липень | 8 | Листопад | 2 |
| Квітень | 6 | Серпень | 7 | Грудень | 1 |
Наприклад, при довжині шланга в колекторі 10 м в травні продуктивність сонячного колектора складе 3,5л*10м*8ч=280 літрів гарячої води в день.
Нижня межа зовнішньої температури повітря, при якій спостерігається економія при ясній погоді, буде +5 до +8 ºС. При заморозках воду з колектора краще всього злити, хоча ця конструкція стійка до заморожування.
 |
Шланг для такого сонячного водонагрівача підійде з гуми або армований із ПВХ. Внутрішній діаметр шланга не має бути менше 19 мм, можна і більше. Але якщо діаметр буде меншим, то значно підвищується гідравлічний опір системи, що сповільнює природне перемішування води за рахунок термосифонного ефекту. Так само, пише iBud.ua, не бажано вибирати шланг із товщиною стінки менше 2,5 мм, оскільки шланг із тонкими стінками погано тримає форму і часто перегинається. Садовий шланг не дорогий. Так, армований шланг із ПВХ з внутрішнім діаметром 19 мм і завтовшки стінки 3 мм залежно від виробника коштує від $2 до $3 за метр.
Переважно вибирати шлаг чорного кольору або темних тонів для кращого теплозасвоєння. Різниця, правда, не сильно велика. Наприклад, білий шланг засвоює сонячне тепло приблизно на 5% гірше, ніж чорний. Але додаткові 5% зайвими не будуть.
Для перемішування води за допомогою термосифонного ефекта сама форма шланга не має значення, оскільки вода в шланзі рівномірно прогріта, важлива різниця рівнів між холодною водою в бойлері та гарячою водою в колекторі. Тому для виникнення стійкого термосифонного ефекту бойлер має бути підведений над верхньою частиною сонячного колектора по крайній мірі на 60 см Так само треба прагнути максимально зменшити довжину підвідного трубопроводу, оскільки, чим довші труби, тим більша сила тертя, яка перешкоджає перетіканню води з колектора в накопичувач (бойлер).
 |
Для фіксації форми шланга сонячного нагрівача у вигляді спіралі, він прив'язується до будь-якої трубки або бруска. Щоб закріпити його на пінопласті його досить просто прив'язати.
Скло обов'язково треба використовувати віконне. Органічне скло або полімерна плівка не підійдуть, оскільки вони дуже погано затримують довгохвильове випромінювання. Між склом та поверхнею шланга має бути проміжок 12-20 мм. На склі не має бути відбиваючих селективних покриттів (i -скло), таке скло відбиває значну частину сонячного випромінювання.
 |  |
– якщо сонячний нагрівач використовуватиметься переважно в теплу пору року, то краще одинарне скління;
– якщо ж в прохолодне, то тоді вигідніше стає подвійне.
 |
Для протяжніших ділянок, а так само для теплоізоляції зовнішніх трубопроводів треба використовувати потужнішу жорстку теплоізоляцію для труб із фольгірованого пінополіуретана.
Під'єднувати шланг до трубопроводу можна за допомогою хомута для гумових труб, для цього шланг туго надівається на трубу і затискається хомутом. Оптимально, щоб внутрішній діаметр шланга дорівнював діаметру труби, на яку він надіватиметься.
Описана конструкція пасивного сонячного нагрівача з колектором може заощадити до 80% енергії для гарячого водопостачання влітку і до 40% весни та осені, що за рік складе близько 400 кВт*година заощадженої енергії на одну людину.
