Гелиосистемы для отопления

Гелиосистемы для отапливания

Домашнее отопление при помощи гелиосистемы

Такой вид теплоснабжения дает возможность применять в качестве источника тепла дармовую солнечную энергию. Гелиосистемы или гелиоустановки разрешают превращать эту энергию в тепловую и подогревать аналогичным образом тепловой носитель в системе традиционного отопления дома или давать его горячей водой.

Рабочий принцип и виды гелиосистем

Рабочий принцип построен на нагревании лучами солнца носителя тепла, который двигается в солнечном коллекторе с дальнейшей подачей его в бак-аккумулятор, откуда тепло подается в отопительную систему или горячего водообеспечения дома.

Солнечный коллектор собой представляет панель с теплообменными элементами в виде пластин или вакуумных трубок. Попадая на поверхность их, энергия солнца поглощается ими, таким образом нагревая тепловой носитель до 90-110°С, который подается в накопительный бачок емкостью 250-300 литров. Он по собственной конструкции очень похож на электрический водонагреватель, также имеет внутренний трубный змеевик (один или два – все зависит от количества контуров). Порой в него дополнительно устанавливают электрический ТЕН, который включается, если количества энергии тепла, получаемой от солнечных лучей, недостаточно.

Численность контуров и способы циркуляции носителя тепла

Гелиосистемы могут быть:

одно- или с двумя контурами;
с естественной или циркуляцией принудительного типа.

В одноконтурных установках (рис. 1) вода в систему снабжения воды или теплоснабжения подается конкретно из бака-аккумулятора. Она же нагревается и двигается в солнечном коллекторе. Система такого типа очень проста и имеет большой коэффициэнт полезного действия. Однако имеет и серьёзные недостатки. Для нормальной ее работы нужна хорошая мягкая вода, если в систему подается жёсткая вода, а она нередко бывает конкретно такой в скважинах и колодцах, то это существенно уменьшает результативность и служебный срок оборудования. Также, если в коллекторе двигается обыкновенная вода, то когда на улице холодно она может просто подмерзнуть.

Рис. 1 Одноконтурная гелиоустановка с конвективной циркуляцией носителя тепла

Двухконтурные гелиосистемы (рис. 2) предполагают наличие 2-ух контуров.

Рис. 2 Двухконтурная гелиоустановка с циркуляцией принудительного типа для отапливания и горячего водообеспечения дома

В одном двигается тепловой носитель, получающий энергию в коллекторе (это в большинстве случаев незамерзающая жидкость) и, через трубный змеевик в накопительном баке, отдающий ее воде, которая нагреваясь аналогичным образом поступает в систему горячего водообеспечения или домашнего отопления. Подобные системы имеют чуть меньший КПД, зато могут использоваться при минусовых температурах воздуха снаружи, да и специализированный тепловой носитель не будет вызывать ржавчины коллектора и не случается отложение солей жесткости, как в случае применения в виде теплоносителя воды из колодца или скважины.

Натуральная и в принудительном порядке циркуляция носителя тепла

В гелиосистемах с конвективной циркуляцией (рис. 1), она выполняется за счёт конвекции, другими словами благодаря тому, что более тёплая вода имеет меньшую плотность и подымается вверх, а на место ее поступает намного плотнее – прохладная. Очень часто по такой схеме работают одноконтурные системы. Преимуществом подобных систем считается их независимость от наличия электрической энергии.

В системах с циркуляцией принудительного типа (рис. 2), для ее поддержания применяется насос циркуляционный или, очень часто — пневматическая водонапорная установка, которая не считая самого насоса включает автоматику, регулирующую и запорную арматуру, вентиляционный клапан и расширительный бачок. Двухконтурные гелиосистемы, очень часто, применяют конкретно данный способ циркуляции. Хотя в принудительном порядке циркуляция считается более эффектной если сравнивать с естественной, но просит наличия электрической энергии для работы насоса.

Как подобрать гелиоустановку

Выбор вида гелиоустановки и ее мощности зависит от того назначения, для которого она необходима и района проживания: кол-во солнечных деньков в году и самая маленькая температура окружающей среды во время зимы. Так как в наших широтах во время зимы имеют место негативные температуры, то прекрасным вариантом будут двухконтурные установки с носителем тепла в виде незамерзающей жидкости.

Если при помощи гелиосистемы будет выполняться исключительно горячее водообеспечение дома, тогда понадобится установка низкой мощности и поэтому небольшая площадь солнечного коллектора. Если же при помощи энергии солнца планируется и обогревать дом, то тут мощность установки и площадь коллекторов должна быть намного большей. Так площади солнечного коллектора 4-6 м2 вполне достаточно, чтобы обеспечить на 50-70% горячее водообеспечение в доме. Площади 10-12 м2 уже должно полностью хватать для систем с горячим водоснабжением и отчасти – для отапливания.

Полное обеспечение дома тепловой энергетикой может быть только при площади солнечного коллектора больше 12 м2 . Хотя это зависит так же и от размера самого дома и настолько хорошо он утеплён. Если же энергии солнца, в какой-то период для отапливания будет мало, к примеру при значительном похолодании или отсутствии солнечной погоды, то для этого в контур отопления параллельно подсоединяют запасной котел: электрический, газовый или остальной, в зависимости от общедоступности того либо другого вида топлива.

Установка и ориентация

Солнечные коллекторы на крыше дома и перед бассейном

Солнечные коллекторы, в зависимости от их вида и площади, можно поставить как на крыше дома, так и на площадке открытого типа около дома, в первую очередь на южной стороне. Очень приоритетное значение имеет и угол их наклона. Чем он ближе к значению 90° в отношении к лучам солнца, тем будет лучше разогреваться тепловой носитель в них. Самым лучшим вариантом тут были бы системы с автоматизированным регулированием наклонного угла. Однако подобные гелиосистемы имеют высокую цену. Если же коллекторы фиксируются неподвижно, то они обязаны быть направлены на юг или очень близко к этому направлению.

Срок окупаемости

Окупаемость гелиосистем зависит, как от самой их стоимости, так и он стоимости на классический виды энергии, которые применяются для отопления в той либо другой местности. Для Европы, где гелиоустановки очень популярны, срок окупаемости, примерно, составляет до 5 лет. Для средней полосы России, а еще сопредельных стран он будет, как минимум, вдвое больше. Хотя, учтя постоянный рост расценок на источники энергии, на протяжении какого-то времени, он будет ужиматься. При этом, стоить учесть, что даже применяя гелиоустановки, как дополнительное теплоснабжение или для систем с горячим водоснабжением можно экономить от 40 до 70% топлива иных, классических видов.

Гелиосистемы для отапливания и ГВС

Альтернативные тепловые источники, например гелиосистема чтобы нагреть воду, у нас в государстве применяются не чаще всего, но востребованность их только увеличивается. Основным яблоком раздора считается большая цена установки. Не считая покупки самой гелиосистемы, в отопительном контуре обязан быть поставлен косвеник или буферная емкость (теплоаккумулятор), без которых солнечный коллектор работать не может.

Что такое гелиосистема, рабочий принцип

Гелиосистема с трубчатым абсорбером.

Гелиосистемы – это специализированные теплообменные аппараты, которые разрешают солнечную энергию направить на домашнее отопление или разогрев воды ГВС. Как правило, это такие фотоэлектрические панели, по которой двигается жидкость. Конфигурация коллектора и материал для его изготовления отличается, но рабочий принцип не меняется:

жидкость проникает в коллектор и нагревается за счёт солнечного света;
из гелиосистемы тепловой носитель перекачивается в бачок аккумулятор или косвеник и отдает собственное тепло;
остывшая жидкость снова направляется в фотоэлектрическую панель.

Необходимо понимать, что гелиосистема чтобы нагреть воду может полностью обеспечить дом исключительно летом. Во время зимы результативность системы невысокая.

Для отапливания это может быть только дополнительной мерой в помощь к ключевому обогреву помещения. Гелиосистемы монтируются очень часто на крыше дома, при этом разрешается расположение на земля. Основное, чтобы на трубный змеевик проникало побольше лучей солнца.

Данные установки работают только в паре с буферными емкостями (теплоаккумуляторами) и косвениками. Разница заключается в рабочем принципе данных резервуаров. В теплоаккумулятор тепловой носитель проникает прямо из подачи котла, а оттуда вода идет прямо в контур. Это же касается и гелиосистем. Отбор носителя тепла выполняется снизу, так как вода там холоднее. Буферная ёмкость необходима для системы обогрева.

Результативность газовых каминов для отапливания меньше, чем котлов на том же виде энергоносителя.

Применять камины для отапливания нескольких комнат можно лишь в паре с традиционным отоплением. Продолжение здесь.

Косвеник применяется для ГВС. Нагрев воды выполняется не прямо котлом, а через встроенный полотенцесушитель. В котлах есть специализированный отрезок трубы, куда подключаются трубы от змеевика. Аналогичным образом, выходит отдельная петля. Змеевиков может быть несколько: для котла, для гелиосистемы, для насосов для отопления. При этом тепловой носитель и нагреваемая вода в бачке совсем не пересечены, теплообмен выполняется исключительно через медные змеевики.

Виды гелиосистем

Есть сезонные и круглогодичные гелиосистемы для отапливания дома. Стоимость на круглогодичные выше. Из названия можно догадаться, что сезонные могут применяться только в жаркий период времени, так как в виде теплоносителя выступает вода. Во всесезонных двигается незамерзающая жидкость.

Циркуляция в сезонных гелиосистемах как правило проходит без давления и под давлением. В первом варианте тепловой носитель приводится в движение исключительно благодаря гравитации, а в другом – за счёт

Гелиосистема с плоским абсорбером.

электрического насоса. Гравитационные агрегаты монтируются исключительно на крыше, чтобы создавалось нужное давление. Тогда как солнечные коллекторы с циркуляцией принудительного типа могут ставиться куда угодно, плюс к этому на землю.

Круглогодичные гелиосистемы теплоснабжения бывают 3-х видов:

Важный элемент фотоэлектрической панели абсорбер. Это металлический коллектор из труб сделанных из меди. Площадь теплопередачи становится больше за счёт листов меди. Чтобы прибор лучше притягивал свет солнца, его покрывают краской в черный цвет.

Абсорбер собственными руками

Сделать плоский абсорбер для гелиосистемы собственными руками можно дома. В первую очередь из трубы из меди необходимо сделать коллектор, по которому будет циркулировать жидкость. Можно согнуть трубу змейкой либо же спаять коллектор в виде лестницы.

По стоимости стальные трубчатые батареи отопления доступнее биметаллических и чугунных.

Про то, какое должно быть расстояние между спайдерными крепежами отопительного прибора читайте тут.

Потом необходимо вырезать из жести лист соответствующих размеров. На этот лист кладется коллектор и припаивается. Подобных элементов необходимо сделать несколько (3-4 штуки) и объединить их между собой. Выходит, что в абсорбере будет 4 отрезка трубы для подачи носителя тепла и 4 для обратки. Собрать все слои абсорбера в общую систему, можно объединив отрезки трубы постепенно или параллельно. При последовательном соединении вода будет побольше времени проводить в коллекторе, естественно, лучше нагреется.

Абсорбер необходимо покрыть краской черной краской на матовой основе и уместить в корпус. Чтобы сделать меньше потери тепла на днище корпуса ложится пенополистирол. Все стыки обязаны быть герметичными, а материалы стойки к проявлениям влаги. Нужно помнить, что гелиосистема всегда будет располагаться на улице.

Обвязка гелиосистемы

Стоимость солнечного коллектора далеко не только одна расходная публикация во время покупки гелиосистемы. Общая цена в себя включает расходы на косвеник, трубы и арматуру для трубопроводов. Рассмотрим способ обвязки для системы с циркуляцией принудительного типа.

Схема подсоединения гелиосистемы.

Важные элементы схемы:

насос циркуляционный – ставится на обратке сразу за косвеником;
непромывной фильтр – ставится на обратке перед абсорбером;
расходомер – ставится за непромывным фильтром;
арматура запорная – монтируется в ключевых точках, чтобы можно было отсечь часть контура для работ по ремонту либо замены компонентов.

Нельзя пренебрегать установкой расходомера перед гелиосистемой для отапливания. Он даст возможность вам контролировать кол-во пропущенной через коллектор воды за единицу времени. Подходящая скорость носителя тепла в абсорбере составляет 25 л/ч на каждый метр квадратный площади гелиосистемы. К примеру, если у вас есть солнечный коллектор на 5 м. кв, то через него должно проходить 125 л/час или 2,08 л/мин.

Гелиосистемы для отапливания: экономия доступная всем

Так складуется ситуация, что стоимость на газ ежегодно очень быстро растет. А так как большинство котлов у потребителей не прекращает работу собственно на подобном виде топлива, то это приводит к тому, что люди платят все больше и больше собственных родных наличных средств. Хотя у иные энергетические ресурсы дорожают, однако не с подобными темпами.

Личный дом с солнечным коллектором

В наше время возник вариант для экономии – гелиоотопление. Но во многих случаях люди переоценивают возможности данных установок, так как они хороши лишь для экономии, а работать только своими силами они не могут. При этом данная установка предъявляет много требований к объекту проектирования и прочим составляющим системы обогрева. С такими требованиями мы и ознакомимся в данной публикации.

Объект установки и потребности к нему

Как вы уже знаете из всего сказанного выше, гелиосистемы работают одновременно с обыкновенными источниками теплоты:

В результате подобного симбиоза гелиосистема для отапливания способствует сэкономить часть топлива благодаря солнечной энергии. Хотелось бы выделить, что самая большая результативность подобной системы в наших широтах летом, когда Солнце находится под хорошим углом и максимальное время. Увидеть подробности данного явления вы можете на фото внизу.

Продуктивность по месяцам

Е – продуктивность плоского коллектора при площади пятнадцать метров квадратных;
D – Тоже самое при площади пять метров квадратных;
С – нагрузка на ГВС;
В – нагрузка на теплоснабжение постройки нового типа;
А – тоже, но постройки старого типа.

Проанализировав эту картинку можно заключить , что обогревать лишь гелиосистемой можно, но весьма тяжело. Основные трудности (соответствие дома требованиям) можно уменьшить за счёт образцовой тепловой изоляции и скромной площади. В подобном случае гелиосистемы могут на себя возложить нагрузку порядка тридцати процентов. Плюс к этому стоить учесть потребности к свойствам и показателям самой системы отопления.

Потребности к свойствам и показателям солнечных систем

В данном разделе мы будем рассматривать главные требования к гелиосистеме:

Общих особенностях;
Площади гелиополя;
Наклонного угла самих коллекторов;
Объёма емкостного водогрея.

Коллектор, установленый под угол тридцать градусов

Общие специфики

Если вести разговор о подобных системах, то для поддержки ними обогревания необходимо помнить, что:

гелиосистема для отапливания не может поменять главный источник теплоты, а еще сделать меньше его мощность;
она не должна рассматриваться как главный элемент отопления. В последнем огромную роль играет качество работы ключевого генератора теплоты. Использование солнечных коллекторов даст возможность только увеличить результативность всей системы отопления, но совсем не полностью её поменять;
Возможности поддержания систем отопления без аккумулирования теплоты сильно лимитированны;
В летние периоды, когда нет необходимости в обогреве, подобная гелиосистема будет томиться, если к ней не присоединить контур горячего водообеспечения.

Несколько постепенно установленных солнечных установок

Инструкция для нахождения показателей в целях поддержания обогревания декларирует, что берется во внимание тепловая нагрузка в месяцы лета. Она включает в себя нагрузку на ГВС и нагрузки прочих потребителей, работающих от гелиосистемы, например, поддержание установленной температуры в помещениях подвалов, чтобы устранить конденсационные процессы.

Для этих потребностей профессионалы исполняют расчет коллектора на нужды ГВС, целью которого считается нахождение площади. Результат который получился умножают на 2 или два с половиной и находят диапазон площади коллектора для нужд теплоснабжения. Более точные вычисления исполняют, учтя строительные размеры и установочные работы гелиополя.

Есть также и альтернативный способ подсчета, который изготавливается на основании площади постройки и не считается объективным. Если проверить необходимости в тепловой нагрузки на протяжении круглого года то становиться очевидным тот момент, что площадь коллектора на метр квадратный находится в границах 0,1-0,2. Это говорит про то, что площадь будет изменяться вдвое! Сей факт сильно затрудняет возможность точного определения площади.

Помимо данного недостатка существует еще один – необходимости в горячей воде не берутся подобающим образом, так как нет четкого соотношения между площадью помещения и расходом воды для нужд ГВС.

Водогрей емкостного типа

Важно! Если у вас дома имеется бассейн, который обладает подогревом, то температура в нем может поддерживаться за счёт излишка теплоты в месяцы лета. Подобное решение никак не будет влиять на площадь самого коллектора.

Наклонный угол

Если гелиосистема обладает правом выбора наклонного угла, то следует установить её на угол шестьдесят градусов. Подобный угол позволяет, по сравнению с коллекторами ГВС, достичь большей продуктивности в переходные периоды, а в летние получить меньше излишков теплоты. Данные установки разрешено устанавливать на грунте или крыше плоского типа.

Если место для установки это горизонтальная крыша с уклоном порядка тридцати градусов, то плоские вид оборудования не сможет подойти, необходимо ставить трубные коллекторы вакуумированного типа с горизонтальной установкой.

Движение жидкости в коллекторе

Емкостный водогрей и его объем

Для случаев, когда в месяцы лета встречается плохая неясная погода, устанавливают емкостные водогрееи.

Безупречные объемы подобных элементов относительно одного квадратного метра гелиополя:

Для плоских типов находятся в границах пятидесяти — семидесяти литров;
Для вакуумированных в диапазоне семьдесят – восемьдесят литров.

Потребности к конструкции

Во время проектирования теплоснабжающей системы есть два вида получать солнечную энергию:

направить её в отопительный контур (исполняет нагрев обратки теплоснабжения). В данных установках подогретая энергией солнца вода исполняет работу, когда в бачке температура воды более чем в водопроводе обратки. Если температура в подаче недостаточна, то вступает в работу главный источник теплоты;

Установка с нагревом воды в аккумуляторе

направить на нагрев бачка аккумулятора. В данных установках вода в бачке доводится до температуры равной подаче благодаря отопительному котлу или солнечному коллектору. В подобном случае контур отопления подсоединяется через этот бачок.

Установка с нагревом обратки

Потребности к ключевому генератору теплоты

В народе есть популярное мнение, что старые котлы имеющие небольшой показатель КПД, необходимо включать в работу таким образом, чтобы они нагревали воду с запасом по температуре. Это необходимо для того чтобы сделать меньше частоту включения горелок, собственно из-за них уменьшается результативность рабочего процесса системы. Профессионалы не рекомендуют использовать старые котлы с гелиосистемами, а менять их современными источниками теплоты. Видео с подобными моделями вы можете увидеть в нашей галерее сайта.

Совет. Экономить не нужно наличные средства на расчетах и монтаже, так как, исполняя данные работы собственными руками, вы можете позволить критические ошибки. Это не тот элемент, на котором можно сэкономить.

В отличии от «старых» источников теплоты, новые модели вырабатывают кол-во теплоты, которое требуется На сегодня, дабы получить нужную температуру носителя тепла. Если происходит нагрев водогрея за счёт генератора теплоты, то ухудшается КПД системы. Плюс к этому, становится больше температура воды при входе в установку, а, поэтому, качество работы гелиосистемы уменьшается в несколько раз.

Принцип работы \

Современные источник теплоты Viessmann

Собственно благодаря этому ведущие специалисты рекомендуют использовать нагрев обратки теплоснабжения. Также эти эксперты рекомендуют применять котлы конденсационного типа, при их использовании увеличивается КПД всего механизма отопления.

Потребности к обогревательным приборам

Очень хорошим решением при функционировании гелиосистемы считается установка полов с подогревом. Сама установка выдаёт тепловой носитель с температурой не выше пятидесяти градусов, что вполне устраивает «пол с подогревом», так как он имеет режим температур 40/30.

Если мы говорим о отопительных радиаторах, то они прекрасно работают в большом режиме – 90/70. Благодаря этому воду придется догревать в котле, после этого увеличиться температура носителя тепла при входе в коллектор (читайте также про то, как высчитать теплоснабжение).

Важно. Температурное увеличение при входе в гелиосистему приводит к уменьшению её КПД. Это очевидный факт, который выполняет применение полов с подогревом более рентабельным. Большое значение тоже играет безошибочность гидравлического увязывания трубо-проводов и батарей. Пол с подогревом

Предлагаю одновременно с вами подвести итоги данной статьи и отметить главные пункты, которые мы разглядывали:

Коллекторы прекрасно подойдут для строений маленькой квадратуры и с прекрасной изоляцией;
При правильной установке и расчете данная установка покроет тридцать процентов нагрузки;
В первую очередь использование конвекционных котлов, лучше конденсационных;
Нужная площадь установки для ГВС минимум вдвое более чем для отапливания;
Замечательный угол монтажного процесса – шестьдесят градусов;
Объем емкостного водогрея обязан быть в диапазоне пятидесяти – девяноста литров;
Эти гелиосистемы отлично работают как с полами с подогревом, так и с батареями.

Приветствую, камрады! Как вы размышляете, насколько Выгоден солнечный коллектор для отапливания? Я познакомлю вас с устройством и разновидностями коллекторов, а потом выполню простой расчет эффективности солнечного теплоснабжения, который даст возможность дать ему однозначную оценку. Итак, в путь.

Вакуумные коллекторы теплоснабжения и фотоэлектрические панели на крыше приватизированного дома.

Что это такое

Солнечный коллектор — это простое устройство, применяющее заметный свет и инфракрасное излучение Солнечного света для нагревания среды работы. Смысл его работы построен на поглощении тепла поверхностью с невысокой отражающей способностью.

От близлежащего собрата — фотоэлектрической фотоэлектрической панели, коллектор выделяет куда более большая эффективность: если фотоэлектрические детали преобразуют в электрическую энергию не больше 15% энергии солнца, то коллекторы разрешают перерабатывать до 80%.

Главная проблема, мешающая применять солнечные коллекторы для отапливания дома в качестве основополагающего источника тепла — переменчивая теплопроизводительность. Она связана:

С суточными циклами освещенности. Ночью как все понимают выработка тепла падает до нуля. Больше того: поддержание хорошей температуры циркулирующей через коллектор воды просит добавочных энергозатрат;
С погодой. При плотной облачности освещенность (и, исходя из этого, теплопроизводительность прибора) уменьшается.

Солнечные коллекторы популярны в регионах страны с самой большой инсоляцией. На снимке — крыша загородного дома в Ялте.

Во время зимы , когда не прекращает работу теплоснабжение, доминирует плохая погода. Более того, во время зимы выработка тепла коллектором падает ориентировочно на четверить даже в ясные дни. Это происходит из-за изменения угла падения лучей солнца, вызывающего зимнее похолодание.

Разновидности

В продаже встречаются два вида приборов для утилизации энергии солнца:

Плоские коллекторы конструктивно легче вакуумных, но несколько практически не эффективны. Тепловой носитель нагревается, проходя через трубки, закрепленные на теплопроводной железной подложке — медном или алюминиевом листе.

Снизу подложка теплоизолирована, сверху — защищена прозрачным для радиации солнца материалом (сталинитом с невысоким содержанием металлов или поликарбонатным материалом).

Устройство плоского солнечного коллектора.

Очень эффективен плоский коллектор с медными трубками, припаянными к формованной медной подложке. Коллектор с трубками из полиэтилена сшитого типа поглощает меньше тепла за счёт их намного низкой теплопроводимости.

Важные свойства плоских коллекторов смотрятся так:

Самая большая температура нагрева носителя тепла — 200-210 °С;
Поглощение солнечного тепла — до 70%;
Падение эффективности в снежную погоду — минимально. Пропускающий свет лист, защищающий абсорбер (подложку с трубками), нагревается во время работы, и снег быстро тает;

Плоский коллектор очищается самостоятельно при нагревании: снег быстро тает на поверхности защитного стекла.

Потери тепла — до 30% за счёт непосредственного контакта нагретого в коллекторе воздуха с защитным стеклом;

Теплопотери плоским коллектором становятся больше по мере падения температуры улицы. При -20 °С и ниже прибор прекращает производить тепло.

Парусность — высокая, что может привести к проблемам с установкой в регионах с ветреными зимами;
Установка — под произвольным углом к горизонту. Положение прибора должно лишь обеспечить его самую большую освещенность на протяжении светового дня.

Коллектор можно поставить на плоской или кровле с наклонной поверхностью, а еще установить на раме во дворе дома.

Вакуумный коллектор соединяет несколько трубок — термосов. Внутренняя колба каждой трубки покрыта высокоселективным (поглощающим очень много тепла) покрытием, внешняя колба прозрачная. Благодаря вакууму между ними потери тепла за счёт непосредственного контакта с воздухом минимальны — не больше 5%.

Быстрый нагрев носителя тепла обеспечивается переносом тепла по принципу тепловой трубки. Тепловой носитель выветривается снизу колбы и в виде пара подымается вверх в конденсатор, где при возвращении в состояние жидкости отдает собранное тепло, а потом самостоятельно опускается вниз.

Каждая колба вакуумного коллектора собой представляет тепловую трубку и обеспечивает быструю теплопередачу тепловому носителю.

Чем вакуумный коллектор разнится от плоского в функциональном проекте?

Самая большая температура носителя тепла: до 300 °С;
Поглощение солнечного тепла: до 80%. Большая эффективность обеспечивается самым большим поглощением тепла адсорбирующим слоем на стенках внутри колб и вакуумом между стенками, исключающим перенос энергии за счёт конвекции;
Падение эффективности в снег — есть, так как благодаря очень маленьким потерям тепла поверхность колб практически не нагревается;
Парусность: минимальна, благодаря этому приборы подойдут для регионов с шквальными ветрами;
Установка: под угол не менее 15-20 градусов к горизонту. При меньших углах наклона колбы перестанут исполнять роль тепловых трубок: конденсирующийся тепловой носитель перестанет самостоятельно возвращаться в их нижнюю часть.

Обследование образцов

Давайте ближе познакомимся с несколькими образцами коллекторов двоих типов.

Плоский коллектор отечественного производства ЯSolar.

СОКОЛ-ЭФФЕКТ-А

Солнечный коллектор Сокол-Эффект-А.

KAIROS VT 15B ARISTON

Вакуумный итальянский коллектор KAIROS VT 15B ARISTON.

Очумелые ручки

Сложно ли сделать собственными руками коллектор для обогревания дома либо для его обеспечения горячей водой?

Самая простая конструкция собой представляет уложенную в раму из дерева и накрытую полимерным этиленом трубу из полиэтилена для водообеспечения, уложенную спиралью. Сверху Для снижения потерь тепла абсорбер укрывается пленкой на основе полиэтилена.

Самый простой коллектор из трубы полиэтиленовой.

Однако у подобного импровизированного коллектора есть ряд минусов:

Невысокий КПД, так как трубный змеевик не соприкасается с подложкой по всей ее площади, и много тепла бесполезно рассеивается;
Энергозависимость. Без циркулярного насоса тепловой носитель будет разогреваться аж до разрушения обладающих невысокой температурой размягчения трубок;
Плохая защищенность от ветра и случайных повреждений механического плана.

Если у вас есть желание сделать прибор, который можно долгое время использовать для отапливания приватизированного дома — вот подробная инструкция.

К коллекторам необходимо прикрепить отрезки трубы с резьбами размером 1/2-3/4 дюйма для выводя носителя тепла.

Потом проклеиваем края рамы резиновым оконным уплотнителем и закрываем традиционным оконным стеклом толщиной 4 мм.

Если застекление собирается из нескольких листов, герметизируем стыки герметиком на силиконовой основе.

Схема подсоединения

Как присоединить коллектор к системе обогрева?

Отопительная схема и приготовления горячей воды при помощи солнечного коллектора.

В качестве теплового накопителя применяется теплоаккумулятор, или буферная емкость — большой утепленный бачок с водой.

Теплоаккумулятор копит энергию, которая потом применяется для обогрева дома.

В отопительной системе вырабатывается 2 контура:

Между коллектором и буферной емкостью;
Между буферной емкостью и дизайн радиаторами.

Днем тепло гелиосистемы применяется для нагрева носителя тепла в теплоаккумуляторе, ночью и в плохую погоду оно тратится на поддержание постоянной температуры в доме. Для приготовления ГВС применяется косвеник, в теплообменном аппарате которого тепловой носитель возвращает тепло воде для хозяйственных нужд.

По мере охлаждения воды в теплоаккумуляторе температура батарей будет понижаться. Поддерживать ее постоянной поможет узел смешивания, который состоит из трехходового термостата и добавочного циркулярного насоса.

Схема узла смешивания, обеспечивающая стабильную температуру носителя тепла на отоплении.

Оценка эффективности

А сейчас давайте попробуем оценить, насколько хорошо и прекрасно теплоснабжение солнечными коллекторами. Как пример я применяю свой дом. Его отапливаемая площадь равна 155 метрам квадратным, что с учетом севастопольского климата и качества утепления даёт необходимость в суммарной мощности системы обогрева в 15 кВт. Потребление энергии за день будет составлять 15х24=360 кВт·ч тепла.

Расчет площади коллекторов

С учетом сезонных колебаний инсоляции метр квадратный поверхности земли на широте Севастополя получает примерно 5 киловатт-часов тепла в день. Когда на улице холодно, во время сезона отопления, инсоляция уменьшается ориентировочно на четверть — до 4 кВт·ч/м2. С учетом настоящего КПД коллектора с метра квадратного его площади можно получить не больше 4*0,8=3,2 киловатт-часа энергии тепла в день.

Уровень инсоляции для различных областей России.

Значит, полная площадь коллекторов должна быть не меньше 360/3,2=112,5 м2. При стоимости одного теплового источника площадью 2 квадрата в 20000 рублей (стереотипная цена дешевого плоского коллектора) затраты только на приобретение коллекторов составят (112,5/2)х20000=1125000 рублей.

Затраты дополнительно возрастут, так как тепло необходимо будет собирать. Теплоаккумулятор, узел смешивания и разводка теплоснабжения будут совсем не бесплатными;
Система не будет энергонезависимой. Энергию будут круглые сутки тратить циркулярные насосы, а в сильные морозы ночью потребуется применение добавочных источников энергии (Трубчатых нагревателей, электрического котла, котла на твердотопливных элементах и т.д.), которые не дадут возможности тепловому носителю подмерзнуть.

Ориентировочно так должна смотреться крыша дома с независимым солнечным теплоснабжением.

Расчет периода окупаемости

Возможно, дорогой солнечный коллектор для дома быстро оправдается?

Давайте подсчитаем период окупаемости того же плоского коллектора площадью два квадрата, производящего 6,4 кВт·ч тепла в день. В качестве отправной точки возьмём источники самого дорогого (электрический бойлер) и самого недорогого (котел на газу) тепла.

Произведенный электрическим котлом киловатт-час энергии обходится в ценах начала 2017 года ориентировочно в 5 рублей. Ежесуточная экономия на электричестве при применении одного плоского коллектора будет составлять 6,4*5=32 рубля, период окупаемости — 20000/32=625 дней, или немного поменьше 2-ух лет.

Электрический бойлер — источник самого дорогого тепла. Киловатт-час обходится более чем в 5 рублей.

Если главный тепловой источник — котел на газу, то киловатт-час энергии будет обходиться уже в 70 копеек (0,7 рубля). Суточная экономия от одного коллектора будет равной 6,4*0,7=4,48 рубля, а период окупаемости вырастет до 20000/4,48=4464 дней, или 12 лет. С учетом среднего служебного срока коллектора в 10-15 лет это значит «никогда».

Вот какие выводы я сделал персонально для себя:

Домашнее отопление только от солнечных лучей обойдется непомерно дорого на фоне альтернатив. Насосы для отопления и их разновидность — кондиционеры с инвертором — как источник тепла смотрятся куда интереснее;

Главный тепловой источник в моем доме — кондиционеры с инвертором. Они работают на обогрев при уличной температуре до -25 °С, чего в полной мере достаточно для Крыма.

Насос для отопления на каждый киловатт теплопроизводительности перекачивает в дом до 5 киловатт тепла. Энергетическим источником для него служат низкопотенциальные источники с относительно невысокой температурой — грунт, вода в незамерзающих водоемах и воздух с улицы.

Теплопроизводительность бытового насоса для отопления на фото — 4100 ватт, потребляемая — 980.

В качестве добавочного теплового источника солнечный коллектор можно применять исключительно в том случае, если нет у вас магистрального газа. Он на самом деле несколько уменьшит ваши затраты на теплоснабжение, однако не выполнит его бесплатным.

Солнечные коллекторы вполне могут применяться в качестве добавочного теплового источника, снижая затраты на источники энергии.

Заключение

Надеюсь, что данный материал поможет уважаемому читателю неошибиться во время проектирования теплоснабжения. Как в большинстве случаев, добавочную информацию для вас предложит видео в данной публикации. Жду ваших дополнений к ней. Успехов, камрады!

Отоплении домов при помощи гелиосистем

В южных краях, на том же о. Кипр, где солнце по существу светит целый год, гелиосистемы установлены на каждом доме. И в данном нет ничего поразительного. У нас же всегда считали, что солнце не такое жаркое, а климат не такой хороший, чтобы позволить везде ставить гелиосистемы. Математические же подсчёты опровергают эти аргументы.

Делайте выводы сами. В зависимости от условий климата и широты местности, среднегодовой поток излучения солнца на земную поверхность может составлять от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в 12 часов дня при ясном небе, почти что в любом (независимо от широты) месте — около 1000 Вт/м2. В условиях средней полосы России излучение солнца «приносит» на поверхность земли энергию, равноценную ориентировочно 150 кг у.т./м2 в течении года, где у.т. — это относительное горючее (тут и дальше).

Функциональная задача, стоящая перед разработчиками и создателями разного вида солнечных установок, заключается в том, чтобы лучше всего «собрать» этот поток энергии и изменить его в необходимый вид энергии (теплоту, электрическую энергию) при наименьших затратах на установку. Простейшим и наиболее недорогим способом применения энергии солнца считается нагрев бытовой воды в называемых по другому плоских солнечных коллекторах.

Направленность последних трех лет — увеличение мощности установок при снижении их цены. На сегодняшний день стоимость вакуумных солнечных систем вполне сравнима с расходами на классические системы обогрева.А экономия, которую они дают, значительная

Показатели экономности

Согласно данным лаборатории нетрадиционной энергетики Института проблем морских технологий ДВО РАН (г. Владивосток) в общем солнечные установки могут обеспечить следующие показатели (на 1 м2 солнечного коллектора):

выработка энергии тепла примерно: 600-800 кВт/ч (в течении года), самая большая — до 1050 кВт/ч (в течении года), что даст возможность покрывать до 40-60 % потребностей индивидуальных потребителей в тепле, естественно, сделать меньше расход органического топлива до 100 кг в течении года на 1 м2 площади солнечных коллекторов и уменьшить засорение внешней среды при его сжигании.
экономия органического топлива будет примерно 100 кг у.т./м2 обогреваемой площади помещения. Установка с площадью солнечных коллекторов 30 м2 в общем экономит около 3 тонн у.т. или около 7,8 тонн угля;
снижение выбросов СО2 может достигать 0,6-0,7 кг на 1 кВт/ч выработанной энергии тепла;
1 м2 солнечного коллектора предохраняет выброс 350-730 кг углекислого газа в течении года

Рабочий принцип солнечной водонагревательной установки

Рис. 1. Схема круглогодичной солнечной водонагревательной установки

Круглогодичная солнечная водонагревательная установка — СБУ (рис.1) состоит из солнечного коллектора и теплообменника-аккумулятора. Сердце системы — это коллектор. Он это приспособление, которое позволяет прекрасно применять энергию излучения солнца для нагревания носителя тепла (антифриза). Тепловой носитель нагревается в солнечном коллекторе солнечной энергией и отдаёт потом энергию тепла воде через трубный змеевик, встроенный в бак-аккумулятор. В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до момента её применения, благодаря этому он обязан иметь замечательную теплоизоляцию.

В первом контуре, где размещен солнечный коллектор, может применяться натуральная или в принудительном порядке циркуляция носителя тепла. В бак-аккумулятор можно установить электрический или какой-нибудь другой автоматичный нагреватель-дублёр. В случае понижения в баке-аккумуляторе температуры ниже установленной (долгая плохая погода или небольшое кол-во часов солнечного блеска во время зимы)нагреватель-дублёр автоматично включается и доводит воду до температуры которая задана.

В результате, применяя систему солнечного теплоснабжения, можно получить до 50-60% горячей воды, нужной на протяжении года для отапливания и домашних потребностей. Летом солнце полностью обеспечит дом горячей водой.

Виды гелиосистем

Есть разные варианты солнечных коллекторов, но самое большое распространение получили плоские коллекторы и коллекторы с вакуумными трубками (рис. 2)

Рис. 2. Солнечный коллектор

В мировой практике очень популярны малые системы солнечного отопления. В основном, подобные системы в себя включают солнечные коллекторы общей площадью 2-8 м2, бак-аккумулятор, ёмкость которого устанавливается площадью применяемых коллекторов, насос циркуляционный или насосы (в зависимости от типа тепловой схемы) и другое дополнительное оборудование. В маленьких системах циркуляция носителя тепла между коллектором и баком-аккумулятором может выполняться и без насоса, за счёт естественной конвекции (термосифонный принцип). В данном случае бак-аккумулятор должен находиться выше коллектора.

Простейшим типом данных установок считается коллектор, спаренный с баком-аккумулятором, размещенным на верхнем срезе коллектора. Системы данного типа применяют естественно для нужд горячего водообеспечения в маленьких односемейных домах коттеджного типа.

Рис.3. Тепловая схема энергичной солнечной системы горячего водообеспечения и теплоснабжения: 1 — отопительный радиатор; 2 — котёл для отопления; 3 — солнечный коллектор; 4 — разбор горячей воды; 5 — тёплая вода для системы обогрева; 6 — вода из солнечного коллектора; 7 — насосная группа; 8 — аккумулятор тепла солнечной установки.

На рис. 3 показан пример энергичной системы больших размеров, в которой бак-аккумулятор размещен ниже коллекторов, и циркуляция носителя тепла выполняется с применением насоса. Подобные системы применяют для нужд и горячего водообеспечения, и теплоснабжения. В основном, в активных системах, снимающих только часть нагрузки теплоснабжения, предполагают дублирующий тепловой источник, использующий электрическую энергию или газ.

Относительно новым событием на практике применения солнечного отопления являются большие системы, которые способны обеспечить горячим водообеспечением и теплоснабжением дома многоквартирные или целые жилые кварталы. В подобных системах применяются либо суточное, либо сезонное аккумулирование тепла. Суточное аккумулирование предусматривает возможность работы системы с применением накопленного тепла на протяжении нескольких суток, сезонное — втечение пары месяцев.

Для сезонного аккумулирования тепла применяют большие подземные резервуары, наполненные водой, в которые сбрасываются все остатки тепла, получаемого от коллекторов на протяжении лета. Еще одним вариантом сезонного аккумулирования считается прогрев грунта при помощи скважин с трубами, по которой двигается горячая вода, которая поступает от коллекторов.

На заметку

Государства Европы являются Неоспоримыми фаворитами в создании новых систем солнечного отопления, однако намного уступают Китаю в объёмах эксплуатационного ввода новых солнечных установок. На Поднебесную на сегодняшний день приходится 78% вводимых в эксплуатирование солнечных коллекторов от всего числа производимых в мире. На долю Европы приходится всего 9%, Турции и Израиля — 8% и других стран — 5%. Не удивляет, что дешевле и проще сегодня в России приобрести собственно китайские гелиосистемы, тем более что качественный показатель у них даже лучше.

Математическое моделирование самой простой солнечной водонагревательной установки, проведённое в Институте больших температур РАН с применением современных программных средств и данных обычного метеогода показало, что в настоящих условиях климата России разумно применение солнечных водогреев.

Так, для установки системы с отношением площади солнечного коллектора к объёму бака-аккумулятора 2 м2/ 100 л вероятность каждодневного водонагрева до температуры не меньше чем 37°С составляет 50-90%, до температуры не меньше чем 45°С — 30-70%, до температуры не меньше чем 55°С — 20-60%. Самые большие значения допустимости относятся к летним месяцам.

Энергию солнца повсеместно применяют для хознужд в странах Европы. Так, площадь солнечных коллекторов, установленных в Европе достигла 13 960 000м.кв., а в мире увеличила 150 000 000 м.кв.. Ежегодный прирост площади солнечных коллекторов в странах Европы примерно составляет 12%, а в индивидуальных государствах может достигать уровня 20-30% и более. По количеству коллекторов на тысячу обитателей населения всемирным лидером считается Кипрская Республика, где 90% домов оснащены солнечными установками (на тысячу обитателей тут приходится 615,7 м2 солнечных коллекторов), за ним идут Израиль, Греция и Австрия. Полным лидером по площади установленных коллекторов в странах Европы считается Германия — 47%, дальше идут Греция — 14%, Австрия -12%, Испания — 6%, Италия — 4%, Франция — 3%.

На данный момент в странах Европы функционирует: