Опалення та підготовки гарячої води за допомогою сонячної енергії цілком можливі і в нашій малосонячних країні. Розповідаємо, що таке геліосистеми і як правильно підібрати їх для котеджу.
Ідея сонячного колектора дуже проста - сонячне проміння нагріває рідину, що протікає по трубках, які зроблені з матеріалу, добре поглинає тепло. Таким способом можна досить ефективно отримувати гарячу воду для побутових дачних потреб. Особливо успішно подібні геліосистеми працюють влітку. В цей час з роллю геліосистеми для отримання гарячої води може впоратися і звичайний пластиковий бак чорного кольору, ніж багато дачників і користуються, споруджуючи, наприклад, з таких баків імпровізований душ. Але сонячна енергія може використовуватися і більш ефективно.
Як влаштована колекторна гелиосистема?
Сучасна колекторна гелиосистема влаштована таким чином. Сонячні промені нагрівають в колекторі рідина-теплоносій. Ця рідина циркулює від колектора до теплообмінника в нагрівальному пристрої - бойлері з водою. Циркуляція здійснюється за допомогою насоса. Також до складу геліосистеми входить блок управління (контролер), який регулює роботу насоса, що включає захист від перегріву і виконує деякі інші завдання.
Сонячні колектори успішно застосовуються і в країнах з помірним кліматом.
Типи колекторів-геліопанелей
Найбільш важливим вузлом є колектори-геліопанелі. На них припадає більша частина вартості системи. Існує кілька варіантів пристрою геліопанелей, які можна звести до двох типів. У кожного з цих типів є свої переваги і недоліки, що визначають їх сферу застосування.плоскі
У них трубки з рідиною-теплоносієм поміщені під пластину-абсорбер з міді і укладені в загальний корпус. Зверху пластина-абсорбер закрита захисним склом, знизу під трубками розташований шар теплоізоляції.
Плоскі колектори на 20-30% дешевше і менш ефективні, так як у трубок з теплоносієм гірше теплоізоляція (частина тепла йде в атмосферу). Парадоксально, але цей недолік обертається достоїнством, наприклад, при снігопаді.
Плоскі сонячні колектори з високоефективним титановим покриттям Vitosol 100-F.
Для інтеграції в дахове покриття в серії колекторів Vitosol 200-F розроблена спеціальна модель (тип SV2E / SH2E), що забезпечує плавний перехід між двома поверхнями.
трубчасті
У них кожна трубка з теплоносієм змонтована в окремому циліндричному скляному корпусі з відбиваючим покриттям. Повітря з корпусу відкачано, звідси і назва - «вакуумні колектори».
Трубчасті колектори за рахунок вакууму практично не нагріваються, і сніг на них не тане. Гірше трубки переносять і град, вони більш крихкі. Загалом, трубчасті колектори гарні в умовах ідеального клімату, там, де рідко буває град і не трапляються снігопади. Трубчасті колектори забезпечують майже постійний приплив тепла протягом дня, це пов'язано з тим, що сонячні промені однаково освітлюють поверхню скляного циліндра незалежно від розташування сонця на небі.
Трубопроводи геліосистеми прокладаються таким чином, щоб було забезпечено повне видалення повітря.
Порівняння властивостей плоских і трубчастих колекторів
| властивість | плоскі | трубчасті |
|---|---|---|
| Робота протягом дня | ККД сильно змінюється протягом дня в залежності від кута падіння сонячних променів | ККД практично постійний протягом дня |
| вплив снігопаду | Сніг на панелі тане сам за рахунок часткової витоку тепла | Сніг не тане, його потрібно чистити |
| Міцність, стійкість до ударів | висока | Середня |
| парусність | Висока (необхідно більш міцну основу) | Середня |
Критерії вибору колектора
При виборі колектора звертайте увагу на якість геліопанелей, комплектуючі системи і термін експлуатації абсорбера (поверхні, що знаходиться під впливом сонячних променів).
Вартість геліосистеми залежить від її продуктивності, яка визначається площею колектора, географічною широтою, порою року і рядом інших характеристик. Найбільш дешеві - китайські, німецькі панелі дорожче, але і термін служби у них, як правило, вище, і їх можна рекомендувати для відповідальних завдань, наприклад цілорічного гарячого водопостачання.
Точний розрахунок системи повинен робити досвідчений фахівець. Спрощено можна вважати, наприклад, що система з колектором з корисною площею 3 м² в умовах середньої смуги і в зимовий час за 2-3 год може забезпечити приготування приблизно 150 л гарячої води (з температурою близько 50 ° С). Практика показує, що для невеликої сім'ї (два-три людини) вистачає геліосистеми з колектором площею 2-4 м² і бойлером місткістю 200-300 л. Така система обійдеться приблизно в 100-300 тис. Руб. Вартість одного модуля (площею приблизно 2 м²) колектора становить від 20-25 тис. Руб. (Китайські виробники) до 50-60 тис. Руб. (Ariston, Buderus, Viessmann і інші європейські виробники); ще 40-60 тис. руб. доведеться віддати за бойлер і 10-20 тис. руб. за контролер, насос і матеріали, необхідні для монтажу.
У невеликому будинку сонячна енергія дає можливість забезпечення до 60% енергії, необхідної для отримання гарячої води.
Термосифонна гелиосистема Vitosol 111-F (Viessmann) для забезпечення гарячою водою в літній період. Принцип термосифона забезпечує можливість здійснювати передачу тепла, використовуючи природну конвекцію теплоносія. Така система не вимагає застосування насоса і скільки-небудь складної системи управління.
Як правильно встановити колектор
Гелиополе має розташовуватися на незатенённой стороні: виходити на південну сторону або з розташуванням захід - схід. У разі, якщо таке розташування неможливо, в розрахунки вноситься поправочний коефіцієнт. Бажано також, щоб поблизу від нього не було високих дерев. Кут нахилу колекторів відносно горизонтальної поверхні вибирається згідно географічній широті і кліматичних умов, оптимальний кут - в залежності від сезону пікового використання. Якщо, наприклад, проектувати геліосистему для приготування гарячої води в котеджі на узбережжі Чорного моря з сезонністю травень-вересень, даний кут становитиме 20-25 °. Але якщо виникає необхідність у підтримці опалення за допомогою даної геліосистеми, кут повинен бути 40-45 °.
Геліосистеми розміщуються на даху таким чином, щоб максимально використовувати енергію сонця для нагріву жідкостітеплоносітеля. Для Північної півкулі це буде південна сторона схилу даху.
Панелі сонячних колекторів розміщуються в похилій площині так, щоб протягом дня на них забезпечувався кут падіння сонячних променів, максимально близький до прямого. Оптимальний нахил площини колектора відповідає географічній широті місцевості і складає, наприклад, для Москви 57 °. Напрямок, куди дивиться панель, в Північній півкулі має бути південне. І звичайно, сонячний колектор не повинен загороджуватись від сонця іншими предметами. Витримати всі умови вдається не завжди, тому при монтажі колекторів широко використовуються збірні або зварені металеві конструкції, які можуть кріпитися як на даху, так і на окремо розташованих стендах.
Кроквяні гаки можуть спиратися тільки на крокви або на проміжну обрешітку і не повинні спиратися на покрівлю.
З'єднання трубопроводів виконується за допомогою прес-фітингів або паянням твердим припоєм.
Вибір бойлера для геліосистеми
Для геліосистем використовуються спеціальні бойлери з вбудованим теплообмінником, не плутайте їх з звичними накопичувальними водонагрівачами. Так як вироблення гарячої води геліосистемою проводиться нерівномірно в залежності від часу доби, ці бойлери вибирають із запасом по місткості, щоб з їх допомогою акумулювати тепло. Тому нерідко використовують ємності об'ємом 300 л і більше. Подібні бівалентні баки-водонагрівачі є в асортименті Ariston, Buderus, Viessmann і інших виробників. Крім геліотермічні приготування гарячої води, в цих бойлерах зазвичай передбачається можливість додаткового нагрівання від опалювального котла.
Не забувайте, що якщо тепло не відводиться на нагрів води в бойлері, то необхідно передбачити спосіб якимось чином скинути надлишок тепла.
Бівалентний бак-водонагрівач Logalux SM200 (Buderus), 200 л
Бівалентний ємнісний водонагрівач Vitocell 100-B / -W (Viessmann), 250 л
Плоский колектор Logasol CKN 2.0 (Buderus) з алюмінієвою рамою і міцним покриттям
Трубчастий колектор De Dietric
Як уникнути перегріву
Серйозною проблемою при нерегулярному використанні геліосистем стає перегрів колектора. Боротися з перегрівом можна декількома способами. Найпростіший варіант - використовувати в якості теплоносія воду. При закипанні води пар скидається через спеціальний клапан, а потім недолік води добирається з системи водопостачання. Такий спосіб поганий тим, що вода замерзає, тому його можна використовувати тільки там, де морози бувають рідко (система в цьому випадку доповнюється захистом від замерзання з примусовим підігрівом теплоносія).
Інший варіант - злив теплоносія і заповнення колектора повітрям при відключенні насоса (система Drain Back) - вимагає грамотного розрахунку системи, ухилів і обсягів труб. Існує також можливість регулювання температури теплоносія за допомогою зміни контролером режимів роботи системи. Наприклад, контролер запускає вночі насос, який прокачує розігрітий теплоносій через колектор, система працює як би в зворотному порядку. Такий спосіб хороший при наявності плоского колектора (трубчасті не годяться) і місткого бойлера. Ще одну цікаву розробку запропонувала компанія Viessmann. В її колекторах використовується матеріал із змінною відображає. При підвищенні температури (скажімо, вище 90 ° С) поглинає здатність матеріалу зменшується в кілька разів, і теплоносій перестає нагріватися.
Про несправності геліосистеми в деяких випадках можна здогадатися по зовнішньому вигляду колектора. Так, поява інею на трубчастому колекторі свідчить про порушення герметичності скляного циліндра. У ньому відсутня теплоізоляція, і цю ділянку колектора виробляє дуже мало тепла.
Утворення криги і інею може свідчити про несправності геліосистеми.
При великому скупченні птахів вам, можливо, буде потрібно захист геліосистеми від їх занадто частих візитів; для цього підійдуть, наприклад, антіпрісадочние шипи, розміщені по верхній кромці.
Олександр Шкуркіною, інженер служби підтримки продажів компанії «Бош Термотехніка»
За найскромнішими даними, середньорічна інсоляція на території Росії становить 6-3 кВт g год на добу на 1 м², а це 120-60 л води температурою 55- 60 ° С! Основною причиною, яка стримує масове спорудження геліоустановок, є висока питома вартість, через яку строк їх окупності становить до 15 років. При виборі колектора варто звертати увагу на якість геліопанелей, комплектуючі системи і термін експлуатації абсорбера. Не варто забувати про правильний вибір монтажної організації. Не всі монтажники знають специфіку монтажу та введення в експлуатацію геліосистем.