Солнечные коллекторы-2
Что же такое солнечные коллекторы? Как они устроены? Насколько экономичны и экологичны? Каких видов бывают солнечные водонагревательные установки?
Используя энергию солнца, гелиосистемы позволяют ежегодно экономить традиционное топливо:- до 90% – для горячего водоснабжения при круглогодичном использовании;
- до 100% – для горячего водоснабжения при сезонном использовании;
- до 90% – для целей отопления; – до 80% – для целей дежурного отопления.
Следует учитывать, что каждая система индивидуальна, и процент экономии энергоресурсов при использовании гелиосистемы необходимо рассчитывать. Для расчетов гелиосистем использует специальные сложные программы.
Очень непросто даже примерно сказать, сколько коллекторов, и какой мощности нужно установить, чтобы нагревать воду для дома, так как в каждом проекте индивидуально просчитываются и учитываются различные факторы, такие как теплоизоляция, ориентация дома по сторонам света, затененность участка, роза ветров, местонахождение, вид системы отопления, число потребителей горячей воды.
«Основное достоинство этих систем – фактически бесплатная энергия солнца. Ваш дом не будет зависеть от коммунальных сетей и возможных перебоев с энергоснабжением».
Бесплатное отопление – в России это звучит фантастически!
Единственный минус – сама система достаточно дорогостоящая, она, конечно, окупится в скором времени, но первые вложения велики.
Солнечный водонагреватель – это преобразователь тепловой энергии солнца. Солнечный водонагреватель обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии солнечным водонагревателем составляет 97%. Солнечные водонагреватели устанавливают на крыше зданий с ориентацией на юг. Угол наклона относительно горизонта должен быть равен градусу широты местности.
Солнечные коллекторы предназначены для обеспечения горячим водоснабжением домов, коттеджей, дачных домиков, теплиц, бассейнов и других автономных объектов. Отопление помещений в весенне-осенний период и экономия энергоносителей системы отопления в зимний период до 40%.
Поддерживающее отопление помещений при применении технологии «теплый пол».
Вакуумные коллекторы.
В вакуумном водонагревателе-коллекторе объем, в котором находится поверхность, поглощающая солнечное излучение, отделен от окружающей среды вакуумированным пространством, что позволяет практически полностью устранять потери теплоты в окружающую среду за счет теплопроводности и конвекции. Потери на излучение в значительной степени подавляются за счет применения особого селективного покрытия. Так как полный коэффициент потерь в вакуумном коллекторе очень мал, а теплоноситель в нем можно нагреть до температур 120 160 С. Солнечный вакуумный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, практически вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов доходит до 98%
Преимущества и области использования вакуумных солнечных коллекторов.
Благодаря высокой теплоизоляции вакуумные солнечные коллекторы работают очень эффективно при низких температурах окружающей среды.
Солнечные тепловые установки на основе вакуумных коллекторов могут применяться как для целей горячего водоснабжения, так и для отопления дома. При этом в летнее время можно полностью получать горячую воду от солнечного нагревателя. В остальное время года за счет энергии солнца можно получать до 80% горячей воды. Часто возникает вопрос, насколько реально отапливать дом за счет энергии солнца. К сожалению, в России о значительной доле солнечного отопления в тепловом балансе говорить не приходится. Однако солнечная отопительная установка на основе вакуумных солнечных коллекторов может с успехом справляться с задачей поддержания минимальной заданной температуры дома весной и осенью. В зимнее время тоже можно рассчитывать на некоторую добавку тепловой энергии для отопления. Но она будет незначительна в декабре и январе. Поэтому обычно солнечную отопительную систему рассчитывают на работу в весенне-осенний период, а зимой она будет помогать вашей основной системе отопления (на газе, дровах, биотопливе, солярке и т.п.).
Достоинства. Это оборудование дешевле, а КПД у него выше, особенно при ясной погоде.
Минусы. Практика показала, что вакуумный коллектор плохо переносит влажный климат нашего края. В холодное время года, когда на его поверхность выпадает иней, коллектор не может улавливать солнечные лучи и перестает работать. Владельцу дома нужно будет следить за этим и при необходимости счищать иней (как с лобового стекла автомобиля), чтобы система снова заработала. Но для этого необходимо оптимальное соотношение влажности и температуры воздуха, что, конечно, случается, но не так часто, чтобы быть фатальным.
Типы солнечных коллекторов.
Солнечные водонагреватели (вакуумные солнечные коллекторы) подразделяются по способу нагрева воды на водонагреватели прямого нагрева воды (сезонные) и косвенного (всесезонные).
Вакуумные водонагреватели с прямой теплопередачей солнечной энергии воде.
В таких системах стеклянные вакуумные трубки и бак-накопитель (бойлер) монтируются на одну раму под углом 40-60 градусов. Трубки входят непосредственно в накопительный бак (бойлер) через уплотнительное резиновое кольцо. Вода нагревается в вакуумных трубках и, вследствие естественной циркуляции, более горячие слои жидкости поднимаются в бак. Горячая вода из бака-накопителя (бойлера) используется на бытовые нужды. Такие системы работают без давления. Подключение к водопроводу производится через запорный клапан, который поддерживает уровень воды в баке. Так как в качестве теплоносителя используется вода, такие водонагреватели называют сезонными. В европейской части России их можно использовать в период с апреля по сентябрь, то есть до наступления ночных заморозков.
Преимуществами водонагревателей данного типа являются простота, высокий КПД (до 95%), низкая стоимость и полная энергонезависимость.
Вакуумные водонагреватели с косвенной теплопередачей солнечной энергии воде.
Также такие системы называют всесезонными или раздельными. Принцип действия таких водонагревателей напоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, которая может работать под давлением водопровода.
Основные параметры таких установок:
• Применяются вакуумные тепловые трубки (HP – Heate Pipe). Это более продвинутый тип трубки, который может работать при низких температурах до -50°С и давлении водопровода.
• Коллектор и бак-накопитель (бойлер) расположены раздельно и соединены трубопроводом. Водонагреватель (вакуумный коллектор) обычно монтируется на крыше, а бак-накопитель (бойлер) внутри здания. Именно поэтому такие системы называют сплит-системами (от англ. Split – делить или раздельный).
• Работа системы автоматизирована специализированным контроллером
• Теплоноситель циркулирует в системе принудительно. Для этого применяется циркуляционный насос.
Вакуумная тепловая трубка
Конструкция вакуумных трубок похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Внутренняя трубка покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует (поглощает) солнечную энергию, а вакуум препятствует потерям тепла. Медная трубка запаяна и содержит небольшой объем легкокипящей жидкости.
Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура (незамерзающей жидкости). Конденсат стекает вниз, и процесс «испарения–конденсации» повторяется.
Данная трубка устойчива к замораживанию и работоспособна без повреждений до -50°С. Испарение жидкости начинается при достижении температуры внутри трубки +30°С. При меньшей температуре трубка «запирается» и дополнительно сохраняет тепло. Такие трубки функционируют и в пасмурную погоду, и при отрицательной температуре – они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло.
Коллектор
Через верхнюю часть коллектора и змеевик протекает незамерзающая жидкость. Эта жидкость забирает тепло из медных наконечников, а при перекачке отдает через змеевик (теплообменник) бака-аккумулятора (бойлера) и таким образом нагревает воду в баке. Цикл передачи тепла из коллектора к баку-аккумулятору длится до тех пор, пока длится световой день и температура на выходе коллектора выше температуры воды в баке. Приемник солнечного коллектора выполнен из меди с полиуретановой изоляцией, закрыт листом анодированного алюминия. Передача тепла происходит через медную «гильзу» приемника. Благодаря этому «солнечный» контур отделен от трубок, поэтому при повреждении одной или нескольких трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста и нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.
Включение и выключение насоса производит контроллер на основании показаний датчиков температуры. Датчики температуры находятся на выходе водонагревателя (коллектора), в баке-накопителе (бойлере) и «обратке» системы отопления. Кроме того, расширительный бак предохраняет систему от избыточного давления, возникающего при чрезмерном разогреве теплоносителя.
Таким образом, раздельная система с принудительной циркуляцией представляет собой автоматизированную систему преобразования и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный водонагреватель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной энергии. Нагретая вода используется для горячего водоснабжения и отопления.
Блок управления предназначен для контроля температуры в водонагревателе (солнечном коллекторе) и резервуаре-теплообменнике, а также для выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток. При этом контроллер регулирует поток теплоносителя через теплообменник, определяет направление подачи тепла (на систему горячего водоснабжения или на отопление). В ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения.
Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить:
• Круглогодично – горячее водоснабжение
• Сезонное отопление с экономией традиционных источников тепловой энергии до 70% (в зависимости от географической широты и климатических условий)
Резервуар-теплообменник (бак-аккумулятор)
Резервуар-теплообменник (бак-аккумулятор), или иначе – бак косвенного нагрева «водо-водогрейный». Выполнен в виде бака из нержавеющей стали в пенополиуретановой изоляции и обернут эмалированным стальным листом. Предназначен для накопления и сохранения тепла и обычно включает в себя одну или две внутренние теплообменные спирали. Бак может быть оснащен электронагревателем мощностью от 1 до 2,5 кВт.
При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом помещения и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур.