За рубежом домовладельцы активно применяют энергию солнца в бытовых целях, в том числе для отопления, — такой способ обогрева не наносит ущерба окружающей среде, обходится сравнительно недорого (насколько позволяют возможности имеющейся техники) и всячески поощряется. Что же нужно принять во внимание, решив обзавестись гелиоустановкой и выбирая оборудование?
Первый вопрос, которым задается любой домовладелец, задумавшийся о приобретении гелиоустановки, — будет ли от нее толк в местном климате. Следует учитывать, что такие устройства эффективны при достаточно высоком уровне солнечного излучения — когда средняя годовая суммарная солнечная радиация составляет 900 кВт/ч/м² и более. Для монтажа оптимальны крыши, ориентированные по направлению с юго-запада до юго-востока, с уклоном 20–60° — это позволяет улавливать даже низко стоящее зимнее солнце.
Правильно установленный коллектор смотрит на юг и имеет угол наклона примерно 45°. Важно исключить длительное затенение прибора (деревьями, каминными трубами, соседними строениями), поскольку это существенно сокращает выход солнечной энергии. Но в конечном счете решающими факторами являются положение самого здания, конкретные условия размещения, используемая техника и качество интеграции в отопительную систему дома.
Существуют две разновидности гелиоустановок: солнечные батареи и солнечные коллекторы. Устройства первого типа, непосредственно преобразующие солнечную энергию в электричество, довольно дороги и не особенно популярны в нашей стране. Сегодня речь пойдет о системах на солнечных коллекторах, принцип действия которых основан на использовании солнечной энергии для нагрева циркулирующего по трубам теплоносителя.
Ловушка для лучей
Применяемые в частных домах гелиоустановки состоят из трех основных компонентов: солнечных коллекторов (более популярны плоские разновидности, выпускаются также вакуумные трубчатые), циркуляционного контура с регулирующей аппаратурой и резервуара для хранения воды.
Первый компонент отопительной станции монтируется на крыше. Плоский коллектор представляет собой пластину так называемого абсорбера (в этой роли выступает металлический лист с темным покрытием), помещенную в защитную оболочку из антибликового стекла и стационарно соединенную с теплопроводящей системой труб. Обрамление коллекторов чаще изготавливается из металла, но может быть деревянным или пластиковым.
Вакуумные трубчатые коллекторы состоят из соединенных между собой стеклянных трубок с трехслойным селективным покрытием, где абсорбером служат металлические полосы, вставленные внутрь. Коэффициент потерь в таком коллекторе не превышает 3%, поэтому теплоноситель нагревается сильнее (до 100–260°С), а благодаря отличной теплоизоляции вакуумные установки эффективны при любых температурах окружающей среды.
К тому же эти коллекторы можно монтировать вертикально, даже на стене дома. Однако трубчатые установки намного дороже плоских (имеется в виду продукция сопоставимого качества — конечно, трубчатые коллекторы безвестной китайской фирмы будут заметно дешевле плоского аналога от известного европейского производителя).
Варианты монтажа
Укрепить гелиоустановку на скатной крыше можно двумя способами. При встраивании коллекторы гармонично интегрируются в кровельное покрытие. Это лучшее решение для домовладельцев, придающих большое значение эстетике. Другой вариант встраивания — обустройство так называемой энергетической крыши, где коллекторы дополнительно выполняют функции кровельного покрытия. Чаще всего в таких случаях используют комбинированную установку, включающую в себя фотогальванические модули.
Однако для встраивания подходят далеко не все коллекторы, к тому же это достаточно дорогая и сложная операция, поэтому наиболее популярен второй вид монтажа — сверху на кровлю: такой способ дешевле и позволяет дополнительно оснастить существующую крышу. В данном случае коллекторы крепятся поверх кровельного покрытия с помощью специальных монтажных элементов.
План «Перехват»
Полученная солнечная энергия передается в отопительную систему через циркуляционный контур — теплоизолированные трубы, соединяющие коллектор на крыше с емкостью в доме. По трубам перемещается незамерзающая водногликолевая смесь.
Коллекторы передают энергию этой вспомогательной жидкости, которая нагревает воду в резервуаре с помощью встроенного теплообменника, а затем, уже охлажденная, снова направляется на крышу. Непрерывную циркуляцию теплоносителя обеспечивает насос, который включается тогда, когда произведено достаточное количество тепла.
Третьим компонентом коллекторной системы является резервуар, где нагреваемая вода хранится до момента использования. В нижней части резервуара температура теплоносителя ниже всего, для бытовых нужд забирается горячая вода из верхней части. Гелиоустановки для поддержания системы отопления имеют также буферный или комбинированный резервуар, к которому подключается дополнительный генератор тепла. Чаще всего этот резервуар оборудован двумя теплообменниками.
Комбинация с так называемой станцией подготовки пресной воды позволяет осуществлять подогрев воды гигиенического качества по проточному принципу. По соображениям энергоэффективности эту станцию устанавливают непосредственно возле резервуара или внутри его изоляционного кожуха. Существуют комбинированные резервуары различных конструкций, наиболее широко распространены модели, где автономный бак для питьевой воды окружен водой отопительной системы.
Чтобы долго хранить солнечное тепло, при выборе резервуара нужно учитывать определенные моменты. Так, высокие узкие модели отличаются хорошим показателем температурного расслоения. Специальные конструктивные элементы, такие как отражатели, термосифоны или блоки управления, дополнительно улучшают энергоэффективность. А массивный изоляционный слой гарантирует минимальные теплопотери.
Доля солнечной энергии в общем энергопотреблении
К сожалению, в наших широтах максимум солнечного излучения приходится на тот период, когда отопление не требуется. И соответственно во время отопительного сезона количество солнечного света как раз ограничено. Это означает, что гелиоустановка обычных размеров покрывает лишь часть тепловой потребности здания в зависимости от качества его теплоизоляции: от 15–30% в обычных до 40–70% в так называемых пассивных (энергосберегающих) домах. Поэтому солнечные батареи, как правило, комплектуются дополнительными децентрализованными генераторами тепла (жидкотопливным или газовым котлом, камином с водяным контуром, печью).
Комбинированные установки могут в межсезонье отапливать дом, а зимой повышать температуру воды в подающем трубопроводе отопительного котла. Особенно эффективны гелиосистемы в домах с очень хорошей теплоизоляцией, в подающем трубопроводе отопительной системы которых вода имеет низкую температуру.
Устройства, предназначенные для поддержания системы отопления, по сравнению с установками, используемыми исключительно для подогрева воды, часто имеют вдвое большую площадь коллекторов и значительные объемы резервуаров (от 800 до 1000 л). Кроме того, они оказываются существенно дороже.
Плюсы качественных, грамотно установленных систем — длительный срок службы и экологически чистое тепло. Кроме того, коллекторы обычно не требуют сложного обслуживания, рекомендуется лишь периодически проверять давление в установке и состояние вспомогательной жидкости, которая может «стареть» (техобслуживание осуществляет специалист).
