Солнечные коллекторы

Отопительное оборудование и инженерные системы | №3 (73) '2015

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.

Время ставить
Установка гелиосистемы непосредственно в ходе строительства позволяет сэкономить до 20% стоимости по сравнению с монтажом устройства на кровлю уже готового дома. Если сразу денег не хватает, нужно хотя бы подготовить почву для дополнительного оснащения в будущем, как минимум проложив трубы с крыши к бойлеру. Если доукомплектование планируется в течение пяти лет, следует задуматься также над выбором подходящего резервуара. Лучшим моментом для оснащения гелиоустановкой существующего здания станет реконструкция системы отопления или конструкции крыши. Трубы от коллектора до бойлера в котельной могут идти как снаружи, так и изнутри здания (один из вариантов — через недействующий дымоход).

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).

Коллектор в системе отопления
Вариант, когда конденсационный газовый котел и резервуар солнечной установки находятся не в подвале, а в мансарде. Поскольку подключенные к коллекторам трубы имеют очень маленькую длину, тепловые потери минимальны.

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.

Время решать
Как правило, решение поставить солнечную отопительную систему обусловлено комплексом причин.
В первую очередь потенциальных покупателей привлекает экономическая эффективность устройства, но это лишь один из аспектов.

Немаловажным становится тот факт, что при наличии гелиоустановки снижается потребление газа или жидкого топлива, а также зависимость от этих видов топлива. Одновременно повышается надежность энергообеспечения. Защита окружающей среды и климата тоже принимаются во внимание: для многих важна перспектива сохранения невозобновляемых видов энергоресурсов с одновременным сокращением выбросов CO2. И, конечно, свою роль играет эмоциональный аспект: если вода нагрета солнцем, душ приносит особое удовольствие.

Так что единых для всех рекомендаций нет. В конечном счете каждый домовладелец сам оценивает финансовую и другие стороны вопроса, учитывая индивидуальные приоритеты. Для окружающей же среды и климата использование солнечной энергии в любом случае выигрышно.

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.

Типовая конструкция системы:
1) солнечная установка с комбинированным бойлером косвенного нагрева, предназначенная для дополнительной поддержки отопления;
2) солнечная установка с бивалентным бойлером, предназначенная только для подогрева воды.

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).

- Для монтажа встроенной системы большие солнечные коллекторы поднимают на крышу с помощью крана.
- В новостройках нередко применяются более дешевые способы монтажа гелиосистем на поверхности кровли.

Смотрите также

Отопительное оборудование и инженерные системы | №3 (73) '2015 Тепло без хлопот
Вполне естественно, что в России, богатой природными ресурсами, для отопления домов используется природный газ. Половина всех котлов работает на этом виде топлива. Газ относительно дешев, экологичен, продукты его сгорания не оказывают агрессивного воздействия на оборудование, да и сами газовые отопительные котлы настолько компактны и чисты, что их вполне можно разместить на стене кухни или ванной комнаты...
Отопительное оборудование и инженерные системы | №3 (73) '2015 Сила тяги
Существует множество причин, которыми может быть обусловлена недостаточная сила тяги в дымоходе. Но в любом случае, ее последствия неутешительны: быстро загрязняются обзорные стекла в дверцах, топку нельзя использовать при открытой дверце, в процессе закладки дров в камеру горения дым попадает в помещение. К тому же существенно снижаются КПД камина и его мощность...
Отопительное оборудование и инженерные системы | №1 (71) '2015 Практичный выбор
Многие российские владельцы загородных домов для отопления и горячего водоснабжения используют напольные газовые котлы. Выбор этих агрегатов объясняется не только экономическими факторами (по стоимости владения котлы на природном газе лишь немного уступают угольным), но и удобством пользования, отсутствием забот о завозе и хранении топлива и многими другими достоинствами газовых котлов...