Как работает гелиосистема
Солнечные коллекторы отопления в условиях ы – все еще мало распространенное оборудование, но их популярность постоянно растет. И это вполне объяснимо. Ведь энергию солнца считают практически неисчерпаемой. Так что немалые единовременные расходы на установку гелиоколлектора – это вложение в долгосрочное будущее.
Такой источник энергии обеспечит жилище полезным теплом в течение многих лет. При разумном планировании он сможет покрыть потребности в горячем водоснабжении (ГВС) и значительную часть в отоплении. К тому же такой способ получения тепла абсолютно безвреден и экологичен.
Если говорить техническим языком, то солнечным или гелиоколлектором называют устройство, которое умеет преобразовывать инфракрасное излучение в тепловую энергию. Данная система использует в своей работе бесплатный и возобновляемый природный ресурс.
Важно понимать разницу между гелиоколлектором и солнечной батареей. Первые нужны для тепла, вторые умеют превращать энергию Солнца в электрическую.
Основной компонент рассматриваемого устройства – непосредственно коллектор. Солнечные лучи нагревают специальное покрытие – абсорбер, и по сети медных труб тепло передается воде (в ГВС) или теплоносителю (в отопительной системе).
В качестве последнего используют обычную воду или антифриз, то есть незамерзающую жидкость. Благодаря качественному исполнению, современные коллекторы способны извлечь тепловую энергию даже в пасмурную погоду, в осеннее и зимнее время. А применение именно медных трубопроводов гарантирует более высокую тепловую проводимость.
В состав солнечной системы также входят клапаны и фильтры, расширительные баки, элементы регулировки и управления, комплект для выполнения монтажных работ, а еще бак-накопитель (он позволяет постоянно иметь достаточное количество подогретой воды или теплоносителя).
Наконец, насосное оборудование обеспечивает циркуляцию жидкости по сети трубопроводов.
Среди важных характеристик современных гелиоколлекторов – относительная простота установки и минимальный уровень затрат в ходе дальнейшей эксплуатации.
Конструктивные виды
В продаже имеются плоские и вакуумные солнечные коллекторы. Оба вида способны работать в течение многих лет с высокими показателями эффективности, но имеют значимые различия.
Плоский гелиоколлектор представляет собой прямоугольную панель, в которой абсорбер (поглотитель солнечных лучей) защищен покрытием из высокопрочного стекла с низким содержанием металла.
Плоские системы собирают на производстве и уже готовыми доставляют на объект.
Конструкцию из стеклянных трубок с двойными стенками называют вакуумным гелиоколлектором. Вакуум в пространстве между трубками помогает сохранить до 95 % получаемой солнечной энергии и значительно снизить потери тепла. Для наиболее очевидного понимания принципа работы такой коллектор можно сравнить с термосом.
Применять в домашних условиях можно любой из этих типов солнечной техники. Среди преимуществ плоского варианта – надежность, практичность и непритязательность к внешних условиям и универсальность. К недостаткам можно отнести снижение эффективности работы в зимнее время.
Вакуумный коллектор хорошо работает в любое время года, так как лучше воспринимает рассеянное солнечное излучение. Но максимальный КПД (коэффициент полезного действия) у него ниже, чем у плоского.
Кроме того, вакуумные гелиоколлекторы обладают большими весом и геометрическими характеристиками в сравнении с плоскими приборами той же поглощающей способности.
Нередко трубчатые коллекторы собирают непосредственно на объекте перед монтажом на крышу.
Подбор системы
Правильный подбор комплекта солнечного коллектора возможен только при условии выполнения тщательного инженерного расчета.
Учитывают при этом такие характеристики, как профиль и направление крыши, число проживающих людей, приборов-потребителей горячей воды и требуемый объем горячего водоснабжения.
Если планируется участие гелиоколлектора в решении вопроса обогрева здания, также нужно принять во внимание параметры стен, расположение по сторонам света, розу ветров, климатические условия, общую и жилую площадь дома, размещение спален и детских и даже тип используемой сантехники.
Примерно обозначить варианты систем можно исходя из средних значений. Так, считается правильным, если солнечный коллектор для нагрева воды сможет обеспечить подачу до 60-75 % потребностей горячей воды в доме в течение года.
Если в коттедже проживает семья из трех-четырех человек, с этой задачей справятся два плоских коллектора на воду общей площадью примерно 4-6 м² (или 1-1,5 м² на одного проживающего) или вакуумный коллектор площадью 2,5- 3,5 м² (0,65-0,85 м² на человека). Требования к размеру абсорбирующей поверхности растут, если возле дома есть бассейн (крытый и особенно открытый).
Также современный гелиоколлектор способен покрыть до 30 % необходимой тепловой энергии для отопительной системы и до 50 % для дежурного отопления (то есть обеспечения минимальных значений температуры во время длительного отсутствия хозяев дома).
Для получения высокого КПД коллекторы нужно правильно ориентировать по солнцу, выбирая сторону и угол размещения.
Но для этого геометрические параметры солнечной системы надо увеличить примерно в 2-2,5 раза. Более точные параметры просчитает специалист.
При этом следует понимать, что гелиоколлекторы смогут повысить температуру теплоносителя до 35-45 °C и не более. Таким образом, необходимо, чтобы в здании были установлены низкотемпературные отопительные приборы, например водяной теплый пол.
Батареи на крыше: монтаж солнечного коллектора
Польза от применения солнечных коллекторов будет наивысшей, если правильно установить эти устройства. Выполнять монтаж должны опытные специалисты, но хозяину дома стоит знать ряд общих положений.
Так, приборы можно установить на приусадебной территории на специальных подпорках. Но только в том случае, если кровельная конструкция может не выдержать механического давления. А наиболее правильное место для гелиоколлектора – крыша здания.
Плоские системы устраивают даже в самом кровельном «пироге». Правда, при условии, что скат крыши составляет не менее 25°.
При возможности для солнечного коллектора стоит выбрать южную сторону крыши дома.
Отклонение от юга может составлять до 15° на запад или восток, иначе придется компенсировать снижение эффективности работы увеличением площади панели или числа трубок в приборе.
Что касается оптимального угла наклона устройств, то его величина зависит от времени года. Зимой он должен составлять 55-60°, летом – 25-30°. Поскольку изменить наклон коллектора, смонтированного на крыше, сложно или невозможно, то стоит выбирать значения в диапазоне от 35° до 50°. Можно и больше, поскольку работоспособность прибора в зимнее время важнее, чем летом.
И, конечно, надо максимально утеплить трубопроводы и стены здания, поставить правильные окна. Тогда произведенная тепловая энергия не будет тратиться впустую. Впрочем, этот совет касается всех зданий и отопительной или водонагревательной техники любого типа.
Монтировать устройство можно в том числе и на земле.
Рациональное применение: как использовать гелиоколлектор
В большинстве случаев солнечный коллектор используют для нагрева воды. Причем эффективность и окупаемость их применения тем выше, чем больше требуемый объем потребления в здании.
Например, если в доме проживает несколько человек, а на приусадебной территории есть подогреваемый бассейн. Также солнечные коллекторы несомненно полезны в том случае, когда дом построен вдали от магистральных инженерных линий.
Это значит, что подключение традиционных источников энергии повлечет за собой большие затраты, сравнимые с расходами на монтаж гелиоколлектора или других решений в сфере альтернативной энергетики.
Однако установка системы несет в себе ряд других очень важных преимуществ.
Это, в частности:
- Увеличение автономности проживания;
- Снижение зависимости от деятельности государственных служб и коммунальных предприятий;
- Гарантия стабильности горячего водоснабжения, в том числе в зимнее время;
- Возможность получения воды и тепла без какого-либо обслуживания оборудования;
- Экологичность, безвредность для природы и здоровья людей.
Эстетические соображения
В последнее время производители гелиоколлекторов все больше обращают внимание не только на функциональные характеристики, но и на внешний вид приборов. Все же предполагается, что системы будут работать много лет. При этом они заметны с улицы или со двора дома.
Если ориентация дома и крыши неудачна, то коллекторы устанавливают на фасаде. Так они выполняют роль маркиз.
Современные гелиоколлекторы тоньше своих предшественников, а при монтаже двух и более устройств их можно расположить максимально близко друг к другу.