Солнечные гелиоколлекторы

Конечно, для ГВС и отопления  можно использовать электроэнергию. Это просто, удобно, к тому же электрический котел занимает немного места. Но электричеством отапливать гораздо дороже.

Можно отапливать дом твердым  топливом, но это довольно трудоёмкий способ, потому что два раза в  день приходится загружать котел  брикетами или дровами, которые нужно заготавливать.

Таким образом, если до установки гелиоколлектора семья использовала газовое отопление, окупаемость системы составит около 7-8 лет, а при определенных условиях (росте тарифов или перерасходе топлива) и того меньше — 3-4 года. В случае электрического оборудования установка окупит себя за 3-5 лет. 

 

Сколько лет прослужит вакуумный трубчатый  коллектор?

—       В этих гелиосистемах нет подвижных или изнашивающихся частей. Они работают в течение 20 лет и практически не требуют эксплуатационного обслуживания.

Выйти из строя может разве  что насос — из-за физического  износа, но его легко заменить самостоятельно, к тому же это не повлечет особых затрат (400-500 грн.).

Для сравнения в электрической  установке каждые 3-5 лет нужно  обязательно менять ТЭНы (такое техобслуживание стоит по минимуму $200-300) и проводите ревизию оборудования. Официальный срок эксплуатации электрического котла — до 10 лет. Газовый котел требует замены горелок раз в 4-5 лет, также текущего эксплуатационного обслуживания (например, регулярной чистки), которые должны осуществлять специалисты.  

 

Какая жидкость используется в качестве теплоносителя? Насколько она опасна?

—       Это может быть любая жидкость — тосол, антифризы, просто насыщенный раствор соли или другие. Сейчас вся Европа использует гликоли (жидкости на основе глицерина), в основном это этилен- и пропиленгликоли. Их цветовая гамма (красный, зеленый и друге оттенки) зависит от тех присадок, которые добавляются, чтобы защитить внутренние части теплопровода от коррозии, разбухания резиновых прокладок и прочего.

По типу теплопередачи  эффектнее этилен-гликоль, но поскольку в определенных дозах он является ядохимикатом, его используют только в системах отопления промышленных зданий, в жилых помещениях он запрещен.

Мы поддерживаем европейские нормы, поэтому в наших системах теплоносителем является пропиленгликоль. Он протекает по магистрали, куда впаяны медные гильзы, то есть используется «сухой» способ установки. К тому же при монтаже система проходит испытание избыточным давлением (6 атм.), после чего воздушный клапан, который находится в верхней точке, перекрывают, и контур замыкается, поэтому испарения и протечки исключены. 

 

Если  разобьется стеклянная трубка, что  произойдет с тепловым коллектором?

—       Вакуумные трубки сделаны из особого стекла, выдерживающего удары градин диаметром 35 мм. К тому же в заводских условиях их подвергают серьезным испытаниям на прочность, обрушивая на них град стальных шаров диаметром 35 мм с высоты 40 см. Но если предположить, что трубка каким-то образом разобьется, коллектор продолжит вырабатывать тепло. Заменить ее домовладелец может в любое удобное время.

Внутри трубки находится  медный стержень с наконечником, который также очень прочный и проходит испытания многократным замораживанием (до -15⁰С) и погружением в воду, температура которой +70⁰ С. Повредить его практически невозможно, но если это все же случится, никто не пострадает. Содержащийся в стержне реагент (легкокипящая жидкость), состав которого производители держат в секрете, обычно представляет собой дистиллированную воду, находящуюся в разреженном состоянии.  

 

Насколько безопасна сама система?

—       Гелиосистема имеет несколько уровней защиты. Прежде всего осуществляется контроль за температурой воды в аккумулирующем баке. Контроллер автоматически остановит насос, если температура поднимется выше +85⁰С, чтобы теплоноситель перестал циркулировать и подогревать воду. При +95°С и выше открывается термоклапан, и происходит сброс горячей воды (в противном случае она может закипеть, что создаст угрозу взрыва).

При чрезмерном повышении  давления в баке срабатывает клапан сброса давления. А чтобы температура воды, поступающей из бака непосредственно в кран, не превышала 50⁰С, предусмотрен термосмеситель.

Еще один уровень защиты — от перегрева самой системы. Если температура на коллекторе превышает 115⁰С, контроллер останавливает насосную группу, чтобы расширительный мембранный бак мог поглотить образовавшийся пар. Компенсационный запас расширительных баков для гелиоконтура в 3-4 раза больше, чем для обычных отопительных систем.

И даже если произойдет отключение электричества, системе это не навредит. Насос, конечно, остановится, но контроллер сохранит все настройки (он имеет собственный блок питания). Когда энергоснабжение будет возобновлено, коллектор продолжит свою работу. 

 

Каким образом поддерживается температура в баке в ночное время?

— Аккумулирующая емкость  представляет собой нечто вроде  термоса. Бак (анодированный или из нержавейки) изолирован снаружи слоем пенополистирола толщиной от 55 мм и защищен кожухом. Поэтому (если нет водоразбора) температура воды в нем может упасть за ночь не более чем на 3-5 "С.

Задача системы — нагреть  в течение дня воду, чтобы в часы пиковой нагрузки (вечером и утром) люди могли принять душ или ванну, не испытывая недостатка в горячей воде. Подающаяся в систему ГВС вода должна иметь температуру не более 50-55"С, чтобы человек не обжегся. 

 

Можно ли с помощью коллекторов решить проблему обогрева дома?

— Солнечные коллекторы используются главным образом для подготовки горячей воды, но обогреть с их помощью дом теоретически возможно. Можно «набрать» такое гелиополе, которое будет достаточным для отопления дома, но в этом случае нужно быть готовым к тому, чтобы решить, куда девать избыточное тепло.

Летом солнечная инсоляция  для Киева, например, 5,25 кВт/м2 за световой день, а в декабре — 0,86, в 6 раз меньше! То есть тепло, которым мы зимой отопим дом, летом окажется в переизбытке (в 6 раз). Что с ним делать? Конечно, часть его можно направить на подогрев открытого бассейна, если таковой имеется. Но все равно придется каким-то образом закрывать коллекторы, уменьшая эффективность системы, что в общем-то не трудно. Но зачем покупать оборудование, которое не будет работать? Это нерентабельно. 

 

Можно ли использовать гелиосистему для обеспечения  дома электроэнергией?

— Преобразование солнечной  энергии в электрическую происходит в фотоэлектрических установках. Но эффективность солнечных батарей пока низкая, около 15%. Хотя как альтернативный источник энергии их можно использовать, особенно когда других вариантов нет.

Одна фотоэлектрическая  панель мощностью 200 Вт занимает немного места — 1 х 1,5 м. Но чтобы выработать 2 кВт энергии, нужно установить 10 панелей. Ставить одну-две не выгодно, потому что это довольно дорогостоящее оборудование. Ведь только аккумуляторные батареи, например, стоят около 3000$. К тому же на них дают гарантию до 5 лет, после чего аккумуляторы нужно заменить. Так что при невысокой эффективности затратная часть пока очень высокая.

Но если люди научатся сохранять полученную тепловую энергию, это будет настоящий прорыв в энергетике! Сегодня ученые всего мира работают над созданием принципиально новых гелиосистем с использованием самых современных материалов. Недавно стало известно об американской разработке на основе миниатюрных монокристаллов, которые способны воспринимать весь спектр солнечного излучения. Благодаря линзам на них концентрируется огромная энергия, поэтому их эффективность в десятки раз выше.

Возможно, в скором времени  появятся установки, которые будут сочетать в себе солнечные коллекторы и батареи, и переводить их из одного режима работы в другой можно будет простым переключением.

Зависит ли количество коллекторов  от площади дома?

—       Так как приоритетом является подготовка горячей воды, расчет ведется не по площади дома, а по количеству проживающих в нем человек. Выработка тепла нестабильна и зависит от освещенности, времени года и суток.

Если используется не более 5 коллекторов, достаточно одной насосной группы, чтобы скорость потока позволяла отбирать тепло и подогревать воду до +80°С. С увеличением количества коллекторов повышение эффективности системы происходит непропорционально. Но если оптимально подобрать оборудование, в наиболее благоприятный период эффективность гелиосистемы будет 115%, весной примерно 95%, в межсезонье 30-40%.  

 

Где лучше  установить коллектор?

—       Коллектор можно установить где угодно. Главное, чтобы это было хорошо освещенное место. Чаще всего гелиосистему монтируют на крыше с южной стороны. Но можно и на стене или с упором на забор. Один из клиентов, например, захотел установить пять солнечных коллекторов на стенке остекленного бассейна на уровне 70 см над землей. 

 

Почему  аналогичное оборудование различных  производителей так различается  по цене? Всегда ли самое дорогое  — лучше?

— Многие уважаемые европейские компании (Viessmann, Vialant, Buderus) предоставляют полный спектр услуг по созданию системы отопления дома Поэтому заказчику, который бы хотел установить, например, солнечный коллектор, предлагается заменить и другое отопительное оборудование: все должно быть от одного производителя, чтобы работало хорошо. А поскольку это солидные европейские фирмы, то и цена оборудования будет гораздо выше.

Мне кажется, правильнее обращать внимание не на торговую марку, а на конкретные элементы системы. В любом направлении производства есть свои лидеры, поэтому нужно искать лучшее. Что касается самих коллекторов, то по соотношению цена-качество оптимальный продукт — китайский. Если мы говорим об аккумулирующих емкостях, то лидером на этом рынке являются чехи и поляки. Можно, конечно, приобрести австрийский или немецкий бак, но их цена будет завышена за счет торговой марки. Хорошие фитинги и запорная аппаратура производятся в Испании и Италия. Автоматика — только немецкого производства. Во всем мире системы отопления и котельное оборудование комплектуются именно этой автоматикой. Она считается наиболее передовой.

Таким образом, мы отбираем то, что наиболее эффективно, поэтому в результате и цена ниже. Если комплектовать систему только немецкими составляющими — это будет дорого, если китайскими — ненадежно. Все, что может изнашиваться, будет изнашиваться.

Мы присоединяем свои коллекторы к уже действующей системе отопления и горячего водоснабжения. Остается только органично вписать новое оборудование. Иногда, конечно, разрушать легче, но лучше все-таки созидать.

На что следует обращать внимание при выборе теплового вакуумного коллектора?

— Сейчас очень большой  выбор тепловых трубок. Даже специалисты начинают путаться в них, потому что только в Китае более 3000 производителей. А кроме того, есть еще европейские, израильские, турецкие... Тепловые трубки производятся по единой технологии, но в различных вариациях исполнения, поэтому они могут отличаться своим видом. Чтобы сказать, какая из них лучше или хуже, нужно знать их характеристики, поэтому лучше обратиться за консультацией к специалисту.

Если речь идет о китайской  продукции, надо смотреть, насколько известна эта компания. Все, что в Китае имеет государственные инвестиции, очень надежно и достаточно хорошо сделано.

Если же это частная  компания (а в Китае три человека — уже завод), и она не стесняется назвать свое имя, то есть несет ответственность за товар, ее продукцию тоже имеет смысл брать. Ведь для китайцев имя очень много значит— восточный менталитет. Ну, а когда написано просто Made in China или «Сделано по технологии Германии» (где? кем? — неизвестно), следует заподозрить неладное. Поэтому уделяйте внимание производителю и найдите сведения об этой компании хотя бы в интернете.

Информация взята с  сайта www.sherwood.net.ua

 

Снижение выбросов CO2 за счет использования солнечных  коллекторов.

За последние несколько  лет СМИ публикуют много информации по поводу глобального потепления и роли выбросов CO2 в атмосферу. В 2003 году все были свидетелями экстремальных-жарких погодных условий по всей Европе. Это свидетельствует о реалистичности и неизбежности проблемы глобального потепления которую так же называют "парниковым эффектом". Сжигание ископаемых видов топлива, таких, как уголь для производства электроэнергии и газа для нагрева воды освобождают большое количество СО2 в атмосферу, тем самым способствуя развитию глобальному изменению климата на нашей планете. 
 
Использование возобновляемых источников энергии, таких, а солнечные коллектора, солнечные электро-панели, ветровые, гидро-и геотермальные источники энергии, может свести к минимуму зависимость от ископаемого топлива и значительно снизить выбросы CO2. В среднем, на каждые 1кВт/ч энергии, вырабатываемой на угольных электростанциях, в атмосферу выбрасывается 1 кг СО2. При сжигании природного газа для производства электроэнергии и нагрева воды происходит выброс около 450 граммов СО2 на каждый кВт/ч энергии. 
 
В среднем домашнем хозяйстве, при подогреве воды для горячего водоснабжения и отопления выбрасывается около 50% выбросов СО2 относительно всех потребностей в энергии. Устанавливая солнечный водонагреватель, который может обеспечить 50-80% от ваших потребностей в тепловой энергии, вы можете снизить общий выброс СО2 генерируемый вашей деятельностью более чем на 30%

прощенный расчет солнечного коллектора.

Известно, что в солнечный  день на каждый квадратный метр поверхности, установленный перпендикулярно  солнечным лучам, падает от 800 до 1000 Ватт солнечной тепловой энергии (в  зависимости от состояния атмосферы). 
 
Возьмем среднюю цифру в 900 Вт/м2 
 
Представим некий условный солнечный коллектор, площадью в 1 м2. Сторона обращенная к солнцу является черной матовой и имеет практически 100%-е поглощение тепла. Обратная (теневая сторона) имеет утепление например 10 см. пенополистирола. Подсчитаем потери тепла, происходящие на теневой стороне. Коэффициент теплопередачи пенополистирола равен 0,05 Вт/м*град. С учетом толщины и перепада температуры например в 50 градусов, получим потери равные 0,05/0,1 * 50 = 25 Вт. Примерно столько же будут излучать и торцы солнечного коллектора, трубы и пр. Итого примем теплопотери равными 50 Вт. 
 
Атмосфера не всегда бывает прозрачной, а коллектор не всегда идеально чистым. Поэтому для расчета будет брать поток энергии равным 800 Вт/м2 
 
Теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг*град. Соотношение между тепловыми Ваттами и Джоулями таково: 
 
1 Ватт = 3600 Дж.  
 
Т.е. на нагревание 1 кг воды (1 литра) на один градус требуется примерно 1,16 Вт. 
 
Исходя из этих величин, мы можем вывести некую условную величину для нашего условного солнечного коллектора, площадью в 1 м2. 
 
800 / 1,16 = 689,65. Для удобства будет ее считать = 700 /Кг*град. 
 
Формально, это соотношение, сколько килограммов воды на сколько градусов можно нагреть за 1 час в солнечном коллекторе площадью в 1 м2. 
 
Конечно, тут не учтены все теплопотери коллектора. Ведь по мере его разогревания, он начинает излучать много конвекционного тепла и со своей лицевой (зачерненной) поверхности. Поэтому вряд ли он нагреется выше 70-90 градусов. Поэтому эту цифру 700 можно считать действительной только для низких температур, в пределах 10-60 градусов. 
 
Если учесть, что исходная температура воды примерно 15 градусов, то температура горячей будет 15 + 50 = 65 градусов. Такая вода уже гарантированно обжигает. 
 
Если нас нужно горячая вода быстро (не за час, а за 30 минут, или даже за 15 минут, то соответственно надо уменьшить и объем коллектора в 2 или 4 раза. Объем! Но не площадь. 
 
Получается, что солнечный коллектор должен иметь минимальный объем при максимальной площади. Т.е. быть как можно более плоским. 
 
За 1 минуту такой солнечный коллектор нагреет до 50 градусов примерно стакан воды. Тоненькая струйка постоянно текущей горячей воды. Вернее, быстрая капель. Поэтому делать проточный солнечный водонагреватель нет никакого смысла. Либо он будет чудовищной площади. Да и не всегда нам нужна постоянно текущая горячая вода. Поэтому все солнечные водонагреватели - накопительного типа. За час он (наш условный солнечный коллектор) подготовит 15 литров. Уже душ можно принимать. Стоит напомнить, что расход горячей воды и холодной соотносятся как 1:2 – 1:3.  
 
Накапливаем горячую воду правильно! 
 
Подавляющее большинство солнечных водонагревателей разработано по рециркуляционной схеме. Т.е. есть некий бак (с подпиткой от напорного бака), бак термоизолирован (термос). С баку подключен солнечный коллектор. Вода из бака постоянно циркулирует через солнечный коллектор и подогревается. Простая и логичная система, казалось бы. Но вот вопрос - зачем уже нагретую воду перемешивать с еще холодной? Общая температура, несомненно повышается и вся вода сначала становится чуть теплее, потом все больше и больше и до тех пор, пока не достигнет той критической температуры. Когда она перестает нагреваться или солнце не заходит.  
 
Если учесть, что расход воды на семью около 300-400 литров в сутки, то надо иметь запас горячей воды примерно 100 – 200 литров. Причем прямо с утра, когда солнце еще не ярко светит, литров 50. 150 литров готовится солнечным коллектором «до кондиции» за 5-6 часов! А при расходе, в бак доливается холодная вода, так же снижая общую температуру. И это тоже неправильно. Поэтому подобные системы прижились только в странах, где солнца избыток, а ночи теплые и вода даже в больших баках с плохой термоизоляцией не сильно остывает.  
 
Поэтому у нас нет времени гонять по кругу горячую воду перемешивая ее с холодной. Нагрелась - сразу используй или положи в термос. И правильный солнечный коллектор для средней полосы России должен выглядеть так.  
 
Водонапорный бак - солнечный коллектор минимального объема (3-5 литров) --- бак-термос/накопитель на 50-100 литров. Солнечный коллектор должен быть оборудован либо термоклапаном (как автомобильный термостат), либо термореле (биметаллическая пластина с электроклапаном. Второе реализовать проще. 
 
Процесс идет следующим образом. Вода в солнечном коллекторе нагревается за 15-20 минут до 40-60 градусов. Срабатывает реле, открывается клапан и вода сливается в термос-накопитель. Он небольших размеров (50 литров будет достаточно), дополнительно оборудован ТЭН-ом (на случай долгого ненастья) и отлично теплоизолирован. Ввиду его небольших размеров сделать это будет несложно. Фактически, через 15 минут мы уже можем пользоваться горячей водой! И она все продолжает поступать. И заметьте, не теплая, а нормальная горячая. За час- полтора у нас уже скопится 30 литров очень горячей воды. 
 
Когда термос полностью наполнится, процесс просто остановится и вода будет по прежнему греться в коллекторе. Стоит отлить несколько литров как она тут же заполнит освободившееся пространство. Впрочем, объем термоса накопителя следует выбирать исходя из потребностей конкретной семьи и ее образа жизни. 
 
Другим положительным моментом является то, что система со сливом в термос позволяет без проблем использовать несколько солнечных коллекторов , ориентированных под разными углами к плоскости движения Солнца. Например на юго-восток и юго-запад. Тогда с утра начнет греть воду восточный коллектор, днем будут работать оба, а во второй половине дня – западный. Так же можно сделать и в системе с рециркуляцией, скажете вы. Можно. С удвоением головной боли от трубочек, их термоизоляций и воздушных пробок в них. А они образуются очень просто, так как при нагревании воды растворимость газов в ней падает и газы начинают ее покидать в виде пузырьков, создавая воздушные пробки.