энергодом,энергоэффективность,Энергоэффективный дом,солнечная батарея
ФОТО: журнал "Приватный дом"
Обогреть жилище натуральным теплом, данным нам природой, а именно теплом бесплатного солнечного излучения, можно с помощью солнечных коллекторов.

Экологичный источник тепла

В период удорожания традиционных энергоносителей внимание привлекает техника, использующая солнечную энергию. Ее популярность в странах Европейского союза растет более чем на 15 % в год.

В нашей энергодефицитной стране эти технологии пока только начинают внедрять, но специалисты утверждают, что за ними будущее. Стандартный «солнечный пакет» производит достаточно энергии, чтобы обеспечить потребности семьи в горячей воде с мая по сентябрь.

Современные солнечные коллекторы просты как в эксплуатации, так и в монтаже, а также, что немаловажно, обеспечивают своим владельцам независимость от колебаний цен на энергоресурсы. Кроме того, они относятся к экологичным источникам тепла, то есть не загрязняют окружающую среду.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ Каким должен быть энергоэффективный дом?

Батарея или коллектор: в чем разница?

Солнечная батареи и солнечные коллекторы — две принципиально разные технологии, предназначенные для решения разных задач. Первые преобразовывают солнечную энергию в электрическую, вторые — в тепловую.

Солнечный коллектор — это, по сути, циркулятор низкотемпературного теплоносителя, то есть водонагреватель (по аналогии с радиатором). В него входит холодная вода, а из него выходит горячая, нагретая от солнца.

Для чего нужны солнечные коллекторы

В условиях Украины коллекторы не способны полностью заменить стандартное (конвекционное, центральное) отопление.

Да и обеспечить нагрев воды в любое время года с их помощью сложно.

Однако они могут помочь в реализации этой задачи.

Преградой в использовании коллекторов обычно становятся высокая стоимость и долгий период амортизации.

Ведь чем быстрее окупается вложение, тем быстрее хозяин начинает экономить.

Отметим, что установка коллекторов в домах с электрическим обогревом более рентабельна, чем в домах, обогреваемых с помощью природного газа.

Но даже в последних коллекторы эффективны, так как цены на нефтепродукты постоянно растут, а значит, средства газового и жидкотопливного обогрева тоже дорожают. Сколько со временем будет стоить конвекционный обогрев, никто не знает. А солнечный коллектор инвестиция одноразовая.

Коллекторы стоит устанавливать в домах, предназначенных для больших семей: чем больше потребление воды, тем целесообразнее использование коллекторов. С их помощью можно греть воду и в частных бассейнах.

В регионах с годовым приходом солнечной радиации не менее 1 200 кВт∙ч/м2 (не менее 3,3 кВт∙ч/м2 среднедневной суммы солнечной радиации — табл. 1) при эффективном использовании этой энергии можно обеспечить до 25 % теплопотребления в системах отопления, до 50 % — в системах горячего водоснабжения и до 75 % — в системах кондиционирования воздуха.

Принцип действия солнечного коллектора

Задача коллектора — получить энергию из непосредственного, рассеянного и отраженного излучения, а затем передать ее обогревательной установке.

Порядок действий следующий:

  1. Солнце нагревает размещенный в коллекторе абсорбер, он поглощает солнечное излучение и превращает его в тепло. Коэффициент поглощения зависит от вида абсорбера. Обычный, черный абсорбер большую часть излучений отражает. Более эффективен так называемый селективный абсорбер — он поглощает 95 % попадающей на него энергии.
  2. От абсорбера тепло переходит к теплоносителю (это может быть вода или другая жидкость), который течет по встроенным в коллектор трубкам.
  3. Жидкость-теплоноситель перекачивается в бак-накопитель.
  4. В баке теплоноситель отдает тепло воде, предназначенной для потребления, которая находится в специальном контейнере и, охлажденная, возвращается в коллектор.

Споры о форме: плоский или трубчатый?

Определяя состав оборудования для будущей системы солнечного теплоснабжения, ее потенциальный владелец или проектировщик задается вопросом, какой тип коллектора выбрать: плоский или трубчатый, с концентратором или без, металлический или пластиковый и т. д.

Аргументированный ответ на этот вопрос требует инженерного анализа, однако некоторые ориентиры мы все-таки дадим. Основные споры уже несколько лет ведутся на тему, какой коллектор лучше: трубчатый вакуумный или высокоселективный плоский?

Плоские коллекторы имеют форму прямоугольника. На всей их поверхности расположен слой абсорбера, к которому прилегают трубы. По трубам идет теплоноситель, забирающий тепло у нагретого абсорбера и передающий его в теплообменник.

Сверху плоские коллекторы имеют покрытие из закаленного или минерального стекла. Они поглощают непосредственные излучения, 70—80 % которых приходятся на теплые месяцы — с апреля по сентябрь.

В вакуумных трубчатых коллекторах абсорбер находится в стеклянных вакуумных трубах, благодаря чему КПД таких приборов выше, чем у плоских. Они поглощают даже рассеянное излучение, и с их помощью можно греть воду зимой и в пасмурные дни.

Сравнить эти две системы объективно и корректно очень трудно. Это все равно что сравнивать красную машину с зеленой. Лучше выбирать между конкретными моделями или абсолютно одинаковыми моделями от разных производителей. И в первую очередь внимание нужно обратить на параметры.

Правильнее оценивать стоимость 1 кВт энергии, полученного на вложенные в солнечную систему средства. И с этим обычно возникают основные проблемы, так как цену оборудования производитель откроет вам легко, а для вычисления ценовой выгоды эксплуатации понадобятся специальные расчеты. Очень важна и стоимость монтажа в каждом конкретном случае.

Когда появились вакуумные коллекторы, их позиционировали как приборы, которые хорошо работают в зимний период и максимально подходят для отопления. Но на практике оказалось, что не все так радужно. Их КПД по-прежнему выше, чем у плоских собратьев, однако в обслуживании они более проблемные и чаще выходят из строя: трубки бьются и трескаются, в щели забиваются снег и мусор.

Можно сделать следующий вывод: плоские коллекторы дешевле и менее капризны в обслуживании, трубчатые более производительны и многофункциональны, но требуют внимания при эксплуатации.

Где установить коллектор

Прежде всего нужно проследить за тем, чтобы коллектор не затеняли постройки или деревья.

Его можно располагать на крыше, в крыше или как отдельно стоящее оборудование.

Некоторые коллекторы монтируют в стены зданий.

Самый распространенный способ установки коллекторов — на крыше.

Его необязательно использовать на стадии строительства, достаточно во время покрытия крыши установить кровельные держатели и вывести наружу соединительные трубки.

Этот способ имеет несколько преимуществ: монтаж в этом случае дешевле, занимает мало времени и не требует поиска для устройства отдельного участка земли.

Недостаток — чуть большие потери тепла по сравнению с коллекторами, вмонтированными в крышу.

В крышу можно встроить только плоские коллекторы, да и то при условии, что угол ската крыши не меньше 25°. При таком установке можно сэкономить на кровельных материалах, а вот за монтаж коллектора придется заплатить больше, поскольку оборудование нужно дополнительно обработать герметиком, чтобы вода не проникала сквозь крышу.

Коллекторы, установленные на земле или на плоской крыше, можно оптимально расположить по отношению к солнцу, тем самым увеличив эффективность устройства. Кроме того, их КПД увеличивается благодаря отраженному от земли и соседних покрытий излучению.

Недостаток отдельно стоящих коллекторов — потери тепла во время перехода теплоносителя от коллектора к основному устройству в доме. Преимущество этого способа монтажа — сравнительно низкая стоимость, но укрепление отдельно стоящей конструкции и защита ее от бури потребуют дополнительных затрат. Зато, когда коллектор установлен на земле, его гораздо легче ремонтировать, очищать от пыли и снега.

Некоторые типы коллекторов можно устанавливать в стене или возле южной стены дома. В этом случае они могут поглощать дополнительное излучение, которое отражается от земли и объектов, находящихся поблизости.

Что влияет на эффективность работы

Энергоэффективность коллекторов напрямую зависит от их исправности и правильного расположения.

Большое значение имеет и то, к какой стороне света обращено оборудование: наиболее эффективны коллекторы, «смотрящие» в южном направлении.

Плоский коллектор может быть отклонен максимум на 15° в сторону востока или запада — это снизит его эффективность незначительно.

Больший поворот нужно компенсировать увеличением поверхности прибора. Если дом имеет неопределенную ориентацию по сторонам света, лучше использовать трубчатые коллекторы, которые позволяют варьировать положение абсорбера.

Для трубчатых коллекторов допускается более широкий диапазон отклонений от юга, чем для плоских: угол наклона их абсорбера можно регулировать для каждой трубы индивидуально.

Для эффективности коллектора имеет значение и угол его крепления. Лучшего результата достигают, когда лучи падают на его поверхность перпендикулярно. Поскольку положение солнца на протяжении года меняется, оптимального угла наклона не существует: летом это 30°, зимой — 60°.

Коллекторы, рассчитанные на работу только летом, обычно устанавливают под углом 30°, круглогодичные — под углом 45°. Изменить наклон коллектора, установленного на скате крыши, невозможно, но между 35° и 50° его эффективность снижается незначительно.

Структура солярной системы

Функция солярной системы — доставка тепла от коллекторов к баку, в котором оно сможет накапливаться (аккумулироваться). Такая система состоит из коллекторов, трубчатых каналов, бака-накопителя, комплекта датчиков температуры и насосов, а также из элементов, которые обеспечивают безопасность установленного оборудования и функционирующего теплоносителя (вентилей, клапанов и кранов). На эффективность установки больше всего влияют трубчатые каналы и протекающий по ним теплоноситель.

Трубчатые каналы. Длина труб между баком и коллектором должна быть как можно меньше — тогда потери тепла при прохождении теплоносителя от коллектора к контейнеру будут минимальными. Нужно позаботиться о том, чтобы все трубы были должным образом изолированы (плохая изоляция — причина больших потерь тепла), а резиновые элементы, например прокладки, находящиеся в непосредственном контакте с теплоносителем, — сделаны из материалов, не вступающих в химическую реакцию с ним.

Чтобы энергию, выработанную на протяжении дня, можно было использовать вечером, нужно собрать ее в баке-накопителе. Наиболее распространены баки с двумя змеевиками: по нижнему проходит солярный, то есть технический теплоноситель, по верхнему — вода, нагретая в баке.

Помните: чем большая емкость контейнера, тем дольше вы сможете пользоваться ранее собранной солнечной энергией в пасмурные дни. Для семьи из четырех человек подойдет бак емкостью 600 л.

Теплоноситель. Заполняют солярную систему обычной водой или незамерзающей жидкостью. Воду можно использовать только в установках, действующих в летний период. На зиму систему нужно опорожнять от воды, иначе можно повредить трубы.

В круглогодичных или действующих в холодное время установках система должна быть наполнена более универсальной незамерзающей жидкостью. Однако в этом случае надо приобрести бак-накопитель высокого качества, чтобы минимизировать риск разгерметизации корпуса и исключить попадание этой вредной жидкости в бак с горячей водой.

Как выбрать размер

Размер коллектора должен быть таким, чтобы прибор мог обеспечить в среднем 85—95 % горячей воды, используемой в теплом полугодии.

Считается, что семье из четырех человек нужен коллектор:

  • или плоский, площадью 1—1,5 м2 на человека, то есть 4—6 м2;
  • или трубчатый, площадью 0,6—0,8 м2 на человека, то есть 2,4—3,2 м2;

Поверхность коллекторов, призванных обогревать воду в бассейне, должна составлять:

  • в случае крытого бассейна — около 40 % площади зеркала воды;
  • в случае открытого бассейна — около 70 % этой площади.

Обогреет ли коллектор дом

Компании, продающие и устанавливающие солнечные коллекторы, предлагают использовать их не только для нагрева воды, но и для отопления. На самом деле это возможно только для низкотемпературных отопительных систем (например, для систем обогрева пола), температура теплоносителя которых не превышает 40 °C.

И в данном случае нужны коллекторы значительно большей площади, чем для нагрева воды. Этот вариант достоин внимания, но подходит только людям, готовым к большим затратам. С точки зрения экономичности вложения расходы очень велики по сравнению с прибылью, даже учитывая энергоэффективность.

Везде ли греет одинаково?

Интенсивность солнечного излучения не везде одинакова, а ведь от нее зависит продуктивность коллекторов. На КПД установок влияют также локальные загрязнения воздуха в том или ином регионе страны.

Если неподалеку от вашего дома есть промышленные фабрики и заводы, загрязняющие атмосферу, продуктивность гелиоустановок может быть немного ниже, чем в других, более чистых районах.

По материалам польского ежемесячника Budujemy Dom

 

Поделиться: