Гелиосистема для горячего водоснабжения: принцип работы и устройство, типы, особенности монтажа

Востребованы ли гелиосистемы

Уже сейчас установлено более 160 млн.м2 этих панелей во всем мире. Лидируют Китай и Япония. Не отстают и некоторые европейские страны, где выработка тепла такими системами составляет около 5% от всей необходимой.

Пройдет не много лет и многие страны откажутся от газа и угля совсем. К примеру, в Украине, где тарифы достаточно высокие, такие системы устанавливают в больших количествах. Единоразовое вложение денег позволит получить энергонезависимость, пусть даже и частичную. И дело не только в экономии, такие установки экологически чисты и не загрязняют окружающую среду.

Преимущества этих систем

Альтернативных источников энергии сейчас много, это и солнечные панели, ветрогенераторы, тепловые насосы и тд. Однако именно солнечные коллекторы набирают все большую популярность, этому есть ряд причин:

• Стоимость системы самая низкая из всех альтернативных источников, это обусловлено несложной технологией изготовления и монтажа.
• Несложный монтаж, который можно сделать даже самому, обладая определенными знаниями и навыками.
• Легкость в эксплуатации, не нужно никаких особых навыков чтобы следить за ними.
• Низкая стоимость ремонта, все детали системы недорогие. Нет крупных узлов, требующих замены целиком. Ремонт можно выполнить самостоятельно, предварительно немного изучив устройство.
• Универсальность. Гелиосистему можно использовать для нагрева воды и отопления, без дополнительных циклов преобразования энергии. Подобрать количество панелей можно исходя их конкретной необходимости.

Немного о недостатках

У любой системы есть недостатки и солнечные коллекторы здесь не исключение. Они занимают значительную площадь, одна панель занимает в среднем 2-3 м2. Эффективность их работы зависит от климатической зоны где они используются.

Также они очень климатически зависимые, зимой их КПД минимально, при этом расходы энергии на обогрев максимально. Это делает солнечные коллекторы не очень эффективными для отопления. Как заявляют многие производители, они способны покрыть до 30% расходов на отопление.

Однако, это все относительно. Большее количество панелей и аккумулирующие баки большей емкости увеличат этот %. Но, дополнительное оборудование увеличит и стоимость системы.

Гелиосистема для нагрева воды

Использование солнечной энергии для нагрева воды производится тем же способом, что и для отопительного контура. Это может быть полностью отдельная система со своими коллекторами, или часть общей установки. Эффективность ее работы зависит от конструкции, размеров и внешних факторов. Примечательно, что работа гелиосистем в данном случае происходит и в летний период, когда отопление не требуется.

Конструкция своими руками

Конструкция солнечных установок не настолько сложна, чтобы люди, обладающие некоторой подготовкой, были не в состоянии самостоятельно изготовить и запустить их в своих домах. Гелиосистема для отопления дома 100 кв м своими руками — это вполне воплотимый замысел, который поможет существенно сэкономить на приобретении и ремонтных работах. Рассмотрим возможные варианты.

Термосифонная гелиосистема

Термосифонные гелиосистемы — это трубчатые коллекторы, которые были рассмотрены выше. Существуют безнапорные и напорные конструкции, различающиеся способом циркуляции теплоносителя. Безнапорные работают на естественном перемещении жидкости и не нуждаются в электроэнергии, состав комплекса намного проще и дешевле. Напорные способны обеспечить заданный режим циркуляции и позволяют получить максимальную эффективность. Наиболее активная работа таких систем — период с апреля по октябрь, чем севернее регион, тем короче срок наибольшей активности установок.

Воздушная гелиосистема

Воздушные коллекторы — это установки, использующие в качестве теплоносителя воздух. Они обогревают дом вентиляционным методом, что позволяет серьезно экономить на создании отопительных контуров и пользоваться системой круглый год.

Коллектор представляет собой полый черный ящик, в котором от солнечного тепла нагревается воздух. Теплый воздух направляют в помещение, а остывший — в коллектор на подогрев. Для снижения теплопотерь ящик устанавливается в прозрачную герметичную емкость, защищающую от внешних воздействий — ветра, низкой температуры и т. п. Вход и выход размещают в разных помещениях для увеличения разницы давления и организации самостоятельно циркуляции потоков.

Как выбрать гелиоустановку

Выбор вида гелиоустановки и ее мощности зависит от того назначения, для которого она предназначена и района проживания: количество солнечных дней в году и минимальная температура воздуха зимой. Так как в наших широтах зимой имеют место отрицательные температуры, то лучшим выбором будут двухконтурные установки с теплоносителем в виде незамерзающей жидкости.

Если с помощью гелиосистемы будет осуществляться только горячее водоснабжение дома, тогда потребуется установка меньшей мощности и соответственно меньшая площадь солнечного коллектора. Если же с помощью солнечной энергии предполагается и отапливать дом, то здесь мощность установки и площадь коллекторов должна быть значительно большей. Так площади солнечного коллектора 4-6 м2 будет достаточно, чтобы обеспечить на 50-70% горячее водоснабжение в доме. Площади 10-12 м2 уже должно полностью хватать для горячего водоснабжения и частично – для отопления.

Полное обеспечение дома тепловой энергией возможно только при площади солнечного коллектора больше 12 м2 . Хотя это зависит еще и от размеров самого дома и насколько эффективно он утеплен. Если же солнечной энергии, в какой-то период для отопления будет недостаточно, например при значительном похолодании или отсутствии солнечной погоды, то для этого в отопительный контур параллельно подключают резервный котел: электрический, газовый или другой, в зависимости от доступности того или иного вида топлива.

Установка и ориентация

Солнечные коллекторы на крыше дома и перед бассейном

Солнечные коллекторы, в зависимости от их вида и площади, можно установить как на крыше дома, так и на открытой площадке возле дома, обязательно с южной стороны. Очень важное значение имеет и угол их наклона. Чем он ближе к значению 90° по отношению к солнечным лучам, тем лучше будет нагреваться теплоноситель в них. Наилучшим вариантом здесь были бы системы с автоматическим регулированием угла наклона. Но такие гелиосистемы имеют большую стоимость. Если же коллекторы закрепляются неподвижно, то они должны быть ориентированы на юг или максимально близко к этому направлению.

Срок окупаемости

Окупаемость гелиосистем зависит, как от самой их стоимости, так и он цены на традиционный виды энергии, которые используются для отопления в той или иной местности. Для Европы, где гелиоустановки пользуются наибольшей популярностью, срок окупаемости, в среднем, составляет до 5 лет. Для средней полосы России, а также сопредельных стран он будет, как минимум, в два раза больше. Хотя, учитывая постоянный рост цен на энергоносители, со временем, он будет сокращаться. При этом, необходимо учитывать, что даже используя гелиоустановки, как дополнительное отопление или для горячего водоснабжения можно экономить от 40 до 70% топлива других, традиционных видов.

Видео по теме:

Сколько энергии дает солнце

Из вышесказанного ясно, что эффективней всего гелиосистема будет работать летом, когда солнце высоко и солнечного света больше.

В цифрах энергия солнечного света характеризуется для 52 параллели и южнее как:
Для июня — около 600 Вт энергии с метра кв. нагреваемой площади за один час.

Зимой же – чуть ли не в десять раз меньше.
Для декабря – 80 Вт/м кв. за час.

В межсезонье, что-то среднее – октябрь, апрель – 300 – 350 Вт/м кв.

Но это, как указывалось, — для южных широт. Севернее солнца все меньше, и получаемой энергии значительно меньше.

Что же это значит с практической точки зрения, — что можно нагреть?

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

• Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
• Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
• Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет. Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).

Как установить солнечный коллектор

Установить эту систему можно и самостоятельно. Для этого необходимо понимать главный принцип установки – максимум солнечного света.

1. Выбираем место. Оно должно быть с солнечной стороны. Для этого достаточно понаблюдать несколько дней какой место на участке солнце освещает максимально долго (нужно избегать попадания тени от деревьев или построек). Выбрать начальную точку и конечную, солнечный коллектор направить по центру этих точек. Так мы получим максимальный охват теплового излучения.
2. Угол наклона. Это важный этап установки, от которого зависит ее эффективность. Как правило такие данные дает производитель систем, но, в среднем это 45 градусов. Нельзя устанавливать под большим или меньшим углом, так как тогда снизится поглощающая площадь.
3. Подключаем остальное оборудование. Это насосная группа с контроллером, накопительный бак и соединительные трубки. Это все подключается согласно инструкции. Ничего сложно здесь нет, так как принцип устройства достаточно простой.

Как рассчитывается мощность

Гелиосистемы на солнечных панелях при использовании в частном секторе могут обладать высокой производительностью. Для расчёта мощности оборудования необходимо учесть площадь поглощения коллектора, величину инсоляции для региона и коэффициент полезного действия коллектора.

• коллектор занимает площадь 1 м2;

• оборудование имеет семь трубочек, площадь поглощения каждой составляет 0,15 м2.

Инсоляция 1173,7 (Московская обл.) умножается на 0,15 м2 и снова множится на 0,67 (коэффициент полезного действия). Получается 117,95 кВт•час/кв. м, что в перерасчёте на суточный показатель даёт 0,325 кВт•час. В летние дни при активном солнце система будет вырабатывать 0,545 кВт•час.

Стоимость установки для частного дома

На стоимость гелиосистемы для частного дома влияют следующие факторы:

• тип отопления дома, количество разводок под горячее водоснабжение;

• сложность конструкции оборудования;

Для дач и коттеджей установка мощностью 2 кВт•ч обойдётся более 165 000 рублей (базовая комплектация). Если потребуются дополнительные узлы и элементы, расходы увеличатся. Более мощный вариант гелиосистемы будет стоить свыше 270 000 рублей.

Средний срок окупаемости оборудования от 2 до 7 лет, в зависимости от режима эксплуатации.

Особенности монтажа

Помимо правильного выбора оборудования и грамотного проектирования для безупречной работы системы необходим квалифицированный монтаж. Существует много тонкостей, применение которых поможет увеличить срок эксплуатации всех элементов коллектора.

Первый нюанс касается термостатического клапана, который служит защитой от ожогов. В стандартных системах теплоснабжения этот элемент монтируют редко ввиду того, что температуру горячей воды можно регулировать на генераторе. Поэтому при проектировании гелиосистемы про клапан зачастую забывают. В регуляторе солнечной системы также можно установить ограничитель нагрева воды, но тогда эффективность оборудования будет существенно снижена. Нагретый до максимальной температуры бак обеспечит горячей водой даже в пасмурные дни.

Чтобы клапан работал правильно, его устанавливают немного дальше от водонагревателя. Близкое расположение провоцирует перегрев узла, в результате чего горячая вода перестаёт поступать в трубопровод.

Второй нюанс касается ёмкости аккумулятора ГВС. Он устанавливается в просторном месте. Это важно для беспрепятственного доступа к бачку для его обслуживания и ремонта. Нередко для бака подбирают часть помещения под лестницей или подвал. В таком случае необходимо учесть высоту потолка. Наверху водонагревателя расположен магниевый анод. Для его замены потребуется пространство над баком не менее 60 см. Если высота не позволяет производить ремонтные работы, то на этапе монтажа системы следует установить активный электрический анод.

Третий нюанс касается монтажа расширительного бачка, который компенсирует весь теплоноситель, вытесняемый из коллекторов при стагнации. При этом учитывается температурное расширение жидкости. Корректное функционирование бачка обеспечивает его правильное расположение. Монтаж производится ниже уровня насосной группы. Если расположить ёмкость выше насосов, то мембрана станет уязвимой перед воздействием высоких температур, в результате чего на ней образуется воздушный пузырь. Он подсушивает резину, ухудшая её эластичность и другие физические свойства. Это приводит к быстрому изнашиванию мембраны.

Четвёртый нюанс касается подключения гелиоконтура к баку аккумулятору. Из-за того, что тепло всегда устремляется вверх, нужно делать подключение снизу, создавая преграду на пути тёплого потока. Это достигается путём подсоединения труб к водонагревателю с созданием, так называемой петли (термопетли). При игнорировании рекомендации температура воды в баке за ночь снизится минимум на 2-8 градусов.

Пятый нюанс касается обратного клапана. При его отсутствии всё тепло, накопленное за день в гелиоконтуре, рассеется через коллекторы в ночное время суток. Для предотвращения нерационального использования ресурсов рекомендуется в нижнем подключении бака аккумулятора устанавливать обратный клапан.

Подключим горячее водоснабжение?

В дополнение к отоплению, к коллекторной солнечной системе можно подключить горячее водоснабжение. Для этого подсчитаем, сколько тепловой энергии вам необходимо тратить каждый день. Формула расчета солнечного коллектора для ГВС проста:

Pw = 1,163 x V x (T – t) / 24

• Pw – количество тепла, необходимое для подогрева воды;
• V – средний объем горячей воды, расходуемый за сутки;
• T – температура, до которой нужно подогреть воду;
• t – температура, с которой вода поступает в систему.

Чтобы рассчитать необходимое количество дополнительных коллекторов для ГВС – разделите это значение на производительность солнечного коллектора P, полученное по последней формуле.

Как выбрать гелиоустановку для отопления и горячего водоснабжения жилого дома?

Выбор гелиосистемы является важным шагом, определяющим эффективность ее работы и вложения денег. Надо определить, какая нужна гелиосистема, цена и размер, тип солнечных коллекторов и прочие параметры комплекса.

Необходимо подобрать конструкцию и комплектацию системы, руководствуясь следующим критериями:

• уровень солнечной активности в регионе;
• количество тепловой энергии, необходимое для обогрева дома;
• установить приоритет солнечной энергии в отоплении дома — либо гелиоустановка служит в качестве основной системы, либо как дополнение.

Определившись с главными факторами, можно приступать к выбору оптимального варианта конструкции и объема системы.

До 100 м2

Гелиосистема для отопления дома 100 кв. м. может служить основным источником тепловой энергии. Основной задачей станет правильный выбор конструкции солнечных коллекторов, чтобы имелась возможность получать максимальное количество тепла.

Необходимо произвести расчет с учетом этажности и конфигурации дома, количества солнечных дней в году, параметров теплоносителя в системе. Гелиосистема для отопления дома 100 кв. м., цена которой может составлять от 18 тыс. руб. до 180 тыс. руб. и выше, вполне способна обеспечить обогрев дома, если будут соблюдены все необходимые условия.

До 200 м2

Для дома площадью 200 м 2 гелиосистема может стать только дополнительным источником обогрева. Обычно пик использования таких установок приходится на осенний и весенний период, когда солнечного тепла достаточно, но потребность в обогреве дома существует.

Конструкционных отличий для таких систем практически не имеется, только накопительный бак является общим с основной отопительной линией дома. Специалисты утверждают, что использование гелиоустановок в весенний и осенний периоды позволяет снизить нагрузку на отопительные системы примерно на 30-40%.

Заключение

• Плоские солнечные коллекторы эффективнее в теплое время года, а вакуумные трубки – зимой. В зависимости от модели и производителя разница может достигать 50%. Подробнее об этом вы можете прочитать в статье «Солнечный коллектор – плоский или вакуумный?».
• На случай непредвиденной ситуации стоит иметь альтернативные источники тепловой энергии – конвекторы, газовый или твердотопливный котел, тепловой насос.
• Обычно коллекторы поставляются вместе с отдельными баками-накопителями. Выгоднее будет приобрести отдельно плоские или вакуумные панели и один или два больших резервуара с хорошей теплоизоляцией. Чем меньше объем бака, тем быстрее он остывает.
• Для организации эффективного отопления стоит иметь большой бак накопитель, в котором в светлое время суток коллекторы будут нагревать воду, а ночью она будет расходоваться на обогрев здания.
• Наличие качественного контроллера в системе отопления позволит поддерживать заданную температуру, регулировать циркуляцию, устанавливать температурные режимы, задавать таймер включения.
• Для автономного отопления дома солнечными коллекторами необходимо купить большое количество оборудования, оплатить его монтаж и подключение. Если вам это не по карману – можно использовать гелиоколлекторы как вспомогательную систему отопления.
• Хорошей экономии можно достичь если использовать солнечные коллекторы в паре с тепловым насосом. Они будут нагревать воду, а тепловой насос – подогревать ее до необходимой температуры.
• Если здание плохо утеплено, то использовать солнечные коллекторы эффективнее с водяным теплым полом. Он отдает максимум тепла в помещение, а не стенам, как радиаторы отопления.

Как видим, расчет солнечных коллекторов для отопления дома довольно прост. Конечно, специалист должен будет посчитать множество других нюансов, но они не смогут существенно повлиять на конечный результат. В некоторых случаях обогрев здания коллекторами нецелесообразен, но в качестве дополнительного источника бесплатного тепла, гелиоколлекторы незаменимы.