Гелиосистемы для отопления

Проектирование автономного отопления и горячего водоснабжения

Огромная часть общей производимой энергии направлена на обогрев воздуха. В большей степени это востребовано зимой, но значимость солнечной энергии в современном мире сильно недооценивается.

Солнце – колоссальный источник энергии: оно дает нам не только свет – человечество давно научилось аккумулировать ресурсы посредством солнечных батарей. В весенние и осенние периоды, когда на улице стоит ясная погода, но температура воздуха еще (или уже) недостаточно теплая, а централизованное отопление еще (или уже) не включили, отличным выходом станет использование солнечной энергии. Если в доме установлено автономное отопление, рациональное применение природного ресурса позволит также сохранить материальные средства. Также необходимо обратить внимание на то, что применение гелиосистем в зимнее время не дает стенам чрезмерно охлаждаться в период отсутствия хозяев и неработающего отопления. Это предотвращает образование влаги и плесени, что станет залогом долговечности конструкции и здоровья ее обитателей.

Такие креативные решения, как бунгало или обычные дачные домики, часто проблематично обеспечить системой централизованного отопления, поэтому в этих случаях незаменимыми становятся солнечные нагреватели. При рациональном подходе следует максимально исключить теплопотери здания.

По этой же причине возведение жилых домов должно производиться с учетом качественной теплоизоляции. Однако основной проблемой является несовпадение фазы, когда солнечная энергия максимально активна, с тем, когда это наиболее необходимо. Ведь летом жарко и без применения гелиосистем, а зимой, как правило, солнечной энергии недостаточно. По этой причине, при проектировании системы отопления и горячего водоснабжения в квартирах и домах, солнечная энергия рассматривается лишь в качестве вспомогательного ресурса.

Наиболее актуальным применение гелиосистем является для:

• детских и учебных заведений;
• коттеджей, в том числе, гостиничного типа;
• небольших государственных учреждений;
• прочих типов зданий.

Кроме того, вакуум обеспечивает защиту от дыма и загрязнения. Системы на основе вакуумных трубок отличаются высокой поглощательной способностью до 98 % падающего излучения, обеспечивая нагрев в ясный день всего объема воды до 100 градусов (в туманные дни, обеспечивая нагрев на 40-60 град).

Принцип работы

В основе принципа гелиосистем лежит функционирование стеклянных вакуумных трубок, выполняющих четыре основных задачи:

• улавливание солнечного потока;
• теплообмен;
• аккумулирование тепловой энергии;
• контроль системы посредством автоматики.

Техническое решение по осуществлению данных процессов полностью соответствует принципу расположения элементов вакуумных трубок. Солнечная энергия достигает специального покрытия, пройдя сквозь вакуумную зону коллектора. Это покрытие улавливает наиболее эффективные и полезные световые волны, отделяя преимущественно инфракрасный спектр, посредством которого разогревается вакуумный коллектор. В зависимости от предназначения и типа коллекторных трубок, эта энергия передается воде (для ее непосредственного нагрева) или на теплоноситель, в качестве которого может быть использован антифриз или обычная вода. В качестве теплопередатчика чаще всего используется медная труба. Как правило, теплоноситель или теплопередатчик физически контактируют с медной трубой, которая имеет высокий коэффициент теплоотдачи, благодаря чему и осуществляется процесс теплообмена теплоносителя и воды, в нагревании которой и состоит задача.

Мы предлагаем рассмотреть следующие варианты солнечных водонагревателей:

— Компактные пассивные водонагреватели с системой накачивания воды, в котором совмещены аккумулирующий и коллекторные элементы системы (дачный вариант)

— Водонагреватели с активной циркуляцией теплоносителя, с разделенной аккумулирующей и коллекторной частью

Компактные пассивные солнечные водонагреватели

Компактные солнечные водонагреватели имеют совмещенный аккумулирующий накопительный бак и коллекторные элементы. Накопительные баки утеплены для исключения потери тепла. Объем накопительного бака берется из расчета двух дневного потребления горячей воды. Самый малый объем бака 130 литров.

Эта система перемещает готовую воду или теплоноситель через систему без насосов. Это делает системы более надежными, более легкими в обслуживании, и возможно более долговечными, чем двухконтурные активные системы.

Главными преимуществами данной системы являются низкая цена, простота установки и обслуживания. Для ее работы достаточно только, чтобы в баке была вода. Подача воды может поступать самотеком из открытого бака, находящегося выше самого водонагревателя.

Эти нагревательные системы исключительно подходят для дачного использования в период с марта по октябрь.

Технические особенности

Для обеспечения максимального КПД лицевая часть коллектора должна «смотреть» на юг. Возможен вариант расположения с отклонением от южной стороны, но в строгом соответствии с географической широтой, в рамках которой расположен объект.

Монтировать водонагреватели, работающие на солнечной энергии, можно как на крыше, используя в свою пользу ее наклон, так и на земле или веранде. В комплекте с таким оборудованием идет стойка, используемая для монтажа системы на горизонтальную поверхность.

Наиболее актуально использование солнечных водонагревателей для следующих целей:

• принятие душа;
• нагрев воды для бытовых нужд;
• обогрев в теплицах;
• нагрев воды в бассейнах и прочих резервуарах.

Схема подключения воды может быть выполнена с использованием клапана, понижающего давление или же с подачей воды из резервной водяной емкости, располагающейся на высоте не менее 30 см от входа в расширительный бак.

Выбираемая модель такого водонагревателя будет зависеть от ежесуточной потребности в горячей воде. Разновидности расширительных баков колеблются в пределах 130–300 литров, площадь поверхности коллектора так же может быть различной. При выборе бака объемом 300 литров, нагреватели нужно монтировать последовательно в соответствующем количестве, для обеспечения обогревом необходимого объема воды.

donviga.ru

Что это такое

Гелиосистема – это комплекс технических устройств, посредством которого энергия солнца в виде солнечных лучей, преобразуется в тепловую или электрическую энергию, используемые человеком для своих нужд.

В состав гелиосистемы входят следующие составные элементы:

• Приемное устройство (солнечная батарея, солнечный коллектор и т.д.) – является элементом гелиосистемы, в котором энергия солнца преобразуется в другие виды энергии;
• Устройства, обеспечивающие режим работы системы – инвертор, контроллер, аккумуляторная батарея (при получении электрической энергии) и теплообменник, система трубопроводов, технические устройствами, обеспечивающими циркуляцию теплоносителя (насосы) — при получении тепловой энергии.

Виды

В зависимости от назначения, режима работы и технического устройства, гелиосистемы подразделяются на несколько видов, это:

1. По типу получаемой энергии:

• Электрические – в результате работы комплекта оборудования на выходе получается электрическая энергия.
• Тепловые – путем преобразования в устройствах, входящих в состав данной группы гелиосистем, получается тепловая энергия.

1. По назначению (для тепловых гелиоустановок):

• Для отопления;
• Для горячего водоснабжения;
• Комбинированного типа (для отопления и горячего водоснабжения).
• По виду теплоносителя (для тепловых гелиосистем):
• С использованием жидкого теплоносителя (вода, антифриз и т.д.);
• С использованием воздуха.

1. По режиму работы:

• Постоянного действия;
• Периодического действия (сезонный или циклический характер работы).

1. По типу использования:

• В качестве основного источника получаемой энергии;
• В качестве резервного источника, обеспечивающего покрытие части требуемой мощности (при получении электрической энергии) и частичное – при отоплении или получении горячей воды, при тепловом типе гелиосистем.

1. По техническому оснащению и устройству:

• Параметры напряжения на выходе гелиоустановки – при преобразовании солнечной энергии в электрическую;
• Количество контуров, обеспечивающих получение и преобразование энергии солнца в тепловую энергию – одно-, двух- и многоконтурные.

Принцип действия

Принципы действия гелиосистем различаются в зависимости от типа получаемой энергии и их можно сформулировать следующим образом:

1. Для солнечных электрических станций – работа основана на физических свойствах полупроводниковых материалов, в которых под воздействием солнечных лучей происходит образование разности потенциалов между разными слоями фотоэлемента. Фотоэлемент изготавливается на основе кремния, в основу работы которого, заложено образование «p-n» перехода между его слоями, характеризуемого «p-n» проводимостью полупроводников.
2. При получении тепловой энергии – солнечные лучи нагревают теплоноситель, который циркулирует в солнечном коллекторе, с последующей передачей полученного тепла в систему отопления или горячего водоснабжения.

Плюсы и минусы

Использование гелиоустановок, как в прочем и любого технического устройства, имеет свои достоинства и недостатки, которые можно сформулировать следующим образом:

1. Достоинства применения гелиосистем, как источника энергии:

• Солнце, это источник бесплатной энергии, количество которой несоизмеримо больше, чем потребности человека на текущий момент времени.
• Это возобновляемый ресурс, процесс воспроизводства которого, не зависит от процессов его потребления и переработки.
• Экологическая безопасность процесса получения и преобразования энергии.
• Возможность создания автономных систем энергоснабжения, вне зависимости от вида энергии получаемого в процессе преобразования.
• Осуществление работы в автоматическом режиме, без постоянного контроля пользователя установок подобного типа.

1. Недостатки, свойственные гелиоустановкам:

• Зависимость от погодных условий, времени года и географического месторасположения.
• Низкий КПД – для гелиосистем, использующих солнечные батареи (электрические системы) и большие габаритные размеры, для получения большой мощности, как при производстве тепловой, так и электрической энергий.

Гелиосистемы для отопления и горячего водоснабжения жилого дома

Как уже было указано выше, одним из направлений использования гелиосистем, является преобразование солнечной энергии в тепловую, используемую для отопления жилых домов, прочих зданий и сооружений, а также для обеспечения таких потребителей горячей водой.

В зависимости от площади отопления и предназначения, конфигурация таких систем может различаться. Ниже рассмотрены некоторые варианты устройства подобных гелиосистем.

Гелиосистема для отопления дома площадью 100 м²

Для того, чтобы выбрать оборудование для комплектации гелиосистемы, определиться с его количеством, способом и местом установки, нужно решить несколько организационных вопросов, это:

• Узнать, какова солнечная активность в месте предполагаемого монтажа оборудования.
• Определить потребность дома, заявленной площади, в тепловой энергии.
• Решить, в каком качестве будет выступать установка, в системе теплоснабжения дома (автономная система или в качестве дополнения к прочим системам отопления).

Сразу нужно отметить, что создание полностью автономной системы отопления на основе солнечной установки, достаточно сложное, с технической стороны, задание. Это обусловлено циклическим характером работы гелиосистемы, когда в темное время суток процесс получения энергии от внешнего источника (солнца) прекращается, что требует установки дополнительных резервуаров-накопителей тепловой энергии и прочих энергосберегающих устройств.

В состав гелиосистемы для отопления дома входят:

• Солнечный коллектор – бывают различные типы устройств, отличающиеся по конструкции и геометрическим размерам.
• Насосная станция, оснащенная контроллером — регулирует работу системы в автоматическом режиме.
• Бойлер – бак-накопитель, аккумулятор тепла.
• Расширительный бак – обеспечивает работу системы отопления в нормальном режиме, вне зависимости от температуры теплоносителя циркулирующего в системе отопления.
• Приборы автоматики (датчики давления и температуры).
• Трубопроводы горячей и холодной воды (теплоносителя) с запорными элементами.

Схематично система отопления дома, на основе гелиоустановки, выглядит следующим образом:

Как правило, применение солнечных коллекторов позволяет снизить затраты на использование прочих источников получения тепла в весенне-осенний период времени, когда солнце уже активно, а потребность в отоплении дома еще остается.

Тем не менее, для дома, общей площадью до 100,0 м², возможно создать полностью автономную систему отопления, но для этого нужно правильно подобрать оборудование, в соответствии с расчетом, который следует выполнить перед началом работ.

Для расчета гелиосистемы, служащей для отопления дома, необходимо знать:

1. Общую площадь дома (этажность) с учетом высоты помещений и их параметров (назначение – жилые комнаты, технические и иные помещения).
2. Количество солнечных дней в году (солнечная активность) по данным метеослужб или приведенных в специальной литературе.
3. Параметры теплоносителя, используемого в системе отопления (температура, вязкость, теплопроводность).

Стоимость комплекта оборудования зависит от мощности и типа коллектора, а также компании их выпускающей. Разброс цен достаточно большой и составляет от нескольких десятков тысяч рублей (25000,00 – 80000,00), до сотен тысяч (110000,00 – 180000,00).

Стоимость монтажа, который предлагают выполнить организации, специализирующиеся на подобных работах, также различна, в среднем подобные работы стоят от 50000,00 до 100000,00 рублей, в зависимости от типа коллектора и его мощности.

Использование гелиосистем для создания автономных систем теплоснабжения возможно в южных регионах, но т.к. это достаточно затратное мероприятие, то на практике, подобные установки используются в этом качестве достаточно редко.

Сезонность использования систем отопления, также определяет мощность подобных установок. Если в зимний период, когда солнечная активность ниже, чем летом, потребность в отоплении дома максимальна, и мощности коллекторов не хватает, чтобы обеспечить теплом всю имеющуюся потребность, то летом все наоборот. Излишки тепла, вырабатываемого коллекторами, нужно использовать, что позволяют сделать двух- и многоконтурные системы, позволяющие использовать получаемое тепло в системах горячего водоснабжения, подогрева воды в бассейнах, полива растений и отопления в теплицах.

Гелиосистема для отопления дома площадью 200 м²

Для жилых домов площадью 200 м² и более, гелиосистемы могут использоваться исключительно как дополнительные, к прочим системам отопления, работающим на традиционных источниках энергии.

Комплектация таких систем аналогична рассмотренной выше, отличие заключается в том, что в такой системе, бак-накопитель тепловой энергии связан с другим источником тепла.

Таким источником, как на приведенной ниже схеме, может служить нагревательный котел, использующий различный виды топлива (уголь, газ, жидкое топливо) индивидуального использования, или централизованная система отопления, подключаемая к внутреннему контуру обогреваемого дома.

В среднем, в весенний и осенний периоды, использование гелиоустановок, в качестве дополнительного источника тепловой энергии, позволяет снизить нагрузку на основные энергоресурсы, идущие на теплоснабжения дома, на 30-40 % от общего количества потребляемого тепла.

Гелиосистема для нагрева воды

При использовании солнечных коллекторов в системах горячего водоснабжения и сетях подогрева воды в бассейнах, конфигурация сети, аналогична сетям отопления, с той лишь разницей, что это может быть полностью отдельная система или являющаяся частью общей системы отопления дома.

В каком качестве работает гелиосистема, зависит от количества контуров, смонтированных при ее разработке. На схеме, приведенной выше, рассмотрен вариант устройства системы горячего водоснабжения в общей системе отопления дома площадью 200 м² и более, когда гелиосистема является дополнительным источником получения тепла.

Гелиосистема своими руками

При наличии навыков работы с различным ручным инструментом, начальными знаниями физических свойств различных веществ, а также наличии свободного времени, можно сделать гелиосистему своими руками.

Здесь может быть несколько вариантов создания и построения подобной установки, это и сборка конвектора из заводских комплектующих или его изготовление полностью из подручных средств или создание простых установок, работающих на свойствах жидкостей и атмосферного воздуха.

К таким относятся ниже рассмотренные варианты конструкции.

Термосифонная гелиосистема

Термосифонная гелиоустановка, это простейшая система, работающая на свойствах жидкости (воздуха) циркулировать в системе без установки специального оборудования (насоса), что обусловлено их естественной конвекцией. Данную систему можно использовать в системах горячего водоснабжения и системах подогрева воды в бассейне.

Плотность тепловой и холодной воды различается, что определяет ее перемещение в замкнутом пространстве – горячая вода поднимается вверх, холодная опускается вниз. Схема работы термосифонной системы приведена на ниже следующей схеме:

Для самостоятельного изготовления подобной системы, понадобятся:

• Две емкости (бочки), одна из которых служит накопителем холодной воды и располагается несколько выше конвектора и второй емкости, служащей распределителем нагретой воды.
• Система труб, обеспечивающих соединение всех элементов конструкции в единое целое.
• Конвектор, который собирается из подручных средств.

Для изготовления конвектора можно использовать пластиковые бутылки, из которых собирается батарея. Подобных батарей может быть несколько, и они между собой соединяются последовательно (как на схеме, приведенной выше).

Собранные батареи из бутылок можно поместить в отдельный корпус, в который для большего поглощения солнечного тепла, помещается утеплитель, хотя можно сделать и без него.

Соединение бутылок должно быть герметичным, чтобы исключить протекание воды в местах их соединения.

Кроме пластиковых бутылок можно использовать водопроводный шланг, укладываемый змейкой в смонтированном корпусе или иные подручные материалы, которые способны нагреваться под воздействием солнечных лучей, и которые можно герметично соединить между собой.

Корпус конвектора изготавливается из имеющихся материалов (дерево, пластик, металлический или иной профиль), после чего собранная конструкция размещается на максимально освещенном участке и все ее элементы, соединяются в единое целое.

В емкость накопитель наливается холодная вода и по истечении определенного времени, из емкости распределителя, можно осуществлять разбор нагретой воды.

Воздушная гелиосистема

Одной из простых конструкций, которую можно также изготовить самостоятельно, является воздушная гелиосистема. Данная установка может быть использована для частичного обогрева в южных регионах страны, где воздух прогревается значительно, а потребность в обогреве жилья – невелика.

Принцип действия воздушного коллектора, аналогичен принципу действия термосифонной системы, рассмотренной ранее. Отличительная особенность лишь в теплоносителе, что отражается на устройстве коллектора.

Для того, чтобы изготовить самостоятельно воздушный коллектор можно использовать подручные материалы, это: водопроводные трубы или жестяные банки, профилированный металлический лист или иной материал имеющий профильное сечение.

Схема работы воздушного коллектора приведена на схеме:

Из имеющихся в наличии материалов, как и в случае с термосифонной системой, изготавливается корпус коллектора. При помощи металлического профиля, жестяных банок или путем использования водопроводных труб, создаются ребра, разделяющие воздушный поток на отдельные составные части.

Внутри корпуса укладывается утеплитель, а с наружной стороны, корпус закрывается стеклом, служащим теплоизолятором внутреннего воздуха от наружной среды.

При использовании металлического профиля или иной конструкции, как на приведенной схеме, ребра, разделяющие потоки воздуха могут быть совмещены с панелью, являющейся приемником солнечного тепла. При использовании жестяных банок и водопроводных труб, эту функции выполняют они сами.

С торцов корпуса предусматриваются места крепления коллекторов друг с другом (если их несколько) и для крепления с воздуховодами, обеспечивающими подачу холодного и отвод теплого воздуха.

Где купить

Гелиосистемы в целом и их составные элементы, являются специфическим товаром, для приобретения который лучше всего обратиться в организацию, которая специализируется на реализации товаров в этой отрасли энергетики.

Оптимальный вариант, в этом случае, это найти дилера компании, производящей гелиосистемы, и заключить договор поставки.

При невозможности сделать это, и при желании снизить затраты на приобретение оборудования, можно обратиться к сети интернет, где присутствует достаточно большое количество предложений о продаже гелиоустановок, как полной комплектации, так и их отдельных элементов.

Использование в Крыму

Крым, это регион нашей страны, расположенный в зоне активного солнечного излучения, поэтому использованию гелиосистем здесь всегда уделялось особое внимание.

В промышленных масштабах, гелиоэнергетика Крыма развивалась как энергетическая система, обеспечивающая электрической энергией промышленные предприятия и бытовых потребителей. На полуострове запущены и успешно работают 13 солнечных электростанций общей установленной мощностью более 280,0 МВт.

Получение тепловой энергии за счет использования гелиосистем, также широко применяется, как на отдельных промышленных предприятиях, так и в частном секторе, где с их использованием осуществляется отопление и горячее водоснабжение.

alter220.ru

Что такое гелиосистема

В общем случае это устройство, которое позволяет преобразовать солнечную энергию в другой вид энергии. По этому  признаку системы классифицируются на два вида.

• Система для теплообеспечения – установка, реализующая технологию солнечного коллектора. Конструкция преобразует световую энергию в тепловую, которая  используется для обогрева и организации снабжения горячей водой.
• Системы для энергообеспечения – типичный представитель – солнечная батарея, то есть совокупность полупроводников, преобразующих солнечную энергию в электрическую.

Второй вид более универсален, но как указывается в отзывах, альтернативные источники энергии предпочтительнее использовать для отопления, так как последние требуют меньшей мощности.

Гелиосистема для теплобеспечения состоит из солнечного коллектора, бака-аккумулятора, теплоприемника и собственно системы отопления. Передачу тепла обеспечивает движение незамерзающего теплоносителя.

Коллекторы могут быть двух видов.

• Плоские –  панели из абсорбирующего вещества, защищенного солярным стеклом и располагающегося на термоизоляционном слое. Незамерзающая жидкость – антифриз, циркулирует по полиэтиленовым или медным трубкам по коллектору, нагреваясь, и передается  в бак. На фото – плоский коллектор на крыше.
• Трубчатый или вакуумный – панель, набранная из трубок. Трубка двойная: внешняя часть прозрачная, внутренняя покрыта абсорбером, между ними находится вакуум. Такой исполнение позволяет сохранить больше энергии – до 95%.

Особенности работы гелиосистемы

Как понятно из схемы устройства, источником энергии в системе является солнце. Отсюда вытекает, что наиболее эффективна гелиосистема летом, когда продолжительность дня и интенсивность солнечного излучения максимальны. В зимнее время эффект устройства имеет минимальное значение.

В силу этой особенности использовать солнечный коллектор в качестве основного источника тепла зимой не рекомендуется. Однако, при небольшой площади здания и высокой степени утепления гелиосистема может поставлять до 30% тепла, тем самым способствуя экономии других отопительных ресурсов.

Увеличить полезность устройства можно, используя его для горячего водоснабжения.

Рабочая площадь

Производительность коллектора зависит от площади его рабочего поля и степени освещения. Площадь определяется на основе летней нагрузки: затраты на горячее водоснабжение, поддержку системы, предотвращающую конденсацию, и так далее. Расчеты можно выполнить своими руками: для этого проще всего воспользоваться онлайн-услугой, указав количество обитателей, уровень потребления горячей воды и угол наклона, под которым возможно разместить панель.

Для отопления в зимний период гелиополе – рабочая площадь аппарата, должно быть в 2– 2,5 раза больше. Более точное значение может установить специалист, учитывающий степень утепления, особенности здания и тому подобное.

Угол наклона

Второй значимый фактор для производительности системы – размещение относительно движения солнца.

• Сторона света – юг, так как при любых погодных условиях большую часть дня солнце расположено на южной стороне небосвода.
• Угол наклона – если есть возможность выбирать расположение, то оптимальный угол – 60 градусов. Это положение обеспечивает максимальное попадание солнечных лучей на поверхность в зимнее время. Если выбора нет, то при наклоне менее 30 градусов рекомендуется установить вакуумный коллектор, так как плоский, судя по отзывам специалистов,  себя не оправдывает. На фото – вакуумный вариант.

Принцип действия гелиосистемы

Типовая комплектация содержит 5 обязательных компонентов:

• коллектор – плоский или трубочный;
• насос для подачи воды;
• бак-аккумулятор – в нем собирается нагретая вода;
• контроллер;
• доводчик – как правило, электрический тэн.

Предлагается два способ установки системы.

• Аккумуляция – в этом случае нагретая жидкость подается в бак-аккумулятор, нагревает воду, которая  при достижении соответствующей температуры, поступает в подающий трубопровод. В зимнее время нагрев воды недостаточен, поэтому бак дополнительные нагревается и с помощью котла или тэнов.
• Подача в систему отопления – коллектор соединяется водонагревателем, откуда нагретая  до нужной температуры вода попадает в бак, а затем в трубопровод. Такой способ соединения более выгоден, когда в системе действует котел отопления, так как в этом случае вода в бак попадает уже теплая, а значит, отопительный котел расходует меньше тепла.

Гелиосистема поддерживает как радиаторную систему обогрева, так и напольную.

Установка гелиосистемы

Производить своими руками монтаж возможно только при наличии нужного опыта. Как правило, самостоятельно выполняются работы по размещению системы на баню или душевые. Коллекторы наиболее удобно располагать на крыше – лучше инсоляция и меньше опасности оказаться в тени объектов, что само по себе представляет и сложность, и опасность для жизни.

• Аппараты размещаются на крыше здания: плоские укладываются на ее поверхности, трубчатые рекомендованы установить на опоры. Дело в том, что снег на плоских аппаратах не задерживается, в то время как с вакуумных его нужно будет очищать.
• Бак-аккумулятор, насос и теплообменник рекомендуется установить как можно ниже, соблюдая те же условия для естественной циркуляции, что и в обычной водяной системе отопления. Если предполагается установить насос, то расположение коллектора не имеет особого значения.
• В качестве теплоносителя рекомендуется использовать антифриз, так как зимой угроза замерзания воды сведет на нет все преимущества солнечного обогрева.

На видео демонстрируется установка коллектора своими руками.

kamingid.ru

Что такое гелиосистема, принцип работы

Гелиосистемы – это специальные теплообменники, которые позволяют энергию солнца направить на отопление дома или подогрев воды ГВС. В принципе, это такие солнечные батареи, по которым циркулирует жидкость. Конфигурация коллектора и материал для его изготовления может отличаться, но принцип работы остается неизменным:

• жидкость попадает в коллектор и нагревается за счет солнца;
• из гелиосистемы теплоноситель перекачивается в бак аккумулятор или бойлер косвенного нагрева и отдает свое тепло;
• остывшая жидкость опять направляется в солнечную батарею.

Важно понимать, что гелиосистема для нагрева воды может полностью обеспечить дом только в летнее время. Зимой эффективность системы низкая.

Для отопления это может быть только вспомогательной мерой в помощь к основному обогреву помещения. Гелиосистемы устанавливаются чаще всего на крыше дома, при этом допускается размещение на земле. Главное, чтобы на теплообменник попадало как можно больше солнечных лучей.

Такие установки работают только в тандеме с буферными емкостями (теплоаккумуляторами) и бойлерами косвенного нагрева. Разница заключается в принципе работы этих резервуаров. В теплоаккумулятор теплоноситель попадает прямо из подачи котла, а оттуда вода идет прямо в контур. То же самое касается и гелиосистем. Отбор теплоносителя осуществляется в нижней части, так как вода там холоднее. Буферная ёмкость предназначена для системы отопления.

Эффективность газовых каминов для отопления ниже, чем котлов на том же виде энергоносителя.

 

Использовать камины для отопления нескольких комнат можно только в тандеме с водяным отоплением. Продолжение тут.

Бойлер косвенного нагрева используется для ГВС. Нагрев воды осуществляется не напрямую котлом, а через встроенный змеевик. В котлах есть специальный патрубок, куда подключаются трубы от змеевика. Таким образом, получается отдельная петля. Змеевиков может быть несколько: для котла, для гелиосистемы, для тепловых насосов. При этом теплоноситель и нагреваемая вода в баке никак не пересекаются, теплообмен осуществляется исключительно через медные змеевики.

Виды гелиосистем

Есть сезонные и круглогодичные гелиосистемы для отопления дома. Цена на круглогодичные выше. Из названия можно понять, что сезонные могут использоваться только в теплое время года, так как в качестве теплоносителя выступает вода. Во всесезонных циркулирует незамерзающая жидкость.

Циркуляция в сезонных гелиосистемах может проходить без давления и под давлением. В первом случае теплоноситель приводится в движение исключительно благодаря гравитации, а во втором – за счет

электрического насоса. Гравитационные агрегаты устанавливаются только на крыше, чтобы создавалось необходимое давление. В то время как солнечные коллекторы с принудительной циркуляцией могут ставиться куда угодно, в том числе на землю.

Круглогодичные гелиосистемы отопления бывают трех видов:

• плоские;
• вакуумные трубчатые;
• гибридные.

Основной элемент солнечной батареи абсорбер. Это металлический коллектор из медных труб. Площадь теплообмена увеличивается за счет медных листов. Чтобы прибор лучше притягивал солнечный свет, его красят в черный цвет.

Абсорбер своими руками

Сделать плоский абсорбер для гелиосистемы своими руками можно в домашних условиях. Для начала из медной трубы нужно сделать коллектор, по которому будет циркулировать жидкость. Можно согнуть трубу змейкой или же спаять коллектор в виде лестницы.

По цене стальные трубчатые радиаторы отопления дешевле биметаллических и чугунных.

 

О том, какое должно быть расстояние между кронштейнами радиатора читайте здесь.

Затем нужно вырезать из жести лист необходимых размеров. На этот лист кладется коллектор и припаивается. Таких элементов нужно изготовить несколько (3-4 штуки) и соединить их между собой. Получается, что в абсорбере будет 4 патрубка для подачи теплоносителя и 4 для обратки. Собрать все слои абсорбера в единую конструкцию, можно соединив патрубки последовательно или параллельно. При последовательном соединении вода будет больше времени проводить в коллекторе, соответственно, лучше нагреется.

Абсорбер нужно покрасить черной матовой краской и поместить в корпус. Чтобы уменьшить теплопотери на дно корпуса укладывается пенопласт. Все стыки должны быть герметичными, а материалы устойчивы к влаге. Не стоит забывать, что гелиосистема всегда будет находиться на улице.

Обвязка гелиосистемы

Стоимость солнечного коллектора далеко не единственная расходная статья при покупке гелиосистемы. Общая цена включает в себя затраты на бойлер косвенного нагрева, трубы и трубопроводную арматуру. Рассмотрим метод обвязки для системы с принудительной циркуляцией.

Основные элементы схемы:

• циркуляционный насос – устанавливается на обратке сразу за бойлером косвенного нагрева;
• грязевик – устанавливается на обратке перед абсорбером;
• расходомер – ставится за грязевиком;
• запорная арматура – устанавливается в ключевых точках, чтобы можно было отсечь часть контура для ремонта или замены элементов.

Не стоит пренебрегать установкой расходомера перед гелиосистемой для отопления. Он позволит вам контролировать количество пропущенной через коллектор воды за единицу времени. Оптимальная скорость теплоносителя в абсорбере составляет 25 л/ч на каждый квадратный метр площади гелиосистемы. Например, если у вас есть солнечный коллектор на 5 м. кв, то через него должно проходить 125 л/час или 2,08 л/мин.

utepleniedoma.com

Объект установки и требования к нему

Как вы уже поняли из всего вышесказанного, гелиосистемы работают совместно с обычными источниками теплоты:

• Газовыми источниками теплоты;
• Твердотопливными котлами для отопления частного дома;
• Отопительными котлами на жидком топливе;
• Электрическими.

В результате такого симбиоза гелиосистема для отопления помогает сэкономить часть топлива благодаря энергии Солнца. Нужно отметить, что наибольшая эффективность такой системы в наших широтах в летний период, когда Солнце находится под оптимальным углом и максимальное время. Увидеть подробности этого явления вы можете на фото внизу.

Где:

• Е – производительность плоского коллектора при площади пятнадцать квадратных метров;
• D – тоже самое при площади пять квадратных метров;
• С – нагрузка на ГВС;
• В – нагрузка на отопление постройки нового образца;
• А – тоже, но постройки старого образца.

Проанализировав эту картинку можно прийти к выводу, что отапливать лишь гелиосистемой можно, но крайне сложно. Главные трудности (соответствие дома требованиям) можно минимизировать за счет идеальной теплоизоляции и небольшой площади. В таком случае гелиосистемы могут взять на себя нагрузку порядка тридцати процентов. Помимо этого необходимо учитывать требования к характеристикам и параметрам самой системы обогрева.

Требования к характеристикам и параметрам солнечных систем

В этом разделе мы рассмотрим основные требования к гелиосистеме:

• Общих особенностях;
• Площади гелиополя;
• Угла наклона самих коллекторов;
• Объёма емкостного водонагревателя.

Общие особенности

Если вести диалог о таких системах, то для поддержания ними обогрева нужно помнить, что:

• гелиосистема для отопления не может заменить основной источник теплоты, а также уменьшить его мощность;
• она не должна рассматриваться как основной компонент теплоснабжения. В последнем большую роль играет качество работы основного генератора теплоты. Применение солнечных коллекторов позволит только повысить эффективность всей системы обогрева, но никак не полностью её заменить;
• Возможности поддержания отопительных систем без аккумулирования теплоты сильно ограничены;
• В летние периоды, когда нет потребности в обогреве, такая гелиосистема будет простаивать, если к ней не подключить контур горячего водоснабжения.

Площадь

Инструкция для нахождения параметров в целях поддержания обогрева декларирует, что берется во внимание тепловая нагрузка в летние месяцы. Она в себя включает нагрузку на ГВС и нагрузки прочих потребителей, работающих от гелиосистемы, к примеру, поддержание заданной температуры в подвальных помещениях, чтобы предотвратить конденсационные процессы.

Для таких потребностей специалисты выполняют расчет коллектора на нужды ГВС, целью которого является нахождение площади. Полученный результат умножают на два или два с половиной и находят диапазон площади коллектора для нужд отопления. Более точные вычисления выполняют, учитывая строительные размеры и монтажные работы гелиополя.

Существует также и альтернативный способ подсчета, который производится на основании площади постройки и не является объективным. Если проанализировать потребности в тепловой нагрузки в течение всего года то становиться очевидным тот факт, что площадь коллектора на квадратный метр находится в пределах 0,1-0,2. Это говорит о том, что площадь будет изменяться в два раза! Этот факт сильно усложняет возможность четкого определения площади.

Помимо этого недостатка есть еще один – потребности в горячей воде не берутся должным образом, потому что нет четкого соотношения между площадью помещения и расходом воды для нужд ГВС.

Важно! Если в вашем доме есть бассейн, который обладает подогревом, то температура в нем может поддерживаться за счет избытка теплоты в летние месяцы. Такое решение никак не повлияет на площадь самого коллектора.

Угол наклона

Если гелиосистема обладает возможностью выбора угла наклона, то необходимо установить её на угол шестьдесят градусов. Такой угол позволяет, если сравнивать с коллекторами ГВС, достигнуть большей производительности в переходные периоды, а в летние получить меньше излишков теплоты. Такие установки можно ставить на грунте или плоской крыше.

Если место для монтажа это горизонтальная крыша с наклоном порядка тридцати градусов, то плоские тип оборудования не подойдет, нужно устанавливать трубные коллекторы вакуумированного типа с горизонтальной установкой.

Емкостный водонагреватель и его объем

Для случаев, когда в летние месяцы наблюдается плохая туманная погода, устанавливают емкостные водонагреватели.

Идеальные объемы таких элементов относительно одного метра квадратного гелиополя:

• Для плоских типов находятся в пределах пятидесяти — семидесяти литров;
• Для вакуумированных в диапазоне семьдесят – восемьдесят литров.

Требования к конструкции

При проектировании теплоснабжающей системы есть два варианта получать энергию Солнца:

• направить её в контур отопления (выполняет нагрев обратки отопления). В таких установках подогретая солнечной энергией вода выполняет работу, когда в баке температура воды больше чем в трубопроводе обратки. Если температура в подаче недостаточна, то вступает в работу основной источник теплоты;

• направить на нагрев бака аккумулятора. В таких установках вода в баке доводится до температуры равной подаче благодаря котлу отопления или солнечному коллектору. В таком случае отопительный контур подключается через этот бак.

Требования к основному генератору теплоты

В народе есть распространенное мнение, что старые котлы имеющие малый коэффициент КПД, нужно включать в работу так, чтобы они нагревали воду с запасом по температуре. Делается это для того чтобы уменьшить частоту включения горелок, именно из-за них уменьшается эффективность работы системы. Специалисты не рекомендуют применять старые котлы с гелиосистемами, а заменять их современными источниками теплоты. Видео с такими моделями вы можете увидеть в нашей галерее сайта.

Совет. Не стоит экономить деньги на расчетах и монтаже, потому что, выполняя эти работы своими руками, вы можете допустить критические ошибки. Это не тот компонент, на котором можно сэкономить.

В отличие от «допотопных» источников теплоты, новые модели вырабатывают количество теплоты, которое требуется на данный период времени, чтобы получить необходимую температуру теплоносителя. Если происходит нагрев водонагревателя за счет генератора теплоты, то ухудшается КПД системы. Помимо этого, увеличивается температура воды на входе в установку, а, следовательно, качество работы гелиосистемы уменьшается в разы.

Именно по этой причине ведущие специалисты рекомендуют применять нагрев обратки отопления. К тому же эти специалисты советуют использовать конденсационные котлы, при их применении возрастает КПД всего механизма теплоснабжения.

Требования к приборам обогрева

Самым оптимальным решением при функционировании гелиосистемы является установка теплых полов. Сама установка выдает теплоноситель с температурой не более пятидесяти градусов, что вполне устраивает «теплый пол», так как он имеет температурный режим 40/30.

Если же говорить о радиаторах отопления, то они эффективно работают в большем режиме – 90/70. Поэтому воду придется догревать в котле, после чего увеличиться температура теплоносителя на входе в коллектор (читайте также о том, как рассчитать отопление).

Итоги

Предлагаю совместно с вами подвести итоги этой статьи и выделить основные пункты, которые мы рассматривали:

• Коллекторы хорошо подойдут для построек небольшой квадратуры и с хорошей изоляцией;
• При правильном монтаже и расчете такая установка покрывает тридцать процентов нагрузки;
• Обязательно применение традиционных котлов, предпочтительнее конденсационных;
• Необходимая площадь установки для ГВС минимум в два раза больше чем для отопления;
• Идеальный угол монтажа – шестьдесят градусов;
• Объем емкостного водонагревателя должен быть в диапазоне пятидесяти – девяноста литров;
• Эти гелиосистемы хорошо работают как с теплыми полами, так и с батареями.

otoplenie-gid.ru