Энциклопедия по обустройству системы водоснабжения в частном доме
Устройство и принцип работы системы отопления от солнечных батарей: установка, подключение в частном доме

Устройство и принцип работы системы отопления от солнечных батарей: установка, подключение в частном доме

391 2 7 ноября 2022  

Один из способов сэкономить на обогреве жилья предполагает использование альтернативных источников тепла. Это могут быть ветер, солнечный свет и энергия, накопленная грунтовыми водами. Но проще всего система отопления от солнечных батарей. Она не менее эффективна, чем геотермальные схемы, но чище, экологичнее, не требует столь дорогостоящих капиталовложений, как, например, ветряная электростанция.

Устройство и принцип работы

В современных системах отопления применяется тот же принцип, что и в обычной летней душевой кабине на даче большинства огородников или солнечных водонагревателях, устанавливаемых на крышах домов в приморских поселках.

Схема отопления на солнечных батареях профессионального уровня несколько сложнее и включает в себя большое количество элементов:

  1. Солнечный коллектор.
  2. Поворотный механизм.
  3. Трубы и насос циркуляции первого контура.
  4. Бойлер-накопитель.
  5. Систему циркуляции второго контура.

Последний по сути является обычной водяной системой отопления в доме или в квартире. Во втором контуре может быть дополнительно установлен электрический или газовый котел отопления. Так что батарея может функционировать как в одиночку, так и совместно с другими источниками энергии.

Часто можно встретить схемы, в которых нагреватель скомбинирован в одно отопительное устройство с геотермальной системой.

Батареи солнечные

Коллектор представляет собой теплообменник, в котором циркулирует теплоноситель. Это может быть дистиллированная вода, но чаще всего это тосол или антифриз. В солнечный день температура жидкости в первом контуре может достигать 90-96 ℃, поэтому насос должен всегда работать.

Антифриз или тосол по трубам попадает в расширительный бак и далее в еще один теплообменник, установленный внутри бойлера. Оттуда тепло передается во внутреннюю систему отопления частного дома или квартиры.

Схема

Для того чтобы поглотить максимальное количество энергии, батарею устанавливают на шарнирной опоре. Следящее устройство поворачивает коллектор так, чтобы лучи от солнца падали на поверхность перпендикулярно плоскости батареи.

Преимущества

Использование поворотного устройства усложняет конструкцию солнечной батареи, делает систему отопления уязвимой для порывов ветра. Поэтому владельцы часто укладывают солнечные коллекторы непосредственно на скат крыши. А потери тепла компенсируют увеличением количества батарей.

В любом случае солнечная система отопления обладает немалыми преимуществами при условии правильного проектирования, выбора типа коллектора и установки.

Наиболее важные достоинства:

  1. Высокий КПД. Примерно втрое выше, чем у электрических солнечных панелей, в тепло преобразуется весь спектр солнечного света.
  2. Тепло относительно просто накапливать в бойлере.

Ресурс системы отопления от солнечных батарей определяется только надежностью насосов и клапанов. Конструкция составная, поэтому есть возможность обслуживать, ремонтировать и восстанавливать оборудование. Это означает, что срок службы у солнечной системы отопления может достигать 30-40 лет без потери КПД.

Уровень эффективности

Экономически отопление от солнечной батареи более выгодно, чем геотермальные или ветряные электростанции. Но для правильной оценки эффективности нужно учитывать 2 фактора – географическую широту, на которой будет располагаться дом (квартира) с солнечной системой отопления, и количество солнечных дней в году.

Уровень эффективности

Например, на широте Москвы количество тепла, полученного от коллекторной батареи, будет в 1,5 раза меньше, чем в Ростове или даже в Новосибирске. В летний ясный день на один квадратный метр площади коллектора попадает до 0,8-1,1 кВт/ч тепловой энергии. Зимой эта величина уменьшается до 250 Вт, а при сильной облачности снижается до 80-120 Вт/ч.

Но тепло легко аккумулировать – можно использовать парафиновые накопители тепла промышленного типа или даже сделать своими руками из бойлера емкостью до 2 м3.

Системы отопления на основе солнечных батарей рекомендуются для установки в домах, расположенных на берегу больших водоемов (водохранилище или море), на краю лесных массивов. Причина очевидна – воздух чище, значит, количество пыли, осевшей на поверхности солнечного коллектора, будет в несколько раз меньше. Кроме того, так складывается, что у водоемов количество солнечных дней больше, чем в среднем на данной широте.

Виды отопления

Основной проблемой частных домовладений считается эффективное управление солнечными батареями. То есть в среднем количество тепла, собираемого солнечным коллектором, достаточно для покрытия около половины затрат энергии от сжигания газа или твердого топлива. Поэтому в дневное время суток даже зимой котел можно временно отключить.

4-5 солнечных коллекторов современной конструкции размерами 1,5х2,5 м способны выдать на пике мощности до 10-12 кВт/ч тепла. В среднем за день с 8 по 16 часов светового дня получается 7-8 кВт/ч для обычной погоды с небольшой облачностью и 9-10 кВт/ч для ясной безоблачной погоды.

В целом эффективность солнечной батареи очень высокая, но при условии – для системы отопления использовалась оптимальная конструкция для конкретного проекта дома или квартиры.

Открытые солнечные коллекторы

Наиболее простая разновидность термоколлектора. Конструкция представляет собой пластиковые или резиновые трубки, уложенные змейкой (зачастую впаянные в основу) на матовую подложку из того же материала. Мягкая конструкция монтируется на несущей раме.

Открытые солнечные коллекторы

Электрическая помпа прокачивает по трубкам воду, нагревая до 40-50 ℃. Такие конструкции получаются надежными, дешевыми, простыми в установке и обслуживании.

Несмотря на внешнюю простоту конструкции, у солнечного коллектора из черной резины есть свои преимущества:

  1. Не боится замерзания, перегрева и термического расширения. Вода в такой батарее не закипит, так как температура потока поднимается в среднем на 25 ℃.
  2. Достаточно высокий КПД. Открытый коллектор лишь на 12-15% уступает в эффективности плоским закрытым батареям.
  3. Низкая цена на солнечный коллектор.

Открытые термоколлекторы массово используют для подогрева воды в бассейнах, подогрева теплого пола веранд и открытых террас. Но его можно также применять для системы отопления дачного домика. Если это летняя дача, то на зимовку коллектор можно снять и убрать на хранение.

Плоские закрытые системы

Более совершенные конструкции. Для нагрева теплоносителя используется медная трубка, уложенная змейкой на теплоаккумулирующую подложку. Коробку коллектора закрывают минеральным стеклом или листом монолитного поликарбоната. Благодаря этому удается защитить его от потерь тепла и накопления пыли на поверхности труб.

Плоские закрытые системы

Такая конструкция примерно вдвое тяжелее открытых систем, эффективнее на 15% и рассчитана на срок службы не менее 20 лет. После замены стекла и резиновых уплотнений солнечная батарея может эксплуатироваться еще 15-20 лет.

Из недостатков можно отметить большой вес и значительную тепловую инерцию солнечного коллектора. Если батарея системы отопления перегреется, нужно будет искать способ, как сбросить лишнее тепло, накопленное в подложке.

Трубчатые коллекторные разновидности

Конструкция представляет собой трубки из высокопрочного боросиликатного стекла, собранные в один ряд и соединенные между собой подводящим и отводящим коллектором. Каждая такая труба имеет отражающее напыление на тыльной стороне корпуса, что позволяет фокусировать солнечный свет в центре колбы. Кроме того, вся батарея закрыта с тыла дополнительным светоотражающим экраном.

Трубчатые солнечные батареи разделяют на 3 вида:

  1. U-образные трубки. С одной стороны подается плотная холодная вода, которая, нагреваясь, становится более легкой и в результате самовытеснения поступает в горячем виде в систему отопления квартиры или дома. Максимальная температура теплоносителя 75 ℃.
  2. Паровые термотрубки. Внутри стеклянной трубки находится алюминиевый или медный пластинчатый экран с зачерненной поверхностью для лучшего поглощения тепла инфракрасного диапазона. Легкокипящая жидкость стекает по экрану и закипает, переходя в пар. Пар отводится в бак-конденсатор, подключенный с помощью теплообменника к системе отопления дома. В процессе конденсации выделяется огромное количество тепла, которое посредством теплообмена отводится в систему отопления. Конденсат самотеком выливается в колбу солнечной батареи.
  3. Вакуумные солнечные коллекторы. Набираются в виде батареи из стеклянных вакуумированных трубок. Продаются готовыми комплектами. Внутри такой колбы может находиться медная труба со специальным покрытием (коаксиальная схема) или широкая алюминиевая с несколькими внутренними каналами. Благодаря вакууму удается снизить потери и повысить эффективность на 30% относительно плоских коллекторов.

Все перечисленные варианты устанавливаются на наклонной поверхности с уклоном не менее 20о. Из-за тяжелой конструкции скат крыши приходится усиливать. Часто для установки солнечной батареи отопления собирают дополнительный каркас, но все равно наличие коллектора на крыше дома неблагоприятно сказывается на кровельном покрытии.

Трубчатые солнечные батареи

Зачастую установку системы с солнечным коллектором трубчатого типа закладывают в проект автономного отопления еще до начала строительства дома. В этом случае к каркасу крыши добавляют дополнительный скат, делают ее вальмовой или ломаной так, чтобы обеспечить оптимальный угол падения солнечных лучей на поверхность термопанели.

Схема

Конструкции, использующие воздух

Уникальная система отопления, придуманная кем-то из самодельщиков. Конструктивно представляет собой вертикальный ряд тонкостенных труб-каналов из алюминия. Оптимальный диаметр одной ячейки батареи – 45-50 мм. Многие любители мастерить собственными руками собирают такие батареи из алюминиевых пивных банок.

Батареи из алюминиевых пивных банок

Внутри наборной батареи циркулирует воздух, подается снизу, отбирается в верхней части. Трубы располагаются впритык друг к другу, никаких экранов или защиты стеклом не применяется. Поверхность зачерняется с помощью угольной сажи, нанесенной кисточкой поверх еще не высохшего прозрачного полиуретанового лака.

Эффективность солнечной системы отопления настолько высока, что с помощью батареи 1,5х2 м можно отогревать теплым воздухом помещение до 10 м2. Например, подсобное помещение для домашних животных, курятник или крольчатник.

Выбор коллектора

Основная проблема при выборе схемы системы с солнечным подогревом – перегрев с закипанием теплоносителя. То есть при расчете потребного количества коллекторов всегда предусматривается запас по количеству поглощаемого тепла в 10-15%.

Если это большой дом, то для системы отопления лучше использовать вакуумные термотрубки по 3 причинам:

  1. Солнечных коллекторов будет примерно в 3-4 раза меньше, а значит, места под установку системы отопления нужно меньше, чем если использовать плоские или открытые схемы нагрева воды.
  2. Компактную конструкцию стеклянных термотрубок можно разместить даже на небольшом участке крыши. Там, где солнечного света больше всего.
  3. Более высокая эффективность вакуумных батарей дает возможность нагревать воду даже в облачные дни, и самое главное, солнечные нагреватели прекрасно работают (если нет облаков) в мороз до -15-20℃.

Системы с вакуумными нагревателями (особенно с кипящим теплоносителем) дают возможность эффективно экономить на отоплении. При правильной настройке и оптимальном размере солнечных батарей, а также обязательном использовании теплоаккумулятора для средних широт обеспечивают экономию до 65-70%.

Выбрать батарею просто. Как правило, все представленные на рынке модели стеклянных термотрубок имеют стандартные размеры и мощность, которую компания производитель указывает в паспорте. Причем тепловая мощность приводится в виде графиков или таблиц, в зависимости от широты, на которой расположен дом, и количества солнечных дней в году.

Таблица параметров

В среднем мощность одной панели (блока) солнечного нагревателя составляет от 300 Вт до 1000 Вт. Поэтому, зная тепловую мощность одной батареи трубок и площадь дома, можно легко рассчитать потребное количество блоков, устанавливаемых на крышу.

Обычно мощность солнечной батареи удваивают, для того чтобы часть тепла отправить в теплоаккумулятор. Для дома площадью до 100 м2 используют водяные баки с двойной теплоизоляцией стенок. Коттеджи и дома 50-60 м2 могут эксплуатироваться без аккумулятора – обычно для ночного отопления хватает одного-двух бойлеров. В домах с жилой площадью более 100 м2 устанавливают специализированные накопители тепла по 230-300 кВт/ч.

Схемы подключения к системе отопления

Плоские панели закрытого типа можно использовать для непосредственного обогрева небольшого помещения. Часто нагретая вода от коллектора попадает в систему отопления дома без промежуточных устройств. Горячий поток прокачивает небольшая водяная помпа, работающая от электрической солнечной батареи. В контуре предусматривается балластная емкость. Пока система отопления работает на обогрев дома, бак или бочка остаются незаполненными.

Если необходимо остановить систему отопления (хозяева уехали), то воду в целях безопасности сливают в балластную емкость, а минимальный подогрев воды осуществляется за счет солнечной электрической батареи. Этого достаточно, чтобы жидкость не замерзла.

Проблема кипения

При выборе системы отопления мало кто обращает внимание на то, что тепла в системе отопления с солнечным коллектором может быть слишком много. Закипание воды или теплоносителя негативно сказывается на работе всех систем отопления.

Часто избыточное давление пара в трубах приводит к выдавливанию воды через уплотнения, а в самых критических ситуациях блокируется водяная помпа. В результате могут быть повреждены дорогостоящие теплоаккумуляторы или даже стеклянные колбы термотрубок.

Поэтому, выбирая систему отопления с солнечным коллектором, необходимо:

  1. Предусмотреть систему аварийного слива горячей воды в канализацию.
  2. Установить резервный источник электроэнергии для работы электронасоса циркуляции горячего теплоносителя через трубки коллектора.
  3. Спланировать систему защиты тепловой батареи от избыточного количества солнечного тепла. Это могут быть жалюзи, роллеты или тканевые шторы, натягиваемые над плоскостью коллектора с помощью шнуров и стяжек. Для небольших систем отопления обычно используют частичный слив воды.

С водяным коллектором

Самые простые системы отопления с прямой подачей горячей воды в греющий контур с радиаторами не слишком эффективны из-за потерь, возникающих в пасмурную погоду, сильный снегопад и обледенение. Поэтому водяные коллекторы объединяют с обычной системой отопления. При этом наибольший экономический эффект достигается в схемах с электрическим котлом, работающим в ночное время по льготному тарифу. В дневное время основную нагрузку по теплогенерации берет на себя солнечный коллектор.

С водяным коллектором

Обогрев дома комбинированной системой (коллектор + водяной котел на дровах) можно рекомендовать для загородных домов и дач, где всегда есть перебои с электроэнергией.

В теплое время года гелиоколлекторы могут также использоваться для получения горячей воды для бытовых нужд, подогрева бассейна и даже для поддержания оптимальной температуры воздуха в теплицах и парниках.

Резервный источник электроэнергии, как правило, делают на солнечных электрических батареях. Мощность циркуляционного насоса обычно не превышает 250 Вт, поэтому для резерва можно установить одну панель на 1,5-2 м2 (общая мощность не менее 400 Вт). А для резерва в ночное время достаточно 2 автомобильных аккумуляторов по 12 В и 600 Ач.

С солнечной батареей

Сделать отопление дома по-настоящему эффективным возможно, если в дополнение к водяной термобатарее использовать электрическую солнечную панель и тепловой насос. Один из вариантов приведен на схеме ниже.

Конструкция

Конструкция получается сложнее и дороже, но при этом обогрев дома становится действительно независимым от стоимости энергоносителей и всевозможных контролирующих служб. Цена оборудования может достигать 7-8 тыс. долл. Но это одноразовое капиталовложение. Система отопления окупится уже через 2-3 года и следующие 30 лет будет обеспечивать дом бесплатным теплом и небольшим количеством электроэнергии.

Весь секрет системы отопления заключается в использовании теплового насоса. В этой схеме он устанавливается в доме без бурения скважин и укладки сотен метров труб, убивая экологию на собственном домовладении.

Функцию внешнего трубчатого теплообменника выполняет солнечный коллектор, который может быть достаточно большим и мощным. Мало того, эффективность работы теплового насоса увеличивается. Так как отбирать энергию у теплой воды с обратки на коллекторе гораздо удобнее и эффективнее, чем пытаться нагревать циркулирующий в тепловом насосе газ с помощью накопленного тепла в грунте.

Система отопления от солнечных батарей может быть невероятно эффективной. При том, что затрат на обслуживание и эксплуатацию, как таковых нет. Единственной проблемой остается правильный выбор коллектора, схемы подключения и места под установку.

Расскажите о своем опыте установки коллекторов на крыше – насколько оправдались затраты и каких ошибок следует избегать при установке. Сохраните статью в закладках, чтобы полезные советы всегда были под рукой.

Автор

Николай Стрелковский, главный редактор

Поделитесь полезной статьей

Оцените статью

12345
Загрузка...

Похожие записи

Как выбрать конвекторный обогреватель Как выбрать конвекторный обогреватель Как выбрать конвекторный обогреватель В любой период года может потребоваться дополнительное отопление помещения, ...
Тепловой расчет системы отопления Тепловой расчет системы отопления Уют и комфорт жилья начинаются не с выбора мебели, отделки и внешнего вида в целом. Они начинаются с тепла, которое ...
Котлы на жидком топливе — обзор моделей и выбор лучшего Котлы на жидком топливе — обзор моделей и выбор лучшего Для комфортного проживания в частном доме в условиях умеренного или северного климата необходимо оборудовать ...
Система отопления Ленинградка Система отопления Ленинградка Система отопления Ленинградка Ленинградка, то есть самая экономичная из существующих систем отопления, появилась ...
Комментарии
Луцкий

У моего соседа баня на солнечных трубках. Стоит штук тридцать в ряд. Говорит безо всякой печки тепло, кипятка литров 300 получается за 8 часов. Правда каменку делать все равно нужно, как же без нее.

Северин Виктор

Зимой работают только вакуумные трубки, все остальные замерзают напрочь. Даже тосол получается холодным. А если крышу забрасывает снегом, то считай, что батарея не будет работать неделю-две. Все нужно ставить на землю, крепит на рамы, чтобы ветер не разбил.

Оставить комментарий

Калькуляторы
Сейчас обсуждают
Сеточки хороши, но лучше поставить измельчитель с фильтром под раковину. Дорого, зато надежно. И »
Не понял, а зачем котел крутить если есть бойлер. На нем надо все »
Размер шрифта
 
 
top
error: Content is protected !!
Adblock
detector