Сонячні системи опалення. Сонячні теплові колектори. Системи сонячного теплопостачання

Зі зростанням цін на енергоносії все більш актуальним стає використання альтернативних джерел енергії. Оскільки опалення у багатьох основна стаття витрат, то про опалення йдеться в першу чергу: платити доводиться практично цілий рік і чималі суми. За бажання заощадити, першим на думку спадає сонячне тепло: потужне і абсолютно безкоштовне джерело енергії. І використати його цілком реально. Причому обладнання коштує хоч і дорого, але в рази дешевше за теплові насоси. Про те, як можна використовувати енергію сонця для опалення будинку, поговоримо докладніше.

Опалення від сонця: за та проти

Якщо говорити про використання сонячної енергії для опалення, то потрібно мати на увазі, що існують два різних пристроївдля перетворення сонячної енергії:

Обидва варіанти мають свої особливості. Хоча відразу слід сказати, який би з них ви не вибрали, не поспішайте відмовлятися від тієї системи опалення, яка у вас є. Сонце встає, звичайно, щоранку, але не завжди на ваші сонячні елементи буде потрапляти достатньо світла. Найрозумніше рішення — створити комбіновану систему. Коли енергії сонця достатньо, друге джерело тепла не працюватиме. Цим ви і убезпечите себе, і жити будете в комфортних умовах, і заощадите.

Якщо бажання або можливості ставити дві системи немає, ваше сонячне опалення повинно мати щонайменше дворазовий запас за потужністю. Тоді точно можна сказати, що тепло у вас буде у будь-якому випадку.

Переваги використання сонячної енергії для опалення:

Недоліки:

• Залежність кількості тепла, що надходить від погоди та регіону.
• Для гарантованого опалення буде потрібна система, яка може працювати паралельно з геліосистемою опалення. Багато виробників опалювального обладнанняпередбачають таку можливість. Зокрема, європейські виробники настінних газових котлів передбачають спільну роботу із сонячним опаленням (наприклад, котли Baxi). Навіть якщо у вас встановлено обладнання, яке не має такої можливості, можна узгодити роботу опалювальної системи за допомогою контролера.
• Солідні фінансові вкладення на стартовому.
• Періодичне обслуговування: трубки та панелі потрібно очищати від сміття, що налип, і мити від пилу.
• Деякі з рідинних сонячних колекторів не можуть працювати за дуже низьких температур. Напередодні сильних морозів рідину доводиться зливати. Але це стосується не всіх моделей та не всіх рідин.

Тепер розглянемо докладніше кожен із типів сонячних нагрівальних елементів.

Сонячні колектори

Для сонячного опалення використовують саме геліоколектори. Ці установки за допомогою тепла сонця нагрівають рідину-теплоносій, яку потім можна використовувати у системі водяного опалення. Специфіка в тому, що сонячний водонагрівач для опалення будинку видає лише температуру 45-60 про З, а найвищу ефективність показує при 35 про З на виході. Тому рекомендовані такі системи для використання в парі з теплою водяною підлогою. Якщо відмовлятися від радіаторів вам не хочеться, або збільшуйте кількість секцій (в два рази приблизно) або підігрівайте теплоносій.

Для забезпечення будинку теплою водоюі для водяного опалення можна використовувати сонячні колектори (плоські та трубчасті)

Тепер про види сонячних колекторів. Конструктивно є дві модифікації:

• плоскі;
• трубчасті.

У кожній із груп є варіації і за матеріалами, і за конструкцією, але принцип дії у них один: трубками біжить теплоносій, який нагрівається від сонця. Ось тільки конструкції абсолютно різні.

Плоскі сонячні колектори

Ці геліоустановки для опалення мають просту конструкціюі тому саме їх можна за бажання виготовити своїми руками. На металевій рамі закріплено міцне дно. Зверху укладено шар теплоізоляції. Ізолюються для зменшення втрат та стінки корпусу. Потім йде шар адсорбера - матеріалу, який добре поглинає сонячне випромінювання, перетворюючи його на тепло. Цей шар має чорний колір. На адсорбері закріплені труби, якими тече теплоносій. Зверху вся ця конструкція закривається прозорою кришкою. Матеріалом для кришки може бути загартоване склоабо один із пластиків (найчастіше це полікарбонат). У деяких моделях світлопропускний матеріал кришки може проходити спеціальну обробку: для зменшення здатності, що відбиває, його роблять не гладким, а трохи матовим.

Труби в плоскому сонячному колекторі зазвичай укладені змійкою, є два отвори - впускний і випускний. Може бути реалізовано однотрубне та двотрубне підключення. Це комусь як подобається. Але для нормального теплообміну потрібний насос. Можлива і самопливна система, але вона буде дуже неефективною через невелику швидкість руху теплоносія. Саме цього типу сонячний колектор використовують для опалення, хоча з його допомогою можна ефективно гріти воду для ГВП.

Є варіант самопливного колектора, але його застосовують переважно для підігріву води. Називають таку конструкцію ще пластиковим сонячним колектором. Це дві пластини із прозорого пластику, герметично закріплені на корпусі. Усередині влаштований лабіринт для просування води. Іноді нижня панель пофарбована в чорний колір. Є два отвори — впускний та випускний. Вода подається всередину, у міру просування лабіринтом гріється сонцем, і виходить вже теплою. Така схема добре працює з резервуаром для води та легко нагріває воду для ГВП. Це сучасна заміна звичайній бочці, встановленій на літньому душі. Причому ефективніша заміна.

Наскільки ефективними є сонячні колектори? Серед усіх побутових геліоустановок на сьогодні вони показують найкращі результати: їх ККД 72-75%. Але не все так добре:

• вони не працюють уночі і погано працюють у похмуру погоду;
• великі втрати тепла, особливо за вітру;
• низька ремонтопридатність: якщо щось виходить з ладу, то треба міняти значну частину, або всю панель повністю.

Проте часто опалення приватного будинку від сонця роблять саме за допомогою цих геліоустановок. Такі установки популярні в південних країнах з активним випромінюванням і позитивними температурами зимовий період. Для наших зим вони не підходять, але у літній сезон показують добрі результати.

Повітряний колектор

Ця установка може бути використана для повітряного опаленнявдома. Конструктивно вона дуже нагадує описаний вище пластиковий колектор, але циркулює та нагрівається в ньому повітря. Такі пристрої навішуються на стіни. Діяти вони можуть двома способами: якщо повітряний геліонагрівач герметичний, повітря забирається з приміщення, нагрівається і повертається до того ж приміщення.

Є інший варіант. У ньому обігрів поєднаний із вентиляцією. У зовнішньому корпусі повітряного колектора є отвори. Через них усередину конструкції надходить холодне повітря. Проходячи через лабіринт, від сонячних променів він нагрівається, а потім підігрітим потрапляє до приміщення.

Таке опалення будинку буде більш-менш ефективним, якщо установка займатиме всю південну стіну, і при цьому тіні на цій стіні не буде.

Трубчасті колектори

Тут теж циркулює теплоносій трубами, але кожна з таких теплообмінних трубвставлена ​​у скляну колбу. Всі вони поєднуються в маніфолді (manifold), який, по суті, є гребінцем.

Схема трубчастого колектора (натисніть для збільшення розміру картинки)

Трубчасті колектори мають два типи трубок: коаксіальні та пір'яні. Коаксіальні - труба в трубі - вкладені одна в одну і їх краї запаяні. Усередині між двома стінками створюється розріджене безповітряне середовище. Тому такі трубки називають вакуумними. Пір'яні трубки - це звичайна трубка, запаяна з одного боку. А пуховими їх називають тому, що для підвищення тепловіддачі в них вставляється адсорберна пластина, яка має вигнуті краї і чимось нагадує перо.

Крім того, в різні корпуси можуть бути вставлені теплообмінники. різного типу. Перші - це теплові канали Heat-pipe (Хіт пайп). Це ціла системаперетворення сонячного світлав теплову енергію. Heat-pipe - це порожня мідна трубка невеликого діаметру, запаяна на одному кінці. На другому знаходиться потужний наконечник. У трубку залито речовину з низькою температурою кипіння. При нагріванні речовина починає кипіти, частина її переходить у газоподібний стан і піднімається трубкою вгору. По дорозі від нагрітих стін трубки воно все більше нагрівається. Попадає у верхню частину, де перебуває деякий час. За цей час частина тепла газ передає масивному наконечнику, поступово охолоджується, конденсується та осідає донизу, де процес знову повторюється.

Другий спосіб – U-type – це традиційна трубка, заповнена теплоносієм. Тут жодних новин чи сюрпризів. Все як завжди: з одного боку входить теплоносій, проходячи трубкою, нагрівається від сонячного світла. Незважаючи на свою простоту, цей вид теплообмінників ефективніший. Але використовується він рідше. А все тому, що сонячні водонагрівачі такого типу є єдиним цілим. При пошкодженні однієї трубки доводиться міняти всю секцію.

Трубчасті колектори із системою Heat-pipe коштують дорожче, показують меншу ефективність, але використовуються частіше. А все тому, що пошкоджену трубку можна поміняти за пару хвилин. Причому якщо колба використана коаксіальна, то трубка теж може бути відремонтована. Просто вона розбирається (знімається верхня заглушка) та пошкоджений елемент (тепловий канал або сама колба) замінюється на справний. Потім трубка вставляється місце.

Який колектор найкращий для опалення

Для південних регіонівз м'якою зимою та великою кількістю сонячних днів у році кращий варіант- Плоский колектор. За такого клімату він показує високу продуктивність.

Для регіонів із суворішим кліматом підходять трубчасті колектори. Причому для суворих зим більше підходять саме системи з Heat-pipe: вони гріють навіть уночі і навіть у похмуру погоду, збираючи більшу частину спектра сонячного випромінювання. Вони не бояться низьких температур, але точний діапазон температур потрібно уточнювати: він залежить від речовини, що знаходиться у тепловому каналі.

Ці системи при грамотному розрахунку можуть бути основними, але частіше просто економлять витрати на опалення від іншого, платного джерела енергії.

Ще одним допоміжним опаленням може бути колектор повітряний. Його можна зробити на всю стіну, причому він легко реалізується своїми руками. Він відмінно підійде для опалення гаража чи дачі. Причому проблеми з недостатнім нагріванням можуть виникнути не взимку, як ви очікуєте, а восени. При морозі та снігу енергії сонця у рази більше, ніж у похмуру дощову погоду.

Сонячні батареї

Чуючи слова «сонячна енергетика» ми насамперед думаємо саме про батареї, які перетворять світло на електрику. І роблять це особливі фотоелектричні перетворювачі. Вони випускаються промисловістю із різних напівпровідників. Найчастіше для побутового використаннями застосовуємо кремнієві фотоелементи. Вони мають саму низьку цінута показують досить пристойну продуктивність: 20-25%.

Сонячні батареї для приватного будинку в деяких країнах - звичайне явище

Безпосередньо використовувати сонячні батареї для опалення можна лише в тому випадку, якщо котел або інший опалювальний приладна електриці ви підключите до цього джерела струму. Також сонячні панелі в сукупності з електро-акумуляторами можна інтегрувати в систему постачання будинку електрикою і таким чином зменшувати рахунки, що приходять щомісяця, за використану електроенергію. У принципі цілком реально повністю забезпечити потреби сім'ї від цих установок. Просто коштів та площ знадобиться багато. У середньому із квадратного метра панелі можна отримати 120-150Вт. Ось і рахуйте, скільки квадратів покрівлі або прибудинкової території має бути зайнято такими панелями.

Особливості опалення сонячним теплом

Доцільність улаштування системи сонячного опалення у багатьох викликає сумніви. Основний аргумент – це дорого і ніколи себе не окупить. З тим, що це дорого, доводиться погодитись: ціни на обладнання немаленькі. Але ніхто не заважає вам почати з малого. Наприклад, для оцінки ефективності та практичності ідеї зробити подібну установку самому. Витрат мінімум, а уявлення будете мати з перших рук. Потім вже вирішуватимете чи варто з усім цим зв'язуватися чи ні. Ось тільки в чому річ: усі негативні повідомлення від теоретиків. Від практиків не траплялося жодного. Йде активне з'ясування способів покращення, переробок, але ніхто не сказав, що витівка марна. Це щось говорить.

Тепер про те, що встановлення системи сонячного опалення ніколи не окупиться. Поки що термін окупає

мости в нашій країні великий. Він можна порівняти з терміном експлуатації сонячних колекторів або батарей. Але якщо подивитися динаміку зростання цін на всі енергоносії, то можна припустити, що незабаром воно скоротиться до цілком прийнятних термінів.

Тепер власне про те, як створити систему. Насамперед, потрібно визначити потребу вашого будинку та семи у теплі та гарячій воді. Загальна методикарозрахунку системи сонячного опалення така:

• Знаючи, в якому регіоні знаходиться будинок, ви можете дізнатися скільки сонячного світла припадає на 1м 2 площі в кожному місяці року. Фахівці це називають інсоляцією. Виходячи з цих даних, ви зможете прикинути, скільки сонячних панелей вам необхідно. Але спочатку потрібно визначити, скільки тепла знадобиться на підготовку ГВП та опалення.
• Якщо лічильник гарячої водиу вас є, то ви знаєте обсяги гарячої води, які ви витрачаєте щомісяця. Виведіть середні дані витрати за місяць або рахуйте за максимальною витратою - це хто як хоче. Також у вас повинні бути дані про теплові втрати будинку.
• Перегляньте сонячні нагрівачі, які хотіли б поставити. Маючи дані щодо їхньої продуктивності, ви зможете приблизно визначити кількість елементів, необхідну на покриття ваших потреб.

Крім визначення кількості складових геліосистеми, знадобиться визначити обсяг бака, в якому накопичуватиметься гаряча вода для ГВП. Це легко можна зробити, знаючи фактичні витрати вашої родини. Якщо у вас встановлено лічильник на ГВП, і ви маєте дані за кілька років, можна вивести середню норму споживання на день (середню витрату на місяць поділити на кількість днів). Ось приблизно такий обсяг бака вам потрібний. Але бак треба брати із запасом у 20% або близько того. На всякий випадок.

Якщо ГВП чи лічильника немає, можна скористатися нормами споживання. Одна людина за добу в середньому витрачає 100-150 літрів води. Знаючи, скільки людей постійно мешкають у будинку, ви розрахуєте необхідний обсяг бака: норма множиться на кількість мешканців.

Відразу слід сказати, що раціональною (з точки зору окупності) для середньої смуги Росії є система сонячного опалення, яка покриває близько 30% потреби в теплі і повністю забезпечує гарячою водою. Це усереднений результат: у якісь місяці опалення на 70-80% забезпечуватиметься геліосистемою, а в якісь (грудень-січень) лише на 10%. І знов-таки багато залежить від типу сонячних батарейта від регіону проживання.

Причому справа не тільки в «північні» чи «на південь». Справа у кількості сонячних днів. Наприклад, на дуже холодній Чукотці сонячне опалення буде дуже ефективним: там майже завжди світить сонце. У набагато м'якшому кліматі Англії, з вічними туманами, його ефективність вкрай низька.
;

Підсумки

Незважаючи на безліч критиків, які говорять про неефективність сонячної енергетики та занадто великому термініокупності, дедалі більше людей хоч частково переходять на альтернативні джерела. Крім економії багатьох приваблює незалежність від держави та її цінової політики. Щоб не шкодувати про даремно вкладені суми, можна спочатку провести експеримент: виготовити одну із сонячних установок своїми руками та вирішити для себе наскільки це вас приваблює (або ні).

Грудневим днем ​​неподалік Цюріха фізик А. Фішер генерував пару; це було, коли сонце знаходилося у своїй найнижчій точці, а температура повітря була 3°С. На день пізніше сонячний колектор площею 0,7 м2 нагрів 30 л холодної водиіз садового водопроводу до +60°С.

Сонячна енергія взимку може легко використовуватися для обігріву повітря у приміщеннях. Навесні та восени, коли часто буває сонячно, але холодно, сонячне обігрівприміщень дозволить не вмикати основне опалення. Це дає змогу заощадити частину енергії, а відповідно й гроші. Для будинків, якими рідко користуються, або сезонного житла (дачі, бунгало), обігрів сонячної енергії особливо корисний взимку, т.к. виключає надмірне охолодження стін, запобігаючи руйнуванню від конденсації вологи та плісняви. Таким чином, щорічні експлуатаційні витрати здебільшого знижуються.

При опаленні будинків за допомогою сонячного тепла необхідно вирішувати проблему теплоізоляції приміщень з урахуванням архітектурно-конструктивних елементів, тобто. при створенні ефективної системисонячного опалення слід зводити будинки, що мають добрі теплоізоляційні властивості.

Вартість тепла
Допоміжне опалення

Сонячний внесок у опалення будинку
На жаль, період надходження тепла від Сонця далеко не завжди збігається за фазою з періодом появи теплових навантажень.

Більшість енергії, яка є в нашому розпорядженні протягом літнього періоду, втрачається через відсутність постійного попиту на неї (насправді колекторна система є до певної міри саморегулюючою системою: коли температура носія досягає рівноважного значення, тепловосприйняття припиняється, оскільки теплові втрати від сонячного колектора стають рівними теплу, що сприймається).

Кількість корисного тепла, поглиненого сонячним колектором, залежить від 7 параметрів:

1. величини надходить сонячної енергії;
2. оптичних втрат у прозорій ізоляції;
3. поглинаючих властивостей теплосприймаючої поверхні сонячного колектора;
4. ефективності тепловіддачі від теплоприймача (від теплосприймаючої поверхні сонячного колектора до рідини, тобто від величини ефективності теплоприймача);
5. пропускну здатність прозорої теплоізоляції, яка визначає рівень теплових втрат;
6. температури теплосприймаючої поверхні сонячного колектора, що у свою чергу залежить від швидкості теплоносія та температури теплоносія на вході в сонячний колектор;
7. Температура зовнішнього повітря.

Ефективність сонячного колектора, тобто. відношення використаної енергії та падаючої, визначатиметься всіма цими параметрами. За сприятливих умов вона може досягти 70%, а за несприятливих знизитися до 30%. Точне значення ефективності можна одержати при попередньому розрахунку лише шляхом повного моделювання поведінки системи з урахуванням усіх перерахованих вище факторів. Очевидно, що таке завдання може бути вирішене лише із застосуванням комп'ютера.

Оскільки щільність потоку сонячної радіації постійно змінюється, то розрахункових оцінок можна скористатися повними сумами радіації протягом дня і навіть місяць.

У табл. 1 як приклад наведено:

Таблиця 1. Місячні суми приходу сонячної радіації для К'ю (біля Лондона)

З таблиці видно, що поверхню з оптимальним кутом нахилу отримує (у середньому протягом 8 зимових місяців) приблизно в 1,5 рази більше енергії, ніж горизонтальна поверхня. Якщо відомі суми приходу сонячної радіації на горизонтальну поверхню, то перерахунку на похилу поверхню їх можна помножити твір цього коефіцієнта (1,5) і прийнятого значення ефективності сонячного колектора, рівного 40%, тобто.

1,5*0,4=0,6

При цьому вийде кількість корисної енергії, поглиненої похилою теплосприймаючою поверхнею протягом даного періоду.

Щоб визначити ефективний внесок сонячної енергії в теплопостачання будівлі навіть шляхом ручного підрахунку, необхідно скласти принаймні місячні баланси потреб і корисного тепла, що отримується від Сонця. Для наочності розглянемо приклад.

Якщо використовувати наведені вище дані та розглянути будинок, для якого інтенсивність теплових втрат становить 250 Вт/°C, місцезнаходження характеризується річним числом градусів рівним 2800 (67200°C*год). а площа сонячних колекторів становить, наприклад, 40 м2, виходить наступний розподіл за місяцями (див. табл. 2).

Таблиця 2. Розрахунок ефективного внеску сонячної енергії

Вартість тепла
Підрахувавши кількість тепла, що забезпечується за рахунок Сонця, необхідно подати його в грошах.

Вартість виробленого тепла залежить від:

Отримані таким чином експлуатаційні витрати можна порівняти з капітальними витратами на сонячну опалювальну систему.

Відповідно, якщо вважати, що в розглянутому вище прикладі сонячна опалювальна система використовується замість традиційної системи опалення, яка споживає, наприклад, газове паливо і виробляє тепло вартістю 1,67 руб/кВт*год, то, щоб визначити отриману річну економію, треба 8358 кВт*год, що забезпечуються за рахунок сонячної енергії (відповідно до розрахунків табл. 2 для площі колектора 40 м2), помножити на 1,67 руб/кВт*год, що дає

8358 * 1,67 = 13957,86 руб.

Допоміжне опалення
Одним із питань, які найчастіше ставлять люди, які хочуть зрозуміти використання сонячної енергії для опалення (або іншої мети), є питання: «Що робити, коли сонце не світить?» Зрозумівши концепцію запасання енергії, вони запитують: «Що робити, коли в акумуляторі не залишається більше теплової енергії?» Питання закономірне, і необхідність у дублюючій, часто традиційній системі є серйозним каменем спотикання для широкого прийняття сонячної енергії як альтернатива існуючим джерелам енергії.

Якщо потужності системи сонячного теплопостачання недостатньо, щоб протримати будівлю протягом періоду холодної, похмурої погоди, то наслідки, навіть один раз за зиму, можуть бути досить серйозними, що змушують передбачати як дублюючу звичайну повномірну систему опалення. Більшість будівель, опалюваних сонячною енергією, потребують повномірної дублюючої системи. В даний час в більшості районів сонячна енергія повинна розглядатися як засіб зниження витрати традиційних видів енергії, а не як повний їх замінник.

Звичайні обігрівачі є відповідними дублерами, але існує чимало інших альтернатив, наприклад:

Каміни;
- дров'яні печі;
- дров'яні калорифери.

Припустимо, однак, що нам захотілося зробити систему сонячного теплопостачання досить великою, щоб забезпечити теплом приміщення в найбільш несприятливі умови. Оскільки поєднання дуже холодних днів та довгих періодів хмарної погоди трапляється рідко, то додаткові розмірисонячної енергетичної установки(колектор та акумулятор), які будуть потрібні для цих випадків, обійдуться занадто дорого за порівняно невеликої економії палива. Крім того, більшу частину часу система працюватиме при потужності нижче за номінальну.

Система сонячного теплопостачання, розрахована на забезпечення 50% опалювального навантаження, може дати достатньо тепла лише на 1 день холодної погоди. При подвоєнні розмірів сонячної системи будинок буде забезпечений теплом протягом двох холодних похмурих днів. Для періодів більше 2 днів подальше збільшення розмірів буде так само невиправданим, як і попереднє. Крім того, будуть періоди м'якої погоди, коли друге збільшення не буде потрібно.

Тепер, якщо збільшити площу колекторів опалювальної системи ще в 1,5 рази, щоб протриматися 3 холодні та хмарні дні, то теоретично вона буде достатньою для забезпечення 1/2 всієї потреби будинку протягом зими. Але, зрозуміло, практично цього може бути, оскільки трапляється іноді 4 (і більше) дня поспіль холодної хмарної погоди. Щоб врахувати цей 4-й день, нам знадобиться система сонячного опалення, яка теоретично може зібрати вдвічі більше тепла, ніж це необхідно будівлі протягом опалювального сезону. Зрозуміло, що холодні та хмарні періоди можуть бути тривалішими, ніж передбачено в проекті системи сонячного теплопостачання. Чим більший колектор, тим менш інтенсивно використовується кожне додаткове збільшення його розмірів, тим менше енергії економиться на одиницю площі колектора і тим менша окупність капіталовкладень на кожну додаткову одиницю площі.

Тим не менш, робилися сміливі спроби накопичити достатню кількість теплової енергії сонячного випромінювання для покриття всієї потреби в опаленні та відмовитися від допоміжної системи опалення. За рідкісними винятками таких систем, як сонячний будинок Г. Хея, довготривале акумулювання тепла є, мабуть, єдиною альтернативою допоміжній системі. Г. Томасон близько підійшов до 100% сонячного опалення у своєму першому будинку у Вашингтоні; лише 5% опалювального навантаження покривалося за рахунок стандартного нагрівника на рідкому паливі.

Якщо допоміжна система покриває лише невеликий відсоток всього навантаження, тобто сенс використовувати електроопалення, незважаючи на те, що воно вимагає виробництва значної кількості енергії на електростанції, яка потім перетворюється на тепло для обігріву (на електростанції витрачається 10500...13700 кДж для виробництва 1 кВт*год теплової енергії у приміщенні). У більшості випадків електрообігрівач буде дешевшим за нафтову або газову печі, а порівняно невелика кількість електроенергії, необхідної для обігріву будівлі, може виправдати її застосування. Крім того, електронагрівач - менш матеріаломісткий пристрій завдяки порівняно невеликій кількості матеріалу (у порівнянні з обігрівачем), що йде на виготовлення електроспіралей.

Так як ККД сонячного колектора суттєво зростає, якщо експлуатувати його за низьких температур, то опалювальна система повинна розраховуватися на використання якомога нижчих температур - навіть на рівні 24...27°C. Одна з переваг системи Томасона, що використовує тепле повітря, полягає в тому, що вона продовжує витягувати корисне тепло з акумулятора при температурах, майже рівних температурі приміщення.

У новому будівництві опалювальні системиможна розраховувати на використання нижчих температур, наприклад, шляхом подовження трубчасто-ребристих радіаторів з гарячою водою, збільшення розмірів радіаційних панелей або збільшення об'єму повітря нижчої температури. Проектувальники найчастіше зупиняють свій вибір на опаленні приміщення за допомогою теплого повітря або застосування збільшених радіаційних панелей. У системі повітряного опалення найкраще використовують низькотемпературне запасене тепло. Променисті опалювальні панелі мають тривале запізнення (між включенням системи та нагріванням повітряного простору) і зазвичай вимагають вищих робочих температур теплоносія, ніж системи з гарячим повітрям. Тому тепло з акумулюючого пристрою не використовується повною мірою при нижчих температурах, які прийнятні для систем теплим повітрям, Та й загальний ККД такої системи нижче. Перевищення розмірів системи з радіаційних панелей для отримання результатів, аналогічних результатам при використанні повітря, може спричинити значні додаткові витрати.

Для підвищення загального ККД системи (сонячного опалення та допоміжної дублюючої системи) та одночасного зниження загальних витрат шляхом ліквідації простою складових частинБагато проектувальників обрали шлях інтегрування сонячного колектора та акумулятора з допоміжною системою. Спільними є такі складові елементи, як:

Вентилятори;
- Насоси;
- теплообмінники;
- органи управління;
- Труби;
- Повітроводи.

На рисунках статті Системне проектування показано різні схемитаких систем.

Пасткою при проектуванні стикових елементів між системами є збільшення органів управління і частин, що рухаються, що підвищує ймовірність механічних поломок. Спокуса збільшити на 1...2% ККД шляхом додавання ще одного пристрою на стику систем є майже непереборною і може бути найпоширенішою причиною виходу з ладу сонячної системи опалення. Зазвичай допоміжний обігрівач повинен нагрівати відсік акумулятора сонячного тепла. Якщо це відбувається, то фаза збору сонячного тепла буде менш ефективною, оскільки майже завжди цей процес протікатиме при більш високих температурах. В інших системах зниження температури акумулятора завдяки використанню тепла будинком підвищує загальний ККД системи.

Причини інших недоліків цієї схеми пояснюються великою втратою тепла з акумулятора через його високі температури. У системах, у яких допоміжне обладнання не нагріває акумулятор, останній втрачатиме значно менше тепла за відсутності сонця протягом кількох днів. Навіть у спроектованих таким шляхом системах втрати тепла із контейнера становлять 5...20% всього тепла, поглиненого системою сонячного опалення. З акумулятором, що обігрівається допоміжним обладнанням, втрата тепла буде значно вищою і може бути виправдана тільки в тому випадку, якщо контейнер акумулятора знаходиться всередині приміщення будинку.

Системи сонячного теплопостачання

4.1. Класифікація та основні елементи геліосистем

Системами сонячного теплопостачання називаються системи, що використовують як джерело теплової енергії сонячну радіацію. Їхньою характерною відмінністю від інших систем низькотемпературного опалення є застосування спеціального елемента – геліоприймача, призначеного для уловлювання сонячної радіації та перетворення її на теплову енергію.

За способом використання сонячної радіації системи сонячного низькотемпературного опалення поділяють на пасивні та активні.

Пасивними називаються системи сонячного опалення, в яких як елемент, що сприймає сонячну радіацію і перетворює її на теплоту, служать сама будівля або її окремі огородження (будівля-колектор, стіна-колектор, покрівля-колектор і т. п. (рис. 4.1.1 )).

Рис. 4.1.1 Пасивна низькотемпературна система сонячного опалення “стіна-колектор”: 1 – сонячні промені; 2 – променепрозорий екран; 3 – повітряна заслінка; 4 – нагріте повітря; 5 – охолоджене повітря із приміщення; 6 – власне довгохвильове теплове випромінювання масиву стіни; 7 – чорна променевосприймаюча поверхня стіни; 8 – жалюзі.

Активними називаються системи сонячного низькотемпературного опалення, в яких геліоприймач є самостійним окремим пристроєм, що не належить до будівлі. Активні геліосистеми можуть бути поділені:

за призначенням (системи гарячого водопостачання, опалення, комбіновані системи з метою теплохолодопостачання);

по виду теплоносія, що використовується (рідинні - вода, антифриз і повітряні);

за тривалістю роботи (цілорічні, сезонні);

з технічного рішення схем (одно-, дво-, багатоконтурні).

Повітря є широко поширеним теплоносієм, що незамерзає у всьому діапазоні робочих параметрів. При застосуванні його в якості теплоносія можливе поєднання систем опалення із системою вентиляції. Однак повітря – малотепломісткий теплоносій, що веде до збільшення витрати металу на влаштування систем повітряного опалення порівняно з водяними системами.

Вода є теплоємним та широкодоступним теплоносієм. Однак при температурах нижче 0°С до неї необхідно додавати незамерзаючі рідини. Крім того, слід враховувати, що вода, насичена киснем, викликає корозію трубопроводів та апаратів. Але витрата металу у водяних геліосистемах значно нижча, що значною мірою сприяє ширшому їх застосуванню.

Сезонні геліосистеми гарячого водопостачання зазвичай одноконтурні та функціонують у літні та перехідні місяці, у періоди з позитивною температурою зовнішнього повітря. Вони можуть мати додаткове джерело теплоти або обходитися без нього в залежності від призначення об'єкта, що обслуговується, і умов експлуатації.

Геліосистеми опалення будинків зазвичай двоконтурні або найчастіше багатоконтурні, причому для різних контурів можуть бути застосовані різні теплоносії (наприклад, у геліоконтурі – водні розчини рідин, що незамерзають, у проміжних контурах – вода, а в контурі споживача – повітря).

Комбіновані геліосистеми цілорічної дії для цілей теплохолодопостачання будівель багатоконтурні та включають додаткове джерело теплоти у вигляді традиційного теплогенератора, що працює на органічному паливі, або трансформатора теплоти.

Принципова схемасистеми сонячного теплопостачання наведено на рис.4.1.2. Вона включає три контури циркуляції:

перший контур, що складається із сонячних колекторів 1, циркуляційного насоса 8 та рідинного теплообмінника 3;

другий контур, що складається з бака-акумулятора 2, циркуляційного насоса 8 теплообмінника 3;

третій контур, що складається з бака-акумулятора 2, циркуляційного насоса 8 водоповітряного теплообмінника (калорифера) 5.

Рис. 4.1.2. Принципова схема системи сонячного теплопостачання: 1 – сонячний колектор; 2 – бак-акумулятор; 3 – теплообмінник; 4 – будинок; 5 – калорифер; 6 – дублер системи опалення; 7 – дублер системи гарячого водопостачання; 8 – циркуляційний насос; 9 – вентилятор.

Функціонує система сонячного теплопостачання в такий спосіб. Теплоносій (антифриз) теплоприймального контуру, нагріваючись у сонячних колекторах 1, надходить у теплообмінник 3, де теплота антифризу передається воді, що циркулює міжтрубному просторі теплообмінника 3 під дією насоса 8 другого контуру. Нагріта вода надходить у бак-акумулятор 2. З бака-акумулятора вода забирається насосом гарячого водопостачання 8, при необхідності доводиться до необхідної температури в дублері 7 і надходить в систему гарячого водопостачання будівлі. Підживлення бака акумулятора здійснюється з водопроводу.

Для опалення вода з бака-акумулятора 2 подається насосом третього контуру 8 калорифер 5, через який за допомогою вентилятора 9 пропускається повітря і, нагрівшись, надходить в будинок 4. У разі відсутності сонячної радіації або нестачі теплової енергії, що виробляється сонячними колекторами, в роботу включається дублер 6.

Вибір та компонування елементів системи сонячного теплопостачання у кожному конкретному випадку визначаються кліматичними факторами, призначенням об'єкта, режимом теплоспоживання, економічними показниками.

4.2. Концентруючі геліоприймачі

Концентруючі геліоприймачі є сферичними або параболічними дзеркалами (рис. 4.2.1), виконані з полірованого металу, у фокус яких поміщають теплосприймаючий елемент (сонячний котел), через який циркулює теплоносій. Як теплоносій використовують воду або незамерзаючі рідини. При використанні в якості теплоносія води в нічний годинник і в холодний період систему обов'язково спорожняють для запобігання її замерзанню.

Для забезпечення високої ефективності процесу уловлювання та перетворення сонячної радіації концентруючий геліоприймач повинен бути постійно спрямований суворо на Сонце. З цією метою геліоприймач забезпечують системою стеження, що включає датчик напрямку на Сонце, електронний блок перетворення сигналів, електродвигун з редуктором для повороту конструкції геліоприймача у двох площинах.

Рис. 4.2.1. Концентруючі геліоприймачі: а – параболічний концентратор; б – параболоциліндричний концентратор; 1 – сонячні промені; 2 – теплосприймаючий елемент (сонячний колектор); 3 – дзеркало; 4 – механізм приводу системи стеження; 5 – трубопроводи, що підводять та відводять теплоносій.

Перевагою систем з концентруючими геліоприймачами є здатність вироблення теплоти з відносно високою температурою (до 100 ° С) і навіть пара. До недоліків слід зарахувати високу вартість конструкції; необхідність постійного очищення поверхонь, що відбивають від пилу; роботу тільки у світлий час доби, а отже потреба в акумуляторах великого об'єму; великі енерговитрати на привід системи стеження за ходом Сонця, порівняні з енергією, що виробляється. Ці недоліки стримують широке застосування активних низькотемпературних систем сонячного опалення з геліоприймачами, що концентрують. Останнім часом найчастіше для сонячних низькотемпературних систем опалення застосовують плоскі геліоприймачі.

4.3. Плоскі сонячні колектори

Плоский сонячний колектор – пристрій з поглинаючою панеллю плоскої конфігурації та плоскою прозорою ізоляцією для поглинання енергії сонячного випромінювання та перетворення її на теплову.

Плоскі сонячні колектори (рис. 4.3.1) складаються зі скляного або пластикового покриття (одинарного, подвійного, потрійного), теплосприймаючої панелі, пофарбованої з боку, зверненої до сонця, у чорний колір, ізоляції на звороті та корпусу (металевого, пластикового, скляного, дерев'яного).

Рис. 4.3.1. Плоский сонячний колектор: 1 – сонячне проміння; 2 – скління; 3 – корпус; 4 – теплосприймаюча поверхня; 5 – теплоізоляція; 6 – ущільнювач; 7 – власне довгохвильове випромінювання теплосприймаючої пластини.

Як теплосприймаючу панель можна використовувати будь-який металевий або пластмасовий лист з каналами для теплоносія. Виготовляються теплосприймаючі панелі з алюмінію або сталі двох типів: лист-труба та штамповані панелі (труба в листі). Пластмасові панелі через недовговічність та швидке старіння під дією сонячних променів, а також через малу теплопровідність не знаходять широкого застосування.

Під дією сонячної радіації теплові панелі розігріваються до температур 70-80 °С, що перевищують температуру навколишнього середовища, що веде до зростання конвективної тепловіддачі панелі в навколишнє середовищета її власного випромінювання на небосхил. Для досягнення більш високих температур теплоносія поверхню пластини покривають спектрально-селективними шарами, активно поглинають короткохвильове випромінювання сонця і знижують її власне теплове випромінювання в довгохвильовій частині спектра. Такі конструкції на основі "чорного нікелю", "чорного хрому", окису міді на алюмінії, окису міді на міді та інші дорогі (їх вартість часто можна порівняти з вартістю самої теплосприймаючої панелі). Іншим способом покращення характеристик плоских колекторів є створення вакууму між теплосприймаючою панеллю та прозорою ізоляцією для зменшення теплових втрат (сонячні колектори четвертого покоління).

Досвід експлуатації сонячних установок на основі сонячних колекторів виявив низку істотних недоліків подібних систем. Насамперед це висока вартість колекторів. Збільшення ефективності роботи за рахунок селективних покриттів, підвищення прозорості скління, вакуумування, а також пристрої системи охолодження виявляються економічно нерентабельними. Істотним недоліком є ​​необхідність частого очищення скла від пилу, що практично виключає застосування колектора у промислових районах. При тривалій експлуатації сонячних колекторів, особливо в зимових умовах, спостерігається частий вихід їх з-за нерівномірності розширення освітлених і затемнених ділянок скла за рахунок порушення цілісності скління. Відзначається також великий відсоток виходу з ладу колекторів під час транспортування та монтажу. Значним недоліком роботи систем із колекторами є також нерівномірність завантаження протягом року та доби. Досвід експлуатації колекторів в умовах Європи та європейської частини Росії при високій частці дифузної радіації (до 50%) показав неможливість створення цілорічної автономної системи гарячого водопостачання та опалення. Усі геліосистеми із сонячними колекторами в середніх широтах вимагають пристрою великих за обсягом баків-акумуляторів та включення до системи додаткового джерела енергії, що знижує економічний ефект від їх застосування. У зв'язку з цим найбільш доцільним є їх використання в районах з високою середньою інтенсивністю сонячної радіації (не нижче 300 Вт/м 2 ).

Потенційні можливості використання геліоенергетики в Україні

На території України енергія сонячної радіації за один середньорічний світловий день складає в середньому 4 кВт∙год. квадратний метр. Це приблизно стільки ж, скільки в середній Європі, де використання сонячної енергії має найширший характер.

Крім сприятливих кліматичних умов в Україні є висококваліфіковані наукові кадри у сфері використання сонячної енергії. Після повернення проф. Бойко Б.Т. з ЮНЕСКО, де він очолював міжнародну програму ЮНЕСКО з використання сонячної енергії (1973-1979 р.), він розпочав інтенсивну наукову та організаційну діяльність у Харківському політехнічному інституті (нині Національний Технічний Університет) - ХПІ) щодо розвитку нового наукового та навчального напряму матеріалознавства для геліоенергетики. Вже у 1983 році відповідно до наказу Мінвузу СРСР N 885 від 13.07.83 р. у Харківському Політехнічному Інституті вперше у практиці вищої школи СРСР було розпочато підготовку інженерів-фізиків з профільуванням у галузі матеріалознавства для геліоенергетики в рамках спеціальності “Фізика металів”. Це заклало основи створення в 1988 році кафедри “Фізичне матеріалознавство для електроніки та геліоенергетики” (ФМЕГ). Кафедра ФМЕГ у співдружності з Науково-дослідним інститутом технології приладобудування (Харків) у рамках космічної програми України брала участь у створенні кремнієвих сонячних батарей з к.п.д. 13 - 14% для українських космічних апаратів

Починаючи з 1994 року, кафедра ФМЕГ за підтримки Штутгардського Університету та Європейського Співтовариства, Цюріхського Технічного Університету та Швейцарського Національного Наукового Товариства бере активну участь у наукових дослідженнях з розробки плівкових ФЕП.

Опис:

Особливе значення при проектуванні олімпійських об'єктів у Сочі має використання екологічно чистих відновлюваних джерел енергії та насамперед енергії сонячної радіації. У зв'язку з цим буде цікавим досвід розробки та впровадження пасивних сонячних системтеплопостачання в житлових та громадських будівляху провінції Ляонін (Китай), оскільки географічне розташуванняі кліматичні умовиданої частини Китаю можна порівняти з аналогічними характеристиками Сочі.

Досвід Китайської Народної Республіки

Чжао Цзіньлін, канд. техн. наук, Далянський політехнічний ун-т (КНР), стажист кафедри промислових теплоенергетичних систем,

А. Я. Шелгінський, доктор техн. наук, проф., наук. керівник, МЕІ (ТУ), Москва

Особливе значення при проектуванні олімпійських об'єктів у Сочі має використання екологічно чистих відновлюваних джерел енергії та насамперед енергії сонячної радіації. У зв'язку з цим буде цікавий досвід розробки та впровадження пасивних сонячних систем теплопостачання у житлових та громадських будівлях у провінції Ляонін (Китай), оскільки географічне розташування та кліматичні умови цієї частини Китаю можна порівняти з аналогічними характеристиками Сочі.

Застосування відновлюваних джерел енергії (ВІЕ) для систем теплопостачання є актуальним і досить перспективним нині за умови грамотного підходу до цього питання, оскільки традиційні джерела енергії (нафта, газ тощо) не є безмежними. У зв'язку з цим багато країн, включаючи КНР, переходять на використання екологічно чистих відновлюваних джерел енергії, одним із яких є теплота сонячного випромінювання.

Можливість ефективного використання теплоти сонячного випромінювання в Китайській Народній Республіці залежить від регіону, оскільки кліматичні умови в різних частинах країни сильно відрізняються: від помірного континентального (захід та північ) із спекотним літом та суворою зимою, субтропічного у центральних районах країни до тропічного мусонного на південному узбережжі та островах, що обумовлюється географічним місцезнаходженням території, на якій знаходиться об'єкт (таблиця).

У провінції Ляонін інтенсивність сонячної радіації становить від 5 000 до 5 850 МДж/м 2 на рік (у Сочі – близько 5 000 МДж/м 2 на рік), що дозволяє активно застосовувати системи опалення та охолодження будівель на основі використання енергії сонячної радіації. Такі системи, що перетворюють теплоту сонячного випромінювання та зовнішнього повітря, можна поділити на активні та пасивні.

У пасивних системах сонячного теплопостачання (ПССТ) використовується природна циркуляція нагрітого повітря (рис. 1), тобто гравітаційні сили.

В активних системах сонячного теплопостачання (мал. 2) задіяно додаткові джерела енергії для забезпечення її роботи (наприклад, електроенергія). Теплота сонячного випромінювання надходить на сонячні колектори, де частково акумулюється і передається проміжному теплоносію, який транспортується насосами і розподіляється по приміщеннях.

Можливі системи з нульовим споживанням теплоти та холоду, де відповідні параметри повітря у приміщеннях забезпечуються без додаткових енерговитрат за рахунок:

• необхідної теплової ізоляції;
• вибору конструкційних матеріалівбудівлі з відповідними теплохолодоакумулюючими властивостями;
• використання в системі додаткових теплохолодоакумуляторів з відповідними характеристиками.

На рис. 3 представлена ​​вдосконалена схема роботи пасивної системи теплопостачання будівлі з елементами (штори, клапани), що дозволяють точніше регулювати температуру повітря всередині приміщення. На південній стороні будівлі встановлюється так звана стіна Тромба, яка складається з масивної стіни (бетонної, цегляної або кам'яної) та скляної перегородки, яка встановлюється на невеликій відстані від стіни із зовнішнього боку. Зовнішня поверхня масивної стіни пофарбована в темний колір. Через скляну перегородку нагрівається масивна стіна та повітря, що знаходиться між скляною перегородкою та масивною стіною. Нагріта масивна стіна за рахунок випромінювання та конвективного теплообміну передає накопичену теплоту до приміщення. Таким чином, у цій конструкції поєднуються функції колектора та акумулятора теплоти.

Повітря, що знаходиться в прошарку між скляною перегородкою і стіною, в холодний період часу і в сонячний день використовується як теплоносій для подачі теплоти в приміщення. Для запобігання тепловідтокам у навколишнє середовище в холодний період часу в нічний час та надлишкових теплопритоків у сонячні дні теплого періоду часу використовуються штори, які значно скорочують теплообмін між масивною стіною та зовнішнім навколишнім середовищем.

Штори виконуються з нетканих матеріалів із сріблястим покриттям. Для забезпечення необхідної циркуляції повітря використовуються повітряні клапани, які розташовані у верхній та нижній частинах масивної стіни. Автоматичне керування роботою повітряних клапанів дозволяє підтримувати необхідні теплопритоки або тепловідтіки в приміщенні, що обслуговується.

Система пасивного сонячного теплопостачання працює так:

1. У холодний період (опалення):

• сонячний день – штора піднята, клапани відкриті (рис. 3а). Це призводить до нагрівання масивної стіни через скляну перегородку та нагрівання повітря, що знаходиться у прошарку між скляною перегородкоюта стіною. Теплота надходить у приміщення від нагрітої стіни та нагрітого у прошарку повітря, що циркулює через прошарок та приміщення під впливом гравітаційних сил, Викликаних різницею щільностей повітря при різних температурах (природна циркуляція);
• ніч, вечір чи похмурий день – штора опущена, клапани закриті (рис. 3б). Тепловідтіки у довкілля значно скорочуються. Температура в приміщенні підтримується за рахунок надходження теплоти від масивної стіни, що нагромадила цю теплоту від сонячного випромінювання;

2. У теплий період (охолодження):

• сонячний день – штора опущена, нижні клапани відчинені, верхні – закриті (рис. 3в). Штора оберігає нагрівання масивної стінки від сонячного випромінювання. Зовнішнє повітрянадходить у приміщення з затіненої сторони будинку і виходить через прошарок між скляною перегородкою та стіною у навколишнє середовище;
• ніч, вечір чи похмурий день – штора піднята, нижні клапани відкриті, верхні – закриті (рис. 3г). Зовнішнє повітря надходить у приміщення з протилежного бокувдома і виходить у навколишнє середовище через прошарок між скляною перегородкою та масивною стіною. Стіна охолоджується в результаті конвективного теплообміну з повітрям, що проходить через прошарок, та за рахунок відтоку теплоти випромінюванням у навколишнє середовище. Охолоджена стіна вдень підтримує необхідний температурний режим у приміщенні.

Для розрахунку систем пасивного сонячного опалення будівель розроблено математичні моделі нестаціонарного теплоперенесення природної конвекціїдля забезпечення приміщень необхідними температурними умовами залежно від теплофізичних властивостей конструкцій, що захищають, добової зміни сонячного випромінювання і температури зовнішнього повітря .

Для визначення достовірності та уточнення отриманих результатів у Даляньському політехнічний університетрозроблено, виготовлено та досліджено експериментальну модель житлового будинку, розташованого в м. Далянь, з пасивними сонячними системами опалення. Стіна Тромба розміщується лише на південному фасаді, з автоматичними повітряними клапанамита шторами (рис. 3, фото).

Під час проведення експерименту використовувалися:

• мала метеостанція;
• прилади для вимірювання інтенсивності сонячної радіації;
• анемограф RHAT-301 для визначення швидкості повітря у приміщенні;
• термометрограф TR72-S та термопари для вимірювання температури в приміщенні.

Експериментальні дослідження проводилися в теплий, перехідний та холодний періоди року за різних метеорологічних умов.

Алгоритм розв'язання поставленої задачі подано на рис. 4.

Результати експерименту підтвердили достовірність отриманих розрахункових співвідношень та дозволили скоригувати окремі залежності з урахуванням конкретних граничних умов.

В даний час в провінції Ляонін знаходиться багато житлових будинків та шкіл, у яких використовуються пасивні сонячні системи опалення.

p align="justify"> Аналіз пасивних сонячних систем теплопостачання показує, що вони є досить перспективними в окремих кліматичних регіонах у порівнянні з іншими системами з наступних причин:

• дешевизна;
• простота обслуговування;
• надійність.

До недоліків пасивних сонячних систем опалення слід віднести те, що параметри повітря всередині приміщення можуть відрізнятися від необхідних (розрахункових) при зміні зовнішнього повітря за межами, прийнятими в розрахунках.

Для досягнення гарного енергозберігаючого ефекту в системах теплохолодопостачання будівель з більш точним підтриманням температурних умов у заданих межах доцільно комбіноване використання пасивних та активних сонячних систем теплохолодопостачання.

У зв'язку з цим необхідні подальші теоретичні дослідження та проведення експериментальних робіт на фізичних моделяхз урахуванням раніше одержаних результатів.

Література

1. Zhao Jinling, Chen Bin, Liu Jingjun, Wang Yongxun Dynamic thermal performance simulation of improved pasive solar house with trombe wall ISES Solar word Congress, 2007, Beijing China, Vols 1-V: 2234–2237.

2. Zhao Jinling, Chen Bin, Chen Cuiying, Sun Yuanyuan Study на динамічній thermal response of passive solar heating systems. Journal of Harbin Institute of Technology (New Series). 2007. Vol. 14: 352-355.

Спорудити сонячне опалення приватного будинку своїми руками – не таке й складне завдання, як здається непоінформованому обивателю. Для цього знадобляться навички зварювальника та матеріали, доступні у будь-якому будівельному магазині.

Актуальність створення сонячного опалення приватного будинку своїми руками

Отримати повну автономію – мрія кожного власника, що починає приватне будівництво. Але чи справді сонячна енергія здатна опалювати житловий будинок, особливо якщо пристрій для її накопичення зібраний у гаражі?

Залежно від регіону сонячний потік може давати від 50 Вт/кв.м у похмурий день до 1400 Вт/кв. літнє небо. За таких показників навіть примітивний колектор із низьким ККД (45-50%) та площею 15 кв.м. може видавати за рік близько 7000-10000 кВт*ч. А це зекономлені 3 тонни дров для твердопаливного казана!

• в середньому квадратний метр пристрою припадає 900 Вт;
• щоб підвищити температуру води, необхідно витратити 1,16 Вт;
• враховуючи також втрати теплового колектора, 1 кв.м зможе нагріти близько 10 літрів води на годину до температури 70 градусів;
• для забезпечення 50 л гарячої води, необхідної одній людині, потрібно витратити 3,48 кВт;
• Звірившись з даними гідрометцентру про потужність сонячного випромінювання (Вт/кв.м) в регіоні, необхідно 3480 Вт розділити на потужність сонячного випромінювання, що вийшла - це і буде потрібна площа сонячного колектора для нагрівання 50 л води.

Як стає зрозуміло, ефективне автономне опаленняВинятково з використанням сонячної енергії здійснити досить проблематично. Адже похмурої зими сонячного випромінювання вкрай мало, а розмістити на ділянці колектор площею 120 кв.м. не завжди вийде.

То невже сонячні колектори нефункціональні? Не варто заздалегідь скидати їх із рахунків. Так, за допомогою такого накопичувача можна влітку обходитися без бойлера - потужності буде достатньо для забезпечення сім'ї гарячою водою. Взимку ж вдасться скоротити витрати на енергоносії, якщо подавати вже нагріту воду із сонячного колектора в електричний бойлер.
Крім того, сонячний колектор стане чудовим помічником теплового насосу в будинку з низькотемпературним опаленням (теплою підлогою).

Так, взимку нагрітий теплоносій використовуватиметься в теплих підлогах, А влітку надлишки тепла можна відправити в геотермальний контур. Це дозволить зменшити потужність теплового насоса.
Адже геотермальне теплоне відновлюється, так що згодом в товщі ґрунту утворюється все збільшується «холодний мішок». Наприклад, у звичайному геотермальному контурі початку опалювального сезону температура становить +5 градусів, а кінці -2С. При підігріві ж початкова температура піднімається до +15 С, а до кінця опалювального сезону не падає нижче за +2С.

Влаштування саморобного сонячного колектора

Для впевненого у своїх силах майстра зібрати тепловий колектор не складе труднощів. Можна розпочати з невеликого пристрою для забезпечення гарячої води на дачі, а у разі успішного експерименту перейти до створення повноцінної сонячної станції.

Плоский сонячний колектор із металевих труб

Найпростіший у виконанні колектор – плоский. Для його пристрою знадобиться:

• зварювальний апарат;
• труби з нержавіючої сталіабо міді;
• сталевий лист;
• загартоване скло або полікарбонат;
• дерев'яні дошки для рами;
• негорючий утеплювач, здатний витримати нагрітий до 200 градусів метал;
• чорна матова фарба, стійка до високих температур.

Складання сонячного колектора досить проста:

1. Труби приварюються до сталевому листу– він виступає як адсорбера сонячної енергії, тому прилягання труб має бути максимально щільним. Все фарбується у матовий чорний колір.



2. На аркуш із трубами кладеться рама так, щоб труби опинилися з внутрішньої сторони. Просвердлюються отвори для входу та виходу труб. Укладається утеплювач. Якщо використовується гігроскопічний матеріал, потрібно подбати про гідроізоляцію – адже намоклий утеплювач більше не захищатиме труби від охолодження.





3. Утеплювач фіксується листом ОСБвсі стики заповнюються герметиком.
4. З боку адсорбера кладеться прозоре склоабо полікарбонат із невеликим повітряним зазором. Воно служить для запобігання охолодженню сталевого листа.
5. Фіксувати скло можна за допомогою дерев'яних віконних штапиків, проклавши попередньо герметик. Він запобігає потраплянню холодного повітря та захистить скло від стиснення рами при нагріванні та охолодженні.

Для повноцінного функціонування колектора знадобиться накопичувальний бак. Його можна зробити з пластикової бочки, утепленої зовні, в якій спіраллю покладено теплообмінник, з'єднаний із сонячним колектором Вхід нагрітої води повинен розташовуватись зверху, а вихід холодної – знизу.

Важливо правильно розмістити бак та колектор. Щоб забезпечити природну циркуляціюводи, бак повинен бути вище колектора, а труби – мати постійний нахил.

Сонячний нагрівач із підручних матеріалів

Якщо зі зварювальним апаратомдружбу звести так і не вдалося, можна зробити простий сонячний нагрівач із того, що під рукою. Наприклад, із жерстяних банок. Для цього в дні робляться отвори, самі банки скріплюються один з одним герметиком, на нього сідають у місцях з'єднання з ПВХ-трубами. Фарбуються в чорний колір і укладаються в раму під скло, як і звичайні труби.

Фасад будинку із сонячних батарей

Чому б замість звичайного сайдинга не обробити будинок чимось корисним? Наприклад, зробивши з південного боку всю стіну сонячний нагрівач.

Таке рішення дозволить оптимізувати витрати на опалення відразу за двома напрямками – знизити витрати на енергоносій та суттєво скоротити тепловтрати за рахунок додаткового утепленняфасаду.

Пристрій просто до неподобства і не вимагає спеціальних інструментів:

• на утеплювач укладений забарвлений оцинкований лист;
• поверх укладена нержавіюча гофрована труба, також пофарбована у чорний;
• все прикрито листами полікарбонату та зафіксовано алюмінієвими куточками.

Якщо ж і цей спосіб здається складним, на відео представлений варіант із жерсті, поліпропіленових трубта плівки. Куди простіше!