Сонячні колектори для опалення будинку - розрахунок систем

Попередня ↔ Наступна

В сучасних умовах геліосистеми, що використовують сонячні колектори, забезпечують чи не 50% від суми енергії, якої потребує опалення будинку щорічно. Подібне обладнання сьогодні доповнюється високоточної автоматикою, що дозволяє використовувати 3/4 всієї вловлюється сонячної енергії. Однак для цього монтаж обладнання та його подальша коректна настройка повинна виконуватися фахівцями.

Сонячні колектори для опалення будинку - розрахунок систем

Сонячний колектор для опалення - це можливість ефективної цілорічної роботи, абсолютна безпека в експлуатації і простота обслуговування. Крім того, такі опалювальні панелі забезпечать вашому будинку і додаткову естетичність. Однак такі геліосистеми не використовують в якості основних опалювальних, а тому вони гарні в якості «підтримують» і таких, що забезпечують енергоресурсу. Така їх виражена особливість обумовлена тим, що в опалювальний період споживання тепла буде істотно перевищувати вироблення системи від сонячної енергії. А системи сезонного акумулювання, що вирішують цю проблему, до сих пір є дорогими, а також вважаються технічно складними в реалізації.

основні переваги

Проведені технічні та економічні розрахунки показують, що сонячні колектори для опалення будинку будуть окупатися протягом 2-5 років, а загальний термін їх служби може доходити до тридцяти років. Відповідно, після періоду окупності вся енергія, що виробляється сонячною установкою, буде виходити зовсім безкоштовно. За допомогою таких установок вирішується цілий ряд проблем:

цілорічне або сезонне автономне гаряче водопостачання,
підтримка чергового або загального опалення для будь-яких приміщень (і це незалежно від їх площі),
оптимізація та енергозбереження для вже діючих систем опалення та постачання гарячої води,
підігрів води для басейнів відкритого та закритого типів,
обігрів теплиць і інших господарських приміщень,
нагрів води для технологічних потреб.

Що ж стосується переваг, якими володіють сонячні установки, то вони такі:

значне скорочення витрат на обігрів будівлі або нагрів води (до 30% і 60% відповідно),
оптимізація існуючих витрат,
автономність системи дозволяє використовувати її в разі перебоїв з газо- та електропостачанням,
збільшення терміну експлуатації основної опалювальної або водонагрівальної системи, оскільки сумарне зниження навантаження на це обладнання перевершує 97%,
сонячну систему можна інтегрувати в уже існуючі,
екологічність і повна відсутність забруднень в процесі роботи.

типи колекторів

Найпоширеніші типи колекторів - це плоский, а також вакуумний сонячний колектор. Останні використовуються для перетворення сонячної енергії в будь-який час року. Головними його перевагами є зручність в експлуатації, довговічність і ефективність, але існують і інші:

навіть в осінньо-зимовий сезон така система здатна забезпечити високу продуктивність. Це забезпечується наступним: вакуум, що використовується у виробництві колектора, є кращим теплоізолятором, а тому загальні втрати тепла тут будуть мінімальні,
коефіцієнт корисної дії такого колектора буде збережена стабільною і високою навіть в тому випадку, якщо погодні умови будуть несприятливі (розсіяний сонячне світло, температура навколишнього повітря до -45),
продуктивність цього типу обладнання на 40% вище в порівнянні з іншими,
абсорбер тут виконаний у формі циліндра, а значить, кожен промінь Сонця від сходу до заходу буде використаний тут з максимальною ефективністю,
довговічність і надійність колектора забезпечується сучасними матеріалами: для деталей, що контактують з теплоносієм, застосовується високоякісна мідь, а для трубок - боросиликатное ударостійке скло, стійке навіть до граду,
вакуумний колектор швидше звільняється від зледеніння і снігу,
завдяки вакууму і високотемпературного нагрівання в таких системах відбувається знезараження води.

складові геліосистем

Система опалення сонячними колекторами - це досить складний механізм. У ньому колектор, який ловитиме сонячне світло і виробляє його трансформацію в кінетичну енергію, є базовим елементом. Площа колектора може перебувати в межах 30-70 м кв. і залежить від декількох факторів. Що стосується монтажу, то для цього застосовується спеціальна техніка, причому окремі пластини додатково зв'язуються металевою окантовкою.

Для опалення будинку потрібен і другий важливий елемент - накопичувальний бойлер, за допомогою якого акумулюється кінетична енергія, що згодом трансформується в тепло. Обсяг такого водопідігрівача може становити 100-300 літрів. Нерідко геліоустановки доповнюються і котлами на біопаливі. Крім того, неодмінно присутні спеціальні покриття і стінні панелі - вони складаються з мідних труб, рівномірно розподіляються по поверхні, що дозволяє забезпечувати високу ефективність в опалювальній системі. Для таких панелей характерна низька температура запуску, а також рівномірне випромінювання, за рахунок чого приміщення прогрівається дуже швидко. Подібні сонячні панелі підключаються до накопичувача.

Нюанси роботи даного типу опалення

Опалення сонячними батареями працює за рахунок різниці температур в системі «накопичувач-колектор». З цієї причини антифриз з водою, що представляють собою спеціальний теплоносій, в рідкому вигляді переміщаються по системі. Наслідком цього переміщення і є кінетична енергія, яка завдяки багатошаровій конструкції накопичувача трансформується в теплову енергію, а потім - активно застосовується для нагрівальних процесів. Такі крос-обмінні процеси протікають всередині системи досить тривалий час, а значить, тепло буде зберігатися дуже довго і робота опалення стане безперервної незалежно від сезону або часу доби.

Для сонячного нагріву активно використовуються два типи систем:

- пасивна: на даху встановлюється один блок, що складається з бака з водою і сонячного колектора. Така система вважається менше і дешевше, але гірше справляються зі своїми «обов'язками». Деякі з даних систем і зовсім не підходять для цілорічного використання, оскільки не обладнані захистом від перемерзання і не має вбудованого електронагріву, компенсуючого втрати,
- активна: є більш дорогої, але придатні для використання взимку і більш функціональні. Тут також зустрічається повітряний, а не тільки водний нагрівачі. В активній системі присутній електропідігрів - він забезпечує необхідну температуру води або теплоносія тоді, коли енергії мало. Протягом року таке обладнання витрачає не дуже багато електрики, тому що бак поміщається всередині будівлі і немає необхідності компенсувати його втрати тепла.

Активна сонячна система хороша і тим, що їх потужність можна змінювати (в певних рамках) шляхом установки додаткових сонячних колекторів. Подібний комплект оснащення буде включати в себе:

сонячні колектори в необхідній кількості,
циркуляційний насос,
контролер,
розширювальний бак,
з'єднувальні труби,
основний бак-акумулятор.

Що стосується терміну експлуатації кожної складової, то для сонячного колектора цей період буде 15-30 років, а інші компоненти - в середньому, не менше 5 років. При використанні для цілей опалення система комбінується з електричної, рідко-або твердопаливної. Потужність кожного елемента системи особливим чином розраховується залежно від конкретних потреб.

Як розрахувати колектори

Параметри сонячних колекторів обов'язково визначають при виборі оптимального типу всієї системи і водогрійних пристрої зокрема. Підбір колектора може здійснюватися як емпірично, так і розрахунковим шляхом.

У першому випадку обладнання, необхідне для функціонування геліосистеми, вибирається шляхом зіставлення рекомендацій виробника і сумарних обсягів споживання гарячої води. Така методика вважається орієнтовною, але в побуті застосовується досить часто, що пов'язано з малими площами колекторів, що використовуються в житлових масивах.

Якщо ж необхідний розрахунок сонячного колектора для опалення, то він виконується за наступним алгоритмом:

знаходиться кількість енергії, яке в майбутньому стане витрачатися на роботу систем постачання гарячою водою і опалення,
обчислюється необхідна площа колектора. За результатами вибирається найближче значення із стандартних типорозмірів,

- визначається діаметр трубопроводу, який необхідний, щоб підключити сонячний колектор. Для цього в першу чергу знаходять витрата теплоносія для всього контуру опалювальної установки. Для сполучних трубопроводів застосовують мідні елементи або труби з нержавіючої сталі. Пластикові, металопластикові та оцинковані труби використовувати немає сенсу, оскільки вони недостатньо довговічні і надійні, а також не забезпечують необхідну температурну міцність,

обчислюється необхідний обсяг розширювального бака.

Правила розташування колекторів

Для того, щоб система була ефективною, сонячні колектори необхідно правильно розташовувати. По можливості їх слід орієнтувати на південь, проте можна на 30º відхилитися від південного напрямку (це не призведе до істотного падіння продуктивності). Якщо системи планується використовувати цілий рік, то кут установки колектора повинен приблизно відповідати широті місцевості.

Сонячний колектор також можна розташовувати вертикально - такий спосіб установки одночасно вирішує проблему з видаленням снігу. Під колекторами також необхідно забезпечити вільний простір, куди взимку буде падати лід і сніг.