Система горячего водоснабжения от солнца

Горячее Отопление Тепловой насос Гибридная система Отопление Прайс Контакты Энергия Солнца — Инвестиции в будущее водоснабжение

Системы горячего водоснабжения на основе солнечных коллекторов

По расчетам ученых солнечная энергия поступающая на землю, в год в 30 000 раз превышает энергопотребление всего населения планеты за год и намного больше всех запасов не возабновляеммых источников энергии на планете (нефть, газ, уголь и. т. д.)

Даже на севере нашей страны количество солнечной инсоляции составляет 550-1200 квт/ч на 1м2 поверхности земли в год. На юге нашей страны плотность солнечной инсоляции составляет 1400-1600 квт/ч на 1м2 в год.

Конечно человечество на протяжении тысяч лет использовало энергию Солнца и для нагрева воды в том числе, но эффективность этих действий была очень низкой. Но с развитием технологий эффективность использования солнечной энергии существенно возросла.

Сегодня использование энергии солнца для горячего водоснабжения и отопления -это не миф, а самая настоящая реальность. Купить солнечный водонагреватель (коллектор) сегодня может абсолютно любой и влюбое удобное время.
Современные системы, которые применяют солнечные коллекторы, дают возможность по разумной стоимости, справиться с решением следующих проблем:

Обустройство горячего водоснабжения в загородном доме, коттедже, гостиннице, промышленном объекте.
Осуществить полноценное или частичное отопление частного дома, коттеджа и. т. д.
Осуществить подогрев бассейна.
Осуществить подогрев теплиц.
Использовать горячее водоснабжение для технологических нужд.

Типовая схема подключения солнечных коллекторов для горячего водоснабжения.

Накопительный бак
Контроллер SR-868
Насосная станция
Солнечный коллектор
Воздухоотводчик
Датчик температуры в солнечный коллектор
Датчик температуры перегрева накопительного бака
Датчик температуры в накопительном баке
Сливной/заливной кран
Нагрузка горячего водоснабжения

Данная схема является типовой универсальной схемой подключения солнечных коллекторов. При использовании в качестве теплоносителя антифриз для гелиосистем — эта схема работоспособна круглый год. Для круглогодичного использования данной схемы очень важно устроить хорошую теплоизоляцию трубопроводов от солнечных коллекторов до накопительного бака и нагрузки. Солнечные коллекторы могут быть установлены как на крыше, так и на стене здания. Нагрузкой может выступать бойлер горячего водоснабжения, система отопления, бассейн. Так же возможны схемы с комбинированными нагрузками, где солнечные коллекторы интегрируются с системами ГВС и отопления.

На рынке легко найти любой из перечисленных компонентов в различных вариантах, поэтому реально собрать систему любой конфигурации из купленных по отдельности частей. Однако мы предлагаем более простые удобные решения — готовые пакеты, включающие гелиоколлекторы, накопительные ёмкости, насосное оборудование, автоматику и т. д. — вплоть до теплоносителя. Такой комплект не только сэкономит время (потому что не придётся подбирать все детали поштучно), но и даст определённую гарантию, что компоненты подобраны специалистами и их характеристики соответствуют тем задачам, которые будет выполнять именно данная система.

Система солнечного горячего водоснабжения на 75-150л с принудительной циркуляцией.

Система солнечного горячего водоснабжения на 150-230л с принудительной циркуляцией.

Система солнечного горячего водоснабжения на 300л с принудительной циркуляцией.

Система солнечного горячего водоснабжения на 400л с принудительной циркуляцией.

Схема интеграции солнечных коллекторов в систему отопления и ГВС

Солнечный коллектор
Накопительный бак ГВС
Контроллер SR-868
Насосная станция
Воздухоотводчик
Датчик температуры перегрева накопительного бака
Датчик температуры в накопительном баке
Датчик температуры в солнечный коллектор
Тепловой насос
Буферный бак — тепловой аккумулятор
Теплый пол
Циркуляционный насос

Простейшая схема подключения солнечного коллектора для летнего душа

Это простейшая схема летнего душа. Состоящая из солнечного коллектора, бака для душа и трубопроводов. Бак должен располагаться выше солнечного коллектора для обеспечения естественной циркуляции. Трубопроводы необходимо утеплить. Контроль уровня жидкости в баке можно обустроить с помощью поплавка от бачка унитаза, соединив его с водопроводом.

Простейшая схема подключения солнечного коллектора для подогрева бассейна

В данной схеме в качестве насоса используется простой насос для фонтанов и таймер на 24 часа. В качестве емкости может быть бассейн, бак, бочка и. т. д. Расположение коллектора относительно емкости любое так как для циркуляции используется насос. Стоимость компонентов на сегодняшний день такова:

Насос для фонтанов 20Вт напор 1,7м — 1400 руб.
Таймер на 24 часа — 320 руб.
Шланги Gardena Classic, 3/4 дюйма — 105 руб. м./п.
Хомуты шт. — 10 руб.
Утеплитель для труб 22мм -22 руб. м./п.

Простейшая схема подключения солнечного коллектора для горячего водоснабжения

Если в системе не используется циркуляционный насос, то накопительный бак должен располагаться выше солнечных коллекторов. Чем больше диаметр трубопроводов соединяющих бак и солнечный коллектор тем сильнее автоциркуляция. Диаметр трубопроводов должен быть не менее 3/4 дюйма (20мм). Трубопроводы необходимо утеплить.

Простейшая круглогодичная схема подключения солнечного коллектора для горячего водоснабжения

Если солнечная система используеться круглогодично, то необходимо заменить обычный бак на бак косвенного нагрева (бойлер), а в качестве рабочего тела необходимо использовать антифриз (незамерзающую жидкость). Чем больше диаметр трубопроводов соединяющих бак и солнечный коллектор тем сильнее автоциркуляция. Диаметр трубопроводов должен быть не менее 3/4 дюйма (20мм). Трубопроводы необходимо утеплить.

Источник

«Бесплатное» тепло. Мифы и реальности о солнечных коллекторах.

Из года в год растет популярность систем отопления и горячего водоснабжения, использующих неисчерпаемую энергию солнца. Несмотря на большие первоначальные затраты, при правильно расчете в южных регионах солнечный коллектор может обеспечить до 100% потребности дома в горячей воде и до 50% в отоплении.

Принцип работы

Солнечный коллектор преобразует инфракрасную энергию солнца в тепловую. Солнечная панель , в отличии от коллектора, преобразует энергию солнца в электрическую.

Солнечное излучение попадает на специальную поверхность коллектора, нагревает ее, тепло передается теплоносителю, циркулирующему по медным трубкам. Кроме самого коллектора в состав системы входит расширительный бак, бак-аккумулятор, насосы и контроллер.

Разновидности

Плоский коллектор представляет собой поглощающую панель (абсорбер), защищенную специальным стеклом. Вакуумный коллектор состоит из стеклянных трубок с двойными стенками. Во внутренней трубке находится теплоноситель, а в пространстве между трубками — вакуум, снижающий потери тепла.

Плоский коллектор неприхотлив, надежен, работает круглый год. Однако зимой его эффективность снижается. Вакуумный коллектор воспринимает рассеянную солнечную энергию и хорошо работает зимой, но имеет более низкий максимальный КПД, больший вес и размеры.

Расчет

Чтобы не разочароваться в эффективности вложения средств необходим предварительный инженерный расчет, учитывающий форму крыши, расход горячей воды. Для расчета отопления важен материал стен, расположение дома по сторонам света, климат и площадь.

Для южных районов условно можно принять необходимую площадь плоского коллектора из расчета 1,5 квадратных метра на каждого проживающего в доме (для вакуумного — 0,8 кв.м). Увеличив в 2,5 раза площадь коллекторов, можно обеспечить до половины потребности дома в отоплении. Необходимо учитывать, что температура теплоносителя не поднимается выше 45 °C , необходимо использовать низкотемпературные системы отопления, например теплый пол. Возникает еще и проблема утилизация лишнего тепла летом.

Стоимость системы горячего водоснабжения «под ключ» на базе солнечного коллектора, рассчитанной на 3-х человек, составляет порядка 100 тыс.руб . Если воду греть электробойлером, то в год на оплату электроэнергии уйдет около 5 тыс.руб . Осталось добавить стоимость электронагревателя и посчитать срок окупаемости.

Использование

В Краснодарском крае солнечные коллекторы используются достаточно активно, приходилось встречать их и в Ростовской области. По отзывам пользователей семье из 3-4-х человек коллектор может обеспечить полную потребность в горячей воде круглый год. Отопление только солнечными коллекторами мне встречать не удавалось, а догревание электрокотлом снижает экономическую эффективность солнечного отопления.

У вас есть опыт использования солнечных коллекторов? Приглашаю высказаться в комментариях.

Не забывайте ставить « лайк » и подписываться на канал если вам понравилась статья.

Источник

Солнечные системы горячего водоснабжения и отопления

Опубликовано: 15 февраля 2017 г.

Плата за расход энергоносителей, использованных на обеспечение теплоснабжения, включающего отопление и ГВС, является одной из основных статей расхода потребительского бюджета. Особенно актуально это для владельца частного дома, который решает вопрос устройства водо- и теплоснабжения здания самостоятельно.

О рганизация энергоэффективной системы теплоснабжения дачи, коттеджа с использованием энергии от возобновляемых источников энергии (ВИЭ) не только создает эффект значительной экономии невозобновляемых энергоресурсов и расходов денежных средств потребителя, но и способствует сохранению экологии окружающей среды.

Прообразы современных систем ГВС с использованием солнечной энергии (гелиосистемы) давно знаком дачникам – кто не устанавливал на крыше летнего душа на своем участке бак, исправно снабжавший в солнечные дни «почти горячей» водой? Современные гелиосиcтемы, унаследовав главный принцип конструкции, работают значительно эффективнее. Теоретически такие системы при их правильной установке и разумной эксплуатации в состоянии обеспечить до 90 % потребностей в горячей воде. На практике же это напрямую зависит не только от выбора оборудования и грамотного монтажа, но, в первую очередь, от того, в каком регионе находится дом, оснащенный такой системой.

Первоначальная установка солнечной системы ГВС и тем более отопления – дело весьма затратное, особенно если использовать для этого передовые технические решения. Однако вложения начинают окупаться практически с момента запуска системы в эксплуатацию.

Принципиальная конструкция

Принципиально такая гелиосистема (рис. 1, 2), предназначенная для обеспечения отопления и ГВС, включает в себя следующие основные компоненты:

– насосный модуль с группой безопасности;

– дублирующий источник энергии.

Рис. 1. Принципиальная схема гелиосистемы теплоснабжения

Рис. 2. Система теплоснабжение коттеджа, включающая гелиоколлектор.

Солнечный коллектор (или гелиосборник) – основной рабочий модуль любой гелиосистемы, именно в нем происходит поглощение энергии солнечных лучей и нагрев за счет этого первичного теплоносителя. Солнечные коллекторы могут быть встроены в отдельные элементы конструкции здания – стены, кровлю (рис. 3 а, б), а могут являться и самостоятельным, отдельным устройством, не относящимся к зданию.

Рис. 3. Гелиоколлекторы на крыше дома: a – плоские, б – трубчатые вакуумные.

При установке гелиосистемы необходимо правильно учитывать движение солнца по небосклону и как следствие наклон и ориентацию крыши, стен и установленных на ней гелиосборников по сторонам света.

В гелиосборнике нагревается вода или иной тип теплоносителя. Циркуляцию жидкости в коллекторе обеспечивает насос, в некоторых системах осуществляется естественная циркуляция. Нагретый теплоноситель циркулирует по первичному контуру, отдавая тепловую энергию через теплообменник теплоносителю вторичного контура (вода) в резервуаре-аккумуляторе. Теплообменник может быть встроен в резервуар в виде змеевика или же выполнен как отдельное устройство. Процесс аккумуляции тепла регулируется автоматически благодаря контроллеру, управляющему работой насоса в гелиосистеме. В случае необходимости автоматика запускает дублирующий источник энергии.

Гелиосистемы различаются как по виду используемого в них теплоносителя (жидкостные – вода, антифриз и воздушные), так и по продолжительности работы – круглогодичные или сезонные, что особенно актуально в нашей стране.

Сезонные гелиосистемы горячего водоснабжения выполняются обычно одноконтурными. Они активно используются в летние и переходные месяцы, когда температура окружающего воздуха имеет положительные значения.

Если гелиосистема используется для отопления здания, то ее обычно выполняют двухконтурной, а чаше всего – многоконтурной. При этом в разных контурах применяют различные теплоносители, например, в гелиоконтуре – водные растворы незамерзающих жидкостей, в промежуточном – вода, а в конечном, «потребительском», – воздух. Чаще всего это относится не к сезонным, а к круглогодичным системам теплоснабжения зданий; в таких системах, как правило, предусмотрен также мощный теплогенератор, работающий, например, на органическом топливе.

Трубчатый коллектор

Как уже отмечалось выше, солнечный коллектор – главный элемент любой гелиосистемы, от его выбора зависит эффективность системы и экономический эффект применения.

Простейший тип солнечного коллектора трубчатый (рис. 4), установленный под углом к горизонту, например, на крыше здания или во дворе, в котором теплоноситель нагревается от энергии солнечного излучения, проходя через батарею тонких трубок. Циркуляция обеспечивается за счет естественной конвекции, что избавляет владельца от затрат на электроэнергию для насоса.

Рис. 4. Трубчатый солнечный коллектор

Схема работы трубчатого коллектора следующая:

– из резервуара теплоноситель под действием силы тяжести попадает в нижнюю часть радиатора;

– нагреваясь, теплоноситель поднимается по трубкам вверх, в то время как в нижнюю часть из резервуара попадает новый остывший теплоноситель;

– пройдя через радиатор, теплоноситель вновь попадает в резервуар, замыкая, таким образом, цикл кругооборота;

– нагретый теплоноситель из резервуара забирается в систему отопления, водоснабжения либо в теплообменник.

Плоские солнечные коллекторы

Плоские гелиоколлекторы – самый распространенный тип гелиосборников в бытовых системах ГВС и отопления (рис. 5). Основной элемент плоского коллектора – поглощающая пластина, которая задерживает солнечный свет, преобразует его в тепло и передает теплоносителю. Поверхность теплоприемника обычно окрашена в черный цвет; для уменьшения потери тепла с поверхности пластины над ней устанавливается прозрачное покрытие, а для уменьшения потерь тепла с тыльной стороны пластина коллектора покрывается тепловой изоляцией.

Рис. 5. Плоский солнечный коллектор

В нормальном рабочем режиме накопленное в коллекторе тепло расходуется на нагрев циркулирующего через него теплоносителя. А потому основной характеристикой солнечного коллектора является объем теплоносителя, нагретого до заданной температуры в течение светового дня квадратным метром коллектора. В средней полосе Европы в летний период производительность таких коллекторов позволяет с 1 м2 получить 50–60 л воды, нагретой до 60–70 °С. КПД такого коллектора составляет около 70 %, что напрямую зависит от погодных условий и региона, где расположено здание. Плоские коллекторы собирают как прямое, так и рассеянное излучение и поэтому могут работать также и в облачную погоду. В связи с этим, а также с учетом относительно невысокой стоимости они являются предпочтительными при нагревании жидкостей до температур ниже 100 °С.

Вакуумированные коллекторы

Вакуумированные или вакуумные коллекторы способны получать воду более высокой температуры; они заметно эффективнее плоских гелиосборников, но при этом тяжелее, дороже и к тому же требуют грамотной эксплуатации.

Благодаря использованию самого лучшего из возможных теплоизоляторов – вакуума, – общие потери тепла в коллекторе минимальны. КПД вакуумированного коллектора остается стабильно высоким даже при неблагоприятных погодных условиях. При температуре воздуха -45 °С и рассеянном солнечном свете производительность вакуумного коллектора на 40 % выше, чем у других видов такого оборудования.

Основной элемент таких коллекторов – вакуумная трубка, конструкция которой состоит из двух трубок – внешней и внутренней. Между внутренней поверхностью внешней трубки и наружной поверхностью внутренней существует герметичное пространство, из которого откачан воздух для создания вакуума. Как известно, вакуум, в котором нет среды для конвективного переноса энергии, является одним из самых эффективных типов термоизоляции. Внутренняя трубка изготавливается, как правило, из меди и имеет селективное покрытие, абсорбирующее солнечное излучение, а вакуумное пространство предотвращает конвективные потери тепла (рис. 6). Солнечное излучение проходит сквозь наружную стеклянную трубку, попадает на трубку-поглотитель и превращается в тепло. Это тепло передается жидкости, протекающей по внутренней трубке.

Рис. 6. Вакуумные трубки солнечного коллектора

Вакуумированные коллекторы, как правило, выполняются модульными – трубки можно добавлять или убирать по мере надобности, в зависимости от потребности в горячей воде.

В регионах, для которых характерны значительные перепады температур, вакуумные коллекторы гораздо эффективнее плоских. Во-первых, они хорошо работают в условиях как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. Эта особенность в сочетании со свойством вакуума минимизировать потери тепла наружу делает эти коллекторы незаменимыми в условиях холодной, пасмурной зимы. Во-вторых, благодаря округлой форме вакуумной трубки, солнечный свет падает перпендикулярно поглотителю в течение большей части дня, в то время как в неподвижно закрепленном плоском коллекторе солнечный свет падает перпендикулярно его поверхности лишь в полдень.

Обычные плоские солнечные коллекторы рассчитаны на применение в регионах с теплым солнечным климатом, в неблагоприятные дни – в холодную, облачную и ветреную погоду – их эффективность резко падает. А конденсация и перепады влажности, связанные с погодными условиями, приводят к преждевременному износу и в свою очередь к ухудшению эксплуатационных качеств системы и ее поломкам. Эти недостатки несвойственны системам с вакуумными коллекторами.

Основное же преимущество вакуумных коллекторов – эффективность при минусовых температурах.

Установки на основе вакуумных коллекторов подразделяются по способу нагрева воды на прямого нагрева (сезонные) и косвенного (всесезонные).

В вакуумных гелиоколлекторах с прямой теплопередачей солнечной энергии воде стеклянные вакуумные трубки и бак-аккумулятор монтируются на одну раму под углом 40–60°. Трубки входят непосредственно в накопительный бак ГВС через уплотнительное резиновое кольцо (рис 7).. Вода нагревается в вакуумных трубках и вследствие уменьшения плотности более горячие слои жидкости поднимаются в бак за счет естественной циркуляци.

Рис. 7. Вакуумный коллектор прямого нагрева

Такие системы работают без давления, без циркуляционного насоса – гидравлику обеспечивают силы гравитации. Подключение к водопроводу производится через запорный клапан, который поддерживает уровень воды в баке. В качестве теплоносителя используется вода, фазовый переход которой (замерзание) в системе недопустим. Поэтому такие коллекторы, которые в средней полосе России можно использовать в период с апреля по сентябрь, до заморозков, называют сезонными.

Преимущества таких коллекторов – простота конструкции, КПД до 96 %, сравнительно низкая стоимость и энергонезависимость.

Вакуумные гелиоколлекторы с косвенной теплопередачей тепла воде называют сплит-системами (не путать с кондиционерами!), а также всесезонными или раздельными. Принцип действия таких солнечных коллекторов похож одновременно на работу сплит-кондиционеров и установок центрального отопления. Это закрытая система, которая работает под давлением водопровода или за счет циркуляционного насоса

В таких установках применяются вакуумные тепловые трубки, которые могут работать при температурах до –50 °С. Солнечный коллектор и бак-накопитель расположены раздельно и соединены трубопроводом (рис. 8). Солнечный коллектор обычно монтируется на крыше, а бак-накопитель внутри здания. Теплоноситель циркулирует в системе принудительно. Работа системы автоматизирована и регулируется контроллером.

Рис. 8. Вакуумный коллектор непрямого нагрева

Герметизированная внутренняя трубка вакуумного гелиоколлектора содержит небольшой объем имеющей низкую энергию фазового перехода жидкости. Под воздействием солнечного нагрева она испаряется, воспринимая тепло от вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются, сообщая энергию низкозамерзающей жидкости (антифризу) – теплоносителю основного контура. Конденсат стекает вниз тепловой медной трубки, затем цикл повторяется. Такая трубка устойчива к замораживанию и сохраняет работоспособность до –50 °С.

Испарение легкокипящей жидкости начинается при достижении температуры внутри трубки 30 °С. При меньшем ее значении трубка как бы запирается (прекращается конвективный перенос энергии) и дополнительно сохраняет тепло. Такие трубки эффективно функционируют не только в пасмурную погоду, но и при отрицательной температуре, преобразуя как прямые, так и рассеянные солнечные лучи в тепло.

Через верхнюю часть солнечного коллектора и змеевик бака-аккумулятора (накопительного бойлера) протекает незамерзающая жидкость. Эта жидкость забирает тепло из медных наконечников и через змеевик (теплообменник) бака-аккумулятора нагревает воду.

Цикл передачи тепла из коллектора к баку-аккумулятору длится до тех пор, пока продолжается световой день и температура на выходе коллектора выше температуры воды в баке. Приемник солнечного коллектора выполнен из меди с полиуретановой изоляцией, закрыт листом анодированного алюминия. Передача тепла происходит через медную гильзу приемника. Благодаря этому, солнечный контур сепарирован от трубок и при повреждении какой-либо сохраняет работоспособность. Операция замены (демонтажа) очень проста и не требует слива низкозамерзающей жидкости из контура.

Включение и выключение циркуляционного насоса осуществляется контроллером на основании показаний датчиков температуры, смонтированных на выходе коллектора, в баке-накопителе и «обратке» системы теплоснабжения (в том случае, если предусмотрено отопление за счет солнечной энергии). Установленный расширительный бак предохраняет систему от избыточного давления, возникающего при увеличении объема низкозамерзающего теплоносителя вследствие его разогрева.

Сплит–система с принудительной циркуляцией представляет собой автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного за счет инсоляции. Автоматическое регулирование позволяет ей функционировать также в бивалетном и мультивалентном режимах, используя энергию и от других источников энергии (электрических водонагревателей, газовых, жидкотопливных и твердотопливных котлов, тепловых насосов), обеспечивающих работу систему при поступлении недостаточного количества солнечной энергии и в пиковых режимах.

Бак-аккумулятор косвенного нагрева, предназначенный для нагрева и накопления горячей воды, может быть выполнен, например, в виде емкости из нержавеющей стали в пенополиуретановой изоляции, поверх которой расположен эмалированный стальной лист. В баке обычно расположены одна или две внутренние теплообменные спирали – змеевики. Он может быть дополнительно оснащен электронагревателем (ТЭНом) мощностью до 2,5 кВт, теплообменниками, коммутированными с тепловым насосом или пиковым котлом.

Воздушные коллекторы

Такие коллекторы обладают серьезным преимуществом – им не свойственны проблемы замерзания и кипения теплоносителя, от которых порой страдают жидкостные системы. И хотя утечку теплоносителя в воздушном коллекторе труднее заметить и устранить, чем в жидкостной системе, подобная неприятность чревата куда меньшими проблемами, нежели жидкости, а это заметно снижает стоимость эксплуатации системы.

Материалы, используемые в воздушных системах, например, пластиковое остекление, заметно дешевле тех, что применяются в жидкостных, прежде всего, потому, что рабочая температура в воздушных системах ниже.

Воздушные коллекторы представляют собой простые плоские панели и используются в основном для отопления помещений; нередко их применяют для сушки сельскохозяйственной продукции. Элементом, нагревающимся от солнечного излучения в таких коллекторах, служат ребристые (для увеличения теплоотдачи) металлические панели, системы металлических труб, многослойные экраны, в том числе и из неметаллических материалов. Воздух в таких коллекторах нагревается от непосредственного контакта с поверхностью поглощающего солнечное излучение элемента. Вся система должна быть теплоизолирована.

Циркуляция воздуха может быть как естественной, так и принудительной. В последнем случае в солнечных воздухонагревателях устанавливаются вентиляторы.

Главные достоинства воздушных коллекторов – простота и надежность. Такие коллекторы имеют простое устройство. При хорошем уходе коллектор может прослужить 10–20 лет, а управление им не представляет сложностей. Промежуточный теплоноситель не требуется.

К недостаткам относится невысокий КПД, большая площадь таких коллекторов, необходимость длинного воздуховода; высокая потребность в электроэнергии для прогонки воздуха через коллектор, а также трудности, связанные с аккумулированием тепла, и невозможность использования для подогрева воды.

Статья из журнала «Аква-Терм» №4/ 2016, рубрика «Отопление и ГВС».

Источник