Отоплении домов с помощью гелиосистем

Гелиосистемы для дома – стоит ли применять

Получать дармовую энергию от солнца на нагрев воды – заманчиво. Но оборудование для такого действа, а именно, гелиосистемы в комплекте, требует не мало вложений. Главный вопрос у пользователя – окупится ли гелиосистема с солнечным коллектором при использовании в частном доме? Рассмотрим какие конструкции бывают, какой опыт применения имеется…

Основной принцип работы

В основе домашней гелиосистемы находится солнечный коллектор. Работает предельно просто – ряд трубок с теплоносителем (водой) нагревается солнечными лучами. Разогретая вода поступает в устройство по теплообмену в доме (бойлер косвенного нагрева, гидроаккумулирующая емкость) и там нагревает теплоноситель системы отопления или воду, которую мы используем как горячую.

В результате отопление и (или) вода греются бесплатно. Все знают, что отопление и ГВС – основная статья расходов по дому, энергия дорога. А в Европе солнцем иногда вообще отапливают полностью, не сжигая и килограмма нашего природного газа.

Что получится у нас, и какой солнечный коллектор лучше?

Разновидности солнечных коллекторов

Упрощенное описание конструкций коллекторов гелиосистемы следующее.

Плоские пластинчатые.
Металлическая пластина, покрытая никелем (поглотителем) с припаянными к ней медными трубками. Или две пластины с канавками, сложенные вместе. Все это заключено в теплоизолированный кожух с ударопрочным самоочищающимся стеклопакетом.

Трубчатые.
Ряд вакуумных стеклянных трубок, внутри которых находятся тонкие трубки с теплоносителем. Вакуумные трубки имеют особое покрытие концентрирующие солнечный свет на нагреваемых трубах, которые с обоих сторон подключены к сборным шинам в теплоизоляторе.

Из описания ясно, что все эти конструкции не могут быть дешевыми. Отсюда и вопросы по окупаемости.

Летом гелиосистема всегда пригодится

Есть еще одна разновидность гелиосистемы – летняя плоская открытая. Тот же пластинчатый солнечный коллектор, но пластина с трубками из копеечного пластика, без теплоизоляций и стекла.
Эффективно может работать только при высокой температуре наружного воздуха летом.

Такой упрощенной гелиосистемой можно греть воду в бочке, с циркуляцией самотеком, если бочка будет выше коллектора на 0,5 метра и больше. Или греть воду в бассейне, или для нужд дома, но с принудительной циркуляцией.

Причем пластмассовый коллектор греет в 10 раз эффективней, чем просто бочка летнего душа. Так что получить теплый бассейн можно, условно бесплатно. А простейшая система окупится, в сравнении с затратами на топливо, если нагрев делать посредством сжигания чего быто ни было.

Сколько энергии дает солнце

Из вышесказанного ясно, что эффективней всего гелиосистема будет работать летом, когда солнце высоко и солнечного света больше.

В цифрах энергия солнечного света характеризуется для 52 параллели и южнее как:
Для июня — около 600 Вт энергии с метра кв. нагреваемой площади за один час.

Зимой же – чуть ли не в десять раз меньше.
Для декабря – 80 Вт/м кв. за час.

В межсезонье, что-то среднее – октябрь, апрель – 300 – 350 Вт/м кв.

Но это, как указывалось, — для южных широт. Севернее солнца все меньше, и получаемой энергии значительно меньше.

Что же это значит с практической точки зрения, — что можно нагреть?

Окупается ли солнечный коллектор

Нужно заметить, что пластинчатые коллектора начинаю работать, когда энергия солнца больше 80 Вт/м кв. Т.е. в зимние месяцы плоские практически не работают.

Трубчатые начинают работать от 20 Вт/м2. Следовательно зимой они могут подогревать немного дом.

Простые расчеты показывают, что даже в южном климате (52параллель), если применять гелиосистему для отопления, то солнечный коллектор не окупится. Отопление ведь нужно больше всего зимой, и меньше в межсезонье, — когда солнца меньше всего. Получаемой энергии с метра квадратного – очень мало, ее стоимость не возмещает цену оборудования и за десятки лет, при нынешних ценах на энергоносители.

Но если применять коллектор для горячего водоснабжения, которое нужно и в межсезонье и частично летом, то он может окупиться. Т.е. у нас основной упор должен делаться на включение гелиосистемы в ГВС-схему, для максимального использования энергии солнца. Отопление может подключаться попутно, когда горячая вода уже подготовлена.

Плоский или трубчатый коллектор выбрать

• Плоский более эффективней летом, он имеет больше КПД при различных температурах теплоносителя, может разогревать его до больших температур.
• Трубчатый эффективней при малых энергиях солнца, может работать круглый год.

Так же плоский более дешевый. А варианты без теплоизоляции, для лета – копеечные.

Для наших условий, для подготовки ГВС эффективней оказывается плоский коллектор, который вероятно окупится, если до этого на ГВС тратилось не мало топлива.

Но трубчатый, — для любителей экспериментов, также может окупится, учитывая, что он в «хитрой» схеме может еще и отапливать зимой.

Какая площадь коллектора, как использовать

Можно обратить внимание на графики КПД солнечных коллекторов, в зависимости от температуры теплоносителя. Особенно для плоского заметна разница – он отдает больше энергии, пока теплоноситель холодный.

Поэтому для ГВС-схемы делается приоритет гелиосистемы. Сначала она греет воду, затем уже включаются обычные методы нагрева.

Из графиков ясно, что слишком большая площадь коллектора вредна, — из-за перегрева теплоносителя КПД падает, дорогая система большой площади не окупается.

Существуют следующие рекомендации по площади коллекторов гелиосистемы, которая была бы оптимальной по окупаемости с учетом графиков КПД:

• Для ГВС на одного человека — 1,2 м кв., на семью, — 5 м кв.
• Для отопления – до 0,4 м2 на 1 м2 площади дома. Соответственно – до 40 м2 для дома 100 м2.

Из чего состоит гелиосистема

Сам солнечный коллектор должен размещаться под определенными углами к горизонту – плоскость светоприемника перпендикулярна потоку солнечного света, а также в направлении на юг, возможно с небольшими до 10 град отклонениями или автоповоротом вслед за солнцем.

Крыша должна быть рассчитана на подобную нагрузку с учетом ветра и снега.

Простейшая схема – с самотечной циркуляцией. Коллектор может быть и на крыше, при условии, что бак выше него на 0,5 м для самотечной циркуляции, а трубы в теплоизоляции большого диаметра.

Также в гелиосистему может входить:

• Теплоаккумулятор — Бойлер косвенного нагрева или буферная емкость, с отдельным змеевиком для подключения солнечного коллектора. Но прибор должен оборудоваться основным нагревом.
• Циркуляционный насос.
• Предохранительный клапан по давлению, — вода может закипать.
• Трубопроводы в теплоизоляционной оболочке, выдерживающей повышенную температуру (минеральная вата).
• Схема переключения «ГВС – отопление», отопление подключается при достижении максимальной температуры ГВС.
• Автоматический воздухоотводчик в самом высоком месте.
• Расширительный бак 1/10 объема теплоносителя – система замкнутая.

Какая цена, что приобрести

Гелиоустановки могут приобретаться как комплект оборудования со схемой подключения и рекомендациями. Они характеризуются определенной мощностью солнечного коллектора, т.е. его площадью.

Так, например, усредненный теплоизолированный пластинчатый коллектор мощностью порядка 2,0 кВт/час (максимальный солнечный свет) обойдется от 150 000 руб. А вот выгодный ли он, окупится ли – нужно считать самостоятельно по расходуемой энергии на ГВС. Но к этой цене нужно добавить еще монтаж и содержание….

Также, планируя расходы на домашнюю гелиосистему, нужно просто учитывать, тот факт, что в Австрии, в не самой теплой европейской стране, на 1000 жителей приходится 450 м кв. гелиосистем. В России этот показатель пока равен 0,2 кв. м. – в 2250 раз меньше. Возможно, настало время изменить этот показатель.

Как использовать бесплатную энергию от солнца — гелиосистемы для отопления

Обновлено: 13 августа 2019

Гелиосистема

Отопление частного дома — сложный и ответственный вопрос, решение которого требует расходов и усилий. Тарифы и условия поставки ресурсов порой становятся чрезмерно высокими и вынуждают искать более рациональные и экономные способы обогрева без излишних расходов. Одним из вариантов может стать гелиосистема, базирующаяся на совершенно бесплатной солнечной энергии.

Ежедневно на земную поверхность падает гигантское количество гигаватт, которые рассеиваются в атмосфере и поглощаются земной корой. Количество энергии велико, но возможностей принимать и сохранять ее пока придумано немного. Гелиосистемы для отопления дома — один из способов использования солнечной энергии с практических целях.

Что это такое?

Гелиосистема — это комплекс устройств, используемых для приема тепловой энергии от Солнца для обогрева жилья или иных целей. Представляет собой источник нагрева теплоносителя для отопительного контура дома. Нагрев производится либо прямым, либо косвенным способом, через теплообменник.

В состав гелиосистемы входят:

• Коллектор. Устройство, производящее прием энергии от Солнца и передающее ее теплоносителю тем или иным способом.
• Отопительный контур дома.

Основным элементом системы является коллектор. Он является источником нагрева теплоносителя. Остальная часть представляет собой обычную радиаторную систему отопления, или (лучше) теплый пол.

Необходимо учитывать, что гелиосистемы для нагрева воды, цена которых может быть достаточно высока, не всегда способны обеспечить полноценный и достаточный обогрев. Это зависит от климатических и погодных условий в регионе, от расположения дома и других факторов. Некоторые специалисты считают, что такой вид обогрева может быть использован только в качестве дополнительного варианта.

Существуют разные конструкции коллекторов, способные демонстрировать свои эффективность и возможности:

1. Открытые. Представляют собой плоские продолговатые емкости черного цвета, наполненные водой. Она нагревается от солнечного тепла и может поддерживать температуру воды в открытых бассейнах, летнем душе и т.д. КПД таких устройств крайне низок, поэтому их можно использовать только в летнее время
2. Трубчатые. Основным элементом этих систем являются стеклянные коаксиальные трубки, между внешней и внутренней частями которых создан вакуум. Возникает прозрачный защитный слой с крайне низкой теплопроводностью, позволяющий воде (или антифризу) получать солнечную энергию, практически не расходуя ее на окружающую среду. Стоимость таких коллекторов высока, ремонтопригодность крайне низка и проблематична
3. Плоские. Представляют собой плоские ящики с прозрачной крышкой. Днище покрыто слоем, активно принимающим энергию. КЕ нему припаяны трубки, по которым перемещается вода. Получая тепло, она направляется в отопительную систему. Иногда из-под крышки выкачивают воздух, усиливая эффективность приема энергии и снижая потери. Существуют также конструкции, где трубки находятся между двух приемных слоев, в которых для них созданы канавки. Это позволяет улучшить теплопередачу

Существуют также более современные виды коллекторов, в которых используется принцип теплового насоса — в герметичной емкости находится легкоиспаряемая жидкость. Нагреваясь от солнечного тепла, она испаряется. Этот пар поднимается в конденсационную камеру и оседает на стенках, выделяя при этом много тепловой энергии. По ту сторону стенок создана водяная рубашка, которая принимает это тепло и направляется в систему отопления.

Принцип действия

Принцип действия любого коллектора заключается в нагреве воды или иного теплоносителя под воздействием солнечных лучей. Классическим примером может служить нагрев предметов на подоконнике, освещенном лучами Солнца, даже если за окном стоит мороз. Подобным образом происходит передача энергии в коллекторах.

Для получения максимального эффекта необходимо обеспечить оптимальные условия, теплоизолировать все подводящие трубопроводы и накопительную емкость.

Однако, следует учитывать, что любая гелиосистема для отопления дома, цена которой может оказаться чрезмерно высокой, имеет ограниченные возможности. Использовать ее в регионах с морозными зимами будет нерационально, так как максимальный перепад между температурами снаружи и внутри коллектора не должен превышать 20°. Такое возможно только в относительно теплых регионах, где нет сильных холодов и достаточно солнечных дней.

Количество контуров

Гелиоустановки могут быть одно- и двухконтурными. Одноконтурные системы выполняют единственную функцию — нагревают теплоноситель для отопительной линии. Двухконтурные системы не только производят нагрев теплоносителя, но и подготавливают горячую воду для бытовых нужд.

Конструкция одноконтурной гелиосистемы для отопления частного дома состоит из коллектора, производящего нагрев воды, которая подается в накопительный бак, из которого она поступает в отопительный контур. Пройдя полный круг, вода остывает и вновь оказывается в коллекторе, где опять нагревается, и так по кругу.

Двухконтурные системы устроены сложнее. Теплоноситель, нагревающийся в коллекторе, направляется в змеевик, установленный внутри накопительного бака, и отдает тепловую энергию, после чего вновь попадает в коллектор. Нагретая вода из бака подается на точки разбора (ванны, раковины и иные сантехнические приборы), а также направляется в отопительный контур. Остывая в нем, она вновь попадает в бак, где подогревается от змеевика. Обычно внутри линии коллектора циркулирует антифриз, так как жидкости не смешиваются, т.е. нагрев воды происходит косвенным способом.

Виды циркуляции теплоносителя

Теплоноситель может перемещаться по системе двумя способами:

Естественная циркуляция. Используется принцип подъема нагретых жидкостей вверх. Для обеспечения устойчивого перемещения надо располагать коллектор ниже накопительного бака, а отопительный контур должен располагаться так, чтобы теплая вода поднималась вверх и заходила в систему обогрева, а остывший обратный поток возвращался в коллектор для нагрева

Принудительная циркуляция. В этом случае для перемещения теплоносителя используется циркуляционный насос. Такой вариант предпочтительнее, так как исчезают различные внешние факторы, воздействующие на режим циркуляции, скорость и направление потока становятся стабильными, выдержанными в заданном режиме. Недостатком способа является необходимость приобретать и обслуживать насос, нуждающийся в подключении к сети электротока. Положительная сторона заключается в возможности монтировать систему и располагать все элементы не по условиям циркуляции, а так, ка это удобнее и рациональнее в данном помещении

Кроме того, существуют варианты циркуляции теплоносителя с заходом в отопительный контур, когда он подключен напрямую к коллектору, и по собственной замкнутой петле. Передача тепловой энергии при этом осуществляется косвенным способом через змеевик, установленный в накопительном баке.

Установка и ориентация

Монтаж коллектора производится на открытой площадке, в течение всего дня освещенной солнечными лучами. Оптимальным вариантом является крыша дома, но любое строение, дерево или возвышение, находящееся рядом, могут стать преградой для лучей, поэтому надо сразу проконтролировать плотность освещения.

Также гелиосистема для нагрева воды должна быть установлена так, чтобы лучи падали на ее поверхность перпендикулярно. Для этого надо отметить положение Солнца в середине светового дня и установить панели перпендикулярно лучам, чтобы свет падал на них отвесно. В этом отношении трубчатые конструкции эффективнее, так как плоскости как таковой они не имеют, а поверхность трубки одинаково хорошо принимает поток с любой стороны.

Срок окупаемости

Гелиосистемы для отопления, цена которых зависит от размеров дома и внешних условий в регионе, способна окупиться за довольно короткий срок, или же не окупиться вовсе. Рассчитывать заранее, с какого времени она начнет приносить прибыль, крайне сложно, поскольку имеется слишком много тонких эффектов и факторов воздействия. Участвуют погодные или климатические обстоятельства, уровень технического исполнения элементов системы, тип отопительных контуров и многое другое.

Гелиоустановка для нагрева воды — это своего рода инвестиционный проект, обладающий отложенным сроком окупаемости. Считается, что средний срок службы оборудования составляет 30 лет. Все это время комплекс будет давать определенное количество тепловой энергии, за которую ничего не надо платить.

Вложения в создание системы только первоначальные, потом изредка понадобятся лишь текущие ремонтные работы, не требующие серьезных расходов. По истечении срока службы все узлы и элементы гелиосистемы могут быть использованы для других целей или проданы как вторичное сырье. Поэтому экономический эффект от работы будет получен в любом случае, хотя он и не является главной целью всего замысла.

Плюсы и минусы

К плюсам использования гелиоустановок можно отнести:

• возможность пользоваться неиссякаемой и совершенно бесплатной солнечной энергией;
• независимость от тарифов ресурсных организаций и поставщиков;
• возможность регулировать и менять размеры системы по своему желанию;
• длительный срок службы с минимальными расходами на ремонт.

Недостатками гелиосистем являются:

• система работает только в дневное время, расходуя ночью накопленное тепло;
• зависимость от погодных и климатических условий;
• низкий КПД и общая эффективность гелиоустановок;
• возможность создания системы имеется не у всех домовладельцев;
• в регионах с морозными зимами системы работать не могут.

При выборе отопительной системы необходимо знать и учитывать достоинства и недостатки этой методики.

Как выбрать гелиоустановку для отопления и горячего водоснабжения жилого дома?

Выбор гелиосистемы является важным шагом, определяющим эффективность ее работы и вложения денег. Надо определить, какая нужна гелиосистема, цена и размер, тип солнечных коллекторов и прочие параметры комплекса.

Необходимо подобрать конструкцию и комплектацию системы, руководствуясь следующим критериями:

• уровень солнечной активности в регионе;
• количество тепловой энергии, необходимое для обогрева дома;
• установить приоритет солнечной энергии в отоплении дома — либо гелиоустановка служит в качестве основной системы, либо как дополнение.

Определившись с главными факторами, можно приступать к выбору оптимального варианта конструкции и объема системы.

До 100 м 2

Гелиосистема для отопления дома 100 кв. м. может служить основным источником тепловой энергии. Основной задачей станет правильный выбор конструкции солнечных коллекторов, чтобы имелась возможность получать максимальное количество тепла.

Необходимо произвести расчет с учетом этажности и конфигурации дома, количества солнечных дней в году, параметров теплоносителя в системе. Гелиосистема для отопления дома 100 кв. м., цена которой может составлять от 18 тыс. руб. до 180 тыс. руб. и выше, вполне способна обеспечить обогрев дома, если будут соблюдены все необходимые условия.

До 200 м 2

Для дома площадью 200 м 2 гелиосистема может стать только дополнительным источником обогрева. Обычно пик использования таких установок приходится на осенний и весенний период, когда солнечного тепла достаточно, но потребность в обогреве дома существует.

Конструкционных отличий для таких систем практически не имеется, только накопительный бак является общим с основной отопительной линией дома. Специалисты утверждают, что использование гелиоустановок в весенний и осенний периоды позволяет снизить нагрузку на отопительные системы примерно на 30-40%.

Гелиосистема для нагрева воды

Использование солнечной энергии для нагрева воды производится тем же способом, что и для отопительного контура. Это может быть полностью отдельная система со своими коллекторами, или часть общей установки. Эффективность ее работы зависит от конструкции, размеров и внешних факторов. Примечательно, что работа гелиосистем в данном случае происходит и в летний период, когда отопление не требуется.

Конструкция своими руками

Конструкция солнечных установок не настолько сложна, чтобы люди, обладающие некоторой подготовкой, были не в состоянии самостоятельно изготовить и запустить их в своих домах. Гелиосистема для отопления дома 100 кв м своими руками — это вполне воплотимый замысел, который поможет существенно сэкономить на приобретении и ремонтных работах. Рассмотрим возможные варианты.

Термосифонная гелиосистема

Термосифонные гелиосистемы — это трубчатые коллекторы, которые были рассмотрены выше. Существуют безнапорные и напорные конструкции, различающиеся способом циркуляции теплоносителя. Безнапорные работают на естественном перемещении жидкости и не нуждаются в электроэнергии, состав комплекса намного проще и дешевле. Напорные способны обеспечить заданный режим циркуляции и позволяют получить максимальную эффективность. Наиболее активная работа таких систем — период с апреля по октябрь, чем севернее регион, тем короче срок наибольшей активности установок.

Воздушная гелиосистема

Воздушные коллекторы — это установки, использующие в качестве теплоносителя воздух. Они обогревают дом вентиляционным методом, что позволяет серьезно экономить на создании отопительных контуров и пользоваться системой круглый год.

Коллектор представляет собой полый черный ящик, в котором от солнечного тепла нагревается воздух. Теплый воздух направляют в помещение, а остывший — в коллектор на подогрев. Для снижения теплопотерь ящик устанавливается в прозрачную герметичную емкость, защищающую от внешних воздействий — ветра, низкой температуры и т. п. Вход и выход размещают в разных помещениях для увеличения разницы давления и организации самостоятельно циркуляции потоков.

Советы по эксплуатации

Эксплуатация гелиоустановок производится в соответствии с особенностями конструкции. Основной задачей владельца является поддержание чистоты, удаление пыли или снега. В некоторых случаях требуется периодически изменять положение панелей в соответствии с сезонным изменением расположения Солнца. Ремонт или замена отдельных элементов производится по мере возникновения необходимости, все работы можно выполнять как самостоятельно, так и с помощью привлеченных специалистов.

Отопление с помощью солнечного коллектора.

Отопление с помощью Солнца.

Со стремительно растущей стоимостью природного газа у многих владельцев частных домов, использующих газовые котлы для отопления, растет интерес к одному вопросу: как минимизировать затраты на отопление частного дома? Одним из ответов на этот вопрос является использование бесплатной солнечной энергии с помощью солнечных коллекторов. При этом потребители зачастую переоценивают реальные возможности данных установок, не учитывая важнейшие требования, соответствие которым гарантирует эффективную работу гелиосистем для отопления дома.

Итак, о каких требованиях к объекту, параметрам и конструкции гелиосистемы необходимо знать, чтобы эффективно поддерживать систему отопления с помощью Солнца?

Требования к объекту отопления

Говоря о гелиосистемах для отопления, следует отметить, что они в основном выполняют функцию поддержки системы отопления, а не полного замещения традиционного источника тепла – котла. Это связано с тем, что во время отопительного периода при использовании солнечной энергии для поддержки системы отопления теплопотребление дома не соответствует предложению – уровню инсоляции от Солнца (рис. 1).

Рисунок 1 – Теплопотребление и производительность гелиосистемы

Исходя из этого, отапливаться энергией Солнца можно, но сложно. Потенциальные трудности минимизируются соответствием отапливаемого дома двум требованиям – малая площадь и высокая степень теплоизоляции. При таких условиях доля тепловой нагрузки, покрываемой гелиосистемой, может составлять до 30%.

Кроме того должны быть учтены требования к параметрам гелиосистемы.

Требования к параметрам гелиосистемы

Общие особенности

Говоря о гелиосистемах для поддержки системы отопления, следует помнить, что:

• гелиосистема не заменяет традиционный источник теплоты и не уменьшает его мощность;
• гелиосистема должна рассматриваться как составная часть системы теплоснабжения, в которой большое значение имеет эффективность традиционного источника теплоты – котла. Использование солнечных коллекторов повышает эффективность всей системы теплоснабжения, но не может заменить ее;
• без сезонного аккумулирования возможности использования солнечных систем для поддержки систем отопления ограничены;
• каждая гелиосистема для поддержки системы отопления летом простаивает в течение долгого времени, если к системе не подсоединены исключительно летние потребители теплоты. Связанное с этим парообразование теплоносителя в коллекторах требует очень тщательного проектирования и монтажа гелиосистем.

Площадь гелиополя

Основой для определения параметров гелиосистемы для поддержки системы отопления является тепловая нагрузка в летнее время. Она состоит из тепловой нагрузки на горячее водоснабжение и тепловых нагрузок других потребителей (в зависимости от объекта), которые также могут покрываться гелиосистемой, например, для предотвращения конденсации в подвальных помещениях. Для такого летнего теплопотребления рассчитывается соответствующая площадь коллектора. Эта площадь коллектора умножается на коэффициент 2 – 2,5 – результаты умножения образуют диапазон, в котором должна находиться площадь коллектора для поддержки системы отопления. Точное определение площади гелиополя производится с учетом строительных размеров и проектирования надежного в эксплуатации гелиополя.

Альтернативный расчет гелиополя на основании отапливаемой жилой площади здания не является полностью объективным, т.к., если учесть значительные изменения тепловой нагрузки на отопление в течении года, становится ясно, что общие рекомендации по расчету должны охватывать очень широкий диапазон тепловых нагрузок: интервал рекомендуемой площади коллектора 0,1 – 0,2 м2 на квадратный метр отапливаемой площади означает изменение размеров гелиополя в 2 раза, что усложняет возможность четкого и понятного определения размеров гелиополя. Кроме того, влияние потребности в горячей воде в летний период не учитывается соответствующим образом при проектировании – не существует четкого соотношения между отапливаемой жилой площадью и расходом воды на горячее водоснабжение.

Если в доме с гелиосистемой, которая поддерживает систему отопления, имеется необогреваемый плавательный бассейн, то температура в нем может поддерживаться за счет излишков теплоты в летний период, и это никак не повлияет на размеры гелиосистемы.

Угол наклона коллекторов

Если для гелиосистемы с поддержкой системы отопления есть возможность выбора угла наклона коллектора (на плоской крыше или на грунте), следует установить коллектор под углом 60 °. Такой несколько больший угол наклона, по сравнению с гелиосистемами горячего водоснабжения, дает – наряду с более высокой производительностью в переходный период – меньшие излишки теплоты в летнее время.

Если гелиополе может быть смонтировано только на горизонтальной крыше, с углом наклона Требования к отопительным приборам

Частым заблуждением является предположение, что использование солнечной энергии для поддержки системы отопления возможно только для систем напольного отопления (теплых полов). Такое предположение ошибочно. Производительность гелиосистемы при радиаторном отоплении в среднем за год всего лишь немного меньше. Причина этого – более высокая температура на входе в солнечную систему, которая всегда определяется температурой в обратном трубопроводе отопительного контура. При сравнении различных отопительных приборов необходимо иметь в виду, что в переходный период тепловую нагрузку системы отопления должна покрывать в основном гелиосистема. Однако в это время отопительные приборы работают не в диапазоне расчетных температур, а обратный трубопровод может иметь более низкую температуру.

Очень важно обеспечить правильное гидравлическое уравнивание отопительных контуров радиаторов!

Вывод:

• Оптимальными объектами для поддержки системы отопления с помощью Солнца являются дома малой площади и с высокой степенью теплоизоляции
• Гелиосистема может покрыть до 30% нагрузки на отопление дома
• В системе теплоснабжения дома обязательно должен быть использован традиционный источник тепла – котел, желательно конденсационный
• Необходимая площадь гелиополя для поддержки системы отопления в 2-2,5 раза больше, чем для системы горячего водоснабжения
• Оптимальный угол наклона солнечных коллекторов – 60°
• Необходимый удельный объем емкостного водонагревателя для системы отопления и ГВС – 50 – 90 л/ м 2 гелиополя (в зависимости от типа коллекторов)
• Солнечные коллекторы могут успешно поддерживать систему отопления, как с радиаторами, так и с системой напольного отопления.

Солнечные водонагреватели для отопления и горячего водоснабжения купить >>>

Можно ли сделать солнечный коллектор для отопления дома?

Цены на энергоносители постоянно растут, а потому люди все чаще задумываются об использовании альтернативных источников энергии. Тем более что сегодня отопление – это чуть ли не самая большая статья расходов наших граждан. А потому и неудивительно, что все хотят найти едва ли не бесплатный источник энергии. И первое, что приходит на ум – это, конечно, энергия солнца. Более того, использовать ее в практических целях вполне реально; и не только в Крыму или в Ташкенте. А оборудование для этого стоит даже дешевле, чем мощные тепловые насосы. О том, как можно использовать энергию солнца, мы и поговорим в этой статье.

Плюсы и минусы гелиосистем для отопления

В настоящее время реально можно рассматривать пока только две схемы использования энергии нашего светила:

1. солнечные батареи, которые вырабатывают электрический ток. Причем кроме отопления их можно использовать для энергоснабжения любых бытовых приборов;
2. солнечные коллекторы – специальные устройства, в которые нагревается теплоноситель и напрямую подается в отопительную систему. Естественно, что если в качестве последнего используется вода, то ее нагревать можно и для бытовых нужд.

У обоих вариантов есть свои особенности. Кроме того, какой бы вариант обогрева при помощи энергии солнца вы не выбрали, ни в коем случае не стоит отказываться от уже имеющегося отопления. Конечно, солнце никуда не денется, однако самое практичное решение – это все же комбинированная система. Например, когда солнечной энергии вполне достаточно для обогрева здания, другой источник тепла можно просто отключать.

Так, вы будете жить в комфортных условиях круглый год, и одновременно обезопасите себя на случай различных поломок и прочих неприятностей. Но если дом только строиться, и у вас нет желания или возможности делать сразу две системы отопления, то обогрев солнцем должен быть спроектирован так, чтобы он имел двукратный запас прочности. Только так отопление дома с помощью солнечных коллекторов вас не подведет.

Схемы солнечных коллекторов

Солнечный коллектор для отопления: достоинства

1. Это экологически чистый и абсолютно безопасный источник энергии;
2. значительно снижаются затраты не только на отопление, но и на ГВС;
3. вне зависимости от экономической ситуации в стране, кризиса и скачков цен, солнце будет светить всегда;
4. оплачивать солнечную энергию не нужно, если, конечно, наше государство не обложит какими-нибудь налогами счастливых обладателей гелиоустановок.

Однако солнечное отопление частного дома имеет и некоторые недостатки, например:

1. вы станете зависеть от погоды и метеоусловий в определенном регионе;
2. лучше всего для снижения рисков иметь параллельную систему отопления. Но многие производители гелиоустановок сразу предусматривают такую возможность. Либо производители газовых котлов, например, в Европе проектируют свои устройства так, чтобы они могли работать вместе с солнечным отоплением. Однако даже если в действующем оборудовании у вас такой возможности и не предусмотрено, можно установить специальный контролер для согласованной работы двух схем;
3. значительные финансовые вложения на начальном этапе;
4. необходимость регулярного обслуживания – панели и трубки надо очищать от пыли и налипшего мусора;
5. отдельные модели солнечных коллекторов для отопления дома плохо работают либо вообще не функционируют при очень низких температура. А потому перед сильными морозами теплоноситель приходится сливать. Но относится это далеко не ко всем моделям, и не ко всем видам теплоносителя.

Далее мы более подробно расскажем о наиболее популярных солнечных системах отопления частного дома.

Гелиосистемы для отопления: коллекторы

Как правило, если говорят про солнечные системы отопления, то имеют в виду именно гелиоколлекторы. В таких установках солнечное тепло нагревает теплоноситель (жидкость), которая потом используется для отопления и ГВС. Особенность их работы заключается в том, что подобные водонагреватели дают температуру не более плюс 60 градусов по Цельсию, причем наибольшая эффективность на выходе получается при температуре всего плюс 35.

А потому такие системы обогрева солнечной энергией специалисты рекомендуют использовать с теплыми водяными полами. Но если расставаться с имеющимися радиаторами отопления не хочется, как и тратится на теплые полы, то придется увеличить количество секций батарей примерно вдвое, иначе в доме будет холодно.

В настоящее время наиболее востребованы две модификации таких коллекторов:

Причем в каждой из этих групп есть и свои вариации, однако принцип работы у всех схож – по трубкам проходит теплоноситель и нагревается от солнца. Но сами по себе конструкции могут быть самые разные.

Плоские солнечные коллекторы для отопления и горячего водоснабжения

Такие гелиоустановки имеют наиболее простую конструкцию, и именно их имеют в виду, когда говорят про солнечное отопление своими руками. В принципе самодельный солнечный коллектор можно сделать из прозрачной трубки, свернутой кольцами, а среди дачников популярен солнечный коллектор из старого радиатора.

Как правило, на металлической раме закрепляют дно, на которое укладывают теплоизоляцию, уменьшающую потери энергии. Затем идет слой специального материала – адсорбера, хорошо поглощающего солнечное излучение и преобразующего его в тепло. А уже на адсорбере закрепляют трубки, по которым и циркулирует теплоноситель. Сверху вся конструкции должна быть закрыта особой прозрачной крышкой, изготавливаемой из закаленного стекла либо специального пластика, например, поликарбоната. Кроме того, нередко материал крышки еще и предварительно обрабатывают, чтобы он был чуть матовым и не гладким. Конечно, такое устройство для дома своими руками непросто будет сделать.

Принцип работы солнечного коллектора

Трубки обычно укладывают змейкой, и в коллекторе имеется 2 отверстия – выпускное и впускное. Как правило, для нормального теплообмена в схему включают и циркуляционный насос, но возможен и самотечный вариант, хотя это заметно снизит эффективность системы – ее вряд ли хватит даже на теплый пол, не то что на батареи.

А вот правильная заводская гелиоустановка имеет коэффициент полезного действия на уровне 72-75 процентов. Однако всегда есть минусы:

• при ветре возможны большие потери тепла;
• система плохо работает в пасмурную погоду и вообще не функционирует ночью;
• если какая-то деталь выходит из строя, то часто приходится менять всю панель.

Трубчатые коллекторы для отопительных систем

В таких устройствах по трубкам также циркулирует теплоноситель, однако каждая из трубок еще и вставлена в другую. А все вместе они соединяются в особую конструкцию – манифолд или гребенку. Современные трубчатые коллекторы выпускаются двух видов – перьевые и коаксиальные. Последние представляют собой трубу в трубе, они вложены друг в друга, и края их запаяны. А из пространства между трубками выкачан воздух.

В перьевых трубках вставляется еще и специальная адсорберная пластинка, напоминающая по структуре перо – для повышения теплоотдачи.

Воздушные коллекторы

Устанавливаются для обогрева частных домовладений и воздушные солнечные коллекторы. Такие установки обычно используются для воздушного отопления зданий. По своей конструкции они сильно напоминают описанные выше системы, однако по трубкам здесь циркулирует не жидкость, а воздух. Кстати, нередко такой обогрев совмещают с вентиляцией.

Устройство воздушного солнечного коллектора

Какой вариант выбрать

Мощность такого обогрева в Кв в каждом конкретном случае может рассчитать только специалист. Однако есть несколько нюансов, о которых важно знать каждому. Так, воздушные коллекторы будут эффективными, только если полностью покрыть ими южную сторону строения. Если вы проживаете в южном регионе, то самый оптимальный вариант – это плоский коллектор. Можно даже обустроить отопление теплицы солнечным коллектором этого типа. А вот в регионах с более суровым климатом лучше всего использовать трубчатые коллекторы. А если устройство еще и с системой Heat-pipe, то тепло будет не только в пасмурную погоду, но и ночью. Такие системы не боятся ни проветривания, ни суровых морозов.

Отопление дома с помощью гелиосистемы (гелиоустановки)

Этот вид отопления позволяет использовать в качестве источника тепла дармовую энергию солнца. Гелиосистемы или гелиоустановки позволяют превращать эту энергию в тепловую и нагревать таким образом теплоноситель в системе водяного отопления дома или обеспечивать его горячей водой.

Принцип работы и виды гелиосистем

Принцип их работы основан на нагревании солнечными лучами теплоносителя, который циркулирует в солнечном коллекторе с последующей подачей его в бак-аккумулятор, откуда тепло подается в систему отопления или горячего водоснабжения дома.

Солнечный коллектор представляет собой панель с теплообменными элементами в виде пластин или вакуумных трубок. Попадая на их поверхность, солнечная энергия поглощается ими, тем самым нагревая теплоноситель до 90-110°С, который подается в накопительный бак емкостью 250-300 литров. Он по своей конструкции очень похож на бойлер, также имеет внутренний теплообменник (один или два – в зависимости от количества контуров). Иногда в него дополнительно монтируют электрический нагревательный элемент, который включается, если количества тепловой энергии, получаемой от солнца, недостаточно.

Количество контуров и способы циркуляции теплоносителя

Гелиосистемы могут быть:

• одно- или двухконтурными;
• с естественной или принудительной циркуляцией.

В одноконтурных установках (рис. 1) вода в систему водоснабжения или отопления подается непосредственно из бака-аккумулятора. Она же нагревается и циркулирует в солнечном коллекторе. Такая система достаточно проста и имеет высокий КПД. Но имеет и существенные недостатки. Для нормальной ее работы необходима качественная мягкая вода, если в систему подается жесткая вода, а она очень часто бывает именно такой в скважинах и колодцах, то это значительно сокращает эффективность и срок службы оборудования. Кроме того, если в коллекторе циркулирует обычная вода, то в холодное время года она может просто замерзнуть.

Рис. 1 Одноконтурная гелиоустановка с естественной циркуляцией теплоносителя

Двухконтурные гелиосистемы (рис. 2) предполагают наличие двух контуров.

Рис. 2 Двухконтурная гелиоустановка с принудительной циркуляцией для отопления и горячего водоснабжения дома

В одном циркулирует теплоноситель, получающий энергию в коллекторе (это обычно незамерзающая жидкость) и, через теплообменник в накопительном баке, отдающий ее воде, которая нагреваясь таким образом поступает в систему горячего водоснабжения или отопления дома. Такие системы имеют несколько меньший КПД, но зато могут эксплуатироваться при отрицательных температурах наружного воздуха, да и специальный теплоноситель не будет вызывать коррозии коллектора и не происходит отложение солей жесткости, как в случае использования в качестве теплоносителя воды из колодца или скважины.

Естественная и принудительная циркуляция теплоносителя

В гелиосистемах с естественной циркуляцией (рис. 1), она осуществляется за счет конвекции, то есть за счет того, что более теплая вода имеет меньшую плотность и поднимается вверх, а на место ее поступает более плотная – холодная. Чаще всего по такой схеме работают одноконтурные системы. Преимуществом таких систем является их независимость от наличия электроэнергии.

В системах с принудительной циркуляцией (рис. 2), для ее поддержания используется циркуляционный насос или, чаще всего — насосная станция, которая кроме самого насоса включает автоматику, регулирующую и запорную арматуру, воздушный клапан и расширительный бак. Двухконтурные гелиосистемы, чаще всего, используют именно этот способ циркуляции. Хотя принудительная циркуляция является более эффективной по сравнению с естественной, но требует наличия электроэнергии для работы насоса.

Как выбрать гелиоустановку

Выбор вида гелиоустановки и ее мощности зависит от того назначения, для которого она предназначена и района проживания: количество солнечных дней в году и минимальная температура воздуха зимой. Так как в наших широтах зимой имеют место отрицательные температуры, то лучшим выбором будут двухконтурные установки с теплоносителем в виде незамерзающей жидкости.

Если с помощью гелиосистемы будет осуществляться только горячее водоснабжение дома, тогда потребуется установка меньшей мощности и соответственно меньшая площадь солнечного коллектора. Если же с помощью солнечной энергии предполагается и отапливать дом, то здесь мощность установки и площадь коллекторов должна быть значительно большей. Так площади солнечного коллектора 4-6 м 2 будет достаточно, чтобы обеспечить на 50-70% горячее водоснабжение в доме. Площади 10-12 м 2 уже должно полностью хватать для горячего водоснабжения и частично – для отопления.

Полное обеспечение дома тепловой энергией возможно только при площади солнечного коллектора больше 12 м 2 . Хотя это зависит еще и от размеров самого дома и насколько эффективно он утеплен. Если же солнечной энергии, в какой-то период для отопления будет недостаточно, например при значительном похолодании или отсутствии солнечной погоды, то для этого в отопительный контур параллельно подключают резервный котел: электрический, газовый или другой, в зависимости от доступности того или иного вида топлива.

Установка и ориентация

Солнечные коллекторы на крыше дома и перед бассейном

Солнечные коллекторы, в зависимости от их вида и площади, можно установить как на крыше дома, так и на открытой площадке возле дома, обязательно с южной стороны. Очень важное значение имеет и угол их наклона. Чем он ближе к значению 90° по отношению к солнечным лучам, тем лучше будет нагреваться теплоноситель в них. Наилучшим вариантом здесь были бы системы с автоматическим регулированием угла наклона. Но такие гелиосистемы имеют большую стоимость. Если же коллекторы закрепляются неподвижно, то они должны быть ориентированы на юг или максимально близко к этому направлению.

Срок окупаемости

Окупаемость гелиосистем зависит, как от самой их стоимости, так и он цены на традиционный виды энергии, которые используются для отопления в той или иной местности. Для Европы, где гелиоустановки пользуются наибольшей популярностью, срок окупаемости, в среднем, составляет до 5 лет. Для средней полосы России, а также сопредельных стран он будет, как минимум, в два раза больше. Хотя, учитывая постоянный рост цен на энергоносители, со временем, он будет сокращаться. При этом, необходимо учитывать, что даже используя гелиоустановки, как дополнительное отопление или для горячего водоснабжения можно экономить от 40 до 70% топлива других, традиционных видов.

Видео по теме:

Гелиосистемa или гелиоустановка для горячего водоснабжения и отопления дома

Гелиосистема (гелиоустановка) – это устройство, которое позволяет использовать дармовую энергию солнца для горячего водоснабжения и отопления. Причем, современные системы такого типа позволяют превратить энергию солнечного излучения в тепловую, независимо от погоды и времени года. О принципе работы, устройстве и выборе оборудования для гелиосистемы Вы можете узнать из данной статьи.

Содержание статьи:

Устройство и виды гелиосистем

Гелиосистема (гелиоустановка) позволяет использовать солнечную энергию для горячего водоснабжения и подогрева воды в бассейне или даже для отопление всего дома. Правда, чтобы отапливать дом с помощью такой системы необходимо достаточно большое количество солнечных коллекторов.

Солнечный коллектор (гелиоколлектор) – основной элемент в конструкции гелиосистемы. Он может быть выполнен в виде пластин (плоский) или в виде вакуумных трубок. Солнечные лучи, попадая на поверхность коллектора, поглощаются им и, тем самым, нагревают теплоноситель, который циркулирует в коллекторе, до температуры 90 – 140 о С.

По трубопроводам высокотемпературный теплоноситель подаётся в бак – аккумулятор, нагревая в нём воду. Эту воду можно использовать для горячего водоснабжения или отопления дома. Остывший теплоноситель возвращается обратно в коллектор.

Накопительный бак горячей воды представляет собой ёмкость объёмом 250 – 500 литров, которая используется в гелиоустановке как аккумулятор тепла, полученного от солнечного коллектора. Конструктивно такой бак похож на бойлер – он имеет один или два внутренних теплообменника. К тому же он может иметь дополнительный электрический нагреватель.

Такой накопительный бак аккумулирует и долгое время сохраняет, полученное из солнечного коллектора, тепло, а при необходимости, и подогревает воду с помощью электронагревателя и обеспечивает теплообмен с основной системой отопления дома.

Виды гелиосистем

Современные гелиосистемы могут отличаться:

• количеством контуров теплоносителя – могут быть одно- или двухконтурными;
• способом циркуляции теплоносителя – она может быть естественной или принудительной.

В одноконтурных гелиосистемах (рис. 1) в коллектор поступает вода из бака-аккумулятора. Эта система достаточно проста и имеет самый высокий КПД. Принцип её действия основан на естественной конвекции – тёплая вода поднимается вверх. В такой гелиоустановке циркулирует вода, непосредственно используемая для горячего водоснабжения или отопления.

Рис. 1 Схема одноконтурной гелиоустановки с естественной циркуляцией.

Её недостаток – для эффективной работы в качестве теплоносителя необходима качественная «мягкая» вода, а в системах водоснабжения часто вода жёсткая (особенно при автономном водоснабжении из скважины или колодца). Содержащиеся в такой воде соли и примеси могут привести к быстрому разрушению такой гелиосистемы. К тому же вода в системе может просто замёрзнуть при отрицательных температурах воздуха.

Поэтому в условиях нашего климата более рационально использование двухконтурной гелиоустановки (рис. 2).
В ней циркулирует специальный теплоноситель (незамерзающая жидкость), тепловая энергия которого из коллектора(1 на фото справа) передаётся воде в баке-накопителе(2) с помощью теплообменника.

Такой теплоноситель может циркулировать в гелиосистеме естественным образом или принудительно – с помощью циркуляционного насоса, что более эффективно.

Следующий элемент гелиосистемы (гелиоустановки) с принудительной циркуляцией – циркуляционный насос или насосная станция(4), которая представляет собой готовый к подключению комплект, состоящий из насоса гелиоконтура (одного или нескольких), запорной арматуры (вентилей, термовентилей), предохранительного клапана, механического воздухоотводчика и расширительного мембранного бака (3). Бак выбирается исходя из объёма гелиосистемы. Кроме этого, такая гелиоустановка укомплектовывается автоматическим регулятором(5).

Рис. 2 Вариант двухконтурной гелиоустановки для горячего водоснабжения и отопления с принудительной циркуляцией.

Где лучше устанавливать и как ориентировать

Коллектор гелиосистемы можно установить на крыше дома, на открытой площадке (на земле или балконе), возле бассейна и т.д. При этом необходимо учитывать экспозицию (север-юг) и угол наклона (0-90 о ), которые имеют большое значение для эффективности ее работы. Максимально эффективна южная ориентация.

Функционирование гелиоустановок возможно в любое время года, но наибольшая производительность – в период весна-лето-осень.

Выбор оборудования

Благодаря гелиосистеме можно принимать тёплый душ, даже если солнце спряталось за облаками. Площади коллектора в 4-6 м 2 хватит для покрытия 60% необходимой энергии для горячего водоснабжения частного дома. При площади коллекторов около 10 м 2 в сочетании с комбинированным баком-водонагревателем можно уже поддерживать систему отопления дома. При этом, если энергии солнца не хватает, автоматически подключается отопительный котёл.

Решающими факторами при выборе оборудования для гелиоустановки являются:

• необходимый расход горячей воды;
• тип и количество санитарно-технических приборов;
• численность семьи;
• уровень горячего водопотребления (повышенное или экономное).

Гелиоустановка, как и отопительная система дома, требует периодического контроля и проверки состояния, которые необходимо проводить не реже одного раза в год. Как правило, осмотр и проверка их состояния осуществляется перед началом каждого отопительного сезона и по его окончании.

Окупаемость

Для жителей европейских стран срок окупаемости гелиосистем, по оценкам специалистов, составляет от 3 до 5 лет. Для жителей России и Украины эти цифры повыше. Но с учётом постоянного повышения тарифов на газ и электроэнергию, в перспективе, сроки окупаемости будут постоянно уменьшаться.

Среднегодовая экономия энергоресурсов, при использовании гелиоустановок, составляет 60-70% – по сравнению с использованием только обычных видов отопления – газа, электроэнергии, угля или дров.

Видео по теме

Ниже Вы можете посмотреть видеоролик о том, как работает солнечный коллектор.