Активное солнечное отопление

Активные солнечные системы отопления используют солнечную энергию для нагрева жидкости (или воздуха), а затем передают солнечное тепло непосредственно в помещение или в системы хранения для последующего использования. Если солнечная система отопления не может обеспечить достаточной температуры для отопления помещений, то вспомогательная система - обеспечит дополнительное тепло. Жидкостные системы чаще всего используются при наличии систем хранения тепла и хорошо сочетаются с системами лучистого отопления, котлами с радиаторами горячей воды и даже с тепловыми насосами и охладителями.
СИСТЕМЫ АКТИВНОГО СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЖИДКОСТИ
Солнечные коллекторы являются наиболее подходящими для центрального отопления. Такие же используются во внутренних системах водяного отопления. Плоские коллекторы являются наиболее распространенными. Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Абсорбер связан с теплопроводящей системой и для повышения эффективности покрывается черным цветом либо спецраствором. Прозрачный элемент обычно выполняется из закаленного стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифленого поликарбоната. Помимо этих также можно использовать ваакумные и солнечные коллекторы-концентраторы, которые могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов.
В эксплоатации солнечный коллектор производит нагрев материала - теплоносителя, которым может быть вода, антифриз (как правило, нетоксичный пропиленгликоль) или жидкость другого типа, поглащающая солнечное тепло. А дальше, контроллер управляет циркуляционным насосом который перемещает жидкость через коллектор.
Жидкость протекает быстро, поэтому температура повышается только от 5,6 ° до 11 ° C. Нагревание меньшего объема жидкости до более высокой температуры увеличивает потери тепла коллектора и снижает эффективность системы. Жидкость протекает либо в резервуар для хранения либо в теплообменник для немедленного использования, а скорость потока жидкости зависит от теплоносителя. Другие компоненты системы включают в себя трубопроводы, насосы, клапаны, расширительный бак, теплообменник, резервуар для хранения и элементы управления.
СОХРАНЕНИЕ ТЕПЛА В ЖИДКИХ СИСТЕМАХ
Жидкостные системы хранят солнечное тепло в резервуарах с водой. Тепло от рабочей жидкости передается в теплообменник который непосредственно греет воду в резервуаре для дальнейшего использования.
В зависимости от системы, резервуары могут находится как под давлением так и без. Прежде чем определиться с резервуаром, следует рассмотреть стоимость, размер, прочность, где будет устанавливаться (в подвале или с наружи) и как его установить. Возможно, что вам придется установить резервуар на территории, если бак нужного размера не поместится в помещении или его не можно будет туда доставить. Резервуары имеют ограничения по температуре и давлению и это надо соблюдать при выборе. Вы должны обратить внимание, сколько необходимо теплоизоляции, чтобы предотвратить чрезмерную потерю тепла, и какие защитные покрытия или уплотнения нужны, чтобы избежать коррозии и утечек.
В системах с очень большими объемом хранения воды могут потребоваться резервуары сделанные под заказ. Они, как правило, из нержавеющей стали, стекловолокна либо пластика для высокой температуры. Существуют также бетонные резервуары. Каждый тип резервуара имеет свои преимущества и недостатки, но все виды требуют тщательного размещения из-за их размера и веса. Всегда более практично использовать несколько небольших резервуаров чем один большой. Простейшим вариантом системы хранения является использование стандартных бытовых водонагревателей. Они отвечают всем строительным нормам и требованиям и просты в установке.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ТЕПЛА ДЛЯ ЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМ
Для распределения солнечного тепла в доме вы можете использовать теплый пол, плинтусы горячей воды или радиаторы а так же приточно-вытяжную систему вентиляции. В случае использования системы теплого пола, жидкость нагретая солнечными лучами циркулирует по трубам, встроенным в пол и излучает тепло в помещение. Теплый пол идеально подходит для совместной работы с системами солнечного отопления на жидкой основе, поскольку он хорошо работает при относительно низких температурах. Тщательно разработанной системе не понадобиться отдельный накопитель тепла, хотя многие системы включают в себя его для контроля температуры. Обычный бойлер или даже стандартные внутренние водонагреватели могут обеспечить резервное тепло. Системы лучистого отопления как правило занимает больше времени для обогрева дома от «холодного старта» чем другие типы систем распределения тепла. А вот когда они работают, то хорошо обеспечивают постоянный уровень тепла. Помните, что различные ковры и ковровые покрытия снижает эффективность системы.
Чтобы эффективно обогреть комнату для плинтусов с горячей водой или радиаторов требуется чтобы температура воды была в пределах от 71 ° до 82 ° C. Как правило, плоские коллекторы нагревают жидкость в диапазоне от 32 ° до 49 ° C. Мало... Поэтому, используя плинтусы или радиаторы с солнечной системой отопления, необходимо чтобы площадь поверхности этих приборов была как можно больше. Температура жидкости в системе может быть увеличена с помощью резервной системы или путем замены самого коллектора (напр. ваакумный коллектор можно заменить плоским).
Есть несколько вариантов внедрить солнечную систему на жидкостной основе в систему отопления с принудительной подачей воздуха. Основная задача при конструировании - это поместить теплообменник (жидкость-воздух) или нагревательную спираль в канал возврата воздуха в помещении прежде, чем воздух попадет в модуль подогрева. Воздух, который возвращается из жилого помещения нагревается при проходе через теплообменник, а дополнительное тепло по мере необходимости добавляется в модуле подогрева. Спираль должна быть достаточно большой, чтобы передать достаточное количество тепла воздуху при самой низкой рабочей температуре коллектора.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДОГРЕВ ВЕНТИЛЯЦИИ
Системы воздушного солнечного отопления используют воздух в качестве рабочей жидкости для поглощения и передачи солнечной энергии. Воздушные солнечные коллекторы могут непосредственно нагревать отдельные комнаты или предварительно подогреть воздух перед попаданием в систему рекуперации или же в воздушный тепловой насос.
Воздушные коллекторы производят тепло раньше и позже в тот же день, чем жидкие системы, поэтому они могут производить больше полезной энергии за отопительный сезон, чем жидкостные системы одного и того же размера. Кроме того, в отличие от жидких систем, воздушные системы не замерзают, а незначительные утечки не вызовет значительных проблем, хотя они будут вести к снижению производительности. Тем не менее, воздух является менее эффективным теплоносителем, чем жидкость, поэтому воздушные солнечные коллекторы работают с более низкой эффективностью, чем жидкостные солнечные коллекторы.
Некоторые ранние системы пропускали солнцем подогретый воздух по воздуховодам через породу в качестве накопителя энергии, однако такой подход не рекомендуется из-за неэффективности. К этому еще можно добавить проблемы с образованием конденсата в системе, что повышает влажность и снижает качество воздуха в помещении.
Воздушные солнечные коллекторы, чтобы их не было видно, часто интегрируются в стены или крышу. Например, под черепицей могут распологаться воздушные коллекторы, чтобы использовать тепло, поглощаемое плиткой.
ВОЗДУШНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ
Воздушные коллекторы могут быть установлены на крыше или наружной (на южной стороне) стене для обогрева одной или более комнат. Хотя существует множество различных заводских коллекторов, простой воздухонагревательный коллектор, потратив незначительную сумму денег, можно сделать и самому.
Коллектор состоит из герметичного, изолированного металлического каркаса и черной металлической пластины с стеклянной поверхностью для поглощения тепла. Солнечные лучи нагревают пластину, которая, в свою очередь, нагревает воздух в коллекторе. Электрический вентилятор вытягивает воздух из помещения через коллектор, и подает его обратно в комнату. Потолочные коллекторы нуждаются в движении воздуха между комнатой и коллектором, а настенные коллекторы помещаются непосредственно на южной стене дома.
Простые коллекторы под видом оконной коробки хорошо вписываются в архитектуру дома. Они могут быть активными (с вентилятором) или пассивными. Пассивные - это когда воздух поступает в нижнюю часть коллектора и поднимается при нагревании а потом попадает в помещение. Когда солнце не светит, заслонку держит воздух в помещении и не дает выйти (так называемый термосифонный эффект). Эти системы обеспечивают лишь небольшое количество тепла, так как площадь коллектора относительно невелика.
ВОЗДУШНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ
Воздушный солнечные коллекторы используют простую технологию для обогрева помещений солнечной энергией. Коллекторы состоят из темных, перфорированных металлических пластин установленых на стене (южной стороне) здания. Воздушное пространство создается между стеной здания и установленной металлической пластине. В солнечные дни темная часть фасада поглощает солнечную энергию и быстро нагревает даже когда наружный воздух холодный.
Вентилятор подает согретый воздух в здание через крошечные отверстия в коллекторах из пространства между стеной и солнечными коллекторами. Таким образом солнечная энергия повышает температуру проходящего через коллектор воздуха на 4 - 4,5 градуса. В отличие от других технологий отопления помещений, такие коллекторы не требуют дорогого остекления.
Эти солнечные коллекторы являются наиболее подходящими для больших зданий с большой вентиляционной необходимостью. Они непригодны использовать в современном частном доме. Тем не менее, для повышения эффективности рекуперационной системы и уровня комфорта в холодные дни, такие коллекторы можно использовать для предварительного подогрева воздуха перед подачей его в саму систему. Однако нет конкретной информации насколько это экономически эффективно.
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА СИСТЕМ АКТИВНОГО СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Там где холодно и много солнца - активные солнечные системы отопления являются наиболее экономически эффективными. В таком климате они опережают более дорогие виды отопления (газ, электричество, нефть).
Стоимость колекторных систем меняется. Сегодня солнечные коллекторы поставляются с гарантией 10 и более лет, однако они прослужит вам на десятилетия дольше. Экономические показатели системы увеличиваются если использовать нее и для приготовления горячей воды. Отопление дома с активной солнечной системой может значительно снизить ваши расходы на топливо в зимний период.
Многие об этом не задумываются, но солнечная система отопления уменьшает загрязнение воздуха и выброс парниковых газов. Это просто чистый источник тепла.
ВЫБОР И РАСЧЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
Выбор подходящей системы солнечной энергии зависит от некоторых факторов. Это местность, конструкция и количество тепла нужное для вашего дома. Какое количество тепла может обеспечивать солнечная система отопления зависит от местного климата, типа и эффективности коллектора, а так же, площади коллектора.
Как правило, наиболее экономично проектировать солнечную систему, которая обеспечит от 40% до 80% потребностей тепла в вашем доме. Системы, предоставляющие менее 40% требуемого тепла для дома редко бывают рентабельными, за исключением случаев, когда необходимо обогреть одну или две комнаты и не требуется аккумулирование тепла. Хорошо спроектированому и изолированному дому потребуется меньше и менее дорогостоящая система любого типа и возможно, потребуется очень малое количество дополнительного тепла, кроме солнечного.
Поектирование активной солнечной системы, которая обеспечивала бы 100% тепловых нужд дома - не практично и экономически не эффективно. Все равно потребуется дополнительная или резервная система теплоснабжения, когда солнечная система не сможет удовлетворить требования отопления.
УПРАВЛЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМОЙ ОТОПЛЕНИЯ
Управление солнечной системы отопления, как правило, более сложное, чем обычной, потому что приходится анализировать большее количество сигналов и контролировать несколько устройств одновременно (в том числе и обычные резервные системы отопления). Элементы управлением солнечной системой используют датчики, переключатели и/или электро двигатели для работы с системой. Система использует другие элементы управления для предотвращения замерзания или появления высокой температуры в коллекторах.
Дифференциальный термостат - сердце системы управления. Он измеряет разницу температур между коллекторами и устройством хранения. Когда температура в коллекторах является на 5.6° - 11°C теплее чем в резервуаре для хранения, термостат включает насос или вентилятор для циркуляции воды или воздуха через коллектор для нагрева хранилища или дома.
Некоторые системы управления контролируют температуру в различных частях системы, чтобы определить, как правильно она функционирует. Самые сложные системы управляются микропроцесорами, которые оптимизируют теплообмен и доставку тепла в разные зоны дома.
Для питания вентиляторов (воздушных коллекторов) или насосов (жидких коллекторов) можно использовать панели солнечных батарей, которые производят низкое напряжение постоянного тока. Выходное напряжение солнечных панелей соответствует нуждам солнечных коллекторов. При тщательном подборе, скорость насоса или вентилятора оптимизирована для эффективного увеличивания тепла в рабочей жидкости. Когда солнца мало, скорость вентилятора или насоса медленная, когда солнца много, они запускаются быстрее.
УСТАНОВКА И ОБСЛУЖИВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
Насколько хорошо активная солнечная система выполняет свои функции зависит от установки, проектирования и правильно выбранной местности. Современные коллекторы и элементы управления очень высокого качества, однако существует возможность столкнуться с проблемой найти опытного подрядчика, который правильно разработает и установит систему.
Собранная система должна быть оптимизированна чтобы достичь лучших показателей производительности. Различные системы требуют различных видов технического обслуживания. Лучше всего создать список-календарь задач для обслуживания системы по рекомендациям изготовителей компонентов.
Большинство солнечных водонагревателей автоматически подпадают под страховой полис домовладельца. Но это не относиться к ущербу при замерзании. Так что будьте внимательны при эксплоатации.
Хотите знать больше?
Конференция "Как построить экодом 2014" http://как-построить-экодом.рф/