Солнечные коллекторы для отопления дома, принцип работы гелиосистемы, особенности подключения коллекторов
Любой солнечный коллектор — это особый вид климатической техники. Она используется для производства горячей воды, чтобы в дальнейшем использовать её для различных нужд. Возможность внедрения возобновляемых бесплатных источников энергии в производственный цикл становится главным отличием коллекторов от другой подобной техники. Принцип изменения плотности воды во время её нагрева — вот на чём основана работа таких устройств. Это означает, что осуществляется движение воды наверх, для дальнейшего подогрева выталкиваются более холодные участки воды. Так что нет необходимости использовать какое-либо дополнительное насосное оборудование.Как работает коллектор в системе отопления
Чаще всего гелиосистемы используют для своей работы обычную воду, а так же антифриз. Если по сравнению с коллектором температура воды в нижней части ниже, включается обогрев. Вода перемещается по системе благодаря встроенному насосу. Нагрев воды в накопителе происходит через теплообменник, обычно коллекторы нагреваются только до определённой температуры.При необходимости направление воды в системе меняется благодаря смесителю. Таким образом, остывающая и тёплая вода время от времени сменяют друг друга. За счёт расширения тёплой воды происходит замена жидкости в системах с естественной циркуляцией. При нагреве тёплая вода поднимается вверх, холодная выталкивается в нагревательный бак.
Обязательно наличие теплоизоляционного слоя толщиной как минимум 25−30 сантиметров, иначе система не сможет работать стабильно. Что касается резервуара, то лучше всего использовать прямоугольную форму. При соблюдении этого условия вода будет равномерно распределяться по всем имеющимся участкам. Так что работа системы в целом станет более полноценной.
Отопление домов солнечными коллекторами
Затраты на обогрев частного дома могут снизиться до 50−90 процентов, если правильно смонтировать солнечные коллекторы. Весна-осень — период, когда обогрев происходит особенно активно, хотя в принципе система работает в любое время года.
Главные параметры, которые нужно рассчитывать при выборе коллектора:
- площадь гелиосистемы
- количество тепловой энергии
Если система будет использоваться в зимний период, то и расчёты проводятся соответственно. Ведь в зимние морозы требуется гораздо больше энергии и затрат для того, чтобы помещение было комфортным для проживания.
Достаточно часто солнечные коллекторы выступают лишь дополнительными источниками тепла. Автономное использование гелиосистемами тоже возможно, если теплоизоляция дома выполнена правильно.Естественная циркуляция воды за счёт конвекционных потоков — лишь один из принципов, по которому может быть организована гелиосистема. Из-за пассивной циркуляции воды этот вариант менее эффективен, чем все остальные. Бак обязательно примыкает к коллектору, но в то же время находится выше него.
Дополнительные электрические циркуляционные насосы используются в системах с принудительной циркуляцией. В данном случае сами коллекторы становятся более эффективными, поскольку более эффективно используется вода. Но к обслуживанию такие устройства более требовательны, всё зависит от электрической энергии, за счёт которой всё работает.
Подключение коллекторов к системе отопления
От того, какой тип циркуляции используется в той или иной системе, зависит то, как будет производиться подключение к отопительной системе. Подключение к системе с естественной циркуляцией — один из самых простых способов. Здесь главным принципом становится только нагрев воды в системе отопления.
Выше уровня коллектора подключается накопительный бак. Верхний вывод, таким образом, должен подключаться ко входу горячей воды в систему отопления, а нижний к обратке. На входе в солнечный коллектор для отопления в таком случае могут возникнуть воздушные пробки. Потому такие системы стоят дешевле, чем вариант с использованием насосов.С использованием автоматики можно подключить солнечный коллектор к системе с принудительной циркуляцией. Эти системы обладают своими особенностями:
- Контроллер управляет насосом на основе показаний специальных датчиков.
- Когда по этим датчикам температура достигает заданного значения, обогрев прекращается
- Бак-накопитель, обратка и выход коллектора — места, где обязательно устанавливаются такие датчики
- Вместе с такой системой лучше использовать дополнительные источники тепла. Например, твердотопливные или газовые котлы.
На степень нагрева воды в системе в таких случаях влияет местоположение коллектора по отношению к солнцу, а так же уровень его наклона. Лучше с самого начала устанавливать коллекторы так, чтобы под прямыми солнечными лучами они находились большую часть дня. Объём бака в морозный период лучше выбирать около 40 см³, если не планируется подключать дополнительные источники тепла. Иначе в пасмурные дни система будет работать не совсем эффективно.
Довольно сложно рассчитать количество квадратных метров, которые необходимы для той или иной системы коллекторов. Здесь важны не только наклон крыши и сторона, значение приобретают уровень солнечной радиации в данном регионе, объём накопителя. Потому все расчёты лучше доверить квалифицированным специалистам.
Сейчас производством солнечных коллекторов занимаются разные производители. Выбирая ту или иную марку, надо обязательно обратить внимание на её производительность. В перерасчёте на м2 у каждой торговой марки она может быть своя. И в некоторых случаях разница становится действительно заметной.
Коллекторы из поликарбоната
Листы ячеистого поликарбоната или полипропилена — главные элементы, из которых состоят такие коллекторы. К торцам листов крепится непосредственно сам коллектор. Только в специальном жестяном крытом коробе необходимо осуществлять монтаж подобной системы. В качестве крышки следует использовать дополнительный лист из поликарбоната. Можно сделать и стеклянную крышку, но, если светопроницаемость будет излишний, поликарбонат создаст парниковый эффект, так что всё будет похоже на двойное остекление. Так что лучше всё делать полностью из поликарбоната, так система будет работать стабильнее.
Дополнительная информация о структуре
Сам солнечный коллектор становится главным элементом в системе нагрева воды. Эта конструкция может быть отнесена к одной из трёх групп:
- плоские коллекторы
- вакуумные коллекторы
- водяные коллекторы
Алюминиевая рама становится основой для плоских коллекторов. Внутри неё располагаются медные трубки, сверху их покрывает специальный поглощающий материал. Снизу находится теплоизоляция. Закалённое стекло практически полностью закрывает эту конструкцию, само стекло всегда отличается большой пропускной способностью относительно света. Такие системы можно включать только в определённое время года, а можно пользоваться ими круглый год.Рама с вакуумными трубками из боросиликатного стекла — вот что используется для изготовления вакуумных коллекторов. Ещё одна колба со специальным поглощающим покрытием имеется при этом внутри каждой отдельной трубки. Медная трубка с теплоносителем под низким давлением располагается в самих колбах. В теплообменник с жидкостью помещается конец медной трубки, именно туда выделяется тепловая энергия, которая аккумулируется в системе.
Конструкция типа «морская трубка» тоже является отдельной разновидностью вакуумных коллекторов. Бак для воды и трубки в этом случае находятся на раме. Внутри каждой трубки находится ещё одна трубка, между ними обязательно устраивается специальное вакуумное пространство. Слоем абсорбента покрыты вакуумные трубки, более того, они заполнены водой. Когда происходит нагрев, вода поднимается в бак. Холодная опускается к трубкам для нагрева. Такие системы ещё называются водяными солнечными коллекторами.
Бак-аккумулятор выступает вторым элементом, который обязательно присутствует в любой системе. Именно он используется для хранения воды, в дальнейшем потребляющейся для различных нужд. Наружную часть бака лучше утеплить отдельным слоем толщиной минимум в 3 сантиметра, иначе в холодное время года он не сможет сохранить тепло. Бойлер для солнечного коллектора тоже подождёт.
На что следует обратить внимание
Любые гелиоустановки характеризуются номинальной мощностью, которая обозначается в киловаттах. Это количество энергии, которое вырабатывается при ярком солнце в зените. Это означает, что эффективность системы будет снижаться утром и вечером. Ночью, скорее всего, можно будет использовать горячую воду только из бойлера, где вода копилась на протяжении целого дня.
Выбирая модель коллектора, обратите внимание на то, можно ли его использовать в зимний период. И на то, какая мощность должна быть у системы, к которой коллектор подключается. Установка коллекторов обычно осуществляется на крышу или на каркас, который монтируется отдельно.
Гелиосистема для загородного дома (видео)
Схема подключения солнечного коллектора. Солнечные коллекторы для дома. Расчет солнечного коллектора. Отопление солнечными коллекторами отзывы.
В этой статье мы хотели бы показать как эффективней и проще подключить солнечные коллекторы к уже существующей системе горячего водоснабжения.
Если вы имеете дачу или загородный дом, к которому не подведён газ или недостаточно электрической мощности для обеспечения нагрева горячей воды, или Вы решили не платить лишние деньги за энергоносители, то один из вариантов решения — это установка системы солнечного горячего водоснабжения.
В большинстве случаев проблема горячего водоснабжения решается простым и удобным способом, покупкой электрического бойлера объёмом 30-150литров. Бойлер греет воду за счёт электричества, электротэном мощностью 1,5-2Квт, что в итоге может составлять основную часть затрат на электроэнергию в Летний период, когда много длинных, солнечных дней.
Для дачных домов, где часто электроэнергия стоит существенно дороже, чем в деревне, установка солнечных водогрейных коллекторов становится наиболее выгодным решением.
Система солнечного нагрева воды включает в себя набор солнечных коллекторов, накопительный бак косвенного нагрева и сантехническую обвязку, как показано на рисунке (1). Это стандартная схема подключения Солнечных коллекторов, которая пришла к нам из Южных стран и с мелкими вариациями, практически без изменений, предлагается почти всеми Российскими продавцами солнечных водогрейных систем. Схема (1) хорошо работает в регионах, где больше 200 солнечных дней в году. Однако в средней полосе России всего 70-90 солнечных дней, и у схемы (1) появляется несколько недостатков, особенно в затяжные пасмурные периоды.
1. В пасмурный день , электрический ТЭН вынужден греть весь объём воды в накопительной ёмкости (без учёта стратификации), не зависимо от текущей потребности в ГВС.
2. Нагреватель внутри накопительного бака (200л) вынужден поддерживать температуру ВСЕГДА не ниже минимальной, например +45С. Но эффективность солнечного коллектора сильно зависит от разницы между температурой на улице и в баке. Другими словами при одинаковой солнечной активности, и за одинаковое время, температура в накопительной ёмкости вырастит, скажем, на 40градусов, если начальная температура была +10С, и вырастит только на 28 градусов, если начальная температура в баке была +45С.
3. Скорость остывания любого бака за ночь, несмотря на утепление, прямо пропорциональна температуре в нём. Например бойлер ёмкостью 30л потеряет тепла за ночь приблизительно в 4 раза меньше, чем бойлер ёмкостью 150л, с той же начальной температурой.
Подобных недостатков лишена схема подключения Солнечных коллекторов номер (2). Здесь электрический ТЭН находится в отдельном бойлере-ДОГРЕВАТЕЛЕ ёмкостью в 3-5раз меньшей, чем основной накопительный бак. Это позволяет снизить «дежурный» объём горячей воды, и соответственно расходы электроэнергии на догрев.
Например, за день накопительный бак нагрелся до +35С, а на термостате бака- догревателя установлена температура +50С. Из скважины поступает холодная вода +8С.
По мере расходования горячей воды , из накопительной ёмкости тёплая вода с Т=+35С, будет вытесняться снизу вверх поступающей холодной водой (Т=+8С) в бак догреватель. В баке-догревателе вода догреется до +50С и потребитель, в пасмурные дни, получит горячей воды сколько необходимо.
Если же основной накопитель нагреется до температуры выше +50С, установленной в бойлере-догревателе, то электротэн не включится, и горячая вода из накопительной ёмкости пройдёт транзитом через бак-догреватель потребителям.
Схема номер (2) позволяет реализовать максимальную эффективность солнечных коллекторов, так как они всегда работают с минимально возможной начальной температурой воды, без участия электроподогрева.
Схема номер (2) позволяет сохранить старый бойлер или бойлер косвенного нагрева ГВС, если он подключен к газгольдеру или котлу на дизельном топливе.
Более эффективная схема работы (2) даёт возможность использования менее эффективных Солнечных коллекторов не снижая выработки тепла.
Для расчёта объёма накопительной ёмкости для горячего водоснабжения можно пользоваться приблизительной формулой: один солнечный коллектор размером 2метра на 1метр или 15 трубный вакуумник, на 100литров воды.
Здесь необходимо заметить, что более выгодно устанавливать не один солнечный коллектор, а сразу 2, 3 и более.
Так как стоимость сантехнической обвязки системы для одного коллектора и для трёх приблизительно одинакова.
преимущества и виды, монтаж, цены
С каждым годом на рынке появляется все больше новых приборов для обогрева. Еще несколько лет назад для многих в новинку были солнечные коллекторы, хотя в Европе они использовались уже несколько десятилетий. Сегодня же такое оборудование является неотъемлемой частью любого из так называемых экологичных домов. Это оборудование имеет немало преимуществ. Самым главным является то, что оно безопасно при использовании. Кроме этого, солнечные коллекторы позволяют экономить средства на обогрев помещении дома.Насколько эффективно солнечное отопление?
В южных странах использование для обогрева солнечных коллекторов ни у кого не вызывает удивления, поскольку количества солнца там достаточно, а вот насчет использования этих установок в российских условиях у многих специалистов есть большие сомнения, так как зима на территории нашей страны довольно длительная. К тому же количество пасмурных дней тоже значительное. Однако это нельзя рассматривать в качестве серьезных препятствий для использования солнечных коллекторов. В средней полосе в зимнее время мощность, получаемая от солнечных лучей, доходит до 250 Вт на один квадратный метр площади коллектора. Что касается летнего периода, в жаркие дни этот показатель может доходить до 1000 Вт.
В летнее время владельцы частных домов, используя солнечный коллектор, получают горячую воду, а в зимнее время — тепло, при этом серьезно экономят на этом. Установка таких приборов позволяет снизить затраты на создание комфортной атмосферы на 30%. Чтобы в доме было тепло, необходимо не только подобрать коллектор достаточной мощности. Не менее важно и наличие утепления в жилище. В этом случае можно только за счет одних солнечных коллекторов создать атмосферу тепла и уюта в своем доме.
Например, если для решения проблемы отопления частного дома владелец сделал выбор в пользу коллекторов общей площадью 30 кв. м., то, используя это оборудование, он ежегодно будет экономить до 7,7 тонны угля. При этом цена на установку подобных систем почти такая же, как и на монтаж других систем обогрева.
Преимущества солнечной системы
Для отопления солнечные коллекторы подходят лучше всего, так как этому оборудованию присущи определенные преимущества. Основным следует считать то, что владелец, установив у себя в доме солнечные коллекторы, получает тепловую энергию в течение всего года. Если ответственно подойти к выбору и монтажу этого оборудования, заранее произвести расчеты площади, то такая система обеспечит тепло зимой, а в течение всего года — горячую воду.В настоящий момент солнечные коллекторы выступают в качестве дополнительного источника отопления. Обычно они дополняют традиционное радиаторное отопление. Однако ученые продолжают проводить исследования с целью дальнейшего совершенствования этих систем, поэтому можно рассчитывать, что в ближайшее время эти коллекторы станут основным источником энергии в жилищах наших сограждан.
На самом деле у солнечных коллекторов имеется немало плюсов. Кроме экономии и эффективного обогрева, их применение позволяет улучшить экологическую ситуацию. Ведь они безопасны и не наносят вред окружающей среде. Установка такого оборудования позволяет решить проблему создания теплой атмосферы в жилище и при этом позаботиться об экологической обстановке в месте проживания.
Принцип работы солнечных коллекторов
В большинстве случаев площадь одной установки составляет от 1 до 8 кв. м. В состав этой системы входит аккумулятор. Под воздействием солнечных лучей происходит процесс нагрева теплоносителя, потом через такое устройство, как теплообменник в баке-аккумуляторе накапливается тепловая энергия, а затем уже передается воде, которая поступает в радиаторы отопления.Процесс естественной конвекции происходит в первом контуре. Благодаря этому не возникает потребность в использовании принудительной циркуляции воды. Создаваемого такими установками количества тепловой энергии вполне хватает батарее для обогрева дома небольшой площади.
Для более крупных моделей необходимо дополнительно выполнять монтаж циркуляционного насоса. В этом случае появляется возможность для использования коллектора не только для обогрева дома, но и для подогрева воды. Если вы решите сделать выбор в пользу такой установки, следует знать, что стоят они намного дороже простых моделей.
Размещая в своем жилище солнечные коллекторы, нужно позаботиться об установке бака-аккумулятора с автоматическим электронагревателем. Когда на улице пасмурно или освещение будет меньше обычного, он начнет включаться в автоматическом режиме и прогревать воду до заданной температуры.
Виды солнечных коллекторов
На рынке для потребителей доступно большое количество видов этого оборудования. Наиболее распространенными являются:
- вакуумные;
- плоские.
Плоские приборы обогрева
Особенность плоских коллекторов состоит в наличии прозрачного покрытия, которое поглощает солнечную энергию. Кроме этого, они имеют термоизолирующий слой. При использовании этого оборудования в зимнее время оно не демонстрирует высокую эффективность. Цена на плоские коллекторы невысокая, поэтому позволить себе купить такое оборудование может каждый. Однако если вы решите использовать его для обогрева дома в зимнее время, то обойтись только одним солнечным коллектором у вас вряд ли получится.
В этом оборудовании иногда используется поликарбонат в качестве светопропускающего покрытия. Для солнечного коллектора из этого материала характерна высокая эффективность. Чтобы выбор этого оборудования оказался правильным, необходимо обратить внимание на то, что крышка должна быть выполнена из поликарбоната, а не из стекла.
Вакуумные приборы обогрева
Эта разновидность солнечного оборудования для обогрева помещений по принципу работы схожа с термосом. Когда излучение попадает на нижнюю стенку вакуумной трубки, не встречая на своем пути никаких препятствий, оно движется по внутренней трубке. Между этими трубками располагается вакуумная прослойка, которая обеспечивает сохранение до 95% поступающей энергии.
Цена на эти установки выше, чем на плоские солнечные коллекторы. Однако установка этого оборудования дает возможность для отопления дома в зимнее время. Высокую эффективность это оборудование демонстрирует даже в условиях низкой освещенности и при температуре минус 30 градусов.
Подключение солнечных коллекторов
Тип циркуляции — важный фактор, который оказывает влияние на способ подключения солнечного коллектора. Более простой задачей является монтаж оборудования с естественной циркуляцией теплоносителя.Во время установочных работ накопительный бак подключают выше уровня коллектора. К входу в систему отопления горячей воды необходимо подсоединить верхний вывод. Нижний же подключают к обратной трубе. При входе солнечные коллекторы могут располагаться воздушные трубки, поэтому стоимость оборудования с естественной циркуляцией ниже, чем на коллекторы, предполагающие использование насосного оборудования.
Система отопления на основе солнечных коллекторов принудительной циркуляции теплоносителя имеет свои особенности:
- управление насосом осуществляется при помощи контроллера на основании показаний датчиков;
- обогрев прекращается, когда температура достигает необходимого значения.
Установка датчиков является обязательным условием при монтаже солнечных коллекторов. Они размещаются в баке-накопителе, на обратной трубе и в месте выхода коллектора.
Если вы живете на территории с продолжительной зимой и небольшим количеством ясных дней, то, разместив в своем жилище солнечный коллектор, не будет лишним дополнить его другими источниками тепла, например, котлами, работающими на твердом топливе или газе.
Как было сказано выше, солнечные коллекторы могут использоваться для нагрева воды. Для обеспечения максимальной эффективности оборудования необходимо правильно выбрать место его расположения относительно солнца. Во внимание необходимо принимать угол наклона коллектора. Специалисты рекомендуют выполнять установку этого оборудования таким образом, чтобы большую часть дня аппарат находился под прямыми лучами солнца.
Если для обогрева жилища владелец не планирует использовать другие источники тепла, то необходимо устанавливать заодно бак объемом не менее 40 куб. см. Если он будет иметь меньшую емкость, то система будет неэффективной.
Еще один важный момент — расчет площади оборудования. Выполнение этой работы – крайне сложная задача. Во время вычислений необходимо принимать во внимание много факторов:
- наклон крыши;
- сторону света;
- объем накопителя;
- уровень радиации.
При выполнении расчетов прибегают к использованию сложных формул. Поэтому, чтобы они были правильными, лучше обратиться к специалистам.
Стоимость установки солнечной системы обогрева
Если говорить о цене, то, заметим, что она невысокая. Средний ценник на солнечный коллектор составляет 400 долларов. Он может варьироваться в меньшую или большую сторону в зависимости от технических характеристик оборудования. Однако необходимо знать: чтобы в доме теплую атмосферу обеспечивали только солнечные установки, придется потратиться не на один, а примерно на десять коллекторов. Их общая площадь составляет 30 кв. м., что, по мнению специалистов, вполне достаточно для обогрева жилища. Также не стоит забывать, что придется оплатить и услуги специалистов, которые будут выполнять установку. На это придется потратить несколько сотен долларов.Заключение
Если вы хотите иметь эффективную систему обогрева и на создание теплой атмосферы в доме нести небольшие затраты, то в этом случае лучшее решение – покупка и установка в свой дом солнечных коллекторов. Для создания тепла они используют энергию солнца, что делает их экологически безопасным оборудованием. Приобрести эти установки можно без больших проблем. Монтаж лучше всего производить силами специалистов.
Оцените статью: Поделитесь с друзьями!схема подключения к сети ГВС
Модели с тепловыми трубами требуют небольшого уклона (указывается производителем), а крупногабаритные коллекторы, рассчитанные на встраивание в крышу, нельзя ставить на землю или на плоскую кровлю.
При установке на скате крыши коллектор крепят параллельно покрытию кровли. Фиксация устройства осуществляется за подкровельные балки. Место установки должно быть ориентировано на юг. Его не должны затенять деревья и соседние строения. Также необходимо предусмотреть защиту от попадания внутрь подкровельного пространства пыли и атмосферных осадков.
На плоских кровлях коллекторы ставят на специальные опорные рамы. Такой подход позволяет обеспечить оптимальный наклон устройства и его оптимальную ориентацию. Если монтируются несколько коллекторов, располагать их надо таким образом, чтобы они ни в коем случае не затеняли друг друга. Стандартные пропуски между рядами составляют либо примерно 1,2 высоты ряда (если система работает сезонно), либо 1,7 высоты при круглогодичном использовании.
Подключение коллекторов
Когда установка коллекторов завершена, их необходимо соединить между собой и подключить к водопроводной сети. Соединение друг с другом выполняется при помощи специальных трубок с резьбовыми штуцерами.
Схема подключения может быть параллельной или последовательной, на итоговую производительность это не повлияет. Метод компоновки обуславливается количеством коллекторов, площадью крыши и необходимостью их размещения таким образом, чтобы не было затенений. Но есть и свои тонкости.
При параллельном монтаже надо обращать внимание на гидравлическое сопротивление. Оно должно быть одинаковым для всех веток коллекторов (чтобы избежать потери напора). На снижение напора также влияет использование труб разного сечения (изменение внутреннего пропускного диаметра), длина и конфигурация водоподающей трассы. При последовательном соединении можно соединять вместе не более 4-6 коллекторов (в зависимости от моделей и их характеристик).
Включение коллекторов в сеть ГВС
Подключение коллектора или коллекторного поля к водопроводной сети дома выполняется несколькими методами. Выбор той или иной схемы зависит от того, как и для каких целей будет использоваться коллектор.
Как правило, используется одна из трех схем:
Одноконтурная с естественной циркуляцией
Применяется для летнего ГВС. Бак размещается выше коллектора, и нагретая вода подается в бак «самотеком». Это самая простая и незатратная схема.
Двухконтурная с принудительной циркуляцией
Схема, подходящая для круглогодичного использования. В качестве теплоносителя фигурирует антифриз, который циркулирует по замкнутому змеевику, проходящему через накопительный бак (получается своеобразный «гелиокипятильник»). Циркуляцию обеспечивает отдельный насос, поэтому бак располагается как угодно относительно коллектора.
Трехконтурная с принудительной циркуляцией
Система, подходящая и для круглогодичного ГВС, и для отопления. Принцип устройства аналогичен двухконтурной, только к накопительному баку подсоединяется источник резервного нагрева (обычно – газовый или электрокотел). Кроме того, в накопительном баке обычно выделяют отдельный резервуар, чтобы вода для питья не смешивалась с технической, предназначенной для отопления.
Многоконтурные системы обязательно дополняются управляющими контроллерами и датчиками температур или уровня жидкости. Датчики отслеживают параметры воды в баке и при необходимости контроллер запускает резервный подогрев.
