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 < 30°, то поддержка системы отопления плоскими коллекторами нецелесообразна. В этом случае целесообразно использовать вакуумированные трубчатые коллекторы (горизонтальный монтаж), трубки которых могут быть индивидуально ориентированы.
Объем емкостного водонагревателя
Для того чтобы гелиосистема в летнее время могла покрыть нагрузку системы горячего водоснабжения в течение нескольких дней плохой погоды, оптимальный диапазон объема водонагревателя на квадратный метр площади гелиополя должен составлять 50 - 70 л для гелиосистемы с плоскими коллекторами, и 70 - 90 л для гелиосистемы с вакуумированными трубчатыми коллекторами.
Требования к конструкции гелиосистемы
При конструировании системы теплоснабжения существует две возможности – аккумулировать солнечную энергию или направлять ее в отопительный контур: нагрев бака-аккумулятора или нагрев обратного трубопровода системы отопления. В установках с аккумулированием (рис. 2) бак-аккумулятор доводится до температуры подающего трубопровода с помощью солнечной системы или отопительного котла. Отопительный контур подключается через бак-аккумулятор.
Рисунок 2 – Гелиосистема с нагревом воды в баке-аккумуляторе
В установках с нагревом обратного трубопровода (рис. 3) вода, подогретая за счет солнечной энергии, отбирается тогда, когда температура в водонагревателе выше температуры обратного трубопровода отопительного контура. Если температура воды в подающем трубопроводе недостаточна, подключается котел.
Рисунок 3 – Гелиосистема с нагревом обратного трубопровода
Требования к котлу
Считается, что в устаревших, работающих с низким КПД котлах следует как можно быстрее нагревать буферную емкость системы отопления для предотвращения частых включений горелки котла, что снижает тепловые потери за счет снижения тепловых потерь при остывании в состоянии простоя. Такие котельные установки не следует комбинировать с солнечными системами, а следует заменять современными.
В современных котлах этот аргумент не действует. Они вырабатывают такое количество энергии, какое необходимое для достижения расчетной температуры в подающем трубопроводе системы отопления. Нагрев емкостного водонагревателя за счет котла повышает потери теплоты, выработанной традиционным способом, – и это независимо от качества тепловой изоляции бака. Кроме того, повышается температура на входе в солнечную систему, что автоматически уменьшает эффективность ее работы. По этой причине рекомендуется использование схемы с нагревом обратного трубопровода – если не требуется другое схемное решение (например, системы с котлом, работающим на твердом топливе).
Распространенным заблуждением является утверждение, что солнечные системы не комбинируются с конденсационными котлами. Это также неверно. Правильно то, что гелиосистема всегда как первая ступень нагревает холодную воду (для горячего водоснабжения или отопительного контура). Если «догрев» воды должна осуществлять котельная установка, котел в действительности – при повышении температуры горячей воды, например, с 50 °С (предварительный нагрев солнечной энергией) до 60 °С (температура на входе в котел) – уже не работает в режиме конденсации. Хотя без гелиосистемы конденсационный котел смог бы работать в конденсационном режиме. При поддержке системы отопления гелиосистемой совместная работа с конденсационным котлом принципиально не влияет на эффективность и эксплуатационную надежность котла. Верно то, что годовой коэффициент полезного действия котла немного падает, зато КПД всей системы – значительно возрастает. Решающим фактором является абсолютная экономия энергии.
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/ м2 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 >>>
Узнать больше:
Остались вопросы? Напишите нам: andi-group@yandex.ru
