Гелиосистема для отопления: Гелиосистемы для дома – стоит ли применять

Выбор и установка гелиосистем для отопления

Отопление с помощью Солнца, как давно человечество мечтало об этом, периодически страдая то от избытка солнечной энергии, то от ее нехватки. Гелиосистемы являются попыткой реализовать это желание в бытовых условиях.

 

 

 

Что такое гелиосистема

 

Гелиосистема — устройство, позволяющее преобразовывать солнечную энергию в тепловую или электрическую. По этому признаку, системы делятся на два вида.

• Система теплоснабжения – установка, реализующая технологию солнечного коллектора. Конструкция преобразует световую энергию в тепловую, а тепловая энергия, в свою очередь, используется для обогрева и организации снабжения горячей водой.
• Система энергоснабжения – типичный представитель – солнечная батарея, являющая собой совокупность полупроводников, преобразующих солнечную энергию в электрическую.

 

Второй вид является более универсальным, но, как указывается в отзывах, альтернативные источники энергии предпочтительнее использовать для отопления, так как последние требуют меньшей мощности.

Гелиосистема для теплоснабжения состоит из 

солнечного коллектора, резервуара-аккумулятора, теплоприемника и, собственно, системы отопления. Теплопередачу обеспечивает движение незамерзающего теплоносителя.

 

 

 

Коллекторы бывают двух типов:

• Плоские –  панели, содержащие абсорбирующее вещество, защищенное закалённым призматическим стеклом и располагающееся на слое термоизоляции. Незамерзающая жидкость циркулирует по полиэтиленовым или медным трубкам коллектора, и, нагреваясь до нужной температуры, передается  в бак. На этой фотографии показан пример расположения коллектора на крыше
• Трубчатые или вакуумные коллекторы представляют собой панель, состоящую из трубок. Трубка имеет двойную структуру: внешняя часть трубки прозрачная, внутренняя покрыта абсорбером, между ними находится вакуум. Такая конструкция позволяет сохранить больше энергии (до 95%).

 

Особенности работы гелиосистемы

 

Схема устройства показывает, что энергетическим источником в системе является солнце. Отсюда следует логичный вывод, что наиболее эффективна гелиосистема летом, когда продолжительность дня и интенсивность солнечного излучения достигают максимальной отметки. В зимнее время эффект оборудования имеет минимальное значение.

 

 

 

Именно поэтому солнечный коллектор не рекомендуется к использованию в качестве основного источника тепла в зимний период. Тем не менее, при небольшой площади здания и высокой степени утепления, гелиосистема может производить до 30% тепла, тем самым способствуя экономии других отопительных ресурсов.

Увеличить полезность устройства можно, используя его для горячего водоснабжения.

 

Рабочая площадь

 

Производительность коллектора имеет прямую зависимость от площади его рабочего поля и степени освещения, Поэтому площадь следует рассчитывать на основе летней нагрузки: затраты на горячее водоснабжение, поддержку системы, предотвращающую конденсацию, и так далее. Всё это можно рассчитать собственноручно: для этого проще всего воспользоваться онлайн-услугой, указав количество обитателей, уровень потребления горячей воды и угол наклона, под которым возможно установить солнечный коллектор.

 

 

Для отопления в зимний период рабочая площадь аппарата, должна быть в 2– 2,5 раза больше. Более точное устанавливается специалистом, который учитывает степень утепления, особенности здания и тому подобное.

 

Угол наклона

 

Ещё один основополагающий фактор для производительности системы – размещение относительно движения солнца.

• Сторона света – юг, так как при любых погодных условиях большую часть дня солнце расположено на южной стороне небосвода.
• Оптимальный угол наклона, с учётом возможности выбирать расположение, 60 градусов. Это положение обеспечивает максимальное попадание солнечных лучей на поверхность в зимнее время. Если выбора нет, то при наклоне менее 30 градусов рекомендуется установить вакуумный коллектор.

 

 

Принцип действия гелиосистемы

 

Типовая комплектация содержит 5 обязательных компонентов:

• коллектор – плоский или трубочный;
• насос для подачи воды;
• бак-аккумулятор – в нем собирается нагретая вода;
• контроллер;
• доводчик – как правило, электрический тэн.

 

 

Предлагается два способа установки системы.

• Аккумуляция. В данном случае происходит подача нагретой жидкости в бак-аккумулятор, нагревает воду, поступающую в подающий трубопровод при достижении соответствующей температуры. В зимнее время нагрев воды недостаточен, поэтому бак также обеспечивается дополнительным нагревом с помощью котла или тэнов.
• Подача в систему отопления. Коллектор соединяется водонагревателем, откуда нагретая до нужной температуры вода попадает в бак, а затем в трубопровод. Такой способ соединения, когда в системе действует котел отопления, считается более выгодным, так как в этом случае вода в бак поступает уже в подогретом состоянии, следовательно, отопительный котел тратит меньше тепла.

 

Гелиосистема поддерживает как радиаторную систему обогрева, так и напольную.

 

Установка гелиосистемы

 

Собственноручно производить монтаж гелиосистемы следует только при наличии нужного опыта. Как правило, самостоятельно выполняются работы по размещению системы на баню или душевые. 

Солнечные коллекторы наиболее удобно располагать на крыше – лучше инсоляция и меньше опасности оказаться в тени объектов, что само по себе представляет и сложность, и опасность для жизни.

• Аппараты размещаются на крыше здания: плоские укладываются на ее поверхности, трубчатые рекомендованы установить на опоры. Дело в том, что снег на плоских аппаратах не задерживается, в то время как с вакуумных его нужно будет очищать.
• Бак-аккумулятор, насос и теплообменник рекомендуется установить как можно ниже, соблюдая те же условия для естественной циркуляции, что и в обычной водяной системе отопления. Если предполагается установить насос, то расположение коллектора не имеет особого значения.
• В качестве теплоносителя рекомендуется использовать антифриз, так как зимой угроза замерзания воды сведет на нет все преимущества солнечного обогрева.

Гелиосистема отопления с двухфазной многокомпонентной жидкостью Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭНЕРГЕТИКА

УДК 697.1:536.2

ГЕЛИОСИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ С ДВУХФАЗНОЙ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ЖИДКОСТЬЮ

Л. Л. ВАСИЛЬЕВ1, Д. Х. ХАРЛАМПИДИ2, В. А. ТАРАСОВА2, А. С. ЖУРАВЛЕВ1, М. А. КУЗНЕЦОВ2, Л. П. ГРАКОВИЧ1, М. И. РАБЕЦКИЙ1

1 Государственное научное учреждение «Институт

тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной

академии наук Беларуси», г. Минск

2Институт проблем машиностроения

имени А. Н. Подгорного Национальной академии наук

Украины, г. Харьков

Ключевые слова: альтернативная энергетика, гелиосистема, солнечный коллектор, термодинамический насос, тепловая труба.

Введение

В последнее десятилетие происходят значительные изменения в энергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве, пищевой промышленности, архитектуре и строительстве. Основными мировыми тенденциями являются существенное сокращение потребления тепловой энергии от источников на углеводородном топливе и снижение ее потерь при транспортировке от генерирующих мощностей к потребителям. Большие перемены имеют место, в частности, в секторе теплоснабжения, горячего водоснабжения, кондиционирования помещений. Традиционные источники топлива и энергии активно вытесняются возобновляемыми, одним из которых является солнечное излучение, все шире используемое для производства электричества с помощью фотоэлектрических преобразователей либо в целях получения тепла для отопления помещений и систем горячего водоснабжения [1]-[6]. На достижение прогресса в области гелиотехники, совершенствование имеющихся и создание новых конструкций направлены научные исследования, поиски инженерных решений. Важно отметить, что развитие альтернативных технологий в энергетике благотворно влияет на экологию, позволяя снизить количество выбросов вредных веществ в атмосферу.

Эффективность гелиосистемы для отопления помещений и нужд горячего водоснабжения в значительной степени определяется техническими возможностями солнечного коллектора и контура циркуляции. Высокие характеристики оборудования могут быть обеспечены применением естественно-циркуляционных систем с двухфазной многокомпонентной жидкостью, работающих по принципу термодинамического насоса и сорбирующих тепло солнечного излучения коллекторами на базе тепловых труб либо термосифонов.

Целью работы является повышение эффективности энергосберегающих систем получения тепла и холода, использующих солнечную энергию, усовершенствование контура циркуляции теплоносителя путем организации его работы по принципу термодинамического насоса.

Гелиосистемы с коллекторами на базе тепловых труб

Одним из способов использования солнечной энергии является подогрев воды для систем горячего водоснабжения, а также отопления при пониженных температурах и получения холода с целью обеспечения комфортных условий в помещениях летом.

Простая водонагревательная установка состоит из коллектора солнечной энергии, бака-аккумулятора, дополнительного нагревателя воды и насоса. Для тепло- и хладо снабжения предназначены более сложные комбинированные системы [7], состав которых дополняется сорбционной холодильной установкой, также использующие энергию солнечного излучения (рис. 1). Получаемый холод может быть предназначен для кондиционирования помещений в дневное время.

Нагрев Охлаждение

Рис. 1. Схема комбинированной солнечной установки для тепло-и хладоснабжения: 1 — солнечный коллектор; 2 — бак-аккумулятор; 3 — дополнительный источник тепла; 4 — конденсатор; 5 — испаритель; 6 — абсорбер; 7 — теплообменник;

8 — генератор; 9 — вентиль; 10 — жидкостный насос

Основным элементом гелиоустановки является солнечный коллектор, конструкция которого в значительной степени определяет эффективность и стоимость всей системы. Плоский коллектор (рис. 2) позволяет использовать прямую и рассеянную солнечную радиацию без необходимости слежения за Солнцем. Конвективные коллекторы, передача тепла в которых производится жидкостью при ее вынужденном течении, достаточно эффективны, технологичны и не дороги, однако обладают недостатками: реверсивность теплообмена при отсутствии солнечного излучения, сложность дренажа системы. В качестве теплоприемных и теплопередающих элементов солнечных коллекторов могут применяться автономные замкнутые двухфазные устройства для передачи тепла — тепловые трубы, обеспечивающие равномерность температуры по длине приемного элемента и снижение тепловых потерь. При этом повышается надежность коллектора, предотвращается сброс тепла из системы при отсутствии солнечного излучения вследствие однонаправленности теплопередачи наклонных тепловых труб, работающих в поле гравитации. К недостаткам коллекторов с тепловыми трубами можно отнести их более высокую стоимость.

При выполнении теоретического расчета системы солнечного отопления определяется количество тепла, которое может выработать солнечный коллектор с тепловыми трубами или термосифонами, и вычисляется потребная мощность дополнительного источника тепла. Уровень солнечной радиации, падающей на единицу площади коллектора, рассчитывается методом Ангстрема. Суть его состоит в том, что, располагая данными о продолжительности солнечного периода, полученными на основе многолетних наблюдений на метеорологических станциях, можно рассчитать среднемесячные уровни солнечной радиации, а затем ее суммарную величину, поступающую на коллектор, с учетом местной широты, склонения Солнца, угла наклона коллектора, используя уравнение Ангстрема-Прескотта [8]-[10]:

Н 1 п -= а + Ь—,

Н о по

где Н — суммарная среднемесячная солнечная радиация, поступающая на поверхность Земли; Н0 — радиация, поступающая на верхнюю границу атмосферы; п , п0 -среднемесячная и максимально возможная месячная продолжительности солнечного сияния; а и Ь — эмпирические коэффициенты, которые учитывают расположение местности, суммарную солнечную радиацию и определяются методом регрессии для разных климатических зон [11].

1

2

Рис. 2. Плоский коллектор солнечной энергии с тепловыми трубами: 1 — теплоизоляция; 2 — стеклянное покрытие; 3 — тепловые трубы; 4 — жидкостный теплообменник

Полезное количество тепла, производимое солнечным коллектором с селективной поверхностью, в который вмонтированы вакуумные изоляторы и тепловые трубы, может быть найдено из следующего уравнения [12]:

0 = ГА

А

$ —ТиЬ СТ — Та )

А

где — коэффициент отвода тепла; $ — энергия солнечного излучения, поглощенная единицей площади приемника; Аг — площадь абсорбционной поверхности коллектора; — общая площадь коллектора; — коэффициент теплопередачи; Тг — внутренняя температура коллектора; Та — температура окружающей среды.

Накопленный в Институте тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси многолетний опыт разработки и исследования тепловых труб разнообразных конструкций, работоспособных в различных диапазонах температур и внешних условий, термосифонов (конвективных, пародинамических, кольцевых), в том числе для использования возобновляемых источников энергии, а также солнечных коллекторов на их основе [7, ] [13]-[16], данные других авторов [17]-[19] свидетельствуют о высоком уровне теплотехнических параметров таких устройств. Анализ влияния на эффективность ц = двых/ дсолн (двых — удельная полезная энергия, используемая на нагрев теплоносителя; дсолн — удельная энергия падающего солнечного излучения) солнечного коллектора термических сопротивлений я входящих в его состав компонентов показал, что зависимость ц{я) не линейна, при уменьшении термического сопротивления до некоторого характерного значения эффективность ц практически не зависит от я .

4

3

В результате натурных испытаний установлено, что коллекторы такого типа обладают следующими достоинствами:

— поддерживается равномерность температуры по всей длине теплоприемного элемента, что снижает потери тепла;

— обеспечивается высокая надежность устройства, поскольку при выходе из строя отдельных элементов передача энергии уменьшается, но не прекращается;

— предотвращается сброс тепла из системы при недостатке солнечного излучения из-за отсутствия теплопередачи наклонными тепловыми трубами против сил гравитации;

— осуществляется быстрый запуск системы ввиду низкой теплоемкости конструкции.

Такие свойства коллекторов обеспечивают возможность успешного их применения для создания эффективных гелиосистем получения тепла и холода.

Естественно-циркуляционная система отопления с двухфазной многокомпонентной жидкостью

Важным звеном, обеспечивающим эффективность передачи полученной в гелио-коллекторе энергии потребителю, является контур циркуляции теплоносителя.

Существующие способы циркуляции теплоносителя в системах отопления, такие как применение насосов или осуществление движения горячей воды через отопительные приборы за счет движущего напора циркуляции, обусловленного разностью плотностей нагретой и охлажденной воды в опускных и подъемных трубах, имеют свои недостатки. Так, с одной стороны, естественно-циркуляционные системы с гомогенным теплоносителем обладают неоправданно высокой металлоемкостью, а с другой — работа систем с принудительной циркуляцией теплоносителя связана с затратами энергии на привод насосов. Зачастую работа насосов сопровождается шумом и вибрациями. Кроме того, насос является источником аварий и требует систематического надзора.

Работы по созданию принципиально новых методов обеспечения интенсивной циркуляции теплоносителя в системах охлаждения устройств промышленной теплоэнергетики велись в 80-х гг. прошлого столетия в Харьковском инженерно-строительном институте исследовательской группой, возглавляемой Е. М. Ново-хатским [20]. Разработанные ими экспериментальные образцы естественно-циркуляционных систем обладали многими преимуществами. Интенсификация движения теплоносителя осуществлялась в них за счет термодинамической работы цикла Ренкина (Rankine cycle), которая производилась в результате испарения и конденсации какой-либо жидкости с температурой кипения меньшей, чем температура кипения основного теплоносителя. Такая система получила название «система с термодинамическим насосом». С тех пор принципиально новый способ организации движения теплоносителя, основанный на использовании работы расширения легкокипящей вспомогательной жидкости, был незаслуженно забыт. Однако исследование таких систем не потеряло свою актуальность, а, наоборот, с повсеместным внедрением «зеленой» энергетики для них открылись новые области применения. Так, естественно-циркуляционная система может быть применена в комплексе с гелиоколлекторами на основе тепловых труб в системах отопления и горячего водоснабжения. Работающая без подвода внешних источников первичной энергии (электроэнергии) по принципу термодинамического насоса, образованного двухфазной многокомпонентной жидкостью, система имеет повышенную надежность движения теплоносителя, экономичность работы, низкую металлоемкость, простоту конструкции. В таких системах происходит существенное увеличение движущего напора циркуляции за счет использования работы расширения испаряющейся в

подъемной части циркуляционного контура легкокипящей жидкости и конденсации ее паров во вспомогательном теплообменнике.

Система отопления и горячего водоснабжения включает в себя несколько контуров (рис. 3). В гелиоконтуре осуществляется насосная циркуляция воды. При этом предусмотрен сброс части нагретой воды в бак-аккумулятор 15 для обеспечения горячего водоснабжения.

Рис. 3. Конструкция термосифонной гелиосистемы с термодинамическим насосом: 1 — вентиль; 2 — уровень вспомогательной жидкости в циклоне; 3 — уровень воды в циклоне; 4 — циклон; 5 — опускная труба; 6 — отопительные приборы; 7 — обратная труба; 8 — теплообменник; 9 — игольчатый вентиль; 10 — подъемная труба; 11 — труба для вспомогательного теплоносителя; 12 — конденсатор пара легкокипящей жидкости;

13 — солнечный коллектор; 14 — трехходовой вентиль; 15 — бак-аккумулятор;

16 — вентиль; 17 — насос

Отвод теплоты из гелиоконтура и подвод ее к основному теплоносителю (воде) естественно-циркуляционной системы отопления осуществляется через теплообменник рекуперативного типа 8. Система отопления заполнена водой так, что уровень воды 3 в циклоне 4 может располагаться несколько выше или ниже ввода в циклон пароводяной смеси, поднимающейся вверх по подъемной трубе 10. Помимо воды в данной системе имеется вспомогательная легкокипящая жидкость (например, бензол) или гетерогенная легкокипящая жидкость — бензин, у которого температура кипения первых фракций находится в пределах 40-50 °С, а последних — около 80-85 °С. Уровень этой вспомогательной жидкости 2 в циклоне 4 расположен выше уровня 3, так как ее плотность меньше плотности воды. Вспомогательная жидкость заливается в систему через вентиль 1, так что конденсатор пара легкокипящей жидкости 12 и труба 11, соединенная с подъемной трубой 10, также заполнены легкокипящей жидкостью. До начала пуска системы отопления в работу вентиль 9 закрыт. Циклон 4 соединен с отопительными приборами 6 опускной трубой 5. Охлажденная в отопительных приборах вода по обратной трубе 7 поступает в теплообменник 8. Начальный период работы такой отопительной системы ничем не отличается от этого периода работы обычной отопительной системы с естественной циркуляцией теплоносителя. После того как температура воды в подъемной трубе достигает величины,

превышающей температуру кипения самых легких фракций вспомогательной жидкости, вентиль 9 открывают, легкокипящая жидкость самотеком поступает в подъемную трубу 10, полностью или частично испаряется и пароводяная смесь поступает в циклон 4, где происходит разделение пара и жидкости. Горячая вода из циклона направляется в отопительные приборы 6. Отделившиеся от воды пары легкокипящей жидкости поступают в конденсатор 12, а затем конденсат самотеком поступает в нижнюю часть подъемной трубы. Конденсатор представляет собой оребренную трубу, которая омывается холодным воздухом.

Если легкокипящая жидкость гомогенна, то она участвует в процессе циркуляции теплоносителя, если гетерогенна — в процесс циркуляции с повышением температуры вступают фракции с более высокой температурой кипения, и, таким образом, количество вспомогательной жидкости, участвующей в процессе циркуляции, растет с повышением температуры теплоносителя до тех пор, пока не будет участвовать фракция с самой высокой температурой кипения.

Предлагаемая технология создания гелиосистемы отопления с двухфазной многокомпонентной жидкостью также позволяет реализовать новые перспективные способы интенсификации теплообмена, основанные на использовании наносред.

Гелиотехнологии могут быть успешно применены в сушильных установках аграрного сектора, системах нагрева воды для бытовых целей, обеспечивая экономию до 5 тыс. тонн условного топлива в год [21] при существенном улучшении экологической обстановки.

Задачи по использованию энергии Солнца, наряду с другими возобновляемыми источниками энергии, актуальны для Республики Беларусь и соответствуют приоритетным направлениям научно-технической деятельности на 2016-2020 гг.

Заключение

В результате обобщения изложенного можно сделать следующие выводы:

1. Развитие солнечной и других видов альтернативной энергетики является важной и актуальной задачей, направленной на решение экономических и экологических проблем.

2. Коллекторы на тепловых трубах и термосифонах обладают рядом достоинств, позволяющих создавать эффективные гелиосистемы для тепло- и хладоснабжения потребителей.

3. Высокой эффективностью использования солнечной энергии обладает естественно-циркуляционная система обогрева объектов, работающая по принципу термодинамического насоса, образованного двухфазной многокомпонентной жидкостью. Технология создания такой гелиосистемы отопления позволяет реализовать новые перспективные способы интенсификации теплообмена, основанные на использовании наносред.

Литература

1. Покотилов, В. В. Использование гелиосистем и других ВИЭ для теплоснабжения многоэтажных зданий / В. В. Покотилов, М. А. Рудковский // Энергоэффективность. — 2014. — № 1. — С. 16-20.

2. Анарбаев, А. И. Сопоставление эксплуатационных характеристик некоторых типов солнечных коллекторов и водонагревательных установок в условиях Узбекистана / А. И. Анарбаев, Р. А. Захидов, Н. И. Орлова // Гелиотехника. — 2007. -№ 1. — С. 14-20.

3. Jee, J. M. Flat plate solar photovoltaic-thermal (PV/T) systems: A reference guide / J. M. Jee, S. Iniyan, G. Ranko // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2015. -Vol. 51. — P. 62-88.

4. Мырзакулов, Б. К. Энергосбережение и возобновляемые источники энергии / Б. К. Мырзакулов // Наука, новые технологии и инновации. — 2013. — № 7. -С.18-24.

5. Del Chiaro, B. Solar Water Heating: How California Can Reduce Its Dependence on Natural Gas / B. Del Chiaro, T. Telleen-Lawton. — Los Angeles : Environment California Research & Policy Center, 2007. — 20 p.

6. Савилов, А. В. Альтернативные источники солнечной энергии в многоквартирном доме / А. В. Савилов, А. А. Петрушкин // Молодой ученый. — 2017. — № 10. -С. 80-85.

7. Васильев, Л. Л. Тепловые трубы в системах с возобновляемыми источниками энергии / Л. Л. Васильев, Л. П. Гракович, Д. К. Хрусталев. — Минск : Наука и техника, 1988. — 159 с.

8. Gueymard, C. Acritical look at recent interpretations of the Angstrom approach and its future in global solar radiation prediction / C. Gueymard, P. Jindra, V. Estrada-Cajigal // Solar Energy. — 1995. — Vol. 54, No 5. — P. 357-363.

9. Wong, T. Solar radiation model / T. Wong, W. K. Chow // Applied Energy. — 2001. -Vol. 69. — P. 191-224.

10. Пашинский, В. А. Оценка падающей солнечной радиации на горизонтальную поверхность территории в условиях Республики Беларусь / В. А. Пашинский, А. А. Бутько, А. А. Черкасова // Экол. вестн. — 2015. — Т. 32, № 2. — С. 77-82.

11. Radosavljevic, J. Defining of the intensity of solar radiationоn horizontal and oblique surfaces on Earth / J. Radosavljevic, A. Dordevic // Facta Universitatis. Ser.: Working and Living Environmental Protection. — 2001. — Vol. 2, No 1. — P. 77-86.

12. Duffie, J. A. Solar Engineering of Thermal Processes. 4th edition / J. A. Duffie, W. A. Beckman. — Hoboken, New Jersey (USA) : Wiley, 2013. — 936 p.

13. Анализ параметров плоского солнечного коллектора с тепловыми трубами / Л. Л. Васильев [и др.] // Весщ АН БССР. Сер. фiз.-энергет. навук. — 1984. — № 3. -С. 57-62.

14. Использование теплообменников на тепловых трубах для кондиционирования, в области пищевой промышленности и холодильной техники / Л. Л. Васильев [и др.] // Весщ НАН Беларусь Сер. фiз.-тэхн. навук. — 2014. — № 3. — С. 85-90.

15. Использование возобновляемых источников энергии и вторичных энергоресурсов с помощью тепловых труб / Л. Л. Васильев [и др.] // Энергоэффективность. -2016. — № 11. — С. 28-31.

16. Васильев, Л. Л. Утилизация возобновляемых и вторичных энергоресурсов с помощью тепловых труб и термосифонов / Л. Л. Васильев, А. С. Журавлев // Энергетика и ТЭК. — 2017. — Т. 167, № 2. — С. 20-22.

17. Rassamakin, B. Aluminum heat pipes applied in solar collectors / B. Rassamakin [et al.] // Solar Energy. — 2013. — Vol. 94. — P. 145-154.

18. Azad, E. Theoretical and experimental investigation of heat pipe solar collector / E. Azad // Experimental Thermal and Fluid Science. — 2008. — Vol. 32, Iss. 8. -P. 1666-1672.

19. Riffat, S. B. A novel hybrid heat pipe solar collector/CHP system / S. B. Riffat, X. Zhao // J. Renew. Energy. — 2004. — Vol. 29. — P. 2217-2233.

20. Новохатский, Е. М. Отопительная система с термодинамическим насосом / Е. М. Новохатский, А. Д. Харлампиди. — Харьков : ХИСИ, 1984. — 5 с. — Деп. в ВНИИИС № 5054-84.

21. Нистюк, В. П. Роль возобновляемой энергетики в Республике Беларусь и перспективы ее развития / В. П. Нистюк // Энергоэффективность. — 2010. — № 3. -С. 17-20.

Получено 27.11.2018 г.

≡ Гелиосистема для отопления или ГВС

Как выбрать гелиосистему для отопления или подогрева воды?

Поберем и установим гелиосистему «под ключ» для отопления и/или подогрева воды

Подобрать оборудование для гелиосистемы

Солнечная энергия неисчерпаема и экологически безопаснеа, чем любой другой источник энергии. Как правильно подобрать гелиосистему, приготовления горячей воды или подогрева воды в бассейне.

1. Для чего можно использовать солнечную энергию?

Отопление. Солнечная тепловая энергия для отопления наиболее эффективна весной и осенью. В это время еще есть необходимость в обогреве и достаточное количество солнечных дней, а для отопления дома еще не требуется больших затрат тепловой энергии. В холодные зимние дни солнечная тепловая энергия может лишь слегка поддерживать отопление (рассматриваем использование данной системы в применении для климатических зон основной географической части территории Украины). Доля солнечной энергии для отопления дома в зимнее время составит не более 20 % от суммарных затрат на обогрев.

Горячая вода. Летом солнечная энергия практически полностью перекрывает затраты на обеспечение горячей водой. В целом – в течение всего года солнечная энергия может покрывать около 70 % от необходимой энергии для приготовления горячей воды.

Подогрев воды в бассейне. Наиболее эффективна солнечная энергия для подогрева воды в бассейне, поскольку воду необходимо подогреть до 30 град. С.

Узнайте сколько стоит оборудование и монтаж для отопления Вашего дома!

Ответьте на 3 вопроса и получите смету и лучший вариант отопления в течение 1-2 дней.

Продолжить

2. Как рассчитать количество солнечных коллекторов?

Площадь поверхности и количество коллекторов гелиосистемы зависит не только от условий на крыше, но и от запланированного режима эксплуатации – для приготовления горячей воды, подогрева воды в бассейне и/или для поддержки отопления.

Солнечная система для приготовления горячей воды.

Чтобы рассчитать площадь солнечных коллекторов, которые используют для нагрева воды нужно исходить из следующего на одного жильца в доме:

• От 1,0 до 1,2 квадратных метров для плоских солнечных коллекторов ;
• От 0,8 до 1,0 квадратных метров для трубчатых солнечных коллекторов.

Требуемая площадь коллекторов может быть больше, если крыша имеет неблагоприятную для солнечных коллекторов ориентацию по сторонам света или затенена.

Солнечная система для поддержки отопления.

Солнечные коллекторы поддерживают обычную технологию отопления котлом или тепловым насосом бесплатным солнечным теплом. Поскольку здесь требуется больше энергии, то и площадь коллекторов должна быть больше. Ориентировочно, Вы можете исходить из следующих значений: 1 кв. м площади поверхности коллектора на 10 кв. м отапливаемой площади здания.

Площадь поверхности зависит от индивидуальных условий установки гелиосистемы и размера желаемого участия солнечной энергии в отоплении. Требования к такой системе могут сильно отличаться, поэтому необходим точный расчет.

Солнечная система для подогрева воды в бассейне.

Для подогрева воды в плавательном бассейне (особенно для бассейнов открытого типа) часто применяют коллекторы атмосферного типа (абсорбирующие панели). Рабочей жидкостью внутри коллектора является вода. Она подается напрямую из бассейна циркуляционным насосом, обеспечивающим подачу воды на систему фильтрации. Коллекторы атмосферного типа используют только в летнее время , а на зимний период необходимо сливать воду и проводить  «консервацию» системы. Если нужно круглогодично нагревать воду в  бассейне, тогда применяют либо плоские либо вакуумные солнечные коллекторы.

Основным параметром для подбора коллекторов для подогрева воды в бассейне является «зеркало» бассейна — площадь его поверхности. У каждого производителя есть рекомендации по определению количества коллекторов на единицу площади. Например, для плоских коллекторов Buderus Logasol SKT 1.0 для подогрева 5,5 кв. м бассейна необходим один коллектор. Для коллекторов атмосферного типа — площадь всех коллекторов должна быть равна 70% площади бассейна.

3. Какие выбрать солнечные коллекторы?

Насколько эффективно коллектор преобразует солнечную энергию в тепловую зависит от его конструкции. Бывают плоские и вакуумные солнечные коллекторы.

Плоские солнечные коллекторы

Плоские коллекторы состоят из плоского устойчивого корпуса, который покрыт прочным стеклом. Если место, где Вы планируете установить гелиосистему, ориентировано в южном, юго-западном или юго-восточном направлении, оно не затенено и его площадь достаточна для установки необходимого количества солнечных коллекторов, то плоские коллекторы будут хорошим выбором – они дешевле трубчатых, более компактны и легче вписываются в дизайн здания.

Вакуумные (трубчатые) солнечные коллекторы

Вакуумные коллекторы состоят из множества стеклянных трубок, которые соединены между собой при помощи коллектора. Такие коллекторы эффективнее плоских – необходима меньшая площадь коллекторов для получения одинакового количества энергии. Если условия на Вашей крыше не оптимальны или пространство ограничено, тогда лучше выбрать вакуумные коллекторы.

Коллекторы атмосферного типа

Коллекторы атмосферного типа изготавливают из пластика, устойчивого к ультрафиолету, стекла или нержавеющей стали. Теплоносителем является вода.

4. Какое выбрать место для установки солнечных коллекторов?

Используемая солнечная энергия сильно зависит от угла падения. Падение солнечных лучей на поверхность солнечных коллекторов под углом 90 градусов было бы идеальным, но это не возможно из-за наклона оси земли по отношению к горизонтально смонтированной системе. Поэтому важен угол установки солнечных коллекторов. В идеале солнечные коллекторы должны быть ориентированы на юг с наклоном 35-45.

• Для отопления угол наклона солнечных коллекторов должен составлять от 45 до 50 ° С, так как более крутой угол повышает производительность системы в зимние месяцы.
• Для приготовления горячей воды летом, из-за более высокого положения солнца, подходит более плоский наклон. В летние месяцы угол монтажа 35 ° С приводит к увеличению мощности примерно на двенадцать процентов по сравнению с горизонтальным монтажом.

Для установки на крыше угол наклона обычно определяется наклоном крыши. В случае плоской крыши наклон можно создать специальными опорами. Если ориентация на юг невозможна по каким-то причинам, то можно установить солнечные коллекторы на восточной или западной стороне крыши, но нужно учесть, что потеря мощности составит до 25 % от южного варианта.

Эффективность установки на западной стороне несколько лучше восточной из-за более высокой температуры наружного воздуха, которая характерна во второй половине дня, но эта разница настолько мала, что в случае выбора приоритетным является более короткий путь в котельную, чтобы снизить потери при транспортировке тепла по трубопроводам.

5. С каким оборудованием комбинировать гелиосистему?

Поскольку солнечная тепловая система в Украине не может использоваться круглый год, то всегда необходим альтернативный источник тепла. В некоторых случаях может быть более целесообразным использовать солнечную тепловую энергию только для приготовления горячей воды. Дополнительным источником тепла может быть пеллетный, газовый или электрический котел, тепловой насос. Выбор зависит от Вашего бюджета и местных условий.

Комбинируем с пеллетным котлом.

Хорошая комбинация гелиосистемы и пеллетного котла – обе системы требуют наличия буферной емкости, поэтому их можно оптимально сочетать. В качестве альтернативы вместо пеллетного можно использовать и другие котлы на твердом топливе.  Комбинированная система с тепловым насосом или электрокотлом – также для обеих систем требуется буферная емкость для максимально эффективного использования, например, в ночное время для двухтарифного счетчика электроэнергии. В сочетании с солнечной тепловой системой затраты на отопление (которые фактически являются частью затрат на электроэнергию) могут быть уменьшены, но лучшей альтернативой является сочетание фотоэлектрической системы и теплового насоса.

Комбинируем с газовым котлом.

Газ сравнительно недорогой вид топлива, по сравнению с электричеством поэтому экономическая выгода при использовании совместно с гелиосистемой для отопления не столь существенна. Если есть газ, то чаще используют солнечные коллекторы только для приготовления горячей воды.

Комбинируем с тепловым насосом.

Тепловой насос в комбинации с солнечными коллекторами существенно снизит затраты на отопление и приготовление горячей воды.

6. Зачем нужна буферная емкость?

Особенно при интенсивном солнечном излучении потребление тепла в доме часто не соответствует количеству энергии, полученной с крыши – оно, как правило, самое высокое, когда нет необходимости в отоплении помещений или нагреве горячей воды. Для восстановления баланса и нужна буферная емкость, которая поглощает избыточную энергию и хранится для использования с задержкой по времени.

• Размер буферной емкости для отопления. Необходимо запланировать объем для хранения воды, считается идеальным 60-70 литров емкости на каждый киловатт необходимой тепловой мощности. Хорошо изолированные емкости способны удерживать тепло в течение нескольких дней.
• Размер буферной емкости для приготовления горячей воды — от 60 до 80 литров на человека.

Стоимость буферной емкости зависит от размера и назначения и составляет от 500 евро до 1200 евро. Если буферная емкость используется как для хранения воды для отопления, так и для производства горячей воды, то такая емкость стоит дороже.

7. Какие компоненты еще нужны для гелиосистемы?

Солнечные тепловые коллекторы и буферная емкость являются не единственными компонентами гелиосистемы. Гелиосистема включает в себя:

• Солнечные коллекторы
• Буферная емкость для отопления, если система используется для отопления
• Буферная емкость для горячей воды
• Трубопроводы
• Система безопасности для безопасной эксплуатации гелиосистемы
• Насосы для гелиосистемы
• Крепежный материал и вспомогательное оборудование (контрольно-измерительные приборы, автоматика для управления, запорная арматура и пр.)

Гелиосистема под ключ от компании Диатек

Для того, чтобы Ваша система работала эффективно необходимо учесть множество факторов – режим эксплуатации, условия для монтажа системы, возможная нагрузка на крышу и др. Поэтому важно найти компанию, которой Вы сможете доверить создание такой системы, чтобы в будущем у Вас не возникло проблем с ее эксплуатацией.

Наша компания имеет опыт проектирования и установки солнечных систем. Мы подходим к работе скрупулезно и ответственно – гарантия на наши работы составляет 5 лет. Укажите Ваши пожелания в форме ниже, чтобы мы могли в течение дня подготовить и выслать Вам по электронной почте укрупненное предложение на гелиосистему для оценки ее ориентировочной стоимости для планирования Вашего бюджета на строительство дома.

Или позвоните нашему эксперту Потупчику Игорю по телефону (097) 449 33 50 (Киевстар) или (050) 479 88 35 (МТС).

Подобрать оборудование для гелиосистемы

Солнечные коллекторы для отопления | SolarSoul.net ☀️

 Гелиосистемы | Солнечная энергия

В Европейских странах гелиосистемы для отопления используют в 50% от общего количества установленных солнечных систем. Однако следует понимать, что гелиосистемы используют лишь для поддержки отопления и экономии основного энергоресурса, поскольку потребность в тепле значительно превышает выработку энергии солнечными коллекторами в отопительный период в нашей климатической зоне.

Основные предпосылки к использованию гелиосистемы для отопления дома:

• Развитие технологий энергоэффективного строительства. Благодаря этому снижается тепловая нагрузка здания и вклад солнечной энергии может быть более ощутим.
• Постоянно растущие тарифы на ископаемые энергоносители.
• Всё большая доступность и популярность солнечных систем. Технология удешевляется поэтому по сравнению с предыдущими годами установка гелиосистемы для отопления становится всё более рентабельна.
• Экологическая ответственность. Общемировой тренд сокращения вредных выбросов и устойчивого развития подкреплённый мировыми стратегиями.
• Появление новых технологий. Множество производителей предлагают решения благодаря которым можно оптимизировать первоначальные затраты и увеличить срок службы гелиосистем.

Наиболее распространенным является использование гелиосистем с суточной аккумулированием тепловой энергии. Недостатком гелиосистем для поддержки отопления с суточным аккумулированием являются невозможность использовать излишки тепла в летнее время. Выходом из данной ситуации может быть использование сезонного аккумулирования. Однако такую установку достаточно сложно реализовать на практике из-за необходимости обустройства огромных накопительных емкостей (объемом от 10 м³). Такие емкости закапывают под землю или строят специальный резервуар из бетона. Поэтому в подавляющем большинстве, в Европе гелиосистемы для отопления устанавливаются именно с суточным аккумулированием.

Варианты реализации гелиосистемы для поддержки отопления

Гелиосистема для отопления дома состоит из солнечных коллекторов, труб гелиоконтура и  бака аккумулятора. Такие баки могут быть комбинированными с отдельным встроенным внутренним баком для ГВС или отдельными.

Варианты схем реализации гелиосистемы с поддержкой отопления с суточным аккумулированием энергии

Объем таких баков аккумуляторов рассчитывается исходя из количества гелиоколлекторов, и ни в коем случае не определяется от объема теплоносителя в отопительной системе. В среднем это значение равно 75 л на один метр квадратный площади абсорбера солнечных коллекторов.

Следует так же отметить, что для максимального эффекта применения гелиосистемы для отопления, необходимо использовать низкотемпературные отопительные приборы такие как тёплый пол и т.д. Чем ниже рабочая температура гелиосистемы, тем выше её КПД.

Зависимость КПД гелиосистемы от типа системы отопления
Оптимальный рабочий диапазон для системы теплоснабжения 30–40 °C, что соответствует температурному графику теплых полов.

Пример: гелиосистема для отопления дома 200 м² в г. Киев

Рассмотрим пример, когда гелиосистема для отопления устанавливаются в доме с площадью 200 м². Контур распределения энергии комбинированный: радиаторы и теплые полы. Все расчеты горячего водоснабжения проводятся с учетом потребностью 200 литров воды с температурой 55 °С в сутки.

Количество затраченного тепла сильно зависит от качества утепления дома. К примеру для энергопассивного дома необходимо затратить всего 30 кВт*ч тепловой энергии на один метр квадратный площади за отопительный сезон. А для слабо утепленного дома может понадобиться более 200 кВт*ч тепла на один метр квадратный площади дома за сезон.

Типичные удельные теплопотери жилого дома в зависимости от утепления

Предположим, что дом построен по современным технологиям и отвечает требованиям по энергосбережению. Средние затраты энергии на теплоснабжение за сезон — 100 кВт*ч/ м². Соответственно в среднем за отопительный сезон для системы теплоснабжения дома понадобится приблизительно =  200 м² * 100 кВт*ч/ м² = 20 000 кВт*ч тепла.

Для расчетов были выбраны плоские солнечные коллекторы фирмы Vaillant auroTHERM VFK 145V со следующими параметрами:

•  Площадь абсорбера – 2,35 м²;
•  Оптический КПД – 0,79;
•  Коэффициент тепловых потерь К₁ — 2,41 Вт/м²К;
•  Коэффициент тепловых потерь К₂ — 0,049 Вт/м²К.

Внешний вид солнечных коллекторов Vaillant

Рассмотрим три варианта гелиосистем. В первом варианте установлено 5 солнечных коллекторов с общей площадью абсорбера 11,75 м², во втором 10 коллекторов (23,5 м²) и 3-й вариант с 15 коллекторами суммарной площадью 35,25 м². Расчеты приведены для г. Киев с учетом усредненной базы данных солнечного излучения и окружающей температуры для соответствующей климатической зоны.

График выработки тепловой энергии гелиосистемой на отопление дома

Очевидно, что максимальная выработка солнечной энергии приходится в летний период года. Энергия, выработанная гелиосистемой для отопления, лишь частично покрывает потребности в тепле и практически полностью покрывает нагрузку по горячему водоснабжению.

Максимальная экономия приходится на межсезонье и незначительна в зимние месяцы года. Чем больше общая полезная площадь солнечных коллекторов, тем больше значение экономии энергоресурсов.

Диаграмма покрытия отопительной нагрузки за счет гелиосистемы

В каждом из вариантов гелиосистемы вырабатывают для отопления различное количество тепловой энергии в процентном соотношении относительно общей потребности в тепле. Основной задачей проектирования таких солнечных систем является подбор оптимального значения замещения (экономии) основного источника энергии с учетом капитальных затрат.  Для этого необходимо сопоставить затраты на установку гелиосистемы и затраты на энергоносители.

абсорберГелиосистемаотоплениесолнечный коллекторэнергосбережение

Гелиосистема отопление в Украине. Цены на гелиосистема отопление на Prom.ua

Работает

Расширительный бак 18 л для отопления и гелиосистем Flexcon Solar 18 Flamco (Нидерланды)

Доставка по Украине

3 280 грн

Купить

ФОП Питлюк Руслан Ярославович

Работает

Бак расширительный 80 л для систем отопления и гелиосистем Flexcon Solar 80 Flamco (Нидерланды)

Доставка по Украине

8 241 грн

Купить

ФОП Питлюк Руслан Ярославович

Работает

Всесезонная гелиосистема под отопление+ГВС Запорожская обл.

Доставка по Украине

213 180 грн

Купить

Интернет-магазин Altek-market

Работает

Гелиосистема Solar Log Счетчик PRO380, 3P (SL255913)

Доставка по Украине

5 342 грн

Купить

Надежный интернет-магазин «Repka. UA»

Работает

Комплект подключения/регулировки емкости и котла с тепловой интеграцией Caleffi Solarincal-T 3/4″

Доставка по Украине

12 214 грн

Купить

Теплорад

Работает

Комплект подключения/регулировки емкости и котла с тепловой интеграцией Caleffi Solarincal-T Plus 3/4″ с

Доставка по Украине

17 814 грн

Купить

Теплорад

Работает

Цифровой контроллер Caleffi DeltaSol SLL (278005)

Доставка по Украине

14 669 грн

Купить

Теплорад

Работает

Солнечный вакуумный коллектор SC-Lh4-30 (без задних опор)

Под заказ

Доставка по Украине

41 590 грн

Купить

ООО»НПП»ДОЗОР»

Работает

Всесезонная гелиосистема на основе трубчатого коллектора 150 л/сутки

Доставка по Украине

от 74 760 грн

от 67 284 грн

Купить

Еформат

Работает

Всесезонная гелиосистема на основе плоского коллектора 150 л/сутки

Доставка по Украине

от 57 540 грн/комплект

от 51 786 грн/комплект

Купить

Еформат

Работает

Всесезонная гелиосистема на основе плоского коллектора 300 л/сутки

Доставка по Украине

от 81 060 грн/комплект

от 72 954 грн/комплект

Купить

Еформат

Работает

Всесезонная гелиосистема на основе плоского коллектора 450 л/сутки

Доставка по Украине

от 111 090 грн/комплект

от 99 981 грн/комплект

Купить

Еформат

Работает

Всесезонная гелиосистема на основе плоского коллектора 1000 л/сутки

Доставка по Украине

от 222 180 грн/комплект

от 199 962 грн/комплект

Купить

Еформат

Работает

Расширительный бак для гелиосистем и систем отопления «Насосы +» VT 24 Solar

На складе

Доставка по Украине

1 868 грн

Купить

ТЕПЛОПОЛИС

Работает

Всесезонная гелиосистема на основе трубчатого коллектора 200 л/сутки

Доставка по Украине

от 99 120 грн

от 89 208 грн

Купить

Еформат

Смотрите также

Работает

Всесезонная гелиосистема на основе трубчатого коллектора 300 л/сутки

Доставка по Украине

от 120 960 грн

от 108 864 грн

Купить

Еформат

Работает

Всесезонная гелиосистема на основе трубчатого коллектора 500 л/сутки

Доставка по Украине

от 176 820 грн

от 159 138 грн

Купить

Еформат

Работает

Всесезонная гелиосистема на основе трубчатого коллектора 800 л/сутки

Доставка по Украине

от 309 120 грн

от 278 208 грн

Купить

Еформат

Работает

Циркуляционный насос Sprut GPD 32-14-220 для отопления и гелиосистем 13 м³/ч напор 14 м, 550 В

Доставка из г. Львов

12 870 грн

Купить

Sun Service — интернет-магазин

Работает

Солнечный коллектор Fondital PSHW200000 вертикальный

Доставка по Украине

17 867 грн

Купить

Теплорад

Работает

Солнечный напорный водонагреватель Suntime (ST-150L-15T-KC)

Доставка по Украине

23 744.40 грн

Купить

Теплорад

Работает

Предохранительный мембранный клапан для систем работающих на солнечной энергии ВВ 1/2″×3/4″×4 Caleffi Solar

Под заказ

Доставка по Украине

938 грн

Купить

ТД «Истоки М»

Работает

Предохранительный мембранный клапан для систем работающих на солнечной энергии ВВ 1/2″×3/4″×6 Caleffi Solar

Под заказ

Доставка по Украине

938 грн

Купить

ТД «Истоки М»

Работает

Предохранительный мембранный клапан для систем работающих на солнечной энергии ВВ 3/4″×1″×6 Caleffi Solar

Под заказ

Доставка по Украине

1 467. 30 грн

Купить

ТД «Истоки М»

Работает

Всесезонная гелиосистема Altek SC-Lh2-30 (без опор)

Доставка по Украине

35 070 грн

32 615.10 грн

Купить

SKR-GROUP

Работает

Всесезонная гелиосистема Altek SC-Lh3-10 с опорой

Доставка по Украине

19 850 грн

18 460.50 грн

Купить

SKR-GROUP

Работает

Всесезонная гелиосистема Altek SC-Lh3-30 (без опор)

Доставка по Украине

38 840 грн

36 121.20 грн

Купить

SKR-GROUP

Работает

Солнечный безнапорный водонагреватель STS (STS-100L-10T-KC)

Доставка по Украине

16 503.20 грн

Купить

Теплорад

Работает

Солнечный безнапорный водонагреватель STS (STS-250L-25T-KC)

Доставка по Украине

29 680.50 грн

Купить

Теплорад

Солнечные системы горячего водоснабжения и отопления

Опубликовано: 15 февраля 2017 г.

1600

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

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

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

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

Принципиальная конструкция

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

– солнечные коллекторы;

– насосный модуль с группой безопасности;

– трубопровод;

– контроллер;

– водяной бак-аккумулятор;

– дублирующий источник энергии.

Рис. 1. Принципиальная схема гелиосистемы теплоснабжения

Рис. 2. Система теплоснабжение коттеджа, включающая гелиоколлектор.

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

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

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

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

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

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

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

Трубчатый коллектор

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

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

Рис. 4. Трубчатый солнечный коллектор

Схема работы трубчатого коллектора следующая:

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

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

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

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

Плоские солнечные коллекторы

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

Рис. 5. Плоский солнечный коллектор

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

Вакуумированные коллекторы

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

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

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

Рис. 6. Вакуумные трубки солнечного коллектора

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

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

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

Основное же преимущество вакуумных коллекторов – эффективность при минусовых температурах.

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

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

Рис. 7. Вакуумный коллектор прямого нагрева

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

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

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

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

Рис. 8. Вакуумный  коллектор непрямого нагрева

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

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

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

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

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

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

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

Воздушные коллекторы

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

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

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

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

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

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

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

Статьи, Журнал «Аква-Терм»

Поделиться:

вернуться назад

Безопасная «поквартирка»
Электрические накопительные водонагреватели Haier. Инновации и комфорт
Варианты отопления газовым конвектором
Кондиционирование и безопасность

Активное солнечное отопление | Министерство энергетики

Энергосбережение

Изображение

Активные системы солнечного отопления используют солнечную энергию для нагрева жидкости — жидкости или воздуха — и затем передают солнечное тепло непосредственно во внутреннее пространство или в систему хранения для последующего использования. Если солнечная система не может обеспечить адекватный обогрев помещения, вспомогательная или резервная система обеспечивает дополнительное тепло. Жидкостные системы чаще используются, когда предусмотрено хранение, и они хорошо подходят для систем лучистого отопления, бойлеров с радиаторами горячей воды и даже абсорбционных тепловых насосов и охладителей. Как жидкостные, так и воздушные системы могут дополнять системы с принудительной подачей воздуха.

Жидкостное активное солнечное отопление

Солнечные коллекторы жидкости лучше всего подходят для центрального отопления. Они такие же, как те, которые используются в системах солнечного нагрева воды для бытовых нужд. Плоские коллекторы являются наиболее распространенными, но также доступны вакуумные трубчатые и концентрирующие коллекторы. В коллекторе теплоноситель или «рабочая» жидкость, такая как вода, антифриз (обычно нетоксичный пропиленгликоль) или другой тип жидкости, поглощает солнечное тепло. В соответствующее время контроллер включает циркуляционный насос для перемещения жидкости через коллектор.

Жидкость течет быстро, поэтому ее температура увеличивается только на 10–20 °F (5,6–11 °C) по мере прохождения через коллектор. Нагрев меньшего объема жидкости до более высокой температуры увеличивает потери тепла от коллектора и снижает эффективность системы. Жидкость поступает либо в резервуар для хранения, либо в теплообменник для немедленного использования. Другие компоненты системы включают трубопроводы, насосы, клапаны, расширительный бак, теплообменник, накопительный бак и элементы управления.

Расход зависит от теплоносителя. Чтобы узнать больше о типах жидких солнечных коллекторов, их размерах, техническом обслуживании и других вопросах, см. Солнечный нагрев воды.

Сохранение тепла в жидких системах

Жидкостные системы аккумулируют солнечное тепло в резервуарах с водой или в кладочной массе системы излучающих плит. В системах хранения резервуарного типа тепло от рабочей жидкости передается распределительной жидкости в теплообменнике снаружи или внутри резервуара.

Резервуары находятся под давлением или без давления, в зависимости от общей конструкции системы. Прежде чем выбрать накопительный бак, учитывайте стоимость, размер, долговечность, где его разместить (в подвале или на улице) и как его установить. Возможно, вам придется построить резервуар на месте, если резервуар необходимого размера не пройдет через существующие дверные проемы. Резервуары также имеют ограничения по температуре и давлению и должны соответствовать местным строительным, сантехническим и механическим нормам. Вы также должны отметить, какая изоляция необходима для предотвращения чрезмерных потерь тепла, и какое защитное покрытие или герметизация необходимы для предотвращения коррозии или утечек.

В системах с очень большими объемами хранения могут потребоваться специальные или нестандартные резервуары. Обычно это нержавеющая сталь, стекловолокно или высокотемпературный пластик. Бетонные и деревянные (джакузи) резервуары также являются вариантами. Каждый тип резервуара имеет свои преимущества и недостатки, и все типы требуют тщательного размещения из-за их размера и веса. Может оказаться более практичным использовать несколько небольших резервуаров, а не один большой. Самый простой вариант системы аккумулирования – использование стандартных бытовых водонагревателей. Они соответствуют строительным нормам и требованиям к сосудам под давлением, имеют антикоррозийное покрытие и просты в установке.

Распределение тепла для жидкостных систем

Для распределения солнечного тепла можно использовать теплый пол, плинтусы или радиаторы с подогревом воды или центральную систему принудительной вентиляции. В системе лучистого пола нагретая солнцем жидкость циркулирует по трубам, встроенным в пол из тонких бетонных плит, которые затем излучают тепло в помещение. Лучистый теплый пол идеально подходит для жидкостных солнечных систем, поскольку он хорошо работает при относительно низких температурах. Тщательно спроектированная система может не нуждаться в отдельном баке для хранения тепла, хотя в большинстве систем они предусмотрены для контроля температуры. Обычный котел или даже стандартный бытовой водонагреватель может обеспечивать резервное тепло. Плита обычно отделана плиткой. Системам излучающих плит требуется больше времени для обогрева дома с «холодного старта», чем другим типам систем распределения тепла. Однако, когда они работают, они обеспечивают постоянный уровень тепла. Ковры и коврики снижают эффективность системы. Дополнительную информацию см. в разделе лучистое отопление.

Плинтусы и радиаторы с подогревом воды требуют воды температурой от 71° до 82°C (от 160° до 180°F) для эффективного обогрева помещения. Как правило, плоские коллекторы жидкости нагревают перекачиваемую и распределяющую жидкость до температуры от 90° до 120°F (от 32° до 49°C). Таким образом, использование плинтусов или радиаторов с системой солнечного отопления требует, чтобы площадь поверхности плинтуса или радиаторов была больше, температура нагреваемой солнцем жидкости повышалась за счет резервной системы или среднетемпературного солнечного коллектора (например, вакуумного коллектора). трубчатый коллектор) можно заменить плоским коллектором.

Существует несколько вариантов включения жидкостной системы в систему воздушного отопления. Базовая конструкция заключается в размещении жидкостно-воздушного теплообменника или нагревательного змеевика в главном возвратном канале комнатного воздуха до того, как он попадет в печь. Воздух, возвращающийся из жилого помещения, нагревается, проходя над нагретой солнечным светом жидкостью в теплообменнике. Дополнительное тепло подается по мере необходимости от печи. Змеевик должен быть достаточно большим, чтобы передавать достаточное количество тепла воздуху при самой низкой рабочей температуре коллектора.

Вентиляция

Солнечные системы воздушного отопления используют воздух в качестве рабочей жидкости для поглощения и передачи солнечной энергии. Солнечные коллекторы воздуха могут напрямую обогревать отдельные помещения или потенциально могут предварительно нагревать воздух, поступающий в вентилятор с рекуперацией тепла или через воздушный змеевик теплового насоса с источником воздуха.

Воздушные коллекторы производят тепло раньше и позже в течение дня, чем жидкостные системы, поэтому они могут производить больше полезной энергии в течение отопительного сезона, чем жидкостные системы того же размера. Также, в отличие от жидкостных систем, воздушные системы не замерзают, а небольшие протечки в коллекторе или распределительных каналах не вызовут значительных проблем, хотя и ухудшат работу. Однако воздух является менее эффективным теплоносителем, чем жидкость, поэтому солнечные коллекторы воздуха работают с меньшей эффективностью, чем солнечные коллекторы жидкости.

Хотя некоторые ранние системы пропускали нагретый солнцем воздух через скальное ложе в качестве накопителя энергии, этот подход не рекомендуется из-за связанной с этим неэффективности, потенциальных проблем с конденсацией и плесенью в скальном ложе, а также воздействия влаги и плесень влияет на качество воздуха в помещении.

Солнечные коллекторы воздуха часто встраивают в стены или крыши, чтобы скрыть их внешний вид. Например, в черепичную крышу могут быть встроены воздушные пути для использования тепла, поглощаемого черепицей.

Обогреватели воздуха в помещении

Воздухосборники могут быть установлены на крыше или наружной (южной) стене для обогрева одного или нескольких помещений. Несмотря на то, что доступны заводские коллекторы для установки на месте, люди, которые делают это своими руками, могут построить и установить свой собственный воздушный коллектор. Простой коллектор оконного обогревателя можно сделать за несколько сотен долларов.

Коллектор имеет герметичный и изолированный металлический каркас и черную металлическую пластину для поглощения тепла с остеклением перед ней. Солнечное излучение нагревает пластину, которая, в свою очередь, нагревает воздух в коллекторе. Электрический вентилятор или воздуходувка вытягивает воздух из помещения через коллектор и нагнетает его обратно в помещение. Крышные коллекторы требуют воздуховодов для подачи воздуха между помещением и коллектором. Настенные коллекторы размещаются непосредственно на стене, выходящей на юг, и в стене прорезаются отверстия для входа и выхода воздуха коллектора.

Простые «коллекторы оконных коробок» встраиваются в существующий оконный проем. Они могут быть активными (с помощью вентилятора) или пассивными. В пассивных типах воздух поступает снизу коллектора, по мере нагрева поднимается вверх и поступает в помещение. Дефлектор или заслонка не дает комнатному воздуху поступать обратно в панель (обратное термосифонирование), когда не светит солнце. Эти системы обеспечивают только небольшое количество тепла, потому что площадь коллектора относительно мала.

Коллекторы испаряемого воздуха

Коллекторы вытяжного воздуха используют простую технологию для улавливания солнечного тепла для обогрева зданий. Коллекторы состоят из темных перфорированных металлических пластин, установленных на южной стене здания. Между старой стеной и новым фасадом создается воздушное пространство. Темный внешний фасад поглощает солнечную энергию и быстро нагревается в солнечные дни, даже когда снаружи холодно.

Вентилятор или воздуходувка втягивает вентиляционный воздух в здание через крошечные отверстия в коллекторах и вверх через воздушное пространство между коллекторами и южной стеной. Солнечная энергия, поглощаемая коллекторами, нагревает воздух, проходящий через них, на целых 40°F. В отличие от других технологий обогрева помещений, коллекторы вытяжного воздуха не требуют дорогостоящего остекления.

Коллекторы вытяжного воздуха лучше всего подходят для больших зданий с высокой вентиляционной нагрузкой, что делает их непригодными для современных плотно закрытых домов. Тем не менее, небольшие коллекторы испаряемого воздуха могут использоваться для предварительного нагрева воздуха, поступающего в вентилятор с рекуперацией тепла, или могут нагревать воздушный змеевик на воздушном тепловом насосе, повышая его эффективность и уровень комфорта в холодные дни. Однако в настоящее время нет информации о рентабельности использования коллектора выдыхаемого воздуха таким образом.

Экономика и другие преимущества активных систем солнечного отопления

Активные системы солнечного отопления наиболее рентабельны в холодном климате с хорошими солнечными ресурсами, когда они заменяют более дорогие виды топлива для отопления, такие как электричество, пропан и нефть. Некоторые штаты предлагают освобождение от налога с продаж, кредиты или вычеты по подоходному налогу, а также освобождение или вычеты от налога на имущество для систем солнечной энергии. Здесь можно добавить предложение: Список стимулов для энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, включая активную солнечную тепловую энергию, доступен на сайте DSIRE.

Стоимость активной солнечной системы отопления будет варьироваться. На имеющиеся в продаже коллекторы распространяется гарантия 10 и более лет, и они легко прослужат десятилетиями дольше. Экономика активной системы отопления помещений улучшается, если она также нагревает воду для бытовых нужд, потому что в противном случае неиспользуемый коллектор может нагревать воду летом.

Отопление дома с помощью активной системы солнечной энергии может значительно сократить расходы на топливо зимой. Солнечная система отопления также уменьшит загрязнение воздуха и парниковые газы, возникающие в результате использования ископаемого топлива для отопления или производства электроэнергии.

Выбор и определение размеров системы солнечного отопления

Выбор подходящей системы солнечной энергии зависит от таких факторов, как местоположение, дизайн и потребности в отоплении вашего дома. Местные соглашения могут ограничивать ваши возможности; например, ассоциации домовладельцев могут запретить вам устанавливать солнечные коллекторы в определенных частях вашего дома (хотя многим домовладельцам удалось оспорить такие соглашения).

Местный климат, тип и эффективность коллектора(ов) и площадь коллектора определяют, сколько тепла может обеспечить система солнечного отопления. Обычно наиболее экономично проектировать активную систему, обеспечивающую от 40% до 80% потребности дома в отоплении. Системы, обеспечивающие менее 40% тепла дома, редко бывают рентабельными, за исключением случаев использования солнечных коллекторов для обогрева воздуха, которые обогревают одну или две комнаты и не требуют накопления тепла. Хорошо спроектированный и изолированный дом, в котором используются методы пассивного солнечного отопления, потребует меньшей и менее дорогостоящей системы отопления любого типа и может нуждаться в очень небольшом дополнительном тепле, кроме солнечного.

Помимо того факта, что разработка активной системы для подачи достаточного количества тепла в течение 100% времени, как правило, нецелесообразна или экономически неэффективна, большинство строительных норм и правил и ипотечных кредиторов требуют наличия резервной системы отопления. Дополнительные или резервные системы поставляют тепло, когда солнечная система не может удовлетворить потребности в отоплении. Резервные копии могут варьироваться от дровяной печи до обычной системы центрального отопления.

Строительные нормы, соглашения и правила для систем солнечного отопления

Прежде чем устанавливать солнечную энергетическую систему, вы должны изучить местные строительные нормы и правила, постановления о зонировании и соглашения о подразделении, а также любые специальные правила, относящиеся к месту. Вам, вероятно, потребуется разрешение на строительство, чтобы установить систему солнечной энергии в существующем здании.

В то время как большинство сообществ и муниципалитетов приветствуют жилые установки возобновляемой энергии, есть несколько, для которых системы возобновляемой энергии являются сравнительной новинкой, и поэтому они, возможно, не упомянули их в своих кодексах. Вы должны соблюдать существующие строительные и разрешительные процедуры для установки вашей системы.

Вопросы строительных норм и правил зонирования для установки солнечной системы обычно решаются на местном уровне. Даже если в штате действуют строительные нормы и правила, ваш город, округ или округ обычно соблюдает их. Общие проблемы, с которыми домовладельцы столкнулись со строительными нормами, включают следующее:

• Превышение нагрузки на крышу
• Недопустимые теплообменники
• Неправильная проводка
• Незаконное вмешательство в систему снабжения питьевой водой.

Потенциальные проблемы зонирования включают следующее:

• Загромождение боковых дворов
• Установка незаконных выступов на крышах
• Установка системы слишком близко к улицам или границам участков.

Особые нормативные акты, такие как соглашения местного сообщества, подразделения или ассоциации домовладельцев, также требуют соблюдения. Эти соглашения, правила исторического района и положения о поймах можно легко упустить из виду. Чтобы узнать, что необходимо для соблюдения требований местного законодательства, свяжитесь с отделами по зонированию и контролю за строительством в вашей местной юрисдикции, а также с любыми соответствующими домовладельцами, подразделениями, соседями и/или общественными ассоциациями.

Элементы управления для систем солнечного отопления

Органы управления солнечными системами отопления обычно более сложны, чем обычные системы отопления, поскольку они должны анализировать больше сигналов и управлять большим количеством устройств (включая обычную резервную систему отопления). Солнечные элементы управления используют датчики, переключатели и/или двигатели для управления системой. Система использует другие элементы управления для предотвращения замерзания или чрезмерно высоких температур в коллекторах.

Сердцем системы управления является дифференциальный термостат, который измеряет разницу температур между коллекторами и накопителем. Когда коллекторы на 10–20 °F (от 5,6 ° до 11 °C) теплее, чем накопительный блок, термостат включает насос или вентилятор для циркуляции воды или воздуха через коллектор для нагрева накопительной среды или дома.

Работа, производительность и стоимость этих элементов управления различаются. Некоторые системы управления контролируют температуру в различных частях системы, чтобы определить, как она работает. Самые сложные системы используют микропроцессоры для управления и оптимизации теплопередачи и доставки тепла в хранилище и зоны дома.

Можно использовать солнечную панель для питания низковольтных вентиляторов постоянного тока (постоянного тока) (для коллекторов воздуха) или насосов (для коллекторов жидкости). Выходная мощность солнечных панелей соответствует доступному притоку солнечного тепла к солнечному коллектору. При тщательном выборе размеров скорость вентилятора или насоса оптимизируется для эффективного поглощения солнечной энергии рабочей жидкостью. При слабом солнечном свете скорость вентилятора или насоса низкая, а при сильном солнечном свете они работают быстрее.

При использовании с комнатным воздухосборником отдельные элементы управления могут не потребоваться. Это также гарантирует, что система будет работать в случае отключения электроэнергии. Солнечная энергетическая система с аккумуляторной батареей также может обеспечивать питание для работы системы центрального отопления, хотя это дорого для больших систем.

Установка и обслуживание вашей системы солнечного отопления

Насколько хорошо работает активная солнечная энергетическая система, зависит от правильного выбора места, конструкции системы и установки, а также от качества и долговечности компонентов. Современные коллекторы и элементы управления отличаются высоким качеством, но поиск опытного подрядчика, который сможет правильно спроектировать и установить систему, может оказаться сложной задачей.

После установки системы ее необходимо надлежащим образом обслуживать, чтобы оптимизировать ее работу и избежать поломок. Разные системы требуют разных типов обслуживания, и вам следует настроить календарь, в котором перечислены задачи обслуживания, которые производители компонентов и установщики рекомендуют для вашей установки.

Большинство солнечных водонагревателей автоматически покрываются страховым полисом вашего домовладельца. Однако повреждений от замерзания, как правило, нет. Свяжитесь со своей страховой компанией, чтобы узнать, какова ее политика. Даже если ваш провайдер покроет вашу систему, лучше сообщить ему в письменной форме о том, что вы являетесь владельцем новой системы.

• Учить больше

• Домашние системы отопления

Солнечное отопление | Солнечное отопление | Солнечное лучистое отопление

Обзор

Солнечные системы отопления помещений — это эффективный и превосходный способ сократить дорогостоящие счета за электроэнергию во время отопительного сезона.

Солнечный обогреватель работает вместе с вашей существующей системой отопления, чтобы использовать солнечную энергию для сокращения потребления нефти, пропана или других ископаемых видов топлива.

Традиционно используемые с солнечными вакуумными трубчатыми коллекторами, эти системы обеспечивают бесплатное солнечное отопление для вашего дома во всей системе отопления. Эти солнечные системы отопления также можно комбинировать с нашим сверхвысокоэффективным чиллером с тепловым насосом постоянного тока с инвертором постоянного тока, готовым к использованию солнечной энергии.

Преимущества солнечного отопления помещений

Средняя американская семья тратит более 2000 долларов в год на отопление. Системы отопления, работающие на ископаемом топливе, таком как нефть, пропан и природный газ, будут продолжать дорожать.

Используя солнечную систему отопления помещений, вы можете воспользоваться бесплатной, обильной энергией солнца, чтобы обогреть свой дом бесплатно. Отопление вашего дома с помощью солнечной системы отопления может значительно сократить ваши зимние счета за топливо. Еще одним отличным преимуществом является то, что система солнечного отопления также нагревает горячую воду для бытовых нужд.

Солнечная система отопления помещений также снизит уровень загрязнения воздуха и парниковых газов, возникающих в результате использования ископаемых видов топлива, таких как нефть, пропан и другие нефтепродукты.

Поскольку наши коллекторы сертифицированы, протестированы и сертифицированы SRCC, ваша система солнечного отопления также имеет право на получение различных скидок и финансовых поощрений, таких как федеральный налоговый кредит в размере 30%. Полный список поощрений в вашем регионе можно найти на сайте www.dsireusa.org или связаться с нами сегодня.

Как работает солнечная система отопления помещений

(1) Солнечная система отопления помещений работает с вашей существующей водяной (горячей водой) системой отопления. Солнечные коллекторы циркулируют жидкость, обычно кукурузный гликоль, через солнечную батарею, где она нагревается, а затем возвращается в резервуар для хранения солнечной энергии.

(2) По мере циркуляции нагретой жидкости через накопительный бак вода в накопительном баке нагревается. Температура в резервуаре может достигать от 130F до 175F.

(3) Горячая вода, которая используется в вашей существующей системе отопления, например, в системе лучистого пола, циркулирует через теплообменник в накопительном баке.

Проходя через теплообменник, вода нагревается, а затем возвращается в вашу систему отопления.

Эффективно отключает систему отопления или значительно сокращает время ее работы. Теперь ваш дом обогревается бесплатной энергией солнца.

(4) Дополнительный теплообменник часто используется с солнечными батареями для отопления помещений, а также для обеспечения горячей водой для бытовых нужд. Это особенно эффективно в летние месяцы, когда система отопления не работает.

Это всего лишь один пример системы солнечного отопления. Эти системы часто разрабатываются в соответствии с вашим конкретным приложением и домом и могут использоваться для обеспечения тепла других систем, например, для бассейна.

Для более крупных коммерческих систем отопления или кондиционирования воздуха посетите наш коммерческий раздел.

 

Области применения

Солнечные системы отопления помещений могут применяться в различных системах отопления домов и являются эффективным способом значительного снижения ежемесячных затрат на электроэнергию.

Ниже приведены некоторые из наиболее популярных приложений для использования солнечной энергии для обогрева дома.

Солнечное отопление с лучистыми полами

Поскольку лучистый пол использует воду низкой и средней температуры для непосредственного обогрева помещения, это одна из самых простых и экономичных систем для использования в сочетании с системой солнечного отопления помещений.

В большинстве систем теплого пола в качестве источника тепла используется вода с температурой от 90 до 120F, которая циркулирует по вашим этажам. Солнечная система отопления легко обеспечивает температуру воды свыше 140F, что делает ее идеальным решением.

Размеры солнечной системы нагрева воды могут быть такими, чтобы обеспечить небольшое дополнение к вашей системе отопления, снижая ваши расходы на 20-30%, или быть намного больше, чтобы сократить до 80% ваших счетов за отопление дома. Каждая система может быть масштабирована в соответствии с вашими потребностями, целями и бюджетом. Для буферных баков лучистого отопления (теплый пол) нажмите здесь.

Солнечное отопление с низкотемпературными плинтусами

Использование системы солнечного нагрева воды в сочетании с низкотемпературными плинтусами также может быть эффективным решением проблемы роста затрат на электроэнергию.

Для большинства низкотемпературных плинтусов требуется вода температурой от 120F до 140F, которую легко может обеспечить солнечная система отопления. Обычно в таких приложениях система солнечного отопления предназначена для обеспечения домов теплом в течение дня, что снижает затраты на электроэнергию на 50% и более.

 

Солнечное отопление с системами FHA (принудительная подача горячего воздуха)

Солнечная система отопления также может использоваться в сочетании с системой FHA (принудительная подача горячего воздуха). Обычно большинство систем FHA не используют горячую воду для обогрева дома. Вместо этого они нагревают воздух электрическими обогревателями, пропаном или другим топливом.

Можно использовать солнечную систему нагрева воды, если лицензированная компания HVAC оборудует ваши воздуховоды змеевиками горячей воды. Это позволит воде, нагретой солнечной энергией, циркулировать по вашему воздуховоду, и только вентилятор системы FHA должен работать. Это может значительно сократить ваши ежемесячные затраты на электроэнергию и не сжигать пропан или другие виды топлива для обогрева дома.

Для получения дополнительной информации о системе солнечного отопления, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Пакеты

Компания Solar Panels Plus предлагает полные системы солнечного отопления для домов по всей территории США. Эти системы солнечного отопления были спроектированы и упакованы таким образом, чтобы легко интегрироваться в существующую систему отопления вашего дома и включать в себя все основные компоненты, необходимые для выработки собственного бесплатного солнечного тепла.

Эти пакеты включают следующие компоненты:

Солнечные вакуумные трубчатые коллекторы

Солнечные вакуумные трубчатые коллекторы являются основным компонентом домашней системы солнечного отопления. Вакуумные трубчатые коллекторы почти исключительно используются в системах солнечного отопления помещений из-за их высокой производительности и эффективности в холодном и пасмурном климате.

Коллекторы SPP-30A также соответствуют Закону о покупке в Америке, что позволяет вашим инвестициям приносить пользу отечественному производству.

Эти солнечные коллекторы также сертифицированы и протестированы SRCC. Эта сертификация позволяет вам получать финансовые стимулы, которые могут быть доступны в вашем штате или местности, такие как денежные скидки, гранты, налоговые льготы и многое другое. Полный список поощрений, доступных в вашем регионе, можно найти на сайте www.dsireusa.org.

Большинство систем солнечного отопления включают в себя 2-5 коллекторов, в зависимости от размера и потребностей вашего дома в отоплении. Каждая система может быть адаптирована для вашего конкретного применения и местоположения, а также ваших целей и бюджета.

Дополнительная информация о наших вакуумных трубчатых коллекторах.

Бак для хранения солнечной энергии

Бак для хранения солнечной энергии является еще одним важным компонентом любой системы солнечного отопления. Резервуар для хранения солнечной энергии хранит тепло, полученное от вакуумных трубчатых коллекторов, для использования в любое время, когда это может понадобиться.

Размер солнечного бака соответствует количеству коллекторов, а также потребности дома в тепле. Слишком маленький резервуар не будет иметь достаточного запаса тепла, а слишком большой резервуар не сможет эффективно обогревать дом и может быть непомерно дорогим.

Поэтому мы разработали резервуар для хранения солнечной энергии уникального размера, чтобы обеспечить необходимое количество тепла для вашего дома.

Эти резервуары различаются по размеру и, как правило, соответствуют имеющемуся у вас пространству, вашим целям и вашему бюджету. Они прочны, долговечны, имеют полную 10-летнюю гарантию и произведены в Америке.

Подробная информация о наших солнечных резервуарах.

Солнечный насос

Солнечный насос — еще один важный компонент вашей домашней системы солнечного отопления. Солнечный насос обеспечивает циркуляцию жидкости через ваши солнечные коллекторы и солнечный бак. Мы тщательно протестировали и отобрали насосы и насосные станции, которые подходят для всех типов и размеров систем солнечного отопления. Эти солнечные насосные станции отличаются простотой установки, длительным сроком службы, прочными материалами и высокой производительностью.

Солнечная насосная станция имеет ряд других важных компонентов, которые важны для установки и эксплуатации системы солнечного отопления помещений. Например, манометры давления и температуры включают в себя («быстро проверьте давление и температуру в контуре солнечного коллектора). Другие элементы, такие как клапаны промывки и наполнения, имеют решающее значение для активации вашей системы горячего водоснабжения.

 Все солнечные насосы в этот пакет работает напрямую в связке с солнечным контроллером. Скорость насоса и время его включения и выключения всегда контролируется солнечным контроллером. Солнечный контроллер работает напрямую с солнечным насосом, а также контролирует и регулирует насос дать вам лучшую производительность.

Дополнительная информация о наших солнечных насосах и насосных станциях.

Солнечные панели управления

Наличие хорошо спроектированных систем управления солнечными батареями имеет решающее значение для хорошо функционирующих систем солнечного отопления. Наша линейка солнечных элементов управления была тщательно протестирована и выбрана для обеспечения наилучшей производительности в системе солнечного отопления.

Эти контроллеры обеспечивают не требующую технического обслуживания работу системы солнечного отопления. Они также позволяют вам легко отслеживать и записывать, как именно работает ваша система солнечного отопления, с простым интерфейсом и удобными элементами управления.

Для серии солнечных батарей iSolar также доступны различные надстройки, позволяющие осуществлять удаленный мониторинг данных, регистрацию данных и многое другое.

Дополнительная информация о нашей серии iSolar и солнечных контроллерах .

Другие компоненты

Существует ряд других компонентов, которые необходимы для установки системы солнечного отопления. Компания Solar Panels Plus тщательно разработала предварительно упакованные системы, так что установщик солнечной энергии может быстро и профессионально установить вашу солнечную систему горячего водоснабжения без необходимости искать эти компоненты.

Готовая система солнечного отопления от компании Solar Panels Plus гарантирует более быструю и профессиональную установку. А поскольку ваш установщик тратит меньше времени на фактическую установку, это означает меньшие первоначальные затраты. Кроме того, на наши пакеты распространяется полная гарантия, чтобы вы оставались довольными дольше, а наша служба технической поддержки готова ответить на любые вопросы или проблемы, которые могут возникнуть у вас или у вашего установщика.

Дополнительная информация о наших солнечных тепловых компонентах.

Может ли моя система отопления работать на солнечной энергии?

• Дом
• Блог
• Может ли моя система отопления работать на солнечной энергии?

Отопительные системы необходимы для домов и квартир зимой, и их эксплуатационные расходы могут быть высокими в самые холодные месяцы. Тем не менее, есть много способов использовать солнечную энергию для отопления помещений и горячего водоснабжения, сокращая ваши расходы на отопление.

• Если вы не живете в отдаленном районе, инженеры-электрики обычно рекомендуют систему солнечной энергии, подключенную к сети.
• Это повышает надежность, и ваши приборы могут полагаться на электросеть, когда солнечные батареи не работают.

Эффективность солнечного отопления зависит от используемого оборудования и его конфигурации. Например, тепловой насос ENERGY STAR обеспечивает экономию электроэнергии более чем на 60 % по сравнению с резистивным нагревателем. В то время как резистивный нагреватель может отдавать только один кВтч тепла на каждый кВтч электроэнергии, тепловой насос может производить 2-4 кВтч тепла на каждый кВтч электроэнергии.

---

Экономьте на отоплении в зимние месяцы с помощью солнечной энергии.

---

Даже если в вашей системе отопления используется такое топливо, как природный газ, пропан или нефть, в ней будут электрические компоненты, такие как воздухоочистители или гидронасосы. В этих случаях солнечные панели не могут снизить прямые затраты на отопление, но они могут обеспечить электроэнергией электрические компоненты системы отопления.

Сочетание солнечных панелей с системами электрического обогрева

 

В идеале солнечные панели должны сочетаться с высокоэффективным тепловым насосом, так как это максимизирует нагрев, достигаемый за киловатт-час. Нагреватель сопротивления менее эффективно преобразует электричество в тепло, что означает две вещи:

• Вам понадобится больше солнечных батарей, чтобы компенсировать расходы на отопление.
• Вы должны больше полагаться на местные коммунальные службы, так как солнечная энергия используется менее эффективно.

Предположим, вы живете в городе, где тариф на электроэнергию для населения составляет 16 центов/кВтч. Если вы потребляете 1000 кВт·ч с помощью электрического нагревателя сопротивления, вам выставляется счет в размере 160 долларов США, и вы получаете 1000 кВт·ч тепла. Однако тепловой насос будет производить более 2500 кВтч тепла при тех же затратах и ​​потреблении. Такая же мощность нагрева обошлась бы в 400 долларов с нагревателем сопротивления.

То же самое относится и к солнечным панелям: выходная мощность 1000 кВтч сэкономит вам всего 160 долларов США, если вы используете электрический нагреватель сопротивления, но ваша экономия увеличится до 400 долларов США при сочетании солнечных панелей с эффективным тепловым насосом.

Использование солнечных коллекторов для горячей воды

Другим вариантом является использование солнечного света непосредственно для нагрева воды с солнечным коллектором, и эту систему можно комбинировать с солнечными панелями. Однако между ними есть важные различия:

• Электроэнергия, вырабатываемая солнечными панелями, может использоваться для любых бытовых приборов, а не только для тепловых насосов или нагревателей сопротивления.
• Солнечный коллектор производит только горячую воду. Его можно использовать напрямую или циркулировать по трубам отопления помещений.

В домах с достаточным пространством целесообразно использовать как солнечные панели, так и коллекторы горячей воды. Однако, когда пространство ограничено, солнечные батареи, как правило, являются лучшим вложением: их электричество может использоваться любым устройством, и они также могут покрывать расходы на кондиционирование воздуха летом.

Тепловые насосы также доступны для систем горячего водоснабжения, и они обладают многими преимуществами по сравнению с водонагревателями на основе сопротивления. Если избыточное электричество от солнечных батарей используется для питания теплового насоса и хранения горячей воды, вы можете использовать его ночью, когда панели больше не работают.

Использование систем обогрева помещений во время отключения электричества

Во время зимнего шторма в феврале 2021 года большие районы США пострадали от отключения электроэнергии, в результате чего миллионы людей остались без отопления. Использование солнечных батарей напрямую для работы системы отопления во время отключения электроэнергии нецелесообразно по нескольким причинам:

• Они не производят электричество ночью, именно тогда, когда наступают самые низкие температуры.
• Учтите, что зимние бури приносят пасмурную погоду, что снижает производительность солнечных батарей даже днем.

Система отопления на солнечной энергии может быть дополнена накопителем энергии, что делает ее полезной даже во время отключения электроэнергии. В хорошо изолированном резервуаре может храниться горячая вода, а домашняя аккумуляторная система может обеспечивать электроэнергией отопление помещений, в идеале с тепловым насосом. Когда солнечные панели продуктивны, их мощность может быть использована для пополнения любого из двух накопителей.

Еще одним преимуществом данной конфигурации является то, что вы не ограничены солнечными панелями, и вы можете использовать другие источники электроэнергии. Например, если ваш тариф на электроэнергию имеет переменные цены в течение дня, вы можете заряжать батареи и хранить горячую воду после полуночи, когда взимаются самые низкие тарифы. Хотя это невозможно во время отключения электроэнергии, систему «умный дом» можно запрограммировать заранее, чтобы всегда поддерживать достаточный заряд батареи и горячую воду. Солнечные батареи используются в течение дня, а дешевое электричество используется после полуночи.

Заключение

Солнечные панели и эффективные системы отопления могут обеспечить синергию, снижая ваши затраты на электроэнергию в зимний период. Даже если у вас есть пламенный обогреватель, солнечная энергия может использоваться электрическими компонентами системы отопления. Если установка совмещена с домашней батареей и утепленным баком, можно запасать электроэнергию и горячую воду на случай отключения электроэнергии. Эта функция очень полезна, если из-за зимнего шторма в вашем регионе происходит продолжительное отключение электроэнергии.

2021 и 2022 предоставляют прекрасную возможность установить солнечные панели в США, поскольку в декабре 2020 года Конгресс продлил 26-процентную федеральную налоговую льготу на два года. Это означает, что вы получаете налоговый вычет в размере 260 долларов за каждые 1000 долларов, вложенные в солнечную энергетику.

Теги Солнечная энергия Отопление помещений Система отопления солнечные панели отопление здания

• ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСЛУГИ

—

—

—

—

—

 

Присоединяйтесь к более чем 15 000 коллегам-архитекторам и подрядчикам

Получайте советы экспертов по инженерным вопросам прямо на свой почтовый ящик. Подпишитесь на блог инженеров Нью-Йорка ниже.

© 2022 Nearby Engineers New York Engineers. Все права защищены. Правовая информация | Товарные знаки

Почему солнечные водонагреватели не пользуются большей популярностью в США?

28 октября 2020 г. — Для Гершона Гроссмана и Эда Мюррея 1978 год был важным годом. Гроссман, в то время пионер солнечной энергетики в Технионе, главном технологическом институте Израиля, открывал первую международную конференцию по применению солнечной энергии. Мюррей, идеалист, учащийся колледжа, присоединился к молодой компании по производству солнечных батарей в Сакраменто, столице Калифорнии, движимый провидческой заботой об изменении климата и, как он выразился, импульсом «спасти мир». Для обоих волнение было ощутимым. Солнечные водонагреватели хлынули на рынок, солнечная тепловая энергия продемонстрировала широкий потенциал, и эти двое были на волне.

Однако четыре десятилетия спустя они живут в двух разных мирах. В Израиле 85% домохозяйств получают горячую воду от дуд шемеш , или «солнечного котла». Но в США, несмотря на десятилетия адвокации Мюррея и других, количество домохозяйств, имеющих солнечный водонагреватель, составляет менее 1%. В Калифорнии многие люди даже не знают о существовании такой технологии.

Дефицит солнечного нагрева воды в Америке часто изображается как историческая случайность, вызванная капризами политики и сравнительно дешевым ископаемым топливом. Тем не менее, интервью с академическими и коммерческими игроками на переднем крае солнечной теплоэнергетики, а также недавний подробный отчет о программе California Solar Initiative-Thermal (CSI-T), срок действия которой истек, свидетельствуют о том, что стремление к простому « Волшебные решения для борьбы с изменением климата также сыграли значительную роль в отодвигании этой практической технологии на второй план.

Во всем мире на воду для отопления приходится 25% потребления энергии жилыми домами, в основном за счет сжигания ископаемого топлива. Солнечные водонагреватели работают без сгорания. В отличие от солнечных фотоэлектрических (PV) систем, которые преобразуют солнечный свет в электричество, солнечные тепловые системы собирают солнечную энергию в виде тепла. Солнечные водонагреватели передают это тепло воде в накопительном резервуаре. Другие источники энергии, такие как природный газ или электроэнергия из электросети, служат резервом в пасмурные дни.

Используя солнечный свет, солнечные водонагреватели могут снизить потребление топлива для нагрева воды в домашних хозяйствах на 50-70%. И Израиль — лишь одна из десятков стран с разнообразным климатом, где была развернута эта технология. Надежная производительность и широкая применимость сделали эту технологию одной из 50 лучших решений Project Drawdown в области изменения климата.

Так почему же солнечные тепловые технологии взлетели до небес в Израиле и потерпели крах в Калифорнии, поставив Гроссмана и Мюррея на такие разные жизненные пути? Пара политических решений в 1970-е и 1980-е годы оказали сильное влияние.

Война Судного дня 1973 года и последующее нефтяное эмбарго сделали энергетическую независимость вопросом национальной безопасности во всем мире, но особенно болезненно это было в странах, где не было добычи нефти. Для Израиля угроза была экзистенциальной; как однажды заметила бывший премьер-министр Израиля Голда Меир, «[Моисей] провел нас 40 лет через пустыню, чтобы привести нас к единственному месту на Ближнем Востоке, где нет нефти». В 1976 году Израиль ввел обязательное использование солнечных водонагревателей для всех новых жилых домов высотой до восьми этажей — в декабре 2019 года это требование было распространено на все жилые дома..

Для Гроссмана, ныне почетного профессора Техниона и главы Энергетического форума в Неаманском институте исследований национальной политики, использование солнечных водонагревателей имело смысл с экологической точки зрения, даже вне политической повестки дня Израиля. «Вы просто не можете спорить с цифрами о том, сколько [энергии] вы можете сэкономить, используя солнечное водонагревание вместо электрического».

Соединенные Штаты также почувствовали удар от нефтяного эмбарго и опасались исчерпания отечественной нефти. При поддержке президента Джимми Картера 1978 федеральных налоговых льгот на возобновляемые источники энергии, к 1990 году американцы установили почти 1 миллион солнечных тепловых систем, поставленных более чем 200 производителями США, включая ведущие корпорации, такие как Grumman Aerospace Corporation и Sears Roebuck.

В Израиле 85% домохозяйств получают горячую воду из дуд шемеш, или «солнечного котла». В США другая история. Фото предоставлено Янивом Хасидофом

Однако, в отличие от Израиля, приверженность Америки возобновляемым источникам энергии оказалась эфемерной. При президенте Рональде Рейгане федеральные стимулы утратили силу, что нанесло гелиотермальной отрасли сокрушительный удар. «Мы перешли от 650 компаний в Калифорнии, которые устанавливали солнечные [водонагреватели], до примерно 37 за одну ночь», — вспоминает Мюррей, который в настоящее время является президентом и главным исполнительным директором двух калифорнийских компаний, занимающихся производством, распространением и установкой солнечных тепловых систем, а также президент Калифорнийской ассоциации солнечной энергетики и систем хранения.

Недавние попытки возродить производство солнечных водонагревателей для жилых помещений имели ограниченный успех. Согласно отчету программы за декабрь 2019 года, программа CSI-T, начатая в 2010 году в качестве более крупного стимула для стимулирования солнечных установок по всему штату, была направлена ​​​​на добавление 200 000 систем, но за 10 лет было получено только 6 237 заявок на модернизацию жилых помещений. «Я мог бы повесить над входной дверью своего офиса табличку с надписью «Бесплатный нагрев воды с помощью солнечной энергии», и они, вероятно, все равно толпами держались бы подальше», — говорит Мюррей с кривой ухмылкой.

Более крупные установки для жилых комплексов, отелей и университетов, а также обогрев домашних бассейнов помогли Мюррею удержаться на плаву, несмотря на отсутствие спроса со стороны других жилых домов. По иронии судьбы, коммерческий сектор в Израиле не так силен, потому что первоначальный мандат страны распространялся только на жилую недвижимость — шаг, который Гроссман считает серьезным упущением. Действительно, Гроссман считает, что промышленный мандат может увеличить использование возобновляемых источников энергии в Израиле в пять раз.

Предельная психология возобновляемых источников энергии

Однако беды американской индустрии солнечных водонагревателей выходят далеко за рамки политики. Отрасль также сталкивается с более коварной проблемой: для среднего потребителя «переход на солнечную энергию» означает только одно: фотоэлектрическую солнечную энергию.

Солнечные тепловые технологии, включая солнечное водонагревание, обеспечивают прямой, термодинамически эффективный и экономичный метод обезуглероживания отопления. А для домохозяйств в мягком климате с низкими счетами за электроэнергию «солнечный нагрев воды может быть одним из самых простых способов… использовать возобновляемую энергию и экономить на счетах за электроэнергию», — говорится в отчете CSI-T.

Но благодаря инновациям в производстве и мощной поддержке со стороны правительства глобальный электроэнергетический сектор прорвался благодаря фотоэлектрическим солнечным батареям. Благодаря эффекту масштаба цена фотоэлектрических панелей за последнее десятилетие упала более чем на порядок. В Калифорнии дополнительные стимулы были получены за счет установленных правительством тарифов на солнечную энергию, дешевых планов финансирования и инвестиций частного сектора. И, совершив крупный переворот в отрасли, Калифорния ввела обязательное использование солнечной фотоэлектрической энергии в новых жилых домах высотой до трех этажей, начиная с 2020 года9.0003

С другой стороны, индустрия солнечных водонагревателей в Калифорнии оказалась в порочном круге низкого потребительского спроса и высоких цен. Как отмечается в отчете CSI-T: «В отличие от обычных газовых и электрических водонагревателей, которые обычно устанавливаются сантехниками, солнечные водонагреватели устанавливаются рядом фирм и государственных организаций». Другими словами, потребители должны активно искать солнечные водонагреватели, опираясь на нестандартные каналы сбыта.

Это дополнительное трение снижает потребительский спрос среди всех, кроме наиболее мотивированных потребителей, что приводит к более высоким затратам на маркетинг, которые увеличивают чистую прибыль клиента. По словам Мюррея, цены в Калифорнии еще больше усугубляются прошлыми неудачами в отрасли, которые привели к строгим, добровольным правилам во имя удовлетворения потребителей. Например, после того, как многие более дешевые солнечные водонагревательные системы замерзли во время беспрецедентного 1990 заморозили в Калифорнии, по программе CSI-T разрешили только более дорогие системы.

В общей сложности средняя стоимость солнечного водонагревателя, проданного в Калифорнии в рамках программы CSI-T, составляла 7400 долларов США по сравнению с менее чем 1000 долларов США за альтернативу, работающую на ископаемом топливе. Напротив, солнечный водонагреватель в Израиле может стоить всего 700 долларов США.

Вместо того, чтобы охватить растущий портфель технологий, доступных для решения проблемы выбросов углекислого газа, всецело удовлетворит самую человеческую потребность в «волшебных пулях».

Сегодня по-прежнему сложно вызвать интерес к солнечному теплу. Согласно отчету CSI-T об интервью с пользователями солнечных водонагревателей, «некоторые респонденты отметили, что было сложно заинтересовать других, предположив, что фотоэлектрическая энергия была настолько доминирующей в умах соседей, что нагрев воды с помощью солнечной энергии почти не воспринимался».

«Это просто обжигающий, сексуальный клип, [который] действительно очаровывает аудиторию», — говорит Мюррей.

Портфели, а не волшебные пули

Предприниматели регулярно предупреждают: «Влюбляйтесь в проблему, а не в решение». В данном случае проблема заключается в выбросах углерода, и, вопреки советам предпринимателей, отдельные правительства склонны влюбляться только в одно решение. Для Израиля, Кипра, Гавайев и других стран таким решением были солнечные водонагреватели. Для Калифорнии это фотоэлектрические солнечные батареи.

Выбирая конкретную технологию, правительства становятся жертвами концептуальной ошибки, которую научный журналист Эд Йонг недавно назвал «моногамией решений ». » (Интересно, что он утверждает, что это заблуждение также формирует реакцию правительства на Covid-19.) Вместо того, чтобы охватить растущий портфель технологий, доступных для решения проблемы выбросов углерода, идя ва-банк, мы удовлетворяем саму человеческую потребность в «волшебной пули».

Европейский «Зеленый курс» может смоделировать такой «портфельный» подход для остального мира, считает Бербель Эпп, немецкий физик, ставший журналистом, с почти двадцатилетним опытом изучения мирового рынка солнечной тепловой энергии. По словам Эппа, представители европейского рынка солнечного теплоснабжения более десяти лет лоббировали Европейскую комиссию с целью использования солнечных тепловых технологий для обезуглероживания сектора отопления. «Не знаю, сколько лет, по крайней мере, 10, потребовалось [солнечной тепловой промышленности], чтобы просто постоянно повторять предложение о том, что тепло составляет 50% нашего конечного потребления энергии в Европе. … Лоббировать в Европе было сложно, но теперь очевидно, что мы должны что-то делать для тепла». Удастся ли эти усилия обеспечить солнечным тепловым энергиям место за столом, еще неизвестно.

Для Grossman солнечные водонагреватели — первая часть израильского портфолио. Поскольку Израиль изо всех сил пытается достичь своих целей Парижского соглашения, Гроссман считает, что солнечные фотоэлектрические панели займут свое место наряду с солнечными водонагревателями на крышах Израиля.

Вернувшись в Сакраменто, Мюррей все еще борется за солнечную тепловую энергию. В этом году он лоббировал в законодательном органе Калифорнии продление недавно истекшей государственной программы субсидирования солнечной тепловой энергии еще на один год, сославшись на Covid-19 в качестве барьера. Законодательный орган не сдвинулся с места, но Мюррей клянется, что будет продолжать. Он может быть намного старше, чем он был в 1978, но идеализм еще жив.

Примечание редактора: Дина Беренбаум и Маноши Датта написали эту статью как участники Наставнической программы Ensia . Наставником проекта был Питер Фэрли.

Примечание редактора, 03.11.20: Эта история была обновлена, чтобы предоставить больше информации о текущей роли Гершона Гроссмана.

Солнечное отопление дома, Солнечное отопление дома

Солнечное водяное отопление — Статьи

Солнечное отопление дома с водяным подогревом пола или радиатором — Солнечное отопление помещений

Популярность солнечного отопления дома или солнечного отопления помещений продемонстрировала наибольший рост на рынке солнечного водонагрева , в первую очередь из-за чрезвычайно высокой эффективности и выше. рабочие температуры, которые возможны с вакуумными трубками. Солнечные вакуумные трубки работают в условиях низкой освещенности и при температурах до минус 35 градусов. Солнечное отопление дома популярно в северной части США, Канаде и Европе. Интегрируя солнечную тепловую энергию с существующей системой отопления, такой как радиатор, теплый пол или принудительное воздушное отопление, домовладелец может рассчитывать на экономию до 50% своих счетов за отопление. Поскольку домашнее тепло потребляет большую часть вашего счета за электроэнергию, его окупаемость может составлять менее 5 лет.

Основные принципы:

Солнечное отопление помещений использует солнечные вытяжные коллекторы для улавливания солнечной энергии, затем эта энергия передается в накопительный бак или бетонную площадку (в напольном отоплении). Сохраненное тепло затем интегрируется в существующую систему отопления, чтобы дополнить теплоснабжение. Большие 119-галлонные накопительные баки могут вмещать больше энергии и поэтому могут использоваться в вечернее время для подачи тепла, когда солнце не светит. Поскольку потребность в тепле возникает зимой, может потребоваться вторичный контур отвода тепла для разгрузки тепла в летние месяцы. Если у клиента есть бассейн или джакузи, избыточная тепловая энергия может передаваться летом, предоставляя покупателю бесплатное тепло в бассейне или джакузи и тепло помещения зимой. В качестве альтернативы для сброса тепла можно использовать отводящий контур, такой как подземная труба или внешний вентилятор. Геотермальная система также является идеальным способом отвода избыточного тепла летом и сохранения его в земле на зиму!

Примечание: В качестве альтернативы, летом можно закрыть или отключить тепловые трубы в качестве ручного средства отключения системы.

Поскольку солнечное отопление дома или системы отопления помещений используются в более холодных регионах, где они подвержены замерзанию, используется специальный солнечный гликоль, нагревающий жидкость, чтобы избежать повреждений, которые могут быть вызваны замерзшими трубами. Эта специальная жидкость может работать при -40 F, но также может работать при температурах до 480 F.

Мы используем специализированные резервуары для хранения солнечных батарей, которые имеют болеегаллонов накопительной емкости, способной хранить более 120 000 БТЕ (35 кВт) тепловой энергии в любое время.

Конструкция системы:

Northern Lights Солнечные системы отопления дома используют специальный солнечный накопительный бак . Эта система резервуаров-аккумуляторов позволяет накапливать солнечную энергию в течение дня и может высвобождать накопленную энергию ночью, когда спрос обычно выше. Накопительный бак также используется в качестве резервуара для горячей воды для бытовых нужд, так что солнечная энергия может обеспечивать как нагрев воды от солнечной энергии для горячего водоснабжения, так и отопление помещений в одной системе. Наша система солнечного отопления поставляется с элементом мощностью 4,5 кВт, расположенным в середине бака. Это необязательно, использует ли клиент это или нет. С помощью элемента можно обеспечить постоянную горячую воду даже в вечернее время. Эта гибридная система особенно популярна для Солнечный лучистый обогрев пола , потому что солнечная система отопления помещений может заменить потребность в котле Hydronic, поскольку нагреватель мощностью 4,5 кВт и солнечная энергия должны обеспечивать достаточно энергии или около 2000 квадратных футов солнечного обогрева. Контроллер Resol может управлять как контуром солнечного нагрева, так и вторым контуром нагрева. Этот тип интегрированного солнечного нагревателя имеет самую высокую окупаемость солнечного нагрева!

Солнечное отопление дома в сочетании с геотермальным отоплением — еще один очень популярный способ объединения двух экологически чистых источников энергии для обеспечения Максимальная экономия затрат . Используя любое избыточное тепло от солнечного водонагревателя, мы можем добавить эту энергию в геотермальный контур с помощью теплообменника. Нажмите здесь, чтобы получить дополнительную информацию о солнечном отоплении и геотермальном .

Другим способом обогрева с помощью солнечной энергии являются солнечные воздухонагреватели. Это гораздо более экономичный способ обогрева помещений, но он не имеет возможности аккумулировать тепловую энергию. Воздух нагревается через слой стекла и материала с селективным покрытием, поглощающим тепло. Затем солнечная фотоэлектрическая вентиляторная система распределяет тепло по дому на основе термостатического контроллера. Это также отлично подходит для домов с подвалами или подвальными помещениями, которые хотят нагревать более холодный воздух. Для получения дополнительной информации о солнечных коллекторах посетите www.123ZeroEnergy.com

Солнечная вода + отопление помещений + бассейн – ВЫИГРЫВАЙ, ВЫИГРЫВАЙ, ВЫИГРЫВАЙ!

Если вам посчастливилось владеть бассейном, вы знаете, что, живя на севере США или в Канаде, сезон слишком короток! Использование солнечной энергии для обогрева бассейна в летние и межсезонье, а затем обогрева дома в зимние месяцы, пожалуй, самая идеальная система и лучший способ обеспечить бесплатную энергию 365 дней в году. Ах да, и мы забыли упомянуть БЕСПЛАТНУЮ горячую воду для бытовых нужд! Эта система решает проблему перегрева летом. Большинство владельцев бассейнов приветствуют любое тепло и особенно если оно бесплатное!

Что такое пассивное солнечное отопление и как оно работает?

Десятилетиями мы отапливали наши дома дорогостоящим ископаемым топливом. Эти методы отопления дома непредсказуемы в ценах каждый месяц. Новые, более дешевые технологии вызывают некоторые вопросы: как мы можем перейти от этих методов отопления дома к тому, который имеет экологический и финансовый смысл? Представляем: пассивное солнечное отопление.

Новые дома больше не нуждаются в бойлере или солнечных панелях на крыше для обогрева. Пассивное солнечное отопление позволяет домовладельцам собирать, поглощать и распределять солнечную энергию прямо через окна. Используя материалы, которые удерживают тепло днем ​​и рассеивают его ночью, домовладельцы могут поддерживать комфорт в своих домах круглосуточно и без выходных, даже в помещениях, где обычно прохладно.

Этот метод называется «пассивным» солнечным обогревом, потому что для его реализации не требуются солнечные батареи или технологии — достаточно самого солнечного света.

Это означает, что пассивное солнечное отопление не только обеспечивает комфортное жилое пространство, но и делает это экономически эффективным способом, который сводит к минимуму хлопоты и техническое обслуживание. Но, конечно, не только ваш дом впитывает солнечные лучи. Существует многоэтапный процесс пассивного использования солнечной энергии, начиная с того, что солнечные лучи проходят через окно и заканчивая их теплом, распространяющимся по всему дому.

Как работает пассивное солнечное отопление?

Пассивные солнечные батареи работают по 5-этапному процессу.

Во-первых, окна, выходящие на юг, пропускают солнечные лучи. Этот этап пассивного солнечного нагрева известен как апертура (коллектор ) этап . Почему окна должны выходить на юг? Потому что в Северной Америке окна, выходящие на юг, видят больше солнечного света, чем любая другая ориентация. А с солнечным светом вы хотите отправиться туда, где есть солнце.

После того, как энергия проходит через коллектор, она поглощается, как вы уже догадались, поглотителем . Поглотитель представляет собой темное покрытие краски поверх поверхности, известное как тепловая масса, которая может удерживать тепло. Если вы когда-либо были на солнце в летнее время, вы знаете, что более темные поверхности намного лучше поглощают тепло, чем более светлые.

Вся солнечная энергия, которую поглощает поглотитель, передается тепловой массе . Тепловые массы — это поверхности, которые могут поглощать и удерживать тепло, такие как бетон, кирпич, керамическая плитка и камень. Вот почему в очень жаркий день тротуар обжигает на ощупь! Когда солнце светит ярче всего, обычно с 9утра до 15:00 термальная масса запасает большую часть поглощенной энергии на вечер и ночь.

Итак, все это тепло удерживается внутри термальной массы. Куда это идет? При пассивном солнечном нагреве это тепло может передаваться в дом тремя способами:

Излучение – Тепло, которое распространяется в виде волн, подумайте о своей микроволновой печи.

Конвекция – Вы когда-нибудь видели эти рваные линии в воздухе в очень жаркий день? Это тепло движется за счет конвекции. Как правило, это означает перемещение по воздуху.

Теплопроводность — Если вы когда-либо касались очень горячей поверхности и получали ожоги, поздравляем — тепло просто передавалось вашей руке посредством теплопроводности.

Даже после того, как тепло попало в дом, должен быть способ, чтобы оно оставалось внутри . Регулятор диктует весь процесс нагрева, в том числе недогрев и перегрев. Контроль представляет собой систему процессов, работающих в унисон, а именно свесы кровли, форточки и датчики, которые могут обнаружить любые проблемы, происходящие с отоплением.

Схема пассивного солнечного отопления дома

Имеет ли пассивное солнечное отопление финансовый смысл?

Пассивное солнечное отопление — одна из лучших инвестиций, которую вы можете сделать при покупке или строительстве нового дома. Пассивные системы солнечного отопления экономят деньги — исследования показали, что экономия для дома, использующего газ, может составлять от 150 до 380 долларов в год. Точно так же дом, который использует нефть для отопления, может рассчитывать на экономию около 210-520 долларов в год.

Важно отметить, что при покупке или строительстве нового дома следует учитывать пассивную солнечную энергию.0399 вместо для установки в вашем текущем доме. Чтобы установить пассивную систему солнечного отопления, вам нужно будет полностью снести интерьер вашего дома, чтобы переместить окна, свесы крыши и многое другое. Так что сотрите этот вариант со стола.

СВЯЗАННЫЕ

Солнечная энергия от сообщества или солнечная энергия на крыше: что подходит именно вам?

Пассивное солнечное отопление и… пассивное солнечное охлаждение?

Пассивное солнечное отопление является одним из двух подходов к проектированию под эгидой «пассивного солнечного проектирования». Другой подход в пассивном солнечном дизайне — это пассивное солнечное охлаждение, которое фокусируется на рассеивании тепла внутри дома, когда становится слишком жарко.

Пассивное солнечное охлаждение — это обратная сторона медали, и при правильном выполнении оно также может значительно сэкономить на домашнем охлаждении.

Какое будущее у пассивного солнечного отопления?

Пассивное солнечное отопление существует уже несколько десятилетий, и недавние усовершенствования конструкции привели к повышению эффективности на каждом этапе процесса. Так почему же большинство американцев не владеют домами, в которых используется пассивное солнечное отопление?

Во-первых, использование пассивного солнечного отопления требует некоторых предварительных инвестиций и работы, чтобы все было на месте. Но то же самое можно сказать и о большинстве проектов по благоустройству дома, и этот может сэкономить вам много денег. Это приводит нас ко второй причине:

Мало кто слышал о пассивной солнечной энергии. Практичность здесь — пассивная солнечная энергия приводит к сокращению выбросов парниковых газов и экономии одновременно. Но это не стало мейнстримной идеей, как газовое отопление или даже солнечные панели на крыше. Вскоре это изменится.

По мере того, как мир становится все более экологически сознательным, мы должны ожидать, что все больше людей воспользуются преимуществами уменьшения своего воздействия на окружающую среду и экономии денег на счетах за отопление. И по мере того, как наши технологии становятся все более эффективными, причины использовать солнечную энергию только растут.

СВЯЗАННЫЕ

Почему солнечная энергия становится все более популярной?

Автор: Ян Де Ла Роша

В качестве специалиста по контент-маркетингу Ян создавал и работал со всеми основными аспектами контента Solstice, от социальных сетей до рассылок по электронной почте. Ян изучал экологию в Массачусетском университете в Бостоне, где он применил свою страсть к смягчению последствий изменения климата. В школе он заинтересовался поиском лучших стратегий для коммуникации с окружающей средой и продолжил свою карьеру в цифровом и контент-маркетинге. Когда Ян не на работе, его можно застать играющим в научно-фантастические видеоигры или прогуливающимся по многим достопримечательностям Бостона и живым мероприятиям.