Нагрев воды от солнца Часть 2: применение и установка солнечного водонагревателя

Это вторая статья из серии об использовании солнечной энергии для нагрева воды. В первой части мы прошлись по общей информации, видам и эффективности данных систем. Разобрались с устройством и принципом действия, а также влиянием на экологию.

Теперь я хочу рассмотреть применение водонагревателей в нашей жизни. А применить то их можно много где, это лишь вопрос фантазии и финансовых возможностей.

Как оказалось, не все подобные системы бьют по карману. Есть вполне бюджетные сезонные варианты, например для дачного отдыха с весны по осень. Они не требуют сложных манипуляций с созданием напора воды и изоляцией баков и водопровода от окружающей среды, что значительно удешевляет конструкцию.

Но есть и более комплексные решения, охватывающие систему горячего водоснабжения в доме, отопление в холодный период времени или подогрев бассейна на вашем участке.

Из этой статьи вы узнаете: какие бывают системы водонагрева и из чего состоят; как производить монтаж панелей для эффективного поглощения солнечных лучей; и как определиться с выбором при покупке солнечного коллектора?

Где можно применить?

ГВС в частном доме

Горячее водоснабжение от солнечных коллекторов это самый часто используемый способ их применения. Для его осуществления требуется минимально возможное их количество поэтому срок окупаемости вложений минимальный.

В таблице ниже приведены данные для усредненного расчета количества вакуумных трубок в зависимости от кол-ва проживающих:

Количество человек	Расход воды, л/день	Количество вакуумных труб, шт.	Объем бака- аккумулятора, л
3	150	15-20	150
5	250	25-30	250
8	400	40-50	400

Для временных построек и бытовок строителей

Наиболее удобным вариантом организации ГВС временных построек или бытовок является монтаж на объекте пассивного открытого солнечного коллектора низкого давления. Такие системы имеют аккумулирующий накопительный бак и элементы коллектора. Объем бака обычно рассчитывается исходя из двухдневного потребления воды, и редко составляет менее 100 литров.

Пассивная система перемещает воду без применения насоса. Преимуществами такой системы являются:

• Экономичность
• Простота обслуживания и установки

Устанавливаются подобные системы на крышах, на земле или балконе. В комплекте с солнечным водонагревателем обычно поставляется стойка для монтажа на горизонтальную плоскость. Монтаж солнечной системы пассивного водоснабжения очень прост. Сначала подсоединяется шланг с холодной водой на входное отверстие в термосифон, а затем необходимо присоединить шланг для подачи горячей воды на выходное отверстие термосифона.

Пассивная система водоснабжения является самой простой из серии солнечных коллекторов. Она отличается тем, что не требует проведения сложных сантехнических работ или дополнительного электричества. Такая система идеально подходит для строительных бытовок, для летних дач, а также для временного обеспечения горячим водоснабжением строящихся объектов.

Водоснабжение многоэтажек

Вопрос снижения затрат на энергоносители в многоэтажках и домах клубного типа стоит чрезвычайно остро. Стоимость коммунальных услуг постоянно повышается, что заставляет владельцев искать новые способы снижения затрат.

При транспортировке тепла потери в сетях достигают 40 % от общего объема энергии. Возмещение потерь ложится на плечи конечных потребителей. Решить данную проблему можно путем установки солнечных водонагревательных систем.

Подобные системы смогут обеспечить многоквартирный дом в летний период на 100 %, а во все остальные времена года – до 80 %. Также сокращаются затраты на эксплуатацию локальных котельных и традиционных теплосетей.

ГВС для квартиры

Проблема бесперебойного обеспечения горячей водой становится все более актуальной. Обычно данная проблема решается путем установки дополнительных газовых или электрических водонагревателей. Однако цены на энергоносители постоянно повышаются, поэтому подогрев воды при помощи газа или электроэнергии перестает быть дешевым. Решением является использование солнечного балконного водонагревателя.

Данное устройство полностью обеспечит горячим водоснабжением семью до пяти человек в течение всего года, причем совершено бесплатно, ведь солнечная электроэнергия ничего не стоит. Такая система может использоваться вместе электробойлера.

Преимуществами балконной солнечной системы являются:

1. 100 % обеспечение квартиры ГВС
2. Стабильная работа в зимнее время
3. Существенное снижение затрат на коммунальные услуги
4. Возможность обустройства «теплого пола»
5. Использование экологически чистого источника энергии

Вы можете быть полностью спокойны за снабжение горячей водой в периоды пасмурной погоды, ведь благодаря использованию встроенного в систему бака – накопителя с электроподогревом вы будете всегда обеспечены горячей водой

Отопление и горячий пол

Если решите установить коллектор для ГВС, не лишним будет задуматься и над системой отопления. Для прогрева воздуха в помещениях используются другие виды коллекторов — воздушные, они специально предназначены для прогрева помещений и имеют более высокий КПД.

Однако, используя уже имеющиеся водонагреватели, установить систему теплого пола. Возможно она не сможет прогреть дом в зимнюю стужу, зато позволит сократить расходы на электроэнергию при обогреве дома маслеными радиаторами.

Бассейн

Применение такой системы предоставляет возможность наиболее эффективно использовать энергию солнца. Потому что максимальная производительность гелиосистемы приходится на летний период. Солнечный водонагреватель для бассейна бывает двух типов:

1. Проточный водонагреватель с электрическим и солнечным источником тепла. Прост в использовании и установке.
2. Проточный водонагреватель с использованием солнечного коллектора, имеющего тепловой контур. Может применяться только при наличии антифриза или трубопровода с горячей водой. Электрический водонагреватель используют в случае отсутствия солнца. Экономит электроэнергию летом и не дает замерзнуть в холодное время.

Система прямого солнечного подогрева

Система настраивается на автоматическое переключение контура подогрева бассейна или позволяет выполнять данное действие вручную. Система обеспечивает 100% покрытие нагрузки бассейна в летний период. В остальные периоды необходимо использовать дополнительный источник энергии.

Такая система позволяет потенциал солнечной энергии в полном объеме. В летний период бассейн потребляет много тепла. А благодаря этому можно эффективно использовать излишки тепла, возникшие в солнечной системе, снижая возможность перегрева теплоносителя и повышая его срок эксплуатации.

Источники: energy.ast-kairos.ru

Промышленное использование

Касательно данного аспекта необходимо отметить, что энергия Солнца может эффективно используется в деревообрабатывающей промышленности для сушки древесины, в сельском хозяйстве для сушки урожая сельскохозяйственных культур и т.п. Что касается использования горячей воды, то вода с температурой 30 – 60°С, характерная для солнечных коллекторов, широко используется в пищевой и текстильной промышленности.

На даче

Летний душ

Подача холодной воды, как правило, не вызывает особых сложностей, а вот ее подогрев превращается в настоящую проблему. Кто-то использует для этой цели кипятильники, кто-то – котлы и водонагреватели. Но все эти методы сопряжены с неизбежным расходами энергии, а значит, и с дополнительными затратами. А между тем достаточно обустроить душ на солнечных батареях, и все проблемы будут решены.

Преимуществ у подобного душа масса. И прежде всего это – экономичность и отсутствие дополнительных расходов. Ведь солнечная энергия абсолютно бесплатна! Кроме того, такая система совершенно безопасна, и ее можно эксплуатировать, не опасаясь коротких замыканий или перегревов. Не стоит забывать и специфике использования, ведь для обычного дачного душа просто нет смысла приобретать дорогостоящие нагреватели.

Такую систему можно без проблем приспособить и к поливу огорода теплой водой. А если хочется кушать выращенные своими руками овощи круглый год, то можно задуматься над более сложной схемой, с отоплением и поливом теплицы.

Теплица

С помощью применения таких обогревательных элементов возможно обогреть теплицу в плохих погодных условиях с температурой окружающей среды до -25°С. Такой диапазон рабочих температур позволяет заниматься выращиванием сельскохозяйственных культур круглый год и достичь высоких урожаев.

И все же иногда температура существенно снижается и выступает за пределы рабочего диапазона, поэтому необходимо предусмотреть вспомогательные средства подогрева. Для этой цели можно использовать тепловой насос или обогревательный тэн. Таким образом получается скомбинированная система отопления теплицы, которая практически не имеет конкурентов в своей области применения.

По ряду причин водяное отопление теплиц является более предпочтительным, хотя стоимость такой системы значительно выше стоимости системы воздушного отопления. В сущности, система солнечного водяного отопления теплицы ничем не отличается от системы солнечного отопления самого загородного дома.

Различия заключаются лишь в форме и расположении нагревательных элементов. В теплицах вместо привычных для комнаты радиаторов отопления вдоль стен прокладываются трубы, в которых циркулирует теплая вода. Трубы также прокладываются в земляном полу теплицы на глубине от 30 до 50 см. Тем самым в теплице обеспечивается и нагрев воздуха, и подогрев почвы.

Источники: parnikiteplicy.ru, solarb.ru

Состав водонагревающей системы с коллектором

Круглогодичная сборка

В состав круглогодичной системы входят:

1. Солнечные коллекторы (вакуумные);
2. Бойлер (бак-аккумулятор с одним или двумя теплообменниками);
3. Рабочая станция (контроллер, расширительный бак, циркуляционный насос).

Сезонная (летняя)

Сезонная гелиосистема работает только при положительной температуре наружного воздуха. В качестве теплоносителя используется вода, которая при минусовых температурах замерзает, что и делает невозможным работу системы в зимние месяцы.

Несмотря на это, сезонная установка обладает рядом преимуществ:

• простота монтажа,
• сравнительно небольшие размеры и
• удобство эксплуатации,
• модульность (при необходимости, систему в любой момент можно нарастить).

Состав сезонной гелиосистемы:

1. бак-накопитель;
2. металлическая рама;
3. вакуумные трубки;
4. контроллер;
5. утеплитель.

Нагрев воды в бассейне

Подогрев воды в бассейне можно осуществить несколькими способами, с помощью соответствующего оборудования:

1. теплообменник;
2. электронагреватель;
3. топливный нагреватель;
4. солнечный коллектор для бассейна;
5. тепловой насос для бассейна.

Мы предлагаем использовать солнечные коллекторы — отличный вариант для нагрева и поддержания необходимой температуры воды в бассейне. Система подогрева бассейна за счет солнца может быть как автономной, так и связанной с отопительной системой дома. В любом случае это экономически выгодно, поскольку значительно снижаются затраты на электроэнергию.

Источники: asad16.ru

Установка

Рассмотрим этапы внедрения солнечной нагревательной системы для водоснабжения в частном доме.

Стандартный вакуумный солнечный водонагреватель представляет собой активную систему под давлением, которая устанавливается на открытом воздухе.

Место установки солнечного водонагревателя

• крыша дома и других строений (плоская или скатная);
• балконы, архитектурные выступы здания;
• земля (открытая для солнца местность).

Рекомендации по месту установки

Важной частью солнечного нагревателя является поддерживающая вакуумные трубки рама. Она обеспечивает правильный угол наклона, а также необходимую жесткость конструкции. Количество вырабатываемой солнечной системой тепловой энергии зависит от целого ряда факторов.

К поддающимся изменению относят: угол наклона относительно горизонтали и ориентацию солнечного водонагревателя (следовательно, и самой рамы) к сторонам света. Критерием ориентации является азимут.

Угол наклона – это угол между горизонталью и солнечным водонагревателем (опорной рамой с вакуумными трубками).

При установке системы на скатной крыше угол наклона задается скатом кровли. Наибольшее количество энергии воспринимается рамой с вакуумными трубками при расположении ее под прямым углом к на-правлению инсоляции.

Поскольку угол инсоляции зависит от времени суток и года, ориентацию гелиоустановки следует выполнять в соответствии с высотой Солнца в период поступления наибольшего количества солнечной энергии. Для европейской части России рекомендуется угол наклона 40 -65°.

Азимут описывает отклонение гелиоустановки от направления на юг; если солнечная система ориентирована на юг, то азимут = 0°. Чем меньше отклонение от направления на юг, тем лучше. В идеале следовало бы учитывать режим потребления тепловой энергии (если больше потребляется утром, то лучше ориентировать на юго-восток и т.д.), но не всегда это четко понятно.

Установка солнечного водонагревателя должна быть выполнена таким образом, чтобы незначительным было воздействие дающих тень соседних зданий, деревьев, линий электропередач и т.п.

Рекомендуется до установки солнечного водонагревателя убедиться в целостности и работоспособности гидравлической системы, в которой он будет монтироваться, а также проверить отсутствие утечек и правильность подсоединения водопроводной сети.

Установка солнечного водонагревателя производится в соответствии с маркировкой, указанной на корпусе.

Рекомендуется устанавливать солнечный водонагреватель максимально близко от места использования горячей воды, чтобы сократить потери тепла в трубах магистрали.

Сборка опорной рамы производится согласно фотографиям и рисункам, включенным в инструкцию, с помощью болтов и гаек, прилагаемых к комплекту рамы — каркаса.

Инструменты и материалы, которые потребуются во время монтажа солнечного нагревателя:

1. тканевые перчатки,
2. металлические соединительные детали,
3. гаечный ключ,
4. жидкое мыло/мыльный раствор и т. д.

Основные устройства и материалы, требуемые для установки

Для выполнения монтажа данной солнечной системы потребуется шесть клапанов:

1. один одноходовой клапан;
2. один предохранительный клапан;
3. один смесительный кран (на каждую точку разбора воды, чтобы смешивать холодную и горячую воду до комфортной температуры);
4. три шаровых крана (два для трубы с холодной водной, один для трубы горячей воды);
5. рекомендуется: смеситель/смесители с терморегуляторами (устанавливаются в точках разбора воды для комфорта и безопасности использования горячей воды стабильной температуры);
6. медная труба для подачи холодной воды в бак-гидроаккумулятор.

Подводящая часть трубы (место соединения трубы и бака-гидроаккумулятора) должна быть изолирована водонепроницаемым эластичным уплотнительным кольцом из неопрена или другой разновидности каучука толщиной 3/8” (≈ 1см).

В случае использования трубы, изготовленной только из поливинилхлорида, трубопровод и соединительные детали должны иметь высокие показатели прочности, теплостойкости, стойкости к воздействию ультрафиолетового излучения, максимальное рабочее давление должно быть равно 6 кг/см2.

Рекомендация: труба должна быть установлена с минимальным количеством изгибов и колен.

В случае использования трубы и арматуры из поливинилхлорида важно, чтобы в соединениях использовались клеи и клеящие материалы, рекомендуемые поставщиком таких изделий. В случае использования металлических труб под резьбу для герметизации резьбовых соединений рекомендуется применять уплотняющую ленту (ФУМ ленту).

Количество соединений и длина труб зависит от конкретных условий установки. Важно ознакомиться с прилагаемой схемой с целью правильного расположения внешних компонентов монтажа системы и их размещения в баке аккумуляторе.

Если солнечный водонагреватель будет использоваться в системе с низким давлением (например, холодная вода подается не из магистрального трубопровода, а из накопительного бака), то нижняя часть накопительной емкости должна быть расположена как минимум на 30 см выше верхней части водонагревателя.

Монтаж солнечного водонагревателя

После визуальной проверки комплектности оборудования, перейдите к сборке опорной конструкции.

1. После того, как конструкция рамы будет жестко закреплена, снимайте гайки с нижней части бака для воды и установите его наверху рамы. Затем поставьте гайки на место, постепенно затягивая их в нижней части водонагревателя. Полностью затянуть гайки нужно будет после установки вакуумных трубок на раму.
2. Установите черные круглые пластиковые кольца для крепления вакуумных трубок на горизонтальную планку с отверстиями для крепежа, расположенную в нижней части рамы.
3. Перед установкой вакуумных трубок наденьте на стеклянную трубку черное силиконовое кольцо; для эффективности теплопередачи медный наконечник тепловой трубки, выступающий из вакуумной трубки, смажьте термопастой, а для удобства монтажа верхнюю часть стеклянной трубки (примерно на 5-7 см) смажьте жидким мылом.
4. Осторожно вставьте трубу в бак, медленно и мягко, чтобы не повредить трубу, поворачивайте ее в направлении по часовой стрелке, держа вакуумную трубку за среднюю и нижнюю часть до проникновения медного наконечника в бак. После этого установите черное силиконовое уплотнительное кольцо в место соединения трубки с баком.
5. Когда вакуумная трубка будет установлена в бак, в пластиковое кольцо, установленное в нижней части рамы, завинтите поддерживающую трубку черную пластиковую чашечку. Таким образом, установите поочередно все вакуумные трубки.

Монтаж компактного солнечного нагревателя производите в прохладную погоду либо в прохладное время суток. Не допускайте нагрева вакуумных трубок на солнце при монтаже.

Даже нагретые на солнце снаружи исправные вакуумные трубки всегда остаются холодными. По окончании монтажа системы заполните бак водой и проверьте систему на герметичность.

После установки системы вакуумные трубки очень редко выходят из строя, так как в них нет воды.

Общая схема соединений

При установке этой системы подсоедините подачу воды к трубе, находящейся внизу бака (с меткой входа подачи холодной воды). Плотно затяните предохранительный клапан наверху бака. После завершения монтажа соединений, откройте дренажное отверстие предохранительного клапана, чтобы сбросить давление из бака. Закройте отверстие после того, как бак будет заполнен водой.

Контроллер

Солнечный тепловой контроллер является обязательным элементом гелиосистем с принудительной циркуляцией теплоносителя. Он предназначен для управления процессом нагрева от солнца и контроля состояния солнечной системы.

Контроллер получает информацию от датчиков температуры (один из которых устанавливается на выходе солнечного коллектора) и регулирует работу циркуляционного насоса. Эффективность и безопасность гелиосистемы в значительной мере зависят от контроллера: правильности заложенных алгоритмов работы гелиосистемы, надежности элементов.

Возможности и функции

При установке контроллера, можно получить следующие преимущества:

• Возможность автоматической регулировки скорости протока теплоносителя в гелиосистеме (управление расходом циркуляционного насоса) в зависимости от разницы температур между солнечным коллектором и баком-аккумулятором гелиосистмы (реализована во всех моделях солнечных контроллеров).

В результате гелиосистема работает более стабильно, быстрее достигаются необходимые температуры, обеспечивается дополнительная выработка тепловой энергии за счет увеличения времени работы гелиосистемы в утренние, вечерние часы и в пасмурную погоду, а также достигается экономия электроэнергии гелиосистемой за счет снижения потребляемой мощности циркуляционным насосом;

• Универсальность солнечных контроллеров. Все модели солнечных контроллеров можно использовать в гелиосистемах разного назначения, например: ГВС, нагрев воды в бассейне, отопление;



• Высокая надежность солнечных контроллеров. Достигается благодаря оптимально подобранным комплектующим в солнечных контроллерах, заключенным в герметичный поликарбонатный корпус, который обеспечивает защиту от прямого попадания струй воды (класс защиты IP 65). Каждый солнечный контроллер подвергается жестким испытаниям, для выявления возможных неисправностей еще на этапе производства солнечного контроллера;
• Простота контроля режимов гелиосистемы. С помощью индикации на передней панели солнечного контроллера легко контролировать состояние гелиосистемы, солнечный контроллер не нуждается в постоянной настройке, все необходимые установки гелиосистемы монтажная организация осуществляет в процессе монтажа;
• Дистанционный контроль гелиосистемы и корректировка работы системы солнечного теплоснабжения. Работа солнечного контроллера по таймеру.
• Защита памяти при пропадании напряжения питания. В случае пропадания питания солнечный контроллер сохраняет установленные параметры гелиосистемы без изменения. При появлении напряжения солнечный контроллер возвращается в установленный режим работы.

Все контроллеры имеют следующие стандартные функции:

1. отображение времени и дня недели на дисплее;
2. индикация температур в коллекторе и накопителе;
3. функция контроля разницы температур;
4. аварийное отключение коллектора;
5. режимы охлаждения коллектора и накопителя;
6. отображение на дисплее сигнала о неисправности работы температурных датчиков.

Некоторые модели имеют возможность подключение к компьютеру для передачи данных и контроля системы.

Большинство контроллеров — моноблоки, но есть модели с выносной панелью управления и индикации, которую можно установить отдельно от контроллера (например, через стену). Выносную панель имеют контроллеры модели SR 868.

Многие контроллеры имеют переменную скорость вращения циркуляционного насоса (кроме самых дешевых моделей).

К сервисным возможностям контроллеров относятся:

1. раздельный контроль нескольких коллекторных полей;
2. контроль температур в нескольких точках бака-накопителя, некоторые модели могут управлять температурой в нескольких баках и в нескольких контурах;
3. управление производительностью насоса — плавное или ступенчатое;
4. измерение тепловой энергии, поступающей от коллектора;
5. измерение расхода теплоносителя — электронное или механическое;
6. выбор типа теплоносителя;
7. функция «выходного дня» и другие полезные функции.

Источники: solarhome.ru

Выбор лучшего варианта

Очень важным фактором для выбора солнечного коллектора является наличие полного технического описания. Наиболее интересные для нас будут значения параметров оптического КПД (ŋ₀), коэффициенты тепловых потерь a₁ (k₁) и а₂ (k₂) и площадь солнечного коллектора (апертурная и общая). Именно эти параметры позволяют оценить эффективность и рассчитать прогнозируемую производительность солнечного коллектора.

Если производитель или продавец по каким-то причинам не предоставляет эти данные, то в итоге мы получаем “кота в мешке” и не сможем оценить энергетический вклад гелиосистемы, поэтому лучше воздержатся от покупки такого изделия.

Наличие международного сертификата (например, от швейцарской лаборатории SPF или Solar Keymark) приветствуется, однако не всегда нам продают коллектор именно с заданными в данном документе параметрами. Особенно этим грешат азиатские производители, тут уж мы ничего не сможем проверить, остаётся только надеяться на порядочность компании производителя или поставщика.

В заключении, предлагаем вашему вниманию полную инфографику «как правильно выбрать солнечный коллектор»:

Источники: solarsoul.net

Российские производители

Внутренний рынок России для этого вида продукции — солнечных коллекторов и систем на их основе — еще формируется.

Исторически это объясняется тем, что солнечные коллекторы в больших объемах никогда в стране не производились из-за отсутствия потребностей в них при существовавшей ранее нереально низкой стоимости энергоресурсов, вялого выполнения принятых государственных и отраслевых программ и полного пренебрежения экологией.

Все сохранившиеся в России и странах СНГ солнечные водонагревательные системы основаны на базе серийно выпускавшихся коллекторов завода «Сибтепломаш» (г. Братск) или на базе опытных и мелкосерийных коллекторов разных производителей (Киев-ЗНИИЭП, тбилисский трест «Спецгелиотепломонтаж» и пр.). Причем их качество не соответствовало ни отечественному, ни зарубежным стандартам. Выпуск таких коллекторов, по крайней мере в России, в настоящее время почти прекращен.

Сегодня в связи с постоянным ростом стоимости энергоресурсов, на предполагаемом рынке сбыта наблюдается некоторое оживление. В ряде регионов, испытывающих особенно острый дефицит энергоресурсов, принимаются местные программы по энергосбережению и использованию возобновляемых источников энергии, в т.ч. и солнечной.

В этих регионах отмечаются попытки разрабатывать солнечные коллекторы собственными силами, но при отсутствии опыта и солидных капиталовложений на НИР и ОКР они пока не привели к появлению ни одного коллектора современного технического уровня, который можно было бы сравнивать с коллекторами, разработанными за рубежом или лучшими российскими образцами.

Потребительскому сектору рынка этот вид продукции вообще незнаком. Выпускаемые рядом предприятий летние души типа «черная бочка» по своим эксплуатационным характеристикам и теплопроизводительности не идут ни в какое сравнение с современными конструкциями, но представления покупателей об их возможностях уже сформированы и переносятся на весь класс солнечных водонагревателей и систем.

Главными причинами медленной организации и расширения рынков сбыта солнечных коллекторов являются недостаток информации о коллекторах и стоимость, слишком высокая для формирующегося рынка.

Потребители из-за отсутствия опыта и доступной информации, рассказывающей о возможностях солнечных систем, их разработчиках и изготовителях оборудования, не могут достоверно оценить экономическую эффективность применения солнечных систем теплоснабжения.

Опыт показывает, что создание солнечных систем практически ничуть не сложнее, чем обычных систем теплоснабжения, а этими работами в нашей стране занимается множество фирм, накопивших богатый опыт их разработки и монтажа с использованием самого современного оборудования. Почему же развитие систем солнечного теплоснабжения идет столь медленно?

Источники: sromcee.ru