Вакуумний сонячний колектор для опалення будинку

Джерелами сонячної енергії абсолютно незаслужено приділяють мало уваги. Очевидно, що основна вигода від таких установок в їх автономності, але є винятки. У цій статті ми розповімо про сонячних колекторах як про досить ефективне, а головне — раціональному джерелі енергії для дому.

Які колектори використовувати

За винятком спеціальних різновидів, колектори бувають двох типів: плоскі і вакуумні. Принцип роботи обох зводиться до нагрівання від сонячного випромінювання (в якому 40-50% хвиль — теплові) деякої системи резервуарів, зовнішня сторона яких має покриття з високим коефіцієнтом інфрачервоного поглинання, а всередині циркулює теплоносій. Різниця лише в тому, що в вакуумних колекторах трубки нагріваються безпосередньо у фокусі сонячного світла і практично не віддають тепла за рахунок безповітряного середовища. У той же час у плоских колекторах нагрівання передається через поглинаючу пластину, на тильній стороні якої припаяні канали можуть бути прокладені всередині плити поглинача).

Власне, саме про вакуумних колекторах слід говорити в реаліях російської природи. Вони значно дорожче плоских колекторів, але і коефіцієнт корисної дії у них вище. До того ж в зимовий час плоскі колектори практично неефективні: холодний вітер охолоджує їх швидше, ніж нагріває сонце. Галузь застосування таких пристроїв — південні широти з теплим кліматом, дачні і літні будиночки, а також всілякі туристичні об'єкти.

Незалежно від типу нагрівання, принцип пристрою самого колектора незмінний. Найчастіше він з'єднує теплові трубки у загальну ємність, де відбувається конденсація рідини, випаровування в процесі нагріву. Передача тепла таким чином відбувається набагато швидше, але є і більш ефективні рішення.

Терміни окупності

Вартість середнього вакуумного колектора коливається від 600 до 1500 USD. В цю вартість входить не тільки колектор, але також накопичувальний бак рекомендованого обсягу і матеріали для з'єднання з будинкової системою ГВП. А от вартість послуг по монтажу в загальній сумі не врахована: занадто великий розбіг цін по регіонах і умов на об'єкті.

Тим не менш, окупність конкретного екземпляра перевірити легко. Візьмемо для прикладу колектор СВК-А-30 торгової марки ATMOSFERA вартістю 1100-1200 USD. Вакуумних трубок у ньому 30 штук, їх загальна максимальна потужність складає 2,5 кВт/год, за світловий день колектор приймає до 7,6 кВт теплової енергії. Бак-акумулятор в колекторі відсутня, але ми в праві умовно вважати, що вартість його і сантехнічної обв'язки еквівалентна ціні за електричний бойлер порівнянної потужності.

Середня добова потужність колектора — 5,5 кВт, цього достатньо, щоб нагріти 120-140 літрів води від 10 до 50 °С. Відповідно, термін окупності колектора складе близько восьми років, що при гарантованому терміні служби 25 років зовсім непогано. До того ж є деякі способи підвищити окупність. У загальному випадку, чим потужніший установка, тим швидше вона себе повністю виправдовує.

Приклади типових збірок

Варіантів інтеграції колектора в домашню сантехніку не дуже багато. Ось кілька типових рішень по мірі зростання їх складності:

1. Просто колектор. Підключається до системи ГВС як звичайний водонагрівальний прилад. Працює тільки в денний час при природному протоці. Регулюючи напір, можна змінювати температуру води на виході.

2. Колектор + бак-акумулятор. Таких рішень дуже багато і вони популярні, але додаткове навантаження у 100-200 кг на одну точку покрівлі ставить деякі обмеження. Бак має хорошу теплоізоляцію і, як правило, не остигає за ніч.

3. Колектор + бойлер непрямого нагріву (БКН). Застосовується при неможливості встановити важкий бак на даху, але має й інші переваги. В першу чергу — використання в першому контурі теплообміну не води, а більш енергоємною емульсії.

4. Колектор + система циркуляції. Дозволяє отримувати гарячу воду відразу, як тільки відкритий кран. Вода в системі циркулює під тиском і має приблизно однакову температуру в будь-якій точці контуру. Іноді ємність водогону досить велика і вся начинка системи складається з запірної арматури, циркуляційного насоса і регулятора тиску. У ряді випадків може рекомендуватися (або вимагатися) установка розширювального бака або внутрішнього акумулятора. Як правило, використовуються колектори без теплообмінника.

5. Колектор + тепловий насос. Дуже серйозне і технологічне рішення для постачання всього будинку теплом і гарячою водою. За рахунок підвищеного теплообміну при невисоких температурах система вичавлює максимум з отриманої енергії, нагріваючи воду на виході до 80-95 °С в досить великому обсязі, щоб обігріти весь будинок. Зрозуміло, що колекторів для такої системи потрібно кілька, але результатом буде недорогий обігрів житла в найближчі 40-50 років, плюс гаряче водопостачання.

Як бачимо, відмінність між колекторами в будь-якій із цих систем — наявність/відсутність вбудованого бака. В іншому всі вони однакові: патрубки подачі і відведення води, типові з'єднання теплових трубок з колектором, одна зі спеціальних систем кріплення. Завдяки цьому колектори легко і гармонійно вписуються у вже функціонуючі системи теплопостачання, підвищуючи економію навіть без повного переходу на зелену енергію.

Включення в систему ГВП та опалення

Врізка в опалювальний контур виконується паралельно: вода від колектора поступає в трубу подачі, забирання ведеться з обратки, при необхідності контур колектора забезпечується власним циркуляційним насосом. Дуже важливо встановити вентилі в місцях врізки, щоб регулювати потік для отримання потрібної температури.

В систему гарячого водопостачання врізаються двома способами. У першому використовується БКН або інший проміжний теплообмінник. У цьому випадку зв'язати два контури нескладно. Але якщо колектор використовується паралельно з іншими водонагрівачами, його розташовують у послідовній схемі як можна ближче до точки забору холодної води і використовують як контур попереднього нагріву.

Підвищення робочої температури

Очевидний спосіб підвищити температуру води на виході — знизити втрати тепла при передачі її від колектора. Для цього труби споряджають у захисні чохли зі спіненого каучуку або поліпропілену, захищають місця з'єднання, прокладку ведуть тільки всередині будівлі.

Оскільки трубка колектора нагрівається в концентрованому пучку світла, температура рідини всередині може бути дуже високою (понад 200 °С). Відповідно, якщо зменшити потік води, що нагрівається, температура з часом збільшиться. На жаль, на сьогоднішній день існує дуже мало автоматизованих систем, що підтримують температуру на потрібному рівні. Як варіант використовуються пристрої з компресором і випарником — невеликі теплові насоси. В такому випадку на виході в ГВП або опалення температура води буде дотримуватися заданих значень за рахунок зміни потужності агрегату.