Солнечные коллекторы на крыше дома
Котёл + солнечный коллектор
Основа системы – набор солнечных панелей вакуумного типа и электрический или твердотопливный котел. Он запускается в тот момент, когда энергии солнца перестает хватать для полноценного отопления и горячего водоснабжения (ГВС). Важными компонентами также являются накопительный бак со встроенным теплообменником, циркуляционный насос, а также блок автоматического управления.Принцип работы
Все компоненты системы работают таким образом, чтобы при необходимости дополнять друг друга. Производится ровно столько тепла, сколько его действительно нужно.Поглощая тепло от солнца, панели нагревают циркулирующий в трубках коллектора антифриз. Поступая в теплообменник, он, в свою очередь нагревает воду. Температура антифриза и воды задается вручную, а затем регулируется автоматикой. Нагретая вода накапливается в баке, объем которого в зависимости от размеров жилья может достигать до 3000 л (рис. 1).
Рис. 1. Схема работы отопительной системы на основе котла и солнечного коллектора. Рисунок с сайта server-service.uz
Далее накопительная емкость распределяет воду сразу по двум контурам – отопления (тёплые полы) и горячего водоснабжения. Сделать это позволяет особая конструкция теплоаккумулятора, собранного по принципу «бак в баке»: благодаря ей вода внутри емкости разделяется на ту, что пойдет на обогрев и ту, которая понадобится для хозяйственных нужд (душ, мытье посуды и пр.)
Если солнца мало и его тепла недостаточно (в зимнее время, а также ночью и в пасмурные дни) – компьютерный блок автоматически включает котел. После нагрева в котле дальнейшее прохождение воды происходит по той же цепочке. Таким образом, система полностью автономна. Необходимость вмешательства в ее работу человека почти исключена. А экономия происходит за счёт того, что 70% необходимой тепловой энергии будет генерировать солнечный коллектор.
Чаще всего солнечные коллекторы монтируют на крыше, но в некоторых случаях их можно разместить и на земле
Преимущества и недостатки
Практически весь день система работает от солнца, поэтому потребность в электроэнергии – самая минимальная. Особенно летом, когда включать отопление ни к чему. Электричество используется лишь для работы циркулярных насосов и блока управления. Подключение котла происходит, в основном, ночью, а в это время стоимость электроснабжения самая низкая. Если же котел не электрический, то можно сэкономить на твердом топливе, которое тоже не очень дешевое.Однако имеются и недостатки. Во-первых, система идеально работает лишь в регионах с большим количеством солнечных дней в году. Там же, где погода нередко пасмурная, экономия будет уже не столь ощутимая.
Во-вторых, в случае частых перебоев с подачей электроэнергии придется пользоваться генератором или устанавливать солнечные батареи, что влечет за собой дополнительные расходы. В-третьих, полностью автоматизированное управление требует профессионального технического обслуживания, а это тоже чего-то стоит.
Кроме того, первоначальные затраты на приобретение и установку солнечного коллектора составят не менее 200 тыс. руб., благодаря чему срок окупаемости системы будет весьма большим (7-10 лет).
Котёл + тепловой насос
В данной схеме тепловой насос полностью заменяет солнечные панели. Его конструкция включает в себя помещенный в землю геотермальный контур, а также компрессор, конденсатор и испаритель, находящиеся в отдельном блоке внутри дома (рис.2).Испаритель и конденсатор выступают в роли теплообменников. В качестве дублирующего источника тепла используется тот же электрический или твердотопливный котёл. Присутствует и накопительный бак. Управление осуществляется в автоматическом или полуавтоматическом режиме.
Рис.2. Тепловой насос с горизонтальным геотермальным контуром. Подобное расположение системы передачи тепла потребует дорогостоящих земляных работ. Рисунок с сайта sundue.ru
Принцип работы
Располагаясь на глубине ниже промерзания грунта (2,5- 100 м), где температура воздуха не падает ниже 5-70 С°, контур насоса поглощает подземное тепло. Полученная тепловая энергия передается циркулирующему по контуру антифризу, который переносит ее в испаритель. Далее в дело вступает хладагент (фреон), отнимающий тепло у испарителя и поступающий, затем в компрессор.В результате сжатия в компрессоре хладагент нагревается и попадает в конденсатор, а уже там тепло передается воде. Выходя из конденсатора нагретой до 60 С°, вода сначала оказывается в накопительном баке, а потом – в приборах отопления.
За нагревом воды следят температурные датчики: если она нагревается недостаточно (например, в сильный мороз) – они тут же подают сигнал в контроллер, после чего автоматически включается электрокотёл.
Геотермальный тепловой насос. Фото с сайта prokommunikacii.ru
Преимущества и недостатки
Тепловой насос можно использовать не только для обогрева, но и для охлаждения: в летнее время при помощи реверсивного клапана аппарат будет забирать из помещения лишнее тепло.Экономичность насоса определяется соотношением количества энергии, необходимой для его работы к количеству вырабатываемого тепла. Для геотермальных установок этот коэффициент приравнивается к трем. То есть, затратив 1 Квт электричества, насос поставляет 3 Квт тепловой энергии.
Устройство абсолютно безопасное, так как при его эксплуатации не используется ни открытый огонь, ни горючие вещества.Основной недостаток – высокая стоимость оборудования и его монтажа, которая начинается от 250 тыс. руб.
Впрочем, затраты на монтаж будут раза в два меньше, если речь идет об устройстве, которое будет брать тепло не из земли, а из водоема: земляные работы в таком случае можно не проводить. Но для этого необходимо наличие пруда или озера прямо возле участка.
Приобретать геотермальный тепловой насос целесообразно лишь при отсутствии возможности провести в дом магистральный газ. Или же, если такая подводка и её дальнейшее обслуживание будет обходиться ещё дороже, что тоже бывает.
Тепловой насос + гелиосистема
Система включает в себя панели солнечного коллектора и различные элементы, необходимые для работы теплового насоса. Для нагрева воздуха используются фанкойлы и теплые полы. Накопление и распределение воды для отопления и ГВС происходит в теплоаккумуляторе.Передача тепла в контурах геотермальной установки, и в контуре гелиосистемы осуществляется по-разному: в гелиосистеме через отдельный теплообменник (буфер), а в тепловом насосе с помощью цепочки «испаритель-компрессор-конденсатор». И коллектор, и насос объединяют в единую схему таким образом, что они могут функционировать как совместно, так и по-отдельности (рис. 3).
Рис. 3. Схема работы отопительной системы на основе теплового насоса и солнечного коллектора. Рисунок с сайта vteple.xyz
Принцип работы
В летнее время тепловой насос работает в основном на охлаждение, а солнечные коллекторы нагревают воду для хозяйственных целей. Поздней осенью и зимой в зависимости от погоды устройства чаще всего включаются попеременно: днем – коллекторы, ночью – насос.Если же солнца мало или нет совсем обогрев происходит только с помощью геотермального оборудования. Как и в других гибридных системах температура нагрева воды и очередность включения агрегатов контролируется автоматикой, а движение жидкостей по контурам происходит за счет циркуляционных насосов.
Преимущество и недостатки
Наличие двух дополняющих друг друга устройств – солнечных панелей и геотермальной установки позволяет использовать электроэнергию в совсем небольших количествах. Благодаря природному возобновляемому теплу в доме и зимой, и летом поддерживается комфортная температура, что не требует каких-то серьезных ежегодных затрат.Однако изначальная стоимость данной системы тоже пока еще слишком велика (от 1,5 млн. руб.)По этой же причине окупаемость оборудования может затянуться на 10, а то и 20 лет. К тому же для эксплуатации подобного гибрида в регионах с холодным климатом придется запастись резервным источником тепла (электрокотлом), что увеличит не только первоначальные вложения, но и ежегодные затраты на отопление.
При наличии центрального газоснабжения применение подобной гибридной системы нецелесообразно.
Текст: С. Васильев
