Солнечное отопление

Устройство и принцип работы

Что же представляет собой такая система? В первую очередь следует сказать, что есть два варианта солнечного отопления. Они предполагают использование различных как в конструктивном плане, так и по назначению элементов:

• Коллектора;
• Фотоэлектрической панели.

И если оборудование первого типа предназначено сугубо для поддержания в помещении комфортной температуры, то солнечные панели для отопления дома могут применяться для получения электричества и тепла. Их принцип работы основан на преобразовании энергии солнца и накапливании ее в аккумуляторах, чтобы потом использовать для различных нужд.

Смотрим видео, все о данном коллекторе:

Применение коллектора позволяет организовать только солнечное системы отопление для частного дома, при этом используется тепловая энергия. Такое устройство действует следующим образом. Солнечные лучи подогревают воду, которая является теплоносителем и поступает с трубопровод. Эта же система может использоваться и в качестве горячего водоснабжения. В состав солнечного коллектора входят специальные фотоэлементы.

Устройство коллектора

Но кроме них в комплектацию солнечного отопления включены:

• Специальный бак;
• Аванкамеры;
• Радиатор, выполненный из трубок и заключенный в короб, у которого передняя стенка выполнена из стекла.

Солнечные батареи для отопления дома размещаются на крыше. В нем вода нагреваясь перемещается в аванкамеру где происходит ее замена горячим теплоносителем. Это позволяет поддерживать в системе постоянное динамическое давление.

Виды отопления с использованием альтернативных источников

Самый простой способ преобразования энергии светила в тепло – это использование солнечных батарей для отопления дома. Они все чаще используются в качестве дополнительных источников энергии. Но что же представляют собой эти устройства и действительно ли они эффективны?

Смотрим видео, виды и их особенности работы:

Задача, установленного на крыше коллектора солнечного системы отопления для дома впитать как можно больше солнечного излучения, преобразовав его затем в так необходимую человеку энергию. Но при этом следует учитывать, что оно может быть превращено как в тепловую, так и электрическую энергию. Для получения тепла и подогрева воды используют солнечные системы отопления. Для получения электрического тока используют специальные батареи. Они аккумулируют энергию в дневное время суток и отдают ее ночью. Однако сегодня существуют и комбинированные системы. В них солнечные панели вырабатывают одновременно тепло и электричество.

Что касается солнечных водонагревателей для отопления дома, то они представлены на рынке широкой линейкой. Причем модели могут иметь различное назначение, дизайн, принцип работы, габариты.

Различные варианты

Например, по внешнему виду и конструкции системы отопления частного дома подразделяются на:

По назначению они классифицируются на используемые для:

• Системы отопления и ГВС;
• Для нагрева воды в бассейне.

Есть отличия и принципе работы. Солнечное отопление с применением коллекторов является идеальным выбором для дачных домиков, так как не требуют подключения к электросети. Модели с принудительной циркуляцией подключают к общей системе отопления, в них циркуляция теплоносителя осуществляется при помощи насоса.

Смотрим видео, сравниваем плоский и трубчатый коллектор:

Не все коллекторы пригодны для солнечного отопления загородного дома. Согласно этому критерию они делятся на:

Первые применяются для отопления дачных строений, вторые в частных домовладениях.

Энергетическая эффективность

Воздушные коллекторы ведут себя так же, как и обычные коллекторы, по которым течет вода: наибольшая энергетическая эффективность достигается при малых температурах в коллекторе, т.е. при малой разности температуры внутри коллектора и температуры окружающей среды. При высоких температурах в коллекторе много энергии отдаётся в окружающую среду, и теряется без использования.

Системы воздушных коллекторов для отопления помещений работают на сравнительно низких температурах, поскольку температура коллектора должна быть лишь немного выше температуры воздуха в отапливаемом помещении.

При подогреве свежего воздуха, направляемого в здание, гелиосистема воздушного отопления уже при самой малой инсоляции энергетически оправдана, и может быть очень эффективной. Любое (даже пока незначительное) повышение температуры в коллекторе используется для отопления помещений, дома .

Это даёт огромное преимущество в сравнении с обычными коллекторами для вспомогательного отопления, где тепло подаётся в отопительный контур радиаторов центрального отопления или обогреваемых полов.

В зависимости от вида теплораспределения, в традиционных установках необходимы температуры не менее 30–55 C. Таким образом, подогрев свежего воздуха воздушными коллекторами представляется особенно энергоэффективным вариантом эксплуатации солнечной энергии.

Воздушные системы солнечного отопления

Тема воздушного отопления приобретает всё большее значение потому, что современные здания оснащены системами вентиляции и высокоэффективными тепловыми завесами, что делает возможным отопление подачей тёплого воздуха. Нагрев воздуха энергией солнца возможен прямо в воздушных коллекторах. Воздушное солнечное отопление базируется на обычных системах вентиляции, для многих зданий это интересный метод экономии энергии.

Схема солнечное воздушное отопление

Воздух нагревается в солнечных коллекторах, интегрированных в фасад или крышу, и транспортируется в здание. При этом солнечное тепло можно использовать сразу, или его можно аккумулировать в буферных накопителях. Системы воздушного солнечного отопления поддаются модифицированию, чтобы использовать лишнее солнечного тепло в летний период для нагрева хозяйственной воды, или для охлаждения. К тому же данное оборудование великолепно годится для санации, т.е. оно обеспечивает санитарное состояние здания.

Именно благодаря отличиям от традиционных систем солнечного отопления, где в качестве теплоносительной среды используется вода, не следует пренебрегать преимуществами систем солнечного воздушного отопления. В сравнении с системами, использующими жидкие среды, системы с воздухом в качестве теплоносительной среды не имеют проблем с безопасностью оборудования, которое не замерзает и не способно нанести ущерб зданию при разгерметизации.

Кроме того, способность воздуха вызывать коррозию значительно ниже, чем у жидкостей. Это увеличивает срок службы коллекторов, который значительно превышает 25 лет.

Солнечное охлаждение

В летние месяцы солнечные нагревательные установки часто простаивают, или используются мало потому, что отбор энергии на отопление и нагрев горячей воды незначителен. Это особенно относится к системам, установленным в офисных центрах и административных зданиях отдельных компаний.

Чтобы солнечной отопительной установкой можно было пользоваться даже летом, рекомендуется применять адсорбционную холодильную машину. Она позволяет использовать солнечную энергию для кондиционирования, например, в административных и офисных зданиях или в помещениях с IT-оборудованием (компьютеры, серверы и т.д.). Как правило, летом нагрузка по холоду (расход холода) в офисных зданиях сильно возрастает. Прежде всего, он вызван разогреванием помещения компьютерами, людьми и лучами солнца. Если сравнить доступность тепла от солнечной установки с потребностью в холоде, можно констатировать, что эти две величины взаимно коррелируют. Это означает, что нагрузка по холоду достигает максимума, когда большая часть энергии доступна в форме инсоляции.

схема Солнечное охлаждение и солнечное кондиционирование

Применение адсорбционной холодильной машины позволяет избежать простоев солнечной нагревательной установки, чтобы организовать недорогое охлаждение и кондиционирование за счёт доступной солнечной энергии. Энергия, необходимая для эксплуатации солнечного энергетического оборудования, обходится значительно дешевле по сравнению со стоимостью эксплуатации традиционного генератора холода, традиционные холодильные системы очень энергоёмки, они расходуют много электричества и/или газа.
Растущий интерес к тепловой энергии в низкотемпературном диапазоне (ниже 100 C), поставляемой, например, от отопительных гелиосистем, геотермального тепла или термоэлектрических генераторов, открывает широкие возможности применения адсорбции для того, чтобы сделать экономичным и обоснованным более интенсивную эксплуатацию низкотемпературной энергии, которая почти не употреблялась ранее.
В принципе, такое применение адсорбционных холодильных машин возможно, и данное оборудование используется в процессе преобразования тепловой энергии в температурном диапазоне от 55 до 95 C с достаточно неплохим показателем к.п.д. по теплу (0,6 до 0,65). Это позволяет производить холодную воду с температурой 8 до 12 C. Адсорбционная холодильная машина может применяться для кондиционирования воздуха в зданиях, а также для целей охлаждения в промышленных процессах.

Вся система технологического оборудования в основном состоит из следующих компонентов:
• Солнечная установка,
• Адсорбционная холодильная машина,
• Распределительная система,
• Система трубопроводов и
• Элементы обеспечения техники безопасности.
Далее требуется накопитель тёплой воды и (по желанию) накопитель холодной воды. Чтобы затем можно было распределять холод по зданию, должна быть установлена система распределения. Здесь применяются давно освоенные рынком системы поверхностного охлаждения, потолочные системы с охлаждением (т.н. “холодильные потолки”), системы кондиционирования или вентиляторные доводчики, известные также как «фанкойлы» (ФК).
Для отвода отходящего тепла, возникающего в процессе абсорбции и конденсации, применяется охлаждающая вода. Подачу охлаждающей воды можно организовать на практике с помощью охладителя оборотной воды (циркуляционного радиатора), башенных охладителей, геотермальных зондов или колодцев.

Солнечная установка и адсорбционная холодильная машина

Воздушный солнечный коллектор для отопления дома

Панельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома — это источник дополнительной тепловой энергии. Модули подходят для жилых домов, теплиц, дач, коттеджей, турбаз. Один блок в среднем вырабатывает около 1,5 кВт/час, чего более чем достаточно для поддержания комфортной температуры в весенне-осенний период.

Воздушные коллекторы в зимнее время года сокращают расход топлива (газа, электричества), на котором работает котёл до 52%. Летом модуль работает на поддержание влажностного микроклимата и кондиционирование помещений.

Как устроен воздушный коллектор

Принцип работы основан на простых физических законах. Солнечные лучи проникая в атмосферу земли практически не отдают тепла. Нагрев воздуха происходит после того как ультрафиолет попадает на твердые поверхности. Под действием солнечных лучей грунт и другие предметы нагреваются. Происходит теплообмен.

Устройство воздушных солнечных коллекторов использует описанное явление, аккумулируя тепло и направляя его в помещение. В конструкции присутствуют следующие детали:

корпус с теплоизоляцией;

нижний экран, абсорбер;

радиатор с аккумулирующими ребрами;

верхняя часть из обычного стекла или поликарбоната.

В конструкцию коллектора входят вентиляторы. Основное предназначение: нагнетание нагретого воздуха в жилые помещения. В процессе работы вентиляторов создается принудительная конвекция, за счет которой холодные воздушные массы поступают в блок коллектора.

Принцип обогрева и его эффективность

Абсорберы воздушных коллекторов делают черного цвета, для увеличения интенсивности нагрева под воздействием солнечного излучения. Температура воздуха в коллекторе достигает 70-80°С. Тепла с избытком хватает для полноценного обогрева помещений небольшой площади.

Принцип действия воздухонагревателя следующий:

воздух закачивается с улицы в корпус коллектора принудительным способом;

внутри блока установлены абсорберы, отражающие тепло, поднимающие температуру внутри ящика до 70-80°С;

происходит нагрев воздуха;

разогретые воздушные массы принудительно нагнетаются в отапливаемые помещения.

В заводских моделях обеспечение циркуляции воздуха осуществляется при помощи вентиляторов, подключенных к солнечным батареям. Как только ультрафиолетовое излучение становится достаточно интенсивным, чтобы выработать некоторое количество электроэнергии, турбины включаются. Коллекторы начинают работать на обогрев. Зимой интенсивность излучения Солнца снижается.

Дом не сможет полностью функционировать на солнечном воздушном отоплении. Воздухонагреватели используются как дополнительный источник тепла. При правильных расчетах одна установка (данные взяты из технических характеристик воздушных солнечных коллекторов Solar Fox) обеспечит следующую экономию, за отопительный сезон:

Система солнечного воздушного обогрева компенсирует около 30% необходимого для здания тепла. Полная окупаемость достигается в течение 2-3 лет. Если учесть, что принцип работы связан с использованием установки и для кондиционирования воздуха, а в течение года вырабатывается около 4000 кВт, целесообразность использования становится еще очевиднее.

В странах ЕС широкое распространение получило конструкторское решение «солнечная стена». Конструкция заключается в следующем:

в здании одна из стен изготавливается из аккумулирующего материала;

перед панелью устанавливается стеклянная перегородка;

в течение дня тепло аккумулируется, после чего отдается в помещение ночью.

Для усиления конвекции, солнечный коллектор делается не во всю стену. Вверху и внизу предусматривают раздвижные шторки.

Солнечный коллектор — водяной или воздушный

Каждый из нагревателей эффективен, отличается только основное предназначение и принцип работы:

Водяной коллектор — применяется для обеспечения потребностей в ГВС и низкотемпературных систем теплых полов. Эффективность работы в зимний период существенно снижается. Вакуумные и панельные коллекторы косвенного нагрева, подсоединенные к буферной емкости, продолжают аккумулировать тепло в течение всего года. Главный недостаток, высокая стоимость гелиоколлектора, монтажа и обвязки.

Воздушный вентиляционный коллектор — отличается простой конструкцией и устройством, которое при желании можно изготовить самостоятельно. Основное предназначение: обогрев помещений. Конечно, существуют схемы, позволяющие использовать полученное тепло для ГВС, но при этом эффективность воздушных коллекторов падает практически вдвое. Преимущества: низкая стоимость комплекта и установки.

Солнечные воздушные системы отопления работают только днем. Нагрев воздуха начинается даже в пасмурную погоду, при сильной облачности и во время дождя. Работа воздухонагревателей зимой не прекращается.

Как и из чего сделать воздушный коллектор

Главное достоинство солнечных воздухонагревателей, в простоте конструкции. При желании можно сделать самодельное солнечное воздушное отопление частного дома, затратив на это минимум средств.

Для начала потребуется сделать расчеты производительности, затем подобрать тип конструкции и выбрать материалы для изготовления. Корпус и абсорберы можно изготовить из подручных средств, существенно сэкономив бюджет.

Как сделать расчёты коллектора

Вычисления выполняются следующим образом:

каждый м² от площади коллектора даст 1,5 кВт/час тепловой энергии, при условии, что будет солнечная погода;

для полноценного обогрева помещения требуется 1 кВт тепловой энергии на 10 м².

Приблизительный расчет мощности покажет, что для отопления жилого дома на 100 м² необходимо установить коллекторы общей площадью 7-8 м².

Для обеспечения максимальной производительности надо определить сторону дома с максимальной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Практика показывает, что оптимальное место для установки — это скат кровли или южная стена здания.

Типы конструкции коллектора

Классификация осуществляется по различиям корпуса коллекторов. Заводской воздухонагреватель обычно имеет надувной каркас, с двумя съемными панелями. При необходимости модуль легко демонтируется, разбирается и переносится на другое место. Сделать своими руками конструкцию надувного типа навряд ли получится.

В домашних условиях выполняют сборку неразборного корпуса. Это деревянный ящик с абсорбером, радиатором и верхним прозрачным экраном. При изготовлении используют подручные средства: профнастил, алюминиевые пивные банки, обычное стекло.

Материалы для изготовления коллектора

Для изготовления модулей для нагрева жилого или хозяйственного здания потребуются несколько комплектующих:

Внешний блок — собирается из фанеры, ДСП и деревянных брусков. По внешнему виду напоминает обыкновенный коробок.

Дно — изготавливают из профнастила. Лист металла обрабатывают специальной черной краской с высоким коэффициентом светопоглащения. Абсорбирующую поверхность можно сделать из разрезанных алюминиевых банок. Дно обшивают изоляционным материалом, чтобы избежать тепловых потерь.

Ребра радиатора — используются для лучшей абсорбции тепла. При изготовлении используют тонкие листы алюминия, меди. Можно установить уже готовый радиатор из старого холодильника.

Крышка коллектора — делается из сотового поликарбоната, отличающегося хорошей светопропускной способностью и одновременно удерживающая тепло внутри коллектора. Чтобы сэкономить, в качестве покрытия можно использовать обычное стекло. Теплоэффективность при этом будет нижем чем у коллекторов, закрытых поликарбонатом.

Теплоизоляция корпуса — по периметру каркас обшивают пенополистиролом.

Для нагнетания воздуха в отапливаемые помещения устанавливают 2-4 вентилятора. Подойдут кулеры, снятые со старого компьютера.

Установка и подключение воздушного коллектора

Для монтажа воздухонагревателей нужно подготовить поверхность стены, сделав 4 отверстия под воздуховоды. Внутри здания гофрированные трубы разводят по комнатам, направляя в сторону пола.

Самодельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома подключаются к электросети, через трансформатор. При наличии навыков в качестве источника питания можно установить аккумулятор на солнечных батареях.

Теплоэффективность изготовленных своими руками воздухонагревателей существенно ниже, чем у заводской продукции. При отсутствии специальных навыков лучше использовать готовые модули. Как показывают реальные отзывы о коллекторах, оптимальный вариант для покупки из представленных на отечественном рынке: Solar Fox, Солнцедар и ЯSolar-Air.

Воздухонагреватели не используются в качестве основного источника тепла и выполняют исключительно вспомогательную функцию. В домах с солнечными воздушными коллекторами изначально устанавливают котел, покрывающий потребности в отоплении на 100%.

При грамотных расчетах и интенсивной эксплуатации, вложения окупятся в течение 1-2 лет. В случае самостоятельного изготовления коллектора, затраты вернутся уже в середине первого отопительного сезона.

Пошаговая инструкция изготовления воздушного коллектора

Изготовление воздушного солнечного коллектора из алюминиевых банок:

Изготовление солнечного воздухогрейного коллектора из квадратной трубы: