Гелиосистема для горячего водоснабжения: принцип работы и устройство, типы, особенности монтажа

Использование гелиосистем для снабжения домовладения горячей водой является инновационной технологией. О принципах работы оборудования, правилах его установки и использования пойдёт речь в данной статье.

Принцип работы и устройство гелиосистем

Простейшее оборудование состоит из тонких пластин чёрного цвета, объединённых стеклянным или пластиковым корпусом. Монтируются панели на крыше дома. Накапливаемая солнечная энергия передаётся в бак аккумулятор, где и преобразуется в тепловую, благодаря которой греется теплоноситель. Благодаря дополнительным узлам устраняется проблема с тепловыми потерями и остыванием воды в баке в ночное время суток.

Использовать гелиосистему для обустройства горячего водоснабжения достаточно эффективно, в солнечные дни температура воды достигает 70°С.

Типы и характеристики гелиосистем

Существует несколько типов гелиосистем, которые имеют свои конструктивные особенности.

Вакуумные трубчатые системы

Конструкция состоит из стеклянных труб, каждая из которых содержит устройство, поглощающее свет солнца. Тепловые потери таких коллекторов минимальные, так как вакуум является одним из наилучших теплоизоляторов.

Вакуумные гелиосистемы бывают с косвенной теплопередачей и прямоточные, различаются способом нагрева. Первый вариант разработан для круглогодичной эксплуатации, второй – только в тёплое время года (апрель – сентябрь).

Плоские высокоселективные коллекторы

Самый распространённый тип гелиосистем. Они доступны в цене, но плохо держат тепло. Оборудование включает: плоскостной поглотитель, прозрачное стеклянное покрытие, теплоизоляцию с оборотной стороны, рамы, изготовленной из стали или алюминия.

Принцип работы системы заключается в аккумуляции солнечных лучей слоем поглотителя и преобразовании солнечной энергии в тепловую. Полученная тепловая энергия в свою очередь передаётся теплоносителю (раствор воды и гликоля), который направляет тепло в аккумулятор.

Воздушные

Простые конструкции коллекторов, обеспечивающие нагрев воздуха. Используются для обогрева помещений и в сушильных камерах для сельскохозяйственной продукции. Воздух поступает благодаря естественной конвекции или принудительным способом (с помощью вентилятора) в поглотитель, распределяется по трубам системы. Недостаток данного типа заключается в том, что часть энергоресурсов расходуется на функционирование вентилятора.

Концентрационные

Оборудование применяется в основном для больших площадей. Стоимость высокая, что обусловлено способностью увеличения поглощения солнечных лучей за счёт ввода в коллектор концентратов с помощью параболоцилиндрических отражателей. Эксплуатационные температуры повышаются до 120-250 градусов. Есть возможность увеличить и указанные температурные значения, если оснастить систему устройством слежения за солнцем. Но это ещё больше увеличит расходы на монтаж и сроки окупаемости оборудования.

Как рассчитывается мощность

Гелиосистемы на солнечных панелях при использовании в частном секторе могут обладать высокой производительностью. Для расчёта мощности оборудования необходимо учесть площадь поглощения коллектора, величину инсоляции для региона и коэффициент полезного действия коллектора.

К примеру:

• коллектор занимает площадь 1 м2;

• оборудование имеет семь трубочек, площадь поглощения каждой составляет 0,15 м2.

Инсоляция 1173,7 (Московская обл.) умножается на 0,15 м2 и снова множится на 0,67 (коэффициент полезного действия). Получается 117,95 кВт•час/кв. м, что в перерасчёте на суточный показатель даёт 0,325 кВт•час. В летние дни при активном солнце система будет вырабатывать 0,545 кВт•час.

Стоимость установки для частного дома

На стоимость гелиосистемы для частного дома влияют следующие факторы:

• тип отопления дома, количество разводок под горячее водоснабжение;

• сложность конструкции оборудования;

• мощность;

• производитель.

Для дач и коттеджей установка мощностью 2 кВт•ч обойдётся более 165 000 рублей (базовая комплектация). Если потребуются дополнительные узлы и элементы, расходы увеличатся. Более мощный вариант гелиосистемы будет стоить свыше 270 000 рублей.

Средний срок окупаемости оборудования от 2 до 7 лет, в зависимости от режима эксплуатации.

Особенности монтажа

Помимо правильного выбора оборудования и грамотного проектирования для безупречной работы системы необходим квалифицированный монтаж. Существует много тонкостей, применение которых поможет увеличить срок эксплуатации всех элементов коллектора.

Первый нюанс касается термостатического клапана, который служит защитой от ожогов. В стандартных системах теплоснабжения этот элемент монтируют редко ввиду того, что температуру горячей воды можно регулировать на генераторе. Поэтому при проектировании гелиосистемы про клапан зачастую забывают. В регуляторе солнечной системы также можно установить ограничитель нагрева воды, но тогда эффективность оборудования будет существенно снижена. Нагретый до максимальной температуры бак обеспечит горячей водой даже в пасмурные дни.

Чтобы клапан работал правильно, его устанавливают немного дальше от водонагревателя. Близкое расположение провоцирует перегрев узла, в результате чего горячая вода перестаёт поступать в трубопровод.

Второй нюанс касается ёмкости аккумулятора ГВС. Он устанавливается в просторном месте. Это важно для беспрепятственного доступа к бачку для его обслуживания и ремонта. Нередко для бака подбирают часть помещения под лестницей или подвал. В таком случае необходимо учесть высоту потолка. Наверху водонагревателя расположен магниевый анод. Для его замены потребуется пространство над баком не менее 60 см. Если высота не позволяет производить ремонтные работы, то на этапе монтажа системы следует установить активный электрический анод.

Третий нюанс касается монтажа расширительного бачка, который компенсирует весь теплоноситель, вытесняемый из коллекторов при стагнации. При этом учитывается температурное расширение жидкости. Корректное функционирование бачка обеспечивает его правильное расположение. Монтаж производится ниже уровня насосной группы. Если расположить ёмкость выше насосов, то мембрана станет уязвимой перед воздействием высоких температур, в результате чего на ней образуется воздушный пузырь. Он подсушивает резину, ухудшая её эластичность и другие физические свойства. Это приводит к быстрому изнашиванию мембраны.

Четвёртый нюанс касается подключения гелиоконтура к баку аккумулятору. Из-за того, что тепло всегда устремляется вверх, нужно делать подключение снизу, создавая преграду на пути тёплого потока. Это достигается путём подсоединения труб к водонагревателю с созданием, так называемой петли (термопетли). При игнорировании рекомендации температура воды в баке за ночь снизится минимум на 2-8 градусов.

Пятый нюанс касается обратного клапана. При его отсутствии всё тепло, накопленное за день в гелиоконтуре, рассеется через коллекторы в ночное время суток. Для предотвращения нерационального использования ресурсов рекомендуется в нижнем подключении бака аккумулятора устанавливать обратный клапан.

Посмотрите видео «Солнечный коллектор»