Сонячний водонагрівач для приватного будинку у Львові – пристрій і принцип роботи геліоколекторів

Геліосистеми встановлюються в приватних будинках, котеджах, басейнах, хостелах та інших будівлях для забезпечення ГВП. Сонячні водонагрівачі для приватного будинку здатні забезпечити великою кількістю гарячої води. Одна геліоустановка виробляє до 200 л нагрітої води в день. Особливо вигідним вважається комерційне застосування геліоколекторів, при якому повна окупність досягається вже через 2-3 роки експлуатації.

Існує кілька видів геліоводонагрівач, що відрізняються способом акумуляції і зберігання тепла, внутрішньою будовою та принципом роботи. Відмінності впливають на теплоеффектівность і технічні характеристики обладнання.

Види сонячних колекторів

Геліосистеми діляться на два класи по: принципом нагріву і способу зберігання теплоносія. Перші використовують вбудований бак теплоаккумулятор. Другі підключаються до виносної накопичувальної ємності, яка встановлюється в безпосередній близькості від колектора або всередині будівлі.

При виборі геліосистеми в першу чергу звертають увагу на тип баків акумуляторів сонячної теплової енергії, так як відмінності конструкції і пристрої відображаються на особливостях експлуатації і технічних характеристиках.

Колектори з вбудованим баком

Моноблочні геліоколектори призначені для роботи в сезон весна-осінь. Взимку обладнання відключають, зливають теплоносій. Колектори з вбудованим баком простіше встановити і обслуговувати. Для використання потрібно просто підключити геліосистему до системи гарячого водопостачання або точки водорозбору.

Нагрівання води геліоколекторів з вбудованим баком теплоаккумулятором відбувається наступним чином:

• сонячні промені уловлюються абсорбером;
• отримана енергія передається в змійовик, розташований в вбудованому баку теплоаккумуляторе;
• відбувається передача тепла, від нагрітого теплоносія воді, використовуваної для побутових потреб.

В деяких теплоаккумулюючих ємностях передбачений вбудований ТЕН, необхідний у випадках, якщо сонячний колектор не зміг забезпечити необхідною кількістю гарячої води. Недогрев можливий в разі похмурої або холодної погоди. Сонячний колектор в нормальних умовах може нагріти обсяг води до 200 л. в день.

Колектори з вбудованим баком в основному працюють без тиску, c застосуванням природної циркуляції рідини. Термосифонні геліосистеми встановлюють в найвищій точці ГВС, щоб забезпечити необхідний напір води, при відкритті крана водопостачання. Баки витримують максимальний тиск не більше 0,2 атм. Після нагріву вода самопливом стікає до точки водорозбору.

Сонячні водонагрівачі з вбудованим баком відрізняються декількома перевагами:

• нагрів води в сонячну погоду за все за 3-4 години;
• забезпечення потреби в ГВП від 3 осіб і вище, залежно від площі абсорбуючій поверхні;
• простий монтаж;
• низька ціна.

Принцип термосифона широко використовується в ГВП з сонячними колекторами. Робота водонагрівача ґрунтується на природної конвекції, коли нагріта рідина переміщається вгору, а остившая опускається вниз. Неодмінна умова термосифонної схеми ГВС – резервуар для води повинен знаходиться вище колектора.

Геліосистеми з виносним баком

Сонячні колектори, що підключаються до окремо стоїть баку Теплонакопичувачі, відносяться до класу водонагрівачів для цілорічного використання. Нагрівання води триває в будь-який час року, за умови, що буде яскраво світити сонце і температура повітря не впаде нижче -50 ° С.

Для нагрівання води використовується зовнішній бойлер непрямого нагріву, віддалений від джерела тепла. В якості теплоносія використовується антифриз. Нагрівання ГВП колектором з виносним баком здійснюється наступним чином:

1. абсорбер акумулює тепло і передає його рідинного теплоносія;
2. під тиском, нагрітий антифриз надходить в теплообмінник бака накопичувача;
3. при проходженні через змійовик бака, теплоносій нагріває воду.

Для забезпечення нормальної роботи, геліоколектор з виносним баком підключається до насосної групи. Циркуляція теплоносія здійснюється примусово. Процес і інтенсивність нагріву, і тиск регулюються автоматикою.

Головне достоїнство геліосистем з виносної ємністю – можливість цілорічного застосування. Недолік: необхідність в підключенні дорогого устаткування, необхідного для нормальної роботи геліосистеми. Водонагрівач працює під тиском має ще один мінус: при відключенні електроенергії насоси перестають працювати, що призводить до перегріву теплоносія і негативно позначається на працездатності геліоколектора (проблема вирішується установкою ІБП).

Як працює система ГВП від геліосистеми

Сонячні водонагрівальні установки здатні компенсувати близько 50% витрат тепла на нагрів води. Економія в роки становить близько 300 м³ газу або 4 м³ дров. Навіть незважаючи на необхідність початкових вкладень, накопичувальний водонагрівач, що працює від сонячних батарей вкрай вигідний. При комерційному застосуванні окупність наступає через 2-3 роки інтенсивної експлуатації, а термін служби колекторів становить від 30-50 років.

Щоб зрозуміти наскільки гаряче водопостачання на сонячних колекторах вигідно, варто розглянути, кілька важливих питань:

• як працює гелиосистема;
• скільки води зможе нагріти геліоколектор протягом дня.

Добре розуміння перерахованих моментів допоможе вибрати найбільш підходящу геліосистему в кожному конкретному випадку.

Принцип нагріву води сонцем

Існує кілька різновидів колекторів, що відрізняються за принципом абсорбції або акумуляції тепла. Все обладнання ділиться на дві групи:

Принцип роботи сонячних водогрійних колекторів трубчастого і панельного типу заснований на звичайних фізичних законах. Ультрафіолетове випромінювання проходить крізь атмосферу землі практично не втрачаючи тепла. При попаданні на тверду поверхню сонячні промені прогрівають її. У свою чергу нагріті предмети віддають тепло навколишньому середовищу. Подібним чином відбувається нагрів і в геліосистемі.

Сонячні промені потрапляють на абсорбуючу поверхню, яка сильно розігрівається завдяки тому, що пофарбована в темний колір. Тепло, акумулюється за допомогою абсорбера і направляється в накопичувальний бак. Описаний принцип роботи залишається однаковим для всіх геліоколекторів, незалежно від внутрішнього устрою.

Види і способи акумулювання сонячної теплової енергії впливають на особливості експлуатації сонячних водогрійних систем. Трубчасті водонагрівачі відрізняються більшою тепловіддачею, здатні працювати при температурі до -50 °. Хоча вакуумні колби коштують дорожче, їх теплотехнічні параметри: швидкість і інтенсивність нагріву краще, в порівнянні з панельними колекторами.

Скільки води може нагріти сонячний колектор

Все залежить від кількох факторів: способу нагріву і акумуляції тепла, пори року, погоди. Окремо враховується те, яка система рециркуляції використовується. Середнім значенням для геліосистеми на 1 м² прийнято вважати такі можливості нагрівання в годину:

• 100 літрів на 7 ° C;
• 50 літрів на 14 ° C;
• 25 літрів на 28 ° C;
• 15 літрів на 46 ° C;
• 10 літрів на 70 ° C.

В похмуру погоду сонячний колектор може знизити швидкість нагріву ГВП, в ясну сонячну навпаки, збільшити, тому в списку наводяться середні значення.

В теплу літню погоду, при відсутності хмарності водонагрівач всього за годину підігріває близько відра води, що досить для економного душа. Протягом світлового дня збирається близько 200 л. гарячої води з температурою близько 40 °, за умови, що використовується колектор, який має більше 1,5 м² абсорбуючій площі.

Взимку споживач зіткнеться з тим, що отримується тепла буде недостатньо, щоб виробити необхідну кількість гарячої води. Проблема вирішується установкою накопичувальної ємності.

Принцип роботи колектора при низьких температурах навколишнього середовища дещо змінюється. Якщо влітку можна було підключити бойлер і періодично, раз на годину «скидати» в нього гарячу воду, то взимку водонагрівач буде нормально функціонувати тільки в системі непрямого нагріву. Суть такого підключення в наступному:

• взимку, вода в сонячних колекторах нагрівається до температури 30 ° С, чого буде недостатньо для миття;
• в систему ГВП підключають буферну ємність з двома теплообмінниками, для котла і геліоколектора;
• водонагрівачі від сонячної енергії підігрівають воду до температури 25-30 ° С;
• основний нагрів здійснює газовий, електричний або твердопаливний котел, доводячи температуру до 60-70 °;
• при відкритті крана ГВП користувачеві подається гаряча вода.

Сонячний водонагрівач працює взимку на компенсацію енергоресурсів, необхідних для роботи системи ГВП. Автономне гаряче водопостачання за допомогою одних тільки геліоколекторів неможливо. Потрібно, щоб в системі ГВС присутній водонагрівач, здатний задовольнити потреби водопостачання на 100%.

Чим заправляють геліосистеми

Теплоносій для колекторів вибирають в залежності від умов експлуатації. Так, для всесезонних систем використовують спеціальний антифриз, що не замерзає в зимову пору року. Влітку, водогрійний контур заправляють дистильованою водою.

В зв’язку з вибором теплоносія існує кілька загальних рекомендацій:

• Експлуатація взимку – склад незамерзаючих рідин для сонячних водонагрівачів – це суміш пропиленгликоля з водою і додаванням антикорозійних речовин. Пропорції підбираються залежно від середньої температури промерзання навколишнього середовища:
  1. -20 ° С потрібен 40% розчин: на 10 л теплоносія / 6 л. пропиленгликоля;
  2. -30 ° С потрібно 50% розчин, навпіл дистильована вода і пропіленгліколь.

  В готовий теплоносій необхідно додати луг NaOH. Пропіленгліколь під тривалим впливом перепадів температур перетворюється в кислоту. Після додавання лугу, кислотний баланс рН не повинен перевищувати 7. У готових антифризах всі компоненти додані в оптимальних пропорціях.

• Сезонна експлуатація – колектор буде використовуватися з весни до ранньої осені. В якості теплоносія слід застосовувати дистильовану воду, що запобігає утворенню накипу всередині труб.

Доцільність використання готових незамерзаючих рідин (стоять приблизно в 3 рази більше, ніж подібний склад, приготований в домашніх умовах), ставиться під сумнів. Купувати заводські антифризи слід в тих випадках, коли зробити їх самостійно не представляється можливим.

Готові рішення нагріву води сонцем і їх ціна

Економічне обгрунтування придбання геліосистеми залежить від декількох критеріїв:

• повної вартості, включаючи установку;
• тепловіддачі;
• періоду окупності;
• терміну служби.

Не всі геліосистеми однаково ефективно працюють. При використанні колекторів, зроблених з дешевих і неякісних матеріалів можна зіткнутися з проблемами під час експлуатації: недостатньою продуктивністю і швидким виходом обладнання з ладу. Щоб не зазнати розчарування, слід купувати тільки перевірене часом обладнання.

Нижче наводяться кілька моделей популярних сонячних водонагрівачів, які, судячи з відгуків споживачів, зроблені якісно і вважаються найкращим вибором у співвідношенні ціна / тепловіддача:

• Atmosfera – на базі української компанії виробника, виготовляються вакуумні та панельні колектори для всесезонного нагріву ГВП та підтримки систем опалення. Водонагрівачі Атмосфера підходять для систем з примусовою циркуляцією, мають поліпшену теплоізоляцію. У корпусі передбачено місце для установки регулюють датчиків.
  Особливість геліоколекторів Atmosfera у високій продуктивності в похмуру погоду і зимову пору року. Придбати водонагрівач можна починаючи від 20 тис. Руб.
• Sidite – китайська компанія, яка налагодила випуск геліосистем і всього, що необхідно для їх обслуговування і підключення. Випускаються трубчасті і панельні сонячні водонагрівачі.
  В асортименті продукції присутня величезна кількість готових рішень для оснащення: комерційних будівель, басейнів, хостелів, багатоквартирних будинків, лікарень та ін. Водонагрівачі Sidite тільки набувають популярності серед вітчизняного споживача.
• Vaillant auroSTEP plus – геліоколектори з бездоганною німецькою якістю збірки і такий же традиційної ціною. За систему, достатню щоб забезпечити гарячою водою родину на 2-3 людини, доведеться заплатити не менше 200 тис. Руб. За ці гроші покупцеві надається повністю готова система ГВП Vaillant auroSTEP plus, включаючи бойлер непрямого нагріву і контролер.
• SunRain – ще одна модель від китайського виробника. Відповідно до заявлених технічним характеристикам геліоколектори зможуть працювати при зниженні температури до -50 ° С. Допускається горизонтальна і похила установка.
  Водонагрівачі здатні працювати протягом всього року. Підключаються до виносного баку. Вартість трубчастих геліоколекторів SunRain від 40 тис. Руб.
• Viessmann Vitosol – лінійка німецького виробника, основна діяльність якого пов’язана з виробництвом водогрійного обладнання. Головні відмінності від аналогічної продукції інших виробників: бездоганна якість збірки, повну відповідність заявленим характеристикам.
  В Viessmann Vitosol присутній антивандальна і Протиградова системи. Поверхня скла самоочищається. Вартість від 200 тис. Руб.
• ЯSolar – російська компанія, що випускає системи гарячого водопостачання «під ключ». У комплектацію входить: накопичувальний бак, контролер, датчики нагріву, насосна станція, відведення повітря.
  Випускаються сонячні колектори ЯSolar призначені для підключення до систем з примусовою циркуляцією. Повна вартість комплекту від 430 тис. Руб.

Заявлений термін служби кожної з представлених моделей 35-50 років. На перші 15 років експлуатації дається гарантія виробника. При всесезонной експлуатації, в умовах комерційного застосування гелиосистема окупиться за кілька років. Якщо планується використовувати колектор тільки влітку, окупність настане через 7-8 років. Розрахунок економічної ефективності можна виконати за наступним графіком, що показує залежність тепловіддачі від пори року:

Розрахунок сонячного колектора для нагріву води здійснюється за коефіцієнтом споживання ГВП, використовуваному в СНиП. Для забезпечення потреби однієї людини в гарячій воді потрібно від 2-4 кВт / год. У технічній документації на придбану геліосистему вказується передбачувана потужність конвектора, по якій можна дізнатися чи підходить вподобане устаткування під конкретні умови експлуатації.

Перед покупкою бажано вивчити відгуки про сонячні колектори для нагріву води. З коментарів можна дізнатися про деякі недоліки геліосистем і їх переваги, підібрати підходящу модель геліоколектора.

Як встановити сонячну систему нагріву води

Гелиосистема встановлюється на похилому даху, спеціальних похилих площадках або стінах будівлі. Місце для водогрійної установки з сонячними колекторами вибирається індивідуально з урахуванням наступних рекомендацій:

• південна сторона будівлі;
• відсутність видимих ​​перешкод, що загороджують сонячні промені: дерев, прилеглих будинків і т.д .;
• місце повинно бути зручним для подальшого обслуговування та ремонту системи.

Перед монтажем і регулюванням трубчастих або панельних водонагрівачів визначають оптимальний кут нахилу установки. В цьому відношенні керуються наступною формулою:

• для літа – (широта + (широта – 22,5 градуса)) ÷ 2;
• для зими – (широта + (широта + 22,5 градуса)) ÷ 2.