Солнечные водяные батареи

Отапливать зимой загородный дом – дело достаточно хлопотное. Если нет газа, приходится использовать уголь, дрова, а для их хранения нужны специальные помещения. Чтобы была в доме комфортная температура, нужно круглосуточно подогревать воду в котле, а для этого требуется много топлива – независимо газа, дров или угля. Эту проблему можно решить сравнительно недорогим способом, переведя свой загородный дом на отопление от солнечных водяных батарей. Собственно, это понятие обобщающее. Под ним подразумевают системы, работающие от солнечных коллекторов – плоских и вакуумных, или системы, работающие от солнечных параболоцилиндрических концентраторов.

Принцип работы систем солнечного отопления

Существуют три вида систем солнечного отопления – воздушное, одноконтурное водяное и двухконтурное водяное.

Одноконтурной система отопления называется потому, что теплоноситель циркулирует в едином замкнутом контуре. То есть, солнечный коллектор и батареи отопления в доме представляют собой единую циркуляционную цепь. Теплоноситель, нагреваясь в коллекторе, насосом прогоняется по трубам в дом. Там он отдает тепло и возвращается снова в коллектор. В простейших одноконтурных системах можно обойтись и без насоса, используя только законы физики. Но для этого вся отопительная арматура должна находиться выше солнечного коллектора.

Одноконтурная система

В этом случае вода, нагреваясь в коллекторе, по законам конвекции поднимается вверх, к батареям, а остывшая вода из батарей опускается вниз, к коллектору, замещая горячую.

В двухконтурной системе теплоноситель циркулирует в первичном контуре. Нагреваясь до высокой температуры в солнечном коллекторе или в солнечном концентраторе, теплоноситель поступает в теплообменник бойлера, где, проходя через змеевик, отдает тепло воде, которой заполнен бойлер. Нагретая вода из бойлера поступает в отопительную систему дома.

Двухконтурная система

Поскольку бойлеры и вспомогательное оборудование – насосы, расширительные емкости, щитовая — как правило, находятся в подвальных помещениях, в случае двухконтурных систем о естественной циркуляции первичного теплоносителя речь уже не идет.

Солнечные нагревательные элементы

Основным нагревательным элементом в системах солнечного отопления является коллектор или концентратор. Коллекторы бывают двух типов – плоские и вакуумные. Плоские коллекторы могут быть использованы для организации системы одноконтурного отопления. То есть несколько плоских коллекторов, соединенные последовательно, нагревают находящуюся в них воду, которая с помощью насоса циркулирует в замкнутой системе отопления. Большая площадь коллекторов, их конструкция позволяют улавливать максимально возможное количество солнечного излучения и нагревать воду до +70°С +80°С.

Плоский коллектор

В дневное время, даже не в солнечную погоду, система плоских коллекторов, установленных на крыше дома, способна обеспечить теплом дом средних размеров. Но в темное время суток эта система не работает. А, чтобы вода в ней не замерзала в морозы, ее нужно разбавить антифризом до концентрации, предохраняющей от замерзания.

Совсем иначе работают вакуумные гелиевые коллекторы. Они могут быть использованы только в системах двухконтурного отопления. Один такой агрегат представляет собой набор вакуумных трубок, смонтированных в ряд и наполненных легкокипящей жидкостью. Наконечники этих трубок вставлены в теплообменник, по которому протекает теплоноситель, циркулирующий в первичном контуре нагрева.

Вакуумный коллектор

Температура наконечников даже зимой при рассеянном освещении может достигать +250°С. При такой температуре наконечников теплоноситель быстро разогревается и поступает в змеевик, установленный в бойлере. Проходя через этот змеевик, теплоноситель отдает тепло воде в бойлере, и уже охлажденный возвращается к гелиевому коллектору.

Примерно по такому же принципу работает система солнечного отопления, построенная на базе параболоцилиндрического концентратора. Разница заключается в том, что роль солнечного нагревателя выполняет длинное параболическое зеркало, в фокусе которого находится трубка с теплоносителем.

Параболоцилиндрический концентратор

Солнечные лучи, сфокусированные на этой трубке параболоцилиндрическим зеркалом, разогревают теплоноситель до высокой температуры. Далее система работает так же, как и в случае солнечного вакуумного коллектора.

Как устроены гелиевые коллекторы

Плоский солнечный коллектор представляет собой герметичный короб, имеющий, как правило, размеры сторон с соотношением 1:2. Внутри короба размещаются (снизу вверх) достаточно жесткий теплоизолирующий слой, выполненный из полиизоцианурата, который обеспечивает надежную теплоизоляцию коллектора. Далее располагается металлический лист – абсорбер, к которому жестко крепится теплопроводящая система (как правило, медная трубка, изогнутая в виде плоского змеевика). Для лучшего поглощения излучения на абсорбер и змеевик наносится термостойкое высокоселективное покрытие из черного никеля или тонкого слоя окиси титана. И, наконец, вся эта система закрывается либо закаленным стеклом с антибликовым покрытием, либо рифленым поликарбонатом.

Устройство плоского коллектора

Наружу из короба выводятся входной и выходной патрубки теплопроводящей системы. После сборки панель тщательно герметизируется силиконовыми герметиками, обеспечивая полную изоляцию внутреннего объема коллектора от окружающей среды. В состоянии покоя (нет никакой циркуляции) в плоском коллекторе вода может быть нагрета до 200°С.

Вакуумный коллектор состоит из набора (до 20 штук в одном комплекте) вакуумных трубок. Каждая трубка фактически состоит из двух трубок, вставленных одна в другую. Из пространства между трубками откачивается воздух для обеспечения надежной теплоизоляции. Внутренняя тепловая трубка выполнена из меди и заполнена легкокипящей жидкостью. Верхняя часть ее – запаянный наконечник – имеет несколько больший диаметр, чем сама трубка. Тепловая трубка крепится к абсорберу, на который нанесено высокоселективное покрытие для лучшего поглощения солнечного излучения. Размеры вакуумной трубки колеблются от 1500 до 1800 миллиметров.

Схема вакуумной трубки

Легкокипящая жидкость, закипая под воздействием солнечного излучения, поднимается в наконечник, который соединен с теплообменником. Отдавая тепло, остывшая жидкость стекает по стенкам сосуда вниз и снова нагревается. Цикл повторяется бесконечно. Наконечник вакуумной трубки может разогреться до +300°С.

Плюс электроподогрев

Понятно, что стопроцентно обеспечить загородный дом гелиевая система теплом не сможет. В темное время суток солнечная отопительная система не работает, то требуется дополнительное оборудование для подогрева воды в бойлере в этот период. Для этого в бойлере устанавливается электрический нагреватель. В законченном виде система солнечного отопления и горячего водоснабжения работает следующим образом: в светлое время суток теплоноситель, нагретый в коллекторе, поступает в теплообменник бойлера, нагревая находящуюся там воду.

Гелиевая отопительная система.

Эта вода подается в батареи отопления и для бытовых нужд. В темное время суток нагрев воды в бойлере осуществляется электронагревателем. Команду на включение или выключение электронагревателя вырабатывает термостат, следящий за температурой воды.

Если в загородном доме имеется еще и солнечная домашняя электростанция, то в этом случае он находится на полном самообеспечении, не зависит от внешних воздействий, и к тому же не загрязняет окружающую среду.