Пожиратели солнца. Солнечные водонагреватели являются бесплатным источником тепла, который позволит значительно экономить на подогреве воды и практически забыть об отоплении в межсезонье, а также обеспечит нужную температуру «теплых» полов
Да и отопление бассейна, которое, как известно, требует солидной оплаты за энергоресурсы, с апреля по сентябрь будет абсолютно бесплатным.
Зачем это нужно
С недавнего времени солнечные водонагревательные конструкции, предназначенные для обеспечения автономной подготовки горячей воды, стали устанавливать даже на балконах многоэтажных городских домов, что особо актуально в тех городах, где коммунальная сфера практически разрушена.Установка гелиосистемы в промышленном секторе позволит почти круглогодично бесплатно подогревать воду для нужд горячего водоснабжения, техническую воду и теплоноситель на технологические нужды(например для обогрева теплиц). Наиболее высокий потенциал для гелиосистем — в пищевой и текстильной промышленности, гостиничном хозяйстве, где расход теплой и горячей воды (+30–90 градусов) особенно высок. Немаловажно, что такие гелиосистемы экологически чисты, соответственно, их использование позволит сократить сжигание газа, угля и выбросы в атмосферу вредных веществ. А внедрение и использование энергосберегающих технологий дает возможность воспользоваться налоговыми льготами и льготным кредитованием, предусмотренным законодательством для предприятий, использующих альтернативные источники энергии
Как это работает
Принцип работы таких систем весьма прост. Их прообразом стали покрашенные черной краской баки с водой, которые до сих пор устанавливают дачники на крыше летнего душа для подогрева на солнце. Отличие современного коллектора от этого примитивного устройства лишь в том, что за счет продуманной конструкции гелиосистема использует солнечное тепло гораздо рациональнее. Причем инсталлировать ее в инженерный комплекс коттеджа довольно просто, и вместе с солнечными батареями и ветрогенераторами она способна обеспечить полную энергонезависимость дома. Солнечная установка состоит из коллектора и теплообменника аккумулятора. Через коллектор циркулирует теплоноситель(как правило, это антифриз). Он нагревается в установленном на крыше солнечном коллекторе энергией солнца, а затем через теплообменник, вмонтированный в бак аккумулятор, отдает тепловую энергию воде. В этом баке хранится горячая вода до момента ее использования. В аккумулятор обычно устанавливается электрический или какой-либо другой автоматический нагреватель дублер. В случае понижения температуры в баке ниже установленной(при продолжительной пасмурной погоде или малом количестве солнечных часов зимой) нагреватель дублер автоматически включается и доводит воду до заданной температуры. При использовании солнечной энергии помимо горячего водоснабжения, скажем, для обогрева помещения, необходим бак-накопитель с двумя теплообменниками. Одним тепло передается в бак с водой, с помощью второго (верхнего) его излишки поступают в основную систему отопления.
Залог эффективности
Современные гелиосистемы способны собирать солнечные лучи даже в пасмурную погоду и при минусовой температуре воздуха, но, разумеется, чем больше солнца, тем лучше, ведь тогда установка дает максимальный эффект. По своим климатическим условиям Украина относится к территориям со средней интенсивностью солнечной радиации (но у нас этот показатель выше, чем, например, в Германии или Польше). Следовательно, мы имеем хорошие возможности для эффективного использования гелиоэнергетического оборудования. Среднегодовое количество солнечной радиации, поступающей на 1 кв. м поверхности, находится в границах от 1000 кВт в северной части Украины до 1400 кВт в Крыму. Длительность солнечного периода (прямого солнечного излучения) в течение года в северо-западной части Украины составляет 1600–1700 ч, в центральных и восточных регионах возрастает до 1900–2000 ч, а на юге достигает 2300–2400 час./год. Естественно, наибольшую выгоду от использования гелиосистемы получат хозяева домов, расположенных в южных регионах. Именно они могут рассчитывать на максимальный процент подачи горячей воды и тепла за счет солнечной энергии. Немаловажное значение имеют ориентация и угол наклона коллекторов. Ориентированная на юг и установленная под углом от 30 до 65 градусов относительно горизонта гелиоустановка в Украине позволяет принимать за год максимальное количество лучистой энергии. Установка под меньшим углом является оптимальной в том случае, если поверхность коллектора нельзя ориентировать на юг. В этом случае гелиоустановка, расположенная под углом 30 градусов, даже при ориентации на юго-запад, с азимутом 45 градусов будет «ловить» до 95% солнечной энергии. При ориентации на восток или запад — до 85% энергии, если угол наклона крыши составляет от 25 до 40 градусов. Если угол наклона плоскости коллектора больше, количество поступающей энергии в течение года будет более равномерным. В целом можно рассчитывать, что гелиосистема будет работать с эффективностью 50% и выше (исходя из 100% ее максимального потенциала) и позволит снизить расходы на воду и тепло в течение девяти месяцев в южных областях Украины (с марта по ноябрь) и на протяжении семи месяцев в северных областях (с апреля по октябрь). В среднем в межсезонье солнечные коллекторы могут обеспечивать до 50%, а в летние — до 90% горячего водоснабжения частного дома. Даже в зимний период такие установки покрывают до 15–20% потребности в горячей воде. Что касается отопления, то в межсезонье это до 20% от общей потребности, в зимние месяцы обогрев либо нулевой, либо минимальный — до 5–10%. Поэтому гелиосистемы пока достаточно редко используют непосредственно для отопления. И хотя они эффективно работают зимой, но поскольку солнечная активность в это время очень низкая, то для обогрева дома потребуется слишком большое гелиополе (3–4 коллектора по 30 труб), а летом встанет вопрос, куда девать такое количество тепловой энергии. Но в любом случае наряду с гелиоколлектором в тепловой схеме дома должен быть стационарный источник тепла.
Схема работы гелиосистемы
Вечное тепло
Хотя солнечная энергия бесплатна, для использования этого ресурса все же необходимы затраты прежде всего на оборудование и установку гелиосистемы. И правильный выбор оборудования имеет первостепенное значение. Существуют различные типы солнечных коллекторов, отличающихся внешней формой наружных блоков, устройством поглощающих поверхностей и аккумулирующих технологий. Но принципиально они делятся на два типа: плоские и вакуумные. Наиболее простой вариант —плоский коллектор. Он представляет собой хорошо изолированный короб, в котором находится светопоглощающая панель. По ней течет теплоноситель, передавая полученное тепло воде. В наших климатических условиях такая система идеально подходит для домов сезонного проживания, например дач или садовых домиков. В зимнее время производительность плоских устройств существенно падает за счет высоких теплопотерь в окружающую среду. Эффективность работы такого оборудования снижается и при облачной погоде, она минимальна при восходе и закате. В круглогодичных солнечных установках обычно используются вакуумные аналоги, отличающиеся более высокими эксплуатационными характеристиками. Вакуум в этих коллекторах применяется в качестве теплоизолятора. Он поддерживается между наружным покрытием из стекла и теплопоглощающим слоем. Благодаря вакууму минимизируются тепловые потери и снижается зависимость КПД коллектора от температуры наружного воздуха. Обычно вакуумные модели выполняются из отдельных герметичных труб. Они бывают и плоскими(в этом случае вакуум поддерживается при помощи специальных насосов), но такие устройства менее распространены. Для трубчатых вакуумных коллекторов характерен так называемый зеркальный эффект, благодаря которому уменьшается зависимость их теплоотдачи от высоты солнца. Это способствует выравниванию тепловой мощности устройства как в течение дня, так на протяжении всего года, что является существенным преимуществом этого типа моделей. Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД по сравнению с плоскими коллекторами при работе в условиях низких температур и слабой освещенности. Современные вакуумные гелиоколлекторы способны нагревать воду практически до кипения даже при минусовой температуре (эксперты утверждают, что система успешно работает при 35-градусном морозе). Соответственно, такие устройства оптимальны для северных, северо-западных регионов, в которых средняя годовая солнечная активность ниже, чем в южных, восточных или юго-восточных. Вакуумный коллектор практически не требует эксплуатационного обслуживания: производители дают гарантию до 25лет. При этом в случае возникновения каких-либо технических проблем трубку можно заменить без остановки системы. При необходимости трубки можно добавлять (при недостатке тепла) или частично снимать (в случае избытка), уменьшая гелиополе. Безусловно, у вакуумных коллекторов имеются и минусы. В наших климатических условиях их эффективность существенно снижается из-за снега и инея. Вследствие высоких теплоизоляционных свойств вакуума как снег, так и иней могут держаться на коллекторах довольно долго, даже после того, как крыша здания полностью оттаяла.
Расчет эффективности установки гелиосистемы для жилого дома
Считаем прибыль
Поскольку само оборудование стоит недешево, а тарифы на энергоносители в Украине все еще гораздо ниже европейских, то и сроки окупаемости будут достаточно высокими. В принципе, окупаемость проекта и его теплоотдачу рассчитывают специалисты. Но, как показывает практика, реальные сроки гораздо выше, чем в их расчетах. Так, во многих компаниях утверждают, что гелиосистема окупается за три-четыре года, тогда как реальный показатель для частного дома может составлять более 30 лет. Для привлечения клиентов некоторые фирмы проводят расчеты, исходя лишь из стоимости самого коллектора, тогда как это только40% общих расходов на систему, включающую также дополнительное оборудование, аккумулирующие емкости, монтаж и т. п.Целесообразнее всего устанавливать коллекторы в доме с высоким расходом энергии, которая идет не только на подогрев воды, но и отопление помещения, поддержание нужной температуры в бассейне и теплых полах. Тогда действительно можно выйти на привлекательные сроки окупаемости, которые составят уже не 20, а максимум 10 лет. А если в ближайшем будущем тарифы на энергоносители вырастут (что по-видимому неизбежно), то сроки окупаемости системы будут и того меньше. В любом случае это выгодно, ведь, к примеру, даже самый экономный газовый котел с каждым годом, по мере увеличения тарифов, будет «сжигать» все больше денег. Как показывает практика, наиболее выгодно использовать солнечные системы в бизнесе. Тарифы на энергоносители для юридических лиц выше, чем для частных(по газу — в два раза, по электроэнергии —втрое). Чем больше система, тем быстрее она окупается за счет процентного уменьшения в ее общей стоимости составляющих, которые не влияют на выработку тепла. То есть для системы из десяти коллекторов и из одного обвязка идентична. Только в первом случае она составляет 10% стоимости, а во втором — 60%. Уже сейчас реальные сроки окупаемости гелиооборудования в промсекторе и гостиничном хозяйстве составляют четыре-пять лет. Если речь идет о небольшом предприятии, например кафе на 30 посадочных мест, то этот показатель составит в среднем пять лет.