Солнечное ГВС – условия выгоды

Горячее водоснабжение с использованием тепла, полученного от солнечных коллекторов, даже в климатических условиях средней полосы может быть, как сезонным, так и круглогодичным в зависимости от выбранного решения, которое в любом случае повысит экологичность и эффективность системы теплоснабжения дома.

Широкое внедрение систем ГВС, использующих для нагрева воды энергию солнца, в значительной степени ограничивается сроком окупаемости дополнительных затрат на приобретение и установку солнечного коллектора и сопутствующего оборудования. Срок окупаемости зависит от сложившегося уровня цен на различные виды энергоносителей, а также от климатической зоны, где предстоит воплотить данный проект, и корректного выбора схемы и оборудования, наиболее отвечающих как запросам потребителя, так и максимальной энергоэффективности для конкретного случая.

Оправданность использования

Географическая широта места и климатические особенности (например, количество солнечных дней и осадков) имеют особенно важное значение при выборе схем с использованием солнечных коллекторов для ГВС. Показатель среднегодовой инсоляции по России изменяется в пределах от 1460 кВт•ч/м² (Сочи) до 800 кВт•ч/м² (Мурманск) (рис. 1). При этом количество солнечной энергии уменьшается к северу не пропорционально увеличению широты. Например, для Дальнего Востока и восточной Сибири инсоляция более высокая, чем для аналогичных по широте районов центральной России или Урала. В Якутске солнечная радиация сопоставима с показателями Москвы и составляет 1035 кВт•ч/м².

Рис. 1 Годовая продолжительность солнечного сияния, часы. Территории, где годовая продолжительность солнечного сияния ≥ 2000 ч, считаются благоприятными для практического использования солнечной энергии

Солнечная установка работает с производительностью достаточной для нужд частного домовладения в регионах с количеством годовой солнечной энергии более 1000 кВт•ч/м². Там, где инсоляция более 1300 кВт•ч/м², использование солнечных коллекторов становится заметно выгодным.

Наибольшую выгоду от включения солнечного коллектора в систему теплоснабжения можно получить в южных регионах. По оценкам специалистов, сделанных на основе практического применения, производительности солнечной установки на Юге хватает, чтобы обеспечивать полноценное ГВС без помощи других генераторов тепла большую часть года. Срок окупаемости схем ГВС с солнечными коллекторами составляет в среднем 7 лет.

На широте же Москвы гелиоколлекторы могут обеспечивать до 40 % энергии, необходимой для нужд ГВС. Для плоских солнечных коллекторов это соответствует 100 % в летний период и 10–15 % – в зимний. Лучший результат получается при использовании вакуумных солнечных коллекторов.

Рис. 2. Солнечные коллекторы установленные на крыше здания

Для систем солнечных коллекторов (рис. 2) производительность является переменной величиной. В ясный летний полдень производительность солнечного коллектора, отнесенная к площади абсорбера, может составлять примерно 700–800 Вт/м2 (1,5–2 кВт с одного коллектора). Однако погода не всегда бывает ясной и летом, на производительности солнечной установки сказываются также температура окружающей среды и другие погодные условия. Количество тепла, которые можно получить за сутки, зависит от широты местности и времени года. На производительности солнечной установки сказывается также правильное ее размещение на кровле или фасаде здания с учетом ориентации по сторонам света (табл.).

Таблица. Месячная продолжительность (ч) солнечного сияния для стен разной ориентации

Количество тепловой энергии, получаемой с помощью солнечного коллектора энергии, варьируется в широких пределах, поэтому использовать солнце как единственный источник тепла для ГВС ненадежно. В большинстве случаев рекомендуется предусмотреть для подогрева воды в баке-водонагревателе резервный теплогенератор. Это может быть, например, второй теплообменник, привязанный к резервному котлу или электронагревателю. Также сам бак может быть не просто косвенного нагрева, а комбинированного – включать в конструкцию, например, ТЭН (рис. 3).

Рис. 3 Принципиальная схема накопительного водонагревателя косвенного нагрева

Выбор решения и преимущества

При обеспечении ГВС от солнечного коллектора требуемая производительность коллектора определяется из количества проживающих в коттедже: 2–3; 3–4 и 4–5 человек. Для выбора оборудования важны усредненные значения минимальных зимних температур, место установки бака-аккумулятора – снаружи или внутри здания, а также предполагаемое расположение солнечного коллектора – на земле, плоской или наклонной крыше. Сочетание этих факторов приводит к тому, что один комплект оборудования может оказаться оптимальным для различных случаев.

Принципиальная схема системы теплоснабжения, включающая гелиоколлектор, зависит, в том числе, от того используется ли тепло солнца только для ГВС или также для отопления помещений. Если теплоснабжение с солнечными коллекторами рассматривается как сезонное энергосберегающее решение исключительно для ГВС, то это сравнительно простое с технической и монтажной точки зрения. В другом случае, при готовности делать дополнительные затраты на приобретение и установку качественного оборудования – оно становится даже в климатических условиях средней полосы полноценной, экологичной, энергоэффективной и, что немаловажно, высоконадежной системой теплоснабжения. Однако во всех случаях рационально включать в эту систему бак-аккумулятор, с резервным теплогенератором.

Системы теплоснабжения, в которых используется несколько источников тепла называются комбинированными или поливалентными. В большинстве регионов, за исключением южных, гелиоколлекторы применяются именно в таких системах, сообщая им, с одной стороны, большую устойчивость (эксплуатационную надежность), с другой – экономичность.  Обычно поливалентная система с гелиоколлектором (рис. 4) включает в себя также котел, подогревающий воду в баке-аккумуляторе при необходимости поддержания заданной температуры или обеспечивающий оптимальные параметры отопительного контура. В таких системах могут применяться как одно, так и двухконтурные котлы. Энергия, получаемая от солнечных коллекторов, обычно служит в качестве дополнительного, а в летний период и основного, источника тепла для ГВС.

Рис. 4. Схема ГВС с одноконтурным котлом и солнечным коллектором

К главным преимуществам системы теплоснабжения с ГВС от гелиоколлектора можно отнести существенную экономию средств на энергоносители. Практика эксплуатации таких систем по оценкам, сделанным специалистами, показывает, что доля покрытия гелиоколлектором затрат на ГВС составляет: 70,4 % для системы, установленной на объекте в Новосибирске, 57,1 % – в Чебоксарах и 80,3 % – в Сочи. Кроме того, использование тепла солнца, в значительной степени обеспечивает пользователю большую независимость от роста тарифов на энергоносители.

 Однако современный уровень надежности и эффективности ГВС от геоколлекторов может быть обеспечен только за счет применения средств автоматического регулирования. Их использование тем более необходимо в системах с изменяющейся в широких пределах мощностью и производительностью: от максимальной – в утренние и вечерние часы до минимальной – в середине дня. Оптимальная работа системы ГВС с гелиоколлектором обеспечивается автоматическим переключением режимов нагрева воды в бойлере и изменением производительности насоса гелиоконтура.

Дополнительную экономию и надежность обеспечивает совместная работа в системе теплоснабжения солнечных коллекторов и тепловых насосов.

Статья из журнала "Аква-Терм" № 3/2019

вернуться назад

Читайте также:

Разработка и исследование ингибиторов солеотложений и коррозии нового поколения

Когенерационные установки на базе газовых двигателей – наиболее эффективные решения

Экология и настройка котла

Особенности балансировочных клапанов Giacomini