Головним критерієм затишку в приватному котеджі або квартирі є тепло. У холодній хаті навіть найшикарніша обстановка не допоможе створити комфортних умов. Але щоб оптимальна для проживання температура підтримувалася в приміщенні не тільки влітку, а й взимку знадобиться монтаж системи опалення.

Зробити це сьогодні можна легко, придбавши в якості джерела тепла газовий, дизельний або електричний котел. Але проблема полягає в тому, що паливо для такого обладнання коштує дорого і доступно не у всіх населених пунктах. Що ж тоді вибрати? кращим рішенням є альтернативні джерела тепла і зокрема сонячне опалення.

Пристрій і принцип роботи

Що ж являє собою така система? В першу чергу слід сказати, що є два варіанти сонячного опалення. Вони припускають використання різних як в конструктивному плані, так і за призначенням елементів:

• колектора;
• Фотоелектричної панелі.

І якщо обладнання першого типу призначене суто для підтримки в приміщенні комфортної температури, то сонячні панелі для опалення будинку можуть застосовуватися для отримання електрики і тепла. Їх принцип роботи заснований на перетворенні енергії сонця і накопичення її в акумуляторах, щоб потім використовувати для різних потреб.

Дивимося відео, все про даний колекторі:

Застосування колектора дозволяє організувати тільки сонячне системи опалення для приватного будинку, при цьому використовується теплова енергія. Такий пристрій діє таким чином. Сонячні промені підігрівають воду, яка є теплоносієм і надходить з трубопровід. Ця ж система може використовуватися і в якості гарячого водопостачання. До складу входять спеціальні фотоелементи.

пристрій колектора

Але крім них в комплектацію сонячного опалення включені:

• Спеціальний бак;
• аванкамери;
• Радіатор, виконаний з трубок і укладений в короб, у якого передня стінка виконана зі скла.

Сонячні батареї для опалення будинку розміщуються на даху. У ньому вода нагріваючись переміщається в аванкамер де відбувається її заміна гарячим теплоносієм. Це дозволяє підтримувати в системі постійне динамічне тиск.

Види опалення з використанням альтернативних джерел

Найпростіший спосіб перетворення енергії світила в тепло - це використання сонячних батарей для опалення будинку. Вони все частіше використовуються в якості додаткових джерел енергії. Але що ж являють собою ці пристрої і чи дійсно вони ефективні?

Дивимося відео, види і їх особливості роботи:

Завдання, встановленого на даху колектора сонячного системи опалення для будинку увібрати якомога більше сонячного випромінювання, Перетворивши його потім в так необхідну людині енергію. Але при цьому слід враховувати, що воно може бути перетворене як в теплову, так і електричну енергію. Для отримання тепла і підігріву води використовують сонячні системи опалення. Для отримання електричного струму використовують спеціальні батареї. Вони акумулюють енергію в денний час доби і віддають її вночі. Однак сьогодні існують і комбіновані системи. У них сонячні панелі виробляють одночасно тепло і електрику.

Що стосується сонячних водонагрівачів для опалення будинку, то вони представлені на ринку широку лінійку. Причому моделі можуть мати різне призначення, Дизайн, принцип роботи, габарити.

різні варіанти

Наприклад, по зовнішнім виглядом і конструкції системи опалення приватного будинку поділяються на:

1. плоскі;
2. Трубчасті вакуумні.

За призначенням вони класифікуються на використовувані для:

• Системи опалення та ГВП;
• Для нагріву води в басейні.

Є відмінності і принцип роботи. сонячне опалення із застосуванням колекторів є ідеальним вибором для дачних будиночків, Так як не вимагають підключення до електромережі. моделі з примусовою циркуляцією підключають до загальній системі опалення, в них циркуляція теплоносія здійснюється за допомогою насоса.

Дивимося відео, порівнюємо плоский і трубчастий колектор:

Не всі колектори придатні для сонячного опалення заміського будинку. Згідно з цим критерієм вони поділяються на:

• сезонні;
• Цілорічні.

Перші застосовуються для опалення дачних будівель, другі в приватних домоволодіннях.

Порівнюємо з звичайними система опалення

Якщо порівнювати це обладнання з газовим або електричним, то воно має набагато більше переваг. В першу чергу це економія палива. Влітку сонячне опалення здатне повністю забезпечити проживають в будинку людей гарячою водою. Восени і навесні, коли ясних днів мало, обладнання можна використовувати для зниження навантаження на стандартний котел. Що стосується зимової пори, то зазвичай в цей час ефективність роботи колекторів дуже мала.

Дивимося відео, ефективність колекторів взимку:

Але крім економії палива використання обладнання, що працює на сонячних батареях, знижує залежність від газу і електрики. Для установки сонячного опалення не потрібно отримувати дозвіл і встановити його зможе кожен, хто має елементарні знання в сантехніці.

Дивимося відео, критерії підбору обладнання:

Ще один плюс - це велика тривалість роботи колектора. Гарантований термін служби обладнання становить не менше 15 років, отже на цей період ваші комунальні платежі будуть мінімальними.

Однак, як і у будь-якого пристрою у колектора є деякі недоліки:

• на сонячні водонагрівачі для приватного будинку ціна досить висока;
• Неможливість використання як єдиного джерела тепла;
• Необхідна установка бака-накопичувача.

Є і ще один нюанс. Ефективність роботи сонячного опалення залежить від регіону. У південних районах, де активність сонця висока обладнання матиме найбільший ККД. Тому найбільш вигідно використовувати таке обладнання на півдні і менш ефективним воно буде на півночі.

Вибір сонячного колектора і його монтаж

Перш, ніж приступати до установки обладнання, що входить в опалювальну систему необхідно вивчити його можливості. Для того щоб дізнатися скільки тепла потрібно на обігрів будинку необхідно розрахувати його площу. Важливо правильно вибрати місце для установки сонячного колектора. Воно повинно бути максимально освітленим протягом дня. Тому зазвичай обладнання встановлюються на південній частині даху.

виконання монтажних робіт краще довірити фахівцям, тому що навіть невелика помилка в установці системи сонячного опалення призведе до значного зниження ефективності системи. тільки при правильній установці сонячного колектора він прослужить до 25 років, причому повністю окупивши себе за перші 3 роки.

Основні типи колекторів та їх характеристики

Якщо будівля з яких-небудь причин не підходить для установки обладнання, то можна розмістити панелі на сусідньому будові, а накопичувач поставити в підвалі.

Переваги сонячного опалення

Нюанси, на які варто звернути увагу при виборі цієї системи були розглянуті вище. І якщо ви все зробили правильно, то ваша система опалення на сонячних колекторах доставить вам тільки приємні моменти. Серед її переваг слід відзначити:

• Можливість цілорічного забезпечення будинку теплом, з можливістю регулювання температури;
• Повна автономія від централізованих комунальних мереж і зниження фінансових витрат;
• Використання сонячної енергії на різні потреби;
• Тривалий експлуатаційний термін обладнання і рідкісні аварійні ситуації.

Єдине, що зупиняє споживачів від покупки сонячної системи для опалення приватного будинку - це залежність їх роботи від географії проживання. Якщо у вашому регіоні ясні дні рідкість, то ефективність обладнання буде мінімальною.

Для чого використовуються теплові сонячні колектори? Де можна їх використовувати - сфери застосування, варіанти застосування, плюси і мінуси колекторів, технічні характеристики, Ефективність. Чи можна зробити самому і наскільки це виправдано. Схеми застосування і перспективи.

призначення

Колектор і сонячна батарея два різних пристрої. Батарея використовує перетворення сонячної енергії в електричну, що накопичується в акумуляторах і що застосовується для побутових потреб. Сонячні колектори, як і тепловий насос, призначені для збору і накопичення екологічно чистої енергії Сонця, перетворення якої використовується для нагріву води або опалення. У промислових масштабах стали широко використовуватися сонячні теплові електростанції, Перетворюючу тепло в електроенергію.

Пристрій

Колектори складаються з трьох основних частин:

• панелі;
• аванкамера;
• накопичувальний бак.

Панелі представлені у вигляді трубчастого радіатора, поміщеного в короб з зовнішньою стінкою зі скла. Їх необхідно розташовувати на будь-якому добре освітленому місці. В радіатор панелі надходить рідина, яка потім нагрівається і пересувається в аванкамер, де холодна вода заміщується гарячої, що створює постійне динамічне тиск в системі. При цьому холодна рідина надходить в радіатор, а гаряча в накопичувальний бак.

Стандартні панелі легко пристосувати до будь-яких умов. За допомогою спеціальних монтажних профілів їх можна встановлювати паралельно один одному в ряд в необмеженій кількості. У алюмінієвих монтажних профілях просвердлюють отвори і кріплять до панелей знизу на болти або заклепки. Після завершення роботи панелі сонячних абсорберів разом з монтажними профілями є єдиною жорстку конструкцію.

система сонячного теплопостачання ділиться на дві групи: з повітряним і з рідинним теплоносієм. Колектори вловлюють і поглинають випромінювання, і, здійснюючи перетворення її в теплову енергію, Передають в накопичувальний елемент, з якої тепло розподіляється по приміщенню. Будь-яка з систем може доповнюватися допоміжним обладнанням ( циркуляційний насос, Датчики тиску, запобіжні клапани).

Принцип роботи

У денний час теплове випромінювання передається теплоносія (вода або антифриз), циркулюючому через колектор. Нагрітий теплоносій передає енергію в бак водонагрівача, розташованого вище його і збирає воду для гарячого водопостачання. У простій версії циркуляція води здійснюється природним чином завдяки різниці щільності гарячої та холодної води в контурі, а для того, щоб циркуляція не припинялася, використовується спеціальний насос. Циркуляційний насос призначений для активної прокачування рідини по конструкції.


В ускладненому варіанті колектор включений в окремий контур, наповнений водою або антифризом. Насос допомагає їм почати циркулювати, передаючи при цьому збережену сонячну енергію в теплоізольований бак-акумулятор, який дозволяє запасати тепло і брати його в разі потреби. Якщо енергії недостатньо, передбачений в конструкції бака електричний або газовий нагрівач, автоматично включається і підтримує необхідну температуру.

види

Тим, хто хоче, щоб в його будинку була система сонячного теплопостачання, для початку слід визначитися з найбільш підходящим типом колектора.

Колектор плоского типу

Представлений у вигляді коробки, закритою загартованим склом, і має особливий шар, який поглинає сонячне тепло. Цей шар з'єднаний з трубками, по яких ведеться циркуляція теплоносія. Чим більше енергії він буде отримувати, тим вище його ефективність. Зменшення теплових втрат в самій панелі і забезпечення найбільшого поглинання тепла на пластинах абсорбера дозволяє забезпечити максимальний збір енергії. При відсутності застою плоскі колектори здатні нагрівати воду до 200 ° C. Вони призначені для підігріву води в басейнах, побутових потреб і опалення будинку.

Колектор вакуумного типу

Являє собою скляні батареї (ряд порожніх трубок). Зовнішня батарея має прозору поверхню, а внутрішня батарея покрита спеціальним шаром, який уловлює випромінювання. Вакуумна прошарок між внутрішніми і зовнішніми батареями допомагає зберегти близько 90% енергії, що поглинається. Провідниками тепла є спеціальні трубки. При нагріванні панелі відбувається перетворення рідини, що знаходиться в нижній частині батареї в пар, який піднімаючись, зраджує тепло в колектор. Цей тип системи має більший ККД у порівнянні з колекторами плоского типу, Так як його можна використовувати при низьких температурах і в умовах поганої освітленості. Вакуумна сонячна батарея дозволяє нагріти температуру теплоносія до 300 ° C, при використанні багатошарового скляного покриття і створенні в колекторах вакууму.

Тепловий насос

Системи сонячного теплопостачання найбільш ефективно працюють з таким пристроєм, як тепловий насос. Призначений для збору енергії з навколишнього середовища незалежно від погодних умов і може встановлюватися всередині будинку. Як джерело енергії тут можуть виступати вода, повітря або грунт. Тепловий насос може працювати, використовуючи лише сонячні колектори, якщо достатньо сонячної електроенергії. При використанні комбінованої системи «тепловий насос і сонячний колектор», не має значення тип колектора, однак найбільш підходящим варіантом буде сонячна вакуумна батарея.

Що краще

Система сонячного теплопостачання може встановлюватися на дахах будь-якого виду. Більш міцними і надійними вважаються плоскі колектори, на відміну від вакуумних, конструкція яких більш тендітна. Однак при пошкодженні плоского колектора доведеться замінити всю абсорбуючу систему, тоді як у вакуумного заміні підлягає лише пошкоджена батарея.


Ефективність вакуумного колектора набагато вище, ніж плоского. Їх можна використовувати в зимовий час і вони виробляють більше енергії в похмуру погоду. Досить велике поширення отримав тепловий насос, не дивлячись на свою високу вартість. Показник вироблення енергії у вакуумних колекторів залежить від величини трубок. У нормі розміри трубок повинні складати в діаметрі 58 мм при довжині від 1,2-2,1 метра. Досить складно встановити колектор своїми руками. Однак володіння певними знаннями, а також дотримання докладним інструкціям по монтажу і вибору місця системи, зазначеними при купівлі обладнання істотно спростить завдання і допоможе принести в будинок сонячне теплопостачання.

опис:

Особливе значення при проектуванні олімпійських об'єктів в Сочі має використання екологічно чистих відновлюваних джерел енергії та в першу чергу енергії сонячної радіації. У зв'язку з цим буде цікавий досвід розробки та впровадження пасивних сонячних систем теплопостачання в житлових і громадських будівлях в провінції Ляонін (Китай), оскільки географічне розташування і кліматичні умови даної частини Китаю можна порівняти з аналогічними характеристиками Сочі.

Досвід Китайської Народної Республіки

Чжао Цзіньлін, Канд. техн. наук, Даляньський політехнічний ун-т (КНР), стажист кафедри промислових теплоенергетичних систем,

А. Я. Шелгінскій, Доктор техн. наук, проф., науч. керівник, МЕІ (ТУ), Москва

Особливе значення при проектуванні олімпійських об'єктів в Сочі має використання екологічно чистих відновлюваних джерел енергії та в першу чергу енергії сонячної радіації. У зв'язку з цим буде цікавий досвід розробки та впровадження пасивних сонячних систем теплопостачання в житлових і громадських будівлях в провінції Ляонін (Китай), оскільки географічне розташування та кліматичні умови даної частини Китаю можна порівняти з аналогічними характеристиками Сочі.

Застосування поновлюваних джерел енергії (ВДЕ) для систем теплопостачання є актуальним і досить перспективним в даний час за умови грамотного підходу до даного питання, Т. К. Традиційні джерела енергії (нафта, газ і т. П.) Не безмежні. У зв'язку з цим багато країн, включаючи КНР, переходять на використання екологічно чистих відновлюваних джерел енергії, одним з яких є теплота сонячного випромінювання.

Можливість ефективного використання теплоти сонячного випромінювання в Китайській Народній Республіці залежить від регіону, оскільки кліматичні умови в різних частинах країни сильно відрізняються: від помірного континентального (захід і північ) з жарким літом і суворою зимою, субтропічного в центральних районах країни до тропічного мусонного на південному узбережжі і островах, обумовлюється географічним місцезнаходженням території, на якій знаходиться об'єкт (таблиця).

У провінції Ляонін інтенсивність сонячної радіації становить від 5 000 до 5 850 МДж / м 2 в рік (в Сочі - близько 5 000 МДж / м 2 на рік), що дозволяє активно застосовувати системи опалення та охолодження будинків на основі використання енергії сонячної радіації. Такі системи, що перетворюють теплоту сонячного випромінювання і зовнішнього повітря, можна розділити на активні та пасивні.

У пасивних системах сонячного теплопостачання (ПССТ) використовується природна циркуляція нагрітого повітря (рис. 1), т. е. гравітаційні сили.

В активних системах сонячного теплопостачання (рис. 2) задіяні додаткові джерела енергії для забезпечення її роботи (наприклад, електроенергія). Теплота сонячного випромінювання надходить на сонячні колектори, де частково акумулюється і передається проміжному теплоносія, який насосами транспортується і розподіляється по приміщеннях.

Можливі системи з нульовим споживанням тепла і холоду, де відповідні параметри повітря в приміщеннях забезпечуються без додаткових енерговитрат за рахунок:

• необхідної теплової ізоляції;
• вибору конструкційних матеріалів будівлі з відповідними теплохладоаккумулірующімі властивостями;
• використання в системі додаткових теплохладоаккумуляторов з відповідними характеристиками.

На рис. 3 представлена \u200b\u200bвдосконалена схема роботи пасивної системи теплопостачання будівлі c елементами (штори, клапани), що дозволяють більш точно регулювати температуру повітря всередині приміщення. На південній стороні будівлі встановлюється так звана стіна Тромба, яка складається з масивної стіни (бетонної, цегляної або кам'яної) та скляної перегородки, що встановлюється на невеликій відстані від стіни з зовнішньої сторони. Зовнішня поверхня масивної стіни пофарбована в темний колір. Через скляну перегородку нагрівається масивна стіна і повітря, що знаходиться між скляною перегородкою і масивною стіною. Нагріта масивна стіна за рахунок випромінювання і конвективного теплообміну передає накопичену теплоту в приміщення. Таким чином, в цій конструкції поєднуються функції колектора і акумулятора теплоти.

Повітря, що знаходиться в прошарку між скляною перегородкою і стіною, в холодний період часу і в сонячний день використовується в якості теплоносія для подачі теплоти в приміщення. Для запобігання теплооттоков в навколишнє середовище в холодний період часу в нічний час і надлишкових теплопритоков в сонячні дні теплого періоду часу використовуються штори, які значно скорочують теплообмін між масивною стіною і зовнішньої навколишнім середовищем.

Штори виконуються з нетканих матеріалів з сріблястим покриттям. Для забезпечення необхідної циркуляції повітря використовуються повітряні клапани, які розташовані у верхній і нижній частинах масивної стіни. автоматичне управління роботою повітряних клапанів дозволяє підтримувати необхідні теплопритоки або теплооттокі в приміщенні, що обслуговується.

Система пасивного сонячного теплопостачання працює наступним чином:

1. У холодний період часу (опалення):

• сонячний день - штора піднята, клапани відкриті (рис. 3а). Це призводить до нагрівання масивної стіни через скляну перегородку і нагрівання повітря, що знаходиться в прошарку між скляною перегородкою і стіною. Теплота надходить в приміщення від нагрітої стіни і нагрітого в прошарку повітря, циркулюючого через прошарок і приміщення під впливом гравітаційних сил, Викликаних різницею щільності повітря при різних температурах (природна циркуляція);
• ніч, вечір чи похмурий день - штора опущена, клапани закриті (рис. 3б). Теплооттокі в зовнішнє середовище значно скорочуються. Температура в приміщенні підтримується за рахунок надходження теплоти від масивної стіни, що накопичила цю теплоту від сонячного випромінювання;

2. У теплий період часу (охолодження):

• сонячний день - штора опущена, нижні клапани відкриті, верхні - закриті (рис. 3в). Штора оберігає нагрів масивної стіни від сонячного випромінювання. Зовнішнє повітря надходить в приміщення з затіненого боку будинку і виходить через прошарок між скляною перегородкою і стіною в навколишнє середовище;
• ніч, вечір чи похмурий день - штора піднята, нижні клапани відкриті, верхні - закриті (рис. 3г). Зовнішнє повітря надходить в приміщення з протилежного боку будинку і виходить в навколишнє середовище через прошарок між скляною перегородкою і масивною стіною. Стіна охолоджується в результаті конвективного теплообміну з повітрям, що проходить через прошарок, і за рахунок відтоку теплоти випромінюванням в навколишнє середовище. Охолоджена стіна в денний час підтримує необхідний температурний режим в приміщенні.

Для розрахунку систем пасивного сонячного опалення будівель розроблені математичні моделі нестаціонарного теплопереносу при природної конвекції для забезпечення приміщень необхідними температурними умовами в залежності від теплофізичних властивостей огороджувальних конструкцій, добової зміни сонячного випромінювання і температури зовнішнього повітря.

Для визначення достовірності і уточнення отриманих результатів в Даляньському політехнічному університеті розроблена, виготовлена \u200b\u200bі досліджена експериментальна модель житлового будинку, розташованого в м Далянь, з пасивними сонячними системами опалення. Стіна Тромбу розміщується тільки на південному фасаді, з автоматичними повітряними клапанами і шторами (рис. 3, фото).

При проведенні експерименту використовувалися:

• мала метеостанція;
• прилади для вимірювання інтенсивності сонячної радіації;
• анемограф RHAT-301 для визначення швидкості повітря в приміщенні;
• термометрограф TR72-S і термопари для замірів температури в приміщенні.

Експериментальні дослідження проводилися в теплий, перехідний і холодний періоди року при різних метеорологічних умовах.

Алгоритм вирішення поставленого завдання представлений на рис. 4.

Результати експерименту підтвердили достовірність отриманих розрахункових співвідношень і дозволили скорегувати окремі залежності з урахуванням конкретних граничних умов.

В даний час в провінції Ляонін знаходиться багато житлових будинків і шкіл, в яких використовуються пасивні сонячні системи опалення.

Аналіз пасивних сонячних систем теплопостачання показує, що вони є досить перспективними в окремих кліматичних регіонах в порівнянні з іншими системами з наступних причин:

• дешевизна;
• простота обслуговування;
• надійність.

До недоліків пасивних сонячних систем опалення слід віднести те, що параметри повітря усередині приміщення можуть відрізнятися від необхідних (розрахункових) при зміні температури зовнішнього повітря за межами, прийнятими в розрахунках.

Для досягнення хорошого енергозберігаючого ефекту в системах теплохолодопостачання будівель з більш точним підтриманням температурних умов в заданих межах доцільно комбіноване використання пасивних і активних сонячних систем теплохолодопостачання.

У зв'язку з цим необхідні подальші теоретичні дослідження і проведення експериментальних робіт на фізичних моделях з урахуванням раніше отриманих результатів.

література

1. Zhao Jinling, Chen Bin, Liu Jingjun, Wang Yongxun Dynamic thermal performance simulation of an improved passive solar house with trombe wall ISES Solar word Congress, 2007, Beijing China, Vols 1-V: 2234-2237.

2. Zhao Jinling, Chen Bin, Chen Cuiying, Sun Yuanyuan Study on dynamic thermal response of the passive solar heating systems. Journal of Harbin Institute of Technology (New Series). 2007. Vol. 14: 352-355.

Основна частка витрат з утримання власного будинку припадає на витрати за опалення. Чому б не використати безкоштовну енергію природних джерел, наприклад, сонця, для обігріву будівлі? Адже сучасні технології дозволяють це здійснити!

Для акумуляції енергії сонячних променів застосовуються спеціальні сонячні батареї, встановлені на даху будинку. Після прийому, ця енергія трансформується в електричну енергію, яка потім розходиться по електромережі і використовується, як в нашому випадку, в обігрівальних приладах.

У порівнянні з іншими джерелами енергії - стандартними, автономними і альтернативними - переваги сонячних батарей в наявності:

• практично безкоштовне використання;
• незалежність від енергопостачальних компаній;
• кількість одержуваної енергії легко регулюється шляхом зміни числа сонячних батарей в системі;
• тривалий термін служби (близько 25 років) сонячних елементів;
• відсутність систематичного технічного обслуговування.

Звичайно, у цій технології є і свої мінуси:

• залежність від погодних умов;
• наявність додатково обладнання, включаючи громіздкі акумулятори;
• досить висока вартість, яка збільшує термін окупності;
• синхронізація напруги від батарей з напругою місцевої підстанції вимагає установки спеціального обладнання.

Застосування сонячних батарей

Батареї, що перетворюють сонячну енергію, монтуються безпосередньо на поверхні даху будинку шляхом з'єднання їх один з одним в систему необхідної потужності. Якщо конфігурація даху або інші особливості будови не дозволяють їх закріпити безпосередньо, то на даху або навіть на стінах встановлюються каркасні блоки. Як варіант, можливий монтаж системи на окремих стійках в околицях будинку.

Сонячні батареї є генератором електричної енергії, Яка виділяється в процесі фотоелектричних реакцій. Невисокий ККД елементів ланцюга загальною площею 15-18 кв. м проте дозволяє опалювати приміщення, площа яких перевищує 100 кв. м! Варто зауважити, що сучасна технологія такого обладнання дозволяє використовувати енергію сонця навіть в періоди середньої хмарності.

Крім монтажу сонячних батарей реалізація системи опалення вимагає установки додаткових елементів:

• прилад для відбору електроструму від батарей;
• первинний перетворювач;
• контролери для сонячних елементів;
• акумулятори з власним контролером, який в автономному режимі буде перемикати систему на мережу підстанції в разі критичної нестачі заряду;
• пристрій для перетворення постійного електричного струму в змінний.

Найбільш оптимальний варіант опалювальної системи при використанні альтернативного джерела енергії - електрична система. Це дозволить обігрівати великі приміщення шляхом монтажу струмопровідних підлог. Більш того, електрична система дозволяє гнучко змінювати температурний режим в житлових приміщення, а також виключає необхідність установки об'ємистих радіаторів і труб під вікнами.

В ідеальному варіанті обігрівальне електрична система, яка використовує сонячну енергію, повинна бути додатково оснащена термостатом і автоматичними регуляторами температури у всіх кімнатах.

Застосування сонячних колекторів

Системи опалення на основі сонячних колекторів дозволяють обігрівати не тільки житлові будинки і котеджі, а й цілі готельні комплекси і промислові об'єкти.

Такі колектори, принцип роботи яких заснований на «парниковий ефект», акумулює сонячну енергію для подальшого використання практично без втрат. Це дозволяє здійснити ряд можливостей:

• забезпечити житлові приміщення повноцінним опаленням;
• встановити автономний режим гарячого водопостачання;
• реалізувати обігрів води в басейнах і саунах.

Робота сонячного колектора полягає в перетворенні енергії сонячного випромінювання, що потрапляє в замкнутий простір, в теплову енергію, яка акумулюється і зберігається протягом тривалого часу. Конструкція колекторів не дозволяє збереженої енергії виходити назовні через прозору установку. Центральна гідравлічна система обігріву використовує термосифонний ефект, за рахунок якого нагріта рідина витісняє більш холодну, змушуючи останню переміщатися до місця обігріву.

Існує дві реалізації описаної технології:

• газова плита;
• вакуумний колектор.

Найбільш поширеним є плоский сонячний колектор. Завдяки своїй простій конструкції, він успішно застосовується для опалення приміщень житлових будинків і в побутових системах водообогрева. Пристрій складається з пластини енергопоглотітеля, вмонтовану в засклену панель.

Другий вид - вакуумний колектор з прямою теплопередачей - являє собою бак з водою до встановлених під кутом до нього трубками, по яких нагріта вода піднімається вгору, звільняючи місце для холодної рідини. Така природна конвекція обумовлює безперервну циркуляцію робочої рідини в замкнутому контурі колектора та гарячої води по опалювальній системі.

Інша конфігурація вакуумного колектора являє собою конструкцію з закритих мідних трубок зі спеціальною рідиною низької температури кипіння. Нагріваючись, ця рідина випаровується, поглинаючи тепло з металевих трубок. Підняті догори пари конденсуються з передачею теплової енергії теплоносія - води в опалювальній системі або основного елементу контуру.

При реалізації опалення будинку за допомогою використання сонячної енергії необхідно враховувати можливу перебудову даху або стін будівлі для отримання максимального ефекту. У проекті повинні бути враховані всі фактори: від місця розташування і затемнення будови до географічних погодних показників місцевості.

Доктор технічних наук Б.І.Казанджан
Московський Енергетичний Інститут
(Технічний університет), Росія
Журнал Енергія, №12, 2005.

1. Введення.

Основними причинами, що спонукали людство зайнятися широкомасштабним промисловим освоєнням поновлюваних джерел енергії є:
-кліматіческіе зміни обумовлені збільшенням вмісту СО2 в атмосфері;
-сильний залежність багатьох розвинених країн, особливо європейських, від імпорту палива;
-обмеженість запасів органічного палива на Землі.
Нещодавнє підписання Кіотського протоколу більшістю розвинених країн світу поставило на порядок денний прискорений розвиток технологій сприяють скороченню викидів СО2 в навколишнє середовище. Стимулом для розвитку цих технологій є не тільки усвідомлення загрози зміни клімату та пов'язаних з цим економічних втрат, але і той факт, що квоти на викид парникових газів стали товаром, що має цілком реальну вартість. Однією з технологій, що дозволяє знизити витрату органічного палива і зменшити викиди СО2, є виробництво низько потенційного тепла для систем гарячого водопостачання, опалення, кондиціонування повітря, технологічних та інших потреб за рахунок сонячної енергії. В даний час більше 40% первинної енергії витрачається людством доводиться на покриття саме цих потреб, і саме в цьому секторі технології використання сонячної енергії є найбільш зрілими і економічно прийнятними для широкого практичного використання. Для багатьох країн використання сонячних систем теплопостачання - це ще і спосіб зменшити залежність економіки від імпорту викопних палив. Це завдання особливо актуальне для країн Європейського Союзу, економіка якого вже зараз на 50% залежить від імпорту викопних енергоресурсів, а до 2020 року ця залежність може зрости до 70%, що є загрозою економічній незалежності цього регіону

2.Масштаби використання сонячних систем теплопостачання

Про масштаби сучасного використання сонячної енергії для потреб теплопостачання свідчать наступні статистичні дані.
Загальна площа сонячних колекторів встановлених в країнах ЄС до кінця 2004 року досягла 13960000 м2, а в світі перевищила 150000000 м2. Щорічний приріст площі сонячних колекторів в Європі в середньому становить 12%, а в окремих країнах досягає рівня 20-30% і більше. За кількістю колекторів на тисячу жителів населення світовим лідером є Кіпр, де 90% будинків обладнані сонячними установками (на тисячу жителів тут припадає 615,7 м2 сонячних колекторів), за ним слідують Ізраїль, Греція і Австрія. Абсолютним лідером за площею встановлених колекторів в Європі є Німеччина - 47%, далі йдуть Греція - 14%, Австрія - 12%, Іспанія - 6%, Італія - \u200b\u200b4%, Франція - 3%. Європейські країни є безперечними лідерами в розробці нових технологій систем сонячного теплопостачання, однак сильно поступаються Китаю в обсягах введення в експлуатацію нових сонячних установок. Статистичні дані по збільшенню кількості що вводяться в експлуатацію сонячних колекторів в світі за підсумками 2004 року дають наступний розподіл: Китай - 78%, Європа - 9%, Туреччина та Ізраїль - 8%, інші країни - 5%.
За експертною оцінкою ESTIF (Європейська Федерація промисловості сонячних теплових установок) техніко-економічний потенціал щодо використання сонячних колекторів в системах теплопостачання тільки в країнах ЄС становить понад 1,4 млрд.м2 здатних виробляти понад 680 000 ГВтч теплової енергії в рік. Плани на найближчу перспективу передбачають установку в цьому регіоні 100 000000 м2 колекторів до 2010 року.

3. Сонячний колектор - ключовий елемент сонячної системи теплопостачання

Сонячний колектор є основним компонентом будь-якої сонячної системи теплопостачання. Саме в ньому відбувається перетворення сонячної енергії в тепло. Від його технічної досконалості та вартості залежить ефективність роботи всієї системи сонячного теплопостачання і її економічні показники.
У системах теплопостачання використовуються в основному два типи сонячних колекторів: плоский і вакуумний.

Плоский сонячний колектор складається з корпусу, прозорого огородження, абсорбера і теплової ізоляції (фіг.1).

Фіг. 1 Типова конструкція плоского сонячного колектора

Корпус є основною несучою конструкцією, .прозрачное огорожу пропускає сонячну радіацію всередину колектора, захищає абсорбер від воздейсквія зовнішнього середовища і зменшує теплові втрати з лицьового боку колектора. Абсорбер поглинає сонячну радіацію і по трубках з'єднання з його теплопріемной поверхнею передає тепло теплоносія. теплова ізоляція зменшує теплові втрати з тильної та бокової поверхонь колектора.
Теплопріемная поверхню абсорбера має селективне покриття, що має високий коефіцієнт поглинання у видимій і ближній інфрачервоній області сонячного спектра і низький коефіцієнт випромінювання в області спектра відповідного робочим температур колектора. У кращих сучасних колекторів коефіцієта поглинання находітвя в межах 94-95%, коефіцієта випромінювання 3-8%, а ккд в області робочих температур типових для систем теплопостачання перевищує 50% Неселективне чорне покриття абсорбера в сучасних колекторах використовується рідко через високі втрат на випромінювання . На рис 2 показані приклади сучасних плоских колекторів.

У вакуумних колекторах (рис 3) кожен елемент абсорбера поміщається в окрему скляну трубу, усередині якої створюється вакуум, завдяки чому втрати тепла за рахунок конвекції і теплопровідності повітря подавяются практично повністю. Селективне покриття на поверхні абсорбера дозволяє мінімізувати втрати на випромінювання. В результаті к.п.д вакуумного колектора виходить істотно вище ніж у плоского колектора, на і вартість його заначительно вище.

а б

Рис 2 Плоскі сонячні колектрів

а) фірма Вагнер, б) фірма Ферон

а б

Рис 3 Вакуумний колектор фірми Віссман
а) загальний вигляд, Б) монтажна схема

3. Теплові схеми сонячних систем теплопостачання

У світовій практиці найбільш широко поширені малі системи сонячного теплопостачання. Як правило, такі системи включають в себе сонячні колектори загальною площею 2-8м2, бак акумулятор, ємність якого визначається площею використовуваних колекторів, циркуляційний насос або насоси (в залежності від типу теплової схеми) і інше допоміжне обладнання. В невеликих системах, Циркуляція теплоносія між колектором і баком-акумулятором може осуществяется і без насоса, за рахунок природної конвекції (термосифонний принцип). В цьому випадку бак-акумулятор повинен розташовуватися вище колектора. Найпростішим типом таких установок є колектор, спарений з баком акумулятором, розташованим на верхньому торці колектора (рис.4). Системи такого типу використовуються зазвичай для потреб гарячого водопостачання в невеликих односімейних будинках котеджного типу.

Рис.4 Термосифонна сонячна система теплопостачання.

На Рис. 5 показаний приклад активної системи більшого розміру, В якій бак акумулятор розташований нижче колекторів і циркуляція теплоносія здійснюється за допомогою насоса. Такі системи використовуються для потреб і гарячого водопостачання та опалення. Як правило, в активних системах, що беруть участь в покритті частини навантаження опалення, передбачається дублюючий джерело тепла, що використовує електроенергію або газ .

рис 5 теплова схема активної сонячної системи гарячого водопостачання та опалення

Порівняно новим явищем в практиці використання сонячного теплопостачання є великі системи здатні забезпечити потреби гарячого водопостачання та опалення багатоквартирних будинків або цілих житлових кварталів. У таких системах використовується або добове, або сезонне акумулювання тепла.
Добове акумулювання передбачає можливість роботи системи з використанням накопиченого тепла протягом декількох діб, сезонне - протягом декількох місяців.
Для сезонного акумулювання тепла використовують великі підземні резервуари, наповнені водою, в які скидаються всі надлишки тепла, одержуваного від колекторів протягом літа. Іншим варіантом сезонного акумулювання є прогрів грунту за допомогою свердловин з трубами, по яких циркулює гаряча вода, Яка надходить від колекторів.

У таблиці 1. наведені основні параметри великих сонячних систем з добовим і сезонним акумулюванням тепла в порівнянні з малою сонячною системою для односімейного будинку.