Гелиосистемы для отопления и ГВС

С древнейших времен человек использует энергию Солнца для нагрева воды. Возможности использования экологически чистой повсеместно доступной возобновляемой энергии солнечного излучения привлекают все большее внимание. В основе многих солнечных энергетических систем лежит применение солнечных коллекторов. Коллектор поглощает световую энергию Солнца и преобразует ее в тепло, которое передается теплоносителю (жидкости или воздуху) и затем используется для:

— обогрева зданий

— нагрева воды

— приготовления пищи

— сушки сельскохозяйственной продукции

В среднем в году, в зависимости от климатических условий и широты местности, поток солнечного излучения на земную поверхность составляет от 100 до 250 Вт/м2, достигая пиковых значений в полдень  при ясном небе, практически в любом (независимо от географической широты местности и температуры окружающей среды) месте, около 1000 Вт/м2. В условиях средней полосы России солнечное излучение "приносит" на поверхность земли энергию эквивалентную примерно 100 - 150 кг у. т./ м2 в год. В последние годы в связи с ростом цен на строительство тепловых сетей, тарифов на энергию и стремлением потребителей к повышению надежности теплоснабжения за счет создания автономных источников, интерес к использованию солнечных систем резко возрос как в южных регионах страны (Краснодарский край, Ростовская область), где ежегодно вводится в эксплуатацию до нескольких тысяч м2 коллекторов, так и в средней полосе России и даже в северных регионах, где проблемы теплоснабжения автономных потребителей стоят особенно остро. Дальнейший рост цен на энергоносители в России заставят использовать новые эффективные системы отопления.

Солнечные коллекторы могут применяться практически во всех процессах, использующих тепло.

Солнечные водонагреватели, также называемые солнечными внутренними системами горячего водоснабжения, являются эффективным способом для получения горячей воды для вашего дома. Они могут использоваться в любом климате, и топливом для них является ультрафиолетовое излучение, что является бесплатным. Солнечные нагреватели воды используются для нагрева воды широкого спектра применения, как для дома и бизнеса, а также для бассейнов и полов с подогревом. Благодаря инновационной конструкции, высокому качеству, надежность и длительный срок службы, наши солнечные водонагреватели способны удовлетворить разнообразные требования наших клиентов.

Основа всех водонагревателей — это запатентованный элемент «вакуумная трубка».

Конструкция стеклянных вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Потери на излучение, особенно ощутимые зимой и при более высоких температурах нагреваемой воды, очень низкие. Благодаря цилиндрической форме трубок солнечные лучи падают на постоянно одинаковую поверхность (в плоскости перпендикулярно к оси трубки). Это проявляется и в получении большей энергии, хоть солнце и светит под «неудобным» углом, во время захода и восхода солнца, например, и при разных поворотах коллектора. Вакуумными трубками используется и так называемый диффузионный свет, когда солнце закрыто облаками. Эти коллекторы с цилиндрической абсорбционной поверхностью имеют ряд неоспоримых преимуществ перед плоскими солнечными коллекторами.

В любое время дня под прямым солнечным излучением постоянно находится часть абсорбирующего вещества вакуумной трубки; это как бы плоский коллектор, поворачивающийся на одной оси за солнцем. При этом эффективная воспринимающая площадь коллектора в разы больше аналогичной площади плоского солнечного коллектора.

Был достигнут результат, к которому стремились все разработчики солнечных батарей — собрать с помощью батареи как можно больше энергии и сделать так, чтобы она не могла быть потеряна.

Кроме того, вакуум обеспечивает защиту от дыма и загрязнения. Системы на основе вакуумных трубок отличаются высокой поглощательной способностью до 98 % падающего излучения, обеспечивая нагрев в ясный день всего объема воды до 100 градусов (в туманные дни, обеспечивая нагрев на 40-60 град).

Принцип работы

В основе принципа гелиосистем лежит функционирование стеклянных вакуумных трубок, выполняющих четыре основных задачи:

• улавливание солнечного потока;
• теплообмен;
• аккумулирование тепловой энергии;
• контроль системы посредством автоматики.

Техническое решение по осуществлению данных процессов полностью соответствует принципу расположения элементов вакуумных трубок. Солнечная энергия достигает специального покрытия, пройдя сквозь вакуумную зону коллектора. Это покрытие улавливает наиболее эффективные и полезные световые волны, отделяя преимущественно инфракрасный спектр, посредством которого разогревается вакуумный коллектор. В зависимости от предназначения и типа коллекторных трубок, эта энергия передается воде (для ее непосредственного нагрева) или на теплоноситель, в качестве которого может быть использован антифриз или обычная вода. В качестве теплопередатчика чаще всего используется медная труба. Как правило, теплоноситель или теплопередатчик физически контактируют с медной трубой, которая имеет высокий коэффициент теплоотдачи, благодаря чему и осуществляется процесс теплообмена теплоносителя и воды, в нагревании которой и состоит задача.

Вакуумные трубки сделаны из высококачественного, сверхпрочного боросиликатного стекла, что обеспечивает защиту трубок от града, механических повреждений, загрязнения и запыления.

Мы предлагаем рассмотреть следующие варианты солнечных водонагревателей:

— Компактные пассивные водонагреватели с системой накачивания воды, в котором совмещены аккумулирующий и коллекторные элементы системы (дачный вариант)

— Водонагреватели с активной циркуляцией теплоносителя, с разделенной аккумулирующей и коллекторной частью

Компактные пассивные солнечные водонагреватели

Компактные солнечные водонагреватели имеют совмещенный аккумулирующий накопительный бак и коллекторные элементы. Накопительные баки утеплены для исключения потери тепла. Объем накопительного бака берется из расчета двух дневного потребления горячей воды. Самый малый объем бака 130 литров.

Эта система перемещает готовую воду или теплоноситель через систему без насосов. Это делает системы более надежными, более легкими в обслуживании, и возможно более долговечными, чем двухконтурные активные системы.

Главными преимуществами данной системы являются низкая цена, простота установки и обслуживания. Для ее работы достаточно только, чтобы в баке была вода. Подача воды может поступать самотеком из открытого бака, находящегося выше самого водонагревателя.

Эти нагревательные системы исключительно подходят для дачного использования в период с марта по октябрь.

Расчет экономии

— Для примера возьмем солнечный нагреватель на 130 л, площадь приема солнечной энергии 1,7 м2

— Известно, что в солнечный день на каждый квадратный метр поверхности в районе г. Ростова-на-Дону, установленный перпендикулярно солнечным лучам, падает от 800 до 1000 Ватт солнечной тепловой энергии (в зависимости от состояния атмосферы).

— Возьмем среднюю цифру в 900 Вт/м2

— Теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг?град., 1 Ватт = 3600 Дж., т. е. для нагрева 1 литра воды на 1°С нужно 1,16 Вт.

— Коллектор, площадью 1,7 м2 за 1 час может нагреть: 1,7 х 900 /1,16 = 1320 л на  1°С

— Или 1320?50 = 26,4 литра за 1 час на 50°С (нагрев до 65°С с начальной температуры воды 15°С)

— Бак 130 литров нагреется за 5 часов.

— В течении светового времени бак в 130 литров нагревается в средней полосе 2 раза или 260 литров.

— Электричества для нагрева 260 литров на 50°С нужно 15 кВт или почти 45 руб. (1 кВт = 3 руб)

— Окупаемость модели при 100 % использовании 12 месяцев.

1. Внутренний бак: нержавеющая сталь, толщина стенки 0.41мм

2. Наружный бак: окрашенная сталь, толщина стенки 0.35mm

3. Вакуумные тубы: 58Х1800, объем каждой 3,1л

4. Рамка: сталь с порошковым покрытием, толщина 1.5mm

5. Материал теплоизоляции бака: 55 мм полиуретан

6. Удержание тепла: 72 часа

Вакуумная туба, характеристики