Как устроен вакуумный солнечный коллектор, возможно ли получать горячую воду благодаря солнцу круглый год, обеспечит ли коллектор потребности в горячей воде в полном объеме? Как правильно обвязать коллектор и нужно ли его обслуживать? Об этом и еще многом другом вы узнаете из статьи.
Никто не откажется от горячей воды по цене холодной. Сегодня это реально, благодаря изобретению солнечных коллекторов. Преимущество их применения состоит в том, что такая система начинает окупаться с первого дня установки, поскольку солнечная энергия абсолютно бесплатная и ее использование не облагается налогом.
Конечно, сроки окупаемости такой системы предсказать сложно, ведь все зависит от суточного объема потребления горячей воды, стоимости вида топлива, альтернативой которому предполагается энергия солнца, количества солнечных дней, мощности солнечного излучения в регионе, а также прочих факторов. Однако срок окупаемости может стремительно уменьшаться пропорционально росту цен на традиционные энергоносители, делая более привлекательной идею приобретения солнечного водонагревателя.
Типов солнечных коллекторов существует множество. В этой статье будет описан один из них, наиболее оптимальный для применения в уже существующих сооружениях — одноконтурный вакуумный солнечный коллектор с выносным накопительным баком.
Такой водонагреватель удобен прежде всего потому, что все коммуникации находятся вне здания и не требуют наличия технического помещения, обустроить которое часто бывает невозможно в жилом доме. К такому устройству достаточно подвести трубы горячей и холодной воды, чтобы начать им пользоваться. Для расширения возможностей понадобится также сеть 220 вольт. Но и без электропитания коллектор будет выполнять свою основную функцию.
Конструкция вакуумного солнечного коллектора
Вакуумный солнечный коллектор прямого действия, по сути, является бойлером. Только роль ТЭНов в нем выполняют медные нагревательные элементы, находящиеся внутри накопительного бака. Их количество зависит от объема накопителя.
Медные нагревательные элементы (heat pipe — тепловые трубки) располагаются в стеклянных вакуумных трубках, конструкция которых подобна термосу, что обеспечивает минимальные потери тепла.
Внутри тепловых трубок находится незамерзающая, легко кипящая жидкость. Солнечная энергия, поглощаемая селективным покрытием вакуумной трубки, преобразуется в тепловую энергию, которая передается тепловым трубкам. Жидкость, находящаяся внутри тепловой трубки, закипает и в виде пара поднимается к наконечнику трубки.
Там она отдает свое тепло воде, находящейся в баке и, охлаждаясь, конденсируется, стекая в нижнюю часть трубки. Этот процесс циклически повторяется.
Медный наконечник тепловой трубки не взаимодействует напрямую с водой в накопителе. Он помещается в латунную гильзу, которая вкручивается в корпус.
Накопительный бак постоянно наполнен водой, которая находится под магистральным давлением водопровода. Максимально допустимое давление для бака — 0,6 МПа. Подача холодной воды осуществляется в нижнюю часть накопителя, забор нагретой происходит из верхней. За счет этого потоки не смешиваются, обеспечивая постоянство температуры на выходе практически до полного слива объема бака. В верхней части накопителя расположен автоматический воздухоотводчик.
Схема накопительного бака: 1 — обшивка корпуса, 2 — слой изоляции, 3 — бак из нержавеющей стали, 4 — датчик температуры, 5 — воздухоотводчик, 6 — выход горячей воды, 7 — электрический ТЭН, 8 — вход холодной воды, 9 — барьер
Схема накопительного бака: 1 — обшивка корпуса, 2 — слой изоляции, 3 — бак из нержавеющей стали, 4 — датчик температуры, 5 — воздухоотводчик, 6 — выход горячей воды, 7 — электрический ТЭН, 8 — вход холодной воды, 9 — барьер
Контроль за работой водонагревателя осуществляется с помощью многофункционального контроллера, который анализирует и отображает данные по температуре воды, а также управляет электрическим нагревательным элементом, установленным в баке. Использование солнечной и электрической энергии позволяет коллектору обеспечивать бесперебойное горячее водоснабжение, даже в пасмурную погоду.
Возможно ли получать горячую воду круглогодично
Зимой мощность солнечного излучения уменьшается в 5–6 раз по сравнению с летом. Поэтому возникает закономерный вопрос — будет ли эффективно работать одноконтурный вакуумный солнечный коллектор в зимний период?
Несмотря на то что все элементы конструкции установлены на улице, производители таких коллекторов зачастую позиционируют их как всесезонные, способные работать при минусовых температурах. В пользу этого утверждения говорит то, что в качестве теплоносителя в вакуумных трубках находится незамерзающая жидкость, выносной бак обладает хорошей термоизоляцией, внутри него находится мощный электрический ТЭН.
Автоматика водонагревателя настроена так, что при снижении температуры в баке ниже 5 градусов включается режим автоматического поддержания температуры воды. При условии бесперебойного электроснабжения, вода в баке не замерзнет, а в солнечную погоду, хоть и менее интенсивно, но будет нагреваться. Однако есть несколько особенностей в обвязке.
Первое — автоматический воздухоотводчик, расположенный в верхней части бака и хорошо обдуваемый. При сильном минусе его легко может прихватить, или вовсе порвать.
Второе, пожалуй, самое главное, трубы холодной и горячей воды. При отсутствии водоразбора, даже при самой эффективной теплоизоляции труб, вода в них постепенно замерзнет. Потому помимо поддержания температуры бака, необходимо еще обеспечить циркуляцию воды по системе. А это предусматривает наличие циркуляционного насоса и дополнительные траты на электроэнергию, с подачей которой, в особенности зимой, случаются сбои.
В пасмурные дни, которых зимой достаточно, вполне может случиться, что вы будете греть улицу, а не воду. Поэтому для всесезонного использования лучше подойдут двухконтурные солнечные коллекторы. В таких устройствах теплоносителем является антифриз, а нагрев воды происходит через теплообменник, установленный в накопительном баке, который находится в помещении.
Будет ли работать солнечный коллектор в пасмурную погоду
Эффективность работы солнечного водонагревателя напрямую зависит от мощности солнечного излучения. Даже в пасмурный день определенное количество солнечной энергии пробивается сквозь тучи, поглощаясь адсорбером коллектора. Однако мощность такого излучения в десятки раз меньше, чем в безоблачный день. Потому не стоит ожидать от водонагревателя существенного прироста температуры.
Советы по обвязке
1. Если вы не собираетесь использовать солнечный коллектор в зимний период времени, вам понадобится дополнительный нагревательный прибор. Также он будет полезен в пасмурную погоду (если вы не собираетесь пользоваться электрическим подогревом водонагревателя). Солнечный коллектор необходимо подключать параллельно дополнительному нагревательному прибору. Для удобства переключения между нагревателями можно установить трехходовой кран на подачу холодной воды к приборам. Это позволит избежать подмешивания холодной воды через неактивный прибор к горячей воде на выходе из активного.
2. Вся запорная и аварийная арматура должна размещаться в помещении с плюсовой температурой, это поможет слить воду не только с коллектора, но и с наружных труб.
3. Для компенсации линейного расширения воды при нагреве необходимо предусмотреть мембранный бак-компенсатор либо предохранительный сбросной клапан.
4. На подаче холодной воды в накопитель необходимо установить обратный клапан. Можно применить комбинированный обратный клапан со сбросом избыточного давления, настройка срабатывания подбирается в соответствии с паспортом коллектора. Необходимо обеспечить отвод воды от штуцера сброса в канализацию.
5. Необходимо предусмотреть сливной кран. Его нужно установить в помещении на подачу холодной воды после обратного клапана.
6. Накопительный бак можно использовать как бак запаса воды на время хлорирования или аварийного отключения. Для этого необходимо слив отвести не в канализацию, а в линию подачи горячей воды. Слив воды будет производиться самотеком через смеситель. Давление на выходе из смесителя при таком сливе будет зависеть от высоты расположения бака относительно точки слива (1 м — давление 0,1 кгс/см2).
7. Необходимо заизолировать все наружные подводы к водонагревателю.
Схема обвязки: 1 — трехходовой кран, 2, 5 — запорная арматура коллектора, 3 — обратный клапан со сбросником, 4 — сливной кран, 6, 7 — запорная арматура дополнительного нагревательного прибора
Обслуживание
Производители коллекторов часто заявляют, что их продукция практически не требует обслуживания и прослужит не менее 25 лет. Учитывая, что в накопительном баке происходят те же процессы, что и в бойлере — это можно поставить под сомнение.
Какие работы необходимо периодически проводить с коллектором, чтобы продлить его срок службы и повысить эффективность?
Желательно не допускать работы коллектора в режиме стагнации (высокой тепловой нагрузки). Такие режимы возникают, когда потребность в горячей воде меньше, чем коллектор способен обеспечить. Как следствие, вода перегревается и закипает. Коллектор рассчитан на такую нагрузку, хотя это и снижает его ресурс. Однако не все трубы рассчитаны на температуру в 100° и выше, а главное, это опасно для здоровья человека. Желательно перед покупкой водонагревателя оценить свои потребности в горячей воде, либо же закрыть на время одну или несколько вакуумных труб непрозрачным материалом. Это снизит мощность коллектора.
Необходимо обеспечить легкий доступ к месту установки коллектора и удобную площадку для обслуживания.
Следует периодически протирать поверхность трубок. Запыленность способна уменьшить мощность коллектора на 7%. Это достаточно делать несколько раз в год.
Необходимо очищать внутреннее пространство накопительного бака от накипи. Для этого нужно слить воду и демонтировать ТЭН. Процедура аналогична чистке стандартного бойлера. Периодичность зависит от качества воды.
Следует производить прочистку гильз, в которых располагаются тепловые трубки, от накипи. Для этого необходимо демонтировать вакуумные трубки. Чтобы не обжечься, перед началом работ следует закрыть трубки от солнечных лучей.
Вполне возможно, что нагревательная трубка, выполненная из меди, может застрять в латунной гильзе. Тогда придется выкручивать трубку вместе с гильзой торцевым ключом.
Очистить накипь можно с помощью лимонной кислоты, уксуса либо прочих химических средств.
Сборка проводится в обратном порядке. Может понадобиться замена резиновых колец на гильзе. Нагревательная трубка должна быть смазана теплопроводным материалом для лучшей теплоотдачи и предотвращения закисания.
Сливая коллектор на зиму, желательно закрывать его трубки непрозрачным материалом. Пустой бак в солнечные зимние дни будет еще больше перегреваться, что негативно отразится на резиновых уплотнениях и преждевременно выведет из строя воздухоотводчик.
Необходимо периодически визуально осматривать состояние креплений коллектора и герметичность соединений.
Таблица цен
| Тип | Объем бака, л | Количество труб, шт. | Стоимость, руб. |
| Ekoenergy BRJ2A/9 | 90 | 9 | 47065,00 |
| Ekoenergy BRJ2A/12 | 110 | 12 | 53725,00 |
| Ekoenergy BRJ2A/15 | 150 | 15 | 59500,00 |
| Altec SP-H-15 | 150 | 15 | 38775,00 |
| Altec SP-H-20 | 200 | 20 | 44000,00 |
| Altec SP-H-24 | 240 | 24 | 52170,00 |
| Altec SP-H-30 | 300 | 30 | 61390,00 |
Солнечный коллектор — устройство полезное, а главное, энергосберегающее. Показанный в статье коллектор имеет объем накопительного бака в 110 литров и летом нагревает его до 65–70 °С, а осенью и весной — до 50–55 °С. Однако, как и любое тепловое оборудование, он тоже требует ухода. Но, несмотря на это, солнечный коллектор — это шаг в будущее, и если есть возможность — стоит этот шаг сделать!