Солнечная энергия, поступающая в виде тепла и света, изменяется с течением времени. Это происходит со сменой времени суток (день-ночь), времени года и даже облачности. А нам нужно, чтоб ее уровень был константой постоянно.Выходом из ситуации является накопление тепловой энергии и ее расходование согласно текущим потребностям. Это достигается благодаря использования в системах отопления и горячего водоснабжения теплоаккумуляторов.
На рисунке обозначена схема солнечного отопления и горячего водоснабжения, обеспечивающего обогрев помещения теплыми полами, подачу горячей воды и подогрев бассейна. Тепловая составляющая солнечной энергии через солнечный коллектор (КПД 70-80%) попадает в контур подогрева воды теплоаккумулятора. Это происходит, если температура на датчике коллектора выше, чем в теплоаккумуляторе. При этом включается циркуляционный насос, который будет работать, пока температура приходящая с коллектора не станет выше 90С (зависит от настроек), либо не сравняется с температурой в теплообменнике.
А что делать, если теплоаккумулятор нагрет, а тепло все еще поступает? Для этого необходимо продумать систему сброса избыточного тепла. Это может быть бассейн, сушилка для зерна, грунтовый теплообменник под теплицами и т.д.
В случае нехватки тепла, поступающего с солнечного коллектора, в работу включается дублирующий источник тепловой энергии — котлы на различных видах топлива, тепловые насосы и пр. Также в теплоаккумулятор можно сбрасывать излишки сгенерированной электроэнергии от солнечных батарей и ветрогенераторов.
Теплоаккумулятор, изображенный на рисунке закрытого типа, т.е. его можно использовать под давлением. И вода на ГВС берется из комбибака, встроенного в основной. Также можно применить открытую систему теплоаккумулятора. Это когда система сообщается с окружающим воздухом и давление наружи равно давлению внутри. Данный тип более безопасен, поскольку при аварийном закипании теплоносителя не ведет к нарастанию давления внутри емкости.
Так как отопление обеспечивается теплыми полами, то температура теплоносителя должна быть до 40 С. Для этого вода, берущаяся непосредственно из теплоаккумулятора рециркулируется в полу, пока ее температура не упадет до 30 С. Далее она возвращается в теплоаккумулятор.
Как видим, система достаточно проста и будет работать если солнца не будет долгое время. Просто это повлечет затраты на подогрев газом, дровами или электричеством. И здесь встает вопрос, что считать основной — солнечную или обычную систему отопления. И какова доля участия обоих систем в отоплении и горячем водоснабжении дома.
Теплоаккумуляторы стали наиболее популярны в последнее время. Спрос на них растет, стоимость падает. Почему их начали активней использовать?
Причина №1(и самая распространенная): устранение проблем холодного запуска котла. Если теплоноситель в системе теплоснабжения остыл, то при запуске частички сажи будут прилипать к стенкам котла, поскольку на поверхности будет выделяться конденсат. Если теплоноситель теплый — такого эффекта не будет. Слой сажи нарастает и КПД котла падает. Так же это может быть причиной выхода из строя дорогостоящего оборудования.
Причина №2: сокращение количества включений котла. Котел включается, когда температура теплоносителя падает до определенного предела. Теплоемкость системы отопления связана с количеством теплоносителя. В трубах и радиаторах его мало, поэтому система остывает быстрее, и котел срабатывает чаще. При пуске многих газовых котлов запускается разгонный режим, т.е. газа сжигается больше. Если запусков много, то котел практически всегда в разгонном режиме. А это бьет по карману.
Причина №3: экономия электроэнергии за счет нагрева ночью. Если у Вас электрическое отопление, то нагрев системы можно производить ночью, поскольку тариф в ночное время ниже.
Причина №4: без теплоаккумулятора нельзя сделать солнечного отопления. Как часть системы,теплоаккумулятор сглаживает колебания в поступлении тепловой энергии солнца. И в зависимости от объема теплоносителя, теплоаккумулятор способен решать различные задачи:
- Горячее водоснабжение . По нормам необходимо 100 л горячей воды на человека. Причем круглый год. С этим легко справится небольшая гелиосистема с накопителем 300-400 л.
- День — ночь. Днем накапливаем — ночью отдаем. Если с учетом ГВС, то теплоаккумулятор должен быть от 1 м3.
- Сезонное отопление. Допустим Вы живете в доме до начала зимы и переезжаете в него в апреле. Летом отопление не нужно, поэтому тепло накапливается в теплоаккумуляторах в достаточном количестве для того, чтобы обеспечить отопление дома за счет накопленной энергии. Но температура с сентября по ноябрь и с марта по май значительно выше, чем в декабре по февраль. Поэтому для нагрева достаточно применить емкость от 5 м3. Также такой объем достаточен для частичного круглогодового солнечного отопления (без самых холодных месяцев). Такой объем может сохранить тепло, если вы используете дом не регулярно — выходные, праздники и температура во время вашего отсутствия может понизится. В любом из представленных вариантов налицо серьезная экономия за счет вовлечения солнца в обогрев Вашего дома.
- Круглогодичное солнечное отопление. Имеется ввиду 100% вовлечение солнца в отопление, а другие источники тепла лишь резервные. И это самая сложная задача, поскольку суровый климат (среднегодовая температура +5) увеличивает теплопотери дома. И если ставится такая задача, то к процессу создания дома надо подходить на этапе строительства — увеличенная теплоизоляция всех ограждающих конструкций, включая фундамент, герметичность, вентиляция с рекуперацией, элементы пассивного дома (окна на юг, буферные помещения на север). Теплоаккумулятор рассчитанный на все теплопотери, имеет серьезные размеры и массу. Без комплексного подхода не возможно обеспечить обеспечения солнечного отопления круглый год. Емкость теплоаккумулятора будет 20-50 м3.
Теплоаккумулятор можно сделать самостоятельно — суть обычный бак с теплообменником.Вот несколько вариантов исполнения:
Есть масса предложений на рынке, разного объема, материала исполнения и цен.
В представленной нами линейке домов объединины все принципы пассивного и активного дома, внутри размещены теплоаккумуляторы разработанные по авторской уникальной технологии, объем которых можно корректировать в зависимости от поставленных задач. В заключение хочется сказать, что будущее альтернативной энергетикой, делающей человека более свободным и независимым от стримительно меняющихся внешних факторов.
