«Приручение» солнца
В среднем на каждый квадратный метр поверхности нашей планеты приходится около 1000 Вт солнечной энергии. Это значение варьируется в зависимости от географической широты местности и плотности облачного слоя. Но даже в далеких от экватора странах Земля получает такое количество солнечного тепла, которое многократно превышает энергетические потребности населения. Пока масштабное освоение этого ресурса сдерживает относительная доступность ископаемых энергоносителей, по уже сегодня в мире ежегодно монтируются миллионы квадратных метров солнечных коллекторов.
Солнечные нагревательные коллекторы — наиболее эффективные и удобные (применительно к теплоснабжению дома) устройства для улавливания лучей и преобразования их в тепловую энергию. Они бывают плоскими и вакуумными.
Конструкция плоского солнечного коллектора включает в себя абсорбер (как правило, медный), размещенный в корпусе со светопрозрачной верхней поверхностью и теплоизолирующим слоем в нижней части. К абсорберу примыкает теплообменник из медных трубок, по которым циркулирует нагреваемая жидкость — вода или антифриз.
Абсорберы высокоэффективных коллекторов имеют многослойное селективное покрытие, обеспечивающее наиболее полное преобразование солнечного света в тепло и в то же время снижающее до минимума обратное тепловое излучение.
В производстве коллекторов применяют ударопрочные стекла повышенной прозрачности, на которые передовые изготовители также наносят антиотражающее покрытие.
Существуют модели плоских солнечных коллекторов, обеспечивающие нагрев воздуха, а не жидкости. Их используют как для прямого воздушного обогрева, так и в составе ступенчатых систем генерации тепла. Плоские солнечные коллекторы — эффективное оборудование, которое может работать круглогодично. Но в морозные дни и ветреную погоду их эффективность и производительность снижаются из-за увеличения тепловых потерь с поверхности коллектора.
Стабильную подачу тепла в таких условиях обеспечивают более дорогие (если сравнивать изделия одного уровня) вакуумные коллекторы. Они состоят из герметичных прозрачных колб С абсорбером и трубкой-теплообменником внутри. Отсутствие в колбах воздуха исключает перемещение тепла конвекцией, а значит, и его утечку в окружающую среду с поверхности сосуда. Вакуумные коллекторы способны улавливать не только прямой, но и рассеянный солнечный свет.
Чтобы тепло можно было использовать не только при наличии солнца, гелионагревательная система должна уметь запасать его впрок. В случае с бассейном это происходит естественным образом — тепло аккумулируется в объеме нагреваемой воды. В установках солнечного ГВС и отопления необходим теплоаккумулятор.
В гелиосистемах воздушного типа им может быть капал или камера, заполненная крупными камнями: при наличии солнца они будут нагреваться поступающим от коллекторов воздухом, а в остальное время — отдавать накопленное тепло.
При нагреве воды аккумулятором солнечной энергии служит теплоизолированная емкость. Ее объем зависит от тех задач, которые решает- гелиоустановка. Известны проекты, где для сезонного аккумулирования солнечного тепла были сооружены огромные подземные резервуары. А для ГВС дома, в котором круглогодично проживает семья из четырех человек, достаточно бака емкостью 300 л. принимающего энергию от двух -трех коллекторов.
Умножители энергии
Так иногда называют тепловые насосы. Благодаря их способности забирать тепло от менее нагретой среды и передавать его более нагретой можно собирать и использовать энергию, рассеянную в окружающем нас пространстве.
Тепловой насос — потребитель электроэнергии. Но ее расход оказывается меньше того количества энергии, которую удается извлечь из окружающей среды.
С помощью теплового насоса для отопления дома и получения горячей воды можно использовать низкопотенциальное тепло наружное и внутреннего воздуха, грунта, поверхностных, подземных и сточных вод.
Воздушные тепловые насосы — наиболее недорогое оборудование данного вида. Для их работы не требуется система улавливания и передачи низкопотенциального тепла – достаточно воздухозаборника. Но в холодные дни эффективность, а значит, и производительность этих источников тепла сильно снижаются. Чтобы не переплачивать за оборудование, воздушный тепловой насос обычно используют в паре с другим теплогенератором, который включается при тем- пературе наружного воздуха -5… -10 *С
Наша планета аккумулирует солнечную энергию, а ее недра раскалены протекающими в них процессами. Грунт ниже уровня промерзания и подземные воды представляют собой стабильный источник низкопотенциального тепла на протяжении всего года.
Для утилизации энергии грунта необходим первичный контур — трубопровод, по которому циркулирует незамерзающая жидкость, доставляющая собранное тепло к испарителю теплового насоса. Трубы размещаются под землей в виде горизонтального коллектора или в специально пробуренных скважинах.
Отбор тепла фунтовых вод производят с помощью двух скважин — для забора и сброса воды. При этом требуется постоянная работа водяного насоса.
Хотя эти способы значительно дороже, чем забор окружающего воздуха, грунтовый и водяной тепловые насосы можно круглогодично использовать в качестве единственного источника тепла в доме, получая на каждый затраченный киловатт электрической мощности до 4,5—43 кВт тепла.
Такое решение следует рассматривал как суперэкономичный способ электрообогрева, который подходит и для тех случаев, когда предоставленной энергетиками мощности недостаточно для теплоснабжения с помощью обычных электронагревателей.
К сожалению, при всей привлекательности применение грунтовых и водо-водяных тепловых насосов в нашей стране носит единичный характер, чаще всего это презентационные проекты. Владельцев домов отпугивают большие капитальные затраты.
Чтобы оптимизировать расходы, не отказывая себе в удовольствии пользоваться тепловым насосом, следует все-таки рассмотреть варианты его совместной работы с другим источником тепла. Наличие дополнительного теплогенератора удешевляет сооружение первичного контура (а это самая дорогостоящая часть проекта) и позволяет применить менее мощный и менее дорогой тепловой насос.
Командная работа
Солнечные коллекторы и тепловые насосы хорошо дополняют друг друга. Их комбинация обеспечивает подачу возобновляемого тепла независимо от времени суток и погоды. Такой «тандем» может полностью покрыть тепловые потребности дома или минимизировать расход топлива котлом, печью, камином и т.д.
Системы теплоснабжения, сочетающие в себе различные генераторы тепла, называют комбинированными или гибридными. Они проектируются с учетом особенностей конкретного объекта, доступности того или иного топлива и цен на энергоносители и других факторов.
Источники тепла комбинированной системы отопления отличаются режимами работы, гидравлическими и температурными параметрами. В сбалансированную систему их объединяют с помощью бака аккумулятора.
Специальные модели таких баков дают возможность реализовать послойное аккумулирование тепла, при котором каждый его источник подключается к соответствующей температурной зоне в объеме резервуара. Вместе с умной автоматикой баки-аккумуляторы обеспечивают простую увязку гибридных установок.
Разработаны также схемы, в которых источники возобновляемого тепла включаются не параллельно друг другу, а последовательно. Например, сначала происходит нагрев воды или воздуха в солнечном коллекторе, а затем этот теплоноситель поступает в тепловой насос. Так можно выдавать в систему отопления воду с высокой темпратурой даже в пасмурные и холодные дни.
