Особливості підключення геліосистем на воді

Особливості підключення геліосистем на воді

Геліосистеми, в якості теплоносія використовують воду, – вже не новий для вітчизняного ринку продукт. У регіонах України вже реалізовано ряд проектів з підключення геліосистеми, що , в якості теплоносія використовують воду. Розглянемо особливості монтажу таких систем і принцип роботи.

Схеми пристрою геліосистем, що працюють на воді, відрізняються від традиційних, використовують в якості теплоносія водно-гліколеві суміші. І справа навіть не стільки в різні властивості даних матеріалів.

Рис. 1. Принципова відмінність геліосистем на воді від гліколевих аналогів – відсутність необхідності в теплообміннику для «сонячного» контуру
Рис. 1. Принципова відмінність геліосистем на воді від гліколевих аналогів – відсутність необхідності в теплообміннику для «сонячного» контуру

Застосування антифризів дає перевага в тому, що система не замерзне навіть у сильні морози. Однак у такому разі через токсичних властивостей водно-гліколевих сумішей не можна допускати змішування контурів сонячних колекторів, систем ГВП та опалення. Тому необхідно використовувати бівалентні бойлери непрямого нагріву. Крім того, антифризи досить дорогі, їх необхідно змінювати в разі неодноразового закипання.

Вода ж дешевше і доступніше. Її можна безпосередньо подавати до системи теплопостачання (рис. 1). При цьому колектор фактично виконує функцію газової колонки або котла. Кілька спрощується і загальна схема системи за рахунок застосування більш простого і менш об’ємного бака-акумулятора.

Забезпечення ГВП

Одна з можливих схем підключення геліосистеми показана на рис. 2. Тут сонячні колектори працюють виключно на нагрів води для санітарних потреб.

Подаюча лінія від геліоколектора врізається в лінію подачі води від котла системи гарячого водопостачання. Нагріта вода надходить у теплообмінник бойлера і нагріває ГВП. Вода проходить через теплообмінник бойлера непрямого нагріву, охолоджується і за допомогою насоса сонячної установки подається назад в колектор, таким чином завершуючи робочий цикл.
Дуже важливий нюанс при підключенні труб до лінії  – обов’язкове так зване сифонне підключення, під прямим кутом. Врізка труби здійснюється знизу. Робиться це для того, щоб пухирці повітря, системи опалення, не потрапляли в геліосистему і тим самим не знижували її продуктивність.

 Для відводу повітря, як правило, передбачаються повітря-відвідник в контурі котла, а також крани на радіаторах.

Роздушувати необхідно здійснювати не рідше одного разу на рік.

Рис. 2. Схема підключення геліосистеми для потреб ГВП
Рис. 2. Схема підключення геліосистеми для потреб ГВП

Рис. 2. Схема підключення геліосистеми для потреб ГВП: TSA – температура на виході сонячного колектора; TSE – температура на вході сонячного колектора; TW – температура гарячої води; TWU – нижня температура гарячої води; PSO – насос сонячного контуру; АВ М – триходовий клапан, WW – подача гарячої води в систему ГВП, KW – підживлення холодною водою

Для підключення сонячних колекторів до загальної системи використовується гофрована труба. При цьому за рахунок того, що в’язкість води набагато нижче, ніж у гліколієвих сумішей потік води в трубі буде турбулентним. Тому повітря, який може збиратися в складках гофри, за рахунок турбулентності буде швидше виноситися.

Управління нагрівом системи ГВП

Управління нагрівом системи ГВП здійснюється за допомогою автоматики. Датчики, встановлені в колекторі, верхній і середній частині накопичувального бака зчитують дані про температуру води у лінії подачі. У відповідність з цим вибирається алгоритм роботи насоса контуру геліоколектора та нагріваючого теплогенератора.

Температура в самому колекторі контролюється датчиками на подаючому (TSE) і на зворотному трубопроводі (TSA). Крім того, встановлюється витратомір, що враховує кількість надходить у колектор води. На підставі даних цих приладів формуються відомості про продуктивність системи за підсумками роботи за день.

Загальний сонячний регулятор стежить за роботою всієї системи, враховуючи об’ємні потоки. Якщо датчик TSA показує, що вода в колекторі нагрілася до заданої температури (діапазон настройки від 60 до 90 С), включається насос забирає воду в бойлер.

Таким чином, колектор реалізує принцип «повного відра» і, по суті, являє собою додатковий котел, в якому нагрівається вода.

ГВП та опалення

Одна з можливих схем підключення геліосистеми (сонячної системи) для роботи на ГВП та опалення показана на рис. 3.
Для забезпечення стабільного постачання гарячої води застосовується схема, що включає спеціальну комбіновану буферну ємність, яка оснащена зовнішнім теплообмінником для підігріву води, що подається в контур ГВП. Вода, змішується у опалювальному контурі, поставляється з буферної ємності. Звідти ж, тільки з нижньої частини, подається охолоджена вода на колектор.

Рис. 3. Схема підключення геліосистеми з частковим покриттям потреб опалення
Рис. 3. Схема підключення геліосистеми з частковим покриттям потреб опалення https://www.paradigma.de/

Захист від замерзання

Оскільки в сонячному контурі використовується вода, то в наведених схемах реалізована система захисту від замерзання. Заснована вона тому, що датчик, встановлений у геліоколлектори постійно контролює температуру води, що надходить. І якщо вона опускається до 2 ºС, автоматично включається насос. Він подає воду з нижньої частини буферної ємності, до тих пір, поки не буде досягнутий безпечний рівень. Враховуючи, що обсяг колекторів досить невеликий – всього кілька літрів, – подібна робота практично не позначається на діяльності всієї системи ГВП та опалення. На захист від замерзання витрачається всього близько 2-4% від виробленої геліоколекторів теплової енергії за рік.

На випадок, якщо система все-таки дасть збій, в самому геліоколлектори і на виході з нього для компенсації лінійного розширення льоду передбачають гофровані вставки в самому колекторі.

Варто відзначити, що морозостійкість системи, а також і її ефективність залежать від довжини зовнішнього трубопроводу. Чим це значення менше, тим краще. У будь-якому випадку довжина траси повинна бути з максимальною точністю внесена в програму роботи сонячного регулятора.

В даний час на українському ринку представлені сонячні системи, які стабільно працюють при довжині зовнішньої траси до 15 м і температурі повітря до -34 С. (виходячи з досвіду минулої зими)

З метою виключення збоїв в роботі геліосистеми надалі відключення електрики, обов’язково повинен бути встановлений джерело безперебійного електроживлення гелионасоса.

Спрощений розрахунок продуктивності

Розрахунок продуктивності геліосистеми у кожному випадку необхідно проводити індивідуально. У загальному випадку можна запропонувати наступну спрощену схему розрахунку площі колекторів та обсягу накопичувального бака.  Якщо передбачається використовувати сонячну установку тільки для приготування гарячої води, площа колекторів приймається з розрахунку:

Ар = n + 1,

де n – кількість мешканців у будинку.

Обсяг накопичувального бака при цьому дорівнює:

Vp = 40 × Ар.

Таким чином, площа сонячних колекторів приймається виходячи з приблизно 1 м2 на 40 л накопичувальної ємності.  Якщо сонячна система використовується на опалення, то розмір бака і площа колекторів повинні бути більше:

Аор = 2 × n + 1.

При цьому обсяг накопичувального бака:

Vор = 80 × Аор.

Таким чином, обсяг буферної ємності пропорційний площі колекторів. Якщо взяти більше необхідного, то не вся енергія буде використовуватися і бойлер буде перебувати постійно в гарячому стані. Таким чином, система швидше увійде в стан стагнації. Якщо менше, то не буде вистачати теплової енергії користувачу.

Від необхідної продуктивності системи залежить площа геліополя, що впливає на величину об’ємного потоку. На підставі цих даних розраховується діаметр сонячного трубопроводу.

Послідовне підключення геліосистеми

При монтажі геліоколекторів, які можуть встановлюватися як послідовно, так і в каскад, варто звернути увагу на те, щоб кут нахилу дорівнює або наближений до 45º. Це перешкоджає накопиченню снігу на їх поверхні, що, в свою чергу, знижує продуктивність. Варто також зазначити, що, оскільки не можна повністю покладатися на сонячну енергію, в системах на воді, також як і в традиційних гліколевих необхідно використовувати теплогенератори. Це може бути газовий, твердопаливний, електричний або будь-який інший котел в залежності від конкретної ситуації і бажання споживача.

Повна незалежність від традиційних теплогенераторів досягається з допомогою комбінування сонячної установки з тепловим насосом. При цьому принципова схема підключення сонячних колекторів не змінюється. Те ж саме відноситься і до варіанту підключення геліосистеми на воді у вже існуючу систему опалення і ГВП (рис. 4). При цьому колектори можна використовувати в якості генератора тепла для підтримання радіаторний системи опалення, так і «теплої підлоги», а також підігріву води в басейні. Підраховано, що за день 1 м2 колектора нагріває до 80 л води.

Рис. 4. Приклад підключення сонячної системи в існуючу традиційну систему опалення та ГВП
Рис. 4. Приклад підключення сонячної системи в існуючу традиційну систему опалення та ГВП
C. Билявец