Современные гелиосистемы, использующие энергию солнца, позволяют экономить до 40% затрат на отопление и до 75% на горячее водоснабжение.

Цифры, которые шокируют

В России суммарная площадь водонагревательных установок, работающих от энергии солнца, не превышает 20 тыс. кв. метров, в то время как США и Китай эксплуатируют по 10 млн кв. метров гелиосистем, Япония - 8 млн, Германия - 6,5 млн кв. метров. Уже через шесть лет (к 2020 г.) большинство стран Западной Европы планируют перевести на солнечное теплоснабжение минимум 70% жилищного фонда. И это притом, что, например, в Московской области солнечной энергии на 1 кв. метр приходится столько же, сколько в Германии, а в Хабаровском крае в среднем за год 300 дней являются солнечными.

Причина российской расточительности - в сырьевой экономике. Именно она и в советское время, и в последующий период отучила власти и население думать об экономии энергии. Ведь запасы нефти и газа кажутся неисчерпаемыми!

Но ситуация меняется. Газ, нефть и производные виды топлива дорожают буквально на глазах, разведанные запасы истощаются, а новые месторождения требуют для освоения все больше капиталовложений. Растет понимание опасности загрязнения окружающей среды от бездумного сжигания углеводородов. Уходят в прошлое заблуждения относительно альтернативных, возобновляемых источников энергии - ветра, земного тепла, морских приливов, термальных вод, а также солнца (мол, сооружение гелиосистем - это слишком сложное и затратное дело при нашей нехватке солнечных дней!).

Однако новые технологические возможности и инновационные разработки позволяют экономить за счет энергии солнца уже до 75% затрат на горячее водоснабжение (ГВС) и до 40% на отопление. В России тоже заговорили об альтернативе разорительному традиционному ЖКХ - об энергоэффективных и «умных» домах, о необходимости использования гелиосистем для ГВС и обеспечения теплом при застройке целых кварталов, микрорайонов и поселков.

Что говорит наука

В Германии солнечные установки для отопления и подогрева воды имеют уже более 630 тыс. частных домовладений, а на острове Кипр (Средиземное море) - практически каждый дом. В России бытовые гелиосистемы (в силу указанных выше причин) пока, сожалению, больше экзотика, чем общепринятая практика. Хотя, повторимся, 1 кв. метр поверхности в той же Московской области получает солнечной энергии не меньше, чем в Германии, - 1100 кВт за год. Не говоря уже о южных регионах, юге и востоке Сибири и Дальнем Востоке, где солнца больше, чем в средней полосе России.

То есть на российских широтах солнечной энергии достаточно для эффективной работы современных гелиосистем. Например, в средней полосе России солнце отдает за год 1 кв. метру земли энергию, которая получается при сжигании примерно 150 кг условного топлива (1 тонна условного топлива эквивалентна 2,6 тонне каменного угля).

Если этот поток солнечной энергии «собрать» с наименьшими потерями и преобразовать его с наибольшим КПД, то в средней полосе правильно спроектированная гелиосистема сможет обеспечивать жилой дом горячей водой и теплом совершенно автономно 9 месяцев в году, а остальные три месяца (зимой) станет помогать основной системе нагревать воду, экономя таким образом топливо (газ, электроэнергию, солярку, уголь, дрова).

Расчеты показывают, что оптимально подобранная гелиосистема может использовать для этих нужд примерно 1900 кВт/час в течение года, сэкономив 190 литров дизельного топлива. То есть окупит за год половину вложенных в нее средств. Еще через год окупит себя полностью и начнет приносить реальную экономию владельцам дома за счет снижения расходов на топливо для основной системы отопления и ГВС. И какую систему тогда называть основной - солнечный коллектор, использующий дармовую энергию, или прожорливый котел в подвале?

Даже если учесть, что в средней полосе России гелиосистема окупается в среднем за 5-7 лет, это все равно выгодное вложение капитала, поскольку традиционные системы автономного тепло- и горячего водоснабжения себя в принципе не окупают. Зато солнечный коллектор поможет существенно снизить издержки на их содержание. Особенно с учетом постоянно растущих цен и тарифов на энергоресурсы.

По выкладкам ученых, гелиосистема, имеющая солнечные коллекторы суммарной площадью 30 кв. метров, экономит за год около 8 тонн угля.

Кроме того, использование гелиосистем снижает экологическую нагрузку на окружающую среду.

В самом деле, не для того же человек построил загородный особняк, чтобы дышать там продуктами сгорания угля или солярки! Так вот, 1 кв. метр солнечного коллектора предотвращает за год выброс в воздух от 350 до 730 кг углекислоты. Не считая всевозможных канцерогенов.

Что такое гелиосистема и как она работает?

В широком смысле гелиосистема - это установка, которая преобразует солнечную энергию в электричество или в тепло. Для выработки электроэнергии в гелиосистемах используются фотоэлектрические элементы, а для преобразования в тепло для нагревания воды - коллекторы.

По конструкции коллекторы бывают плоскими и вакуумными. Дополняет коллектор (независимо от конструктивного исполнения) накопительный бак (аккумулятор), циркуляционный насос для принудительного перемещения теплоносителя (между баком и коллектором) и вспомогательное оборудование. Небольшая гелиосистема может обходиться без насоса, благодаря естественной циркуляции воды за счет перепада температур.

Плоский коллектор схематично - это медная или алюминиевая пластина под стеклом, с одной стороны черненая для лучшего поглощения солнечной энергии, а с другой - покрытая трубками с теплоносителем для отбора энергии. Чтобы снизить потери тепла, коллектор помещен в короб с теплоизолирующим слоем. Теплоноситель, нагревающий воду в баке-аккмуляторе, это или тоже вода, или антифриз.

Вакуумный коллектор отличается от плоского тем, что светопоглощающая черненая пластина под стеклом находится не в воздушном, а в безвоздушном пространстве, что практически полностью исключает потери тепла. В некоторых моделях таких коллекторов для более эффективного отбора тепла используется схема «трубка в трубке»: что-то вроде термоса, только между внешними стенками этих трубок находится не воздух, а вакуум.

Плоские коллекторы конструктивно проще, а следовательно дешевле, но, по мнению разработчиков, на данном технологическом этапе уже достигли оптимума своей эффективности. Вакуумные коллекторы являются более сложными и дорогими агрегатами, но зато и КПД у них значительно выше, особенно в холодное время года и в пасмурную погоду. Разница в эффективности особенно заметна с температуры воздуха +15 градусов и ниже, а при минусовых температурах вакуумный коллектор вообще вне конкуренции.

Новейшие вакуумные коллекторы на основе термотрубок (трубка из меди заполнена легкокипящей жидкостью, которая испаряется и эффективно отбирает тепло у вакуумной трубки) способны обеспечивать потребителей горячей водой и теплом даже если за окном трещит мороз от -35 до -50 градусов!

Не случайно гелиосистемы находят все более широкое применение как в отдельных домостроениях (загородные дома, коттеджи, дачи, бани, крытые бассейны), так и для обеспечения теплом и горячей водой многоквартирных домов и целых поселков с использованием систем суточного или сезонного аккумулирования тепла.

Что в знаменателе?

Современные гелиосистемы рассчитаны на непрерывную работу в течение от 25 до 50 лет (при этом требуют обслуживания за этот срок 3-5 раз) и, окупаясь в среднем за 5-7 лет, дальше только экономят ресурсы домовладельца: до 40% затрат на отопление и до 75% на горячее водоснабжение.

Плюс к этому солнечный коллектор не наносит природе ни малейшего ущерба, полностью независим от тарифной политики энергетических монополий и абсолютно автономен при получении и преобразовании солнечной энергии.

Исходник:

Похоже, традиционные способы отопления наших домов газом, углём или по-старинке — дровами доживают последние времена. Всё больше строительных компаний предлагают возводить здания с использованием инновационных систем и передовых технологических решений, а именно с установкой оборудования, работающего на альтернативных источниках энергии и отопления, в частности, на солнечной, гидравлической, ветровой и геоэнергии. То есть, с одной стороны, мы идём в ногу с последними достижениями технического прогресса, с другой — обращаемся к «корням», стремимся бережнее относиться к природе и рациональнее использовать её богатства. И если раньше об отоплении домов с помощью гелиосистем в наших широтах говорилось как о некой диковинке, то сейчас речь идёт о комплексной застройке земельных участков с прокладкой коммуникаций, учитывающих использование альтернативных источников энергии. Практика постройки энергоэффективных домов уже становится делом привычным.

Немного теории

В южных краях, на том же о. Кипр, где солнце по сути светит круглый год, гелиосистемы установлены на каждом доме. И в этом нет ничего удивительного. У нас же всегда считалось, что солнце не такое жаркое, а климат не такой благоприятный, чтобы позволить повсеместно устанавливать гелиосистемы. Математические же подсчёты опровергают эти доводы.

Судите сами. В зависимости от климатических условий и широты местности, среднегодовой 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 широты) месте — около 1000 Вт/м2. В условиях средней полосы России солнечное излучение «приносит» на поверхность земли энергию, эквивалентную примерно 150 кг у.т./м2 в год, где у.т. — это условное топливо (здесь и далее).

Практическая задача, стоящая перед разработчиками и создателями различного вида солнечных установок, состоит в том, чтобы наиболее эффективно «собрать» этот поток энергии и преобразовать его в нужный вид энергии (теплоту, электроэнергию) при наименьших затратах на установку. Простейшим и наиболее дешёвым способом использования солнечной энергии является нагрев бытовой воды в так называемых плоских солнечных коллекторах.

Показатели экономичности

По данным лаборатории нетрадиционной энергетики Института проблем морских технологий ДВО РАН (г. Владивосток) в целом солнечные установки могут обеспечить следующие показатели (на 1 м2 солнечного коллектора):

• выработка тепловой энергии в среднем: 600-800 кВт/ч (в год), максимальная — до 1050 кВт/ч (в год), что позволит покрыть до 40-60 % потребностей индивидуальных потребителей в тепле, соответственно, уменьшить расход органического топлива до 100 кг в год на 1 м2 площади солнечных коллекторов и снизить загрязнение окружающей среды при его сжигании.

• экономия органического топлива составляет около 100 кг у.т./м2 отапливаемой площади помещения. Установка с площадью солнечных коллекторов 30 м2 в целом экономит около 3 тонн у.т. или около 7,8 тонн угля;

• снижение выбросов С02 достигает 0,6-0,7 кг на 1 кВт/ч выработанной тепловой энергии;

• 1 м2 солнечного коллектора предотвращает выброс 350-730 кг углекислого газа в год.

Принцип работы солнечной водонагревательной установки

Круглогодичная солнечная водонагревательная установка — СВУ состоит из солнечного коллектора и теплообменника-аккумулятора. Сердце системы — это коллектор. Он представляет собой устройство, позволяющее эффективно использовать энергию солнечного излучения для нагрева теплоносителя (антифриза). Теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдаёт затем тепловую энергию воде через теплообменник, вмонтированный в бак-аккумулятор. В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до момента её использования, поэтому он должен иметь хорошую теплоизоляцию.

В первом контуре, где расположен солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя. В бак-аккумулятор может быть установлен электрический или какой-либо другой автоматический нагреватель-дублёр. В случае понижения в баке- аккумуляторе температуры ниже установленной (продолжительная пасмурная погода или малое количество часов солнечного сияния зимой)нагреватель- дублёр автоматически включается и доводит воду до заданной температуры.

В результате, используя систему солнечного отопления, можно получить до 50-60% горячей воды, необходимой в течение года для отопления и бытовых нужд. В летнее время солнце полностью обеспечит дом горячей водой.

Виды гелиосистем

Существуют различные виды солнечных коллекторов, но наибольшее распространение получили плоские коллекторы и коллекторы с вакуумными трубками.

В мировой практике наиболее широко распространены малые системы солнечного теплоснабжения. Как правило, такие системы включают в себя солнечные коллекторы общей площадью 2-8 м2, бак-аккумулятор, ёмкость которого определяется площадью используемых коллекторов, циркуляционный насос или насосы (в зависимости от типа тепловой схемы) и другое вспомогательное оборудование. В небольших системах циркуляция теплоносителя между коллектором и баком-аккумулятором может осуществляться и без насоса, за счёт естественной конвекции (термосифонный принцип). В этом случае бак-аккумулятор должен располагаться выше коллектора. Простейшим типом таких установок является коллектор, спаренный с баком-аккумулятором, расположенным на верхнем торце коллектора. Системы такого типа используют обычно для нужд горячего водоснабжения в небольших односемейных домах коттеджного типа осуществляется с помощью насоса. Такие системы используют для нужд и горячего водоснабжения, и отопления. Как правило, в активных системах, снимающих лишь часть нагрузки отопления, предусматривают дублирующии источник тепла, использующий электроэнергию или газ.

Сравнительно новым явлением в практике использования солнечного теплоснабжения являются крупные системы, способные обеспечить горячим водоснабжением и отоплением многоквартирные дома или целые жилые кварталы. В таких системах используются либо суточное, либо сезонное аккумулирование тепла. Суточное аккумулирование предполагает возможность работы системы с использованием накопленного тепла в течение нескольких суток, сезонное — в течение нескольких месяцев.

Для сезонного аккумулирования тепла используют большие подземные резервуары, наполненные водой, в которые сбрасываются все излишки тепла, получаемого от коллекторов в течение лета. Другим вариантом сезонного аккумулирования является прогрев грунта с помощью скважин с трубами, по которым циркулирует горячая вода, поступающая от коллекторов.