Солнечное отопление частного дома: варианты и схемы устройства

Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления

Большое распространение и популярность приобрели именно солнечные коллекторы, которые применяются в качестве устройства для нагрева какой-либо жидкости (чаще всего, воды) с целью ее использования в системах горячего водоснабжения или отопления.

Другой вид оборудования для преобразования энергии солнца – батареи, которые принципиально отличаются от коллекторов тем, что сначала вырабатывают и аккумулируют электрическую энергию, а в дальнейшем ее можно использовать для хозяйственных нужд.

Но данный вид получения и переработки солнечной энергии требует приобретения дорогостоящего оборудования, главными конструктивными единицами которого являются фотоэлементы, что не всегда оправданно, особенно в регионах с небольшим количеством солнечных дней в году.

В отличие от них, солнечные коллекторы для нагрева воды или отопления дома имеют быструю окупаемость, особенно если изготовить их самостоятельно, так как в этом случае расходы составят лишь стоимость материалов, в число которых дорогие фотоэлементы не входят.

Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:

  • снижение затрат на отопление и подогрев воды для системы горячего водоснабжения;
  • экологичность данного вида энергии.

Чаще всего использование коллекторов оправданно для использования в системах отопления небольших коттеджей или организации горячего водоснабжения в летний период в загородном доме или на даче. Оправдан солнечный коллектор для бассейна в качестве устройства для подогрева воды.

Объясняется это относительно невысоким КПД таких установок, который может значительно уменьшаться в пасмурные дни.

Поэтому для оптимизации расходов на отопление частного дома лучше всего использовать коллекторы совместно с традиционным оборудованием, которое изначально может быть рассчитано для этого, либо имеет возможности для переоборудования или согласования параллельного функционирования двух систем теплоснабжения.

Также стоит отметить, что, кроме регулярного обслуживания и очистки поверхности коллекторов от грязи и мусора, некоторые из них не предназначены для работы при низких температурах, поэтому перед началом зимы их нужно законсервировать, предварительно слив из системы теплоноситель.

Основные разновидности солнечных коллекторов

Солнечный коллектор представляет собой устройство, главной функцией которого является превращение поглощенной солнечной энергии в тепловую с целью ее дальнейшего использования для нагрева теплоносителя в системах отопления, в том числе и в «теплых полах» и ГВС дома.

КПД коллектора напрямую зависит от двух факторов: типа устройства и его площади, поэтому нередко для его монтажа выбирается крыша здания.

Солнечные коллекторы условно можно классифицировать, используя разные критерии. Прежде всего, они делятся по типу теплоносителя на:

  • водяные (жидкостные);
  • воздушные.

По уровню предельных температур коллекторы бывают:

  • низкотемпературными – предел до 50°C, средний показатель 35-45 °C;
  • среднетемпературными до 80°C;
  • высокотемпературными – более 80°C.

Последние чаще всего являются промышленными образцами, сделать их своими руками не представляется возможным.

Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:

  • плоскими, которые могут быть как воздушными, так и жидкостными;
  • вакуумными, использующими в качестве теплоносителя воду или иной вид жидкости;
  • трубчатыми – бывают и жидкостными, и воздушными;
  • термосифонными, или так называемыми накопительными интегрированными коллекторами, главным отличием которых является способность не только нагревания жидкости, но и поддержания ее температуры определенное время.

Последний вариант является самым простым как по устройству, так и по сложности изготовления и представляет собой несколько теплоизолированных емкостей с водой, а нагрев жидкости происходит через стеклянные крышки баков.

Данный тип коллекторов можно считать и самым простым в обслуживании, так как для того, чтобы он работал, необходимо лишь периодически очищать крышку емкости, но использовать его в холодное время года невозможно.

Плоские воздушные коллекторы тоже довольно просты и имеют вид специальной панели в виде герметичной коробки с теплоприемником с подключенными воздуховодами, по которым движется и нагревается воздух.

Для повышения эффективности их работы требуется увеличение их площади, например, за счет использования нескольких панелей в одной системе, а также использование вентилятора.

Воздушный коллектор

Эта установка может быть использована для воздушного отопления дома. Конструктивно она очень напоминает описанный выше пластиковый коллектор, но циркулирует и нагревается в нем воздух. Такие устройства навешиваются на стены. Действовать они могут двумя способами: если воздушный гелионагреватель герметичен, воздух забирается из помещения, нагревается и возвращается в то же помещение.

Воздушный коллектор устанавливается на южной стене

Есть другой вариант. В нем обогрев совмещен с вентиляцией. В наружном корпусе воздушного коллектора имеются отверстия. Через них внутрь конструкции поступает холодный воздух. Проходя через лабиринт, от солнечных лучей он нагревается, а затем подогретым попадает в помещение.

Такое отопление дома будет более-менее эффективным, если установка будет занимать всю южную стену, и при этом тени на этой стене не будет.

Виды преобразователей солнечной энергии

Для преобразования энергии солнечного света в доступную для бытового и промышленного применения могут использоваться несколько типов оборудования.

Отопление частного дома солнечными батареями, конечно же, более современный вариант, определенно имеющий будущее. Но высокая стоимость фотоэлементов, преобразующих свет в электрическую энергию, делает недоступной широкое применение данной технологии в быту. Именно поэтому стоит детально рассмотреть второй вариант, солнечный коллектор может быть собран самостоятельно, а его эксплуатация и обслуживание не вызовет затруднений.

Как устроен солнечный коллектор?

Солнечный коллектор представляет собой гидравлическую систему, которая состоит из трех основных элементов:

  • солнечной панели;
  • аванкамеры;
  • накопительного бака.

Солнечные панели, если говорить просто, это трубчатый радиатор, заключенный в короб со стеклянной передней стенкой. Его размещают в каком-либо солнечном месте, например, на крыше. Вода, поступающая в радиаторы солнечных панелей, нагревается и перемещается в аванкамеру. Здесь происходит замещение холодной воды уже горячим теплоносителем и поддерживается постоянное динамическое давление в системе. При этом в радиаторы солнечных панелей перемещается холодная вода, а горячая поступает в накопительный бак, из которого передается в отопительную систему дома.

Размещать солнечный коллектор лучше всего на южной стороне крыши под углом в 35-45 градусов. Радиатор и внутреннюю часть короба лучше всего окрасить в черный цвет

В работе солнечного коллектора этого типа используется так называемый термосифонный процесс. При нагревании плотность воды изменяется, ее нагретые слои расширяются и вытесняют холодную воду. В результате для организации отопления на солнечных батареях не нужен насос, перемещение теплоносителя по системе происходит под действием естественных природных процессов.

Сравнение характеристик солнечных коллекторов

Самым главным показателем солнечного коллектора является КПД. Полезная производительность разных по конструкции солнечных коллекторов зависит от разности температур. При этом плоские коллекторы значительно дешевле трубчатых.

Значения КПД зависят от качества изготовления солнечного коллектора. Цель графика показать эффективность применения разных систем в зависимости от разницы температуры

При выборе солнечного коллектора стоит обратить внимание на ряд параметров показывающих эффективность и мощность прибора. Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

Для солнечных коллекторов есть несколько важных характеристики:

  • коэффициент адсорбции – показывает отношение поглощенной энергии к общей;
  • коэффициент эмиссии – показывает отношение переданной энергии к поглощенной;
  • общая и апертурная площадь;
  • КПД.

Апертурная площадь – это рабочая площадь солнечного коллектора. У плоского коллектора апертурная площадь максимальна. Апертурную площадь равна площади абсорбера.

Возможные варианты обустройства солнечного отопления

Варианты сооружения системы солнечного отопления полностью зависят от пожеланий владельца домохозяйства:

  • Применение фабричных изделий. Покупка готовых коллекторов с самостоятельной установкой и монтажом.
  • Сооружение пилотного проекта.  Он нужен для проверки эффекта от использования системы для дальнейшего производства точных расчетов.
  • Самостоятельное выполнение полного цикла работ.  Расчет, проектирование, сооружение «с нуля» гелиосистемы, ее установка.

Вариант №1. Подразумевает выбор правильного места расположения солнечных установок, ведь от этого будет зависеть эффективность их использования. Для монтажа также потребуются специальные навыки.

Рассчитывать же количество панелей не понадобится – достаточно будет озвучить все свои пожелания фирме-поставщику оборудования. Еще нужно будет ответить на уточняющие вопросы менеджеров – все, подбор оптимального количества панелей (коллекторов) произойдет безо всяких сложностей.

Для монтажа гелиоустановки своими руками на крыше нужно заручиться поддержкой как минимум одного помощника. Одному с такой работой справиться не удастся

Вариант №2 – сооружение пилотного проекта. Он будет оптимальным решением для сомневающихся людей. Ведь окончательное решение о замене системы отопления сложно сразу принять. Соорудить солнечный коллектор (воздушный или водяной) небольшого размера и проверить его «в действии» станет полезным опытом.

Оценив реальные затраты на изготовление, сопоставив их с рыночной стоимостью аналогичных систем и просчитав экономию от использования в хозяйстве, принять ответственное решение будет просто.

Вариант №3 – выбор настоящих мастеров.

Для полноценного отопления объекта понадобится провести колоссальную работу:

  • Просчитать нужную площадь гелиосистемы.
  • Определить место будущего монтажа, укрепить его.
  • Дополнительно утеплить жилище.
  • Приобрести все элементы для сооружения системы.
  • Соорудить солнечную батарею.
  • Установить сооруженную систему, ориентируясь на основные требования – угол наклона относительно падения солнечных лучей.

Выполнение полного цикла работ по устройству системы нельзя назвать легким делом, но процесс крайне увлекательный. К тому же, позволяющий сэкономить довольно солидную сумму.

Выбирая тип отопления, использующего солнечную энергию, следует определиться, будет ли оно дополнительно использоваться для нагревания воды и выработки электроэнергии (кликните для увеличения)

Тепловые насосы

Это решение повсеместно используется в Скандинавии, в которой достаточно холодно. С помощью теплового насоса можно обеспечить автономное и экономичное отопление дома. Для его функционирования потребуется электроэнергия.

Особенности этого варианта обогрева домов:

  • рекомендуется приобретать и устанавливать грунтовый тепловой насос;
  • предварительно на участке необходимо выкопать траншею, заложить трубы;
  • тепловая энергия выделяется за счет разницы температур воды, проходящей по трубам.

Эффективность работы грунтового насоса не зависит от температуры воздуха. Сильных морозов можно не бояться. По стоимости такая система дороже, чем большинство аналогов. Сэкономить можно на монтаже. Немаловажным преимуществом считается долговечность конструкции. Тепловой насос в состоянии нормально проработать не один десяток лет.

Установив в загородном доме тепловой насос, можно получить автономную, экономную систему отопления. Для ее работоспособности требуется небольшое количество электроэнергии. А если дополнить конструкцию солнечными аккумуляторами, можно будет частично не зависеть и от электричества.

Электрические котлы для отопления

Котел любой системы является генератором тепла, он нагревает теплоноситель и подает его в контур. В принципе любая схема отопления может работать с любым типом котла.

Очень удобными считаются электрокотлы для отопления бытовые, но они требуют наличие электропитания достаточной мощности.

Преимущества монтажа электрических котлов для частных домов:

  1. Простая установка котлов отопления, значительно проще, чем газовых. Для установки не требуется отдельное помещение.
  2. Не нужен дымоход и отдельное помещение. Электрический котел можно расположить в любом помещении.
  3. Небольшие габариты и вес, следовательно, их легко закрепить.
  4. Экологическая безопасность, не выделяются вредные газы.
  5. Высокий КПД — 95-98%.

Виды коллекторов

Принято разделять виды коллекторов по нагреваемым теплоносителям. Нагревать можно:

  • воду – такие установки могут обеспечивать потребителя горячей водой, а также участвовать в отоплении здания;
  • воздух – воздушные солнечные коллекторы применяют для сушки сельскохозяйственных культур, а также в домах, оборудованных регенерационными теплообменниками, для обогрева жилья или производственного помещения;
  • антифриз (жидкости с низкой температурой замерзания) – здесь назначение одно – отопление с помощью солнечных коллекторов.

Делят гелиоколлекторы и по конструкции солнечных коллекторов:

  • трубчатые – в их основе использованы трубопроводы разного типа;
  • щелевые – в таких устройствах теплоноситель перемещается внутри узкой щели, находясь в контакте с нагретым теплоприемником;
  • параллельного или последовательного исполнения, здесь все зависит от способа задания движения теплоносителю;
  • открытого или вакуумного заложения теплообменников, для снижения теплопотерь в окружающую среду дорогие конструкции оборудую вакуумными трубками. Через них теплопотери в окружающую среду сведены к минимуму.

Приверженцы разных школ создания солнечных коллекторов всегда продвигают определенный принцип в конструировании и изготовлении собственных установок.

Монтаж системы своими руками

Основными элементами любого солнечного коллектора являются теплоизоляционный короб накопителя и целая система труб: дренажные, ввода холодной воды, подвода холодной и горячей воды к смесителям, подвода горячей воды к накопителю, подпитки накопителя.

Практически все элементы коллектора можно изготовить или приобрести самостоятельно.

Месторасположение и монтаж накопителя

Лучше всего для размещения системы подойдут южная сторона крыши и чердак дома.

Роль накопителя солнечной энергии в коллекторе выполняет трубчатый радиатор, помещённый в застекленный короб, который повернут под определенным углом к светилу.

Решетку радиатора можно сварить самостоятельно – для этого подойдут стальные трубы с тонкими стенками и небольшим диаметром (как вариант – 16х1,5 мм). Для отводящей и подводящей труб лучше использовать больший диаметр.

Стенки короба изготавливают из досок шириной до 30 мм, дно – из оргалита или фанеры, дополнительно усиленных рейками. Короб тщательно изолируется – чтобы максимально сохранить тепло. Лучше всего для этого подойдёт пенопласт, хотя можно использовать и другие материалы (экструдированный пенополистерол – ЭППС или минеральную вату). На дно поверх утеплителя кладется лист жести или оцинкованного железа, а уже непосредственно на него устанавливается и закрепляется хомутами решетка радиатора.

Теплоаккамулятор

В качестве теплового аккумулятора используют обычный водяной бак на 200-300 литров. Чтобы сохранить в нем воду горячей, также потребуется качественная теплоизоляция: бак помещают в короб, заполненный опилками, пенопластом, эковатой и т.п.

Аванкамера

Постоянное давление в гидросистеме поддерживается при помощи аванкамеры – герметичного расширительного бачка на 30-40 литров с поплавковым клапаном. Уровень воды в аванкамере должен превышать уровень воды в баке на 80-100 см.

Соединение частей системы

Соединяется гидравлическая система при помощи тройников и муфт уголков (сваркой или резьбой), швы и стыки укрепляют краской, пеньковой подмоткой либо современным герметиком.

Начинают монтаж системы солнечного отопления с установки на чердаке накопительного бака, помещенного в теплоизоляционный короб.

https://youtube.com/watch?v=p5iVuJswMFs

Изготовленный своими руками или приобретенный коллектор размещают на солнечной стороне крыши под углом примерно 40-45 градусов относительно горизонта.

Далее система монтируется в единую конструкцию при помощи стальных труб: полудюймовых – для высокого напора (вывод из бака горячей воды и подвод от водопровода к аванкамере), дюймовых – для низкого напора.

Финальный этап

После этого устройство заполняется водой – и солнечное отопление начинает работать. Нагретая вода поднимается по трубам вверх и вытесняет из радиатора холодную воду. По сути, здесь мы имеем дело с обычной замкнутой системой: вода, попеременно охлаждаясь и нагреваясь, циркулирует. Нагретая жидкость с меньшей плотностью перемещается в бак, а более плотная холодная возвращается в коллектор.

Если конструкцию присоединяют к отопительной системе частного дома, то дополнительно устанавливают специальные электрические нагреватели и температурные датчики для поддержания в трубах оптимальной температуры: датчики будут автоматически включать и выключать электронагрев в зависимости от погоды «за бортом».

Расход газа

Выбирая экономичное отопление для дачи, потребители наиболее часто обращают внимание именно на газ. Если вы тоже решили последовать опыту большинства, то должны знать, каков расход топлива для определенной площади дома. Как показывает практика, для жилища, площадь которого составляет примерно 140 квадратных метров, будет необходимо около 13 килограмм газа за сутки

Это утверждение верно, если в доме хорошо утеплены окна, нет трещин и щелей, а температура за окном изменяется от -18 до -23 градуса. В помещениях температура будет варьироваться в пределах от 21 до 23 градусов. Упомянутый расход газа на отопление составляет примерно половину баллона

Как показывает практика, для жилища, площадь которого составляет примерно 140 квадратных метров, будет необходимо около 13 килограмм газа за сутки. Это утверждение верно, если в доме хорошо утеплены окна, нет трещин и щелей, а температура за окном изменяется от -18 до -23 градуса. В помещениях температура будет варьироваться в пределах от 21 до 23 градусов. Упомянутый расход газа на отопление составляет примерно половину баллона.

Затраты и перспективы окупаемости

Расходы на оборудование и его монтаж в процессе сооружения геотермального отопления зависят от мощности агрегата и от производителя.

Производителя каждый выбирает, руководствуясь собственными соображениями и сведениями о репутации и надежности того или иного бренда. А вот мощность зависит от площади помещения, которое предстоит обслуживать.

В этом рисунке кратко отражена вся суть выгоды, получаемой от применения геотермальной отопительной системы. Именно такое соотношение входящей и исходящей энергии позволяет система сначала быстро окупиться, а потом и экономить средства своего владельца (+)

Если брать в расчет именно мощность, то стоимость тепловых насосов колеблется в следующих диапазонах:

  • на 4-5 кВт – 3000-7000 условных единиц;
  • на 5-10 кВт – 4000-8000 условных единиц;
  • на 10-15 кВт – 5000-10000 условных единиц.

Если к этой сумме мы прибавим затраты, которые нужны на выполнение монтажных работ (20-40%), то мы получим сумму, которая для многих покажется абсолютно нереальной.

Но все эти затраты окупятся за вполне приемлемые сроки. В дальнейшем же вам придется оплачивать лишь незначительные расходы на электричество, необходимое для работы насоса. И это всё!

Из-за недостаточной для обогрева жилых строений эффективности геотермальных систем их используют в качестве дополнения к основным отопительным сетям или сооружают комплексно с двумя и более теплообменниками

Как показывает практика, геотермальное отопление особенно выгодно для домов, общая отапливаемая площадь которых составляет 150 кв. м. За пять-восемь лет все затраты на обустройство систем отопления в этих домах полностью окупаются.

Если геотермальное отопление не особо востребовано среди собственников частных домов, то эффективность гелеосистем уже оценили жители южных регионов. Технология сооружения солнечного отопления достаточна проста, а ее экономичность и практичность подтверждена многолетним опытом использования западными странами и нашими соотечественниками.

Какой котел лучше

Говорить об эффективности котлов, работающих на разном топливе — дело неблагодарное. Определить, какой из них лучше, просто невозможно, потому что у каждого вида есть и достоинства, и недостатки. В идеале необходимо просчитать, какой котел будет создавать меньше проблем в процессе эксплуатации. Хотя первоначальные расходы тоже влияют на выбор.

Мы должны иметь такие вещи в виду, потому что зимой они могут варьироваться в несколько сотен злотых. Помимо такого отопления мы можем использовать другие, которые могут быть удобными, но все же дешевле. Самое главное, стоит искать возобновляемые источники отопления. Солнечные батареи и тепловые насосы часто используются на практике. Однако они требуют благоприятных условий, которых мы не всегда можем достичь. Мы должны тщательно анализировать каждую возможность с точки зрения экономической эффективности, удобства и удобства использования.

К примеру, газовый считается оптимальным решением проблемы. В процессе эксплуатации так оно и есть, но монтаж и подключение к газовой трубе потребуют денег, времени и нервов. К тому же не во всех регионах давление газа зимой отвечает необходимым нормам, так что в этом плане проблемы будут возникать.

Система отопления на твердом и жидком топливе

Но вернемся к электричеству? Мы можем найти способы нагрева, которые вне тепла могут предложить нам уникальный климат. Они часто используются домовладельцами. Они не могут установить классический камин в такой собственности. Для этого нам нужна специальная установка, без которой мы не сможем выкурить. Это не означает, однако, что люди, живущие в блоках, должны раз и навсегда забыть о камине. Существуют решения, которые позволяют им эффективно их заменять. Они определенно более удобны в использовании и безопаснее. О котлах, работающих на твердом и жидком топливе, говорить не будем. С ними всегда проблем выше крыши. А вот электрические котлы на сегодняшний день — самый приемлемый вариант:

  • Во-первых, их просто установить и подключить.
  • Во-вторых, в них параметры теплоносителя регулируются в автоматическом режиме.

Конечно, проблемы зимой с электричеством возникают, но не такие серьезные, как с газом. И все-таки один совет — устанавливать электрические котлы в качестве основного отопительного прибора, а небольшие печки или твердотопливные котлы использовать как резервный арсенал. Именно так вы сможете избежать больших проблем зимой.

Монолитные кварцевые модули

Электрические камины просто подключаются к розетке, чтобы извлечь выгоду из их преимуществ. Они могут не только выделять тепло, но и создавать теплую и неповторимую атмосферу. Нам не нужно беспокоиться о топливе, так как нам нужно только подключение к электрической сети. Можем ли мы отключить нагрев и оставить только визуальный эффект? Что нельзя в классических каминах? Самым большим раздражением отдельных домов является необходимость самонагрева. Квартира в блоке, с точки зрения отопления, с большим комфортом и удобством. Комбинированная теплоэлектростанция обеспечивает постоянное теплоснабжение, и пользователю приходится только беспокоиться и оплачивать счета. Дома мы должны оборудовать котельную и контролировать ее работу. Выбор того, как нагреть дом, велик, и решение должно быть принято, как только дом все еще находится на этапе проектирования. Строительные материалы, используемые в здании, будут зависеть от нашего выбора.

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Демонстрация действия солнечного коллектора в зимнее время:

Видео #2. Сравнение разных моделей солнечных коллекторов:

На протяжении всего собственного существования человечество с каждым годом потребляется все больше энергии. Попытки использовать бесплатное солнечное излучение предпринимались давно, но только в последнее время стало возможным эффективно использовать солнце в наших широтах. Несомненно, что за гелиосистемами будущее.

Хотите сообщить об интересных особенностях в организации солнечного отопления загородного дома или дачи? Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Здесь же можно задать вопрос, оставить фото с демонстрацией процесса сборки системы, поделиться полезными сведениями.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwittervKontakte
Напишите комментарий