2.3 Основные типы солнечных водонагревателей

На сегодняшний день наиболее часто применяются пять основных типов систем солнечных водонагревателей. Эти пять типов из множества существующих на сегодняшний день типов систем в продаже уже более 25 лет. К ним относятся следующие типы систем: - пакетный; - термосифоннный; - разомкнутого типа с прямым нагревом; - герметичный гликоль; - замкнутого типа со сливным резервуаром. Их отличает упрощённая конструкция, высокая надёжность, большой срок службы. В системах разомкнутого цикла вода нагревается непосредственно напрямую в солнечном коллекторе. В системах замкнутого типа тепло передаётся с помощью теплоносителя нагретого в солнечном коллекторе через теплообменный аппарат.

Есть много критериев при выборе солнечных систем отопления для дома, но окончательное слово в выборе принадлежит потребителю. В таблице 2.4 приведена сравнительная характеристика солнечных систем отопления. Например, одна семья из двух человек в условиях умеренного климата, в котором заморозки происходят очень редко, может остановить свой выбор на пакетном обогревателе. Особенно, если горячая вода будет преимущественно использоваться в конце дня, а не сутра. Если в доме проживает три и более человек, если нет ограничений по эстетичности здания и весу установки на крыше, может подойти термосифонная система, особенно если нет места для дополнительных ёмкостей вблизи существующих водонагревателей. Системы замкнутого типа со сливным резервуаром требуют перепад уровней между солнечным коллектором и накопительным баком (солнечный коллектор выше накопительного бака). Если заданный перепад обеспечить невозможно, то можно установить герметичную гликоль систему, где трубопроводы могут быть проложены как угодно заказчику.

Таблица 2.4 - Сравнительная характеристика систем

Характеристика	Системы
	Пакетная	Термосифонная	Разомкнутого типа с прямым нагревом	Герметичная гликоль	Замкнутая со сливным резервуаром
Низкий профиль, не громоз дкий внешний вид			Х	Х	Х
Небольшой вес			Х	Х	Х
Устойчивость к обледенению				Х	Х
Простота установки	Х	Х	Х
Пассивная работа (нет насоса и контроллера)	Х	Х
Занимаемое пространство (не нужен нако пительный бак)	Х	Х

Пакетные солнечные водонагреватели. В данном типе нагревателей коллектор и резервуар объединены в одну единицу - пакет. Бак с водой, заключённый в изолированный ящик, покрытый стеклом размещается в направлении на юг. Холодная вода подаётся по трубам в нижней части резервуара; горячая вода выходит из верхней части пакета.

Каждый раз, когда происходит потребление горячей воды, вода под давлением домашней магистрали поступает из бака(верхней части накопительного бака), а холодная вода опускается на дно.

Рисунок 2.29 - Пакетный солнечный водонагреватель

Поскольку вода нагревается непосредственно напрямую, а также в ней не используется циркуляционный насос, то эта система относится к разомкнутому, пассивному типу. Пакетный обогреватель популярен для районов с умеренным климатом, где заморозки являются достаточно редким явлением. Этот тип обогревателей обладает относительно низкой стоимостью.При установке данного типа обогревателей на крыше необходимо учитывать их вес ( в сухом состоянии он весит порядка 100 кг).

Термосифонная система. Другой относительно простой, пассивной системой, а также наиболее популярной в во всём мире является термосифонная система. Отличительным признаком этих систем является непосредственное расположение бака над коллектором. Термосифонные системы работают по принципу тепловой конвекции. В разомкнутой системе (только в незамерзающем климате) вода поступает в нижнюю часть коллектора и нагревшись поднимается в накопительный бак. Тем временем, более прохладная вода в баке течет вниз в трубки, таким образом начинается циркуляция во всей системе. В маленьких системах, бак объединен с коллектором и не рассчитан на магистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо с подачей воды из вышерасположенной емкости, либо через уменьшающие давление редукторы.

Рисунок 2.30 – Пассивный термосифонный водонагреватель

Термосифон со встроенным теплообменником обеспечивает возможность работы при магистральном давлении. Нагревается теплоноситель через теплообменник из спиральной медной трубы, расположенный внутри теплоаккумулятора. Принцип работы этого типа солнечного водонагревателя такой же как и у обычного термосифона низкого давления. Но вместо того, чтобы использовать воду непосредственно в теплоаккумуляторе, коллектор магистрального давления использует медный спиральный теплообменник в баке. Преимущество в том, что систему можно использовать при низком качестве воды, потому что практически отсутствует коррозия и образование накипи внутри вакуумных трубок и теплоаккумулятора. Для районов с низкими температурами теплоаккумулятор заполняют антифризом.

Системы разомкнутого типа с прямым нагревом. Используются в странах с преимущественно жарким климатом, где полностью отсутствуют заморозки. Циркуляционный насос малой мощности (приблизительная потребляемая мощность 10 Вт, которую можно обеспечить фотоэлектрическими элементами) работает совместно с термостатирующим контроллером. В стандартном оснащении устанавливаются уставки на 71°С или 82°С.

Рисунок 2.31 – Водонагреватель разомкнутого типа

с прямым нагревом

Герметичная гликоль система Представляют активную замкнутую систему. Холодная вода поступает в накопительный бак, где она нагревается через теплообменный аппарат. Смесь воды и антифриза с помощью насоса циркулирует по замкнутому кругу от солнечного коллектора в накопительный бак (где проходит через змеевик теплообменного аппарата), далее через расширительный бак в коллектор. Смесь 1:1 пропилен гликоля с водой, используемая в качестве теплоносителя, защищает солнечный коллектор от замерзания (т.е. данная смесь не замерзает в коллекторе и трубах во время заморозков).

Рисунок 2.32 - Активная гелиоустановка замкнутой

гликоль системы

Данный тип системы трбует обязательного наличия расширительного бака и некоторых других вспомогательных элементов для вентиляции, наполнения и технического обслуживания системы. Преимущество этих систем – возможность установки коллектора практически в любом месте, также эти системы являются практически в не конкуренции при установке в местах с жестким климатом.

Гелиоустановки замкнутого типа со сливным резервуаром. Системы замкнутого типа со сливным резервуаром трпилют минимального необходимого технического обслуживания . Теплоносителем является обычная дистиллированная вода, которая практически не нуждается в замене. Когда насос не работает, вся вода находится в 38 литровом сливном резервуаре, который находится всегда выше накопительного резервуара.

Когда насос включается, дистиллированная вода начинает циркулировать через солнечный коллектор и теплообменный аппарат накопительного бака, отдавая своё тепло. Когда насос выключается, дистиллированная вода стекает в сливной резервуар. По этой причине сливной резервуар должен быть всегда ниже солнечного коллектора, а трубопроводы обеспечивать заданный наклон для непрерывного стока дистиллированной воды для противодействия её замерзанию. Данный тип систем достаточно эффективен и надёжен. Работоспособность сохраняется даже в самые жаркие и холодные дни. Теоретически не нуждается в техобслуживании в течении 20 лет. Единственным недостатком является то, что есть необходимость использования достаточно мощных насосов для закачивания воды к примеру на второй этаж. Один из способов для решения этой проблемы является размещение резервуара на чердаке.

Рисунок 2.32 - Гелиоустановки замкнутого типа со

сливным резервуаром

Если имеется много участков труб с горизонтальным расположением, то в первый контур системы необходимо добавить пропилен-гликоль для предотвращения замерзания воды.

Солнечно-электрическая система теплоснабжения. Как один из вариантов можно предложить комбинированную солнечно электрическую систему теплоснабжения. Данная система предназначена для отопления, горячего водоснабжения, подогрева воды в бассейне. Система функционирует в автоматическом режиме. Накопление тепла в буфере-накопителе происходит от двух источников теплоснабжения: гелиосистемы и котла.

Контроллер следит за разностью температур солнечного коллектора и нижней части накопительного бака. Как только она превысит заданную включается циркуляционный насос первого контура гелиосистемы и производится передача солнечной энергии в накопительный бак. Отключение гелиосистемы происходит после достижения установленной разности температур в контроллере.

Рисунок 2.33 - Солнечно-электрическая система

теплоснабжения

Электрический котел включается в часы «низких» тарифов на электроэнергию в случае, когда температура, которая измеряется датчиком температуры буферного накопителя, ниже установленной на контролере, при этом включается насос котла. Контролер переключает клапан в положение «АВ-В». Выключение котла происходит, когда температура, которая измеряется датчиком температуры в буфере накопителе достигнет установленной контроллером температуры. Эта температура соответствует отопительному графику, при этом постоянно контролируется температура окружающей среды датчиком температуры. В случае, когда температура в накопительном баке, выше заданного контроллером значения температуры, т.е. нагрев буферного накопителя солнечной установкой достаточен, электрический котел не включается. В этом случае система отопления обеспечивается теплом через насос контура отопления от буферного накопителя. Электрический котел включается снова только тогда, когда температура верхнего датчика накопительного буфера опускается ниже заданного значения и только по сигналу таймера. Отбор тепла для системы отопления, при необходимости, по сигналу датчика температуры в контуре калорифера происходит от буферного накопителя. На отопительные приборы тепло поступает от буферного накопителя, а электрический котел и его насос отключены. Регулирование температуры теплоносителя в системе отопления регулируется в зависимости от внешних погодных условий, а также запрограммированными условиями эксплуатации системы отопления (комфортный или экономичный режимы). При недостаточной температуре теплоносителя в системе отопления, включается электрический котел — происходит одновременно и отбор тепла и его накопление в буферном накопителе. Отбор тепла на нужды горячего водоснабжения происходит от буферного накопителя. Нормируемая температура обеспечивается гелиосистемой и электрическим котлом.