Отопление дома с помощью солнечных коллекторов. альтернативный источник энергии

Солнечные коллекторы – один из альтернативных источников энергии

Для получения тепла используются коллекторы – устройства, выступающие в роли аккумуляторов солнечной энергии.

Принцип работы

Принцип действия солнечных коллекторов основан на получении природной (возобновляемой) энергии Солнца, превращении ее в тепловую и дальнейшее перенаправление на удовлетворение человеческих потребностей.

Устройство состоит из двух основных частей: улавливателя солнечной радиации и теплообменника – преобразователя ее в тепловую энергию с последующей передачей теплоносителю.

В роли теплоносителя выступает жидкость – в зависимости от модификации коллектора это может быть вода, антифриз и т.п. Под воздействием солнечных лучей жидкость нагревается и через вмонтированный теплообменник передаёт добытую тепловую энергию воде в накопителе – как правило, это бак из нержавейки или другая полая емкость.

Из накопителя горячая вода используется на хозяйственные нужды – солнечное отопление дома (в том числе «теплые полы»), мытье посуды, для ванной; особенно выгодно подогретую таким образом воду заливать в домашние бассейны.

В коллекторах эффективно используется приблизительно 80-95% поглощенной солнечной энергии – это очень высокий показатель.

Возобновляемые природные источники тепловой энергии

Однако существуют такие системы и источники тепла, затраты на эксплуатацию которых существенно ниже, чем во всех описанных выше случаях, в том числе и при газовом отоплении. Речь идет о возобновляемых природных источниках тепловой энергии:

1. Энергия ветра.
2. Тепло земли.
3. Солнечная энергия.

Энергия ветра

Предназначенные для индивидуального использования ветроэнергетические установки (ВЭУ) в основном применяются для производства электрической энергии для решения задач энергообеспечения дома.

В основе принципа действия данных установок лежит процесс вращения колеса при помощи силы ветра с последующей выработкой электрической энергии.

Схема работы отопления от энергии ветра. Нажмите для увеличения.

Эффективность использования ВЭУ существенно увеличивается при дополнительном использовании источников бесперебойного питания, гелиевых аккумуляторных батарей либо дополнительных фотоэлектрических панелей.

Основной недостаток ВЭУ — использование энергии ветра на полную мощность в наших климатических условиях возможно лишь 70-110 дней в году.

Тепло земли

Альтернативное отопление в частном доме может быть выполнено в виде теплового насоса, обеспечивающего сбор низкотемпературной тепловой энергии грунта, повышение ее теплового потенциала и транспортировку в систему теплоснабжения дома.

Тепловые насосы безопасны с экологической точки зрения, экономичны, способны утилизировать практически любой вид низкотемпературной теплоты.

Схема отопления дома энергией земли. Нажмите для увеличения.

К недостаткам данного варианта устройства систем теплоснабжения (отопление, горячее водоснабжение, кондиционирование воздуха) относится относительная сложность монтажа и установки, которую обязательно нужно производить при устройстве нулевого цикла из-за большого объема земляных работ.

Солнечная энергия

Использование солнечной энергии относится к разряду наиболее перспективных направлений, в том числе и в условиях умеренного климата. Принцип действия подобных систем довольно прост.

Принцип работы солнечных батарей. Нажмите для увеличения.

В гелиоколлектор поступает солнечная энергия, где производится ее преобразование в тепловую. Теплоноситель обеспечивает передачу тепловой энергии в системы отопления, горячего водоснабжения либо аккумулятор, откуда производится ее конечное потребление.

Основное достоинство солнечного отопления — практически «дармовой» возобновляемый источник энергии на протяжение круглого года.

Из недостатков можно отметить первоначальные затраты по монтажу системы и нежелательность использования в частном жилом доме в качестве основного источника тепла.

Послесловие

В данной статье мы довольно кратко рассмотрели отопление частного жилого дома, альтернативное газовому. Надеемся, что после ее прочтения вы сможете выбрать наиболее оптимальный для вас источник отопления либо отдадите предпочтение комбинации описанных выше схем.

Организация экономичного отопления

Не стоит вести долгие споры о том, какое оборудование из перечисленных вариантов, лучше сочетает в себе экономность, эффективность и безопасность. Гораздо практичнее будет пользоваться тем или иным вариантом в наиболее подходящих условиях. Ниже приведены основные принципы, которых следует придерживаться, чтобы создать дома экономичное отопление электричеством:

1. Первое правило общее для систем, работающих от газа, и для электрических – сделайте потери тепла минимальными за счет утепления стен, потолка и пола. Благодаря этому вы сможете снизить необходимую тепловую мощность для поддержания температуры. Конечно, дополнительные затраты на это необходимы, но они окупаются экономией на электроэнергии. Температура внутри утепленного гаража зимой поднимается выше нуля за полчаса, если внутри работает автомобиль. В утепленном доме вам надо будет лишь поддерживать тепло, а не постоянно нагнетать, заставляя оборудование работать на повышенной мощности.
2. Спроектируйте оптимальную систему электрического отопления. К примеру, для обогрева небольшой однокомнатной квартиры вполне эффективным может оказаться электрический котел (если потери тепла очень малы). А вот для дома с большим количеством комнат это не лучший вариант. Здесь удобнее установить конвекторную систему с терморегуляторами, контролирующими климат в каждом помещении. Инфракрасные панели хороши для гаража, чулана или хозяйственного помещения, в котором не требуется удерживать постоянную температуру.
3. В комнатах и домах, которые не используются на протяжении всего дня, оптимально комбинировать электроотопительное оборудование. В качестве примера возьмем кухню с основным конвектором и вспомогательной ИК-панелью. Конвектор позволяет поддерживать минимальную норму температуры на протяжении всего дня, а включенная перед вечерним приемом пищи панель быстро согреет комнату для комфортного ужина. Аналогичным образом можно устроить обогрев ванной комнаты, хозпостроек или отапливаемого гаража.
4. Терморегулирующая автоматика позволяет точно настраивать температурный режим. В зависимости от конкретных моделей и устройств, вы можете установить «горячие» и «холодные» периоды, использовать фотодатчики, чтобы в помещении становилось теплее в присутствии людей, и применять прочие настройки. Все эти на первый взгляд незначительные мелочи могут сильно помочь в уменьшении расходов.
5. Большая доля потребления отопительной системы выпадает на ночное время, когда все жильцы находятся дома. Существенно снизить счета за этот период можно перейдя на двухтарифный учет электроэнергии. Ночной тариф, как правило, ниже основного в 3-4 раза. Для замены счетчика и перехода на новые правила учета обратитесь в местную компанию, осуществляющую энергоснабжение.

Как мы видим, экономичное отопление частного дома без газа вполне осуществимо. Главное – тщательно спланировать переход на электричество, продумать, какие устройства применять для основных помещений, а какие – для периферии (гаража, бани, прочих построек). Конечно, покупка всего необходимого может «влететь в копеечку», однако эти расходы нивелируются суммой, которую вы сэкономите в течение дальнейших лет.

Поделиться с друзьями:

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.

Эволюция традиционных систем и котлов

В советские времена, когда никто не озабочивался стоимостью энергоносителей, отопительное оборудование и системы были достаточно примитивны, хотя делались весьма надежно и прослужили немало лет. Сейчас приоритеты изменились, стали актуальными современные энергосберегающие технологии, позволяющие экономить постоянно дорожающие энергоносители.

Благодаря этому традиционные системы стали совершеннее за счет внедрения таких решений:

• повышение КПД всех котельных установок, исключая электрические, поскольку их эффективность и без того очень высока (98—99%);
• использование новых материалов и технологий для изготовления радиаторов отопления;
• внедрения современных средств автоматики, управляющей работой систем в зависимости от погодных условий и времени суток, в том числе и дистанционно;
• применение низкотемпературных отопительных сетей – водяных теплых полов с автоматическим регулированием нагрева;
• реализация отбора тепла от выбрасываемого вытяжного воздуха при воздушном отоплении зданий (рекуперация).

Ярким примером энергосберегающего газового оборудования являются конденсационные котлы, где установлены самые современные теплообменники. Дело в том, что при сгорании метана образуется вода, которая тут же испаряется в пламени горелки и таким образом отнимает часть выделяемого тепла. Теплообменник конденсационного котла устроен так, чтобы заставлять пары конденсироваться и отдавать эту энергию обратно. За счет такого инновационного решения КПД теплогенератора достигает 96%.

Претерпели изменения и горелочные устройства, теперь они умеют самостоятельно дозировать количество топлива и воздуха, а также автоматически менять интенсивность горения. Это касается и твердотопливных котлов, сжигающих древесные гранулы – пеллеты. Благодаря чистоте данного вида твердого топлива, полной автоматизации процесса и развитой поверхности теплообмена современный пеллетный котел может работать с эффективностью до 85%.

Повышение КПД обычных дровяных котлов для обогрева частных домов может быть достигнуто только за счет отбора тепла у дымовых газов, средний показатель этих агрегатов составляет 70—75%.

Современные отопительные приборы изготавливаются из лучших теплопроводящих материалов – алюминиевого сплава и стали, хотя и у чугунных батарей в стиле ретро еще остается множество поклонников. Настоящая новинка в сфере отопления – водяные плинтусные конвекторы, выполненные из медных пластин и очень эффективно передающие тепло в помещения частного дома.

“Зеленые” технологии получения тепла

В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года.

В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.

Современные гелиосистемы способны эффективно работать в пасмурную и холодную погоду до -30°С

Задача использования энергии солнечной радиации с максимальным КПД решается двумя путями: прямой нагрев в тепловых коллекторах и солнечные фотоэлектрические батареи. Солнечные батареи вначале преобразуют энергию солнечных лучей в электричество, затем передают через специальную систему потребителям, например электрокотлу.

Тепловые коллекторы нагреваясь под действием солнечных лучей нагревают теплоноситель систем отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые коллекторы бывают нескольких видов, в числе которых открытые и закрытые системы, плоские и сферические конструкции, полусферические коллекторы концентраторы и многие другие варианты. Тепловая энергия, полученная с солнечных коллекторов используется для нагревания горячей воды или теплоносителя системы отопления.

Промышленность в широком ассортименте производит коллекторные системы для включения в независимую отопительную сеть. Однако простейший вариант для дачи несложно сделать собственноручно:

Несмотря на явный прогресс в разработке решений по собиранию, аккумулированию и использованию солнечной энергии, существуют достоинства и недостатки.

Современные технологии отопления

Варианты отопления частного дома:

• Система получения тепла в традиционном варианте. Источник тепла – котел. Тепловая энергия распределяется теплоносителем (вода, воздух). Улучшить можно посредством увеличения теплоотдачи котла.
• Энергосберегающее оборудование, которое применяется в новых технологиях отопления. Для обогрева жилья энергоносителем выступает электричество (гелиосистема, разные типы электрического обогрева и солнечные коллекторы).

Новые технологии в отоплении должны помощь в решении вопросов:

• Уменьшение затрат;
• Бережное отношение к природным ресурсам.

Теплый пол

Инфракрасный пол (ИК) – современная технология обогрева. Основным материалом выступает необычная пленка. Положительные качества – гибкость, повышенная прочность, влагостойкость, огнеустойчивость. Укладывать можно под любой напольный материал. Излучение ИК пола хорошо влияет на самочувствие, идентично действию солнечных лучей на организм человека. Денежные расходы на укладку ИК пола меньше на 30-40% чем при затратах на установку полов с электрическими элементами подогрева. Экономия электроэнергии при использовании пленочного пола 15-20%. Пульт управления регулирует температуру в каждой комнате. Нет шума, запаха, пыли.

При водяном способе подачи тепла в стяжку пола ложится металлопластиковая труба. Температура нагрева ограничивается 40 градусами.

Водяные солнечные коллекторы

Инновационная отопительная технология применяется в местах с большой солнечной активностью. Водяные солнечные коллекторы располагают на открытых для солнца местах. Обычно это крыша здания. От солнечных лучей вода нагревается и направляется внутрь дома.

Отрицательным моментом является невозможность использования коллектора в ночное время. Нет смысла применять в районах северного направления. Большим плюсом использования этого принципа получения тепла будет общедоступность энергии солнца. Не приносит вреда природе. Не занимает полезную площадь во дворе дома.

Гелиосистемы

Применяются тепловые насосы. При общем расходе электроэнергии в 3-5 кВт насосы перекачивают от природных источников в 5-10 раз больше энергии. Источником выступают природные ресурсы. Полученная тепловая энергия поступает в теплоноситель при помощи тепловых насосов.

Инфракрасное отопление

Инфракрасные обогреватели нашли применение в виде основного и дополнительного отопления в любом помещении. При низком потреблении электроэнергии получаем большую теплоотдачу. Воздух в помещении не пересушивается.

Установка легко крепится, не нужны дополнительные разрешения на этот вид обогрева. Секрет экономии – в том, что тепло накапливается в предметах и стенах. Применяют потолочные и настенные системы. У них большой срок службы, более 20 лет.

Плинтусная технология отопления

Схема работы плинтусной технологии обогрева помещения напоминает работу ИК-нагревателей. Нагревается стена. Потом она начинает отдавать тепло. Инфракрасное тепло отлично переносится человеком. Стены не будут подвержены грибку и плесени, поскольку всегда будут сухими.

Легко устанавливается. Регулируется подача тепла в каждой комнате. Летом можно систему использовать для охлаждения стен. Принцип действия, как и при обогреве.

Воздушная система отопления

Отопительная система построена по принципу терморегуляции. Горячий или холодный воздух подается непосредственно в помещение. Основной элемент – печь с газовой горелкой. Сгораемый газ отдает тепло в теплообменник. Оттуда нагретый воздух поступает в помещение. Не требует водопроводных труб, радиаторов. Решает три вопроса – отопление помещения, вентиляция.

Преимущество в том, что отопление можно запустить в работу постепенно. При этом действующее отопление не пострадает.

Теплоаккумуляторы

Теплоноситель нагревается ночью в целях экономии денежных расходов на электроэнергию. Теплоизолированный бак, емкость больших размеров представляет собой аккумулятор. Ночью он нагревается, днём идет отдача тепловой энергии для отопления.

Использование компьютерных модулей и выделяемого ими тепла

Для запуска системы подачи тепла необходимо подключение интернета и электричества. Принцип работы: используется тепло, которое выделяет процессор при работе.

Применяют компактные и недорогие ASIC-чипы. Собирают в одно устройство несколько сотен чипов. По себестоимости эта установка выходит, как обычный компьютер.

Солнечные коллекторы

Для солнечного отопления используют именно гелиоколлекторы. Эти установки при помощи тепла солнца нагревают жидкость-теплоноситель, которую потом можно использовать в системе водяного отопления. Специфика в том, что солнечный водонагреватель для отопления дома выдает только температуру 45-60оС, а самую высокую эффективность показывает при 35оС на выходе. Потому рекомендованы такие системы для использования в паре с теплыми водяными полами. Если отказываться от радиаторов вам не хочется, или увеличивайте количество секций (раза в два примерно) или подогревайте теплоноситель.

Для обеспечения дома теплой водой и для водяного отопления можно использовать солнечные коллекторы (плоские и трубчатые)

Теперь о видах солнечных коллекторов. Конструктивно есть две модификации:

• плоские;
• трубчатые.

В каждой из групп есть вариации и по материалам, и по конструкции, но принцип действия у них один: по трубкам бежит теплоноситель, который нагревается от солнца. Вот только конструкции абсолютно разные.

Использование электрических конвекторов

Если, несмотря на то, что электричество нельзя назвать самым экономичным из всех видов отопления, вы все же решили воспользоваться данным вариантом, то отличным решением станут конвекторы, которые можно устанавливать как на стены, так и на пол. В последнем случае устройство можно будет передвигать из комнаты в комнату, что делает его мобильным. Среди дополнительных преимуществ можно выделить абсолютную безопасность, так как приборы обладают защитой от перегрева, а их корпус нагревается не столь сильно, температура не превышает 80 градусов.

Если учитывать, что самыми экономичными конвекторы называться не могут, то лучше всего для снижения счетов за электроэнергию приобретать устройства со встроенными терморегуляторами, которые позволяют сделать систему наиболее экономичной при эксплуатации. По функциональности такие агрегаты самые инновационные, что связано с использованием дополнительного блока управления. А вот что касается цены, то конвектор обойдется примерно в 3000-7000 руб. за обогреватель. Если рассчитывать, что на одну комнату потребуется один прибор, то стоимость такой системы отопления обойдется примерно в 20000 руб. Экономичные конвекторы отопления электрические могут оправдать ожидания, если дом достаточно небольшой, а к выбору прибора вы подойдете с учетом наличия в нем терморегулятора.

Как работает коллектор в системе отопления

антифризНагрев воды в накопителе происходит через теплообменник

При необходимости направление воды в системе меняется благодаря смесителю. Таким образом, остывающая и тёплая вода время от времени сменяют друг друга. За счёт расширения тёплой воды происходит замена жидкости в системах с естественной циркуляцией. При нагреве тёплая вода поднимается вверх, холодная выталкивается в нагревательный бак.

Обязательно наличие теплоизоляционного слоя толщиной как минимум 25−30 сантиметров, иначе система не сможет работать стабильно. Что касается резервуара, то лучше всего использовать прямоугольную форму. При соблюдении этого условия вода будет равномерно распределяться по всем имеющимся участкам. Так что работа системы в целом станет более полноценной.