Системы отопления домов с использованием солнечной энергии стремительно набирают популярность. Установка солнечных коллекторов способна избавить владельцев домов от расходов на отопление и подогрев горячей воды. Эффективность гелиоустановок зависит от региона, времени года и суток, ведь эти факторы определяют, какое количество солнечного излучения попадет на полезную площадь поглощения коллектора.
В западных странах (особенно Германии) распространены так называемые солнечные дома. Они на 75-100% отапливаются за счет энергии Солнца. В них, кроме традиционных коллекторов, установлены аккумуляторы тепла – емкости большого объема, заполненные водой – системы многоуровневой загрузки и раздачи тепла, а также и экономное отопление через теплый пол и стены.
Для того чтобы дом стал солнечным, необходимо:
- ликвидировать любые утечки тепла;
- рассчитать среднюю тепловую нагрузку в зимние дни;
- определить необходимую мощность установки с запасом и объем бака- аккумулятора.
На производительность установки влияют погодные условия, частые облачные дни (низкий уровень инсоляции) вызывают необходимость прибегать к использования традиционных источников энергии. В то же время, чересчур мощная гелиоустановка вызовет большие затраты на строительство и монтаж.
Необходимо рассчитать и минимизировать суммарные затраты на установку коллектора и теплоизоляцию конструкций, изучить прогноз цен на топливо. К примеру, с февраля по ноябрь горячее водоснабжение и отопление дома может быть обеспечено от солнечной энергии, а в декабре-январе экономически эффективнее использовать комбинированную схему – солнечную + традиционные источники тепла.
Пример для расчета
В доме на солнечной энергии необходимы:
- теплоизоляция стен, крыши, подвала;
- усиленные стеклопакеты на окнах;
- вентиляция без ухудшения тепловых параметров (с рекуператором);
- эффективный источник тепла;
- система управления энергопотреблением, вентиляцией, отоплением.
В качестве основного устройства, генерирующего энергию, используется солнечный вакуумный коллектор. Для дополнительного отопления в холодные месяцы необходим еще один источник тепла, к примеру, тепловой насос (максимально экономично производит тепло), котел на твердом топливе, котел на жидком топливе или газе, печь, камин и т.д.
Для двухэтажного дома площадью 175 кв. м, расположенного в регионе с умеренным климатом, средней температурой в зимний период = -9 град.С и инсоляцией в декабре, январе = 1 кВт*ч на м2 земной поверхности в день, с 4-мя проживающими, рассчитаем необходимое количество тепловой энергии для отопления и горячего
водоснабжения – и соответсвенно объем бойлера (аккумулятора тепла), необходимое количество коллекторов и мощность традиционного (дополнительного) источника тепловой энергии.
Для стандартного дома (со средним уровнем теплопотерь) кол-во тепловой энергии, затрачиваемое на отопление, колеблется около 7 - 10 кВт*ч на 10 м2 жилого помещения в сутки. В нашем случае, для 175 м2 дома получается - 140 кВт*ч в сутки -отопление.
При инсоляции 1кВт*ч на м2 в сутки (в декабре, январе – месяцы с самой низкой инсоляцией), чтобы выработать 140 кВт*ч тепловой энергии от Солнца, необходимо иметь полезную площадь поглощения коллекторов (при КПД = 0,8) = 175 м2, но инсоляция в другие месяцы превышает декабрьскую до 5 раз и нецелесообразно строить такую большую и дорогостоящую систему, можно остановить свой выбор на 10 - 15 м2, что соответствует 4 солнечным коллекторам - модель SCH-30 Dualex, состоящим из 30 вакуумных колб ( площадь поглощения - 11.08 м2).
Для обеспечения ГВС, 4 постоянно проживающих человек, необходимо иметь бойлер емкостью не менее 300 литров воды, но также нужен запас горячей воды в качестве теплоаккумулятора, для отдачи запасенного тепла в систему отопления ночью – приверно еще литров 200, суммарно – 500 литров. Для нагрева воды в этом бойлере, необходимо к 4 существующим коллекторам добавить еще один коллектор из 30 вакуумных колб, модель SCH-30 Dualex . Такая система позволит экономить до 30% затрат на отопление и ГВС в год, её самоокупаемость – около 4 – 5 лет (чем больше расход горячей воды, тем быстрее самоокупаемость
В пасмурные и снежные дни дополнительную энергию может выработать тепловой насос «воздух – вода» с кофф. СОР = 4,5. Такая система обеспечивает 80% отопления и 95% подогрева воды. При этом экономия на электроэнергии на отопление составляет 80%, а горячая вода доступна почти бесплатно.
Возможно сочетание альтернативной и традиционной энергии – гелиоустановка из 4 коллекторов. Меньшее количество для отопления дома с указанными параметрами невозможно.
Использование солнечной энергии – это эффективно и экономично. С развитием альтернативной энергетики можно существенно снизить расходы на отопление и горячее водоснабжение.
