Насос для солнечного коллектора: Насос для солнечного коллектора в Москве

Современные способы борьбы с закипанием теплоносителя в солнечных коллекторах |

В этой статье пойдёт речь о современных технологиях, позволяющих предотвратить возникновение стагнации в солнечных коллекторах.

Мы уже писали о стагнации и о том, каким образом она влияет на компоненты гелиосистемы в этой статье: solarsoul.net/stagnaciya-geliosistem

Так же мы упомянули основные технические решения, снижающие негативное влияние на отдельные компоненты гелиосистемы. Однако при этом сам процесс стагнации все же может возникать. Полностью избавится от стагнации возможно, применив один из нижеперечисленных методов, или сочетание нескольких из них.

Функция обратного охлаждения

При достижении максимального значения в баке аккумуляторе в конце дня, контроллер запускает насос гелиоконтура в ночное время. Благодаря циркуляции, солнечные коллекторы рассевают тепло из бака в атмосферу и бак аккумулятор остывает. К утру следующего дня бак готов получать тепло.

Функция обратного охлаждения гелиосистемы в ночное время

Эта функция хорошо применима при длительном отсутствии водоразбора, к примеру когда вся семья уехала в отпуск и т.д. Так же, эта функция не подойдет для трубчатых вакуумных коллекторов, из-за низких тепловых потерь в самом коллекторе.

Преимущества: нет дополнительного оборудования или компонентов.
Недостатки: возможен недостаток теплой воды при утреннем водоразборе.

Функция старт-стоп

В контроллере гелиосистеме заложен следующий алгоритм: если бак ГВС прогрет до максимальной заданной температуры (рекомендованное значении 60-65 ºС) а температура в солнечном коллекторе близка к закипанию (110-120 ºС) то запускается насос гелиоконтура. При этом температура в коллекторе падает на несколько градусов и закипание не происходит. Затем процесс повторяется и снова откладывает стагнацию за счет более холодного бака аккумулятора и теплопотерь в трубах. Таким образом, происходит как бы тактование насоса не позволяющее теплоносителю закипеть.

Пример работы функции старт-стоп в контроллере гелиосистемы

При этом вода в баке так же немного нагревается. Для этого в контроллере есть настройка максимально возможной температуры в баке (80-95 ºС) при которой насос больше не запустится. Как правило, этого будет достаточно, чтобы гелиосистема не перешла в режим стагнации за целый день. Важно что бы гелиосистема была оснащена термостатическим клапаном от ошпаривания.

Преимущества: нет дополнительного оборудования или компонентов.
Недостатки: функция не может полностью предотвратить закипание теплоносителя, а лишь отсрочить его на день-два при длительном отсутствии водоразбора. Данная функция будет значительно эффективней в сочетании с опцией ночного обратно охлаждения.

Система Drain back

При отключенном насосе гелиоконтура, солнечные коллекторы заполнены воздухом, а весь теплоноситель находится ниже их уровня в трубопроводах, теплообменнике и/или специальном приемном бачке. При повышении температуры солнечных коллекторов до рабочего значения, насос включается. Далее теплоноситель заполняет солнечные коллекторы, вытесняя воздух.

Пример работы системы drain back в гелиосистеме auroSTEP от компании Vaillant

Затем прогретая жидкость поступает в теплообменник, где отдает тепло воде в баке аккумуляторе. Когда работа заканчивается, насос останавливается, и теплоноситель под собственным весом стекает вниз из коллекторов, которые снова заполняются воздухом.

Преимущества: полностью решается возможность возникновения стагнации.
Недостатки: при монтаже необходимо соблюдать ряд жестких требований (уклон трубопровода, ограничение по длине гелиоконтура и т.д.). Иногда необходимо дооснащать систему специальными приёмными бачками.

Вода вместо пропиленгликоля

По сути, использование пропиленгликолевой смеси в качестве теплоносителя является своего рода компромиссом для защиты от замерзания гелиосистем. Вода является идеальным теплоносителем для всех систем теплоснабжения и поэтому её применение было бы куда эффективнее. Однако из-за риска замерзания и разрушения гелиоконтура, производители вынуждены использовать гликоль.
Вода при закипании безопасна для всех компонентов системы при правильном подборе оборудовании гелиосистемы. Каким же образом, возможно избежать замерзания теплоносителя в ночное время зимой?

Пример реализации системы с водой в качестве теплоносителя от компании Paradigma

Что бы вода не замёрзла, контроллер гелиосистемы активирует функцию антизамерзания запуская насос гелиоконтура. Это происходит при достижении температуры воды +3 ºС. Забирая тепло из бака аккумулятора, контроллер поддерживает температуру в солнечных коллекторах на уровне +5 ºС.

При этом циркуляция насоса происходит на минимальных оборотах. Затраченное тепло компенсируется за счет лучшей эффективности благодаря теплофизическим свойствам воды. Такая система подходит для вакуумных коллекторов с прямоточным тепловым каналом, поскольку они имеют низкий уровень теплопотерь.

Подробнее о типах вакуумных трубчатых солнечных коллекторах: solarsoul.net/tipy-vakuumnyx-trubchatyx-solnechnyx-kollektorov

Преимущества: лучшая эффективность солнечных коллекторов. Повышается срок службы отдельных компонентов гелиосистемы.

Недостатки: риск заморозки системы при перебоях в электроснабжении.

Защитный клапан в тепловом канале

Так же есть и решение для вакуумных солнечных коллекторов с тепловой трубой. При достижении критической температуры в конденсаторе вакуумной трубке срабатывает биметаллический клапан, который блокирует попадание перегретой жидкости в монифолд коллектора. Тем самым температура теплоносителя не будет привышать 90 ºС даже в самом солнечном коллекторе.

Работа биметаллического клапана в тепловой трубке Heat pipe в солнечном коллекторе King Span

При остывании вакуумной трубки, клапан открывается, и гелиосистема выходит в рабочий режим.

Преимущества: полностью решается возможность возникновения стагнации.
Недостатки: удорожание системы за счет применения клапанов в каждой трубке гелиоколллектора.

Система Thermal Protect

При достижении высокой температуры, солнечный коллектор перестаёт поглощать тепловую солнечную энергию, благодаря особому селективному покрытию. При температуре абсорбера +75 ºС в слоях абсорбирующего напыления происходит изменение кристаллической решетки, из-за этого отражение солнечных лучей значительно увеличивается. Благодаря этому при дальнейшем нагреве температура теплоносителя увеличивается незначительно и не закипает.

Температура абсорбера в плоском солнечном коллекторе c технологией Thermal Protect от Viessmann

При остывании абсорбера ниже +75 ºС структура кристаллов возвращается в первоначальное положение. В рабочем состоянии абсорбер имеет максимальную эффективность, как в стандартных солнечных коллекторах.

Преимущества: полностью решается возможность возникновения стагнации.
Недостатки: ухудшение эффективности солнечного коллектора при высоких температурах на обсорбере. Необходимость установки повышенного давления теплоносителя в гелиоконтуре.

Многие из вышеперечисленных методов уже давно удачно используются для решения проблем стагнации ключевыми производителями. Следует понимать, что для каждой индивидуальной гелиосистемы лучше подходит тот или иной метод. Зачастую комбинация из нескольких вариантов является наилучшим решением.

Системы обвязки солнечных коллекторов Drainback

В России система обвязки солнечных коллекторов «Drainback» практически не известна. Это популярное, проверенное временем, простое, надежное и гибкое в проектировании решение пришло из Северной Америки.

Там, в большинство регионов системы могут подвергаться замораживанию, по крайней мере один раз в год, что делает защиту от замерзания необходимой.

Некоторые системы используют гликоль или другие типы антифриза для предотвращения замерзания, другие, такие как «draindown» (сброс теплоносителя)  с  использованием моторизованных клапанов и дополнительных элементов управления. Но красота системы drainback в том, что защита от замораживания пассивно обеспечивается гравитационным притяжением земли и поэтому работает всегда.

Подробнее о «drainback»

Drainback — это система с закрытым контуром, с принудительной циркуляцией, с косвенным нагревом. Теплоноситель (как правило, вода) находится в негерметичном, замкнутом контуре, прокачивается через коллекторы и отделен от контура конечного приготовления горячей воды через теплообменник. Когда насос выключен, теплоноситель стекает из правильно расположенных, наклонных коллекторов и труб, оставляя их пустыми и защищенными от замерзания.

Несмотря на то, что эта статья будет рассматривать систему drainback на примере бытовых систем горячего водоснабжения, существует много других возможностей для конфигураций систем, начиная от нагрева воды в бассейне или для отопления помещений, до комбинированных систем горячего водоснабжения и отопления помещений.

Независимо от того, для чего используется тепло, основными компонентами системы drainback являются:

• Бак-теплоаккумулятор хранения горячей воды для конечного потребителя. Это может быть небольшой бак для бытовой горячей воды, бак на несколько тысяч литров для системы отопления помещений, или, в случае системы для нагрева бассейна, сам бассейн.
• Один или несколько солнечных коллекторов.
• Дифференциальный контроллер, который контролирует температуру воды в баке и температуру коллектора. Когда температура коллектора превышает температуру в баке на определенное число градусов (опрделенную разницу температур, т.е. дифференциал), контроллер активирует насос. В некоторых случаях, насос может быть постоянного тока (DC ), с питанием от фотоэлектрических модулей (PV, «солнечных батарей»), действующих как контроллер. При соответствующем размере, солнечные батареи (PV) получают достаточно солнечной энергии для работы насоса, именно тогда, когда солнечный коллектор вырабатывает значительное количество тепла.
• drainback резервуар — дополнительный резервуар для коллекторного контура систем drainback. Работа системы drainback создает характерное бульканье этом в резервуаре, за счет имеющегося воздушного пространства.
• Теплообменник для передачи тепла между drainback контуром коллекторов и контуром приготовления воды для конечного ползователя (если это не  система нагрева бассейна). Теплообменник часто находится внутри drainback резервуара, а второй насос циркулирует воду через теплообменник, который погружен в теплоноситель drainback контура. В большинстве систем нагрева бассейна через коллекторы циркулирует вода из бассейна, устраняя необходимость в теплообменнике.

Схема систем солнечного теплоснабжения drainback

Преимущества систем drainback

Drainback системы имеют много преимуществ по сравнению с другими типами солнечных водонагревателей. Т.к. система нуждается в воздушном пространстве для слива теплоносителя, контур не находится под давлением. Меньшие требования предъявляются к паяным соединениям, резьбовым фитингам и прокладкам. Если происходит разгерметизация в контуре теплоносителя, он будет протекать медленнее, чем если бы он был под давлением. Кроме того, нет никаких моторизованных клапанов, и система не зависят от электричества для поддержания защиты от замерзания. Если пропадает электроэнергия, насос выключается и теплоноситель стекает из коллекторов в резервуар.

Использование контура без давления означает, что многочисленные компоненты, необходимые в системах под давлением не нужны. Расширительный бак, обратный клапан, манометр, воздухоотводчик и воздушный сепаратор не требуются, хотя клапан сброса давления может быть по-прежнему установлен. Тем не мене, экономия средств на этом оборудовании, может быть сведена на нет за счет установки drainback резервуара. При этом затраты на монтаж могут быть ниже, так как монтаж до некоторой степени упрощается.

Системы под давлением с антифризом имеют чрезвычайно надежную защиту от замерзания. Однако эти системы чувствительны к перегреву. Если насос выходит из строя или система выключается, так как она достигла своего верхнего температурного предела, давление в системе будет увеличиваться и может привести в действие клапан сброса давления. Это понизит или полностью сбросит давление в системе, что требует добавления дополнительного теплоносителя и перезапуска системы. Кроме того, гликоль может стать кислым, когда подвергался неоднократному перегреву, повышая риск коррозии трубопроводов и других компонентов системы. Drainback системы просто сливают теплоноситель из коллекторов, потому что насосы отключается при достижении верхнего температурного предела системы.
Drainback системы часто имеют преимущество в системах отопления помещений на солнечных коллекторах из-за этого же защиты от перегрева.

Системы отопления помещений требуют достаточно больших площадей коллектора для получения значительного количества тепла в самые холодные, самые короткие дни года. Но большая система сильно подвержена перегреву в теплые месяцы года. Во теплое время года, гликолевые системы могут потребовать укрытия для некоторых или большинства коллекторов, сброса тепла, вторую тепловую нагрузку (например бассейн), некоторую комбинацию этих вариантов, или даже слив теплоносителя из системы полностью в течение летнего сезона. У drainback отопительной системы нагрева можно смело превышать рекомендуемое соотношение коллекторов и баков-теплоаккумуляторов, обычно 1:1 или 1:2, в зависимости от региона и климата, что означает большие площади солнечных коллекторов, способных производить больше кВт в зимнее время, без проблем перегрева во время летних месяцев. Система просто выключается, когда будет достигнут верхний предел. Большая drainback система может очень быстро нагревать воду летом, когда нет тепловой нагрузки системы отопления и все энергия направлена на получение горячей воды.

Хотя некоторые системы drainback используют смесь антифриза и воды для усиленной защиты от замерзания, многие используют только дистиллированную воду в качестве теплоносителя. Вода имеет лучшие характеристики теплоёмкости по сравнению с гликолем, добавляя небольшое повышение в производительность системы. Использование воды в качестве теплоносителя также позволяет для использование одностенных теплообменников, которые немного более эффективны и, как правило, дешевле, чем с двойными стенками.

Недостатки drainback

Поскольку теплоноситель находится в резервуаре и коллектор пуст при запуске насоса, насос должен преодолеть статический напор и поднять теплоноситель от самого низкого уровня до самой высокой точки в системе. Это требует более мощного насоса, затрачивающего больше электроэнергии. Для систем с очень высокой верхней точкой, можно не подобрать требующегося насоса. Некоторые монтажники устанавливают несколько насосов последовательно, но если один насос выходит из строя, теплоноситель может не дойти до верхней части коллектора, что делает его уязвимым к замораживанию.

Многие системы drainback используют второй насос для обеспечения циркуляции бытовой горячей воды через теплообменник в резервуаре, тем самым увеличивая потребление электричества системой. Стандартная с двумя насосами система drainback, часто может затрачивать на насосы в три или более раз электроэнергии, по сравнению с одним циркуляционным насосом системы на гликоле. Например, циркуляционный насос в гликолевой системе может использовать около 85 Вт, в то время как общая мощность двух насосов в сопоставимого размера системе drainback может быть 260 Вт или более. В некоторых случаях, дополнительная затрачиваемая электроэнергия, может доходить до 2 кВт*ч в день во время дней с высокой солнечной активностью, что делает недоступными установки drainback в системах с автономным электропитанием.

Для облегчения дренажа теплоносителя со всех элементов, которые ​​потенциально могут быть переморожены, в том числе солнечные коллекторы, внешние трубопроводы, и трубы в технических помещениях, таких как чердак, очень важно, чтобы все они имели уклон вниз для полного осушения. В системе где трубы неправильно наклонены или провисли, может скапливаться вода и произойдет перемерзание. Если наклон недостаточен, вакуум может привести к остановке дренажа и неполному сливу системы. Также в системе drainback рекомендуется использовать большие диаметры трубопроводов для снижения гидравлического сопротивления, которое, при той же скорости потока, уменьшается при увеличении размера трубы. Например, если в гликолевых системах контур будет использовать 1/2-дюймовую трубу, сопоставимая системы drainback должна использовать 3/4 дюймовую трубу.

Проектирование и размеры

Резервуар drainback подбирается индивидуально для каждой системы. Его объем должен быть минимум в два раза больше объёма всего теплоносителя контура, с учетом объёма теплоносителя в коллекторах. Он должен содержать достаточное количество жидкости, чтобы, при перекачивании, трубы к коллекторам и сами коллекторы были заполнены. Кроме того, дополнительный теплоноситель должен оставаться в резервуаре, чтобы уровень был выше входа в насос, чтобы он не всасывал воздух. Если пузырьки воздуха задерживаются в насосе — создаются условия, которые называются кавитацией, насос будет работать с большим усилием, чтобы прокачать жидкость. Это может привести к перегреву насоса, увеличивает вероятность преждевременного выхода из строя, и кавитация может даже полностью остановить поток. Кроме того, если резервуар мал, теплоноситель может иметь слишком высокую температуру, что снижает эффективность коллекторов. Если резервуар будет слишком большим, теплоноситель будет работать при слишком низкой температуре, что приводит к низкой эффективности теплообмена между контуром коллекторов и контуром конечного использования воды.

Если теплообменник находится внутри drainback резервуара, уровень жидкости должен быть достаточно высокой, так чтобы спиральный теплообменник был полностью погружен во время работы насоса. Уточните в спецификациях производителей объема коллектора, а также рекомендуемым drainback резервуаром для системы с вашей мощностью. Объем в трубах в зависимости от диаметра и длины может быть вычислен, как показано в таблице.

Резервуар drainback устнановлен максимально высоко над баком аккумулятором

Многие при монтаже системы устанавливают drainback резервуар в верхней части бака теплоаккумулятора, что может уменьшить высоту поднятия жидкости, следовательно и размер насоса для системы. В некоторых случаях drainback резервуар помещают в другом месте, например, теплоаккумулятор может быть в подвале, в то время как drainback резервуар находится на первом или втором этаже. Это может значительно сократить высоту подъема жидкости, но резервуар должен быть расположен в отапливаемом помещении, чтобы избежать замерзания (т.е. нельзя устанавливать на неотапливаемых чердаках).

Доступ к точкам заполнения и опорожнения контуров drainback следует учитывать при проектировании системы, так чтобы уровень теплоносителя можно было проверить, При превышении теплоносителем максимального уровня необходимо предусмотреть отверстия перелива. Стеклянный уровнемер может быть также предусмотрен на уровне с верхней частью резервуара. Это позволяет легко проверить уровень теплоносителя, когда происходит стекание обратно в резервуар. Использование прозрачного расходомера позволяет оценить поток жидкости и при необходимости поток может быть оперативно отрегулирован.

Конфигурация теплообменника

Встроенный теплообменник в резервуар drainback. Многие в системах горячего водоснабжения используют отдельный, специальный drainback резервуар, содержащий теплообменник. Резервуар, обычно размером от 25 до 55 литров, имеет вход подачи и обратный вход от коллектора. Вторая пара входов соединяется с внутренним теплообменником и используется для направления жидкости из резервуара к теплообменнику в резервуаре. Эта система использует два насоса, которые управляются тем же контроллером. Один циркулирует контур с теплоносителем, в который погружен теплообменник, через теплообменник бытовая вода закачивается вторым насосом. В бытовых системах горячего водоснабжения два насоса, как правило, будут работать в одно и тоже время. Более крупные системы отопления с большими резервуарами обычно устанавливаются таким образом, что насосы могут работать независимо друг от друга, потому что необходимо использовать тепло в резервуаре после отключения циркуляции коллекторов. Аналогично, солнечный контур может циркулировать в течение некоторого времени в начале дня до того, когда станет достаточно тепла в резервуаре для циркуляции в контуре отопления.

В схемах с теплообменником в drainback резервуаре или с внешним теплообменником требуется два насоса: один для циркуляции теплоносителя в контуре солнечных коллекторов, другой в контуре горячего водоснабжения. В схеме с теплообменником в баке теплоаккумуляторе требуется только один циркуляционный насос.

Внешний теплообменник. Другой вариант, когда также требуется два насоса, заключается в использовании внешнего теплообменника и электрического бойлера для горячей воды от 40 до 80 литров как drainback резервуара. Электрический нагреватель не подключается, а бак используется просто для хранения объема теплоносителя необходимого при заполнении контура при перекачивании и обеспечивающего воздушное пространство для системы при дренаже. Когда система работает, HTF проходит через одну сторону теплообменника. Внутренний вода подается через другой стороне теплообменника в противоположном направлении, противотока.

Теплоаккумуляторы со встроенными теплообменниками. Использование теплоакумуляторов со встроенными теплообменниками является еще одним популярным вариантом систем drainback. Отдельный drainnback резервуар все-равно требуется, но при этом используется только один циркуляционный насос.

Более крупные системы отопления помещений часто используют специальные drainback баки с несколькими теплообменниками. Большой теплообменинк в виде спиралей из нержавеющих или медных труб, погруженных в бак используются для передачи тепла к воде, аккумулирующей тепло, дополнительные теплообменники используются для извлечения тепла для различных систем. Резервные источники тепла, например котлы, могут обеспечить дополнительное тепловую энергию, включение их происходит автоматически при условии, что заданная температура не достигается за счет солнечного контура системы.

Выбор бака и комплектующих.

Выбор drainback резервуаров и комплектующих растет. Хотя есть вариант с использованием стандартного бойлера для горячей воды в качестве резервуара, или использовать резервуар со встроенным теплообменником ( с заполнения бака теплоносителем), доступны специализированные емкости и даже полностью укомплектованные системы.

Alternate Energy Technologies, Energy Labs, Heat Transfer Products, Radco всего лишь несколько производителей, которые делают drainback емкости для жилых помещений. Некоторые являются полностью укомплектованными системами, с drainback резервуаром, установленным в верхней части теплоаккумулятора, с насосами и контроллерами. Чаще всего применяются drainback резервуары с / без интегрированных теплообменников. Это делает систему максимально гибкой: модель с теплообменником может использоваться со стандартным или с четырех входным теплоаккумулятором; модель с баком можно использовать только с внешним теплообменником или с четырех входным теплоаккумулятором, или с теплоаккумулятором с строенным теплообменником. Модели с теплообменниками обычно производятся на объем от 25 от 75 литров; модели без обменников доступны в больших размерах. В некоторых моделях есть встроенное смотровое стекло в резервуаре. Модели с малыми резервуарами могут быть встроены в верхнюю часть теплоаккумулятора, экономя площадь в подсобном помещении.

Drainback резервуар с / без теплообменника

Drainback резервуар компании SunEarth’s Copperstor сделан несколько с иным подходом. Модель предназначена для использования с внешним теплообменником или с теплоаккумулятором с встроенным теплообменником, это drainback резервуар внешне представляет собой лишь трубопровод с большим диаметром. Состоит из нескольких медных трубы диаметром до 4″ (около 10см) установленых параллельно и вертикально, такой резервуар обеспечивает простой и легкий монтаж и доступен  в 20, 30 литровых вариантах. Резервуар Copperstor при заполнении водой становится достаточно тяжелым. В отличие от резервуара, который стоит на полу или на верхней части теплоаккумулятора, требует более мощного крепления, чем это предусмотрено для трубопровода, который проходит в / из него.

Trendsetter Solar Products и Morely Manufacturing, производят большие резервуары без давления для использования в системах отопления или в крупных системах горячего водоснабжения. Различные размеры и количество петель теплообменников позволяют проектировать различные большие системы.

Трубопроводы. Для эффективного дренажа (и предотвратить вакуумного разряжения) , все трубопроводы в контуре должны иметь уклон. Минимальный рекомендуемый уклон трубопроводов 2 см на 1 метр трубы, но рекомендуется делать больший наклон, особенно в неотапливаемых зонах и ​​на линии возврата от коллектора, вплоть до вертикальной установки.

Наклон трубопроводов должен быть не менее 2см на 1м длины

Важно также надлежащим образом крепить длинные горизонтальные трассы трубопроводов. Даже если они смонтированы с правильным уклоном, с течением времени может появится места провисания, которые будут препятствовать дренажу и способствуют перемерзанию. Использование на один размер большего диаметра трубы (например, 1 дюйм, вместо 3/4-дюймовый) и монтируя два 45° фитинга вместо одного колена 90° может устранить ограничения потока.

Коллекторы. Коллекторы также должны иметь уклон в сторону дренажа, те же 2см на 1м , что и трубопроводы. Это означает, что входное отверстие должно быть на 2-2,5см ниже выходного отверстия, которое обычно расположено на противоположном краю коллектора. Коллектор также должна быть наклонен — не менее 25° и должен быть уложжен на крышах, имеющих угол 30° и более. Коллекторы должны быть установлены вертикально, c «портретной» ориентацией. Это необходимо для снижения вероятности провисания тонких труб (они должны располагаться вертикально) с течением времени под тяжестью теплоносителя, и в конечном итоге создание водных ловушек в низких точках коллектора.

Выбор циркуляционного насоса

В американских системах drainback являются популярными модели Taco 009 и Grundfos UP26-64 и UP26-96 из-за их проверенной надежности и способности поднимать теплоноситель на высоту более 9 метров в открытом контуре. Они в drainback системах, потребляют больше энергии, чем они же в гликолевых системах под давлением. Независимо от применяемого насоса, он должен пропускать обратный поток теплоносителя обратно в резервуар, когда насос выключается; большинство небольших циркуляционных насосов позволяет это делать, но убедитесь, что внутри нет встроенного обратного клапана (опция в некоторых моделях), так как это будет препятствовать дренажу контура.

Проверенные временем, надежные насосы Grundfos (Дания)

Если насос имеет малое сечение, при этом он возможно будет  справляться с подачей теплоносителя в коллектор, но будет при этом будет недостаточный поток. Во время жарких месяцев, это может привести к закипанию теплоносителя и образования пара, уменьшая объем контура. Теплоноситель при это начинает испаряться, насос греется, производя еще больше пара, что приводит к еще большим потерям теплоносителя. В конце концов, насос может выйти из строя. В холодные месяцы, этот сценарий может привести к перемораживанию труб и разрыву трубопроводов или коллектора.

Циркуляционные насосы Taco (Канада)

Когда используется система с двумя насосами, циркуляционный на контуре бытового водоснабжения должна быть с крыльчаткой из бронзы или нержавеющей стали. Корпус из насоса из чугуна будет интенсивно корродировать  в течении нескольких месяцев из-за растворенного кислорода в воде. В общем случае рекомендовано применять насосы Taco 006 или Grundfos 15-18 SU, так как они потребляют гораздо меньше энергии, чем высоконапорные насосы, их легко обслуживать и менять по мере необходимости.

Рабочая станция с контроллером SR868C8Q (расширительный бак 8л) для сплит-систем с солнечным подогревом воды

Рабочая станция SR868C8Q с контроллером для сплит-систем с солнечным подогревом воды (расширительный бак 8 литров)

Назначение:

Рабочая станция SR868C8Q используется в солнечной водонагревательной сплит-системе с принудительной циркуляцией и предназначена для регулирования циркуляции теплоносителя в коллекторном контуре (бак-коллекторы-бак).

Принцип работы:

Вместе с контроллером SR868C8Q рабочая станция управляет работой циркуляционного насоса в солнечной системе (циркуляция теплоносителя в замкнутом тепловом контуре между солнечным коллектором (коллекторами) и накопительным баком косвенного нагрева), а также циркуляционным насосом системы отопления либо тёплых полов.

Гидравлическое сопротивление коллекторного контура достаточно мало, это даёт возможность использовать маломощные насосы, потребляемая электрическая мощность которых ничтожно мала по сравнению с тепловой энергией, полученной от солнечных коллекторов.

Тип и мощность необходимого насоса зависит от нескольких факторов:

1. количество коллекторов;
2. используемый теплоноситель;
3. длина и диаметр трубопровода от солнечных коллекторов до бака.

Рабочая станция включает:

• контроллер SR868C8Q;
• циркуляционный насос;
• расходомер;
• группу безопасности с манометром, предохранительным клапаном и арматурой для присоединения расширительного бака, заправки и промывки замкнутого теплового контура солнечного коллектора (коллекторов) и накопительного бака;
• крепление на стену, теплоизоляционную оболочку.

Функции:

• Функция разности температур.
• Настройка разности температур для включения.
• Настройка разности температур для выключения.
• Функция нагрева по таймеру.
• Функция аварийного отключения.
• Функция охлаждения коллектора («HOLIDAY»/ «ВЫХОДНЫЕ/ОТПУСК»).
• Функция защиты коллектора от низких температур.
• Функция защиты коллектора от замерзания.
• Функция защиты ёмкости от перегрева.
• Функция обратного охлаждения ёмкости.

Вспомогательные функции:

• Антибактериальная функция.
• Функция настройки циркуляционного насоса горячей воды с управлением по температуре.
• Функция настройки скорости вращения циркуляционного насоса замкнутого теплового контура солнечной панели (солнечного коллектора) по стандартной разности температур.
• Функция настройки скорости вращения циркуляционного насоса солнечной панели (солнечного коллектора) по скорости изменения температуры.
• Функция измерения тепловой энергии, то есть он способен измерять количество энергии, которое передаётся от коллектора к ёмкости.
• Функция определения скорости потока.
• Функция настройки типа жидкости, используемой для переноса тепла.
• Функция настройки концентрация жидкости, используемой для переноса тепла.
• Функция интервала для насоса.
• Функция высокотемпературного байпаса (автоматическая подстройка температуры ёмкости).
• Функция ручного режима управления.
• Функция обогрева в ручном режиме (управление электронагревателем, опция).
• Функция запроса температуры.

Функции защиты:

• Защита памяти (автономная память).
• Защита при недостатке жидкости.
• Защита экрана.
• Защита от неисправностей.

1. Предохранительный клапан.

2. Манометр.  

3. Обратный клапан.  

4. Циркуляционный насос Wilo 15-6.

5. Расходомер.  

6. Контроллер SR868C8Q.

 

ГВС на базе солнечных коллекторов и тепловых насосов | Архив С. О.К. | 2013

Нагревать воду только с помощью солнечных коллекторов (СК) возможно лишь днем, причем солнечным. В весеннееосенний период и летние пасмурные дни, когда требуется большой объем горячей воды, а солнечного тепла недостаточно, эффективнее использовать в гелиосистемах тепловые насосы (ТН), которые позволяют нагревать воду даже в ночное время. Так появляется сбалансированность в ГВС при минимальных затратах на электроэнергию.

Объем бака (баков) накопителя при таком совмещении уменьшается в четыре раза. Подобную компоновку целесообразно применять для жилых объектов и аграрно-промышленных комплексов. При большом объеме потребности в ГВС, установки монтируются по модульной системе. Это позволяет снизить риск сбоев в ГВС, обеспечивает свободный доступ для контроля и обслуживания, а также существенно сокращает потребление электроэнергии.

Не будет необходимости в дополнительных вспомогательных помещениях для больших бойлеров, которые монтируются как большие сварные неразборные конструкции. В последнее время наиболее широкое распространение и применение получают ТН типа «воздух–вода». Данный выбор обусловлен относительно низкой ценой, простотой монтажа (отсутствует необходимость бурения скважин), высокой степенью эксплуатационной надежности и доступности этих систем.

Одной из таких установок с тепловым насосом является модель SWh2-300N, которая представляет собой водонагреватель, состоящий из бака из нержавеющей стали на 300 л, в верхней части которого располагается тепловой насос. Потребляя всего 0,44 кВт?ч, этот водонагреватель с тепловым насосом нагревает 300 л горячей воды до 60 °C примерно за 9–10 ч работы от первоначального уровня (10–15 °C). Теплотворная способность установки с тепловым насосом составляет 1,6 кВт?ч. В баке имеется опция подключения солнечных коллекторов.

Примерный расчет потребления ГВС

В летний солнечный день три солнечных коллектора нагреют 300 л горячей воды до не менее чем +60 °C за полный световой день. Расход электроэнергии при этом составит примерно 40 Вт ? 8 часов работы (насосная группа и блок управления гелиосистемой), то есть 0,32 кВт?ч. Вечером бо ?льшая часть горячей воды (примерно 200 л) может быть израсходована.

В течение ночи вода будет нагреваться с помощью теплового насоса встроенного в бойлер (бак-накопитель) и утром в водонагревателе будет горячая вода. Используя в гелиосистеме бак накопитель (водонагреватель с ТН) объемом 300 л, на выходе получаем горячую воду +60 °C в объеме не менее 500 л в сутки. Потребляемая мощность водонагревателя с тепловым насосом составляет 0,44 кВт?ч.

Тепловая энергия, вырабатываемая ТН, составляет 1,6 кВт?ч. Чтобы нагреть литр воды на 1 °C, необходимо затратить 1,16 Вт электроэнергии. Таким образом, подсчитаем ее расход, который был бы необходим для нагрева воды от +20 °C на входе до +60 °C на выходе: 200 л ? 1,16 Вт ? (60 °C – 20 °C) = = 9,28 кВт?ч. Время, затраченное на нагрев воды в водонагревателе с использованием ТН составит 9,28/1,6 = 5,8 ч.

Расход электроэнергии водонагревателем с ТН для нагрева воды в объеме 200 л составит: 5,8 ч ? 0,44 Вт = 2,55 кВт?ч в сутки. Суммарные затраты на электроэнергию для нагрева 500 л до +60 °C составят: 0,32 кВт?ч + 2,55 кВт?ч = 2,872 кВт?ч. Затраты электрической энергии на нагрев 500 л воды обычным способом (с помощью элементарных ТЭНов) составят 23,2 кВт?ч, а экономия электроэнергии 23,2 – 2,872 = 20,328 кВт?ч в сутки.

Экономия от внедрения подсчитывается в зависимости от установленных региональных тарифов на электричество. Рассмотрим еще один из вариантов работы суточного цикла водонагревателя с ТН, с подключением СК в летний период. Температура воды в подводящей магистрали (подпитка) +10 °C.

Начало работы: утро

Предположим, что в 6:00 температура воды в бойлере равна +60 °C. С 6:00 до 8:00 водоразбор составляет примерно 100 л горячей воды. Одновременно с расходом горячей воды +60 °C происходит заполнение бойлера холодной водой (подпитка) с температурой +10 °C. При этом тепловой насос начинает работать при понижении температуры в бойлере до +50 °C. Время начала работы будет зависеть от скорости водоразбора.

Замещение литра горячей воды с t = +60 °C холодной с t = +10 °C понижает температуру в бойлере V = 300 л на 0,166 °C. Соответственно, чтобы тепловой насос начал работать необходимо израсходовать 60 л горячей воды: V = (t1 – t2)/0,166 = (60 – 50)/0,166 = 60 л. При условии равномерного расхода, вода начнет нагреваться через час в 7:00. Последующий час вода будет расходоваться и нагреваться, время нагрева сократится. В реальности, процесс расхода и нагрева воды будет выглядеть так:

1. Первый час работы — расход 60 л горячей воды без включения ТН и понижение температуры с +60 °C до +50 °C. Дальнейший водоразбор с 7:00 до 8:00 составит 40 л, температура в бойлере в 7:00 будет t = +50 °C. Это приведет к понижению температуры в бойлере на 5,33 °C. Но работа теплового насоса в течении часа повысит ее на 4,59 °C. Таким образом, получается, что при водоразборе горячей воды 40 л/ч и одновременной работе теплового насоса температура в бойлере понизится на 0,74 °C для 300 л воды.
2. Нагрев воды теплового насоса составляет (1600/1,16)/300 л = 4,59 °C за час работы ТН.
3. Понижение температуры в бойлере за второй час водоразбора составит 5,33 – 4,59 = 0,74 °C, и к окончанию водоразбора (в 8:00) температура воды t в бойлере будет составлять 49,26 °C (или 49 °C, если округлить).
4. Время нагрева от 49 до 60 °C составит: 11 ? 300 ? 1,16/1600 = 2,39 ч.

Полдень

Водоразбор составит примерно 60 л горячей воды при t = +60 °C с 12:00 до 14:00. Это приведет к падению температуры в бойлере на 8,3 °C: 60 ? 0,166 = 10 °C или t = 60 – 10 = 50 °C. Время нагрева до 60 °C составит 10 ? 300 ? 1,16/1600 = 2,17 ч. Тепловой насос включится в работу в 14:00, время работы — 2,1 часа, окончание работы в 16:10.

Вечернее время

Начало водоразбора — 19:00, а окончание его — 24:00. Общее время расхода воды — 200 л за пять часов, или примерно 200/5 = 40 л/ч. Для включения данного теплового насоса необходимо израсходовать 60 л воды. Через 1,5 часа ТН начнет работу в 20:30. Температура в бойлере в это время +50 °C. На основании предыдущих расчетов, при условии работы ТН и одновременном расходе воды за 3,5 часа последующего водоразбора, температура воды в бойлере понизится на 3,5 ? 0,74 = 2,59 °C и будет составлять 47,4 °C (или округляя 47 °C).

Время на полный нагрев воды до +60 °C после окончания водоразбора сократится и составит 13 ? 300 ? 1,16/1600 = 2,83 ч. Окончание нагрева — в 4:50. Встроенный дополнительный теплообменник (змеевик) для СК в водонагревателе соединяется магистральными трубопроводами с солнечными панелями. За счет того, что вода может дополнительно нагреваться солнечными коллекторами, время нагрева сокращается.

Занимаемая площадь водонагревателем минимальна. Необходимость во втором бойлере отсутствует. Тепловая энергия, полученная от одного коллектором Sun-Time-Solar в летний солнечный день в Подмосковье, составляет примерно 2 кВт. Установив три коллектора, можно нагреть за световой день на воду в объеме 300 л примерно на +20 °C. Работа коллекторов начинается около 9:30 и заканчивается примерно в 18:30.

Краткие выводы

Совместное использование водонагревателя с тепловым насосом и солнечных коллекторов позволяют получить большее количество горячей воды в полдень и вечером. Такие проекты можно успешно реализовать на многоэтажных домах, больших объектах и в агропромышленном секторе. Отметим, что при этом: сокращается время нагрева воды ночью; уменьшается расход электроэнергии за счет использования СК; сокращается площадь размещения оборудования; объем бака накопителя уменьшается до четырех раз; сокращаются теплопотери; сокращается количество солнечных коллекторов в гелиоустановке.

Светить всегда, светить везде

Светить всегда, светить везде

В мире технологий отопления и ГВС, как и в любом другом, существуют свои догмы, мифы, убеждения. Часть из них со временем переходит в разряд доказанных правил, а другие не выдерживают проверки практикой и попросту исчезают. И хотя солнечную энергетику называют технологией завтрашнего дня, уже сегодня мы готовы ответить на некоторые спорные вопросы, возникающие вокруг использования энергии Солнца.

Солнечный коллектор — это новые технологии. Можно ли им доверять?

Прообразы современных гелиосистем известны еще с античности. Как только наши далекие предки смогли позволить себе не просто гигиену, но и комфорт, они догадались собирать воду из природных источников в резервуары на солнцепеке. Современникам же простейший солнечный коллектор знаком по бабушкиной даче — его роль исполняла выкрашенная в черный цвет бочка на крыше сарая. За день вода в ней нагревалась до температур, требующих подмеса холодной воды для достижения комфортных значений. В зависимости от емкости бака конструкция обеспечивала мытье посуды и водные процедуры семьи из 3‑4 человек. Солнечные технологии еще раз подтверждают тезис «новое — это хорошо забытое старое».

Сегодня солнечные технологии шагнули далеко вперед. На рынке представлены 2 типа коллекторов: плоские для ГВС и вакуумные, обеспечивающие и горячую воду, и отопление. Это оборудование уже неоднократно доказало свою эффективность.

Технологии фотовольтаики и установки для преобразования солнечной радиации в электричество еще не показали высоких значений КПД, однако динамика развития этого сегмента вселяет оптимизм — возможно, в недалеком будущем человечество научится эффективнее использовать энергию Солнца.

Возможна ли эффективная работа солнечного кол- лектора там, где мало солнца?

Широкое применение солнечных коллекторов в Европе развеивает миф о том, что солнечная энергетика — это решение для южных регионов. Такие страны, как Дания и Швеция, успешно используют солнечную энергетику для замены традиционных способов отопления и ГВС. Более того, в Дании построена крупнейшая на континенте гелиостанция. Ее мощность составляет 23,3 МВт, а площадь — 33 000 м2. Экономика проекта показывает целесообразность и перспективность использования энергии Солнца в умеренных широтах.

Разумеется, в Италии, Греции или Турции самой природой созданы идеальные условия для повсеместного использования солнечных коллекторов. А вот там, где инсоляция ниже, человеческий разум нашел инженерные решения, а государство взяло на себя создание благоприятных экономических условий.

Лидирующие позиции в развитии гелиоэнергетики в Европе занимает Германия — далеко не самая южная страна. К такому результату привели объединенные усилия ученых, инженеров, специалистов по развитию территорий, архитекторов, проектирующих дома таким образом, чтобы крыша смотрела на юг.

В России такие местности с высокой инсоляцией, как Якутия или Алтайский край, пока не стали центрами солнечной энергетики. Два флагманских региона — Приморье и Краснодарский край — имеют выгодное географическое располо‑ жение в плане количества солнечных дней в году и получают импульсы экономического и технологического развития в виде Олимпиады и саммита АТЭС. А вот Санкт-Петербург придерживается той же позиции, что и, например, Стокгольм, где солнечные коллекторы являются весьма актуаль‑ ным решением. «Северо-западный регион проявляет активный интерес к солнечникам, — говорит руководитель отдела энергосбережения компании ЭВАН Алексей Кузьмин, — поскольку это один из наиболее продвинутых регионов, мы расцениваем его как точку роста рынка солнечных коллекторов в России».

А причина возможности повсеместного использования солнечных установок в том, что современные модели солнечных установок существенно отличаются от предыдущих поколений. Они достаточно эффективно работают даже в облачную погоду, не используя прямые солнечные лучи для накопления энергии. Современные системы, включающие циркуляционный насос, высокоэффективный теплоноситель и накопительный бак — аккумулятор, позволяющий круглосуточно использовать горячую воду, накопленную в течение светового дня. Возвращаясь к опыту европейских стран, можно упомянуть многотонные цистерны — накопители, используемые для ГВС многоквартирных домов.

Использование энергии Солнца – дешево или дорого?

Сама энергия, получаемая от нашей звезды, конечно, бесплатна. Солнце щедро «кормит» все живое и не выставляет счетов ни растениям за фотосинтез, ни человеку за ГВС. Однако если яблоня от рождения обладает механизмом поглощения и использования солнечной энергии, то человеку для превращения солнечной радиации в необходимые ему виды энергии требуется специальное оборудование. На его производство и монтаж требуются ресурсы. Таким образом, говорить о полностью бесплатной энергии не приходится.

Однако в контексте непрерывно растущих цен на углеводороды и неуклонного повышения стандартов комфорта человечество все пристальнее приглядывается к альтернативным энерготехнологиям. Сегодня срок окупаемости солнечных коллекторов в средней полосе России еще превышает горизонт планирования, общепринятый в нашей стране. Однако опыт показывает, что активное внедрение передовых технологий — и солнечных в том числе — приводит к резкому снижению их стоимости. В перспективе солнечная энергия вполне может стать почти бесплатной.

Солнечный коллектор — это абсолютно экологично?

Солнечная энергетика по праву считается одной из самых чистых технологий обеспечения потребностей человечества. Однако если копнуть чуть глубже, выясняется, что в той же плоскости, что и стоимость использования энергии Солнца, лежит вопрос нагрузки на окружающую среду. При производстве стекла для солнечных коллекторов неизбежны определенные выбросы в атмосферу. Однако они несопоставимы с ущербом, который наносит природе добыча углеводородов. Поэтому экологи всего мира единодушно считают гелиоустановки самым экологичным способом получения энергии даже среди других видов зеленых технологий.

Всегда ли экономия — основной мотив?

Говоря о гелиоустановках любого масштаба, мы имеем в виду сложное инновационное оборудование, требующее индивидуального подхода и точных расчетов. Каждый проект с использованием солнечных коллекторов — это индивидуальная тщательная работа с клиентом, особый подход и отдельная аргументация. Однако опыт работы по солнечной тематике показывает, что интерес к этой технологии делится на два основных блока. Одна категория потребителей обращает внимание на экономию. Как правило, географическое положение их объектов обеспечивает отличную инсоляцию, а в случае возведения нового здания уже на стадии проектирования учитывается его ориентация по сторонам света и необходимый уклон крыши.

Другая категория поклонников солнечных технологий не ставит во главу угла экономию. Даже если есть возможность подключения газа (как известно, этот вид топлива пока остается самым дешевым), эти люди дорожат независимостью от коммунальных сетей и возможностью дистанционного управления системой через интернет.

Кроме того, нельзя исключать и такой мотив, как мода и приобщение к достижениям передовой инженерной мысли — ведь, повзрослев и наигравшись гаджетами, вчерашние хипстеры начинают интересоваться более серьезными устройствами.

Для любых категорий потребителей распространен и такой вариант, как идея создания полностью энергетически автономного здания — будь это экономическая целесообразность, тяга к независимости или дань моде, но в этом случае гелиосистема выступает одним из незаменимых элементов организации ГВС и отопления.

Ведущие производители оборудования, например, такие, как концерн NIBE, предлагают высокотехнологичные схемы с использованием комбинации теплового насоса, солнечного коллектора и косвенного водонагревателя. При условии эффективной теплоизоляции здания такие решения обеспечивают сокращение потребления энергии из сетей общего пользования до минимума. В ближайшее время концерн NIBE запускает производство электрических солнечных панелей. Таким образом, можно будет обеспечить практически полную автономность здания — при достаточной площади поверхности фотоэлектрические элементы будут питать и тепловой насос, и циркуляционную помпу солнечного коллектора.

Что такое «солнечное оборудование NIBE»?

Говоря «солнечное оборудование», мы хотим разъяснить ещё одно утверждение, которое нередко бывает камнем преткновения при решении об использовании солнечной энергии. «Одной только самой по себе солнечной панели (или панелей) для получения тепла или горячей воды недостаточно». И это действительно так. Покупателя зачастую пугает мысль, что стоимость, которую он видит в прайс-листе, многократно увеличится после полного подбора всех элементов. Поэтому NIBE предлагает клиентам комплекты, в цену которых включены не только панели, но и дополнительное оборудование, необходимое для работоспособности системы.

В зависимости от того, с каким тепловым оборудованием будет работать солнечный коллектор, NIBE выпускает несколько видов комплектов:

— для работы с бойлерами или теплонакопителями (вариант для баков без внутреннего змеевика и баков со змеевиком)

— для работы с тепловыми насосами и бойлерами (варианты для совместной работы с грунтовым тепловым насосом и тепловым насосом воздух / вода SPLIT)

В любой из комплектов входят солнечные коллекторы, количество которых определяется индивидуальным расчетом, насосная станция, блок контроллера (в комплектах для тепловых насосов — управляющий адаптер), расширительный бак, быстроразъемные соединения и гликоль.

Сам по себе коллектор представляет собой плоскую панель с высокоселективным поглощающим покрытием синего цвета и высокоэффективной теплоизоизоляционной системой. Одним из ключевых достоинств панелей NIBE являются их габаритные характеристики: небольшая толщина — всего 81 см и малый вес (вес панели в пустом состоянии составляет 32,5 кг). Такие габариты вкупе с быстроразъемными соединениями обеспечивают максимально легкий монтаж коллекторов.

Насосная станция комплекта состоит из насосного и зарядного блоков, а также имеет в своем составе предохранительный клапан и манометр. Циркуляционный насос станции обеспечивает циркуляцию жидкости между солнечными панелями и бойлером или теплонакопителем.

Рис.1. Схема работы солнечного коллектора с водонагревателем косвенного нагрева

Блок контроллера регулирует работу насосного блока. Задача контроллера — запустить работу циркуляционного насоса тогда, когда температура теплоносителя в солнечной панели выше температуры воды в баке водонагревателя (теплонакопителя) и остановить его тогда, когда температуры сравняются. В системах с тепловым насосом аналогичную функцию выполняет управляющий адаптер, который передает управляющие сигналы о запуске или остановке циркуляционного насоса, получаемые от теплового насоса.

Систему защиты от превышения давления образуют расширительный бак, предохранительный клапан и манометр. Если водоразбор в системе не происходит, а нагрев продолжается, температура в бойлере косвенного нагрева достигает максимального значения в 90°С, гликоль в солнечном коллекторе начинает закипать, переходит в газообразное состояние и вытесняет оставшуюся в жидком состоянии часть гликоля в расширительный бак. После того как весь гликоль в коллекторе перешел в газообразное состояние, устанавливается стагнация — дальнейшего нагрева не происходит. Это состояние может продолжаться сколь угодно долго, до тех пор, пока не возобновится водоразбор и температура не начнет снижаться. Такая автоматически работающая система защиты от перегрева является одним из серьезных преимуществ солнечных комплектов NIBE, так как предотвращает неоправданный сброс горячей воды в дренаж (или как мера безопасности — гликоля), который в ряде других систем является единственным способом защиты от перегрева.

В комплект солнечного оборудования NIBE не входят крепежные детали для установки, так как каждый проект предполагает их индивидуальный подбор в зависимости от типа крыши, на которую будет установлен коллектор. Кстати, это далеко не всегда именно крыша. Коллектор может быть установлен и на стену, и даже на землю. Все зависит от особенностей проекта. Требуемый угол наклона обеспечивается регулируемой рамой коллектора, а основное требование при выборе поверхности для установки коллектора — это его ориентация (максимально южная) и отсутствие тени.

Принцип работы системы горячего водоснабжения с использованием солнечного коллектора проиллюстрируем на наиболее распространенном варианте — это подключение солнечных панелей к водонагревателю косвенного нагрева, оснащенному змеевиком (рис. 1). Любой косвенный водонагреватель, предлагаемый компанией ЭВАН, может быть подключен к солнечному коллектору. Однако в 2013 году в ассортиментной линейке компании появилось несколько моделей, специально предназначенных для работы с энергией Солнца. Один из таких водонагревателей — SOLAR X. Для подключения к солнечному коллектору в нижней части бака нагревателя расположен змеевик из нержавеющей стали.

Рис.2. Схема работы солнечного коллектора с тепловым насосом и водонагревателем косвенного нагрева.

Когда температура Т1 в коллекторе превышает температуру Т2 в нижней части бака, запускается насосная станция. Когда разница температур выравнивается, циркуляционный насос останавливается.

Если солнечной коллектор не обеспечивает годовую потребность в ГВС, то для дополнительного нагрева может быть использован любой отопительный котел, для подключения к которому в верхней части водонагревателя SOLAR X расположен змеевик из гребенчатой меди. Дополнительный резерв подогрева — ТЭН, которым оснащен водонагреватель.

Когда речь идет о системе, в которой солнечный коллектор устанавливается для совместной работы с тепловым насосом, то в этом случае управление солнечным оборудованием производится контроллером теплового насоса.

Иллюстрация работы такой системы приведена на рис 2.

В комплексе тепловой насос / солнечный коллектор для горячего водоснабжения и отопления по умолчанию используется солнечная энергия. Теплоноситель поступает в змеевик косвенного водонагревателя, который греет воду в баке. Вода из нижней части бака расходуется на отопление, из верхней — на водоснабжение. Для работы с тепловым насосом подходит далеко не каждый «косвенник». Это обусловлено тем, что тепловой насос является низкотемпературным источником и поступающий от него теплоноситель не нагревается выше 65°С, в то время как отопительные котлы обеспечивают температуру теплоносителя на уровне 85°С. Чтобы работать эффективно с низкотемпературными источниками, бойлер должен иметь определенную конструкцию. В ассортименте ЭВАН — это бойлеры VPAS\VPB и VLM KS STAR.

Если солнечной энергии недостаточно, включается тепловой насос. Тепловой насос, в свою очередь, оснащен ТЭНом, который обеспечивает догрев в пиковые периоды. Однако бывает и обратная ситуация, когда солнечной энергии поступает с избытком. Например, летом — в отоплении нет необходимости, а водоразбор по той или иной причине не происходит. В этом случае солнечная энергия может быть направлена для зарядки геотермального коллектора, т. е. повышения температуры «рассола», поступающего из грунта. В среднем каждый градус повышения температуры «рассола» приносит от 3 до 10 % экономии эксплуатационных расходов теплового насоса. Обычно температура «рассола», поступающего из грунта, составляет 3‑5°С. Повышение этой температуры, скажем, до 15°С приведет к увеличению мощности насоса в 1,5 раза или сокращению затрат электроэнергии на производство заданного объема тепла.

Зарядка скважины может быть как пассивной, т. е. тогда, когда это продиктовано необходимостью сброса излишнего тепла, получаемого от Солнца, так и активной, т. е. тогда, когда это вызвано необходимостью дополнительной зарядки грунтового коллектора в пиковые, наиболее холодные периоды.

Очевидно, что в системах, основанных на альтернативных источниках энергии, совместное использование теплового насоса и солнечных коллекторов наиболее эффективно. Обзор проектов 2013 года по установке солнечного оборудования, выполненных Партнерами ЭВАН, показывает, что в 90% речь идет именно о комплексных решениях.

Вопросы по солнечным коллекторам ЯSolar и солнечным батареям

1. Главная страница
2. Вопросы по солнечным коллекторам ЯSolar и солнечным батареям

1. Солнечный коллектор какой конструкции лучше?
На сегоднешний день существуют множество конструкций солнечных коллекторов: наибольшее распространение получили плоские и с вакуумными трубками. Выбор солнечного коллектора осуществляется из целий его применения, места эксплуатации, качества конструкции и цены. Мы рекомендуем Вам узнать о конструкции и реальной долгосрочной эксплуатации солнечного коллектора, изучить сертификаты международных авторитетных организаций. Так, например, продавцы часто в погоне за приболью или большой дилерской скидкой навязывают потребителю только вакуумные коллекторы как единственые работающие в условиях России, не уточняя их недостатки и реальный КПД. Производителей и конструкций вакуумных коллекторов в мире и в частности в Китае очень много, все они отличаются эффективностью и долговечностью. Надежность солнечных коллекторов

2. Солнечный коллектор ЯSolar зимой.
Минимальных температур, при которых возможна работа солнечного коллектора ЯSolar, нет. Но при увеличении разницы температуры окружающей среды и солнечного коллектора, теплопотери увеличиваются. Зимой снег на коллекторе, установленном под углом 45°C, практически не задерживается. Из-за существующих минимальных теплопотерь и нагревания солнцем снег на коллекторе постепенно тает и остается только в нижней части коллектора. Однако вариант, очистки коллектора от снега, исключать нельзя. При целенаправленном использовании солнечного коллектора в зимний период предпочтительно устанавливать коллектор под большим углом, из-за низкого угла подъема солнца и дополнительной энергии отражения от снега. Идеальный вариант — вертикальный монтаж на южную стену объекта. Данный вид установке поддерживают только для эффективных плоских солнечных коллекторов. Вы можете более подробно узнать о работе солнечных коллекторов ЯSolar зимой по отзывам наших клиентов.

3.Тип теплоносителя в солнечной водонагревательной системе.
В замкнутый контур с солнечным коллектором рекомендуется заливать антифриз или дистиллированную воду. Антифриз может быть любой марки, но он должен сохранять свои физические свойства после нескольких циклов нагрева до 170°С и быть совместимым с алюминием. Например, антифриз ТЕРМАГЕНТ SOL. Если вероятность аварийного отключения насоса очень мала, то допускается применение антифриза с температурой кипения 105°С (при нормальных условиях).

4. Возможен ли перегрев системы летом?
При отключении электричества, отключаются насосы и контроллер. Если в этот момент солнечное излучение сильное, солнечный коллектор нагревается от 100°С до 150°С. Поэтому, при следующем включении насоса, по трубам может пойти теплоноситель с высокой температурой. Необходимо учитывать данный момент при проектировании системы с принудительной циркуляцией. В качестве решения проблемы можно использовать устройства бесперебойного питания UPS их мощности хватит для работы системы минимум 4-6 часов.
Сильный нагрев системы также возможен при очень длительном отсутствии расхода горячей воды (4-7 дней) и пиковой солнечной инсоляции. Данную проблему можно решить путем физического затенения всех или нескольких солнечных коллекторов или при помощи автоматической системы охлаждения, управляемой контроллером:
— контроллер програмируется таким образом, что бы система работала в режиме охлаждения;
— другой вариант — автоматическое перелючение на дополнительный контур при помощи перенаправляющего 3-х ходового клапана (например, установленная в тени или в подвале батарея-радиатор, контур рециркуляции ГВС и т.п.)
Благодаря грамотной работе наших проектировщиков системы охлаждения в поставляемых солнечных водонагревательных системах, практически, не нужны.

5. Обслуживание солнечного коллектора ЯSolar
Летом, для сохранения высокой эффективности солнечного коллектора, необходимо мыть его прозрачную изоляцию по мере загрязнения. Также рекомендуется следить за состоянием теплоносителя в системе и защитного магневого анода в бойлере.

6. Работа солнечного коллектора в пасмурную погоду.
Летом на один м² поверхности земли падает 1000 Вт солнечной энергии при ясном небе. В облачную и дождливую погоду — от 200 Вт до 600 Вт. Вы можете ознакоится с мощностью солнечного излучения при реальные измерения в различную погоду.При отсутствии солнца, ни один солнечный коллектор, какой бы конструкции он не был (!) практически не работает. Излучение, не видимое человеческому глазу и рассеянное, обладает малой энергией. Эффективность солнечного коллектора может падать в 5 раз! Это необходимо учитывать при проектировании солнечной водонагревательной системы.

7. Работает ли насос ночью или когда бак сильно нагревается?
Насос управляется цифровым контроллером и включается только, когда температура в солнечном коллекторе ЯSolar выше, чем в бойлере. Ночью и при нагретом баке температура в коллекторе меньше чем в бойлере, поэтому контроллер отключает насос, и утечки тепла из бойлера-аккумулятора не происходит.

Солнечный коллектор, вакуумный солнечный водонагреватель |

 
І. Общая характеристика

1. Надежные, высокоэффективные вакуумированные трубы
2. Медные тепловые трубки для мгновенной передачи тепла
3. Сменные модули, легкость в установке
4. Отсутствие эксплуатационных затрат
5. Антикоррозийный медный теплосборник
6. Вся рама и кожух теплопровода из нержавеющей стали (SUS304)
7. Выдерживает давление воды водопроводной сети (рабочее давление 0.6 Мра)
8. Постоянно преобразует солнечной энергии в течение всего дня
9. Прекрасно подходит для домашних солнечных водонагревательных систем
10. Идеально подходит для солнечного подогрева воды на производстве

Принцип действия нашего солнечного коллектора (далее – СК) очень прост:

1. Поглощение солнечного излучения. Солнечное излучение поглощается солнечными трубами и преобразуется в тепло.

2. Передача тепла. Тепловые трубки, расположенные в середине солнечной трубы, передают тепло вверх, в трубку теплосборника.

3. Хранение солнечной энергии. Вода циркулирует по трубке теплосборника при помощи насоса повторно-кратковременного режима. Каждый раз, когда вода проходит через теплосборник, её температура поднимается на 5 — 10?С / 9-18?F. В течение дня вода в баке-накопителе постепенно нагревается.

ІІ. Описание работы коллектора

1. Давление теплоносителя .
 Солнечный коллектор приспособлен для работы с давлением теплоносителя до 0.6 МРа.

2. Замкнутый и незамкнутый контуры.
В системах с замкнутым контуром, как правило, используется теплообменник, который может располагаться как внутри, так и снаружи бака-накопителя горячей воды. Системы с незамкнутым контуром часто используются в теплых климатических зонах, где нет опасности замерзания. Солнечный коллектор подходит как для закрытых, так и для открытых систем, так как имеет функции контроля давления, температуры и защиты от замерзания.

3. Насос
Солнечный коллектор не имеет встроенного бака, и теплопровод солнечный коллектор на 20 труб может вместить только 510 мл воды. Чтобы заставить теплоноситель циркулировать по теплопроводу и обратно в солнечный бак-накопитель, нужен насос. Насосом, как правило, управляет контролер с двумя датчиками. Скорость потока, необходимая для работы большинства систем, не превышает 2л/мин, поэтому здесь достаточно насоса с малой мощностью. Более мощные насосы нужны только в случае объединения нескольких СК в один контур, либо когда насос должен компенсировать напор теплоносителя. Перепад давления при малой скорости потока незначителен, всего 700 Ра при скорости 3.3 л/мин для теплопровода на 20 труб, поэтому это не является весомым критерием при выборе мощности насоса.

4. Эффективность.
Преимущество солнечной трубы состоит в том, что её внутренняя труба надежно защищена от потерь тепла. Это означает, что тепло сразу же после поглощения отдается воде теплосборника и не уходит в окружающую среду. Такие теплоизоляционные свойства составляют ключевое различие между солнечными трубами и плоскими солнечными коллекторами. А поскольку эффективность передачи тепла тепловыми трубками очень высока, наш солнечный коллектор имеет высокую тепло производительность круглый год.

5. Эстетика
Если вы хотите установить солнечный коллектор у себя на крыше, то для вас, конечно, важно, как он будет выглядеть. Солнечный коллектор имеет низкопрофильный дизайн и размещается близко к поверхности крыши. Трубы черного цвета и прекрасно сочетаются с крышей любого цвета. Теплопровод изготовлен из нержавеющей стали, и может иметь соединительные выходы сзади или сбоку. Теплопровод с задним выходом позволяет спрятать водопроводные трубы за теплопроводом солнесного коллектора. Кроме того, соединение сзади позволяет поставить рядом вплотную два и более солнечных коллекторов. Боковое соединение чаще применяется в масштабных проектах с целью облегчить объединение солнечные коллекторы в ряды и снизить перепад давления в трубопроводе.

6. Стоимость
Высокая стоимость солнечноых коллекторов с трубами, а фактически и всех солнечных колекторов, до недавнего времени была главным препятствием к началу их широкого употребления. Наш солнечный коллектор — это высококачественная, надежная в эксплуатации система, обладающая высокой тепло производительностью. Рациональная схема наших солнечных коллекторов и низкие затраты на их производство сделали их широкодоступными и быстро окупающимися.

7. Образование накипи
Образование накипи является предметом для беспокойства во многих регионах, так как это постепенно приводит к блокированию водопровода, особенно в системах с горячей водой. Поскольку наш солнечный коллектор  работает при высоких температурах, в теплопроводе может образоваться накипь. Если вода в трубопроводе очень жесткая, можно предупредить образование накипи следующим образом:

1. Использовать электрический или магнитный умягчитель воды для водопроводной сети.
2. Использовать систему с замкнутым контуром.

8. Применение в широких масштабах
  Солнечные коллектора идеальны для солнечного подогрева большого количества воды и могут использоваться в отелях, аэропортах, жилых домах или других местах, где нужна горячая вода. Экономичность таких систем выше, чем домашних, так как вместо насоса и бака для каждых одного-двух коллекторов используются один бак и один насос на 50 СК. Наши СК выдерживают гидростатическое давление, обладают антикоррозийной стойкостью и могут устанавливаться рядами и/или параллельно, вследствие чего они подходят как для масштабных, так и для малых проектов.
 
По всем вопросам обращатьтя по тел: (812) 955-44-03

Солнечный насос | Солнечные водонагревательные насосные станции

Solar Panels Plus предлагает ряд различных насосных решений для солнечных систем горячего водоснабжения и солнечного отопления помещений. Эти насосы входят в состав наших солнечных водонагревательных агрегатов и используются для циркуляции жидкого теплоносителя в первичных или вторичных контурах нагрева воды на солнечных батареях.

У нас есть ряд решений с циркуляционными насосами для всех типов применений, от систем горячего водоснабжения для частных домов до промышленных систем отопления и кондиционирования воздуха.Обладая различными характеристиками, они обеспечивают быструю, эффективную и оптимизированную установку и работу.

Размеры и производительность этих насосов варьируются от 3 галлонов в минуту до 500+ галлонов в минуту. Материалы варьируются в зависимости от потребностей и включают бронзу, чугун и нержавеющую сталь.

Конфигурации продукта включают (но не ограничиваются):

• Линейные циркуляторы
• Вертикальные насосы в линию
• Концевые насосы моноблочные и монтируемые на раме
• Многоступенчатые насосы
• Регулируемая, трехскоростная и ручная
• Потребление постоянного и переменного тока в различных диапазонах напряжения и силе тока

Если у вас есть конкретная работа или приложение, и вам нужна помощь в поиске насосного решения, свяжитесь с нами сегодня.

Солнечная насосная станция

Эти солнечные насосные станции используются в солнечном контуре солнечной тепловой системы для циркуляции теплоносителя через массив. Они также используются для контроля температуры в вашем солнечном резервуаре.

Насос в насосной станции солнечных батарей активируется сигналом дифференциального регулятора солнечной энергии. Сдвоенная насосная станция (показанная слева) содержит как подающую, так и обратную линии и широко используется в большинстве гелиосистем.Также доступна однопроводная насосная станция с обратным подключением.

Эти насосные станции предварительно устанавливаются и проверяются на герметичность перед отправкой и внесены в список UL для обеспечения безопасности. Эти станции содержат ряд важных приспособлений и предохранительных устройств, критически важных для установки и эксплуатации солнечной тепловой системы:

• Шаровые краны на подаче и возврате в сочетании с обратными клапанами предотвращают нежелательную гравитацию и термоциркуляцию.
  
• Порты для промывки, наполнения и опорожнения системы с использованием стандартных фитингов для садовых шлангов для простоты использования.
  
• Вентиляционное отверстие позволяет легко вручную удалить воздух из системы, чтобы удалить скопившийся со временем воздух.
  
• Расходомер входит в комплект и отображает текущий расход солнечных контуров. Также позволяет регулировать поток солнечного контура.
  
• Термометр, установленный как на подающей, так и на обратной стороне, отображает оба набора температуры.
  
• Манометр встроен и легко читается, что позволяет просто и быстро контролировать давление в солнечных контурах.
  
• Предохранительный клапан обеспечивает безопасность пользователей, разряжая солнечный контур в случае избыточного давления.

Документация для солнечной насосной станции

Солнечная коммерческая / высокопроизводительная насосная станция

Коммерческие солнечные насосные станции используются в циркуляционном контуре солнечной тепловой системы для коммерческих, промышленных и других применений, требующих высокого расхода, или когда насос необходим для преодоления большого напора.

Подобно солнечной насосной станции (выше), коммерческая станция активируется сигналом от солнечного дифференциального регулятора. Этот насос поставляется с патрубками подачи и возврата, со стандартной наружной резьбой 1 дюйм (доступны другие комплекты соединений, свяжитесь с нами для получения подробной информации).

Эти насосные станции предварительно устанавливаются и проверяются на герметичность перед отправкой и внесены в список UL для обеспечения безопасности. Эти станции содержат ряд важных приспособлений и предохранительных устройств, критически важных для установки и эксплуатации солнечной тепловой системы:

• Насос Wilo Star S-30 поддерживает поток от 1 до 10 галлонов в минуту и ​​напор до 30 футов.
  
• Трехскоростной насос и расходомер позволяют легко регулировать и контролировать.
  
• Шаровые краны и обратные клапаны включены для предотвращения гравитации и тепловой циркуляции.
  
• Порты для промывки, заполнения и опорожнения включены.
  
• Ручной воздухоотводчик в комплекте.
  
• Термометр и манометр позволяют легко контролировать и обслуживать большие коммерческие солнечные батареи.
  
• Предохранительный клапан предотвращает избыточное давление в системе, обеспечивая безопасность обслуживающего персонала.

Документация к насосной станции для коммерческих / высокопроизводительных солнечных батарей

Солнечный насос постоянного тока

Солнечный насос постоянного тока может использоваться для большинства циркуляционных насосов без подключения к традиционной электросети. Высокопроизводительный солнечный насос постоянного тока может быть подключен непосредственно к фотоэлектрической (PV) панели.

Благодаря небольшому размеру и высокой эффективности он имеет исключительно низкое энергопотребление. Технология сферического двигателя без вала обеспечивает бесшумную работу без обслуживания.

Этот насос идеально подходит для небольших или односемейных солнечных систем горячего водоснабжения, а также для любых других небольших циркуляционных насосов, где обычная энергия недоступна.

Документация к солнечному насосу постоянного тока

Солнечные коллекторы и тепловые насосы

Нагрев воды требует значительных затрат энергии в зданиях, особенно в жилом секторе.Во многих коммерческих зданиях, таких как рестораны, отели и медицинские учреждения, также используется много горячей воды. Двумя традиционными методами нагрева воды были сжигание и электрическое сопротивление, но солнечные коллекторы и тепловые насосы представляют собой более экологичную альтернативу.

Горючее отопление имеет низкие эксплуатационные расходы, но ископаемое топливо сжигается на месте использования. Помимо негативного воздействия на окружающую среду, отопление с помощью сжигания снижает качество воздуха в городских условиях. С другой стороны, электрические резистивные нагреватели не производят прямых выбросов, но их эксплуатационные расходы очень высоки.Кроме того, если местная сеть использует ископаемое топливо в качестве основного источника энергии, резистивный нагрев просто перемещает выбросы из зданий на электростанции.

---

Сократите свои счета за электричество и газ с помощью возобновляемой системы горячего водоснабжения.

---

Солнечные коллекторы используют бесплатный ресурс, который сам достигает точки использования — солнечный свет. Когда солнечные коллекторы устанавливаются на крышах домов или других возвышенностях, затраты на перекачивание незначительны. Тепловые насосы используют солнечную энергию косвенно, поскольку они нагревают воду, собирая тепловую энергию из наружного воздуха.Тепловые насосы работают на электричестве, как нагреватели сопротивления, но потребление энергии снижается на 50% и более.

Согласно данным городского совета по охране окружающей среды г. Нью-Йорка, на горячую воду приходится 10% общего потребления энергии в зданиях. В частности, для многоквартирных домов на горячую воду приходится 19% потребления энергии. Использование возобновляемых источников тепла может снизить воздействие этих зданий на окружающую среду и снизить их счета за электроэнергию.

Солнечные коллекторы и тепловые насосы: экономия средств

Как солнечные коллекторы, так и тепловые насосы обеспечивают экономию энергии, но они различаются способами достижения этой экономии.

• Солнечные коллекторы подвергаются прямому воздействию солнечных лучей. Они используют раствор антифриза или другой теплоноситель для сбора тепловой энергии, а затем теплообменник используется для нагрева воды без перемешивания. В тропических регионах с жарким климатом солнечные коллекторы могут быть сконструированы для прямого нагрева воды без промежуточной жидкости.
• Воздушные тепловые насосы собирают тепловую энергию из наружного воздуха, это означает, что они могут работать ночью и им не нужен прямой солнечный свет.На самом деле тепловые насосы могут собирать энергию из наружного воздуха даже зимой. Однако они становятся менее эффективными при понижении температуры воздуха, и им приходится использовать цикл размораживания для удаления льда с наружных блоков.

Солнечные коллекторы не могут производить горячую воду круглосуточно, так как они зависят от солнечного света так же, как солнечные батареи. С другой стороны, тепловой насос может использовать тепловую энергию наружного воздуха в любое время. Эти две технологии не исключают друг друга, и их можно развернуть вместе, чтобы добиться большей экономии.Солнечный коллектор обеспечивает максимальное бесплатное нагревание воды солнечным светом, а тепловой насос удовлетворяет потребность в горячей воде, которую не может покрыть солнечный коллектор.

Водонагреватели с тепловым насосом могут обеспечить синергию с местными системами возобновляемой генерации. В зависимости от типа и эффективности тепловой насос производит от 2 до 6 киловатт-часов тепла на каждый киловатт-час потребляемой электроэнергии. Это означает, что мощность 100 кВтч от солнечных панелей или ветряных турбин может быть преобразована в 200-600 кВтч для нагрева воды.

Тепловые насосы могут также использоваться в качестве систем хранения энергии при наличии избыточного производства из возобновляемых источников. Они могут преобразовывать излишки электроэнергии в тепловую энергию, хранящуюся в воде, а в изолированном резервуаре накапливается горячая вода для дальнейшего использования.

Использование солнечных коллекторов и тепловых насосов в Нью-Йорке

В Нью-Йорке местные законы 92 и 94 требуют устойчивых кровельных систем на всех новых крышах и существующих пристройках крыш площадью не менее 200 квадратных футов. Только солнечные панели и зеленые крыши считаются «устойчивыми кровельными системами» по закону, но зоны, покрытые солнечными коллекторами, освобождены от этого требования. Другими словами, солнечные коллекторы можно использовать для уменьшения площади крыши, покрываемой LL92 и LL94. При выборе между солнечными коллекторами или фотоэлектрическими панелями лучше всего обратиться в консультационную фирму по вопросам энергетики, чтобы проанализировать затраты и экономию каждого варианта.

Крыши, используемые для механического оборудования, также освобождены от правил LL92 и 94, включая наружные блоки тепловых насосов. В здании можно комбинировать солнечные панели, солнечные коллекторы и тепловые насосы для экономии энергии, и это не противоречит требованиям LL92 и 94.

Воздушные тепловые насосы — отличный вариант для потребителей электроэнергии, у которых нет места на крыше для солнечных панелей или солнечных коллекторов. Их наружные блоки можно монтировать на стене, как и конденсаторы кондиционеров мини-сплит. Тепловые насосы также являются отличным вариантом, когда доступное пространство покрыто тенями, поскольку им не нужен прямой солнечный свет. С другой стороны, солнечные панели и солнечные коллекторы перестают работать, когда их покрывает тень.

Солнечные водонагреватели | Министерство энергетики

Солнечные водонагреватели — также называемые солнечными системами горячего водоснабжения — могут быть экономичным способом получения горячей воды для вашего дома.Их можно использовать в любом климате, а топливо, которое они используют — солнечный свет — бесплатное.

Как они работают

Солнечные водонагревательные системы включают накопительные баки и солнечные коллекторы. Есть два типа солнечных водонагревательных систем: активные, у которых есть циркуляционные насосы и средства управления, и пассивные, у которых нет.

Активные солнечные водонагревательные системы

Существуют два типа активных солнечных водонагревательных систем:

• Системы прямой циркуляции
  Насосы обеспечивают циркуляцию бытовой воды через коллекторы в дом.Они хорошо работают в климате, где редко замерзает.
• Системы непрямой циркуляции
  Насосы обеспечивают циркуляцию незамерзающего теплоносителя через коллекторы и теплообменник. Это нагревает воду, которая затем течет в дом. Они популярны в климате, склонном к отрицательным температурам.

Пассивные солнечные водонагревательные системы

Пассивные солнечные водонагревательные системы обычно дешевле, чем активные системы, но они обычно не так эффективны.Однако пассивные системы могут быть более надежными и могут прослужить дольше. Существует два основных типа пассивных систем:

• Пассивные системы со встроенным накопителем
  Они лучше всего работают в областях, где температура редко опускается ниже нуля. Они также хорошо работают в домохозяйствах со значительными дневными и вечерними потребностями в горячей воде.
• Системы Thermosyphon
  Вода течет через систему, когда теплая вода поднимается, а более холодная вода опускается. Коллектор необходимо установить под накопительной емкостью, чтобы в емкость поднималась теплая вода.Эти системы надежны, но подрядчики должны уделять особое внимание конструкции крыши из-за тяжелого резервуара для хранения. Обычно они дороже, чем интегральные пассивные системы коллектор-накопитель.

Резервуары для хранения и солнечные коллекторы

Для большинства солнечных водонагревателей требуется хорошо изолированный накопительный резервуар. Баки для хранения солнечной энергии имеют дополнительный выход и вход, подключенные к коллектору и от него. В системах с двумя баками солнечный водонагреватель предварительно нагревает воду до того, как она поступает в обычный водонагреватель.В системах с одним резервуаром резервный нагреватель объединен с накопителем солнечной энергии в одном резервуаре.

В жилых помещениях используются солнечные коллекторы трех типов:

• Плоский коллектор
  Плоские остекленные коллекторы — изолированные, защищенные от атмосферных воздействий коробки, которые содержат темную абсорбирующую пластину под одной или несколькими стеклянными или пластиковыми (полимерными) крышками . Плоские неглазурованные коллекторы, обычно используемые для солнечного обогрева бассейнов, имеют темную пластину-поглотитель, изготовленную из металла или полимера, без крышки или корпуса.
• Интегральные коллекторно-накопительные системы
  Также известные как системы ICS или партии , они имеют один или несколько черных резервуаров или трубок в изолированном застекленном ящике. Холодная вода сначала проходит через солнечный коллектор, который предварительно нагревает воду. Затем вода поступает в обычный резервный водонагреватель, обеспечивая надежный источник горячей воды. Их следует устанавливать только в условиях умеренно-морозного климата, поскольку наружные трубы могут замерзнуть в суровую и холодную погоду.
• Солнечные коллекторы с вакуумными трубками
  Они представляют собой параллельные ряды прозрачных стеклянных трубок. Каждая трубка содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Покрытие ребра поглощает солнечную энергию, но препятствует тепловым потерям. Эти коллекторы чаще используются для коммерческих приложений в США.

Солнечные водонагревательные системы почти всегда нуждаются в резервной системе в пасмурные дни и в периоды повышенного спроса. Обычные накопительные водонагреватели обычно обеспечивают резервное копирование и могут уже быть частью солнечной системы.Резервная система также может быть частью солнечного коллектора, например, резервуары на крыше с термосифонными системами. Поскольку система накопления со встроенным коллектором уже накапливает горячую воду в дополнение к накоплению солнечного тепла, она может быть укомплектована водонагревателем без резервуара или водонагревателем по запросу в качестве резервного.

Выбор солнечного водонагревателя

Перед покупкой и установкой солнечной водонагревательной системы вы должны сделать следующее:

Также ознакомьтесь с различными компонентами, необходимыми для солнечных водонагревательных систем, включая следующие:

Установка и обслуживание Система

Правильная установка солнечных водонагревателей зависит от многих факторов. Эти факторы включают солнечные ресурсы, климат, местные строительные нормы и правила и вопросы безопасности; поэтому лучше всего обратиться к квалифицированному подрядчику по установке солнечных тепловых систем.

После установки правильное обслуживание вашей системы обеспечит ее бесперебойную работу. Пассивные системы не требуют особого обслуживания. Для активных систем обсудите требования к техническому обслуживанию со своим поставщиком системы и обратитесь к руководству пользователя системы. Сантехника и другие традиционные компоненты водяного отопления требуют того же обслуживания, что и обычные системы.Стекло может потребоваться в сухом климате, где дождевая вода не обеспечивает естественного ополаскивания.

Регулярное обслуживание простых систем может проводиться не чаще, чем каждые 3–5 лет, предпочтительно подрядчиком по солнечной энергии. Системы с электрическими компонентами обычно требуют замены детали или двух через 10 лет. Узнайте больше об обслуживании и ремонте солнечных водонагревательных систем.

При отборе потенциальных подрядчиков для установки и / или обслуживания задайте следующие вопросы:

• Есть ли у вашей компании опыт установки и обслуживания солнечных водонагревательных систем?
  Выберите компанию, у которой есть опыт установки системы нужного вам типа и обслуживания выбранных вами приложений.
• Сколько лет у вашей компании есть опыт монтажа и обслуживания солнечного отопления?
  Чем больше опыта, тем лучше. Запросите список прошлых клиентов, которые могут предоставить рекомендации.
• Имеет ли ваша компания лицензию или сертификат?
  В некоторых штатах требуется наличие действующей лицензии сантехника и / или подрядчика по солнечной энергии. Свяжитесь с вашим городом и округом для получения дополнительной информации. Подтвердите лицензирование с советом по лицензированию подрядчиков вашего штата.Совет по лицензированию также может сообщить вам о любых жалобах на подрядчиков, получивших государственную лицензию.

Повышение энергоэффективности

После того, как ваш водонагреватель правильно установлен и обслуживается, попробуйте некоторые дополнительные стратегии энергосбережения, которые помогут снизить счета за нагрев воды, особенно если вам требуется резервная система. Некоторые энергосберегающие устройства и системы более экономически выгодно устанавливать вместе с водонагревателем.

Другие варианты водонагревателя

Предотвращение перегрева солнечного коллектора

Даже полностью работающая солнечная гидронная система отопления может перегреваться, и это наиболее вероятно, когда много солнца, но тепло не может использоваться.Это может произойти по нескольким причинам, но чаще всего:

1) когда тепло не требуется, потому что все тепловые нагрузки удовлетворены, или
2) из-за сбоя питания, отказа насоса или сбоя управления в системах сбора, хранения или распределения тепла.

Тепло начинает накапливаться в контуре солнечного коллектора, когда оно не используется для полезного обогрева, и, если его не остановить, может достичь точки кипения жидкости. Перегрев часто сопровождается стуком парового удара в солнечном коллекторе тепла; пропиленгликоль может начать готовиться и стать коричневым, а затем становится все более кислым.Шлейф пара может появиться на любом открытом поплавковом вентиляционном отверстии, а предохранительный клапан может начать капать или разбрызгивать жидкость, в то время как предохранительный клапан давления и температуры (P&T) на резервуарах для хранения тепла может начать выпуск горячей воды.

Условия, вызывающие перегрев, могут происходить только один раз в год или даже реже, но когда это происходит, результаты могут варьироваться от раздражающих неудобств в лучшем случае до серьезного отказа системы отопления в худшем. Правильно спроектированная система всегда должна использовать средства управления и стратегии, которые могут безопасно и надежно рассеивать избыточное тепло, а также обеспечивать температурную защиту во время сбоя питания в солнечный день.

Четыре основных «отказоустойчивых» стратегии солнечного перегрева

Предотвращение перегрева входит практически в каждую систему солнечного отопления, которую мы проектируем в наши дни, и как пассивные, так и активные множественные стратегии обычно включаются вместе, чтобы обеспечить подход «ремень и подтяжки». Четыре самых надежных и безотказных метода, которые мы используем сегодня, следующие:

1. Термосифонная система ребер самоохлаждения (TSC). Ребристые трубки TSC могут быть добавлены к любому блоку плоских солнечных коллекторов, если трубопровод внутри коллектора соответствует некоторым простым требованиям.То есть коллекторы должны иметь конфигурацию «арфы» с внутренними коллекторами (верхним и нижним), расположенными горизонтально, а прямые параллельные стояки — вертикально.

На Рис. 98-1 показана фотография системы пассивных самоохлаждающихся ребристых труб, установленной на задней части группы из восьми солнечных коллекторов.

Термосифонирование можно определить как движение жидкости по водопроводному контуру, вызванное только разницей температур в контуре (жидкость «перекачивается» только за счет тепла).Горячая жидкость менее плотная, чем холодная, поэтому, когда она заключена в петлю, холодная жидкость имеет тенденцию падать вниз, а горячая жидкость стремится всплыть вверх. Этот принцип можно использовать для рассеивания солнечного тепла за счет включения охлаждающих ребер в контур.

На Рис. 98-2 показано, насколько простыми могут быть детали водопровода при подключении петли TSC к группе плоских коллекторов. Обычный наклон панели позволяет горячей жидкости подниматься вверх за счет естественной конвекции, а наклон ребристых труб в задней части позволяет холодной жидкости стекать вниз и снова попадать в нижнюю часть коллекторов.В солнечный день, если солнечный циркуляционный насос останавливается, поворотный обратный клапан внизу легко открывается в ответ на тепловой поток, и охлаждение происходит за счет естественной конвекции. Когда циркуляционный насос включается, охлаждающий контур закрывается с помощью пассивного обратного клапана, который закрывается в ответ на относительно высокий расход и давление, создаваемые циркуляционным насосом. Таким образом, охлаждающий поток термосифона продолжается, пока солнце обеспечивает тепло, и останавливается, когда циркуляционный насос снова включается.

2. Система ребер самоохлаждения (PVSC) с фотоэлектрическим приводом. Некоторые солнечные коллекторы не могут должным образом охлаждаться термосифонным потоком. Например, коллекторы с плоскими пластинами, в которых используется змеевидный путь потока или другое внутреннее трубопроводное устройство «без арфы», не могут использоваться с системой TSC, описанной выше. К массиву коллектора все еще может быть добавлен контур охлаждающих ребер, но он должен прокачиваться с помощью солнечного циркуляционного насоса, чтобы обеспечить надлежащий поток для охлаждения. В этих случаях мы используем фотоэлектрический солнечный циркулятор и небольшую солнечную электрическую панель, чтобы система охлаждения продолжала работать от солнечной энергии даже во время сбоя электросети.

На Рис. 98-3 показана фотография фотоэлектрической системы самоохлаждения, в которой используется модуль солнечного насоса Caleffi с дополнительным фотоэлектрическим насосом, установленным в начальной школе в Альбукерке.

3. Конфигурация солнечного коллектора с обратным стоком. Солнечные системы отопления с обратным дренажом также отлично выдержат перегрев и перебои в подаче электроэнергии, потому что коллекторы опустошаются, когда солнечный насос теряет мощность. Вода чаще всего используется в качестве собирающей жидкости и стекает под действием силы тяжести по подающим трубам в сборный резервуар для слива в закрытом помещении всякий раз, когда система отключается.Воздух из обратного дренажного бака заменяет воду, которая защищает панели и трубы на открытом воздухе от замерзания или кипения. Панели и подводящие трубы должны иметь размер и должным образом наклоняться, чтобы слив был быстрым и полным во избежание поломки при замерзании. Змеевидные коллекторы и некоторые другие типы коллекторов с плоской пластиной и откачиваемой трубкой нельзя использовать в конфигурации с обратным сливом, поэтому следуйте рекомендациям производителя.

4. Конфигурация перегрева пароотводного коллектора. Другой распространенной пассивной стратегией, используемой в гликолевых системах с замкнутым контуром, является метод расширительного бака с обратным паром.Это не предотвращает попадание высокотемпературного пара в солнечные тепловые коллекторы во время сбоя питания, а скорее позволяет пару заполнять панели без потери какой-либо жидкости коллектора. Объем жидкого гликоля, вытесняемый паром по мере его накопления внутри горячих коллекторов, будет пытаться найти убежище в расширительном баке гликоля. Если расширительный бак достаточно большой и был установлен с надлежащим давлением воздуха, это может предотвратить утечку гликоля через предохранительный клапан. После захода солнца, когда пар конденсируется внутри коллекторов, и давление воздуха (в расширительном баке) заставляет гликоль обратно в солнечный контур, система будет продолжать работать в обычном режиме, пока электрическая мощность, насосы, клапаны и элементы управления будут не поврежден и давление гликоля не упало слишком низко.

Системы обратного пара работают лучше всего, когда коллекторы и соединительный трубопровод устанавливаются так, чтобы спускать воду вниз к расширительным бакам, подобно тому, как выполняется обратная канализация. Приемный объем жидкости в расширительном баке должен быть как минимум равен объему жидкости самих солнечных коллекторов.

Другие распространенные стратегии солнечного перегрева (менее отказоустойчивые)

Некоторые из наиболее распространенных методов, используемых сегодня для контроля солнечного перегрева, не совсем надежны.Это связано с тем, что они обычно зависят от активного электрического управления или циркуляционных насосов для обеспечения охлаждения солнечных коллекторов. В наших установках мы комбинируем методы обеспечения отказоустойчивости, описанные выше, с большинством стандартных средств управления, перечисленных ниже, чтобы обеспечить наиболее полное и избыточное управление перегревом. Так, например, мы обычно объединяли числа 1 и 4 выше с A, B, C и E ниже в большинстве наших недавних установок.

A. Наклон или фиксированное затемнение коллектора.В любой солнечной комбинированной системе необходимо тщательно продумывать наклон коллектора, чтобы максимизировать сбор тепла в сезон, когда это необходимо, и минимизировать его, когда в нем нет необходимости. Например, крутой наклон между 65 градусами к вертикали будет способствовать зимней коллекции и избавит от летней жары в большинстве мест в США. Крутой наклон можно также увеличить с помощью тщательно спроектированного фиксированного свеса крыши для летнего затенения (обычно на стеновых панелях), чтобы при необходимости еще больше снизить приток тепла летом.

Б. Ночное циркуляционное охлаждение резервуара через коллектор. Плоские панели можно использовать ночью для охлаждения. Это известно как радиационное охлаждение ночного неба (NSRC). Охлаждение NSRC может быть выполнено с помощью застекленных плоских солнечных панелей или, что еще лучше, с помощью неглазурованных плоских панелей (часто используемых для обогрева бассейнов). Во многие недавние установки мы включили настройки управления, которые позволяют охлаждать теплые полы в ночное время летом за счет включения солнечных коллекторов в обратном направлении ночью.Аналогичные функции управления могут быть запрограммированы для отвода тепла в ночное время от перегрева водяных баков, когда накопленное тепло не потребляется.

C. Активный отвод тепла (на землю, фанкойл или зону). Обычной практикой является программирование системы управления на рассеивание тепла с использованием теплоаккумулирующей способности существующих резервуаров для горячей воды, пола гаража, таянного льда на тротуаре (или других обычных зонах нагрева кирпичной кладки) для контролируемого охлаждения коллекторов. В некоторых случаях это можно использовать в качестве накопителя тепла для предварительного нагрева пола в гараже на зиму или для выполнения другой полезной стратегии накопления тепла.

Существующие конвекторы с ребристыми трубами или фанкойлы также иногда используются для прерывистого охлаждения. При правильном управлении комфорт человека не нарушается, и пар предотвращается в коллекторах с использованием существующих контуров в полу или в земле. Использование существующего оборудования распределения тепла для контроля перегрева может устранить необходимость в более сложных надстройках системы охлаждения. Такой подход может продлить срок службы солнечного нагревательного оборудования, поддерживая его в более умеренном температурном диапазоне во время нормальной работы.Однако он не будет обеспечивать никакой температурной защиты во время отключения электроэнергии в солнечный день, если не будет включена автоматическая аварийная подача электроэнергии.

D. Тепловой разъединитель OEM, вентиляция или рассеивание тепла. Узнайте у предпочитаемого вами производителя оригинального оборудования (OEM) поставщика солнечного оборудования, что нового в охлаждении. Производители солнечных батарей задумывались об этом уже некоторое время, и наряду с новыми элементами управления некоторые из них разработали и другие интересные продукты. Например, Apricus и Butler Sun Solutions предоставляют оборудование для отвода тепла, которое работает за счет отвода жидкости с тепловым расширением в систему охлаждения.

Также производители коллекторов задумались над охлаждением. Некоторые вакуумные трубчатые коллекторы (например, Thermomax) имеют отключение по верхнему пределу температуры, встроенное в каждую трубку, а EnerWorks предлагает модель коллектора с плоской пластиной, которая включает систему вентиляции, активируемую нагревом, встроенную в раму. Эти OEM-стратегии охлаждения сильно отличаются друг от друга и предназначены для их собственных комплексных систем, обычно доступных с небольшими конструкциями для нагрева воды для бытового потребления.

E.Обдув P&T горячей воды. Каждый резервуар для горячей воды под давлением должен иметь P&T клапан из соображений безопасности, требуемых правилами водопровода. Когда водяной бак, нагретый солнечными батареями, становится слишком горячим, продувочная система P&T охлаждает его с помощью подпиточной воды, поскольку перегретая вода сдувается. Клапан P&T не предназначен для управления работой, поэтому, когда это произойдет, скрестите пальцы и надейтесь, что клапан P&T перестанет протекать позже, когда все остынет. Это последняя система охлаждения, которая не рекомендуется для нормальной работы.

Заявление об ограничении ответственности: Эти статьи предназначены для жилых и небольших коммерческих зданий менее десяти тысяч квадратных футов. Основное внимание уделяется гликоль / гидронным системам под давлением, поскольку эти системы могут применяться в зданиях различной геометрии и ориентации с небольшими ограничениями. Торговые марки, организации, поставщики и производители упоминаются в этих статьях только в качестве примеров для иллюстрации и обсуждения и не представляют собой никаких рекомендаций или одобрения.Предыдущие выпуски этой рубрики можно найти в архивах на сайтах TMB Publishing и SolarLogic LLC.

Bristol Stickney занимается проектированием, производством, ремонтом и установкой систем солнечного гидронного отопления более 30 лет. Он имеет степень бакалавра наук в области машиностроения и является лицензированным подрядчиком в области машиностроения в Нью-Мексико. Он является главным техническим директором SolarLogic LLC в Санта-Фе, Нью-Мексико, где он участвует в разработке систем управления солнечным отоплением и инструментов проектирования для профессионалов в области солнечного отопления.Посетите www.solarlogicllc.com для получения дополнительной информации.

Типы систем

Этот документ предназначен для ознакомления широкой публики Флориды с типичными методами нагрева воды для дома с помощью солнца. Обсуждаемые типы солнечных систем — это насосные (прямые и косвенные), термосифонные и накопительные со встроенным коллектором.

Описаны следующие солнечные водонагревательные системы:

Системы с прямым насосом
Система с дифференциальным контроллером
Система с фотоэлектрическим управлением
Система с косвенным насосом
Система обратного дренажа
Система встроенного коллектора-накопителя (ICS)
Термосифонная система
Для получения дополнительной информации

---

Система с дифференциальным регулятором

Система с прямым насосом, показанная на рисунке 1, имеет один или несколько коллекторов солнечной энергии, установленных на крыше и резервуар для хранения где-то внизу, обычно в гараже или хозяйстве номер. Насос перекачивает воду из бака в коллектор. и обратно. Это называется прямой (или разомкнутой) системой, потому что солнечное тепло передается непосредственно циркулирующей питьевой воде через коллекторный трубопровод и накопительный бак; нет антифриза или задействован теплообменник.

Эта система имеет дифференциальный контроллер. который определяет разницу температур воды, выходящей из солнечный коллектор и самая холодная вода в накопительном баке.Когда вода в коллекторе примерно на 15-20 ° F теплее чем вода в баке, насос включается контроллером. Когда разница температур падает примерно до 3-5 ° F, насос выключен.

Таким образом, вода всегда получает тепло от коллектор при работе насоса.

А защита от замерзания скрытого типа Клапан, установленный возле коллектора, обеспечивает защиту от замерзания.Когда температура приближается к нулю, клапан открывается, чтобы позволить поток теплой воды через коллектор.

Коллектор также должен позволяют сливать вручную, закрыв запорные клапаны (расположены над накопительным баком) и открыв сливные краны.

Автомат рециркуляция — еще одно средство защиты от замерзания. Когда вода в коллекторе достигает температуры близкой к замерзанию, контроллер включает насос на несколько минут, чтобы нагреть коллектор вода из бака.

Рис. 1. Типовая система с прямым насосом

Фотоэлектрические управляемая система

Система, показанная на рисунке 2, отличается от других с прямой перекачкой системы в том, что энергия для питания насоса обеспечивается фотоэлектрическая (PV) панель. Фотоэлектрическая панель преобразует солнечный свет в электричество, которое, в свою очередь, приводит в действие насос постоянного тока. Таким образом, вода проходит через коллектор только тогда, когда солнце светит.

Насос постоянного тока и фотоэлектрическая панель должны быть соответствующим образом согласованы для обеспечения надлежащей работы. Насос запускается, когда есть достаточно солнечного излучения для нагрева солнечного коллектора. Он отключается позже в тот же день, когда доступная солнечная энергия уменьшается. Как и в предыдущих системах, термоуправляемый клапан обеспечивает защиту от замерзания.

Таймеры для обычных бытовых приборов также может управлять работой солнечной системы. Эти таймеры должны включать резервный аккумулятор на случай сбоев питания.

Таймер установлен работать в течение дня, когда солнечное излучение доступны для нагрева питьевой воды. Во избежание потери энергия из резервуара в пасмурные дни, коллектор питает и обе возвратные линии подключены в нижней части резервуара для хранения со специальным клапаном. При нормальной эксплуатации естественное расслоение позволяет более теплой воде подниматься к верху резервуара.

Рис. 2. Прямая система с фотоэлектрическим насосом

Такая конструкция системы распространена в северных климат, где чаще бывают заморозки. Антифриз раствор циркулирует по коллектору, а теплообменник передает тепло от раствора антифриза воде в бак.При использовании токсичных теплоносителей используется теплообменник с двойными стенками. требуется. Обычно, если теплообменник установлен в резервуар для хранения, он должен находиться в нижней половине резервуара.

Система, показанная на Рисунке 3, является пример этого типа системы. Здесь перекачивается теплоноситель. через коллектор по замкнутому контуру. В шлейф входит коллектор, соединительный трубопровод, насос, расширительный бак и теплообменник. Змеевик теплообменника в нижней половине накопительного бака передает тепло от теплопередающего раствора к питьевой воде в резервуар для хранения солнечной энергии. Альтернативой этой конструкции является упаковка теплообменник вокруг бака. Это предохраняет его от контакта с Питьевая вода.

Мозг системы — это дифференциальный контроллер. В сочетании с датчиками температуры коллектора и резервуара контроллер определяет, когда насос должен быть активирован, чтобы направить теплоноситель через коллектор.

Жидкость, используемая в эта система представляет собой смесь дистиллированной воды и аналогичного антифриза к используемому в автомобилях. Этот тип жидкости замерзает только при чрезвычайно низкие температуры, поэтому система защищена от повреждений вызвано сильным холодом.

Рис. 3. Система с косвенной перекачкой, использующая раствор антифриза

Безотказный метод обеспечения того, чтобы коллекторы и коллектор контурный трубопровод никогда не замерзнет, ​​чтобы удалить всю воду из коллекторов и трубопровод, когда система не собирает тепло. Это основная особенность системы обратного слива, показанная на рисунке 4 (см. Стр. 3) . Защита от замерзания предоставляется, когда система находится в режиме слива. Вода в коллекторы и открытые стоки трубопроводов в изолированную обратную дренажную систему резервуар резервуара каждый раз, когда насос отключается. Небольшой наклон коллекторы необходимы для обеспечения полного дренажа. Смотровое стекло, прикрепленное к сливному резервуару, показывает когда резервуар-накопитель полон, а коллектор опорожнен.

В этой конкретной системе рекомендуется использовать дистиллированную воду для может использоваться в качестве раствора для переноса жидкости в коллекторном контуре. С помощью дистиллированная вода увеличивает характеристики теплопередачи и предотвращает возможное накопление минералов в транспортном растворе.

Когда снова светит солнышко, помпа включается дифференциалом контроллер. Вода перекачивается из резервуара в коллекторы, позволяя собирать тепло.Вода, хранящаяся в резервуаре бак циркулирует по замкнутому контуру через коллекторы и теплообменник. теплообменник в нижней части солнечного бака.

Теплообменник передачи тепло от жидкости контура коллектора к питьевой воде в солнечный бак.

Рис. 4. Система с косвенной перекачкой, использующая дистиллированную воду

В показанной солнечной системе со встроенным коллектором на рисунке 5 накопитель горячей воды система коллектор.Холодная вода постепенно течет через коллектор, где нагревается солнцем. Набирается горячая вода сверху, которая самая горячая, и течет запасная вода в дно. Эта система проста, потому что насосы и контроллеры не требуются. По запросу холодная вода из дома поступает в коллектор и горячая вода из коллектора течет в норму вспомогательный бак горячей воды в доме.

Замораживание промывочного типа предохранительный клапан устанавливается в верхнем водопроводе возле коллектора.Когда температура приближается к нулю, этот клапан открывается, позволяя относительно теплая вода течет через коллектор, чтобы предотвратить замерзание. В южная Флорида и некоторые районы центральной Флориды, термальный масса большого объема воды внутри коллектора ИУС обеспечивает средство защиты от замерзания.

Рисунок 5. Интегральная коллекторная система хранения

Типовая термосифонная система показана на рисунке. 6.Как солнце светит на коллектор, вода внутри коллекторные расходомеры нагреваются. Поскольку она нагревается, эта вода слегка расширяется и становится светлее холодной воды в резервуар для хранения солнечной энергии установлен над коллектором. Тогда гравитация вытягивает более тяжелую холодную воду из бака в коллектор вход. Холодная вода проталкивает нагретую воду через коллектор. выход и в верхнюю часть бака, таким образом нагревая воду в танк.

Термосифонная система не требует ни насоса, ни контроллера. Холодная вода из городского водопровода течет прямо в бак на крыше. Вода, нагретая солнечными батареями, течет из резервуара на крыше в вспомогательный бак, устанавливаемый на уровне земли, когда вода используется в резиденции.

Эта система имеет термоуправляемый клапан, предохраняющий коллектор от замерзания. Он также включает запорные клапаны, которые позволяют вручную опорожнять солнечную систему в случае замерзания или полностью исключить.

Рисунок 6. Термосифонная система

ФСЭК имеет и другие публикации по солнечному нагреву воды в домах и плавательных бассейнах. В сопутствующем документе под названием Solar Hot Water Q&A, (FSEC-EN-5) будут рассмотрены вопросы экономики, установки и определения размеров.

Урок 2: Основы солнечного горячего водоснабжения

Обзор

В этом уроке вы узнаете об использовании солнца для обеспечения тепла.В этой части курса мы уделим особое внимание нагреву горячей воды для дома.

В солнечной водонагревательной системе сбор тепла является основной целью наряду с отводом тепла от собирающей поверхности, передачей его в накопитель и, в конечном итоге, использованием его для нагрева горячей воды для бытового потребления.

Мелководье озера обычно теплее, чем глубокое. Это потому, что солнечный свет может нагреть дно озера на мелководье, которое, в свою очередь, нагревает воду.Это природный способ солнечного нагрева воды. Солнце можно использовать практически так же, как для нагрева воды в зданиях и бассейнах.

Большинство солнечных водонагревательных систем для зданий состоит из двух основных частей: солнечного коллектора и накопительного бака . Самый распространенный коллектор называется коллектор с плоской пластиной . Установленный на крыше, он представляет собой тонкий плоский прямоугольный ящик с прозрачной крышкой, обращенной к солнцу. Маленькие трубки проходят через коробку и несут жидкость — воду или другую жидкость, такую ​​как раствор антифриза, — для нагрева.Трубки прикреплены к пластине абсорбера , которая окрашена в черный цвет для поглощения тепла. По мере того, как в коллекторе накапливается тепло, он нагревает жидкость, проходящую по трубкам. Ниже описаны различные типы солнечных коллекторов.

В накопительном баке находится горячая жидкость. Это может быть просто модифицированный водонагреватель, но обычно он больше по размеру и очень хорошо изолирован. Системы, в которых используются жидкости, отличные от воды (обычно смесь пропиленгликоля), нагревают воду, пропуская ее через теплообменник, который передает тепло от смеси гликоля к нагреваемой воде.

Солнечные водонагревательные системы могут быть активными или пассивными . Наиболее распространены активные системы, в которых для перемещения жидкости между коллектором и резервуаром для хранения используются насосы. Пассивные системы, с другой стороны, полагаются на силу тяжести и склонность воды к естественной циркуляции при нагревании.

Этот дом в Неваде имеет встроенную систему хранения коллектора (ICS) для обеспечения горячей водой.

Солнечные коллекторы — ключевой компонент активных систем солнечного отопления.Солнечные коллекторы собирают солнечную энергию, преобразуют ее излучение в тепло, а затем передают это тепло воде, солнечной жидкости или воздуху. Солнечная тепловая энергия может использоваться в солнечных водонагревательных системах, солнечных нагревателях бассейнов и солнечных системах отопления помещений. Есть несколько видов солнечных коллекторов:

Коллекторы плоские Коллекторы вакуумные Интегральные коллекторно-накопительные системы

В жилых и коммерческих зданиях, где требуется температура ниже 200F, обычно используются плоские коллекторы, тогда как в тех, где требуется температура выше 200F, используются вакуумные коллекторы.

В начало

Солнечные водонагревательные системы Типы

Активные солнечные водонагревательные системы

Активные солнечные водонагреватели используют электрические насосы, клапаны и контроллеры для циркуляции воды или других теплоносителей (обычно смеси пропиленгликоля) через коллекторы. Существуют три типа активных солнечных водонагревательных систем:

1. В системах с прямой циркуляцией (или открытых системах ) используются насосы для циркуляции воды через коллекторы.Эти системы подходят для мест, которые не замерзают в течение длительного времени и не имеют жесткой или кислой воды. Эти системы не одобрены Solar Rating & Certification Corporation (SRCC), если в них используется рециркуляционная защита от замерзания (циркуляция теплой воды в резервуаре в условиях замерзания), потому что для эффективной защиты требуется электроэнергия.

2. Системы с косвенной циркуляцией (или закрытые системы ) перекачивают теплоносители, такие как смесь гликоля и водяного антифриза, через коллекторы. Теплообменники передают тепло от жидкости питьевой воде, хранящейся в резервуарах. Некоторые непрямые системы имеют защиту от перегрева, которая защищает коллектор и гликолевую жидкость от перегрева при низкой нагрузке и высокой интенсивности поступающего солнечного излучения.

3. Дренажные системы , тип косвенной системы, используют насосы для циркуляции воды через коллекторы. Вода из коллекторного контура стекает в резервуар-накопитель при остановке насосов.Это делает дренажные системы хорошим выбором для холодного климата. Дренажные системы должны быть тщательно установлены, чтобы гарантировать, что трубопровод всегда наклонен вниз, чтобы вода полностью стекала из трубопровода. В некоторых обстоятельствах этого может быть сложно.

Солнечные водонагревательные системы с отводом воды — хороший выбор для холодного климата, такого как Пенсильвания. Иллюстрация: Солнечный центр Северной Каролины.

Пассивные солнечные водонагревательные системы

Пассивные солнечные водонагревательные системы обычно дешевле, чем активные системы, но обычно не так эффективны.Пассивные солнечные водонагреватели полагаются на силу тяжести и склонность воды к естественной циркуляции при нагревании. Поскольку они не содержат электрических компонентов, пассивные системы, как правило, более надежны, проще в обслуживании и, возможно, имеют более длительный срок службы, чем активные системы.

1. Системы хранения со встроенным коллектором состоят из одного или нескольких резервуаров, помещенных в изолированную коробку с застекленной стороной, обращенной к солнцу. Зимой их необходимо осушить или защитить от замерзания.Эти солнечные коллекторы лучше всего подходят для областей, где температура редко опускается ниже нуля. Они также хороши в домохозяйствах со значительными дневными и вечерними потребностями в горячей воде; но они плохо работают в семьях с преимущественно утренними розыгрышами, потому что они теряют большую часть собранной энергии за ночь.

2. Термосифонные системы — это экономичный и надежный выбор, особенно в новых домах. Эти системы основаны на естественной конвекции теплой воды, поднимающейся вверх, для циркуляции воды через коллекторы и в бак (расположенный над коллектором).Когда вода в солнечном коллекторе нагревается, она становится светлее и естественным образом поднимается в резервуар, расположенный выше. Тем временем более холодная вода стекает по трубам к дну коллектора, улучшая циркуляцию. Некоторые производители размещают накопительный бак на чердаке дома, скрывая его от глаз. Непрямые термосифоны (которые используют гликолевую жидкость в коллекторном контуре) могут быть установлены в климатических условиях, склонных к замерзанию, если трубопровод в некондиционном пространстве должным образом защищен.

Солнечные водонагревательные системы почти всегда нуждаются в резервной системе в пасмурные дни и в периоды повышенного спроса.Обычные накопительные водонагреватели обычно обеспечивают резервное копирование и могут уже быть частью солнечной системы. Резервная система также может быть частью солнечного коллектора, например, резервуары на крыше с термосифонными системами. Поскольку накопительная система со встроенным коллектором уже накапливает горячую воду в дополнение к солнечному теплу, она может быть укомплектована водонагревателем по запросу (без резервуара или проточным) для резервного копирования

В начало

Компоненты солнечной водонагревательной системы

Компоненты: Коллекторы

1.Коллекторы плоские Плоские коллекторы — наиболее распространенные солнечные коллекторы для солнечных водонагревательных систем в домах и солнечного отопления помещений. Типичный коллектор с плоской пластиной представляет собой изолированный металлический ящик со стеклянной или пластиковой крышкой (так называемое остекление) и поглотительной пластиной темного цвета. Эти коллекторы нагревают жидкость или воздух до температуры менее 180 ° F. (см. Рисунок 1) Жидкие плоские коллекторы нагревают жидкость, когда она течет по трубкам внутри или рядом с пластиной абсорбера.В самых простых жидкостных системах используется бытовая питьевая вода, которая нагревается, проходя непосредственно через коллектор, а затем течет в дом. Солнечное отопление бассейна также использует технологию жидкостных плоских коллекторов.

Рис 1

Неглазурованные солнечные коллекторы обычно используются для обогрева бассейнов.

Плоские воздушные коллекторы используются в основном для солнечного отопления помещений.Пластины абсорбера в коллекторах воздуха могут быть металлическими листами, слоями экрана или неметаллическими материалами. Воздух проходит мимо абсорбера с помощью естественной конвекции или вентилятора. Поскольку воздух проводит тепло гораздо хуже, чем жидкость, от абсорбера коллектора воздуха передается меньше тепла, чем от абсорбера коллектора жидкости. Для отопления помещений используются воздушные плоские коллекторы.

2.Коллекторы вакуумные

Рис. 2 | Коллекторы с вакуумными трубами эффективны при высоких температурах.

Коллекторы с вакуумной трубой могут достигать чрезвычайно высоких температур (от 170F до 350F), что делает их более подходящими для коммерческого и промышленного применения. Однако коллекторы с вакуумированными трубками дороже, чем коллекторы с плоскими пластинами, при этом стоимость единицы площади примерно в два раза выше, чем у коллекторов с плоскими пластинами.(см. рисунок 2)

Коллекторы обычно состоят из параллельных рядов прозрачных стеклянных трубок. Каждая трубка содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Ребро покрыто покрытием, которое хорошо поглощает солнечную энергию, но препятствует радиационным потерям тепла. Воздух удаляется или откачивается из пространства между стеклянными и металлическими трубками для создания вакуума, который устраняет кондуктивные и конвективные потери тепла.

Новая конструкция с вакуумными трубками доступна от китайских производителей, Beijing Sunda Solar Energy Technology Co.Ltd. Конструкция «Дьюар» представляет собой вакуум, содержащийся между двумя концентрическими стеклянными трубками, с избирательным покрытием абсорбера на внутренней трубке. Обычно воде позволяют термосифонировать вниз и обратно во внутреннюю полость, чтобы передать тепло резервуару для хранения. Металлических уплотнений нет. Этот тип вакуумной трубки может стать конкурентоспособным по стоимости по сравнению с плоскими пластинами.

3. Интегральные коллекторно-накопительные системы

Интегральные коллекторно-накопительные системы (ICS), также известные как системы периодического действия, состоят из одного или нескольких пустых резервуаров или трубок в изолированном остекленном ящике. Холодная вода сначала проходит через солнечный коллектор, который предварительно нагревает воду, а затем попадает в обычный резервный водонагреватель.

Системы

ICS — это простые и надежные солнечные водонагреватели. Однако их следует устанавливать только в климатических условиях с умеренными морозами, поскольку сам коллектор или наружные трубы могут замерзнуть в очень холодную погоду. Некоторые недавние исследования показывают, что проблему замерзания труб в некоторых случаях можно решить, используя устойчивые к замерзанию трубопроводы в сочетании с методом защиты от замерзания.

Компоненты: Теплообменник
Солнечные водонагревательные системы используют теплообменники для передачи солнечной энергии, поглощенной в солнечных коллекторах, жидкости или воздуху, используемым для нагрева воды или помещения.

Теплообменники могут быть из стали, меди, бронзы, нержавеющей стали, алюминия или чугуна. В системах солнечного отопления обычно используется медь, поскольку она является хорошим проводником тепла и имеет большую устойчивость к коррозии.

Солнечные водонагревательные системы используют два типа теплообменников:

1.Теплообменники жидкость-жидкость

Теплообменники жидкость-жидкость используют теплоноситель, который циркулирует через солнечный коллектор, поглощает тепло, а затем протекает через теплообменник для передачи тепла воде в резервуар для хранения. Жидкие теплоносители, такие как антифриз, защищают солнечный коллектор от замерзания в холодную погоду. Жидкостные теплообменники имеют один или два барьера (одностенные или двустенные) между теплоносителем и водопроводом.

Одностенный теплообменник представляет собой трубу или трубку, окруженную жидкостью. Либо жидкость, проходящая через трубку, либо жидкость, окружающая трубки, может быть жидкостью-теплоносителем, тогда как другая жидкость является питьевой водой. Двухстенные теплообменники имеют две стенки между двумя жидкостями. Если теплоноситель токсичен, например, этиленгликоль, часто используют две стенки. Двойные стенки часто требуются в качестве меры безопасности в случае утечек, чтобы гарантировать, что антифриз не смешается с питьевой водой.Примером двухстенного теплообменника жидкость-жидкость является «кольцевой теплообменник», в котором трубка обернута вокруг бака с горячей водой и прикреплена к внешней стороне. Трубка должна быть должным образом изолирована, чтобы уменьшить тепловые потери. Некоторые местные нормы и правила требуют наличия двустенных теплообменников в солнечных водонагревательных системах.

Хотя двустенные теплообменники повышают безопасность, они менее эффективны, поскольку тепло должно передаваться через две поверхности, а не через одну. Для передачи такого же количества тепла теплообменник с двойными стенками должен быть больше, чем теплообменник с одинарными стенками.

2. Воздухо-жидкостные теплообменники

Солнечные системы отопления с воздухонагревательными коллекторами обычно не нуждаются в теплообменнике между солнечным коллектором и системой распределения воздуха. Некоторые солнечные системы воздушного отопления предназначены для нагрева воды, если удовлетворяются требования к отоплению помещения. В этих системах используются теплообменники типа «воздух-жидкость», которые аналогичны теплообменникам «жидкость-воздух».

Конструкции теплообменников
Существует множество конструкций теплообменников.Вот несколько распространенных:

1. Змеевик в баке

Теплообменник представляет собой змеевик в резервуаре для хранения. Это может быть одинарная трубка (одностенный теплообменник) или толщина двух трубок (двустенный теплообменник). Менее эффективной альтернативой является размещение змеевика снаружи резервуара-коллектора с изоляционным покрытием.

2. Кожухотрубный теплообменник Теплообменник отделен (снаружи) от накопительного бака.Он имеет две отдельные контуры жидкости внутри корпуса или корпуса. Жидкости текут в противоположных направлениях друг к другу через теплообменник, обеспечивая максимальную теплопередачу. В одном контуре нагреваемая жидкость (например, питьевая вода) циркулирует по внутренним трубкам. Во втором контуре теплоноситель протекает между кожухом и трубками с водой. Трубки и кожух должны быть из одного материала. Когда коллектор или жидкий теплоноситель токсичны, используются трубы с двойными стенками, а нетоксичная промежуточная переносящая жидкость помещается между внешней и внутренней стенками труб.

3. Трубчатый теплообменник

В этой очень эффективной конструкции трубы для воды и теплоносителя находятся в прямом тепловом контакте друг с другом. Вода и теплоноситель движутся в противоположных направлениях. Этот тип теплообменника имеет две петли, аналогичные описанным в кожухотрубном теплообменнике.

В начало

Калибровка

Для обеспечения эффективности теплообменник должен иметь правильный размер.При выборе правильного размера необходимо учитывать множество факторов, в том числе следующие:

• Тип теплообменника
• Характеристики жидкого теплоносителя (удельная теплоемкость, вязкость и плотность)
• Расход
• Температура на входе и выходе для каждой жидкости.

Обычно производители предоставляют показатели теплопередачи для своих теплообменников (в британских тепловых единицах в час) для различных температур жидкости и расхода. Кроме того, размер поверхности теплообменника влияет на его скорость и эффективность: большая площадь поверхности передает тепло быстрее и эффективнее.

Установка

Для достижения наилучших характеристик всегда соблюдайте рекомендации производителя по установке теплообменника. Обязательно выберите жидкий теплоноситель, совместимый с типом теплообменника, который вы будете использовать. Если вы хотите построить свой собственный теплообменник, имейте в виду, что использование различных металлов в конструкции теплообменника может вызвать коррозию. Кроме того, поскольку разнородные металлы имеют разные характеристики теплового расширения и сжатия, могут возникнуть утечки или трещины.Любое из этих условий может сократить срок службы теплообменника.

Компоненты: теплоносители

Теплоносители переносят тепло через солнечные коллекторы и теплообменник в резервуары для хранения тепла в солнечных водонагревательных системах. При выборе теплоносителя следует учитывать следующие критерии:

• Коэффициент расширения: относительное изменение длины (или иногда объема, если указано) материала при единичном изменении температуры
• Сопротивление вязкости жидкости сдвиговым силам (и, следовательно, течению)
• Теплоемкость Способность вещества накапливать тепло
• Точка замерзания температура, ниже которой жидкость превращается в твердое вещество
• Точка кипения температура, при которой жидкость закипает
• Температура вспышки самая низкая температура, при которой пар над жидкостью может воспламениться на воздухе.

Например, в холодном климате для солнечных водонагревательных систем требуются жидкости с низкой температурой замерзания. Жидкости, подвергающиеся воздействию высоких температур, например, в пустынном климате, должны иметь высокую температуру кипения. Вязкость и теплоемкость определяют количество необходимой энергии откачки. Жидкость с низкой вязкостью и высокой удельной теплоемкостью перекачивать легче, поскольку она менее устойчива к течению и передает больше тепла. Другими свойствами, которые помогают определить эффективность жидкости, являются ее коррозионная активность и стабильность

Типы жидкостей-теплоносителей
Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых жидкостей-теплоносителей и их свойства:

Воздух
Воздух не замерзает и не закипает, не вызывает коррозии.Однако он имеет очень низкую теплоемкость и имеет тенденцию вытекать из коллекторов, каналов и заслонок.

Вода
Вода нетоксична и недорогая. Благодаря высокой удельной теплоемкости и очень низкой вязкости его легко перекачивать. К сожалению, вода имеет относительно низкую температуру кипения и высокую температуру замерзания. Он также может вызывать коррозию, если pH (уровень кислотности / щелочности) не поддерживается на нейтральном уровне. Вода с высоким содержанием минералов (например, «жесткая» вода) может вызвать образование минеральных отложений в трубах коллектора и водопроводах системы.

Смеси гликоль / вода
Наиболее распространенной жидкостью, используемой в закрытых солнечных водонагревательных системах, является пропиленгликоль. Смеси гликоль / вода имеют соотношение гликоль-вода 50/50 или 60/40. Этилен и пропиленгликоль — «антифризы». Этиленгликоль чрезвычайно токсичен и должен использоваться только в двустенных замкнутых системах. Вы можете использовать смеси пропиленгликоля / воды пищевого качества в одностенных теплообменниках, если смесь сертифицирована как нетоксичная.Убедитесь, что в него не добавлены токсичные красители или ингибиторы. Большинство гликолей портятся при очень высоких температурах. Значение pH, точку замерзания и концентрацию ингибиторов следует проверять ежегодно, чтобы определить, нуждается ли смесь в каких-либо корректировках или заменах для поддержания ее стабильности и эффективности.

Хладагенты / жидкости с фазовым переходом
Они обычно используются в качестве теплоносителя в холодильниках, кондиционерах и тепловых насосах. Обычно они имеют низкую температуру кипения и высокую теплоемкость.Это позволяет небольшому количеству хладагента очень эффективно передавать большое количество тепла. Хладагенты быстро реагируют на солнечное тепло, что делает их более эффективными в пасмурные дни, чем другие перекачивающие жидкости. Поглощение тепла происходит, когда хладагент закипает (переходит из жидкой фазы в газообразную) в солнечном коллекторе. Выделение собранной теплоты происходит, когда газообразный хладагент снова конденсируется в жидкость в теплообменнике или конденсаторе. В солнечных коллекторах с вакуумными трубками и тепловыми трубками используется этот вид жидкости.

В течение многих лет хладагенты на основе хлорфторуглеродов (CFC), такие как фреон, были основными жидкостями, используемыми производителями холодильников, кондиционеров и тепловых насосов, поскольку они негорючие, малотоксичные, стабильные, некоррозионные и не замерзают. Однако из-за негативного воздействия ХФУ на озоновый слой Земли производство ХФУ постепенно прекращается, как и производство гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ). Те немногие компании, которые производили солнечные системы с хладагентом, либо полностью прекратили производство этих систем, либо в настоящее время ищут альтернативные хладагенты.Некоторые компании исследовали метиловый спирт в качестве замены хладагентов.

Если солнечная система заправлена ​​хладагентом и нуждается в обслуживании, следует связаться с местным специалистом по обслуживанию солнечных батарей или холодильного оборудования. С 1 июля 1992 года преднамеренный выброс ХФУ и ГХФУ во время обслуживания и ремонта или утилизации оборудования, содержащего эти соединения, является незаконным и карается высокими штрафами. Несмотря на то, что производство CFC было прекращено в США в 1996 г., лицензированный техник по холодильному оборудованию все еще может обслуживать вашу систему.

В начало

Компоненты: Циркуляционные насосы

Центробежные циркуляционные насосы чаще всего используются в солнечных водонагревательных системах. Центробежные насосы обычно имеют низкое энергопотребление, низкие эксплуатационные расходы и высокую надежность. Корпуса обычно изготавливаются из чугуна, бронзы или нержавеющей стали. Для более дешевых замкнутых систем подходят циркуляционные насосы из чугуна. Для разомкнутых систем, циркулирующих пополняющий запас воды, необходим циркуляционный насос из бронзы.Насосы из нержавеющей стали используются в плавательных бассейнах и других областях, где присутствуют химические вещества.

Как только определено, что насос должен работать в замкнутом контуре, разомкнутом контуре или другой конкретной среде, для выбора подходящего насоса используются требования к напору и расходу солнечной системы. Напор — это давление, которое насос должен создать, чтобы создать желаемый поток через систему. Общее давление, которое должен создать насос, определяется высотой подъема воды и сопротивлением трения трубы.

Статический напор — это давление, возникающее в результате вертикальной высоты и соответствующего веса столба жидкости в системе. Чем выше насос должен поднимать жидкость против силы тяжести, тем выше статический напор, который он должен развивать. Динамический напор включает сопротивление трению жидкости, протекающей по трубе и фитингам в системе. Давление, которое насос должен развивать для преодоления динамического напора, зависит от размера и длины трубы, количества фитингов и изгибов, а также скорости потока и вязкости жидкости.

Циркуляционные насосы обычно делятся на категории с низким, средним или высоким напором. Приложения с низким напором имеют напор от 3 до 10 футов (0,9–3 м); аппликации со средним напором, от 10 до 20 футов (3-6 м) напора; и аппликации с высоким напором, более 20 футов напора.

Компоненты: датчики и органы управления

Дифференциальный контроллер сообщает насосу, когда включать и выключать. Контроллер через датчики, подключенные к коллектору и накопительному резервуару, определяет, достаточно ли теплее выход коллектора, чем дно резервуара, чтобы включить циркуляционный насос.

Датчики расположены на выходе из коллектора и в нижней части солнечного резервуара. Эти датчики представляют собой термисторы, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры. Дифференциальный контроль сравнивает сопротивления двух датчиков. Он включает насос, когда коллекторы теплее (обычно 20F), чем дно солнечного резервуара для сбора полезного тепла. Контроллер обычно отключает насос, когда разница температур составляет от 3 до 50F.

Компоненты: Накопительный бак

Солнечная система нагрева воды обычно устанавливается между холодной водой, поступающей в дом, и обычным водонагревателем и используется для предварительного нагрева воды, поступающей в обычный водонагреватель. Накопительный бак необходим для хранения воды, нагретой солнечной системой нагрева воды. Добавление еще одного накопительного бака для хранения воды, нагретой солнечными батареями, не только более эффективно, чем обычный водонагреватель, но и солнечный водонагреватель действует как средство, предохраняющее солнечные панели от перегрева. На этом рисунке слева показан накопительный бак емкостью 80 галлонов, а справа — обычный водонагреватель, работающий на природном газе, с дополнительным изоляционным покрытием.

В летние месяцы, которые могут быть удовлетворены только солнечной горячей водой, вы можете установить «узел байпасного клапана» между солнечным накопительным баком и резервным водонагревателем. Байпас солнечной системы состоит из трех клапанов (или двух трехходовых клапанов), которые позволяют напрямую снабжать дом водой, нагретой солнечными батареями.Клапан темперирования должен быть добавлен, когда вода, нагретая солнечными батареями, более горячая, чем обычно производится в обычном баке с термостатическим управлением. Клапан темперирования устанавливается на трубопроводе горячей воды, питающей дом. Желаемую максимальную температуру воды, подаваемой в кран, можно отрегулировать. Горячая вода поступает с одной стороны, холодная вода при необходимости поступает снизу, а смешанная вода выходит в дома по водопроводу. Компоненты: обратный клапан

Обратный клапан позволяет жидкости течь только в одном направлении.Он предотвращает потерю тепла ночью за счет конвективного потока из теплого накопительного бака в холодные коллекторы. Обратные клапаны бывают «поворотного» или «пружинного» типа. Обратные клапаны поворотного типа должны быть установлены надлежащим образом (то есть не перевернутыми вертикально, чтобы они могли быть открытыми). Обратный клапан поворотного типа следует использовать с насосом, питаемым непосредственно от фотоэлектрического модуля. В условиях слабого солнечного света происходит более низкая скорость потока, которая может быть недостаточно сильной для преодоления пружинного обратного клапана. Для систем, использующих циркуляционные насосы переменного тока, следует установить пружинные обратные клапаны.Пружина сопротивляется потоку термосифона в любом направлении.

Компоненты: Расширительный бак

Расширительный бак позволяет жидкости в замкнутой системе расширяться и сжиматься в зависимости от температуры жидкости. Без расширительного бачка водопровод легко лопнул бы при нагревании жидкости. Расширительные баки мембранного типа имеют внутреннюю камеру и камеру сжатого воздуха. Нагретая жидкость расширяется в замкнутом контуре относительно баллона и камеры сжатого воздуха.Поскольку жидкость сжимается при охлаждении, воздушная камера поддерживает давление в замкнутом контуре. Размер расширительного бака должен выдерживать расширение в зависимости от объема, коэффициента расширения и диапазона температурных колебаний. Размер и количество коллекторов, а также размер и длина трубопроводов и фитингов определяют объем жидкости. Расширительные баки мембранного типа можно найти в большинстве домов водоснабжения.

Компоненты: Клапан сброса давления

Каждая система водяного отопления должна иметь защиту от высокого давления из-за высоких температур.Клапан сброса давления на 50 фунтов на квадратный дюйм обычно достаточен для защиты систем водопровода с замкнутым контуром от чрезмерного давления. Клапаны сброса температуры / давления обычно не используются в замкнутом контуре, поскольку часто встречаются высокие температуры. Чаще всего используются предохранительные клапаны только давления. Клапаны сброса давления должны иметь вентиляционную трубку, которая направляет вытекающую жидкость в ведро или слив в полу. Как только один из этих клапанов открывается, целесообразно заменить его, поскольку они часто не устанавливаются полностью, частицы накипи или грязи могут привести к медленной утечке.

Манометр

Компоненты: датчики давления и температуры

Манометр показывает, находится ли система с замкнутым контуром в допустимом диапазоне давления. Типичное давление в системе составляет от 10 до 15 фунтов на квадратный дюйм. Манометр используется в качестве диагностического прибора для контроля состояния заряда гликоля. Падение давления указывает на утечку в системе, которую необходимо найти и устранить.

Датчик температуры

Два датчика температуры , в замкнутом контуре и один в водяном контуре, не являются обязательными, но являются ценными индикаторами функционирования системы. По одному датчику на каждой стороне теплообменника в коллекторном контуре показывает повышение температуры в коллекторах и изменение температуры в теплообменнике. Разница температур от 15 до 20F указывает на эффективную работу системы.Один датчик температуры в водяном контуре между выходом из теплообменника и входом в накопительный бак будет отображать текущую температуру воды, нагретой солнечными батареями, поступающей в накопительный бак. Датчики температуры должны иметь диапазон от 0 до 240 или 300F. В жаркий летний день температура воды в солнечном контуре может составлять около 200F, хотя обычно 180F — это максимальная температура.

Урок 2, вопросы

1. Кратко опишите два основных типа активных солнечных водонагревательных систем.
2. В пассивных солнечных водонагревательных системах, что движет циркуляцией жидкости от коллектора (коллекторов) к накопительному резервуару?
3. Какой наиболее распространенный тип солнечного коллектора?
4. Когда требуется двустенный теплообменник в солнечной системе водяного отопления?
5. Почему хладагенты-теплоносители, такие как хлорфторуглерод, постепенно исключаются из систем солнечного отопления?
6. Какой тип насоса обычно используется в типичной жилищной системе солнечного водонагревания с обратной связью?
7. В чем разница между статической головкой и динамической головкой?
8. Где следует размещать датчики контроллеров в солнечной водонагревательной системе?
9. Зачем устанавливать обратный клапан в солнечной системе водяного отопления? Где должен быть установлен пружинный обратный клапан?
10. Какова основная функция расширительного бачка в системе с обратной связью?
11. Где должны быть установлены датчики температуры, чтобы показать, как система работает в разомкнутой и замкнутой системе солнечного водонагревания?

В начало

ответов

Типы солнечных систем горячего водоснабжения

В системах с замкнутым и открытым контуром могут использоваться плоские пластинчатые коллекторы или вакуумные трубчатые коллекторы. дистиллированная вода в качестве теплоносителя (HTF) в коллекторном контуре.Насос перекачивает воду по коллекторам. Вода самотеком стекает в накопительный бак и теплообменник; нет клапанов, которые могут выйти из строя, и система полностью не находится под давлением. Когда насосы выключены, коллекторы пусты, что обеспечивает защиту от замерзания, а также позволяет системе отключаться, если вода в накопительном баке становится слишком горячей.

Поскольку вода используется в качестве теплоносителя, ее никогда не нужно менять, как системы антифриза под давлением. Большинство правил по сантехнике не требуют использования теплообменников с двойными стенками для систем слива с дистиллированной водой.

Преимущества этой системы

В системе нет обратных клапанов, вентиляционных отверстий, манометров и расширительных баков.

Невозможно перевернуть термосифон ночью.

Дренажные системы могут перегревать системы антифриза до 8%.

Необходимо использовать трубы большего размера (медная труба 3/4 ″) и изоляция.

Компоненты дренажной системы стоят примерно на 15-20% дороже, чем активная открытая система прямого солнечного нагрева воды для отопления жилых помещений.

Активная солнечная водонагревательная система с открытым контуром

Это самая простая и, как правило, наименее дорогая в установке активная система. Здесь нет теплообменника, что позволяет эффективно передавать тепло непосредственно воде. Система работает при стандартном линейном давлении.

Дифференциальный контроллер сравнивает температуру датчика, расположенного на солнечном коллекторе, с температурой датчика, расположенного на дне резервуара для горячей воды (там, где у вас более холодная вода).Когда солнечный коллектор теплее воды на дне резервуара на 4 или 5 градусов, дифференциальное управление активирует небольшой циркуляционный насос, который забирает холодную воду из нижней части резервуара для хранения горячей воды и направляет ее через солнечную батарею. коллекционер. Вода, нагретая солнечными батареями, возвращается в верхнюю часть бака.

В другой версии этой системы используется небольшая фотоэлектрическая панель (солнечное электричество) для работы циркуляционного насоса постоянного тока (DC).

Системы прямого открытого цикла подходят для мягкого и умеренного климата, где замерзание минимально.

Как работает защита от замерзания:

Дифференциальный контроллер использует циркуляционный насос для циркуляции теплой воды из накопительного бака через коллекторы и трубопроводы в редкие вечера, когда температура приближается к нулю.

Существует дополнительный резервный клапан замораживания, расположенный на коллекторе, который активируется путем подачи воды из коллектора на крышу, когда температура приближается к нулю.

Преимущества этой системы

-Система прямого действия обеспечивает наивысшие эксплуатационные характеристики, поскольку отсутствуют потери тепла в ночное время из-за горячей воды, хранящейся на крыше, как в пассивной системе, а также потери эффективности из-за теплообмена процесс как в замкнутой системе.

-Питьевая вода из резервуара для горячей воды циркулирует непосредственно через коллектор.

В результате вода нагревается от 140 до 160 градусов, в результате, открывая кран, вы смешиваете (добавляете) больше холодной воды с меньшим количеством горячей воды, поддерживая больше свободной воды, нагретой солнечными батареями, ожидающей использования. Также имеется клапан от ожогов, который предотвращает поражение или травму, если только включить горячую воду.

Пассивные солнечные водонагревательные системы

Пассивные системы можно разделить на два типа: термосифонные и накопительные со встроенными коллекторами (ICS).

Пассивные солнечные системы водяного отопления популярны благодаря присущей им простоте и надежности, отсутствию насосов, контроллеров или проводки.

Накопительный бак расположен на крыше, и холодная вода из города или колодца течет прямо в коллектор на крыше, где она нагревается, а затем течет в обычный водонагреватель объемом 40 или 60 галлонов, расположенный на уровне земли. , и у вас есть запас горячей воды в баке на ночь. Если у вас есть большие утренние заправки горячей воды (например, душ или ванна), большая часть собранной тепловой энергии, возвращающейся в ваш резервуар, теряется за ночь, что позволяет сэкономить 50-60% ваших долгосрочных затрат на энергию для горячей воды по сравнению с Экономия 85% с помощью активной солнечной водонагревательной системы с открытым контуром.

В случае термосифонной системы изолированный резервуар на крыше, расположенный над коллектором, снизит потери накопленного тепла в ночное время, но это не эстетично. Эти виды более популярны на островах.

Активная солнечная система водяного отопления с замкнутым контуром

Насосы обеспечивают циркуляцию нетоксичного теплоносителя (HTF) через коллекторы и теплообменник.Они популярны в климате, склонном к постоянным отрицательным температурам.

Эти системы перекачивают теплоносители (обычно гликоль, одобренный FDA) через коллекторы. Теплообменники передают тепло от жидкости к бытовой воде, хранящейся в резервуарах. Гликолевые системы с замкнутым контуром обеспечивают хорошую защиту от замерзания. Однако гликоль необходимо проверять каждый год и менять каждые 3–10 лет, в зависимости от качества гликоля и температуры системы. Как правило, они более сложны, чем система с открытым прямым контуром, потому что требуется либо резервуар с теплообменником, либо внешний теплообменник.Поскольку требуется теплообменник, коллекторный контур будет работать при несколько более высоких температурах, чем система с открытым контуром. Петля коллектора должна находиться под давлением (8-12 фунтов на кв. Дюйм).

Антифриз может нуждаться в дозаправке от 3 до 5 лет.

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками

Они имеют параллельные ряды прозрачных стеклянных трубок. Каждая трубка содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Покрытие ребра поглощает солнечную энергию, но препятствует потерям лучистого тепла. Эти сборщики чаще используются в коммерческих приложениях.

Лучше ли использовать вакуумные трубы для солнечного нагрева воды?

Мы не рекомендуем монтируемые на крыше системы солнечных коллекторов с вакуумными трубами для ветровых зон, таких как Флорида. Хотя эти системы могут быть более эффективными, чем плоские солнечные коллекторы, только в пасмурную погоду система вакуумных трубчатых коллекторов напоминает группу люминесцентных лампочек на вашей крыше.Естественно, что баллон с откачанной трубкой будет иметь минимальное сопротивление ветру, что хорошо. Но он будет иметь очень низкую ударопрочность при ударе летящим предметом. Современные плоские коллекторы имеют накладки из закаленного стекла, которые могут выдерживать прямые удары таких ветряных предметов, как кусок древесины.

Вакуумные трубчатые коллекторы более популярны в Европе, где они могут быть более эффективными в частых пасмурных погодных условиях с более низкими средними температурами воздуха, чем во Флориде.

Система нагрева воды без резервуара

Экономит ли водонагреватель без резервуара больше денег, чем солнечный водонагреватель?

Экономия 20% на безрезервуарном водонагревателе по сравнению с экономией до 85% на солнечном нагреве воды — вот реальность, стоящая за вашей экономией на счетах за электроэнергию, однако фактор удобства мгновенного горячего водоснабжения является преобладающим преимуществом безрезервуарной системы водяного отопления.Вот почему: вода, которую вы используете, все равно должна быть нагрета: количество энергии, необходимое для нагрева галлона воды до определенной температуры, не меняется только потому, что он нагревается с большей скоростью.

Безбаковый водонагреватель исключает затраты энергии только на поддержание температуры воды, которая уже была нагрета и находится в накопительном баке, ожидая использования. Потери в режиме ожидания (примерно 5 минут в час)

Таким образом, безбаковый водонагреватель экономит от 15 до 20% затрат на нагрев воды по сравнению с солнечной батареей при 85% экономии по сравнению с обычным электрическим или газовым водонагревателем с резервуаром.

No related posts.