4.3. Сонячні установки для обігріву води для побутових потреб

Опалення побутової води на сьогоднішній день є областю, де встановлено більшість сонячних установок.

4.3.1 Системи рециркуляції на основі різниці щільності

Оскільки гаряча вода має менший питомий вага, ніж холодна вода, при нагріванні вона піднімається в колекторі та трубопроводі, доходячи до бака (який встановлений вище), тоді як з іншого боку тече холодніша вода з бака до колектора . Циркуляція відбувається, коли вода в колекторі тепліша, ніж вода в резервуарі, і тим сильніша, оскільки кількість випромінювання вище, і, отже, різниця температур між колектором і резервуаром збільшується. Цей принцип називається рециркуляцією на основі різниці щільності або випромінювача.

Переваги: рециркуляція відбувається майже в ідеалі автоматично, сонячний контур працює без насоса, без додаткового джерела тепла та без регуляторів. З цієї причини цей принцип застосовується скрізь, де бажано встановити невеликі, прості установки або де немає мережі електропостачання. На відміну від "сонячної системи стандартного типу", насос та система управління більше не потрібні, що спричиняє значне зниження ціни на систему.

Більше того, радіаторні системи можуть працювати відносно безперебійно із відкритим сонячним контуром (якщо рециркуляція здійснюється за допомогою насоса, це вимагає певної нижньої межі тиску). Таким чином, установка ще більше спрощується, оскільки вона більше не повинна бути стійкою до тиску, і такі пристрої, як манометр, клапан зниження тиску або вентиляційний клапан, більше не потрібні.

Недоліки: недоліками є граничні гідравлічні умови: швидкість потоку, відповідно витрата, не регулюється, а рушійна сила відносно низька. Таким чином, є відносно низькі витрати, які підвищують температури в колекторі та знижують його ефективність. Однак цього можна уникнути, як і у системах з низьким рівнем потоку, застосувавши відповідну техніку, особливо за допомогою якісного теплообмінника сонячного контуру. Однак гідравлічний опір струму повинен бути низьким, оскільки в іншому випадку потік радіатора може зупинитися. Зазвичай для цього підходять теплообмінники з корпусом.

Крім того, розміри та доцільність таких систем обмежені граничними умовами. У будь-якому випадку резервуар повинен бути встановлений над колекторами для того, щоб потужність передавалася в бак; необхідно уникати встановлення довгих горизонтальних трубок, оскільки таким чином рециркуляція не відбуватиметься належним чином. Гідравлічний опір проти струму в трубах повинен бути дуже малим, а це означає, що перетин труб повинен бути великим, а довжина труб між колектором і резервуаром повинна бути дуже малою. Щоб уникнути небажаної рециркуляції теплового агента між колектором і резервуаром вночі, коли резервуар значно тепліший за колектор, рекомендується встановити легко маневрений запірний клапан.

Окрім обмеженого простору та обмежень, встановлених установкою (встановлення резервуара на даху може бути проблемою з точки зору простору), існують також обмеження, накладені статичними (навантаження на дах), естетичними ефектами (резервуари, видно ззовні, не мають позитивний естетичний ефект), а також обмеження, накладені звичайною практикою монтажу, відповідно підключення до існуючої установки.

Сфери використання

У Центральній Європі установки, що базуються на щільності, застосовуються рідко: сонячний бак, як правило, встановлюється в погребі, якомога ближче до системи опалення, оскільки зовнішні резервуари мають занадто великі втрати тепла через клімат у цій місцевості. Зовсім інша ситуація спостерігається в Південній Європі, відповідно в середземноморському районі: клімат м’якший (але недостатньо теплий, щоб гаряча вода взагалі не потрібна), а зовнішні резервуари мають менші втрати тепла; тут установки центрального опалення настільки ж рідкісні, як і погреби, а вимоги до комфорту та естетичного ефекту (поки що) не такі високі. З цих причин радіаторні системи більш поширені в середземноморському районі, знаходячись на тисячах дахів (плоских) і мають площу до 10 м2, щоб дах не був перевантажений. Окрім найбільшого у світі ринку сонячної теплової енергії, а саме Китаю, країни, де переважають прості радіаційні установки, є також такі країни, як Австралія, країни Південної Америки та Індія. Таким чином, радіаторні системи на сьогоднішній день є найпоширенішими сонячними установками.

Переваги та недоліки різних конфігурацій установок

відкрита система радіатора з ланцюгом

Переваги: порівняно з описаною системою, немає теплообмінника або розширювального бака, оскільки сонячний контур розімкнений. Однак встановлюється поплавок, який зупиняє подачу холодної води на певному рівні. Також можна використовувати дуже прості резервуари та компоненти, які не повинні бути стійкими до тиску. Ще однією важливою перевагою систем з контуром є хороша тепловіддача, оскільки втрат теплообмінника не відбувається.

Недоліки: у відкритих системах ризик корозії через проникнення кисню досить високий. Крім того, до резервуару можуть потрапляти домішки, а це означає, що не слід виключати, що вода у побуті брудна. Ось чому ця система не схвалена в Німеччині для використання питної води. Як одноконтурна система вона не може працювати з антифризом.

Сфери використання: Найпростіша та найдешевша радіаторна система використовується в регіонах з низьким тиском мережі питної води або там, де центральна система питного водопостачання часто переривається. Резервуар також є накопичувальним контейнером, і тиск води в побутовій зоні визначається лише різницею висот між резервуаром (зазвичай встановлюється на даху) та насосом подачі (статичним тиском). Систему потрібно спорожнити, якщо існує ризик заморозків. Такі конфігурації зустрічаються, наприклад, у районах Північної Африки.

замкнута радіаторна система з ланцюгом

Переваги: і в цьому випадку це проста та економічно вигідна концепція. Через те, що це закрита система, на відміну від системи, описаної вище, це виключає ризик домішок, зберігаючи при цьому хороший теплообмін між колектором і споживчим контуром. Через пряме підключення до водопровідної мережі існує ризик корозії внаслідок проникнення кисню через прісну воду.

Недоліки. і запобіжний клапан. Однак абсорбуючі елементи рідко бувають стійкими до такого високого тиску. У багатьох країнах світу тиск у мережі питної води дуже низький. Часто на даху є лише один резервуар для води (пластиковий акумулятор), де тиск формується через різницю у висоті від споживача. Оскільки Сонячна система також часто на даху, проблеми можуть виникнути через занадто малий тиск на систему.

Сфери використання: такий тип установки зазвичай встановлюється в регіонах без ризику заморозків, де домінує низький тиск води в трубах (не більше 2 бар).

відкрита радіаторна система з 2 контурами

Переваги: завдяки відокремленню сонячного контуру від споживчого контуру для сонячного контуру для захисту від морозу можна використовувати антифризну суміш.

Недоліки: як і в будь-якій відкритій системі, існує ризик корозії через проникнення кисню та домішок, тут особливо йдеться про питну воду в резервуарі.

Сфери використання: Сфери використання подібні до тих, що описані в попередніх випадках. Однак така конфігурація установки є відносно рідкою, оскільки в більшості районів, де її можна встановити, немає ризику замерзання, і поділ двох контурів означатиме лише більші витрати та меншу кількість переваг.

Двоконтурна радіаторна система з відкритим сонячним та замкнутим контурами до споживача

Переваги: як відкритий контур, сонячний контур можна скласти, вигідний з точки зору витрат з простих компонентів, які не обов’язково стійкі до тиску і можуть бути заповнені водою сумішшю з антифризом. Через замкнутий контур споживача немає ризику потрапляння домішок у питну воду.

Недоліки: у відкритому сонячному контурі високий ризик корозії через проникнення кисню. Бак повинен бути стійким до тиску.

Сфери використання: Основна сфера використання цих систем - країни західного Середземномор’я. Система може працювати цілий рік та в країнах із загрозою заморозків.

Також можна встановити радіаторну систему з 2 контурами, з яких сонячний контур замкнутий, а споживчий контур розімкнутий. Однак конфігурація системи такого типу не має особливого сенсу, а тому не дуже реалізована.

закрита радіаторна система з 2 контурами

Перевагами перед іншими системами є низький ризик корозії та домішок, що потрапляють у питну воду, а також можливість введення антифризу в сонячний контур.

Недоліки: з усіх типів систем, перерахованих на даний момент, це, безумовно, найдорожча, оскільки компоненти, стійкі до тиску, повинні бути встановлені скрізь, і через замкнутий сонячний контур додаткові пристрої, такі як посудина, не можуть обійтися. мембранний розширювальний клапан або запобіжний клапан.

Сфери використання: системи такого типу зазвичай встановлюються в Середземномор'ї, особливо в містах, де зазвичай доступні достатні фінансові ресурси для інвестування в сонячну систему і де напір води в трубах такий високий. стабільний, щоб можна було встановити таку систему.

4.3.2 Системи примусової рециркуляції

На відміну від радіаторних систем, сонячні установки з примусовою рециркуляцією оснащені насосом, який виконує роль рециркуляції теплового агента із сонячного контуру. Для роботи насоса повинна бути встановлена система управління. Важливою особливістю установок з примусовою рециркуляцією є наявність насоса та блоків управління або регулювання.

Переваги: установка рециркуляційного насоса з системою управління більше не має обмежень радіаторної системи. Місця кріплення колектора та бака, а також відстань між двома елементами вже не є настільки важливими і більше не потребують пристосування до місцевих умов. Більше того, правильно розмірявши всі елементи, система може працювати з максимальною ефективністю.

Недоліки: невигідним є той факт, що для роботи насоса та системи управління, а також для їх встановлення та регулювання потрібні додаткові зусилля.

Сфери використання: Оскільки переваги відіграють важливу роль на практиці, сонячні установки з примусовою рециркуляцією стали стандартними невеликими системами для Центральної та Північної Європи. Великі установки не можуть бути зроблені іншим способом, крім цього.

Переваги та недоліки різних конфігурацій установок

Сонячні установки для побутової води в регіонах із центральноєвропейським кліматом використовують, незважаючи на великі робочі зусилля, закриту систему з теплообмінником (у сонячному контурі), оскільки вона стійка до морозу та відповідає місцевим стандартам технології установки.

Переваги: для простої та дуже гнучкої концепції цієї установки є незліченний досвід та безліч стандартних збірних компонентів, а це означає, що установки цього типу відносно дешеві і поставляються залежно від розміру (збірні пакети)

Недоліки: порівняно з радіаторними системами, такий тип установки вимагає більше зусиль і коштує дорожче.

Області застосування: побутове опалення питної води до 8 осіб (колектор (2).

Двоконтурна сонячна система з примусовою рециркуляцією зовнішнього теплообмінника (для сонячного контуру) як двобакова установка

Переваги: тепло краще передається через зовнішній теплообмінник. Перший резервуар може бути простим герметичним баком без насадок. Ця система може бути обладнана зовнішнім теплообмінником замість внутрішнього.

Недоліки: зовнішній теплообмінник вимагає додаткових зусиль для другого насоса та для підключення труб. Обидва резервуари потребують відносно великого простору, а втрати тепла вищі, ніж у одного резервуара з однаковим об'ємом зберігання. Обидва резервуари повинні бути посудинами під тиском для домашньої води.

Сфери використання: ця система використовується для більших установок (> 10 м 2), а також для підключення до вже існуючої системи, де вже існує друга щодо останнього випадку, система є стандартним рішенням, а друга другий бак зазвичай набагато менший, як у звичайних опалювальних установках. У цьому випадку економічно вигідно встановити додатковий теплообмінник та інший насос у верхній частині другого бака; останній виконує роль перекачування води з додаткового резервуара в інший резервуар, якщо немає завалів.

триконтурна система примусової рециркуляції та внутрішній теплообмінник (для сонячного контуру)

Переваги: відокремлюючи контур споживача від резервуара через додатковий теплообмінник, можна встановити інший буферний бак без тиску. Наприклад, в баку можна знайти воду для нагрівання.

Недоліки: завдяки додатковим компонентам (зовнішній теплообмінник, насос плюс система управління, трубопровід) система вимагає більше енергії та є дорожчою,

Сфери використання: система використовується, коли вода в резервуарі потрібна для іншого контуру (наприклад, для опалювального контуру). Тому він встановлюється там, де об’єм ємності перевищує 400 л, і вимагає спеціальних заходів захисту від бактерії легіонели.

3-х контурна система з примусовою рециркуляцією та зовнішнім теплообмінником

Переваги: зовнішній теплообмінник відокремлює всі контури один від одного. Прості буферні баки також можуть бути встановлені як сонячний резервуар, так що невеликі резервуари для питної води та побутової води також можуть бути встановлені у великих установках.

Недоліки: ця система вимагає досить великих зусиль через численні додаткові елементи та витрати, необхідні для з’єднання труб. Втрати тепла збільшуються пропорційно кількості цистерн.

Сфери використання: описана конфігурація - це з'єднання для великих установок (колектори площею> 50 м 2). Послідовне підключення декількох резервуарів (установки з 2, 3 або більше резервуарами) часто необхідне (через наявний простір тощо). Цей приклад показує, що великі установки - це не просто збільшені копії менших установок, а значною мірою вимагають іншого дизайну та відповідно більших зусиль.

Пряме живлення

У великих мережах питної води, таких як великі будинки, лікарні тощо, подача сонячної енергії може здійснюватися безпосередньо без резервуара. Це можливо, оскільки коли Сонячна система виробляє енергію, майже завжди відбувається її викид, а це означає, що існує потреба (споживання) в енергії. Крім того, такі установки оснащені резервуаром, який можна використовувати при необхідності. Для цього були розроблені збірні станції, завдяки яким вже існуючі мережі можна відновити згодом відносно легко.