Гелиосистема что это такое
Что такое гелиосистема
Что такое гелиосистема: плюсы и минусы
Гелиосистему, навряд ли можно причислить к новейшим изобретениям человека в 21 веке. Впервые устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую, было представлено миру, более ста лет назад. Конечно же, первая гелиосистема не представляла собой ничего особенного, и лишь отдалено напоминала современную систему для сбора и аккумулирования энергии солнца.
Тем не менее, в 1891 году был совершен первый толчок, и вот, за более чем 100 лет, человечество научилось использовать тепло солнца для бытовых нужд. Современные гелиосистемы, являются самыми чистыми источниками получения возобновляемой энергии, на сегодняшний день.
Что такое гелиосистема?
Гелиосистема представляет собой специальное устройство для сбора и хранения солнечной энергии. Сбор тепла от солнца, происходит при помощи абсорбера, который представляет собой ключевой элемент гелиоколлектора.
Именно абсорбер принимает на себя всю мощь солнечных лучей, а затем преобразует их, в эффективную тепловую энергию, с последующей передачей тепла, теплоносителю. Здесь будет целесообразным заметить, что абсорберы солнечных коллекторов, на сегодняшнее время, могут быть самых различных форм и размеров.
И если ранее, первая гелиосистема представляла собой, черный цилиндрический бак, размещенный внутри, так называемого «солнечного ящика», то современные гелиосистемы, это нечто иное, и более усовершенствованное.
Основными их элементами, являются:
Следует заметить, что в отличие от геотермальных систем отопления, срок окупаемости гелиосистемы, более короткий. К тому же, для установки теплового насоса грунт-вода, потребуется закладка большого количества трубы в землю, на определенной глубине, что существенно повышает расходы на обустройство подобного рода систем.
Преимущества и недостатки гелиосистем
К основным достоинствам гелиосистем, относится не только возможность получения «зеленой», а значит полностью безвредной энергии, но и ряд других, не менее важных преимуществ:
К сожалению, очень трудно найти что-то идеальное, что-то такое, что было бы полностью лишено недостатков. Так и с гелиосистемами, которые имеют несколько, но жирных минусов.
Первый недостаток солнечных коллекторов связан с сезонностью, поскольку в разные времена года, солнце греет по-разному. Например, зимой, в Украине и России, эффективность работы солнечного коллектора сильно падает.
Второй минус, связан с большой стоимостью гелиосистемы, однако, как уверяют специалисты, подобное капиталовложение окупится очень быстро, а все из-за постоянно растущих цен, на энергоносители.
Отопление дома гелиосистемой — как использовать бесплатную энергию от солнца?
Обновлено: 26 ноября 2021
Гелиосистема
Отопление частного дома — сложный и ответственный вопрос, решение которого требует расходов и усилий. Тарифы и условия поставки ресурсов порой становятся чрезмерно высокими и вынуждают искать более рациональные и экономные способы обогрева без излишних расходов. Одним из вариантов может стать гелиосистема, базирующаяся на совершенно бесплатной солнечной энергии.
Ежедневно на земную поверхность падает гигантское количество гигаватт, которые рассеиваются в атмосфере и поглощаются земной корой. Количество энергии велико, но возможностей принимать и сохранять ее пока придумано немного. Гелиосистемы для отопления дома — один из способов использования солнечной энергии с практических целях.
Что это такое?
Гелиосистема — это комплекс устройств, используемых для приема тепловой энергии от Солнца для обогрева жилья или иных целей. Представляет собой источник нагрева теплоносителя для отопительного контура дома. Нагрев производится либо прямым, либо косвенным способом, через теплообменник.
В состав гелиосистемы входят:
Основным элементом системы является коллектор. Он является источником нагрева теплоносителя. Остальная часть представляет собой обычную радиаторную систему отопления, или (лучше) теплый пол.
Необходимо учитывать, что гелиосистемы для нагрева воды, цена которых может быть достаточно высока, не всегда способны обеспечить полноценный и достаточный обогрев. Это зависит от климатических и погодных условий в регионе, от расположения дома и других факторов. Некоторые специалисты считают, что такой вид обогрева может быть использован только в качестве дополнительного варианта.
Существуют разные конструкции коллекторов, способные демонстрировать свои эффективность и возможности:
Существуют также более современные виды коллекторов, в которых используется принцип теплового насоса — в герметичной емкости находится легкоиспаряемая жидкость. Нагреваясь от солнечного тепла, она испаряется. Этот пар поднимается в конденсационную камеру и оседает на стенках, выделяя при этом много тепловой энергии. По ту сторону стенок создана водяная рубашка, которая принимает это тепло и направляется в систему отопления.
Принцип действия
Принцип действия любого коллектора заключается в нагреве воды или иного теплоносителя под воздействием солнечных лучей. Классическим примером может служить нагрев предметов на подоконнике, освещенном лучами Солнца, даже если за окном стоит мороз. Подобным образом происходит передача энергии в коллекторах.
Для получения максимального эффекта необходимо обеспечить оптимальные условия, теплоизолировать все подводящие трубопроводы и накопительную емкость.
Однако, следует учитывать, что любая гелиосистема для отопления дома, цена которой может оказаться чрезмерно высокой, имеет ограниченные возможности. Использовать ее в регионах с морозными зимами будет нерационально, так как максимальный перепад между температурами снаружи и внутри коллектора не должен превышать 20°. Такое возможно только в относительно теплых регионах, где нет сильных холодов и достаточно солнечных дней.
Количество контуров
Гелиоустановки могут быть одно- и двухконтурными. Одноконтурные системы выполняют единственную функцию — нагревают теплоноситель для отопительной линии. Двухконтурные системы не только производят нагрев теплоносителя, но и подготавливают горячую воду для бытовых нужд.
Конструкция одноконтурной гелиосистемы для отопления частного дома состоит из коллектора, производящего нагрев воды, которая подается в накопительный бак, из которого она поступает в отопительный контур. Пройдя полный круг, вода остывает и вновь оказывается в коллекторе, где опять нагревается, и так по кругу.
Двухконтурные системы устроены сложнее. Теплоноситель, нагревающийся в коллекторе, направляется в змеевик, установленный внутри накопительного бака, и отдает тепловую энергию, после чего вновь попадает в коллектор. Нагретая вода из бака подается на точки разбора (ванны, раковины и иные сантехнические приборы), а также направляется в отопительный контур. Остывая в нем, она вновь попадает в бак, где подогревается от змеевика. Обычно внутри линии коллектора циркулирует антифриз, так как жидкости не смешиваются, т.е. нагрев воды происходит косвенным способом.
Виды циркуляции теплоносителя
Теплоноситель может перемещаться по системе двумя способами:
Естественная циркуляция. Используется принцип подъема нагретых жидкостей вверх. Для обеспечения устойчивого перемещения надо располагать коллектор ниже накопительного бака, а отопительный контур должен располагаться так, чтобы теплая вода поднималась вверх и заходила в систему обогрева, а остывший обратный поток возвращался в коллектор для нагрева
Принудительная циркуляция. В этом случае для перемещения теплоносителя используется циркуляционный насос. Такой вариант предпочтительнее, так как исчезают различные внешние факторы, воздействующие на режим циркуляции, скорость и направление потока становятся стабильными, выдержанными в заданном режиме. Недостатком способа является необходимость приобретать и обслуживать насос, нуждающийся в подключении к сети электротока. Положительная сторона заключается в возможности монтировать систему и располагать все элементы не по условиям циркуляции, а так, ка это удобнее и рациональнее в данном помещении
Кроме того, существуют варианты циркуляции теплоносителя с заходом в отопительный контур, когда он подключен напрямую к коллектору, и по собственной замкнутой петле. Передача тепловой энергии при этом осуществляется косвенным способом через змеевик, установленный в накопительном баке.
Установка и ориентация
Монтаж коллектора производится на открытой площадке, в течение всего дня освещенной солнечными лучами. Оптимальным вариантом является крыша дома, но любое строение, дерево или возвышение, находящееся рядом, могут стать преградой для лучей, поэтому надо сразу проконтролировать плотность освещения.
Также гелиосистема для нагрева воды должна быть установлена так, чтобы лучи падали на ее поверхность перпендикулярно. Для этого надо отметить положение Солнца в середине светового дня и установить панели перпендикулярно лучам, чтобы свет падал на них отвесно. В этом отношении трубчатые конструкции эффективнее, так как плоскости как таковой они не имеют, а поверхность трубки одинаково хорошо принимает поток с любой стороны.
Срок окупаемости
Гелиосистемы для отопления, цена которых зависит от размеров дома и внешних условий в регионе, способна окупиться за довольно короткий срок, или же не окупиться вовсе. Рассчитывать заранее, с какого времени она начнет приносить прибыль, крайне сложно, поскольку имеется слишком много тонких эффектов и факторов воздействия. Участвуют погодные или климатические обстоятельства, уровень технического исполнения элементов системы, тип отопительных контуров и многое другое.
Гелиоустановка для нагрева воды — это своего рода инвестиционный проект, обладающий отложенным сроком окупаемости. Считается, что средний срок службы оборудования составляет 30 лет. Все это время комплекс будет давать определенное количество тепловой энергии, за которую ничего не надо платить.
Вложения в создание системы только первоначальные, потом изредка понадобятся лишь текущие ремонтные работы, не требующие серьезных расходов. По истечении срока службы все узлы и элементы гелиосистемы могут быть использованы для других целей или проданы как вторичное сырье. Поэтому экономический эффект от работы будет получен в любом случае, хотя он и не является главной целью всего замысла.
Плюсы и минусы
К плюсам использования гелиоустановок можно отнести:
Недостатками гелиосистем являются:
При выборе отопительной системы необходимо знать и учитывать достоинства и недостатки этой методики.
Как выбрать гелиоустановку для отопления и горячего водоснабжения жилого дома?
Выбор гелиосистемы является важным шагом, определяющим эффективность ее работы и вложения денег. Надо определить, какая нужна гелиосистема, цена и размер, тип солнечных коллекторов и прочие параметры комплекса.
Необходимо подобрать конструкцию и комплектацию системы, руководствуясь следующим критериями:
Определившись с главными факторами, можно приступать к выбору оптимального варианта конструкции и объема системы.
До 100 м 2
Гелиосистема для отопления дома 100 кв. м. может служить основным источником тепловой энергии. Основной задачей станет правильный выбор конструкции солнечных коллекторов, чтобы имелась возможность получать максимальное количество тепла.
Необходимо произвести расчет с учетом этажности и конфигурации дома, количества солнечных дней в году, параметров теплоносителя в системе. Гелиосистема для отопления дома 100 кв. м., цена которой может составлять от 18 тыс. руб. до 180 тыс. руб. и выше, вполне способна обеспечить обогрев дома, если будут соблюдены все необходимые условия.
До 200 м 2
Для дома площадью 200 м 2 гелиосистема может стать только дополнительным источником обогрева. Обычно пик использования таких установок приходится на осенний и весенний период, когда солнечного тепла достаточно, но потребность в обогреве дома существует.
Конструкционных отличий для таких систем практически не имеется, только накопительный бак является общим с основной отопительной линией дома. Специалисты утверждают, что использование гелиоустановок в весенний и осенний периоды позволяет снизить нагрузку на отопительные системы примерно на 30-40%.
Гелиосистема для нагрева воды
Использование солнечной энергии для нагрева воды производится тем же способом, что и для отопительного контура. Это может быть полностью отдельная система со своими коллекторами, или часть общей установки. Эффективность ее работы зависит от конструкции, размеров и внешних факторов. Примечательно, что работа гелиосистем в данном случае происходит и в летний период, когда отопление не требуется.
Конструкция своими руками
Конструкция солнечных установок не настолько сложна, чтобы люди, обладающие некоторой подготовкой, были не в состоянии самостоятельно изготовить и запустить их в своих домах. Гелиосистема для отопления дома 100 кв м своими руками — это вполне воплотимый замысел, который поможет существенно сэкономить на приобретении и ремонтных работах. Рассмотрим возможные варианты.
Термосифонная гелиосистема
Термосифонные гелиосистемы — это трубчатые коллекторы, которые были рассмотрены выше. Существуют безнапорные и напорные конструкции, различающиеся способом циркуляции теплоносителя. Безнапорные работают на естественном перемещении жидкости и не нуждаются в электроэнергии, состав комплекса намного проще и дешевле. Напорные способны обеспечить заданный режим циркуляции и позволяют получить максимальную эффективность. Наиболее активная работа таких систем — период с апреля по октябрь, чем севернее регион, тем короче срок наибольшей активности установок.
Воздушная гелиосистема
Воздушные коллекторы — это установки, использующие в качестве теплоносителя воздух. Они обогревают дом вентиляционным методом, что позволяет серьезно экономить на создании отопительных контуров и пользоваться системой круглый год.
Коллектор представляет собой полый черный ящик, в котором от солнечного тепла нагревается воздух. Теплый воздух направляют в помещение, а остывший — в коллектор на подогрев. Для снижения теплопотерь ящик устанавливается в прозрачную герметичную емкость, защищающую от внешних воздействий — ветра, низкой температуры и т. п. Вход и выход размещают в разных помещениях для увеличения разницы давления и организации самостоятельно циркуляции потоков.
Советы по эксплуатации
Эксплуатация гелиоустановок производится в соответствии с особенностями конструкции. Основной задачей владельца является поддержание чистоты, удаление пыли или снега. В некоторых случаях требуется периодически изменять положение панелей в соответствии с сезонным изменением расположения Солнца. Ремонт или замена отдельных элементов производится по мере возникновения необходимости, все работы можно выполнять как самостоятельно, так и с помощью привлеченных специалистов.
Гелиосистема для нагрева воды, что это такое, своими руками и для отопления дома
Пост опубликован: 21 ноября, 2017
В современном мире, когда запасы традиционных источников энергии (газ, нефть, уголь) уменьшаются с большой скоростью, а их использование приводит к образованию парникового эффекта на планете, то все большее количество людей и государств в целом, обращают свое внимание на альтернативные виды энергии.
Одним из видов альтернативной энергии является энергия солнца. Для преобразования солнечной энергии в другие ее виды, которые человек использует в повседневной жизни, служат гелиосистемы различного вида.
Что это такое
Гелиосистема – это комплекс технических устройств, посредством которого энергия солнца в виде солнечных лучей, преобразуется в тепловую или электрическую энергию, используемые человеком для своих нужд.
В состав гелиосистемы входят следующие составные элементы:
В зависимости от назначения, режима работы и технического устройства, гелиосистемы подразделяются на несколько видов, это:
Принцип действия
Принципы действия гелиосистем различаются в зависимости от типа получаемой энергии и их можно сформулировать следующим образом:
Плюсы и минусы
Использование гелиоустановок, как в прочем и любого технического устройства, имеет свои достоинства и недостатки, которые можно сформулировать следующим образом:
Гелиосистемы для отопления и горячего водоснабжения жилого дома
Как уже было указано выше, одним из направлений использования гелиосистем, является преобразование солнечной энергии в тепловую, используемую для отопления жилых домов, прочих зданий и сооружений, а также для обеспечения таких потребителей горячей водой.
OLYMPUS DIGITAL CAMERA
В зависимости от площади отопления и предназначения, конфигурация таких систем может различаться. Ниже рассмотрены некоторые варианты устройства подобных гелиосистем.
Гелиосистема для отопления дома площадью 100 м 2
Для того, чтобы выбрать оборудование для комплектации гелиосистемы, определиться с его количеством, способом и местом установки, нужно решить несколько организационных вопросов, это:
Сразу нужно отметить, что создание полностью автономной системы отопления на основе солнечной установки, достаточно сложное, с технической стороны, задание. Это обусловлено циклическим характером работы гелиосистемы, когда в темное время суток процесс получения энергии от внешнего источника (солнца) прекращается, что требует установки дополнительных резервуаров-накопителей тепловой энергии и прочих энергосберегающих устройств.
В состав гелиосистемы для отопления дома входят:
Схематично система отопления дома, на основе гелиоустановки, выглядит следующим образом:
Как правило, применение солнечных коллекторов позволяет снизить затраты на использование прочих источников получения тепла в весенне-осенний период времени, когда солнце уже активно, а потребность в отоплении дома еще остается.
Для расчета гелиосистемы, служащей для отопления дома, необходимо знать:
Стоимость комплекта оборудования зависит от мощности и типа коллектора, а также компании их выпускающей. Разброс цен достаточно большой и составляет от нескольких десятков тысяч рублей (25000,00 – 80000,00), до сотен тысяч (110000,00 – 180000,00).
Стоимость монтажа, который предлагают выполнить организации, специализирующиеся на подобных работах, также различна, в среднем подобные работы стоят от 50000,00 до 100000,00 рублей, в зависимости от типа коллектора и его мощности.
Использование гелиосистем для создания автономных систем теплоснабжения возможно в южных регионах, но т.к. это достаточно затратное мероприятие, то на практике, подобные установки используются в этом качестве достаточно редко.
Сезонность использования систем отопления, также определяет мощность подобных установок. Если в зимний период, когда солнечная активность ниже, чем летом, потребность в отоплении дома максимальна, и мощности коллекторов не хватает, чтобы обеспечить теплом всю имеющуюся потребность, то летом все наоборот. Излишки тепла, вырабатываемого коллекторами, нужно использовать, что позволяют сделать двух- и многоконтурные системы, позволяющие использовать получаемое тепло в системах горячего водоснабжения, подогрева воды в бассейнах, полива растений и отопления в теплицах.
Гелиосистема для отопления дома площадью 200 м 2
Для жилых домов площадью 200 м 2 и более, гелиосистемы могут использоваться исключительно как дополнительные, к прочим системам отопления, работающим на традиционных источниках энергии.
Комплектация таких систем аналогична рассмотренной выше, отличие заключается в том, что в такой системе, бак-накопитель тепловой энергии связан с другим источником тепла.
Таким источником, как на приведенной ниже схеме, может служить нагревательный котел, использующий различный виды топлива (уголь, газ, жидкое топливо) индивидуального использования, или централизованная система отопления, подключаемая к внутреннему контуру обогреваемого дома.
В среднем, в весенний и осенний периоды, использование гелиоустановок, в качестве дополнительного источника тепловой энергии, позволяет снизить нагрузку на основные энергоресурсы, идущие на теплоснабжения дома, на 30-40 % от общего количества потребляемого тепла.
Гелиосистема для нагрева воды
При использовании солнечных коллекторов в системах горячего водоснабжения и сетях подогрева воды в бассейнах, конфигурация сети, аналогична сетям отопления, с той лишь разницей, что это может быть полностью отдельная система или являющаяся частью общей системы отопления дома.
В каком качестве работает гелиосистема, зависит от количества контуров, смонтированных при ее разработке. На схеме, приведенной выше, рассмотрен вариант устройства системы горячего водоснабжения в общей системе отопления дома площадью 200 м 2 и более, когда гелиосистема является дополнительным источником получения тепла.
Гелиосистема своими руками
При наличии навыков работы с различным ручным инструментом, начальными знаниями физических свойств различных веществ, а также наличии свободного времени, можно сделать гелиосистему своими руками.
Здесь может быть несколько вариантов создания и построения подобной установки, это и сборка конвектора из заводских комплектующих или его изготовление полностью из подручных средств или создание простых установок, работающих на свойствах жидкостей и атмосферного воздуха.
К таким относятся ниже рассмотренные варианты конструкции.
Термосифонная гелиосистема
Термосифонная гелиоустановка, это простейшая система, работающая на свойствах жидкости (воздуха) циркулировать в системе без установки специального оборудования (насоса), что обусловлено их естественной конвекцией. Данную систему можно использовать в системах горячего водоснабжения и системах подогрева воды в бассейне.
Плотность тепловой и холодной воды различается, что определяет ее перемещение в замкнутом пространстве – горячая вода поднимается вверх, холодная опускается вниз. Схема работы термосифонной системы приведена на ниже следующей схеме:
Для самостоятельного изготовления подобной системы, понадобятся:
Для изготовления конвектора можно использовать пластиковые бутылки, из которых собирается батарея. Подобных батарей может быть несколько, и они между собой соединяются последовательно (как на схеме, приведенной выше).
Собранные батареи из бутылок можно поместить в отдельный корпус, в который для большего поглощения солнечного тепла, помещается утеплитель, хотя можно сделать и без него.
Соединение бутылок должно быть герметичным, чтобы исключить протекание воды в местах их соединения.
Кроме пластиковых бутылок можно использовать водопроводный шланг, укладываемый змейкой в смонтированном корпусе или иные подручные материалы, которые способны нагреваться под воздействием солнечных лучей, и которые можно герметично соединить между собой.
Корпус конвектора изготавливается из имеющихся материалов (дерево, пластик, металлический или иной профиль), после чего собранная конструкция размещается на максимально освещенном участке и все ее элементы, соединяются в единое целое.
В емкость накопитель наливается холодная вода и по истечении определенного времени, из емкости распределителя, можно осуществлять разбор нагретой воды.
Воздушная гелиосистема
Одной из простых конструкций, которую можно также изготовить самостоятельно, является воздушная гелиосистема. Данная установка может быть использована для частичного обогрева в южных регионах страны, где воздух прогревается значительно, а потребность в обогреве жилья – невелика.
Принцип действия воздушного коллектора, аналогичен принципу действия термосифонной системы, рассмотренной ранее. Отличительная особенность лишь в теплоносителе, что отражается на устройстве коллектора.
Для того, чтобы изготовить самостоятельно воздушный коллектор можно использовать подручные материалы, это: водопроводные трубы или жестяные банки, профилированный металлический лист или иной материал имеющий профильное сечение.
Схема работы воздушного коллектора приведена на схеме:
Из имеющихся в наличии материалов, как и в случае с термосифонной системой, изготавливается корпус коллектора. При помощи металлического профиля, жестяных банок или путем использования водопроводных труб, создаются ребра, разделяющие воздушный поток на отдельные составные части.
Внутри корпуса укладывается утеплитель, а с наружной стороны, корпус закрывается стеклом, служащим теплоизолятором внутреннего воздуха от наружной среды.
При использовании металлического профиля или иной конструкции, как на приведенной схеме, ребра, разделяющие потоки воздуха могут быть совмещены с панелью, являющейся приемником солнечного тепла. При использовании жестяных банок и водопроводных труб, эту функции выполняют они сами.
С торцов корпуса предусматриваются места крепления коллекторов друг с другом (если их несколько) и для крепления с воздуховодами, обеспечивающими подачу холодного и отвод теплого воздуха.
Где купить
Гелиосистемы в целом и их составные элементы, являются специфическим товаром, для приобретения который лучше всего обратиться в организацию, которая специализируется на реализации товаров в этой отрасли энергетики.
Оптимальный вариант, в этом случае, это найти дилера компании, производящей гелиосистемы, и заключить договор поставки.
При невозможности сделать это, и при желании снизить затраты на приобретение оборудования, можно обратиться к сети интернет, где присутствует достаточно большое количество предложений о продаже гелиоустановок, как полной комплектации, так и их отдельных элементов.
Использование в Крыму
Крым, это регион нашей страны, расположенный в зоне активного солнечного излучения, поэтому использованию гелиосистем здесь всегда уделялось особое внимание.
В промышленных масштабах, гелиоэнергетика Крыма развивалась как энергетическая система, обеспечивающая электрической энергией промышленные предприятия и бытовых потребителей. На полуострове запущены и успешно работают 13 солнечных электростанций общей установленной мощностью более 280,0 МВт.
Получение тепловой энергии за счет использования гелиосистем, также широко применяется, как на отдельных промышленных предприятиях, так и в частном секторе, где с их использованием осуществляется отопление и горячее водоснабжение.