Схема системы солнечного отопления

Из общего объема энергии, потребляемой в жилых домах, на отопление идет более 40%. Максимальная отопительная нагрузка приходится на зимнее время года, причем в зависимости от температурных перепадов при изменении погоды наблюдаются значительные колебания этой нагрузки. Площадь теплоприемных панелей коллекторов в системах отопления должна быть больше, чем в системах горячего водоснабжения. При этом летом, зимой и осенью образуются излишки горячей воды, а коэффициент использования системы отопления в течение года ниже, чем в системах горячего водоснабжения.

Рассмотрим на примере условного ведра воды схему системы отопления, обеспечивающую обогрев помещения.

На рисунке представлено ведро с некоторым количеством воды, тепло которой идет на отопление помещения; уровень воды соответствует заданной разности температур.

Использование солнечного тепла в системе отопления

1 - количество тепла, аккумулируемое в стенах помещения; 2 — выливающаяся вода; 3 — активная система;
4 — пассивная система; 5 — солнечный коллектор; 6 - теплоаккумулирующий бак;
7 - дополнительный энергоисточник; 8 — линия переполнения воды; 9 — температура внутри помещения;
10 - теплопотери; 11 — наружная температура; 12 — отапливаемое помещение

В ведре имеются отверстия, через которые вода выливается наружу. Это тепловые потери, т.е. тепло, теряемое отапливаемым помещением. Как бы мы ни оборудовали помещение теплоизоляционными панелями (т.е. только за счет уменьшения отверстий в ведре), мы не сможем свести теплопотери к нулю. Однако если помещение вообще не будем иметь теплоизоляционной оболочки, то теплопотери будут большими, чем при наличии малых отверстий,

В связи с утечкой тепла из помещения необходимо компенсировать то количество тепла, которое рассеивается радиаторами. В противном случае температура внутри помещения будет постепенно понижаться. Это подтверждается на примере ведра, показанного на рисунке выше: если ведро не пополнять водой, уровень воды в нем понизится.

В системе солнечного отопления возникающие тепловые потери компенсируют за счет солнечной энергии, а не с помощью дополнительного энергоисточника.

Различают два способа передачи солнечного тепла помещениям: первый способ основан на накоплении собранного коллектором тепла в аккумуляторе, второй предусматривает аккумулирование конструкциями стен и потолков тепла, непосредственно поступающего в помещение с солнечным излучением.

Следовательно, первый способ относится к активной солнечной системе и связан с необходимостью использования специальных средств - солнечных коллекторов, теплоаккумулирующих баков и т.п.; второй основан на пассивном использовании солнечного тепла без применения специальных устройств.

Таким образом, при отоплении домов с помощью солнечного тепла необходимо решать проблему теплоизоляции помещений на основе архитектурно-конструктивных элементов. Другими словами, при создании эффективной системы солнечного отопления следует возводить дома, имеющие хорошие теплоизоляционные свойства. В противном случае будет наблюдаться явление подобное эффекту вытекания воды из больших отверстий в ведре, и как бы активно мы ни собирали солнечное тепло, оно будет постоянно уходить наружу вследствие неправильного его использования.

Обычно при проектировании совмещают систему солнечного отопления и горячего водоснабжения. Различают два типа таких систем: водяная, где носителем тепла является вода, и воздушная - с воздухом в качестве теплоносителя.

На рисунке показан принцип действия системы солнечного отопления и горячего водоснабжения с водяным теплоносителем.

Схема системы солнечного отопления и горячего водоснабжения с водяным теплоносителем

1 — солнечный коллектор с водяным теплоносителем; 2 — трубопровод; 3 — дополнительный нагреватель;
4 — бак-аккумулятор горячей воды; 5 —подача горячей воды потребителю; 6 — коллекторный насос;
7 - подача питательной воды; 8 — теплообменник; 9 — дополнительное топливо; 10 — радиатор отапливаемого помещения

В настоящее время имеется достаточное количество примеров практического использования систем такого типа,

В воздушной системе солнечного отопления и горячего водоснабжения в качестве теплоносителя используется воздух, который нагнетается по трубам при помощи вентиляторов; по сравнению с водяной системой, в которой для перекачивания воды применяются насосы, в рассматриваемой системе требуются гораздо большие усилия для работы вентиляторов.

Воздушная система солнечного отопления и горячего водоснабжения

1 — солнечный коллектор с воздушным теплоносителем; 2 — трубопровод; 3 — воздухонагнетательное отверстие;
4 — вентилятор; 5 — галечный слоевой аккумулятор; б — отверстие для подачи воздуха в помещение; 7 — отапливаемая комната;
8 — дополнительный источник тепла для нагревания воздуха; 9 — дополнительные нагреватели горячей воды

По сравнению с водяными системами, которые требуют зимой использования теплоносителей на основе антифризов, воздушные системы имеют определенное преимущество.