Сонячне опалення приватного будинку в условіяхУкаіни

Народжений Хаосом володар всесвіту Ра, світлоносний страж небесної тверді Сурья, об'їжджати на колісниці небосхил Геліос, шалений в своїх пристрастях Ярило - всі давні народи світу шанували Сонце, усвідомлюючи, що що виділяються їм тепло і світло є першоосновою життя. Сучасна цивілізація намагається знайти шляхи використання чистої і на найближчі мільйони років нескінченної енергії денного світила, позбувшись від необхідності спалювання вуглеводнів. Сонячне опалення - один з етапів цього шляху до загального процвітання.

Типи сонячного опалення

Застосовувані сьогодні методи використання сонячної енергії для обігріву житла (і не тільки) можна розділити на пасивні і активні. Пасивне опалення будинку сонцем передбачає прямий нагрів внутрішніх приміщень за рахунок інфрачервоного випромінювання. Активне засноване на отриманні теплової або електричної енергії в спеціальних установках, найчастіше розташованих за межами будівлі, подальшого її перетворення і розподілу для потреб опалення. Найбільш ефективно таке сонячне опалення будинку, де поєднуються як пасивні, так і активні методи.

Упустимо сонце в будинок - пасивні методи обігріву

Вікна - на південь

Начебто все повинні розуміти, що, розташувавши основну частину вікон з сонячної сторони будинку, ми упустимо в приміщення не тільки світло, а й тепло. Однак, проїжджаючи по нашим котеджним селищам, можна переконатися, що добра половина забудовник не дотримується раціонального принципу «будинок - на північну частину ділянки, а вікна - на південь». А даремно.

Величезні вітражі енергозберігаючої конструкції Eagle Ridge Residence (США) відкриті на південну і західну сторони, впускаючи в будинок максимум тепла і світла. З півночі будівлю обмежує глуха, добре утеплена стіна

Взимку низько стоїть сонце проникає в приміщення на всю їх глибину, а влітку, коли світило в зеніті, від перегріву захищає козирок, який виступає більш ніж на два метри від скляного фасаду

Стіна Тромбу

У 40-х роках минулого століття американський інженер Тромб придумав «сонячну піч». З південного боку будинку розташована масивна стіна з теплоємністю матеріалу (бетон, камінь, повнотіла цегла), пофарбованого в чорний колір. У нижній і верхній частині цього теплоаккумулятора є отвори. Зовні на невеликій відстані від стіни - скляний вітраж. Сонце нагріває бетон, тепле повітря прагне піднятися вгору, виходить в приміщення, а холодний надходить в простір між каменем і склом знизу. Утворюється стійка циркуляція теплого повітря в приміщенні. Завдяки винаходу селективних покриттів для скла та каменю (бетону), ефективність стіни Тромба в сучасному виконанні стала помітно вище.

Принцип дії стіни Тромба. Приємний бонус: її можна використовувати не тільки взимку для непрямого обігріву будинку (на малюнку праворуч), але і влітку для вентиляції (зліва)

Повітряний сонячний колектор

Логічний розвиток стіни Тромба. Являє собою порожнистий плоский ящик (панель), для кращого уловлювання випромінювання наявний похило. Верхнє огородження панелі - прозоре для інфрачервоного випромінювання, а вздовж її розділяє перегородка. Пофарбована в чорний колір, перегородка нагрівається, тепле повітря піднімається і надходить в кімнату. У нижню, холодну частину колектора проникає ще не нагріте повітря з приміщення.

Пасивний повітряний сонячний колектор - простий пристрій. Виконати таке сонячне опалення своїми руками під силу будь-якому господарському мужику

Геліотепліца - свіжі овочі як бонус

Сонячна теплиця, прибудована до будинку. Щоб «впустити» в будинок більше сонця, потрібно збільшити площу вікон. Зробити скляній всю південну стіну в холодному кліматі проблематично, занадто високі будуть тепловтрати. Відокремивши частину будівлі зі скляними стінами і дахом від основних приміщень будинку, отримаємо геліотепліцу. Вона майже не завадить проникненню в вікна будинку інфрачервоного випромінювання, на додаток до цього нагріється зовнішня стіна всередині оранжереї. У яскравий зимовий сонячний день повітря в геліотепліце може прогріватися до істотно більшої, ніж в будинку, температури.

Сонячним днем ​​геліотепліца може перегріватися, що є проблемою для літнього часу. Доводиться організовувати вентиляцію або затінювати вітражі.

Щоб максимально використовувати тепло, отримане теплицею, можна організувати повітрообмін з житловими приміщеннями.

Оранжерею сонячного будинку в місті Вінчестер (США) від основної частини будинку відокремлює масивна теплоакумулююча стіна з відкриваються вентиляційними отворами. Таке рішення - поєднання геліотепліци і стіни Тромба. Встановлені в теплиці каністри з водою допомагають довше зберегти тепло

Повітрообіг між теплицею і будинком досить слабкий і, щоб використовувати енергію по максимуму, рух повітря роблять примусовим.

Обмін повітря між основною частиною цього будинку в Хемптдене (США) і прибудованої теплицею організований через підпільний простір, тепле повітря надходить в приміщення знизу, а остиглий в теплицю зверху. Циркуляцію повітряних потоків забезпечує вентилятор, автоматика вмикає і вимикає його в потрібний час. Практично, це вже сонячне опалення приватного будинку активного типу

Додатковий бонус, який дає геліотепліца своїм господарям: майже цілий рік в ній можна вирощувати овочі або залишати цитрусові на зимівлю. Правда, це зажадає рішення проблем вентиляції, вологості, денного перегріву і нічних заморозків.

Активне опалення - сонячне світло збирають вакуумні колектори

Повітряний сонячний колектор

Повітряний сонячний колектор, оснащений системою примусової передачі і розподілу енергії, здатний дати набагато більше тепла в порівнянні з пасивним варіантом. Швидкість циркуляції повітря автоматично регулюється в залежності від температури в будинку і ступеня нагріву колектора. Нагріте в колекторах повітря може надходити в систему вентиляції або приміщення безпосередньо. Якщо його температура досить висока, він може використовуватися і для нагріву рідкого теплоносія. Надлишки денний енергії запасають на ніч в теплоаккумулятором.

Сонячне повітряне опалення на основі геліоколектора. З пустотілої панелі (1) по повітряних каналах (6) вентилятор жене повітря в технічне приміщення, де автоматика в залежності від ситуації розподіляє його в блок підготовки повітря (3) або масивний теплоаккумулятор (2). Паралельно може нагріватися і змійовик гарячого водопостачання (5). Вдень, коли приміщення потребують нагріванні, система працює в режимі В, тепле повітря з колектора направляється в кімнати. При досягненні необхідної температури в будинку повітряний потік перенаправляється в теплоаккумулятор, режим А. Вночі, коли колектор не дає тепла, заслінка закриває канал, що веде до нього, циркуляція здійснюється між теплоаккумулятором і приміщеннями.

Вакуумний сонячний колектор

Найбільш досконале на сьогоднішній день пристрій для геліоотопленія.

Принципова схема вакуумного сонячного колектора. Рідкий абсорбер, що циркулює по U-подібним трубкам, при нагріванні випаровується і піднімається вгору, в колектор. Останній приєднаний до контуру системи опалення і по ньому, в свою чергу, циркулює рідкий теплоносій. Абсорбер віддає енергію теплоносія, остигає, конденсується, опускається вниз. цикл повторюється

Сонячне опалення заміського будинку на основі вакуумних колекторів значно ефективніше інших геліосистем, однак, крім традиційної для геліосистем нерівномірності генерації тепла, у нього є ще три істотні недоліки: на сильному морозі тепловіддача різко падає, установки тендітні і дорого коштують.

Вакуумні сонячні колектори слід встановлювати таким чином, щоб вони були захищені від вандалів. Це особливо актуально для нашої країни, потрапити камінцем в скляну трубочку - мила справа

Вакуумні панелі не підключають до системи опалення безпосередньо. Необхідні, як мінімум, буферні ємності, які будуть згладжувати нерівномірність вироблення тепла.

«Правильна» схема підключення вакуумного геліоколектора до системи опалення. Тепло передається не безпосередньо, а через теплообмінник, денні надлишки тепла на ніч запасаються в теплоаккумуляторе (буферном баку). Зверніть увагу, що на схемі зображено «нормальний» опалювальний котел, солярна система лише доповнює його

Електричні сонячні панелі можна використовувати для опалення лише побічно. Витрачати електроенергію на нагрів приміщень безпосередньо нерозумно, їй можна знайти більш раціональне застосування. Наприклад, направити на роботу вентиляторів і автоматики активних геліосистем.

Чому на дахах наших будинків не видно геліоустановок

• На жаль, сонячна енергія для опалення домапоступает не тоді і не туди, коли і куди потрібно. Холодно буває ближче до полюсів, взимку і ночами. А максимум сонячного випромінювання доводиться на екваторіальні райони, на літо і день. Теплоаккумулятори худо-бідно допомагають згладити добові, але не сезонні перепади.

Карта інтенсивності розподілу сонячного світла по терріторііУкаіни. У Західній частині країни, де живе левова частка населення, сонця мало. А в східній Сибіру, ​​де частка випромінювання помітно вище, холодно, що ускладнює використання активних систем. До речі, сонячні панелі, що виробляють електрику, не настільки чутливі до сильних морозів. У холодній, але сонячної Якутії вже побудовані і успішно функціонують досить потужні геліоелектростанції.

• Пасивне опалення сонячною енергією малоефективно і не здатне хоч трохи серйозно обігріти будинок в умовах російської зими. «Вікна - на південь» - реально корисний метод проектування, нічого не вартий, але допомагає оптимізувати витрати на опалення. А ось колись щодо популярні в США геліотепліци, стіни Тромба і їх похідні поступово зійшли нанівець навіть у себе на батьківщині.

• Активні сонячні системи опалення приватного будинку обходяться дуже недешево, чимало грошей доведеться віддати за обладнання. Експлуатація, всупереч деяким твердженням, аж ніяк не безкоштовна: витрачається електроенергія, потреба у технічному обслуговуванні техніки. При нинішніх цінах, порівняно не тільки з дешевим природним газом, але навіть з досить дорогими пелетами, дизпаливом, установка вакуумного сонячного колектора на переважній частині території України не окупиться взагалі ніколи, термін окупності перевищує термін служби обладнання. Лише в деяких південних регіонах країни сонячні системи опалення приватного будинку можуть бути не збиткові при певних умовах.

Наукова станція на острові Ольхон (Росія). Застосування вакуумних колекторів (праворуч на даху) для приготування гарячої води та геліопанелей (зліва) для вироблення електроенергії має сенс, адже центральних комунікацій на цьому скелястому байкальському острові немає. Однак для повноцінного опалення в кліматі Бурятії сонячних систем недостатньо, гріють будинок «нормальні» печі, паливо для яких завозять з «великої землі», адже переводити місцевий ліс на дрова не можна

Як йдуть справи в Європі

Чому ж, подорожі по Західній Європі, ми бачимо (хоча, не так вже й часто) геліоколектори на дахах будинків? Причин тому кілька: дорожнеча традиційних видів палива, м'який клімат, більшу кількість сонячних днів. Не випадково в похмурій Британії сонячне опалення так же мало поширене, як і у нас. І, головне, в тих країнах, де система сонячного опалення - практична реальність, діють програми підтримки, до половини вартості обладнання оплачує держава. Поклавши руку на серце, сонячні колектори малопридатні для опалення, в основному їх використовують для приготування гарячої води, в сонячну погоду влітку реально повністю забезпечувати потреби ГВП. До речі, в основному на дахах будинків можна побачити сонячні панелі, що виробляють електрику. Електроенергію виробляти вигідніше, а нерівномірність генерації - не проблема, адже в будь-який час доби центральні енергомережі купують електроенергію, отриману в приватному будинку. Причому, оплата йде за підвищеним тарифом. Знову-таки, обладнання майже не вимагає обслуговування і ремонту. Сьогодні можна сміливо стверджувати, що в глобальному масштабі у геліоенергетики, хоч вона поки і не конкурент традиційної - велике майбутнє. А от щодо перспектив сонячного опалення ситуація неясна. Існуючі системи вже вичерпали свій потенціал, нових підходів поки не видно, а вартість традиційного палива падає, що знижує привабливість солярних систем обігріву.

«Сонячні дахи» Баварії. Всі панелі, які ми бачимо на фото - електричні, сонячне опалення раціональні німці не вважають особливо вигідним навіть за умови, що держава бере на себе половину витрат по установці геліосистем