В Европейских странах гелиосистемы для отопления используют в 50% от общего количества установленных солнечных систем. Однако следует понимать, что гелиосистемы используют лишь для поддержки отопления и экономии основного энергоресурса, поскольку потребность в тепле значительно превышает выработку энергии солнечными коллекторами в отопительный период в нашей климатической зоне.
Основные предпосылки к использованию гелиосистемы для отопления дома:
- Развитие технологий энергоэффективного строительства. Благодаря этому снижается тепловая нагрузка здания и вклад солнечной энергии может быть более ощутим.
- Постоянно растущие тарифы на ископаемые энергоносители.
- Всё большая доступность и популярность солнечных систем. Технология удешевляется поэтому по сравнению с предыдущими годами установка гелиосистемы для отопления становится всё более рентабельна.
- Экологическая ответственность. Общемировой тренд сокращения вредных выбросов и устойчивого развития подкреплённый мировыми стратегиями.
- Появление новых технологий. Множество производителей предлагают решения благодаря которым можно оптимизировать первоначальные затраты и увеличить срок службы гелиосистем.
Наиболее распространенным является использование гелиосистем с суточной аккумулированием тепловой энергии. Недостатком гелиосистем для поддержки отопления с суточным аккумулированием являются невозможность использовать излишки тепла в летнее время. Выходом из данной ситуации может быть использование сезонного аккумулирования. Однако такую установку достаточно сложно реализовать на практике из-за необходимости обустройства огромных накопительных емкостей (объемом от 10 м³). Такие емкости закапывают под землю или строят специальный резервуар из бетона. Поэтому в подавляющем большинстве, в Европе гелиосистемы для отопления устанавливаются именно с суточным аккумулированием.
Варианты реализации гелиосистемы для поддержки отопления
Гелиосистема для отопления дома состоит из солнечных коллекторов, труб гелиоконтура и бака аккумулятора. Такие баки могут быть комбинированными с отдельным встроенным внутренним баком для ГВС или отдельными.
Варианты схем реализации гелиосистемы с поддержкой отопления с суточным аккумулированием энергии
Следует так же отметить, что для максимального эффекта применения гелиосистемы для отопления, необходимо использовать низкотемпературные отопительные приборы такие как тёплый пол и т.д. Чем ниже рабочая температура гелиосистемы, тем выше её КПД.
Зависимость КПД гелиосистемы от типа системы отопления
Оптимальный рабочий диапазон для системы теплоснабжения 30–40 °C, что соответствует температурному графику теплых полов.
Пример: гелиосистема для отопления дома 200 м² в г. Киев
Рассмотрим пример, когда гелиосистема для отопления устанавливаются в доме с площадью 200 м². Контур распределения энергии комбинированный: радиаторы и теплые полы. Все расчеты горячего водоснабжения проводятся с учетом потребностью 200 литров воды с температурой 55 °С в сутки.
Количество затраченного тепла сильно зависит от качества утепления дома. К примеру для энергопассивного дома необходимо затратить всего 30 кВт*ч тепловой энергии на один метр квадратный площади за отопительный сезон. А для слабо утепленного дома может понадобиться более 200 кВт*ч тепла на один метр квадратный площади дома за сезон.
Типичные удельные теплопотери жилого дома в зависимости от утепления
Предположим, что дом построен по современным технологиям и отвечает требованиям по энергосбережению. Средние затраты энергии на теплоснабжение за сезон — 100 кВт*ч/ м². Соответственно в среднем за отопительный сезон для системы теплоснабжения дома понадобится приблизительно = 200 м² * 100 кВт*ч/ м² = 20 000 кВт*ч тепла.
Для расчетов были выбраны плоские солнечные коллекторы фирмы Vaillant auroTHERM VFK 145V со следующими параметрами:
- Площадь абсорбера – 2,35 м²;
- Оптический КПД – 0,79;
- Коэффициент тепловых потерь К₁ — 2,41 Вт/м²К;
- Коэффициент тепловых потерь К₂ — 0,049 Вт/м²К.
Рассмотрим три варианта гелиосистем. В первом варианте установлено 5 солнечных коллекторов с общей площадью абсорбера 11,75 м², во втором 10 коллекторов (23,5 м²) и 3-й вариант с 15 коллекторами суммарной площадью 35,25 м². Расчеты приведены для г. Киев с учетом усредненной базы данных солнечного излучения и окружающей температуры для соответствующей климатической зоны.
График выработки тепловой энергии гелиосистемой на отопление дома
Очевидно, что максимальная выработка солнечной энергии приходится в летний период года. Энергия, выработанная гелиосистемой для отопления, лишь частично покрывает потребности в тепле и практически полностью покрывает нагрузку по горячему водоснабжению.
Максимальная экономия приходится на межсезонье и незначительна в зимние месяцы года. Чем больше общая полезная площадь солнечных коллекторов, тем больше значение экономии энергоресурсов.
Диаграмма покрытия отопительной нагрузки за счет гелиосистемы
В каждом из вариантов гелиосистемы вырабатывают для отопления различное количество тепловой энергии в процентном соотношении относительно общей потребности в тепле. Основной задачей проектирования таких солнечных систем является подбор оптимального значения замещения (экономии) основного источника энергии с учетом капитальных затрат. Для этого необходимо сопоставить затраты на установку гелиосистемы и затраты на энергоносители.
