У зв’язку з активним зростанням тарифів на енергоносії в Україні протягом останніх років, зростає також інтерес і до різних альтернативних джерел енергії. Найбільш доступне та очевидне на цей час джерело — це енергія сонця. Для приватного будинку найбільш затребуваними є системи нагріву води на основі сонячних колекторів. Принцип роботи такої системи полягає у зборі сонячного тепла та його передачі за допомогою рідкого теплоносія на водяний контур, до якого підключені внутрішні споживачі теплової енергії.
Збір тепла здійснюється на спеціальному плоскому колекторі, який являє собою прямокутну конструкцію з розташованими в ній трубами. Труби з’єднуються в єдиний контур, по якому циркулює рідкий незамерзаючий теплоносій. Примусова циркуляція забезпечується насосною групою, яка прокачує воду від колектора до бойлера непрямого нагріву. У бойлері теплоносій проходить по системі труб, що виконує функції теплообмінника. Через нього теплова енергія передається на воду всередині резервуара.
Таким чином ми отримуємо бак з великою кількістю нагрітої води в ньому. Процес використання акумульованої в ньому теплової енергії також простий. Усередині бака розміщується додатковий теплообмінник, який, своєю чергою, підключається до споживача. У цьому другому контурі циркулює охолоджена вода, яка в процесі руху по теплообміннику нагрівається і надходить до споживача вже в нагрітому вигляді. Як правило, найпоширенішим варіантом використання такої схеми є система гарячого водопостачання (ГВП).
Колектор чи сонячні панелі?
Нерідко як альтернатива сонячному колектору розглядаються плоскі сонячні панелі (сонячні батареї), які також зазвичай встановлюються на даху приватного будинку. Кожен із цих пристроїв перетворення енергії сонця має свої переваги та недоліки, а принцип їхньої роботи докорінно різний. Колектор просто нагріває теплоносій всередині замкнутого контуру з труб за рахунок безпосереднього нагріву своєї поверхні. Надалі можна використовувати лише теплову енергію нагрітої рідини, що обмежує сферу застосування даної системи.
Сонячні панелі влаштовані складніше, вони складаються з кремнієвих пластин, які спеціальним чином перетворюють світловий потік від сонця в електричну енергію. Ця енергія накопичується в акумуляторних батареях і може бути використана для широкого спектра потреб. На перший погляд, використання сонячних батарей є більш виправданим, але на практиці для цілей нагріву води застосування колекторів показує в середньому у 6–8 разів більшу ефективність.
По-перше, сонячні панелі у зв’язку зі складністю виготовлення коштують вдвічі дорожче. ККД батарей у 4 рази нижчий, тому для отримання однакової кількості тепла площа панелей має бути в 4 рази більшою порівняно з площею колекторів. Ці два фактори роблять кремнієві батареї досить рідкісним рішенням. Якщо враховувати відносно низьку інтенсивність надходження сонячного світла на більшій частині території України, площі даху приватного будинку може виявитися просто недостатньо навіть для забезпечення мінімальних потреб системи гарячого водопостачання (ГВП).
Як працює система з колектором і бойлером?
Як вже було сказано раніше, колектор нагріває теплоносій за рахунок сонячної енергії, а бойлер виконує функції накопичення та передачі тепла на контур споживача. Для повноцінного функціонування даної системи потрібно ще кілька важливих елементів, від яких залежить стабільність її роботи, а також легкість управління та автоматизація регулювання.
За автоматизацію руху теплоносія всередині гідравлічного контуру відповідає спеціальний контролер. На нього надходять сигнали з температурних датчиків у різних точках трубопроводу, і на основі цих показників контролер регулює активність елементів насосної групи. Коли контролер фіксує достатню різницю температур між водою в бойлері та теплоносієм на колекторі, він надсилає сигнал увімкнення насоса. Рідина в системі приводиться в рух, внаслідок чого вона через трубчастий теплообмінник починає активно віддавати тепло в бак.
У таких замкнутих системах неминуче виникають ситуації з перегрівом теплоносія, оскільки колектор налаштований на максимальне поглинання теплової енергії, а в спекотні літні дні її може надходити з великим надлишком. Для запобігання аварійним ситуаціям контур обов’язково оснащується розширювальним баком, у якому є клапан для скидання пари при перевищенні максимального показника тиску.
Роль бойлера непрямого нагріву
З точки зору ефективності та довговічності роботи колекторної системи нагріву води визначальну роль відіграє якість бойлера непрямого нагріву. У зв’язку з тим, що контур постійно працює в рідкому середовищі, в якому відбуваються регулярні температурні коливання, до матеріалів усіх елементів системи висуваються суворі вимоги. У випадку з організацією контуру гарячого водопостачання внутрішній трубчастий теплообмінник повинен обов’язково відповідати найсуворішим санітарним нормам.
Бойлери непрямого нагріву Termico оснащені змійовиком (теплообмінником) із нержавіючої гофрованої сталі, внутрішня поверхня бойлера покрита високотемпературною харчовою емаллю. Даний матеріал здатний протягом десятиліть забезпечувати надійний захист води будь-якої жорсткості від контакту з металом змійовика, розміщеного в бойлері. Властивості емалі надають їй високу стійкість до деформації під впливом будь-яких активних елементів, що знаходяться у воді, а також до значних перепадів температури.
У холодні зимові дні теплової енергії колектора зазвичай не вистачає для повноцінного забезпечення всіх потреб у гарячому водопостачанні. Щоб забезпечити систему стабільним напором гарячої води цілий рік, у бойлерах непрямого нагріву Termico передбачено додатковий трубчастий електронагрівач (ТЕН). Також доступна можливість розміщення кількох нагрівальних елементів для збільшення загальної потужності теплогенерації всередині ємності.
Економічна доцільність
Відповідь на питання про швидкість окупності такої системи безпосередньо пов’язана з цінами на енергоносії і багато в чому залежить від вартості всіх її елементів. Середня кількість гарячої води, яку споживає один мешканець приватного будинку, становить 50–60 л на день. На місяць це складе приблизно 1,5–2,0 м³ рідини. Для нагріву такого об’єму води зі свердловини з середньою температурою 10°C до необхідних 50°C потрібно витратити близько 90 кВт енергії. Якщо перерахувати цей показник на сім’ю, припустімо, з 4-х осіб, то вийде 360 кВт на місяць.
Вартість обладнання такої продуктивності зі встановленням на сьогодні складає в середньому 2 500 доларів або близько 72 000 грн. Максимальна віддача від системи може скласти до 2 600 кВтгод. За поточним денним тарифом за електроенергію 90 коп./кВтгод річна економія буде на рівні 2 340 грн. Для підрахунку кількості років окупності системи залишається розділити її вартість на річну вигоду від експлуатації: 72 000 / 2 340 = 30,8. Ця цифра справедлива для найбільш оптимальних умов роботи комплексу і не враховує витрати на розхідні матеріали та періодичне техобслуговування системи.
Як видно з наведених вище цифр, складно говорити про високу економічну виправданість впровадження даного виду систем. Проте у такого рішення є інші очевидні плюси — це високий ступінь автономності гарячого водопостачання. Мінімальна залежність від зміни вартості енергоносіїв, а також можливість отримати часткову компенсацію вартості встановлення обладнання в деяких регіонах України.
Крім того, слід враховувати, що потужніші системи коштують лише трохи дорожче, і з економічної точки зору набагато вигідніше встановлювати колектори з більшою продуктивністю. У приватному будинку вони зможуть забезпечувати не лише потреби ГВП, а й частково потреби системи опалення в міжсезоння. А на промислових об’єктах з великою кількістю споживаної гарячої води в теплу пору року високопродуктивна колекторна система окупиться в кілька разів швидше.
