Энергия солнца

   Активные солнечные отопительные системы используют солнечную энергию для нагрева жидкости — жидкости или воздуха.  И затем передают солнечное тепло непосредственно во внутреннее пространство или в систему хранения для последующего использования. Если солнечная система не может обеспечить достаточный обогрев помещения, дополнительная тепло обеспечивает вспомогательная система.

      Солнечное отопление на жидкой основе

Солнечные коллекторы жидкости наиболее подходят для центрального отопления. Они такие же, как те, которые используются в солнечных водонагревательных системах. Плоские коллекторы являются наиболее распространенными, но также доступны вакуумные и концентрирующие коллекторы. В коллекторе теплопередающая или «рабочая» жидкость, такая как вода, антифриз (обычно нетоксичный пропиленгликоль) или жидкость другого типа, поглощает солнечное тепло. В соответствующее время контроллер работает циркуляционным насосом для перемещения жидкости через коллектор.

Жидкость течет быстро, поэтому ее температура увеличивается только на 10–20 ° F (5,6–11 ° C) при движении через коллектор. Нагревание меньшего объема жидкости до более высокой температуры увеличивает потери тепла из коллектора и снижает эффективность системы. Скорость потока зависит от теплоносителя. Жидкость поступает в резервуар или теплообменник для немедленного использования.  Дополнительно необходимы: трубопроводы, насосы, клапаны, расширительный бак, теплообменник, накопительный бак и органы управления.

Хранение тепла в жидких системах

Жидкие системы хранят солнечное тепло в резервуарах с водой или в кладочной массе системы лучистых плит. В системах хранения типа резервуара тепло от рабочей жидкости передается распределительной жидкости в теплообменнике снаружи или внутри резервуара.

Резервуары находятся под давлением или без него, в зависимости от общей конструкции системы. Прежде чем выбрать резервуар для хранения, рассмотрите стоимость, размер, долговечность, где разместить его (в подвале или снаружи) и как его установить. Резервуар необходимого размера  , если его построить на улице. Может не пройти через существующие дверные проемы. Резервуары также имеют ограничения по температуре и давлению и должны соответствовать местным строительным, водопроводным и механическим нормам. Следует также отметить, сколько изоляции необходимо для предотвращения чрезмерных потерь тепла, и какое защитное покрытие или уплотнение необходимо для предотвращения коррозии или протечек.

Материал для бака:  Обычно это нержавеющая сталь, стекловолокно или высокотемпературный пластик. Бетонные и деревянные (джакузи) резервуары также варианты. У каждого типа резервуара есть свои преимущества и недостатки, и все типы требуют осторожного размещения из-за их размера и веса. Может быть более практичным использовать несколько небольших резервуаров, а не один большой. Самым простым вариантом системы хранения является использование стандартных бытовых водонагревателей.

Распределение тепла для жидких систем

Вы можете использовать теплый пол, плинтусы или радиаторы с горячей водой или центральную систему принудительной вентиляции для распределения солнечного тепла. В системе теплого пола жидкость, нагретая солнечным светом, циркулирует по трубам, встроенным в тонкий бетонный пол. Который затем излучает тепло в помещение. Теплый пол с подогревом идеально подходит для жидких солнечных систем, потому что он хорошо работает при относительно низких температурах. Тщательно спроектированной системе может не потребоваться отдельный резервуар для хранения тепла, хотя большинство систем включают их для контроля температуры. Обычный котел или даже стандартный бытовой водонагреватель может подавать резервное тепло. Пол обычно отделан плиткой. Системы теплого пола требуют больше времени для обогрева дома с «холодного старта», чем другие типы систем распределения тепла.  Ковровое покрытие и коврики снизят эффективность системы.

Плинтусы и радиаторы с горячей водой требуют воды между 160 ° и 180 ° F (71 ° и 82 ° C) для эффективного обогрева помещения. Как правило, плоские жидкостные коллекторы нагревают жидкость для переноса и распределения до температуры от 90 ° до 120 ° F (от 32 ° до 49 ° C). Поэтому для использования плинтусов или радиаторов с солнечной системой отопления требуется, чтобы площадь поверхности плинтуса или радиаторов была больше, температура жидкости, нагретой на солнечной энергии, была увеличена резервной системой или средне температурным солнечным коллектором (таким как вакуумированный). трубчатый коллектор) должен быть заменен плоским коллектором.

Существует несколько вариантов включения жидкостной системы в систему принудительного воздушного отопления. Основная конструкция заключается в размещении теплообменника жидкость-воздух или нагревательного змеевика в главном воздуховоде помещения. Воздух, возвращающийся из жилого помещения, нагревается, когда он проходит над нагретой солнечной жидкостью в теплообменнике. Дополнительное тепло подается по мере необходимости печью. Катушка должна быть достаточно большой, чтобы передавать достаточно тепла воздуху при самой низкой рабочей температуре коллектора.

Предварительный нагрев вентиляции

Солнечные системы воздушного отопления используют воздух в качестве рабочей жидкости для поглощения и передачи солнечной энергии. Солнечные коллекторы могут напрямую нагревать отдельные помещения или потенциально могут предварительно нагревать воздух, проходящий в вентилятор рекуперации тепла или через воздушный змеевик теплового насоса с источником воздуха.

Воздухосборники производят тепло раньше и позже, чем жидкие системы, поэтому они могут производить больше полезной энергии в течение отопительного сезона, чем жидкие системы того же размера. Кроме того, в отличие от жидкостных систем, воздушные системы не замерзают, и незначительные утечки в коллекторе или распределительных каналах не вызовут существенных проблем, хотя они ухудшат рабочие характеристики. Однако воздух является менее эффективной теплопередающей средой, чем жидкость, поэтому солнечные коллекторы воздуха работают с меньшей эффективностью, чем солнечные коллекторы жидкости.

Хотя некоторые ранние системы пропускали нагретый солнцем воздух через слой горных пород в качестве накопителя энергии, этот подход не рекомендуется из-за неэффективности, связанной с этим, потенциальных проблем с конденсацией и плесенью в горной породе, а также из-за влияния этой влаги и плесени на качество воздуха в помещении.

Солнечные коллекторы часто интегрируются в стены или крыши, чтобы скрыть их внешний вид. Например, в черепичную крышу могут быть встроены воздушные пути, чтобы использовать тепло, поглощаемое черепицей.

Большинство солнечных систем воздушного отопления являются комнатными воздухонагревателями, но относительно новые устройства, называемые воздухоотводчиками, имеют ограниченное применение в домашних условиях.

Комнатные воздушные отопители

Воздухосборники могут быть установлены на крыше или внешней (обращенной на юг) стене для обогрева одной или нескольких комнат. Несмотря на то, что есть заводские сборные коллекторы. Некоторые умельцы сами делают сборку и установку собственного воздушного коллектора. Простой коллектор оконного воздухонагревателя можно сделать за несколько сотен долларов.

Коллектор имеет воздухонепроницаемую и изолированную металлическую раму и черную металлическую пластину для поглощения тепла с остеклением перед ним. Солнечное излучение нагревает пластину, которая, в свою очередь, нагревает воздух в коллекторе. Электрический вентилятор или воздуходувка вытягивает воздух из помещения через коллектор и направляет его обратно в помещение. Для монтируемых на крыше коллекторов требуются воздуховоды для перемещения воздуха между комнатой и коллектором. Настенные коллекторы размещаются непосредственно на стене, обращенной на юг, и через стену вырезаются отверстия для впускного и выпускного отверстий коллектора.

Экономика и другие преимущества  солнечных отопительных систем

    Солнечные отопительные системы наиболее рентабельны в холодном климате с хорошими солнечными ресурсами, когда они вытесняют более дорогие отопительные топлива, такие как электричество, пропан и масло.Стоимость  солнечной системы отопления будет варьироваться. Коммерчески доступные коллекционеры имеют гарантию 10 лет и более и должны легко прослужить дольше. Экономия активной системы отопления помещений улучшается, если она также нагревает бытовую воду.

Отопление вашего дома с помощью активной солнечной энергетической системы может значительно сократить ваши расходы на топливо зимой. Система солнечного отопления также сократит количество загрязнения воздуха и парниковых газов, возникающих в результате использования ископаемого топлива для отопления или выработки электроэнергии.

Выбор и определение размеров солнечной системы отопления

Выбор подходящей системы солнечной энергии зависит от таких факторов: как место, дизайн и отопление вашего дома. Местный климат, тип и эффективность коллектора (ов) и площадь коллектора определяют, сколько тепла может обеспечить солнечная система отопления. Обычно наиболее экономичным является проектирование активной системы, обеспечивающей от 40 до 80% потребностей дома в отоплении. Системы, обеспечивающие менее 40% тепла дома, редко бывают экономически эффективными, за исключением случаев, когда используются солнечные коллекторы, которые нагревают одну или две комнаты и не требуют аккумулирования тепла. Хорошо спроектированный и изолированный дом, в котором используются пассивные методы солнечного отопления, потребует меньшей и менее дорогой системы отопления любого типа и может потребовать очень мало дополнительного тепла, кроме солнечного.

Управление для солнечных систем отопления

Автоматичекое управление солнечными системами отопления, как правило, более сложное, чем в обычной системе отопления,.  Поскольку они должны анализировать больше сигналов и управлять большим количеством устройств (включая обычную систему резервного отопления). Солнечные элементы управления используют датчики, переключатели и / или двигатели для управления системой. Система использует другие элементы управления для предотвращения замерзания или чрезмерно высоких температур в коллекторах.

Сердцем системы управления является дифференциальный термостат, который измеряет разницу в температуре между коллектором и блоком хранения. Когда коллекторы на 10–20 ° F (5,6–11 ° C) теплее, чем блок хранения. Термостат включает насос или вентилятор для циркуляции воды или воздуха через коллектор для нагрева среды хранения или дома.

Работа, производительность и стоимость этих элементов управления различаются. Некоторые системы контроля отслеживают температуру в разных частях системы, чтобы помочь определить, как она работает. Самые сложные системы используют микропроцессоры для контроля и оптимизации передачи тепла и доставки в хранилище и зоны дома.

При использовании с комнатным воздухосборником отдельные элементы управления могут не потребоваться. Это также гарантирует, что система будет работать в случае отключения электросети. Солнечная энергетическая система с аккумулятором может также обеспечивать питание для системы центрального отопления. Хотя это дорого для больших систем.