MOLDOVENII.MD

Организация отопления загородного дома при помощи солнечного коллектора и теплоаккумулятора

Итак, перейдем к рассмотрению условной эскизной схемы организации отопления дома с помощью солнечного коллектора и теплового аккумулятора.

Из всех встреченных мною в интернет аналогичных и подобных проектов, наиболее продвинутым является проект «Экологический дом в Сибири» (www.seu.ru/programs/ecodom/book/06.htm ), краткую выдержку из которого мы рассмотрим, см рисунок. Несмотря на кажущуюся серьезность проработки, проект на самом деле очень сырой и слабо жизнеспособный. Его явные недостатки таковы:

Во первых, в качестве наполнителя теплового аккумулятора выступает камень. А его теплоемкость в 4,5 раза ниже, чем у воды. Значит и тепла этот теплоаккумулятор запасет в 4,5 меньше, чем позволяет его объем.

Во-вторых, Не приведено абсолютно никаких расчетов, хотя бы приблизительных, сколько тепла можно вообще запаси, какая связь между площадью солнечного коллектора и теплоаккумулятора и т.д.

В третьих, схема просто не рабочая! Пока аккумулятор не будет заряжен полностью, использовать его просто нельзя. Он будет не нагревать воздух, а охлаждать его! Посмотрите, наддув горячего (нагретого солнечным коллектором) воздуха осуществляется с одной стороны аккумулятора, а забор воздуха на отопление - с другой! Откуда же ему там взяться, этому теплому воздуху, если кругом еще холодные непрогретые камни. Водух, проходя от нагретой стороны аккумулятора к холодной будет отдавать тепло еще не нагретым камням, выравнивая температуру внутри самого аккумулятора. А отапливать комнату будет уже нечем. Т.е. аккумулятор работает сам на себя, а не на отопление комнаты. Очевидно у авторов этого проекта сработала «водопроводная» логика, когда наливную трубу в бак располагают как можно выше, а расходную – как можно ниже. Первым пришел – первым вышел. Но то, что работает с водой, не всегда работает с теплом.

В четвертых, отсутствует возможность отопления дома непосредственно от солнечного коллектора. А напрасно. У дома тоже есть определенная тепловая инерция, и прежде чем начать запасать тепло, надо дом сначала прогреть, а запасать уже только излишек тепла.

Пятый, очень существенный недостаток, о котором забывают вообще все проектировщики проектов с солнечным коллектором. Это проблема образования конденсата на теплоаккумуляторе. Когда холодный теплоаккумулятор начинает обдуваться теплым воздухом, то на камнях сразу начнет конденсироваться влага, содержащаяся в воздухе. А поскольку теплоаккумулятор большой ( десятки тонн), то и влаги этой будет десятки, а может сотни литров! Вот почему то этот момент совершенно упущен.
Теплоаккумулятор в данном случае будет выступать в роли кондиционера. А всем известно, что кондиционер сушит воздух (влага оседает на холодных радиаторах кондиционера). В роли этого радиатора выступает теплоаккумулятор. Поэтому любой теплоаккумулятор должен помимо всего еще быть снабжен системой сбора и удаления сконденсировавшейся на нем влаги и ее удаления или дренажа.

И наконец, шестой недостаток такой. Очевидно, что нагнетаемый в аккумулятор воздух, и отсысываемый воздух будут стараться найти кратчайший путь от одного сопла до другого. И если не предпринять специальных мер, в таком аккумуляторе будет достаточно мертвых зон с застойным воздухом, не участвующих в работе теплоаккумулятора в полной мере. Это может снизить эффективность работы и количество запасаемого тепла на 20-50%.
Учитывая вышеперечисленные основные недостатки проекта, предлагаемого авторами «Экологического дома в Сибири» , я разработал эскизную схему устройства отопления от солнечного коллектора и теплового аккумулятора, которую и привожу ниже.

Тепловой аккумулятор должен представлять из себя не некий объем, который начинает прогреваться весь разом, а наоборот, максимально вытянутую в длину структуру. Тогда горячий воздух начнет прогревать теплоаккумулятор начиная с места ввода горячего воздуха. Нагрев эту часть аккумулятора, он перестанет отдавать ей тепло (согласно второго закона термодинамики) и тепло начнет проходить все дальше и дальше, постепенно прогревая весь аккумулятор (в идеале). На рисунке цветом показан градиент увеличения температуры нагрева аккумулятора. Такая схема позволит использовать запасенное тепло даже в случае, когда его совсем не много, и прогрета незначительная часть теплоаккумулятора.

Другой особенностью данной схему является то, что отбор тепла из аккумулятора осуществляется через входной же патрубок. Т.е. работает порядок «первым пришел – последним вышел» . Воздух, подается для нагрева в теплоаккумулятор с другой стороны, в его более холодную часть (но желательно не более холодную, чем сам подаваемый воздух, что бы его не охлаждать, а лишь вновь немного подогреть!

Для осуществления такой возможности по всей длине теплоаккумулятора устроены несколько дополнительных воздуховодов. Это третья особенность схемы. Она позволяет отказаться от привычной схемы «суточный аккумулятор», «сезонный аккумулятор» и т.п. У нас всего один аккумулятор, который мы может использовать в той степени, в какой он зарядился.

Ведь солнце может выйти всего на час- два, а то и меньше. Погода может быть с переменной облачность, когда солнце появляется на 5-10 минут с такими же интервалами. При этом поступление тепла в теплоаккумулятор будет происходить по весьма «рваному» графику. Поэтому важно сделать универсальную схему, которая сможет использовать любое сколь ни будь малое количество накопленного тепла.

Все части солнечного отопления соединены между собой теплоизолированными воздуховодами с управляемыми клапанами. Управление осуществляется с помощью контроллера, к которому подключены датчики температуры (терморезисторы). Наддув осуществляется вентиляторами, в «горячей части» предполагается использовать роторные вентиляторы, в «холодной» можно применить более дешевые, канальные вентиляторы.

Можно рассмотреть несколько вариантов работы системы, для примера (подробный алгоритм будет разработан позже, по мере реализации проекта).

Сразу после того, как солнце начинает освещать солнечный коллектор, теплый воздух начинает поступать на обогрев дома. Подостывший воздух затем вновь подается в солнечный коллектор. ( он выбрасываться и в атмосферу). Если дом нагрет (или почти нагрет), часть теплого воздуха начинает перебрасываться в теплоаккумулятор. Теплоаккумулятор начинает прогреваться, постепенно на всю свою глубину или частично. Контроллер сравнивает температуру выходящего из аккумулятора воздуха с атмосферным, и если она ниже, то происходит замена воздуха («отработанный» воздух выбрасывается в атмосферу, а в коллектор подсасывается более теплый. (Можно так же использовать непосредственно атмосферный воздух, если он теплее теплоаккумулятора, минуя солнечный коллектор. Например летом).

После того, как солнечный коллектор перестанет «поставлять» горячий воздух в дом или теплоаккумулятор, включается рекуперативная схема - отопление с помощью теплоаккумулятора. Клапана переключаются и воздух из дома начинает поступать на вход теплоаккумулятора №1, 2 или 3 (их может быть и больше), в зависимости от того, какова температура воздуха из дома и насколько прогрет теплоаккумулятор. Т.е. воздух дома не отдает тепло теплоаккумулятору, а только подогревается. Количество прогоняемого через теплоаккумулятор воздуха определяется контроллером и регулируется с помощью вентиляторов с плавно изменяемой производительностью.

Если теплоаккумулятор уже не в состоянии подогреть воздух, то непосредственное отопление от теплоаккумулятора можно отключить и перевести его на рекуперацию вентиляции или предварительный подогрев воздуха для воздушного отопления или воды.

С помощью такой схемы подключения теплового аккумулятора можно значительно более эффективно использовать его потенциал в деле отопления дома с помощью солнечной энергии.
Константин Тимошенко.