Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома

Источникам солнечной энергии абсолютно незаслуженно уделяют мало внимания. Очевидно, что основная выгода от таких установок в их автономности, но есть исключения. В этой статье мы расскажем о солнечных коллекторах как о достаточно эффективном, а главное — рациональном источнике энергии для дома

Какие коллекторы использовать

За исключением специальных разновидностей, коллекторы бывают двух типов: плоские и вакуумные. Принцип работы обоих сводится к нагреву от солнечного излучения (в котором 40–50% волн — тепловые) некой системы резервуаров, внешняя сторона которых имеет покрытие с высоким коэффициентом инфракрасного поглощения, а внутри циркулирует теплоноситель. Разница лишь в том, что в вакуумных коллекторах трубки нагреваются непосредственно в фокусе солнечного света и практически не отдают тепла за счет безвоздушной среды. В то же время в плоских коллекторах нагрев передается через поглощающую пластину, к тыльной стороне которой припаяны каналы (могут быть проложены внутри плиты поглотителя).

Собственно, именно о вакуумных коллекторах следует говорить в реалиях российской природы. Они значительно дороже плоских коллекторов, но и коэффициент полезного действия у них выше. К тому же в зимнее время плоские коллекторы практически неэффективны: холодный ветер охлаждает их быстрее, чем нагревает солнце. Отрасль применения таких устройств — южные широты с теплым климатом, дачные и летние домики, а также всевозможные туристические объекты.

Вне зависимости от типа нагрева, принцип устройства самого коллектора неизменен. Зачастую он соединяет тепловые трубки в общую емкость, где происходит конденсация жидкости, испаренной в процессе нагрева. Передача тепла таким образом происходит гораздо быстрее, но есть и более эффективные решения.

Сроки окупаемости

Стоимость среднего вакуумного коллектора колеблется от 600 до 1500 USD. В эту стоимость входит не только коллектор, но также накопительный бак рекомендуемого объема и материалы для соединения с домовой системой ГВС. А вот стоимость услуг по монтажу в общей сумме не учтена: слишком большой разбег цен по регионам и условиям на объекте.
Тем не менее, окупаемость конкретного экземпляра проверить легко. Возьмем для примера коллектор СВК-А-30 торговой марки ATMOSFERA стоимостью 1100–1200 USD. Вакуумных трубок в нем 30 штук, их общая максимальная мощность составляет 2,5 кВт/ч, за световой день коллектор принимает до 7,6 кВт тепловой энергии. Бак-аккумулятор в коллекторе отсутствует, но мы в праве условно считать, что стоимость его и сантехнической обвязки эквивалентна цене за электрический бойлер сопоставимой мощности.

Средняя суточная мощность коллектора — 5,5 кВт, этого достаточно чтобы нагреть 120–140 литров воды от 10 до 50 °С. Затратив такое же количество электроэнергии по тарифу 4,68 руб./кВт/ч, мы получим в среднем 25 рублей в сутки или около 10 тысяч рублей в год. Соответственно, срок окупаемости коллектора составит около восьми лет, что при гарантированном сроке службы в 25 лет совсем неплохо. К тому же есть некоторые способы повысить окупаемость. В общем случае, чем мощнее установка, тем скорее она себя полностью оправдает.

Примеры типовых сборок

Вариантов интеграции коллектора в домашнюю сантехнику не очень много. Вот несколько типовых решений по мере возрастания их сложности:
1. Просто коллектор. Подключается к системе ГВС как обычный водонагревательный прибор. Работает только в дневное время при естественном протоке. Регулируя напор, можно изменять температуру воды на выходе.
2. Коллектор + бак-аккумулятор. Таких решений очень много и они популярны, но дополнительная нагрузка в 100–200 кг на одну точку кровли ставит некоторые ограничения. Бак имеет хорошую теплоизоляцию и, как правило, не остывает за ночь.

3. Коллектор + бойлер косвенного нагрева (БКН). Применяется при невозможности установить тяжелый бак на крыше, но имеет и иные преимущества. В первую очередь — использование в первом контуре теплообмена не воды, а более энергоемкой эмульсии.

4. Коллектор + система циркуляции. Позволяет получать горячую воду сразу, как только открыт кран. Вода в системе циркулирует под давлением и имеет примерно одинаковую температуру в любой точке контура. Иногда емкость водопровода достаточно велика и вся начинка системы состоит из запорной арматуры, циркуляционного насоса и регулятора давления. В ряде случаев может рекомендоваться (либо требоваться) установка расширительного бака или внутреннего аккумулятора. Как правило, используются коллекторы без теплообменника.
5. Коллектор + тепловой насос. Очень серьезное и технологичное решения для снабжения всего дома теплом и горячей водой. За счет повышенного теплообмена при невысоких температурах система выжимает максимум из полученной энергии, нагревая воду на выходе до 80–95 °С в достаточно большом объеме, чтобы обогреть все здание. Понятно, что коллекторов для такой системы потребуется несколько, но результатом будет недорогой обогрев жилья в ближайшие 40–50 лет, плюс горячее водоснабжение.

Как видите, отличие между коллекторами в любой из этих систем — наличие/отсутствие встроенного бака. В остальном все они одинаковы: патрубки подачи и отвода воды, типовые соединения тепловых трубок с коллектором, одна из специальных систем крепления. Благодаря этому коллекторы легко и гармонично вписываются в уже функционирующие системы теплоснабжения, повышая экономию даже без полного перехода на зеленую энергию.

Включение в систему ГВС и отопления

Врезка в отопительный контур выполняется параллельно: вода от коллектора поступает в трубу подачи, забор ведется из обратки, при необходимости контур коллектора снабжается собственным циркуляционным насосом. Очень важно установить вентили в местах врезки, чтобы регулировать проток для получения нужной температуры.
В систему горячего водоснабжения врезаются двумя способами. В первом используется БКН или другой промежуточный теплообменник. В этом случае связать два контура несложно. Но если коллектор используется параллельно с другими водонагревателями, его располагают в последовательной схеме как можно ближе к точке забора холодной воды и используют как контур предварительного нагрева.

Подключение солнечного коллектора к системе отопления и ГВС: 1 — солнечный коллектор; 2 — насосная станция; 3 — расширительный бак; 4 — теплоаккумулятор; 5 — система отопления; 6 — подача холодной воды; 7 — забор горячей воды; 8 — котел (используется при необходимости) 

Повышение рабочей температуры

Очевидный способ повысить температуру воды на выходе — снизить потери тепла при передаче ее от коллектора. Для этого трубы облачают в защитные чехлы из вспененного каучука или полипропилена, защищают места соединения, прокладку ведут только внутри здания.
Поскольку трубка коллектора нагревается в концентрированном пучке света, температура жидкости внутри может быть очень высокой (более 200 °С). Соответственно, если уменьшить проток нагреваемой воды, температура со временем увеличится. К сожалению, на сегодняшний день существует очень мало автоматизированных систем, поддерживающих температуру на нужном уровне. Как вариант используются устройства с компрессором и испарителем — небольшие тепловые насосы. В таком случае на выходе в ГВС или отопление температура воды будет придерживаться заданных значений за счет изменения мощности агрегата.

рмнт.ру

Распределительный электрический щит: выбираем модульные защитные устройства

Критически важные узлы любой электросети — это распределительные щитки. Модульная начинка и ее правильная компоновка служат основными показателями безопасности. Сегодня мы познакомим вас с модульными защитными устройствами стандарта DIN и особенностями их применения

Устройства стандарта DIN имеют защитный пластиковый корпус, пазы на задней стороне которого предназначены для крепления на рейку с Ω-видным профилем шириной 35 мм. Стандартная ширина одного модуля — 17,5 мм, т. е. шаг установки составляет 18 мм. Расстояние между выгнутыми бортами рейки и тыльной стороной лицевой защитной панели не бывает меньше 43 мм. Если согласно требованиям к пыле- и влагозащите необязательно плотно прижимать защитные ламели к полкам устройств, последние могут быть и меньшей глубины. В любом случае комплектовать щит лучше устройствами одного формата, за исключением случаев, когда в общем щите располагается специальная электротехника — ПЛК, релейная защита или сетевые трансформаторы.

Автоматические выключатели

Основа любой электрической сети и самый обширный класс модульного оборудования. Основное предназначение — защита кабельных линий и оборудования от недопустимо высоких токов. Однако механизм их работы несколько сложнее, чем кажется.
Автоматический выключатель несет на борту два устройства, отслеживающих ток в сети: тепловой и электромагнитный расцепители. Как исключение существуют автоматы типа MA (без тепловой защиты) и выключатели нагрузки (модульные рубильники). В остальных автоматических выключателях (типы A, B, C, D, K, Z) тепловой расцепитель ограничивает ток длительной перегрузки (ТП), а электромагнитный — ток короткого замыкания (ТКЗ).

Устройство автоматического выключателя: 1 — рычаг управления; 2 — электромагнитный расцепитель; 3 — нижняя клемма; 4 — дугогасительная камера; 5 — тепловой расцепитель (биметаллическая пластина); 6 — верхняя клеммаТип автомата определяется характеристикой работы теплового расцепителя. Если электромагнитный срабатывает предельно просто (мгновенно разрывает цепь при резком скачке тока), то тепловой способен выдерживать превышенные значения токов определенное время. Более точные данные можно вывести из графиков токо-временных характеристик, которые любой мало-мальски опытный электрик видел хоть раз в жизни.

Выбрать автоматический выключатель в соответствии с типом используемого оборудования, маркой кабеля, протяженностью линий и прочих факторов непросто, но от этого зависит долговечность всей электросетии корректная работа защитных устройств.

К прочему, автоматы имеют еще достаточно много мелких деталей помимо расцепителей, и от них также зависит долговечность и бесперебойность. Качество исполнения приводного механизма, рамы, искрогасителей и зажимов, а также разницу между их вариациями можно легко определить даже визуально, многие известные бренды имеют эскизы своей продукции или образцы в прозрачных корпусах, а в сети достаточно фотографий разобранных автоматов.

Дифференциальные устройства

Один из важнейших прорывов в современном электромонтаже — компактные устройства, работающие по принципу реле утечки. Не вдаваясь в детали механизма работы, можно сказать, что защитный компонент сравнивает количественное значение тока, вошедшего в цепь и вышедшего из нее. Если разница между значениями достаточно большая (от 10 мA до 1 А), устройство разрывает цепь. Есть два класса таких приборов: устройства защитного отключения (УЗО) и дифференциальные автоматические выключатели (ДАВ).

Чаще всего дифустройства применяют для защиты людей от поражения электрическим током. Через тело человека может безопасно протечь от 0,05 до 0,1 А переменного тока, в зависимости от времени воздействия. Утечка обнаруживается мгновенно, а отключение длится не более одного полупериода, поэтому можно утверждать, что воздействие тока в 0,01 ампера в течение 0,02 секунды будет безопасно даже для ребенка. Но утечки в электросети — обычное дело, они могут появляться и сами по себе из-за повышенной влажности и нарушенной изоляции (это один из аргументов против ХБ-изоленты). На практике самые чувствительные УЗО на 10 и 30 мA работают только при более-менее обновленной проводке. В сети квартир возрастом 30–40 лет они дают одно-два ложных срабатывания в неделю.
По этой и другим причинам чувствительность УЗО заведомо занижают. Считается, что большинство людей нормально переносят короткий удар в 0,1 А, поэтому все устройства до 100 мA предназначены именно для защиты человека. Но ведь ток утечки может пройти не только сквозь человека, возможны также пробои изоляции на стену или защитный проводник, что приводит к возникновению пожароопасной ситуации. Автоматический выключатель в этом случае не сработает: ток слишком мал. УЗО и ДАВ свыше 100 мA условно называют противопожарными.

Установка УЗО «для людей» обязательна на каждой линии, к которой подключена стационарная бытовая техника с металлическим корпусом, водонагреватели, посудомоечные и стиральные машины, розетки в санузле и на кухонном фартуке. Остальные розеточные группы могут быть подключены через общий дифавтомат, хотя чаще их тоже группируют по 4–5 штук. Противопожарное УЗО устанавливается на вводе в щиток, а его чувствительность выбирается, исходя из продолжительности кабельных линий и их общей величины утечки.
Приборы могут иметь механический или электронный принцип работы. Первые предпочтительней ввиду меньшей чувствительности к колебаниям напряжения. С другой стороны, некоторые из электронных УЗО имеют способность к самовозврату при исчезновении аварии.

Устройства релейной защиты

Обилие электронной бытовой техники всегда вызывает риск ее массового повреждения из-за повышенного напряжения, коммутационных перегрузок или несоответствия частоты тока промышленному стандарту. К сожалению, низкое качество сетевого напряжения все еще имеет место в отдаленных районах, даже в новостройках случаются аварии.
Сложность и стоимость защитных мер должны быть прямо пропорциональны стоимости подключаемого к сети оборудования. Как минимум, любая современная квартира, в которой есть хотя бы один цифровой телевизор, должна иметь на входе реле напряжения.

Самые примитивные устройства имеют чисто релейный принцип работы. Установки верхних и нижних порогов отключения задаются двумя потенциометрами. Трехфазные реле напряжения могут иметь встроенную защиту от асимметрии нагрузки, то есть следят за разницей между линейными напряжениями.
Особняком среди устройств релейной защиты стоят приборы, управляемые интегральными микросхемами. Электронный принцип работы позволяет не только аварийно отключать потребителя, но и проводить диагностику сети, сообщать о причине отключения и даже контролировать не только напряжение, но и другие показатели.

Самый высокий класс устройств именуют УКЗ — устройства комплексной защиты (УБЗ 302, например). Они не только контролируют напряжение, но также имеют встроенную токовую защиту, иногда и вовсе несут на борту цифровой вычислитель, позволяющий учитывать в работе потребляемую мощность в трех ее компонентах или отслеживать значения утечки, индуктивности и емкости цепи. Как правило, такие устройства характеризуются наличием пользовательского интерфейса и гибкой системой настроек, опционально наличие линий с управляемой коммутацией.

рмнт.ру