Основное предназначение солнечных систем – нагрев теплоносителя для нужд ГВС. Таких систем спроектировано большое количество, существуют действующие установки. Реализация более сложных схем, где задействованы, кроме системы горячего водоснабжения, система обогрева бассейна, нагрев радиаторов и напольного отопления с помощью гелиотермальных установок, пока что ограничено. Мы постараемся закрыть существующий информационный пробел и начнем с данной статьи. В первую очередь играет географическое расположение будущего объекта, количество солнечных дней за год. Если в зимний период времени стоит пасмурная погода и солнечных дней всего несколько, то не сыграет большой роли площадь покрытия солнечных коллекторов, никакой выработки энергии не будет. Иная ситуация в регионах, которые попадают в первую зону по уровню интенсивности солнечного излучения. Большое количество солнечных дней, «мягкий» климат – все предпосылки для использования солнечной энергии круглый год.
Процесс выработки тепловой энергии за счет солнечного излучения не постоянен, в ясный солнечный день с 1 м2 площади «снимается» 600-700 Вт/ч, при небольшой облачности 200-300 Вт/ч. В связи с этим система должна работать как накопитель тепла, где энергия вначале собирается, а при необходимости, используется. Чем больший накопитель, тем больше тепла возможно собрать. Таким образом происходит нагрев сантехнической воды в бойлере ГВС.
Для работы солнечного коллектора с отопительными контурами крайне желателен большой объем теплоносителя. Для таких систем создаются специальные конструкции накопителей, которые могут включать две емкости, собранные в одном корпусе. Внутренняя емкость содержит воду контура ГВС, внешняя емкость – теплоноситель отопительных контуров. В нижней части установлен змеевик из нержавеющей стали, где циркулирует теплоноситель солнечного коллектора. За счет солнечного излучения, накапливается достаточно энергии для производства горячей воды и подогрева теплоносителя различных систем (бассейн, напольное отопление, радиаторы) (рис.1). Газовый котел, подключенный к такой системе, автоматически будет компенсировать недостающую энергию.
Рисунок 1. Использование солнечной энергии для нагрева теплоносителя отопительных контуров и производства горячей сантехнической воды
Компания Immergas предлагает собственные наработки. Благодаря исследовательскому центру, разрабатываются новые проекты и технологии, изготавливаются прототипы продукции и при успешных испытаниях запускаются производственные линии. Кроме принятия логических решений, согласовываются гидравлические компоненты и элементы электроники.
И вот, новое предложение – комплект Domestic Sol 550 Lux (750 Lux). Он предназначен для взаимодействия солнечной системы с ГВС и отоплением (см. рис.2).
Комплект Domestic Sol 550 Lux включает такие компоненты:
В комплекте используется накопительный бойлер оригинальной конструкции, объемом 550 литров. В нем установлено два змеевика: внутренний, в котором проходит циркуляция сантехнической воды, и внешний, где протекает теплоноситель контура гелиоустановки TYFOCOR LS солнечного коллектора.
Рисунок 2. Составляющие комплекта Domestic Sol 550 Lux
В самом бойлере находится теплоноситель системы отопления – подготовленная вода. Данная схема позволит эффективно использовать солнечную энергию на протяжении всего года. Летом получать горячую воду и подогретый бассейн, в межсезонье дополнительно иметь комфортный «теплый пол», а зимой, в ясные солнечные дни, повышать температуру холодной водопроводной воды (в нижней части змеевика бойлера) с 5-8 °С до 25-30 °С.
На самом бойлере присутствует крепеж, где устанавливается гидравлическая группа с элементами безопасности (предохранительный клапан, манометр, штуцер для подключения компенсирующего расширительного бака). Кроме этого, в корпусе самой группы, отведено специальное место для установки контроллера солнечной системы. Данная конфигурация позволяет получить компактную систему, которая может быть установлена в помещения с малой площадью.
Контроллер, поставляемый в данном комплекте, значительно отличается от младших аналогов, которые идут в стандартных комплектах солнечных систем. В традиционном используется только две рабочие схемы: Arr1- система стандартная, нагрев бойлера ГВС только солнечным коллектором и Arr2- система с дополнительным догревом бойлера ГВС отопительным теплогенератором.
Новый тип контроллера DeltaSol имеет 9 программ установки: работа с одним или несколькими солнечными коллекторами, накопительными емкостями, разными отопительными системами.
Концепции использования солнечных систем для интегрированного производства горячей воды и поддержки систем отопления
Все предлагаемые схемы включают дополнительный источник теплоты – газовый котел. Тепло, вырабатываемое солнечным коллектором, накапливается в стратификационном бойлере и передается как для нагрева ГВС, так и для подогрева отопительной системы, нехватку компенсирует газовый котел. Тепло в систему отопления поступает из бойлера посредством циркуляционного насоса и трехходового клапана. Обратная линия котла соединяется с обратной линией бойлера (рис.3).
Рисунок 3. Интегрированная схема параллельного подключения отопительного котла и системы солнечных коллекторов
Данный метод подключения рекомендуется в тех случаях, когда необходимо поддерживать значительный объем воды в бойлере с высокой температурой, порядка 60°С, что в итоге гарантирует высокую производительность в режиме ГВС.
Вторая рекомендуемая схема позволяет использовать теплоту, вырабатываемую солнечным коллектором для повышения температуры теплоносителя на обратной линии газового котла.
Рисунок 4. Схема подключения системы с повышением температуры в обратной магистрали
Данная схема использует два опционных трехходовых клапана. Первый, с жестким приоритетом, служит для производства горячей воды. Второй клапан, управляемый солнечным контроллером, может работать в двух режимах: направление теплоносителя на обратную линию газового котла или через накопительный бойлер, в случае обнаружения в нем более высокой температуры. Более детально сам процесс описывается далее.
Третья схема основывается на явлении стратификации массы воды в накопительном бойлере по ее температуре. Система отопления связана с бойлером в зоне низких температур с помощью насоса и трехходового клапана. При этом подразумевается низкотемпературная система отопления. Для нагрева сантехнической воды задействуется второй трехходовой клапан.
Рисунок 5. Интегрированная схема со стратификацией
Рассмотрим более детально вторую схему.
Наша задача: обеспечить нагрев смешанной системы отопления, где используется два контура, радиаторы и «теплый пол», подогрев бассейна, производство горячей воды. Для ее реализации мы используем комплект Domestic Sol 550 Lux, газовый котел с возможностью подключения бойлера косвенного нагрева, комплект зонального управления (Dim комплект на три зоны), два трехходовых клапана, температурные датчики (рис.6).
Рисунок 6. Принципиальная гидравлическая схема подключений компонентов систем обогрева
Резервным источником выработки тепла является газовый котел Victrix Superior 32kW Plus. При запросе на тепло, в случае нехватки солнечной энергии, произойдет автоматическое включение котельного агрегата на нагрев накопительного бойлера. Процессор электронной платы котла сопоставит температуру, установленную пользователем, с температурой датчика бойлера В2 и при недостающем значении запустит газовую горелку. Электроника управления подаст питание на привод 3-х ходового клапана в газовом котле, и параллельно, на привод 3-х ходового внешнего клапана (М50) для циркуляции теплоносителя через бойлер. Включится горелка, пойдет циркуляция по малому контуру: нагретый теплоноситель выйдет из патрубка котла МВ и поступит на вход 1 накопительного бойлера, возврат из патрубка 3, проход через трехходовой клапан (М50) по пути В-АВ и попадет на обратную линию газового котла R (рис.6). Таким образом, прогреется и будет постоянно горячей верхняя половина бойлера. Этой энергии будет достаточно для нагрева сантехнической воды, которая циркулирует через внутренний змеевик. При достижении заданной температуры в выбранной зоне накопительного бойлера, котел автоматически перейдет в режим ожидания или по запросу переключится на нагрев системы отопления. Современные системы отопления, в большинстве случаев, состоят из нескольких контуров: радиаторы, теплый пол, система нагрева бассейна и т.д. Используя заводские готовые комплекты для зонального регулирования (DIM-комплекты), возможно легко создать разные температурные зоны и независимо ими управлять.
Запрос на нагрев системы отопления активирует функцию розжига, запустится циркуляционный насос, трехходовые клапана переключатся в режим циркуляции через DIM-комплект (СО). Теплоноситель выйдет из котла, патрубок М, поступит в гидравлический разделитель зонального комплекта, где произойдет его распределение по отдельным контурам системы обогрева. Существующий комплект управляет тремя зонами: одной прямой, высокотемпературной и двумя подмешивающими. Плавная регулировка температуры в радиаторном контуре и контуре напольного отопления достигается за счет подмешивающих трехходовых клапанов. Каждый контур мы настраиваем по индивидуальной температуре подачи, отключение нагрева происходит по команде комнатного термостата, электронная плата при этом закрывает трехходовые клапана.
Прямая высокотемпературная зона, в данном случае, это подогрев бассейна. По команде погружного температурного датчика, который работает по принципу включен/выключен, и установлен в бассейне, плата будет запускать циркуляционный насос для подачи нагретого теплоносителя через теплообменник бассейна. Контур подогрева бассейна включает собственный циркуляционный насос, систему фильтрации и очистки воды. Качественно управлять этой системой может только специальная автоматика.
Выйдя из обратной линии зонального DIM-комплекта, теплоноситель поступит во второй внешний 3-х ходовой клапан (М51). Его предназначение – переключить циркуляцию теплоносителя: на обратную линию котла или через накопительный бойлер, если там температура выше, для отбора тепла, которое выработал солнечный коллектор. На линии «обратки» установлен температурный датчик, который и подает соответствующий сигнал. Этим процессом управляет солнечный контроллер. Он сравнивает температуру датчика обратной линии В5 с температурой датчиков В12, В13 и принимает соответствующее решение.
Таким образом, система автоматически будет переключаться и использовать накопленное тепло, которое вырабатывает солнечный коллектор, в случае если температура в бойлере будет выше, чем температура на обратной линии отопительной системы. При установленной низкой температуре в контурах обогрева, порядка 45-50°С, включения газовой горелки может не произойти в связи с тем, что плата с помощью температурного датчика подачи на котле обнаружит требуемую температуру.
К солнечному контроллеру подключаются четыре температурных датчика: В11 – датчик солнечного коллектора, В12 – «нижний» датчик бойлера, В13 – «средний» датчик бойлера, В5 – датчик обратной линии отопительной системы. Кроме этого, циркуляционный насос гидравлической группы гелиосистемы М6 и трехходовой клапан (М51) системы отопления.
Реализация данной схемы предотвращает такую проблему, как закипание воды от переизбытка солнечной энергии в летние месяцы. Только следуя рекомендациям производителей, можно быть уверенным в стабильной и безопасной работе всех компонентов при различных климатических условиях.
Для реализации электрических подключений необходимо использовать опционные компоненты: плата интерфейсных реле (код 3.015350), трехходовой клапан СО (код 3.020632), трехходовой клапан жесткого приоритета (код 3.020633).
После проведения всех гидравлических и электрических подключений, необходимо произвести настройку системы. В солнечном контроллере производится выбор рабочей схемы, задаются соответствующие значения температур, в случае необходимости активируются дополнительные программы.
В настоящее время, когда происходит стремительное удорожание энергоносителей и ухудшение экологии, только вложения в альтернативные виды энергии являются экономически и экологически выгодными. Использование солнечных коллекторов, тепловых насосов позволяет выйти на новый уровень комфорта в нашей жизни. Возможность использовать возобновляемую энергию солнца, земли, делает возможным плавно уйти от зависимости в энергетическом плане развития.
