Основные схемы работы воздушных солнечных коллекторов

Основные схемы по приминению воздушных коллекторов. 

Солнечые воздушные коллектора (СВК) выполняют по разным схемам – с забором наружного воздуха, с забором внутреннего воздуха; с перепуском. Их выполняют с остеклением и без. Они бывают пассивные и активные. Есть три основные схемы подключения СВК: рис. с притоком наружного воздуха (а), с рециркуляцией внутреннего воздуха (б), с подмешиванием нагретого в СВК воздуха в вентиляционный канал (в) и их сочетания. Если СВК использовать зимой для нагрева воздуха, циркулирующего только внутри помещения, то это значит, что 2 коллектора площадью по 2,5 м2 в самые холодные месяцы года (январь – февраль) смогут обеспечить для донагрева в среднем 150 кВт·ч, а за всю зиму – 630 кВт·ч, весной – 1,3 МВт·ч, за осень – 0,95 МВт·ч. В ночное время перепуск воздуха можно отключать. 

Поскольку теплоноситель в СВК – это воздух, то, естественно, его очень часто используют совместно с системой вентиляции. Если СВК подключить к каналу геотермальной гравитационной системы естественной вентиляции (рис. в), то это значительно увеличит тягу в нем за счет увеличения перепада температур между притоком и выпуском и стабилизирует ее работу в межсезонье.

Пассивные схемы – это недорогое решение, его можно довольно просто применить в уже построенном доме. При подключении по рециркуляционной схеме (рис. б) или по схеме с подмешиванием воздуха из вентканала (рис. в), можно получить систему очистки воздуха, многократно прогоняя внутренний воздух через систему фильтров, присоединенную к патрубкам СВК.

Комбинированные схемы, как правило, выполняются по схеме с рекуператором тепла. СВК с рекуператорами можно устанавливать как на стенах, так и на крышах. 

Активные СВК 

Активная система с СВК для циркуляции воздуха имеет привод вентилятора. В активной системе нет необходимости «правильно» размещать по вертикали впускные и выпускные отверстия, так как воздух всасывается или нагнетается принудительно, и гравитационные и конвекционные потоки, как в естественной системе, не используются. Поэтому СВК в активной системе можно устанавливать на наклонной крыше под самый конек, а затем нагретый воздух направлять вниз вентилятором. Еще один способ, который сейчас набирает популярность – это комбинация солнечного фотовольтаического коллектора (PV- панели) и расположенного снизу СВК. Суть этого метода заключается в рекуперации тепла, отбираемого с нижней (затененной) стороны PV-модулей (его часто бывает в 3 – 4 раза больше, чем электроэнергии, произведенной модулем).

Тут имеется очевидное техническое преимущество – помимо получения электричества от PV-панели, а от СВК – тепловой энергии (когенерация), отбор и рекуперация тепла воздушным коллектором улучшает режим работы и КПД PV-модуля. СВК позволяет PV-системе работать ближе к его наилучшей эффективности (обычно это около 25 oС). Это уменьшает общий период окупаемости всей комбинированной системы. Избыточное тепло, которое поступает в помещение «не вовремя», можно сбросить в емкость ГВС. Если СВК имеют большую площадь, причем располагаются на стенах, по-разному ориентированным по сторонам света, то имеет смысл установить систему автоматики, следящую за работой системы. На рынке представлен большой выбор различных универсальных датчиков и программируемых контроллеров, которые можно подобрать к вентилятору с переменной скоростью, и затем собрать такую активную систему самому. Сейчас имеется огромное число конструктивных решений для СВК. Постоянно появляются новые оригинальные предложения.

Барьерные функции СВК  

Помимо генерации тепла СВК может выполнять барьерные и теплозащитные функции. В этом случае СВК занимает всю поверхность стены или крыши. Наружная поверхность СВК и стена здания образуют так называемый фасад с двойной оболочкой (ФДО). Таким путем можно «накрыть» стены, крыши и наклонные элементы зданий. Наружная часть ФДО выполняет с одной стороны барьерную функцию (защита внутренней части – т.е. собственно стены здания от намокания), с другой – это теплопоглощающая поверхность, хорошо пропускающая тепло на свою внутреннюю сторону. Ее обычно выполняют с мелкой перфорацией.

ФДО внутри разделен на вертикальные секции. Наружная поверхность ФДО нагревается солнечным теплом и передает его воздуху между наружной и внутренней стенками. Нагретый воздух активно поднимается вверх, откуда его отбирают внутрь для подогрева здания. Очень часто, как и в обычных СВК, горячий воздух здесь используется в сочетании с системой вентиляции – непосредственно или косвенно, через рекуператор. Восходящий поток горячего воздуха в полости ФДО энергично подсушивает стену здания, улучшая его теплоизоляционные характеристики.

Это свойство высоко оценили в странах с суровым климатом – в Канаде, на севере США, в Германии и Скандинавии. СВК типа «солнечная стена» здесь не только используется для отопления или подогрева воздуха в системе вентиляции, сколько выполняет энергосберегающие функции. 

Важное свойство сочетания СВК – ФДО в том, что в жаркое время года эта система охлаждает здание. Вверху и внизу системы устроены заслонки, которые обычно закрыты в холодное время. Воздух через перфорированные отверстия (в некоторых профильных системах выполнены специальные щели) в режиме работы СВК проникает в межфасадное пространство ФДО, поднимается вверх и поступает в распределительные каналы для обогрева. В жаркое время года верхние и нижние заслонки полностью открываются, каналы для обогрева перекрываются, и нагретый воздух интенсивно вентилирует межфасадный зазор. Избыточное тепло уносится вверх, а само здание не перегревается. Автоматика регулирует поворот наружных заслонок и степень открывания каналов для забора теплого воздуха внутрь здания. Ночью заслонки закрываются, и СВК–ФДО служит буфером, препятствующим потере тепла зданием.

Перспективное решение

СВК появились и начали активно применяться не так давно. Намного позже, чем, например фотовольтаические и жидкостные фототермальные коллекторы. Все особенности и преимущества СВК еще не раскрыты. Специальные исследования, проведенные в США и Канаде, показали, что системы СВК (фасадные и модульные) уменьшают энергопотребление здания примерно на 10–50 % от обычной тепловой нагрузки на отопление зимой и охлаждение летом. Совместное использование СВК с системами отопления, вентиляции и климатизации, а также в качестве наружного защитного щита здания, весьма перспективно.