Теплостанция на крыше

Как известно из физики, тепло может переходить только от более нагретого тела к более холодному. Но существует устройство, которое, беря энергию из окружающей среды, способно довести воду до кипения, даже если температура на улице ниже нуля. Никакого чуда тут нет, ведь для нагрева применяется энергия Солнца. За потребляемую энергию приходится платить. Но совсем другое дело - если брать эту самую энергию прямо из окружающей среды. За год на Землю поступает в 15 тыс. раз больше солнечной энергии, чем вырабатывает вся мировая энергетика. Мы можем использовать лишь незначительную часть этого колоссального энергетического потока. Накапливая энергию Солнца, можно применять ее для отопления и получения горячей воды значительно дольше, чем длится световой день.

Солнечный коллектор представляет собой специальное устройство, которое придается зданию. Большинство коллекторов, используемых для отопления и охлаждения зданий, имеют плоскую форму. Эти коллекторы могут быть жидкостного или воздушного типа в зависимости от вида, циркулирующего через них теплоносителя.

Основным элементом коллектора является поглощающая пластина (теплоприемник), которая задерживает солнечный свет, преобразует его в тепло и передает это тепло теплоносителю. Поверхность теплоприемника обычно окрашена в черный цвет. Для уменьшения потери тепла с поверхности пластины над ней устанавливается прозрачное покрытие.

Распространенные жидкостные коллекторы имеют в большинстве случаев следующую конструкцию: сверху - закаленное стекло, под ним черный матовый сборник (абсорбент), в котором уложена медная труба, заполненная специальной жидкостью. Раствор нагревается солнечными лучами. Под коллектором уложена теплоизоляция, предотвращающая частичный переход тепла в прилегающее пространство. Коллекторы способны накапливать энергию как прямых, так и рассеянных солнечных лучей.

КПД коллектора - до 80%. Тепло аккумулируется в тепловых резервуарах, которыми могут служить те же емкости горячей воды, которые в зимнее время нагреваются электроэнергией. В частном доме для приготовления горячей воды нужна емкость примерно на 300-500 литров, а для отопления и горячего водоснабжения - резервуар примерно на 1000 литров. В общем случае на 50-100 литров резервуара должен приходиться один квадратный метр площади коллектора.

Сколько нужно литров?

Современные солнечные водонагреватели появились в 1953 году в Израиле. В этой стране, не слишком богатой природными ресурсами, такое оборудование обслуживает 95% квартир. Закон, принятый в 1976 году, предусматривал его применение при строительстве жилья в обязательном порядке. Исключение составляют лишь некоторые высотные дома (более 24 этажей), где площадь крыши не позволяет разместить солнечные коллекторы в достаточном количестве, чтобы они могли обслужить все здание. Но абсолютным лидером по производству и применению солнечных водонагревателей является Китай, где, по данным 2007 года, ими пользовались в общей сложности 150 миллионов человек.

Граница между солнечным коллектором и солнечным водонагревателем довольно расплывчата. Абсолютно точно можно сказать, что водонагреватель - это частный случай коллектора. Да и вообще коллекторы очень часто применяются именно для нагрева воды, которая, будучи конечным теплоносителем, уже используется в доме для разных целей.

В обычном жилом доме наиболее экономично устроить солнечный водонагреватель с коллекторной поверхностью 2-3 квадратных метра и вместимостью бака-аккумулятора 200-250 л. Многие разработчики считают целесообразным использовать крупные баки. Обычно соотношение объема накопительных баков и площади солнечного коллектора выбирают так, чтобы оно составляло 70-100 л на один квадратный метр.

Если принять соотношение меньше, это повлечет повышение температуры теплоносителя, но выработка тепла уменьшится. Для большой семьи можно установить два солнечных водонагревателя. Следует иметь в виду, что в районах с очень снежными зимами необходимо специальное устройство, предохраняющее солнечный водонагреватель от повреждений.