Солнечный коллектор Meibes для дома в Подмосковье: подбор гелиосистемы, бойлера, готовый пакет SolarPack HW2500 2

Идея использования возобновляемых источников энергии обретает всё большую популярность и за рубежом, и в России. Возможность заменить традиционные котлы на углеводородном топливе более экологичными и экономичными солнечными коллекторами в теории выглядит весьма привлекательно. Но как подобрать оборудование для конкретного дома на практике? Какие нюансы учесть, чтобы не ошибиться в вычислениях?

В линейке Meibes представлены гелиоколлекторы плоские (серия MFK) и прямоточные вакуумные (MVK). Коллекторы разных типов отличаются друг от друга не только конструкцией, но и эффективностью в разное время года

Мы рассмотрим алгоритм расчёта и подбора пакетного решения гелиосистемы немецкой компании Meibes (Майбес) для Центрального федерального округа на примере частного дома в Подмосковье, в котором проживают четыре человека — супружеская пара и двое детей. Гелиосистема должна будет решить проблему подготовки горячей воды в летний период — когда система отопления не используется и потому эксплуатация котла невыгодна. В данном случае солнечные коллекторы будут обслуживать только систему ГВС, без поддержки отопления, что в определённой степени упрощает задачу.

РАСЧЁТ ПОТРЕБНОСТИ В ГОРЯЧЕЙ ВОДЕ И ОБЪЁМА БОЙЛЕРА

При подборе ёмкости для нагрева горячей воды с помощью гелиоколлекторов важно учитывать особенности этих теплогенераторов. Если котёл или электрический бойлер могут нагревать воду в любое время суток и легко восполняют потреблённую горячую воду и днём и ночью, то солнечные коллекторы — оборудование сезонное. Они могут генерировать тепло только в светлое время суток, ночью же они бездействуют. Поэтому в системе ГВС с коллекторами нужно организовать запас воды на целые сутки.

Сначала следует определить потребность семьи в тёплой воде (комфортной для человека температуры в 40 0С). Можно выполнить расчет по упрощённой схеме исходя из среднестатистического потребления воды одним человеком (70–100 л/сут) и количества людей в семье. Но такой «статистический» вариант чреват погрешностями. Ведь статистика не учитывает индивидуальные особенности каждой семьи — пол и возраст её членов, их привычки, сантехническое оснащение жилища. Например, даже выполняющие одни и те же функции смесители и душевые лейки сильно разнятся по расходу воды. Модели душевых леек со встроенными ограничителями потока и с различными функциями экономии могут тратить порядка 6 л/мин, в то время как обычные лейки расходуют 10–12 л/мин. Особняком стоят душевые системы с несколькими форсунками и так называемый «тропический душ» — подобное оборудование расходует десятки литров в минуту. Если в доме есть ванна, то расход воды на её наполнение также необходимо учитывать. Ванна — крупный потребитель горячей воды, в зависимости от размеров и формы её объём может составлять и 150, и 200, и свыше 500 л.

Суммируя суточное водопотребление всех членов семьи, получаем необходимый объём тёплой воды для обеспечения их нужд

Для расчёта примем расход воды через душевую лейку 10 л/мин (стандартный вариант), а объём ванны — 200 л. На основе этих данных подсчитаем приблизительные затраты воды для разных членов семьи. Для мужчины и женщины, как правило, эти затраты не одинаковы.

Женщина расходует больше воды — за счёт различных оздоровительных и косметических процедур. Она дольше, чем мужчина, принимает душ (в среднем в два-три раза, то есть около 10–15 минут, тогда как мужчины тратят «на всё» 5–7 минут), чаще моет голову и т. д. На её долю отнесём и затраты на приготовление пищи, мытьё посуды и уборку. В нашем примере рассмотрим распространённую схему потребления воды женщиной. Каждодневные затраты: умывание и чистка зубов — утром и вечером по 35 л; вечерний душ (12 минут при расходе 10 л/мин) — около 120 л; приготовление еды на всю семью и мытьё посуды (около 15 л воды на каждого члена семьи) — 60 л. К этим затратам прибавим расход воды при мытье головы через день — порядка 72 л за раз, то есть 36 л в день. В выходные дни вместо вечернего душа женщина принимает полноценную ванну (200 л вместо 120). Итого в будние дни расход воды у женщины составит в среднем 286 л/сут, в выходные — 366.

Горячей воды семье нужно меньше, чем тёплой, так как для получения потока температурой 40 0С горячую воду из бойлера (60 0С) разбавят холодной из водопровода (10 0С)

Мужчина более экономен. Ежедневно он тратит воду на: умывание (утро и вечер) — дважды по 35 л; душ (около 72 л). В выходные вместо душа — ванна (200 л вместо 72). Соответственно, в будни затраты тёплой воды составляют 142 л/сут, в выходные — 270.

Что касается детей, то их расходы воды во многом зависят от возраста. На поддержание гигиены маленьких детей (до 5 лет) тратится довольно много воды — ведь им требуются частые подмывания, купания и т. д. В этот период жизни потребность ребёнка в воде сравнима с потребностью женщины. По мере взросления малыш перестаёт нуждаться в столь частых купаниях, и его потребность в воде снижается до уровня потребности мужчины. Поскольку в нашем примере дети старше пяти лет, суточное потребление воды каждым из них можно оценить в 142 л.

Чтобы нагреть холодную воду до расчётной температуры 60 0С, требуется 5,8 кВт тепловой энергии на 100 л

Суммарная потребность семьи в тёплой воде, таким образом, составит около 712 л в сутки (трое членов семьи по 142 л и один — 286 л). Речь, напомним, идёт о воде температурой 40  0С. Вода в бойлере нагревается до более высоких температур — 60 0С и выше, поэтому для получения комфортной тёплой воды её нужно будет разбавить холодной водопроводной (её температура в летний период обычно 10–15 0С) — в пропорции 3:2 (60 % воды из бойлера и 40 % холодной). В результате для получения 712 л тёплой воды нужно всего около 427 л горячей. К этому объёму прибавим ещё 10 % на дополнительные нужды — итого 469 л. Для накопления и нагрева такого объёма понадобится бойлер ёмкостью 500 л.

РАСЧЁТ ПОТРЕБНОСТИ В ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

Из системы ХВС в бойлер поступает вода температурой 10 0С. На нагрев 100 л такой воды до температуры 60 0С требуется 5,8 кВт тепловой энергии. Из этого соотношения легко вывести тепловую мощность, необходимую для нагрева 469 л воды: Q = (469 л : 100 л) х 5 кВт = 27 кВт. Соответственно, для обеспечения системы ГВС в нашем примере понадобится группа гелиоколлекторов суммарной производительностью 27 кВт.

ПОДБОР СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И ИХ КОЛИЧЕСТВА

Когда определена необходимая для нагрева воды тепловая мощность, можно приступить к подбору коллекторов и определению их количества. Следует учесть особенности региона и расположение коллекторов в пространстве, так как в зависимости от этих параметров их производительность сильно различается. На всей территории РФ (как и везде в северном полушарии) максимальной производительности коллекторы достигают при ориентации на юг. Оптимальный угол наклона может быть разным — он зависит от региона и от предполагаемого сезона использования. У нас коллекторы будут установлены на скатную крышу под углом 45 градусов, с ориентацией на юг. В расчётах будем опираться на данные о производительности коллекторов в указанных условиях.

В линейке Meibes представлены гелиоколлекторы двух типов — плоские (серия MFK) и прямоточные вакуумные (MVK). Можно сравнить их производительность на примере двух моделей схожей площади — MFK001 (2,3 м2) и MVK001 (2,23 м2). Установленные в одинаковых условиях (Подмосковье, ориентация на юг, угол наклона 45 градусов), в летние месяцы они достигают почти одинаковой тепловой мощности. Так, в июне плоский коллектор производит в среднем 6,8 кВт тепловой энергии в день, вакуумный — 7,1 кВт, для июля мощность моделей — 6,8 и 6,9 кВт, для августа — 6,7 и 6,8 кВт в день соответственно. По мере понижения температуры окружающего воздуха и сокращения светового дня производительность солнечных коллекторов снижается, при этом разница между моделями двух типов становится всё более заметна — к самому «тёмному» месяцу года, декабрю, эффективность вакуумных моделей падает почти в 6 раз, плоских — более чем в 11 раз. Это связано с тем, что вакуум обеспечивает отличную теплоизоляцию и препятствует потере тепла через корпус коллектора. У плоских, теплоизоляция которых не столь совершенна, при низких температурах окружающей среды теплопотери выше, это негативно сказывается на их производительности.

В нашем примере высокая производительность в межсезонье и зимой от коллекторов и не требуется — в холодный период года в доме будет работать котел, который обеспечит и отопление, и нагрев воды для ГВС. Для лета подойдут коллекторы любого типа.

Количество коллекторов в пакете рассчитываем, исходя из максимальной летней среднемесячной производительности. Для этого делим требуемую суточную тепловую мощность гелиосистемы (27 кВт) на производительность одного коллектора.

Для плоских коллекторов — 27 кВт : 6,8 кВт = 3,97; для вакуумных — 27 кВт : 7 кВт = 3,86. То есть для обеспечения теплом системе ГВС в рассматриваемом примере достаточно четырёх гелиоколлекторов любого из предложенных типов.

Нужно отметить, что плоские коллекторы в силу своих конструктивных особенностей значительно дешевле вакуумных. И если проект предусматривает эксплуатацию приборов только в тёплое время года (когда производительность моделей обоих типов почти одинакова), установка плоских коллекторов может быть более выгодной. Поэтому рассмотрим пакет на основе плоских моделей.

ПАКЕТНОЕ РЕШЕНИЕ

Итак, основные параметры для подбора пакета — наличие в составе четырёх плоских солнечных коллекторов и бойлера ёмкостью 500 л. Под данные параметры подходит пакет Meibes SolarPack HW2500 2.

Преимущество пакетного предложения — он включает основные необходимые элементы системы, оптимально сочетающиеся друг с другом. Пользователю нет нужды ломать голову, где раздобыть бойлер, какая нужна насосная группа, какой теплоноситель и т. д.

Компоненты пакета Meibes SolarPack HW2500 2 и схема работы гелиосистемы на его основе

Рассмотрим состав пакета Meibes SolarPack HW2500 2. В нём четыре плоских солнечных коллектора Meibes MFK001, комплект крепёжных принадлежностей для них и набор арматуры для подключения коллекторов к системе. Бойлер — 500‑литровый модели DUO Solar 500, бивалентный (с двумя спиральным теплообменниками), с теплоизолирующим кожухом. Для обеспечения циркуляции теплоносителя в системе в пакет включена однотрубная насосная станция S 3/4”с регулятором, насосом Grundfos Solar 15–65 и датчиками, в теплоизолирующем кожухе. Также в пакет входят расширительный бак на 18 л Flexcon Solar, компенсирующий изменение объёма при увеличении температуры, группа подключения расширительного бака, группа безопасности бойлера (с предохранительным клапаном, запорным краном и сливной воронкой), термостатический смеситель (для установки перед потребителем тёплой воды — чтобы обезопасить пользователей от ошпаривания неразбавленной горячей водой). Наконец, в пакете предусмотрен специальный незамерзающий теплоноситель для солнечных коллекторов Meibes Solar (две канистры по 10 л).

Бивалентный бак Flamco DUO Solar 500 на 500 л, расширительный бак Flamco Flexcon Solar на 18 л и однотрубная насосная станция Meibes с регулятором, насосом и датчиками

Фактически в пакет вошли почти все ключевые компоненты системы ГВС на основе солнечных коллекторов — пользователю останется приобрести только расширительный бак, трубопроводы из гофрированной нержавеющей стали, подключить систему к водоснабжению и электричеству.

Статья опубликована в весеннем выпуске журнала «Потребитель. Всё для стройки и ремонта» ВЕСНА» 2015 (объединённый выпуск с журналом GardenTools ВЕСНА 2015)
Апрель 2015