МІНІСТЕРСТВО ЕНЕРГЕТИКИ ТА ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇСРСР

ГОЛОВНЕ НАУКОВО-ТЕХНІЧНЕ УПРАВЛІННЯ
ЕНЕРГЕТИКИ ТА ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
ЗА РОЗРАХУНОМ І ПРОЕКТУВАННЯМ
СИСТЕМ СОНЯЧНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

РД 34.20.115-89

СЛУЖБА ПЕРЕДОВОГО ДОСВІДУ ПО «СОЮЗТЕХЕНЕРГО»

Москва 1990

РОЗРОБЛЕНО Державним орденом Трудового Червоного Прапора науково-дослідним енергетичним інститутом ім. Г.М. Кржижанівського

ВИКОНАВЦІ М.М. ЄГАЙ, О.М. КОРШУНОВ, А.С. ЛЕОНОВИЧ, В.В. НУШТАЙКІН, В.К. РИБАЛКО, Б.В. ТАРНІЖІВСЬКИЙ, В.Г. БУЛИЧІВ

ЗАТВЕРДЖЕНО Головним науково-технічним управлінням енергетики та електрифікації 07.12.89 р.

Начальник В.І. ГОРІЙ

Термін дії встановлюється

з 01.01.90

до 01.01.92

Справжні Методичні вказівкивстановлюють порядок виконання розрахунку та містять рекомендації щодо проектування систем сонячного теплопостачання житлових, громадських та промислових будівель та споруд.

Методичні вказівки призначені для проектувальників та інженерно-технічних працівників, які займаються розробкою систем сонячного теплопостачання та гарячого водопостачання.

. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ

де f - частка повного середньорічного теплового навантаження, що забезпечується за рахунок сонячної енергії;

де F - Площа поверхні СК, м2.

де Н - середньорічна сумарна сонячна радіація на горизонтальну поверхню,кВт · год/м 2 ; знаходиться з додатка;

а, b - параметри, що визначаються з рівняння () та ()

де r - характеристика теплоізолюючих властивостей конструкцій будівлі, що захищають, при фіксованому значенні навантаження ГВП, є відношенням добового навантаження опалення при температурі зовнішнього повітря рівної 0 °С до добового навантаження ГВП. Чим більше r тим більше частка опалювального навантаження порівняно з часткою навантаження ГВП і тим менш досконалою є конструкція будівлі з точки зору теплових втрат; r = 0 приймається при розрахунку системи ГВС. Характеристика визначається за формулою

де λ - питомі теплові втрати будівлі, Вт/(м 3 · С);

m - кількість годин на добу;

k - кратність вентиляційного обміну повітря, 1/сут;

ρ в - Щільність повітря при 0 ° С, кг/м 3 ;

f - Коефіцієнт заміщення, орієнтовно приймається від 0,2 до 0,4.

Значення λ, k, V, t в, s закладаються під час проектування ССТ.

Значення коефіцієнта α для сонячних колекторів II та III типів

	Значення коефіцієнтів
	α 1	α 2	α 3	α 4	α 5	α 6	α 7	α 8	α 9
	607,0	80,0		1340,0	437,5	22,5	1900,0	1125,0	25,0
	298,0	148,5	61,5	150,0	1112,0	337,5	700,0	1725,0	775,0

Значення коефіцієнта β для сонячних колекторів II та III типів

	Значення коефіцієнтів
	β 1	β 2	β 3	β 4	β 5	β 6	β 7	β 8	β 9
	1,177	0,496	0,140			0,995	3,350	5,05	1,400
	1,062	0,434	0,158	2,465	2,958	1,088	3,550	4,475	1,775

Значення коефіцієнтів а та bперебувають з табл. .

Значення коефіцієнтів а та b залежно від типу сонячного колектора

	Значення коефіцієнтів
		0,75
		0,80

де q i - питома річна теплопродуктивність СГВС при значеннях f відмінних від 0,5;

Δq - Зміна річної питомої теплопродуктивності СГВС, %.

Зміна значення питомої річної теплопродуктивностіΔq від річного надходження сонячної радіаціїна горизонтальну поверхню H та коефіцієнта f

. РЕКОМЕНДАЦІЇ З ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМ СОНЯЧНОГОТЕПЛОПОСТАЧАННЯ де З с - питомі наведені витрати на одиницю теплової енергії, що виробляється ССТ, руб. / ГДж; З б - питомі наведені витрати на одиницю теплової енергії, що виробляється базовою установкою, руб. / ГДж. де З c - Наведені витрати на ССТ і дублер, руб. / Рік; де до з - капітальні витрати на СВТ, руб.; до - капітальні витрати на дублер, руб.; E н - Нормативний коефіцієнт порівняльної ефективності капітальних вкладень (0,1); Е с – частка експлуатаційних витрат від капітальних витрат на СВТ; Ев - частка експлуатаційних витрат від капітальних витрат на дублер; Ц - вартість одиниці теплової енергії, що виробляється дублером, руб. / ГДж; N д - кількість теплової енергії, що виробляється дублером протягом року, ГДж; до е - ефект від зниження забруднення довкілля, руб.; до п – соціальний ефект від економії зарплати персоналу, що обслуговує дублер, руб. Питомі наведені витрати визначаються за формулою де З б - наведені витрати на базову установку, руб. / Рік;	Визначення терміна
	сонячний колектор	Пристрій для уловлювання сонячної радіації та перетворення її на теплову та інші види енергії
Годинна (добова, місячна тощо) теплопродуктивність	Кількість теплової енергії, що відводиться від колектора за годину (добу, місяць тощо) роботи
Плоский сонячний колектор	Нефокусуючий сонячний колектор з поглинаючим елементом плоскої конфігурації (типу «труба в листі», тільки з труб тощо) та плоскою прозорою ізоляцією
Площа теплосприймаючої поверхні	Площа поверхні поглинаючого елемента, освітлена сонцем за умов нормального падіння променів
Коефіцієнт теплових втрат через прозору ізоляцію (днище, бічні стінки колектора)	Потік тепла в довкілля через прозору ізоляцію (днище, бічні стінки колектора), віднесений до одиниці площі теплосприймаючої поверхні, при різниці середніх температур поглинаючого елемента та зовнішнього повітря в 1 °С
Питома витрата теплоносія у плоскому сонячному колекторі	Витрата теплоносія в колекторі, віднесена до одиниці площі теплосприймаючої поверхні
Коефіцієнт ефективності	Величина, що характеризує ефективність перенесення тепла від поверхні поглинаючого елемента до теплоносія і дорівнює відношенню фактичної теплопродуктивності до теплопродуктивності за умови, що всі термічні опорипередачі тепла від поверхні поглинаючого елемента до теплоносія дорівнює нулю
Ступінь чорноти поверхні	Відношення інтенсивності випромінювання поверхні до інтенсивності випромінювання чорного тіла за тієї ж температури
Пропускна спроможність скління	Пропущена прозорою ізоляцією частка сонячного (інфрачервоного, видимого) випромінювання, що падає на поверхню прозорої ізоляції.
Дублер	Традиційне джерело теплової енергії, що забезпечує часткове або повне покриття теплового навантаження та працює у поєднанні із системою сонячного теплопостачання.
Система сонячного теплопостачання	Система, що забезпечує покриття навантаження опалення та гарячого водопостачання за рахунок сонячної енергії

Додаток 2

Тепло технічні характеристикисонячних колекторів

	Тип колектора
Загальний коефіцієнт теплових втрат U L, Вт/(м 2 · ° С)
Поглинальна здатність тепло-приймальної поверхні α	0,95	0,90	0,95
Ступінь чорноти поглинаючої поверхні в діапазоні робочих температур колектора ε	0,95	0,10	0,95
Пропускна здатність скління τ п	0,87	0,87	0,72
Коефіцієнт ефективності F R	0,91	0,93	0,95
Максимальна температура теплоносія, °С
Примітки. I - односкляний неселективний колектор; II - односкляний селективний колектор; III - Двоскляний неселективний колектор.

Додаток 3

Технічні характеристики сонячних колекторів

	Виробник
	Братський завод опалювального обладнання	Спецгеліотепломонтаж ГССР	КиївЗНДІЕП	Бухарський завод геліоапаратури
Довжина, мм	1530	1000 - 3000	1624	1100
Ширина, мм			1008
Висота, мм		70 - 100
маса, кг	50,5	30 - 50
Тепловосприймаюча поверхня, м		0,6 - 1,5		0,62
Робочий тиск, МПа		0,2 - 0,6

Додаток 4

Технічні характеристики проточних теплообмінників типу ТТ

	Діаметр зовнішній/внутрішній, мм		Прохідний переріз		Поверхня нагрівання однієї секції, м 2	Довжина секції, мм	Маса однієї секції, кг
			внутрішньої труби, см 2	кільцевого каналу, см 2
	внутрішньої труби	зовнішньої труби
ТТ 1-25/38-10/10	25/20	38/32	3,14	1,13		1500
ТТ 2-25/38-10/10	25/20	38/32	6,28	6,26		1500

Додаток 5

Річний прихід сумарної сонячної радіації на горизонтальну поверхню (Н), кВт · год/м2

Азербайджанська РСР
Баку	1378
Кіровобід	1426
Мінгечаур	1426
Вірменська РСР
Єреван	1701
Ленінакан	1681
Севан	1732
Нахічевань	1783
Грузинська РСР
Телаві	1498
Тбілісі	1396
Цхака	1365
Казахська РСР
Алма-Ата	1447
Гур'єв	1569
Форт-Шевченка	1437
Джезказган	1508
Ак-Кум	1773
Аральське море	1630
Бірса-Кельмес	1569
Кустанай	1212
Семипалатинськ	1437
Джанибек	1304
Колмикове	1406
Киргизька РСР
Фрунзе	1538
Тянь-Шань	1915
РРФСР
Алтайський край
Благовіщенка	1284
Астраханська область
Астрахань	1365
Волгоградська область
Волгоград	1314
Воронезька область
Воронеж	1039
Кам'яний степ	1111
Краснодарський край
Сочі	1365
Куйбишевська область
Куйбишев	1172
Курська область
Курськ	1029
Молдавська РСР
Кишинів	1304
Оренбурзька область
Бузулук	1162
Ростовська область
Цимлянськ	1284
Гігант	1314
Саратовська область
Єршов	1263
Саратов	1233
Ставропольський край
Єсентуки	1294
Узбецька РСР
Самарканд	1661
Тамдибулак	1752
Тахнаташ	1681
Ташкент	1559
Термез	1844
Фергана	1671
Чурук	1610
Таджицька РСР
Душанбе	1752
Туркменська РСР
Ак-Молла	1834
Ашгабад	1722
Гасан-Кулі	1783
Кара-Богаз-Гол	1671
Чарджоу	1885
Українська РСР
Херсонська область
Херсон	1335
Асканія Нова	1335
Сумська область
Конотоп	1080
Полтавська область
Полтава	1100
Волинська область
Ковель	1070
Донецька область
Донецьк	1233
Закарпатська область
Берегове	1202
Київська область
Київ	1141
Кіровоградська область
Знам'янка	1161
Кримська область
Євпаторія	1386
Карадаг	1426
Одеська область
	30,8	39,2	49,8	61,7	70,8	75,3	73,6	66,2	55,1	43,6	33,6	28,7
	28,8	37,2	47,8	59,7	68,8	73,3	71,6	64,2	53,1	41,6	31,6	26,7
	26,8	35,2	45,8	57,7	66,8	71,3	69,6	62,2	51,1	39,6	29,6	24,7
	24,8	33,2	43,8	55,7	64,8	69,3	67,5	60,2	49,1	37,6	27,6	22,7
	22,8	31,2	41,8	53,7	62,8	67,3	65,6	58,2	47,1	35,6	25,6	20,7
	20,8	29,2	39,8	51,7	60,8	65,3	63,6	56,2	45,1	33,6	23,6	18,7
	18,8	27,2	37,8	49,7	58,8	63,3	61,6	54,2	43,1	31,6	21,6	16,7
	16,8	25,2	35,8	47,7	56,8	61,3
Температура кипіння, °С	106,0	110,0	107,5	105,0	113,0
В'язкість, 10 -3 Па · з:
при температурі 5 °С		5,15		6,38
при температурі 20 °С					7,65
при температурі -40 °С	7,75	35,3		28,45
Щільність кг/м 3				1077	1483 - 1490
Теплоємність кДж/(м 3 · °С):
при температурі 5 °С	3900	3524
при температурі 20 °С				3340	3486
Корозійна здатність	Сильна	Середня	Слабка	Слабка	Сильна
Токсичність	Ні	Середня	Ні	Слабка	Ні

Примітки е. Теплоносії на основі вуглекислого калію мають наступні склади (масова частка):

Рецептура 1 Рецептура 2

Вуглекислий калій, 1,5-водний 51,6 42,9

Натрій фосфорнокислий, 12-водний 4,3 3,57

Натрій кремнекислий, 9-водний 2,6 2,16

Натрій тетраборнокислий, 10-водний 2,0 1,66

Флуоресцоїн 0,01 0,01

Вода До 100 До 100

Навіщо використовуються теплові сонячні колектори? Де можна їх використовувати – сфери застосування, варіанти застосування, плюси та мінуси колекторів, технічні характеристики, ефективність. Чи можна зробити самому і як це виправдано. Схеми застосування та перспективи.

Призначення

Колектор та сонячна батарея два різних пристрої. Батарея використовує перетворення сонячної енергії на електричну, що накопичується в акумуляторах і застосовується для побутових потреб. Сонячні колектори, як і тепловий насос, призначені для збирання та накопичення екологічно чистої енергії Сонця, перетворення якої використовується для нагрівання води або опалення. В промислових масштабахстали широко використовуватися сонячні теплові електростанції, що перетворює тепло на електроенергію.

Пристрій

Колектори складаються із трьох основних частин:

• панелі;
• аванкамера;
• накопичувальний бак.

Панелі представлені у вигляді трубчастого радіатора, поміщеного в коробку зовнішньою стіноюзі скла. Їх необхідно розташовувати на будь-якому добре освітленому місці. В радіатор панелі надходить рідина, яка потім нагрівається і пересувається в аванкамеру, де холодна вода замінюється гарячою, що створює постійний динамічний тиск у системі. При цьому холодна рідина надходить у радіатор, а гаряча у накопичувальний бак.

Стандартні панелі легко пристосувати до будь-яких умов. За допомогою спеціальних монтажних профілів їх можна встановлювати паралельно один одному до ряду в необмеженій кількості. В алюмінієвих монтажних профілях просвердлюють отвори та кріплять до панелей знизу на болти або заклепки. Після завершення роботи панелі сонячних абсорберів разом з монтажними профілямиє єдиною жорсткою конструкцією.

Система сонячного теплопостачання ділиться на дві групи: з повітряним та рідинним теплоносієм. Колектори вловлюють і поглинають випромінювання, і, роблячи перетворення її на теплову енергію, Передають в накопичувальний елемент, з якої тепло розподіляється по приміщенню. Будь-яка із систем може доповнюватися допоміжним обладнанням(циркуляційний насос, датчики тиску, запобіжні клапани).

Принцип роботи

В денний частеплове випромінювання передається теплоносія (вода або антифриз), що циркулює через колектор. Нагрітий теплоносій передає енергію в бак водонагрівача, розташованого вище за нього і збирає воду для гарячого водопостачання. У простій версії циркуляція води здійснюється природним чином завдяки різниці щільності гарячої та холодної води в контурі, а для того, щоб циркуляція не припинялася, використовується спеціальний насос. Циркуляційний насос призначений для активного прокачування рідини по конструкції.


В ускладненому варіанті колектор включений окремий контур, наповнений водою або антифризом. Насос допомагає їм почати циркулювати, передаючи при цьому збережену сонячну енергію теплоізольований бак-акумулятор, який дозволяє запасати тепло і брати його в разі необхідності. Якщо енергії недостатньо, передбачений у конструкції бака електричний або газовий нагрівач, автоматично вмикається та підтримує необхідну температуру.

Види

Тим, хто хоче, щоб у його будинку була система сонячного теплопостачання, для початку слід визначитися з найбільш відповідним типомколектора.

Колектор плоского типу

Представлений у вигляді коробки, закритої загартованим склом, і має особливий шар, що поглинає сонячне тепло. Цей шар з'єднаний з трубками, якими ведеться циркуляція теплоносія. Чим більше енергії він отримуватиме, тим вища його ефективність. Зменшення теплових втрат у самій панелі та забезпечення найбільшого поглинання тепла на пластинах абсорбера дозволяє забезпечити максимальний збір енергії. За відсутності застою плоскі колектори можуть нагрівати воду до 200 °C. Вони призначені для підігріву води в басейнах, побутових потреб та опалення будинку.

Колектор вакуумного типу

Є скляними батареями (ряд порожніх трубок). Зовнішня батарея має прозору поверхню, а внутрішня батарея покрита спеціальним шаром, який уловлює випромінювання. Вакуумний прошарок між внутрішніми і зовнішніми батареями допомагає зберегти близько 90% енергії, що поглинається. Провідниками тепла є спеціальні трубки. При нагріванні панелі відбувається перетворення рідини, що знаходиться в нижній частині батареї в пару, яка піднімаючись, зраджує тепло в колектор. Цей тип системи має більший ККД у порівнянні з колекторами плоского типу, тому що його можна використовувати при низьких температурах та в умовах поганого освітлення. Вакуумна сонячна батарея дозволяє нагріти температуру теплоносія до 300 °C, при використанні багатошарового скляного покриття та створення в колекторах вакууму.

Тепловий насос

Системи сонячного теплопостачання найбільш ефективно працюють із таким пристроєм, як тепловий насос. Призначений для збирання енергії з навколишнього середовища незалежно від погодних умов та може встановлюватись усередині будинку. Як джерело енергії тут можуть виступати вода, повітря або ґрунт. Тепловий насос може працювати, використовуючи лише сонячні колектори, якщо достатньо сонячної електроенергії. При використанні комбінованої системи «тепловий насос і сонячний колектор», не має значення тип колектора, проте найбільш відповідним варіантомбуде сонячна вакуумна батарея.

Що краще

Система сонячного теплопостачання може встановлюватись на дахах будь-якого виду. Більш міцними та надійними вважаються плоскі колектори, на відміну від вакуумних, конструкція яких більш тендітна. Однак при пошкодженні плоского колектора доведеться замінити всю абсорбуючу систему, тоді як у вакуумному заміні підлягає лише пошкоджена батарея.


Ефективність вакуумного колектора набагато вища, ніж плоского. Їх можна використовувати в зимовий час і вони виробляють більше енергії у похмуру погоду. Досить велике поширення набув тепловий насос, незважаючи на свою високу вартість. Показник вироблення енергії у вакуумних колекторів залежить від величини трубок. У нормі розміри трубок повинні становити діаметрі 58 мм при довжині від 1,2-2,1 метра. Досить складно встановити колектор своїми руками. Однак володіння певними знаннями, а також дотримання докладних інструкцій з монтажу та вибору місця системи, вказаних при покупці обладнання, спростить завдання і допоможе принести в будинок сонячне теплопостачання.

2018-08-15

У СРСР існувало кілька наукових та інженерних шкіл сонячного теплопостачання: Москва (ЕНІН, ІВТАН, МЕІ та ін.), Київ (КиївЗНДІЕПІО, Київський інженерно-будівельний інститут, Інститут технічної теплофізики та ін.), Ташкент (Фізико-технічний інститут АН УзРСР, ТашЗНДІЕП), Ашхабад (Інститут сонячної енергії АН ТССР), Тбілісі («Спецгеліотепломонтаж»). У 1990-ті роки до цих робіт підключилися фахівці з Краснодара, оборонного комплексу (міста Реутів Московської області та Килимів), Інституту морських технологій (Владивосток), "Ростовтеплоелектропроекта". Оригінальну школу геліоустановок створив в Улан-Уді Г.П. Касаткіна.

Сонячне теплопостачання є однією з найрозвиненіших у світі технологій перетворення сонячної енергії для опалення, гарячого водопостачання та охолодження. У 2016 році загальна потужність систем сонячного теплопостачання у світі склала 435,9 ГВт (622,7 млн. м²). У Росії сонячне теплопостачання поки що не набуло широкого практичного використання, що пов'язано насамперед із відносно низькими тарифами на теплову та електричну енергію. У тому ж році в нашій країні, за експертними даними, експлуатувалося лише близько 25 тис. м² геліоустановок. На рис. 1 представлена ​​фотографія найбільшої в Росії геліоустановки у місті Наріманов Астраханської області площею 4400 м ².

З урахуванням світових трендів розвитку відновлюваної енергетики, розвиток сонячного теплопостачання Росії вимагає осмислення вітчизняного досвіду. Цікаво відзначити, що питання практичного використання сонячної енергії в СРСР на державному рівні обговорювалися в 1949 на Першій Всесоюзній нараді з геліотехніки в Москві. Особлива увага була приділена активним та пасивним системам сонячного опалення будівель.

Проект активної системи був розроблений та реалізований у 1920 році фізиком В. А. Міхельсоном. У 1930-х роках системи пасивного сонячного опалення розвивав один із ініціаторів геліотехніки — інженер-архітектор Борис Костянтинович Бодашко (місто Ленінград). У ці роки д.т.н., професор Борис Петрович Вейнберг (Ленінград) проводив дослідження ресурсів сонячної енергії біля СРСР і розробку теоретичних засадспоруди геліоустановок.

У 1930-1932 роках К. Г. Трофімов (місто Ташкент) розробив та випробував геліоповітронагрівач з температурою нагріву до 225 °C. Одним із лідерів розвитку сонячних колекторів та геліоустановок гарячого водопостачання (ГВП) був к.т.н. Борис Валентинович Пєтухов. В опублікованій ним у 1949 році книзі «Сонячні водонагрівачі трубчастого типу» він обґрунтував доцільність розробки та основні Конструктивні рішенняплоских сонячних колекторів (СК). На підставі десятирічного досвіду (1938-1949 роки) спорудження геліоустановок для систем гарячого водопостачання він розробив методологію їх проектування, будівництва та експлуатації. Таким чином, вже в першій половині минулого століття в нашій країні були виконані дослідження з усіх видів систем сонячного теплопостачання, у тому числі за потенціалом та методиками розрахунку сонячної радіації, рідинним та повітряним сонячним колекторам, геліоустановкам для систем ГВП, активним та пасивним системам сонячного опалення. .

Здебільшого радянські дослідження та розробки в галузі сонячного теплопостачання займали лідируючі позиції у світі. Водночас практичного широкого застосуваннявоно в СРСР не отримало і розвивалося в ініціативному порядку. Так, к.т.н. Б. В. Пєтухов розробив та побудував десятки геліоустановок з СК власної конструкції на прикордонних заставах СРСР.

У 1980-ті роки за зарубіжними розробками, ініційованими так званою «світовою енергетичною кризою», вітчизняні розробки в галузі сонячної енергетики значно активізувалися. Ініціатором нових розробок став Енергетичний інститут ім. Г. М. Кржижановського в Москві (ЕНІН), що накопичив досвід у цій галузі з 1949 року.

Голова Державного комітетуз науки та техніки академік В. А. Кирилін відвідав ряд європейських наукових центрів, що розпочали широкі дослідження та розробки в галузі відновлюваної енергетики, і в 1975 році відповідно до його доручення до робіт у цьому напрямку був підключений Інститут високих температурАкадемії наук СРСР у Москві (нині Об'єднаний інститут високих температур, ОІВТ РАН).

Дослідженнями в галузі сонячного теплопостачання в 1980-і роки в УРСР стали займатися також Московський енергетичний інститут (МЕІ), Московський інженерно-будівельний інститут (МІСІ) та Всесоюзний інститут легких сплавів (ВІЛС, місто Москва).

Розробку експериментальних проектів геліоустановок великої потужності виконував Центральний науково-дослідний та проектний інститут експериментального проектування (ЦНДІ ЕПІО, місто Москва).

Другим за значимістю науковим та інженерним центром розвитку сонячного теплопостачання був Київ (Україна). Головною організацією у Радянському Союзі з проектування геліоустановок для житлово-комунального господарства Держгромадянбудом СРСР було визначено Київський зональний науково-дослідний та проектний інститут (КиївЗНДІЕП). Дослідження у цьому напрямку виконували Київський інженерно-будівельний інститут, Інститут технічної теплофізики Академії наук України, Інститут проблем матеріалознавства АН УРСР та Київський інститут електродинаміки.

Третім центром у СРСР було місто Ташкент, де дослідженням займалися Фізико-технічний інститут Академії наук Узбецької РСР та Каршинський держпедінститут. Розробку проектів геліоустановок виконував Ташкентський зональний науково-дослідний та проектний інститут ТашЗНДІЕП. В радянський чассонячним теплопостачанням займався Інститут сонячної енергії Академії наук Туркменської РСР у місті Ашгабаді. У Грузії дослідження сонячних колекторів та геліоустановок проводили об'єднання «Спецгеліотепломонтаж» (місто Тбілісі) та Грузинський НДІ енергетики та гідротехнічних споруд.

У 1990-і роки в Російської Федераціїдо досліджень та проектування геліоустановок підключилися фахівці з міста Краснодара, оборонного комплексу (АТ «ВПК «НВО «Машинобудування», Коврівський механічний завод), Інституту морських технологій (місто Владивосток), «Ростовтеплоелектропроекту», а також Сочинського інституту курортології. Короткий огляд наукових концепцій та інженерних розробок представлений у роботі.

У СРСР головною науковою організацією з сонячного теплопостачання був Енергетичний інститут (ЕНІН*, Москва) ( прим. автора: Діяльність ЕНІН в галузі сонячного теплопостачання з вичерпною повнотою описана д.т.н., професором Борисом Володимировичем Тарніжевським (1930-2008) у статті «Сонячний круг» зі збірки «ЕНІН. Спогади найстаріших співробітників» (2000).), який організував у 1930 році і очолював до 1950-х років лідер радянської енергетики, особистий друг В. І. Леніна - Гліб Максиміліанович Кржижановський (1872-1959).

В ЕНІН з ініціативи Г. М. Кржижановського в 1940-і роки було створено лабораторію геліотехніки, якою керував спочатку д.т.н., професор Ф. Ф. Молеро, а потім довгі роки (до 1964 року) д.т.н. ., професор Валентин Олексійович Баум (1904-1985), який поєднував обов'язки завідувача лабораторії з роботою заступника директора ЕНІН.

В. А. Баум моментально схоплював суть справи та давав важливі для аспірантів поради щодо продовження або завершення роботи. Його учні із вдячністю згадували семінари лабораторії. Вони проходили дуже цікаво і справді хорошому рівні. В. А. Баум був дуже широко ерудованим вченим, людиною високої культури, великої чуйності та такту. Всі ці якості він зберіг до глибокої старості, користуючись любов'ю та повагою до своїх учнів. Високий професіоналізм, науковий підхід і порядність вирізняла цю непересічну людину. Під його керівництвом було підготовлено понад 100 кандидатських та докторських дисертацій.

З 1956 Б. В. Тарніжевський (1930-2008) - аспірант В. А. Баума і гідний продовжувач його ідей. Високий професіоналізм, науковий підхід і порядність вирізняла цю непересічну людину. Серед десятків його учнів та автор цієї статті. В ЕНІН Б. В. Тарніжевський пропрацював до останніх днів життя 39 років. У 1962 році він переходив на роботу у ВНДІ джерел струму, розташований у Москві, а потім через 13 років знову повернувся до ЕНІНу.

В 1964 після обрання В. А. Баума дійсним членом Академії наук Туркменської РСР він поїхав в Ашхабад, де очолив Фізико-технічний інститут. Його наступником на посаді завідувача лабораторії геліотехніки став Юрій Миколайович Малевський (1932-1980). Він у 1970-ті роки висунув ідею створення в Радянському Союзі експериментальної сонячної електростанції потужністю 5 МВт баштового типу з термодинамічний цикл перетворення (СЕС-5, розташовувалася в Криму) і очолив масштабну команду з 15 організацій з її розробки та будівництва.

Інша ідея Ю. Н. Малевського полягала у створенні на південному березі Криму комплексної експериментальної бази з сонячного тепла та холодопостачання, яка одночасно була б досить великим демонстраційним об'єктом та центром досліджень з даного напрямку. Для вирішення цього завдання Б. В. Тарніжевський повертається в 1976 в ЕНІН. У цей час лабораторія геліотехніки мала 70 людей. В 1980 після смерті Ю. Н. Малевського лабораторія геліотехніки була розділена на лабораторію сонячних електростанцій (її очолив син В. А. Баума - д.т.н. Ігор Валентинович Баум, 1946 р.н.) і лабораторію сонячного теплопостачання під керівництвом Б. В. Тарнижевського, яка займалася створенням Кримської бази теплої холодопостачання. І. В. Баум до вступу на роботу в ЕНІН завідував лабораторією в НВО "Сонце" Академії наук Туркменської РСР (1973-1983) в Ашхабаді.

В ЕНІН І. В. Баум завідував лабораторією СЕС. У період з 1983 по 1987 роки багато зробив для створення першої в СРСР термодинамічної сонячної електростанції. У 1980-і роки роботи з використання ВДЕ і, насамперед, сонячної енергії досягли в інституті найбільшого розвороту. 1987 року було завершено будівництво Кримської експериментальної бази в районі Алушти. Для її експлуатації дома було створено спеціальну лабораторію.

У 1980-ті роки лабораторія сонячного теплопостачання брала участь у роботах з впровадження в масове промислове виробництво сонячних колекторів, створення установок сонячного та гарячого водопостачання, у тому числі великих — з площею СК понад 1000 м² та інших масштабних проектів.

Як згадував Б.В. методик для проектування установок сонячного теплопостачання С. І. Смирнов був дуже помітною та популярною в інституті особистістю.

Потужний інтелект у поєднанні з добротою та деякою імпульсивністю характеру створював неповторну чарівність цієї людини. Разом з ним у його групі працювали Ю. Л. Мишко, Б. М. Левінський та інші співробітники. Групою з розробки селективних покриттів, яку очолювала Галина Олександрівна Гухман, була розроблена технологія хімічного нанесення селективних поглинаючих покриттів на абсорбери сонячних колекторів, а також нанесення термостійкого селективного покриття на трубчасті приймачі концентрованого сонячного випромінювання.

На початку 1990-х років лабораторія сонячного теплопостачання здійснювала наукове та організаційне керівництво проектом із сонячних колекторів нового покоління, що входило до програми «Екологічно безпечна енергетика». До 1993-1994 років в результаті проведених науково-дослідних робіт та дослідно-конструкторських робіт вдалося створити конструкції та організувати виробництво сонячних колекторів, які не поступаються закордонним аналогам за теплотехнічними та експлуатаційними характеристиками.

Під керівництвом Б. В. Тарнижевського було розроблено проект ГОСТ 28310-89 «Коллектори сонячні. Загальні технічні умови. Для оптимізації конструкцій плоских сонячних колекторів (ПСК) Борисом Володимировичем було запропоновано узагальнений критерій: приватне від розподілу вартості колектора на кількість теплової енергії, виробленої ним за розрахунковий термін служби.

Останніми роками СРСР під керівництвом д.т.н., професора Б.В. полімерні матеріали, дві конструкції повітряних колекторів. Розроблялися технології вирощування листотрубного алюмінієвого профілю із розплаву, технологія виготовлення зміцненого скла, нанесення селективного покриття.

Конструкція сонячного колектора, розроблена ЕНІН, серійно випускалася Братським заводом опалювального обладнання. Абсорбер — сталева штампозварна панель з селективним гальванічним покриттям «чорний хром». Корпус штампований (корито) - сталевий, скло - шибка, ущільнення скла - спецмастика (герлен). Щорічно (за даними 1989 року) заводом вироблялося 42,3 тис. м² колекторів.

Б. В. Тарніжевським було розроблено методи розрахунку активних та пасивних систем теплопостачання будівель. На стенді ЕНІНу з 1990 по 2000 роки було випробувано 26 різних сонячних колекторів, у тому числі всі, вироблені в СРСР та в Росії.

У 1975 році до робіт у галузі відновлюваної енергетики підключився Інститут високих температур Академії наук (ІВТАН) під керівництвом члена кореспондента РАН, д.т.н., професора Евальда Емільєвича Шпільрайна (1926-2009). Робота ІВТАНА з відновлюваної енергетики детально описана д.т.н. О.С. Золою у статті «ОІВТ РАН. Підсумки та перспективи» з ювілейної збірки статей інституту у 2010 році. У стислі терміни разом із проектними організаціями розробили й обгрунтовані концептуальні проекти «сонячних» будинків для півдня країни, розвинені методи математичного моделювання систем сонячного теплопостачання, розпочато проектування першого Росії наукового полігону «Сонце» біля берега Каспійського моря поблизу міста Махачкала.

В ІВТ РАН була створена спочатку наукова група, а потім лабораторія під керівництвом Олега Сергійовича Попеля, в яких спільно зі співробітниками Особливого конструкторського бюро ІВТ РАН поряд із забезпеченням координації та розрахунково-теоретичного обґрунтування розроблюваних проектів було розпочато дослідження в галузі створення електрохімічних оптичних селективних колекторів, розробки про «сонячних ставків», систем сонячного теплопостачання у поєднанні з тепловими насосами, сонячних сушильних установок, велися роботи та інших напрямах.

Одним із перших практичних результатів колективу ІВТ РАН стало будівництво «сонячного будинку» у селищі Мердзаван Ечміадзинського району Вірменії. Цей будинок став першим експериментальним енергоефективним «сонячним будинком» в СРСР, оснащеним необхідним експериментальним діагностичним обладнанням, на якому головним конструктором проекту М. С. Калашяном з Інституту «Армгіпросільгосп» за участю співробітників ІВТ РАН було проведено шестирічний цикл цілорічних експериментальних досліджень, що показали можливість 100% забезпечення будинку гарячою водою та покриття навантаження опалення на рівні понад 50%.

Іншим важливим практичним результатом стало впровадження на Братському заводі опалювального обладнання розробленої в ІВТ РАН М. Д. Фрідбергом (спільно з фахівцями Московського вечірнього металургійного інституту) технології нанесення електрохімічних селективних покриттів «чорний хром» на сталеві панелі плоских сонячних колекторів, виробництво яких цьому заводі.

У середині 1980-х років у Дагестані було введено в експлуатацію полігон ІВТ РАН «Сонце». Розташований на площі близько 12 га полігон включав, поряд з лабораторними корпусами, групу «сонячних будинків» різних типів, оснащених сонячними колекторами та тепловими насосами. На полігоні відбувся запуск одного з найбільших у світі (на той час) імітаторів сонячного випромінювання. Джерелом випромінювання була потужна ксенонова лампа потужністю 70 кВт, оснащена спеціальними оптичними фільтрами, що дозволяють регулювати спектр випромінювання від заатмосферного (АМ0) до наземного (АМ1,5). Створення імітатора забезпечило можливість проведення прискорених випробувань стійкості різних матеріалівта фарб до впливу сонячного випромінювання, а також випробувань великорозмірних сонячних колекторів та фотоелектричних модулів.

На жаль, у 1990-ті роки у зв'язку з різким скороченням бюджетного фінансування досліджень та розробок більшість розпочатих ІВТ РАН проектів у Російській Федерації довелося заморозити. Для збереження напряму робіт у галузі відновлюваної енергетики дослідження та розробки лабораторії було переорієнтовано на наукову співпрацю з провідними зарубіжними центрами. Виконувалися проекти з програм INTAS та TASIS, Європейської рамкової програми в галузі енергозбереження, теплових насосів та сонячних адсорбційних холодильних установок, що, з іншого боку, дозволило розвинути наукові компетенції у суміжних галузях науки і техніки, освоїти та використовувати у різних енергетичних додатках сучасні методи динамічного моделювання енергоустановок (к.т.н. С. Є. Фрід).

З ініціативи та під керівництвом О. С. Попеля спільно з МДУ (к.ф.-м.н. С. В. Кисельова) було розроблено «Атлас ресурсів сонячної енергії на території Російської Федерації», створено Геоінформаційну систему «Відновлювані джерела енергії Росії »(Gisre.ru). Спільно з інститутом «Ростовтеплоелектропроект» (к.т.н. А. А. Чернявський) розроблено, побудовано та випробувано геліоустановки із сонячними колекторами Коврівського механічного заводу для систем опалення та ГВП об'єктів спеціальної астрофізичної обсерваторії РАН у Карачаєво-Черкесії. В ОІВТ РАН створено єдиний у Росії спеціалізований теплогідравлічний стенд для натурних теплових випробувань сонячних колекторів та геліоустановок відповідно до російських та зарубіжних стандартів, розроблено рекомендації для застосування геліоустановок у різних регіонах РФ. Докладніше з деякими результатами досліджень та розробок ОІВТ РАН у галузі ВДЕ можна ознайомитись у книзі О. С. Попеля та В. Є. Фортова «Відновлювана енергетика в сучасному світі».

У Московському енергетичному інституті (МЕІ) питаннями сонячного теплопостачання займалися д.т.н. В. І. Віссаріонов, д.т.н. Б. І. Казанджан та к.т.н. М. І. Валов.

В. І. Віссаріонов (1939-2014) завідував кафедрою «Нетрадиційні відновлювані джерела енергії (у 1988-2004 роках). Під його керівництвом проводилися роботи з розрахунку ресурсів сонячної енергії, розвитку сонячного теплопостачання. М. І. Валовим разом із співробітниками МЕІ в 1983-1987 роках було опубліковано низку статей з вивчення геліоустановок. Однією з найзмістовніших книг є робота М. І. Валова та Б. І. Казанджана «Системи сонячного теплопостачання», в якій досліджувалися питання низькопотенційних сонячних установок. важливі схеми, кліматичні дані, характеристики СК, конструкції плоских СК), розрахунок енергетичних характеристик, економічна ефективність використання систем сонячного теплопостачання. Д.т.н. Б. І. Казанджаном розроблено конструкцію та освоєно виробництво плоского сонячного колектора «Альтен». Особливістю цього колектора є те, що абсорбер виконаний з алюмінієвого плавникового профілю, всередині якого запресована мідна трубка, а як прозора ізоляція застосований стільниковий полікарбонат.

Співробітником Московського інженернобудівного інституту (МІСД) к.т.н. С. Г. Булкіним були розроблені термонейтральні сонячні колектори (абсорбери без прозорої ізоляції та теплоізоляції корпусу). Особливістю роботи була подача в них теплоносія на 3-5 °C нижче температури навколишнього повітря та можливість використання прихованої теплоти конденсації вологи та інеутворення атмосферного повітря (геліоабсорбційні панелі). Теплоносій нагрітий у цих панелях догрівався тепловим насосом («повітря-вода»). У МИСИ було споруджено випробувальний стенд із термонейтральними сонячними колекторами та кілька геліоустановок у Молдові.

Всесоюзний інститут легких сплавів (ВІЛС) розробив та випускав СК зі штампосварним алюмінієвим абсорбером, заливною пінополіуретановою теплоізоляцією корпусу. З 1991 року виробництво СК було передано на Бакінський завод із обробки сплавів кольорових металів. У ВІЛС у 1981 році було розроблено Методичні вказівки з проектування енергоактивних будівель. Вони вперше у СРСР абсорбер був інтегрований у конструкцію будівлі, що поліпшувало економіку використання сонячної енергії. Лідерами цього напряму були к.т.н. Н. П. Селіванов та к.т.н. В. Н. Смирнов.

Центральним науково-дослідним інститутом інженерного обладнання (ЦНДІ ЕПІО) у Москві був розроблений проект, за яким в Ашхабаді побудовано сонячно-паливну котельню потужністю 3,7 МВт, розроблено проект сонячно-теплонасосної установки готелю «Привітний берег» у місті Геленджику з площею СК 690 м2. Як теплові насоси застосовані три холодильні машиниМКТ 220-2-0, що працюють у режимі теплових насосів з використанням тепла морської води.

Провідною організацією СРСР з проектування геліоустановок був інститут КиївЗНДІЕП, в якому розроблено 20 типових та повторно застосовуваних проектів: окремої установки сонячного гарячого водопостачання з природною циркуляцією для індивідуального житлового будинку; уніфікованої установки сонячного гарячого водопостачання громадських будівельпродуктивністю 5, 7, 15, 25, 30, 70 м³/добу; вузлів, деталей та обладнання житлових та громадських будівель масового будівництва; установки сонячного гарячого водопостачання сезонної дії продуктивністю 2,5; 10; 30; 40; 50 м³/добу; технічні рішення та методичні рекомендаціїз переобладнання опалювальних котелень у геліопаливні установки.

Цим інститутом було розроблено десятки експериментальних проектів, у тому числі системи сонячного гарячого водопостачання плавальних басейнів, сонячно-теплонасосна установка гарячого водопостачання. За проектом КиївЗНДІЕП було збудовано найбільшу в СРСР геліоустановку пансіонату «Кастрополь» (село Берегове, ПБК) у Криму площею 1600 м². На дослідному заводі інституту КиївЗНДІЕП вироблялися сонячні колектори, абсорбери яких виконані з плавникових змійникових алюмінієвих труб власного виготовлення.

Теоретиками геліотехніки в Україні були д.т.н. Михайло Давидович Рабінович (1948 р.н.), к.т.н. Олексій Рувимович Ферт, к.т.н. Віктор Федорович Гершкович (1934–2013). Вони були основними розробниками Норм проектування установок сонячного гарячого водопостачання та Рекомендацій щодо їх проектування. М. Д. Рабинович займався дослідженням сонячної радіації, гідравлічними характеристиками СК, геліоустановок із природною циркуляцією, сонячними системами теплопостачання, сонячно-паливними котельнями, геліоустановками великої потужності, геліотехнічними системами. А. Р. Ферт розробляв конструкцію стенда-імітатора та проводив випробування СК, досліджував регулювання гідравлічних геліоустановок, підвищення ефективності геліоустановок. У Київському інженерно-будівельному інституті багатосторонніми дослідженнями геліоустановок займався к.т.н. Микола Васильович Харченко. Він сформулював системний підхід до розробки геліотеплонасосних систем теплопостачання, запропонував критерії оцінки їхньої енергетичної ефективності, досліджував питання оптимізації геліопаливної системи теплопостачання, порівняв різні методи розрахунку геліосистем. Одна з його найповніших книг з малих (індивідуальних) сонячних геліоустановок відрізняється доступністю та інформаційністю. У Київському Інституті електродинаміки з питань математичного моделювання режимів роботи геліоустановок, СК, експериментального дослідження енергетичних характеристик сонячних колекторів працювали к.т.н. А. Н. Стронський та к.т.н. А. В. Супрун. Над математичним моделюваннямгеліоустановок у Києві працював також к.т.н. В. А. Никифоров.

Лідером наукової інженерної школи геліотехніки Узбекистану (Ташкент) є д.т.н., професор Рабанакул Рахманович Авезов (1942 р.н.). У 1966-1967 роках він працював в Ашхабадському фізико-технічному інституті Туркменістану під керівництвом д.т.н., професора В. А. Баума. Р. Р. Авезов розвиває ідеї вчителя у Фізико-технічному інституті Узбекистану, який перетворився на міжнародний дослідницький центр.

Наукові напрями досліджень Р. Р. Авезов сформулював у докторській дисертації (1990 рік, ЕНІН, Москва), а її результати узагальнені у монографії «Сонячні системи опалення та гарячого водопостачання». Він розвиває зокрема методи ексергетичного аналізу плоских сонячних колекторів, створення активних та пасивних систем сонячного опалення. Д.т.н. Р. Р. Авезов забезпечив великий авторитет та міжнародне визнання єдиному в СРСР та країнах СНД спеціалізованому журналу Applied Solar Energy («Геліотехніка»), який видається англійською мовою. Його донька Нілуфар Раббакумовна Авезова (1972 р.н.) - д.т.н., генеральний директор НВО "Фізика-Сонця" АН Узбекистану.

Розробкою проектів геліоустановок у Ташкентському зональному НДІ експериментального проектування житлових та громадських будівель (ТашЗНДІЕП) займався к.т.н. Юсуф Каримович Рашидов (1954 р.н.). Інститутом «ТашЗНДІЕП» було розроблено десять типових проектів житлових будинків, геліодушових, проект сонячно-паливної котельні, у тому числі геліоустановки продуктивністю 500 і 100 л/добу, геліодушові на дві та чотири кабіни. З 1984 до 1986 року було реалізовано 1200 типових проектів геліоустановок.

У Ташкентській області (селище Іллічівськ) було збудовано двоквартирний сонячний будинок з опаленням та гарячим водопостачанням з геліоустановкою площею 56 м². У Каршинському держпедінституті А.Т. Теймурханов, А.Б. Вардіяшвілі та ін. займалися дослідженнями плоских сонячних колекторів.

Туркменську наукову школу сонячного теплопостачання створив д.т.н. В. А. Баум, обраний 1964 року академіком республіки. В Ашхабадському фізико-технічному інституті він організував відділ сонячної енергетики та до 1980 року керував усім інститутом. У 1979 році на базі відділу сонячної енергетики було створено Інститут сонячної енергії Туркменістану, який очолив учень В. А. Баума – д.т.н. Реджеп Байрамович Байрамов (1933-2017). У передмісті Ашхабада (селище Бікрова) було збудовано науковий полігон інституту у складі лабораторій, випробувальних стендів, конструкторського бюро, майстерень з чисельністю працівників 70 осіб. У. А. Баум остаточно життя (1985) працював у цьому інституті. Р. Б. Байрамов разом із д.т.н. Ушаковою Альдою Данилівною досліджував плоскі сонячні колектори, сонячні системи опалення та сонячні опріснювачі. Примітно, що у 2014 році в Ашгабаті було відтворено Інститут сонячної енергії Туркменістану – НВО «ГУН».

У проектно-виробничому об'єднанні «Спецгеліотепломонтаж» (Тбілісі) та Грузинському НДІ енергетики та гідротехнічних споруд під керівництвом д.т.н. Нугзара Варламовича Меладзе (1937 р.н.) було розроблено конструкції та освоєно серійний випуск сонячних колекторів, індивідуальних геліоустановок гарячого водопостачання, геліоустановок та сонячно-теплонасосних систем. Було визначено умови окупності споруди геліоустановок у різних регіонах Грузії, на випробувальному стенді в натурних умовах випробовувалися різні конструкції сонячних колекторів.

Сонячні колектори «Спецгеліотепломонтажу» мали оптимальну для свого часу конструкцію: абсорбер сталевий штампосварний з лакофарбовим покриттям, корпус — з алюмінієвих профілівта оцинкованої сталі, скло віконне, теплоізоляція — з пінопласту та фольгоруберойду.

За даними М.В. - 13,8%, спортивних об'єктах - 3,6%, індивідуальних установках - 0,7%.

За даними автора, в Краснодарському країу 1988-1992 роках було встановлено 4620 м² сонячних колекторів «Спецгеліомонтажу». Робота СГТМ здійснювалася у співпраці з вченими з Грузинського НДІ енергетики та гідротехнічних споруд (ГруНДІЕГС).

Інститутом «ТбілЗНДІЕП» було розроблено п'ять типових проектів геліоустановок (ГУ), а також проект сонячно-теплонасосної установки. СГТМ мала у своєму складі лабораторію, де досліджувалися сонячні колектори, теплові насоси. Були розроблені сталеві, алюмінієві, пластикові рідинні абсорбери, повітряні СК зі склом та без нього, СК із концентраторами, різні конструкції термосифонних індивідуальних ГУ. Станом на перше січня 1989 року «Спецгеліомонтажем» було збудовано 261 ГУ загальною площею 46 тис. м² та 85 індивідуальних геліоустановок для систем ГВП площею 339 м².

На рис. 2 представлена ​​геліоустановка по вулиці Рашпілівській у Краснодарі, яка успішно працювала 15 років з колекторами «Спецгеліотепломонтажу» (320 шт. загальною площею 260 м²).

Розвитком сонячного теплопостачання в СРСР та Росії з боку владних структур займався д.т.н. Павло Павлович Безруких (1936 р.н.). У 1986-1992 році він на посаді головного спеціаліста Бюро Ради Міністрів СРСР з паливноенергетичного комплексу займався серійним виробництвом сонячних колекторів на братському заводі опалювального обладнання, в Тбілісі в об'єднанні «Спецгеліотепломонтаж» на Бакинському заводі з обробки кольорових сплавів. За його ініціативою та за безпосередньою участю було розроблено першу в СРСР програму розвитку відновлюваної енергетики на 1987-1990 роки.

П. П. Безруких з 1990 року брав найактивнішу участь у розробці та реалізації розділу «Нетрадиційна енергетика» Державної науково-технічної програми «Екологічно безпечна енергетика». Він наголошує на головній ролі наукового керівника програми д.т.н. Е. Е. Шпільрайна із залучення до роботи провідних вчених та фахівців СРСР з ВІЕ. З 1992 по 2004 роки П. П. Безруких, працюючи в Міністерстві палива та енергетики Росії та очолюючи відділ, а потім і управління науково-технічного прогресу, керував організацією виробництва сонячних колекторів на Коврівському механічному заводі, НВО «Машинобудування» (місто Реутів, Московська область) , комплексом науково-технічних розробок із сонячного теплопостачання, реалізацією Концепції розробки та використання можливостей малої та нетрадиційної енергетики Росії. Брав участь у розробці першого російського стандарту ГОСТ Р 51595-2000 Колектори сонячні. Загальні технічні умови» та розв'язання розбіжностей автора проекту ГОСТ Р д.т.н. Б. В. Тарнижевського та головного конструктора виробника колекторів (Коврівського механічного заводу) А. А. Личагіна.

У 2004-2013 роках в Інституті енергетичної стратегії (Москва), а потім на посаді завідувача відділення енергозбереження та відновлюваних джерел ЕНІН П. П. Безруких продовжує розробки, у тому числі з сонячного теплопостачання.

У Краснодарському краї роботи з проектування та будівництва геліоустановок розпочато інженером-теплоенергетиком В. А. Бутузовим (1949 р.н.), який очолив перспективний розвиток теплопостачання виробничого об'єднання «Кубаньтеплокомуненерго». З 1980 по 1986 роки було розроблено проекти та побудовано шість сонячно-паливних котелень загальною площею 1532 м². За ці роки були налагоджені конструктивні відносини з виробниками СК: Братським заводом, «Спецгеліотепломонтажем», КиївЗНДІЕПом. У зв'язку з відсутністю 1986 року у радянських кліматологічних довідниках даних із сонячної радіації, з 1977 по 1986 роки з метеостанцій Краснодара і Геленджика було отримано достовірні результати для проектування геліоустановок.

Після захисту кандидатської дисертації у 1990 році роботи з розвитку геліотехніки були продовжені організованою В. А. Бутузовим Краснодарською лабораторією енергозбереження та нетрадиційних джерел енергії Академії комунального господарства (Москва). Було розроблено та вдосконалено кілька конструкцій плоских СК, стенд для їх натурних випробувань. В результаті узагальнення досвіду проектування та будівництва геліоустановок було розроблено « Загальні вимогидо проектування геліоустановок та ЦТП у комунально-побутовому господарстві».

На підставі аналізу результатів обробки значень сумарної сонячної радіації для умов Краснодара за 14 років, а Геленджика – за 15 років у 2004 році запропоновано новий спосіб надання місячних значень сумарної сонячної радіації з визначенням їх максимальних та мінімальних величин, ймовірності їхнього спостереження. Визначено розрахункові місячні та річні значення сумарної, прямої та розсіяної сонячної радіації для 54 міст та адміністративних центрів Краснодарського краю. Встановлено, що для об'єктивного зіставлення СК різних виробників крім порівняння їх вартості та енергетичних характеристик, отриманих за стандартною методикою на сертифікованих випробувальних стендах, необхідно враховувати витрати енергії на їх виготовлення та експлуатацію. Оптимальна вартість конструкції СК визначається загалом співвідношенням вартості виробленої теплової енергії та витратами на виготовлення, експлуатацію за розрахунковий термін служби. Спільно з Ковровським механічним заводом розроблено і серійно випускалася конструкція СК, що мала оптимальні для російського ринку співвідношення вартості та енергетичних витрат. Розроблено проекти та здійснено будівництво типових геліоустановок гарячого водопостачання добовою продуктивністю від 200 л до 10 м³. З 1994 року роботи з геліоустановок було продовжено в АТ «Південно-Російська енергетична компанія». З 1987 по 2003 роки виконано розробку та будівництво 42 геліоустановок, а також завершено проектування 20 геліоустановок. Результати роботи В.О. Бутузова було узагальнено в докторській дисертації, захищеної в ЕНІН (Москва).

З 2006 по 2010 роки ТОВ «Теплопроектбуд» розробляв та будував геліоустановки котелень. малої потужності, при встановленні в яких СК у літній час скорочується експлуатаційний персонал, що знижує термін окупності геліоустановок. У ці роки розроблялися та будувалися самодреновані геліоустановки, при зупинці насосів у яких вода зливається з СК у баки, запобігаючи перегріву теплоносія. У 2011 році створено конструкцію, виготовлено досвідчені екземпляри плоских СК, розроблено випробувальний стенд для організації виробництва СК в Ульяновську. З 2009 по 2013 рік в АТ «Южгеотепло» (Краснодар) розробило проект та побудувало найбільшу геліоустановку у Краснодарському краї площею 600 м² у місті Усть-Лабінськ (рис. 3). При цьому було виконано дослідження з оптимізації компонування СК з урахуванням затінення, автоматизації роботи, схемних рішень. Розроблено та побудовано геотермальну сонячну систему теплопостачання площею 144 м² у селищі Розовому Краснодарського краю. У 2014 році розроблено методику оцінки економічної окупності геліоустановок залежно від інтенсивності сонячної радіації, ККД геліоустановки, питомої вартості теплової енергії, що заміщується.

Багаторічне творче співробітництво В. А. Бутузова з д.т.н., професором Кубанського державного аграрного університету Робертом Олександровичем Амерхановим (1948 р.н.) реалізовано у розробці теоретичних основ створення геліоустановок великої потужності та комбінованих геотермально-сонячних систем теплопостачання. Під його керівництвом підготовлено десятки кандидатів технічних наук, зокрема в галузі сонячного теплопостачання. У численних монографіях Р. А. Амерханова розглянуто питання проектування геліоустановок сільськогосподарського призначення.

Найдосвідченішим спеціалістом з проектування геліоустановок є головний інженер проектів інституту «Ростовтеплоелектропроект» к.т.н. Адольф Олександрович Чернявський (1936 р.н.). Цим напрямом він в ініціативному порядку займався понад 30 років. Їм розроблено десятки проектів, багато з яких реалізовані в Росії та інших країнах. Унікальні системи сонячного опалення та ГВП описані у розділі інституту ОІВТ РАН. Проекти А. А. Чернявського відрізняються опрацюванням усіх розділів, включаючи детальне економічне обґрунтування. На основі сонячних колекторів Коврівського механічного заводу розроблено «Рекомендації з проектування сонячних станцій теплопостачання».

Під керівництвом О. О. Чернявського створено унікальні проекти фотоелектричних станцій з тепловими колекторами у місті Кисловодську (6,2 МВт електричних, 7 МВт теплових), а також станція у Калмикії загальною встановленою потужністю 150 МВт. Виконано унікальні проекти термодинамічних сонячних електростанцій встановленою електричною потужністю 30 МВт в Узбекистані, 5 МВт — Ростовської області; реалізовано проекти геліоустановок пансіонатів на узбережжі Чорного моря площею 40-50 м² для систем сонячного опалення та ГВП об'єктів спеціальної астрофізичної обсерваторії у Карачаєво-Черкесії. Для інституту "Ростовтеплоелектропроект" характерний масштаб розробок - сонячні станції теплопостачання житлових селищ, міст. Основні результати розробок цього інституту, проведені спільно з ОІВТ РАН, опубліковані у книзі «Автономні системи енергопостачання».

Розвитком геліоустановок у Сочинському державному університеті (Інститут курортної справи та туризму) керував д.т.н., професор Садилов Павло Васильович, завідувач кафедри інженерної екології. Ініціатор відновлюваної енергетики, він розробив та побудував кілька геліоустановок, у тому числі у 1997 році у селищі Лазаревському (місто Сочі) площею 400 м², геліоустановку Інституту курортології, кілька теплонасосних установок.

В Інституті морських технологій Далекосхідного відділення РАН (місто Владивосток) завідувачем лабораторії нетрадиційної енергетики к.т.н. Олександром Васильовичем Волковим, трагічно загиблим у 2014 році, було розроблено та побудовано десятки геліоустановок загальною площею 2000 м², стенд для натурних порівняльних випробувань сонячних колекторів, нові конструкції плоских СК, перевірено ефективність вакуумних СК китайських виробників.

Видатний конструктор і людина Адольф Олександрович Личагін (1933-2012) був автором кількох типів унікальних зенітних керованих ракет, зокрема «Стріла-10М». У 1980-ті роки він на посаді головного конструктора (в ініціативному порядку) на військовому Килимському механічному заводі (КМЗ) розробив сонячні колектори, які відрізняли високу надійність, оптимальне співвідношення ціни та енергетичної ефективності. Він зміг переконати керівництво заводу освоїти серійне виробництво сонячних колекторів та створити заводську лабораторію з випробування СК. З 1991 до 2011 року КМЗ виробив близько 3000 шт. сонячних колекторів, кожна з трьох модифікацій яких відрізнялася новими експлуатаційними властивостями. Керуючись «потужною ціною» колектора, при якій вартість різних конструкцій СК порівнюються при однаковій сонячній радіації, А. А. Личагін створив колектор з абсорбером з трубчастої латунної решітки зі сталевими поглинаючими ребрами. Були розроблені та виготовлені повітряні сонячні колектори. Найвища інженерна кваліфікація та інтуїція поєднувалися в Адольфі Олександровичу з патріотизмом, прагненням розвивати екологічно безпечні технології, принциповістю, високим художнім смаком. Перенісши два інфаркти, він зміг спеціально за тисячу кілометрів приїхати до Мадриду, щоб у музеї Прадо два дні вивчати чудові полотна.

АТ «ВПК «НВО Машинобудування» (місто Реутів, Московська область) займається виробництвом сонячних колекторів із 1993 року. Розробка конструкцій колекторів та сонячних водонагрівальних установок на підприємстві виконується конструкторським підрозділом ЦКЛ машинобудування. Керівник проекту – к.т.н. Микола Володимирович Дударєв. У перших конструкціях сонячних колекторів корпусу та штампозварювальні абсорбери виготовлялися з нержавіючої сталі. На основі колектора 1,2 м² на підприємстві були розроблені та виготовлялися сонячні термосифонні водонагрівальні установки з баками місткістю 80 та 120 л. У 1994 році була розроблена та впроваджена у виробництво технологія отримання селективного поглинаючого покриття методом вакуумного електродугового напилення, що у 1999 році доповнилася магнетронним способом вакуумного напилення. На основі цієї технології розпочато виробництво сонячних колекторів типу «Сокіл». Абсорбер та корпус колектора виготовлялися з алюмінієвих профілів. Наразі НУО виробляє сонячні колектори «Сокіл-Ефект» з листотрубними мідними та алюмінієвими абсорберами. Єдиний російський сонячний колектор сертифікований за європейськими нормами інститутом SPF із Рапперсвілл у Швейцарії (Institut für Solartechnik Hochschule für Technik Rappelswill).

Науково-виробниче підприємство «Конкурент» (з 2000 року - «Райдуга-Ц», місто Жуковський, Московської області) з 1992 року випускало сонячні колектори «Райдуга». Головний конструктор - В'ячеслав Олексійович Шершнєв.

Штампосварний абсорбер виготовлявся з листової нержавіючої сталі. Покриття абсорбера – селективне PVD або чорною матовою термостійкою фарбою. Річна програма НВП до 4000 шт. Енергетичні характеристики колектора отримані при випробуванні в ЕНІН. Вироблялася також термосифонна геліоустановка «Райдуга-2М» у складі двох СК по 1 м² та бака місткістю 200 л. У баку були плоска панель, що гріла, в яку надходив теплоносій від СК, а також дублюючий електронагрівач потужністю 1,6 кВт.

ТОВ «Новий Полюс» (Москва) - другий російський виробник, який розробив власні конструкції і в даний час виробляє плоскі рідинні, плоскі повітряні, плоскі повітряно-рідинні, трубчасті вакуумні сонячні колектори, виконує проекти та монтаж геліоустановок. Генеральний директор - Олексій Вікторович Скоробатюк.

Пропонуються чотири моделі плоских рідинних колекторів типу "Я Solar". Всі рідинні абсорбери даного виробника виконані з мідного листа з селективним покриттям Tinox і мідних трубок. З'єднання трубок з паяним листом з обвальцюванням. ТОВ «Новий Полюс» пропонує також три типи вакуумних трубчастих СК власного виготовлення з мідними абсорберами з U-подібними трубками.

Видатний спеціаліст, енергійна та високоінтелектуальна людина Геннадій Павлович Касаткін (1941 р.н.) — гірничий інженер та проектувальник з багаторічним стажем — почав займатися геліотехнікою 1999 року в місті Улан-Уде (Бурятія). В організованому ним Центрі енергоефективних технологій (ЦЕФТ) було розроблено кілька конструкцій рідинних та повітряних колекторів, збудовано близько 100 геліоустановок різних типів загальною площею 4200 м². На основі виконаних ним розрахунків виготовлялися дослідні зразки, які після випробувань у натурних умовах тиражувалися на геліоустановках Республіки Бурятія.

Інженером Г. П. Касаткіним розроблено кілька нових технологій: зварювання пластикових абсорберів, виготовлення корпусів колекторів.

Єдиний у Росії, він розробив та побудував кілька повітряних геліоустановок з колекторами власної конструкції. Хронологічно його розробки сонячних колекторів розпочалися з 1990 року зі зварених листотрубних сталевих абсорберів. Потім з'явилися варіанти мідних і пластикових колекторів зі звареними і обтисканням абсорберами і, нарешті, сучасні конструкції з європейськими мідними селективними листами і трубками. Г. П. Касаткіна, розвиваючи концепцію енергоактивних будівель, побудував геліоустановку, колектори якої інтегровані в покрівлю будівлі. В останні роки інженер передав керівні функції в ЦЕФТ своєму синові І. Г. Касаткіну, який успішно продовжує традиції фірми ТОВ «ЦЕФТ».

На рис. 4 представлена ​​геліоустановка готелю «Байкал» у місті Улан-Уде площею 150 м ².

Висновки

1. Розрахункові дані сонячної радіації для проектування геліоустановок у СРСР ґрунтувалися на різноманітних методиках обробки масивів вимірювань метеостанцій. У ці методики доповнені матеріалами міжнародних супутникових комп'ютерних баз даних.

2. Провідною школою з проектування геліоустановок у Радянському союзі був інститут КиївЗНДІЕП, яким було розроблено керівні документи та десятки проектів. В даний час актуальні російські норми та рекомендації відсутні. Проекти геліоустановок на сучасному рівні виконуються в російському інституті «Ростовтеплоелектропроект» (к.т.н. А.А. Чернявський) та в компанії ТОВ «ЕнерготехнологіїСервіс» (к.т.н. В.В. Бутузов, Краснодар).

3. Техніко-економічними дослідженнями геліоустановок в СРСР займалися ЕНІН (Москва), КиївЗНДІЕП, ЦНДІЕПІО (Москва). В даний час ці роботи ведуться в інституті "Ростовтеплоелектропроект" та в компанії ТОВ "Енерготехнології-Сервіс".

4. Провідною науковою організацією СРСР дослідження сонячних колекторів був Енергетичний інститут імені Р. М. Кржижановского (Москва). Найкращу для свого часу конструкцію колекторів робив «Спецгеліотепомонтаж» (Тбілісі). З російських виробників Коврівський механічний завод випускав сонячні колектори з оптимальним співвідношенням ціни та енергоефективності. Сучасні російські виробники збирають колектори із зарубіжних комплектуючих.

5. У СРСР проектування, виготовлення сонячних колекторів, монтаж та налагодження виконувала фірма «Спецгеліотепломонтаж». До 2010 року за такою схемою працювала фірма ТОВ «ЦЕФТ» (Улан-Уде).

6. Аналіз вітчизняного та зарубіжного досвіду сонячного теплопостачання показав безперечні перспективи його розвитку в Росії, а також необхідність державної підтримки. Серед першочергових заходів: створення російського аналога комп'ютерної бази даних сонячної радіації; розробка нових конструкцій сонячних колекторів з оптимальним співвідношенням ціни та енергоефективності, нових енергоефективних проектних рішень із адаптуванням до російських умов.

1. Сесії, з'їзди, конференції, перша Всесоюзна нарада з геліотехніки. [Електр. текст]. Режим доступу: fs.nashaucheba.ru. Дата звернення. 15.05.2018.
2. Пєтухов В.В. Сонячні водонагрівачі трубчастого типу. - М.-Л.: Держенерговидав, 1949. 78 с.
3. Бутузов В.А. Підвищення ефективності систем теплопостачання на основі використання відновлюваних джерел енергії: Дис. докт. техн. наук з спец. 05.14.08. - Краснодар: ЕНІН, 2004. 297 с.
4. Тарніжевський Б.В. Сонячне коло. Енергетичний інститут ім. Г.М. Кржижановського: Спогади найстаріших співробітників/Аладьєв І.Т. та ін// РАТ «ЄЕС Росії». - М: ЕНІН ім. Г.М. Кржижанівського, 2000. 205 с.
5. Тарніжевський Б.В., Мишко Ю.Л., Мойсеєнко В.В. Узагальнений критерій оптимізації конструкцій плоских сонячних колекторів// Геліотехніка, 1992. №4. С. 7-12.
6. Попіль О.С. Нетрадиційні відновлювані джерела енергії – новий сектор сучасної енергетики та результати роботи: ОІВТ РАН. Підсумки та перспективи. Зб. статей, присв. 50-річчю ОІВТ РАН. - М: Вид-во ОІВТ РАН, 2010. С. 416-443.
7. Попель О.С., Фортов В.Є. Відновлювана енергетика у світі. - М: Вид-во МЕІ, 2015. 450 с.
8. Валов М.І., Казанджан Б.І. Системи сонячного теплопостачання. - М: Вид-во МЕІ, 1991. 140 с.
9. Практика проектування та експлуатації систем сонячного тепла та хладопостачання. - Л.: Вища школа, 1987. 243 с.
10. ВСН 52-86. Установка сонячного гарячого водопостачання. - М.: Держгромадбуд СРСР, 1987. 17 с.
11. Рекомендації щодо проектування установок сонячного гарячого водопостачання для житлових та громадських будівель. - Київ: КиївЗНДІЕП, 1987. 118 с.
12. Рабінович М.Д. Науково-технічні засади використання сонячної енергії у системах теплопостачання: Дис. докт. техн. наук з спец. 05.14.01. – Київ, 2001. 287 с.
13. Харченко Н.В. Індивідуальні сонячні установки. - М: Енергоатоміздат, 1991. 208 с.
14. Авезов Р.Р., Орлов А.Ю. Сонячні системи опалення та гарячого водопостачання. – Ташкент: ФАН, 1988. 284 с.
15. Байрамов Р.Б., Ушакова А.Д. Системи сонячного теплопостачання у енергетичному балансі південних регіонів країни. - Ашхабад: Ылим, 1987. 315 з.
16. Системи сонячного та хладопостачання / За ред. Е.В. Сарнацького та С.А. Чистовина. - М.: Будвидав, 1990. 308 с.
17. Бутузов В.А., Бутузов В.В. Використання сонячної енергії для виробництва теплової енергії. - М: Теплоенергетик, 2015. 304 с.
18. Амерханов Р.А., Бутузов В.А., Гаркава К.А. Питання теорії та інноваційних рішень під час використання геліоенергетичних систем. - М: Енергоатоміздат, 2009. 502 с.
19. Зайченко В.М., Чернявський О.О. Автономні системи енергопостачання - М: Надра, 2015. 285 с.
20. Садилов П.В., Петренко В.М., Логінов С.А., Ільїн І.К. Досвід використання ВДЕ у регіоні Сочі // Промислова енергетика, 2009. №5. С. 50-53.
21. Ковальов О.П., Волков О.В., Лощенков В.В. Сонячні водонагрівальні установки у Приморському краї // Журнал С.О.К., 2006. №10. С. 88-90.
22. Личагін А.А. Сонячне повітряне теплопостачання у регіонах Сибіру та Примор'я // Промислова енергетика, 2009. №1. С. 17-19.

Зі зростанням цін на енергоносії все більш актуальним стає використання альтернативних джерел енергії. Оскільки опалення у багатьох основна стаття витрат, то про опалення йдеться в першу чергу: платити доводиться практично цілий рікта чималі суми. За бажання заощадити, першим на думку спадає сонячне тепло: потужне і абсолютно безкоштовне джерело енергії. І використати його цілком реально. Причому обладнання коштує хоч і дорого, але в рази дешевше за теплові насоси. Про те, як можна використовувати енергію сонця для опалення будинку, поговоримо докладніше.

Опалення від сонця: за і проти

Якщо говорити про використання сонячної енергії для опалення, то потрібно мати на увазі, що існують два різні пристрої для перетворення сонячної енергії:

Обидва варіанти мають свої особливості. Хоча відразу треба сказати, який би з них ви не вибрали, не поспішайте відмовлятися від тієї системи опалення, яка у вас є. Сонце встає, звичайно, щоранку, але не завжди на ваші сонячні елементи буде потрапляти достатньо світла. Найрозумніше рішення — створити комбіновану систему. Коли енергії сонця достатньо, друге джерело тепла не працюватиме. Цим ви і убезпечите себе, і жити будете в комфортних умовах, і заощадите.

Якщо бажання або можливості ставити дві системи немає, ваше сонячне опалення повинно мати щонайменше дворазовий запас за потужністю. Тоді точно можна сказати, що тепло у вас буде у будь-якому випадку.

Переваги використання сонячної енергії для опалення:

Недоліки:

• Залежність кількості тепла, що надходить, від погоди та регіону.
• Для гарантованого опалення потрібна система, яка може працювати паралельно із геліосистемою опалення. Багато виробників опалювального обладнання передбачають таку можливість. Зокрема, європейські виробники настінних газових котлів передбачають спільну роботу із сонячним опаленням (наприклад, котли Baxi). Навіть якщо у вас встановлено обладнання, яке такої можливості немає, можна погодити роботу опалювальної системи за допомогою контролера.
• Великі фінансові вкладення на стартовому.
• Періодичне обслуговування: трубки та панелі потрібно очищати від сміття, що налип, і мити від пилу.
• Деякі з рідинних сонячних колекторів не можуть працювати за дуже низьких температур. Напередодні сильних морозів рідину доводиться зливати. Але це стосується не всіх моделей та не всіх рідин.

Тепер розглянемо докладніше кожен із типів сонячних нагрівальних елементів.

Сонячні колектори

Для сонячного опалення використовують саме геліоколектори. Ці установки за допомогою тепла сонця нагрівають рідину-теплоносій, яку потім можна використовувати у системі водяного опалення. Специфіка в тому, що сонячний водонагрівач для опалення будинку видає тільки температуру 45-60 ° С, а найвищу ефективність показує при 35 ° С на виході. Тому рекомендовані такі системи для використання в парі з теплими підлогами. Якщо відмовлятися від радіаторів вам не хочеться, або збільшуйте кількість секцій (в два рази приблизно) або підігрівайте теплоносій.

Для забезпечення будинку теплою водоюі для водяного опалення можна використовувати сонячні колектори (плоські та трубчасті)

Тепер про види сонячних колекторів. Конструктивно є дві модифікації:

• плоскі;
• трубчасті.

У кожній із груп є варіації і за матеріалами, і за конструкцією, але принцип дії у них один: трубками біжить теплоносій, який нагрівається від сонця. Ось тільки конструкції абсолютно різні.

Плоскі сонячні колектори

Ці геліоустановки для опалення мають просту конструкцію і тому саме їх можна за бажання виготовити своїми руками. На металевій рамі закріплено міцне дно. Зверху укладено шар теплоізоляції. Ізолюються для зменшення втрат та стінки корпусу. Потім йде шар адсорбера - матеріалу, який добре поглинає сонячне випромінювання, перетворюючи його на тепло. Цей шар має чорний колір. На адсорбері закріплені труби, якими тече теплоносій. Зверху вся ця конструкція закривається прозорою кришкою. Матеріалом для кришки може бути загартоване скло або один із пластиків (найчастіше це полікарбонат). У деяких моделях світлопропускний матеріал кришки може проходити спеціальну обробку: для зменшення здатності, що відбиває, його роблять не гладким, а трохи матовим.

Труби в плоскому сонячному колекторі зазвичай укладені змійкою, є два отвори - впускний і випускний. Може бути реалізовано однотрубне та двотрубне підключення. Це комусь як подобається. Але для нормального теплообміну потрібний насос. Можлива і самопливна система, але вона буде дуже неефективною через невелику швидкість руху теплоносія. Саме цього типу сонячний колектор використовують для опалення, хоча з його допомогою можна ефективно гріти воду для ГВП.

Є варіант самопливного колектора, але його застосовують переважно для підігріву води. Називають таку конструкцію ще пластиковим сонячним колектором. Це дві пластини із прозорого пластику, герметично закріплені на корпусі. Усередині влаштований лабіринт для просування води. Іноді нижня панель пофарбована в чорний колір. Є два отвори - впускний і випускний. Вода подається всередину, у міру просування лабіринтом гріється сонцем, і виходить вже теплою. Така схема добре працює з резервуаром для води та легко нагріває воду для ГВП. Це сучасна заміна звичайної бочки, встановленої на літньому душі. Причому ефективніша заміна.

Наскільки ефективними є сонячні колектори? Серед усіх побутових геліоустановок на сьогодні вони показують найкращі результати: їх ККД 72-75%. Але не все так добре:

• вони не працюють уночі і погано працюють у похмуру погоду;
• великі втрати тепла, особливо за вітру;
• низька ремонтопридатність: якщо щось виходить з ладу, то треба міняти значну частину, або всю панель повністю.

Проте часто опалення приватного будинку від сонця роблять саме за допомогою цих геліоустановок. Такі установки популярні у південних країнах з активним випромінюванням та позитивними температурами у зимовий період. Для наших зим вони не підходять, але в літній сезонпоказують добрі результати.

Повітряний колектор

Ця установка може бути використана для повітряного опалення будинку. Конструктивно вона дуже нагадує описаний вище пластиковий колектор, але циркулює та нагрівається в ньому повітря. Такі пристрої навішуються на стіни. Діяти вони можуть двома способами: якщо повітряний геліонагрівач герметичний, повітря забирається з приміщення, нагрівається і повертається до того ж приміщення.

Є інший варіант. У ньому обігрів поєднаний із вентиляцією. У зовнішньому корпусі повітряного колектора є отвори. Через них усередину конструкції надходить холодне повітря. Проходячи через лабіринт, від сонячних променів він нагрівається, а потім підігрітим потрапляє до приміщення.

Таке опалення будинку буде більш-менш ефективним, якщо установка займатиме всю південну стіну, і при цьому тіні на цій стіні не буде.

Трубчасті колектори

Тут теж циркулює теплоносій трубами, але кожна з таких теплообмінних труб вставлена ​​в скляну колбу. Всі вони поєднуються в маніфолді (manifold), який, по суті, є гребінцем.

Схема трубчастого колектора (натисніть для збільшення розміру зображення)

Трубчасті колектори мають два типи трубок: коаксіальні та пір'яні. Коаксіальні - труба в трубі - вкладені одна в іншу та їх краї запаяні. Усередині між двома стінками створюється розріджене безповітряне середовище. Тому такі трубки називають вакуумними. Пір'яні трубки - це звичайна трубка, запаяна з одного боку. А пір'яними їх називають тому, що для підвищення тепловіддачі в них вставляється адсорберна пластина, яка має вигнуті краї і чимось нагадує перо.

Крім того, в різні корпуси можуть бути вставлені теплообмінники різного типу. Перші це теплові канали Heat-pipe (Хіт пайп). Це ціла система перетворення сонячного світла на теплову енергію. Heat-pipe – це порожня мідна трубка невеликого діаметру, запаяна на одному кінці. На другому знаходиться масивний наконечник. У трубку залито речовину із низькою температурою кипіння. При нагріванні речовина починає кипіти, частина її переходить у газоподібний стан і піднімається трубкою вгору. По дорозі від нагрітих стін трубки воно все більше нагрівається. Попадає у верхню частину, де перебуває деякий час. За цей час частина тепла газ передає масивному наконечнику, поступово охолоджується, конденсується та осідає вниз, де процес знову повторюється.

Другий спосіб – U-type – це традиційна трубка, заповнена теплоносієм. Тут жодних новин чи сюрпризів. Все як завжди: з одного боку входить теплоносій, проходячи трубкою, нагрівається від сонячного світла. Незважаючи на свою простоту, цей вид теплообмінників ефективніший. Але використовується він рідше. А все тому, що сонячні водонагрівачі такого типу є єдиним цілим. При пошкодженні однієї трубки доводиться міняти всю секцію.

Трубчасті колектори із системою Heat-pipe коштують дорожче, показують меншу ефективність, але використовуються найчастіше. А все тому, що пошкоджену трубку можна поміняти за пару хвилин. Причому якщо колба використана коаксіальна, то трубка теж може бути відремонтована. Просто вона розбирається (знімається верхня заглушка) та пошкоджений елемент (тепловий канал або сама колба) замінюється на справний. Потім трубка вставляється на місце.

Який колектор краще для опалення

Для південних регіонів з м'якою зимоюі великою кількістю сонячних днівв році найкращий варіант – плоский колектор. За такого клімату він показує високу продуктивність.

Для регіонів із суворішим кліматом підходять трубчасті колектори. Причому для суворих зимбільше підходять саме системи з Heat-pipe: вони гріють навіть уночі і навіть у похмуру погоду, збираючи більшу частину спектра сонячного випромінювання. Вони не бояться низьких температур, але точний діапазон температур слід уточнювати: він залежить від речовини, що знаходиться в тепловому каналі.

Ці системи при грамотному розрахунку можуть бути основними, але найчастіше вони просто економлять витрати на опалення від іншого платного джерела енергії.

Ще одним допоміжним опаленням може бути колектор повітряний. Його можна зробити на всю стіну, причому він легко реалізується своїми руками. Він відмінно підійде для опалення гаража чи дачі. Причому проблеми з недостатнім нагріванням можуть виникнути не взимку, як ви очікуєте, а восени. При морозі та снігу енергії сонця в рази більше, ніж у похмуру дощову погоду.

Сонячні батареї

Чуючи слова «сонячна енергетика» ми насамперед думаємо саме про батареї, які перетворять світло на електрику. І роблять це особливі фотоелектричні перетворювачі. Вони випускаються промисловістю із різних напівпровідників. Найчастіше для побутового використаннями використовуємо кремнієві фотоелементи. Вони мають саму низьку цінута показують досить пристойну продуктивність: 20-25%.

Сонячні батареї для приватного будинку в деяких країнах - звичайне явище

Безпосередньо використовувати сонячні батареї для опалення можна лише в тому випадку, якщо котел або інший опалювальний приладна електриці ви підключите до цього джерела струму. Також сонячні панелі в сукупності з електро-акумуляторами можна інтегрувати в систему постачання будинку електрикою і таким чином зменшувати рахунки, що приходять щомісяця, за використану електроенергію. У принципі цілком реально повністю забезпечити потреби сім'ї від цих установок. Просто коштів та площ знадобиться багато. У середньому із квадратного метра панелі можна отримати 120-150Вт. Ось і рахуйте, скільки квадратів покрівлі або прибудинкової території має бути зайнято такими панелями.

Особливості опалення сонячним теплом

Доцільність улаштування системи сонячного опалення у багатьох викликає сумніви. Основний аргумент - це дорого і ніколи себе не окупить. З тим, що це дорого, доводиться погодитись: ціни на обладнання чималі. Але ніхто не заважає вам почати з малого. Наприклад, для оцінки ефективності та практичності ідеї зробити подібну установку самому. Витрат мінімум, а уявлення будете мати з перших рук. Потім вже вирішуватимете чи варто з усім цим зв'язуватися чи ні. Ось тільки в чому річ: усі негативні повідомлення від теоретиків. Від практиків не зустрічалося жодного. Йде активне з'ясування способів покращення, переробок, але ніхто не сказав, що витівка марна. Це щось говорить.

Тепер про те, що встановлення системи сонячного опалення ніколи не окупиться. Поки що термін окупає

мости в нашій країні великий. Він можна порівняти з терміном експлуатації сонячних колекторів або батарей. Але якщо подивитися динаміку зростання цін на всі енергоносії, то можна припустити, що незабаром скоротиться до цілком прийнятних термінів.

Тепер власне про те, як створити систему. Насамперед, потрібно визначити потребу вашого будинку та семи у теплі та гарячій воді. Загальна методика розрахунку системи сонячного опалення:

• Знаючи, в якому регіоні знаходиться будинок, ви можете дізнатися скільки сонячного світла припадає на 1м 2 площі в кожному місяці року. Фахівці це називають інсоляцією. Виходячи з цих даних, ви зможете прикинути, скільки сонячних панелейвам необхідно. Але спочатку потрібно визначити, скільки тепла знадобиться на підготовку ГВП та опалення.
• Якщо лічильник гарячої водиу вас є, то ви знаєте обсяги гарячої води, які ви витрачаєте щомісяця. Виведіть середні дані витрати за місяць або рахуйте за максимальною витратою - це хто як хоче. Також у вас повинні бути дані про теплові втрати будинку.
• Перегляньте сонячні нагрівачі, які хотіли б поставити. Маючи дані щодо їхньої продуктивності, ви зможете приблизно визначити кількість елементів, необхідну на покриття ваших потреб.

Крім визначення кількості складових геліосистеми, знадобиться визначити обсяг бака, в якому накопичуватиметься гаряча вода для ГВП. Це легко можна зробити, знаючи фактичні витрати вашої родини. Якщо у вас встановлено лічильник на ГВП, і ви маєте дані за кілька років, можна вивести середню норму споживання на день (середню витрату на місяць поділити на кількість днів). Ось приблизно такий обсяг бака вам потрібний. Але бак треба брати із запасом у 20% або близько того. На всякий випадок.

Якщо ГВП чи лічильника немає, можна скористатися нормами споживання. Одна людина за добу в середньому витрачає 100-150 літрів води. Знаючи, скільки людей постійно проживають у будинку, ви розрахуєте необхідний обсяг бака: норма множиться на кількість мешканців.

Відразу треба сказати, що раціональною (з точки зору окупності) для середньої смуги Росії є система сонячного опалення, яка покриває близько 30% потреби в теплі та повністю забезпечує гарячою водою. Це усереднений результат: у якісь місяці опалення на 70-80% забезпечуватиметься геліосистемою, а в якісь (грудень-січень) лише на 10%. І ще багато залежить від типу сонячних батарей і від регіону проживання.

Причому справа не тільки в «північній» чи «на південь». Справа у кількості сонячних днів. Наприклад, на дуже холодній Чукотці сонячне опалення буде дуже ефективним: там майже завжди світить сонце. У більш м'якому кліматі Англії, з вічними туманами, його ефективність вкрай низька.
;

Підсумки

Незважаючи на безліч критиків, які говорять про неефективність сонячної енергетики та занадто великий термін окупності, все більше людей хоч частково переходять на альтернативні джерела. Окрім економії багатьох приваблює незалежність від держави та її цінової політики. Щоб не шкодувати про даремно вкладені суми, можна спочатку провести експеримент: виготовити одну із сонячних установок своїми руками та вирішити для себе наскільки це вас приваблює (або ні).

Спорудити сонячне опалення приватного будинку своїми руками – не така й складна задача, як здається непоінформованому обивателю. Для цього знадобляться навички зварювальника та матеріали, доступні у будь-якому будівельному магазині.

Актуальність створення сонячного опалення приватного будинку своїми руками

Отримати повну автономію – мрія кожного власника, який починає приватне будівництво. Але чи справді сонячна енергія здатна опалювати житловий будинок, особливо якщо пристрій для накопичення зібрано в гаражі?

Залежно від регіону сонячний потік може давати від 50 Вт/кв.м у похмурий день до 1400 Вт/кв. літньому небі. За таких показників навіть примітивний колектор із низьким ККД (45-50%) та площею 15 кв.м. може видавати за рік близько 7000-10000 кВт*ч. А це заощаджені 3 тонни дров для твердопаливного казана!

• в середньому на квадратний метрпристрої доводиться 900 Вт;
• щоб підвищити температуру води, необхідно витратити 1,16 Вт;
• враховуючи також втрати теплового колектора, 1 кв.м зможе нагріти близько 10 літрів води на годину до температури 70 градусів;
• для забезпечення 50 л гарячої води, необхідної одній людині, потрібно витратити 3,48 кВт;
• Звірившись з даними гідрометцентру про потужність сонячного випромінювання (Вт/кв.м) в регіоні, необхідно 3480 Вт розділити на потужність сонячного випромінювання, що вийшла - це і буде потрібна площа сонячного колектора для нагрівання 50 л води.

Як стає зрозуміло, ефективне автономне опаленняВиключно з використанням сонячної енергії здійснити досить проблематично. Адже в похмуру зиму сонячного випромінювання вкрай мало, а розмістити на ділянці колектор площею 120 кв.м. не завжди вийде.

То невже сонячні колектори нефункціональні? Не варто заздалегідь скидати їх із рахунків. Так, за допомогою такого накопичувача можна влітку обходитися без бойлера - потужності буде достатньо для забезпечення сім'ї гарячою водою. Взимку ж вдасться скоротити витрати на енергоносії, якщо подавати вже нагріту воду із сонячного колектора в електричний бойлер.
Крім того, сонячний колектор стане чудовим помічником теплового насосу в будинку з низькотемпературним опаленням (теплими підлогами).

Так, взимку нагрітий теплоносій використовуватиметься в теплих підлогах, А влітку надлишки тепла можна відправити в геотермальний контур. Це дозволить зменшити потужність теплового насоса.
Адже геотермальне тепло не відновлюється, так що з часом у товщі грунту утворюється «холодний мішок», що все збільшується. Наприклад, у звичайному геотермальному контурі початку опалювального сезону температура становить +5 градусів, а кінці -2С. При підігріві ж початкова температура піднімається до +15 С, а до кінця опалювального сезону не падає нижче за +2С.

Влаштування саморобного сонячного колектора

Для впевненого у своїх силах майстра зібрати тепловий колектор не складе труднощів. Можна розпочати з невеликого пристрою для забезпечення гарячої води на дачі, а у разі успішного експерименту перейти до створення повноцінної сонячної станції.

Плоский сонячний колектор із металевих труб

Найпростіший у виконанні колектор – плоский. Для його влаштування знадобиться:

• зварювальний апарат;
• труби із нержавіючої сталі або міді;
• сталевий лист;
• загартоване скло або полікарбонат;
• дерев'яні дошки для рами;
• негорючий утеплювач, здатний витримати нагрітий до 200 градусів метал;
• чорна матова фарбастійка до високих температур.

Складання сонячного колектора досить проста:

1. Труби приварюються до сталевого листа – він виступає як адсорбера сонячної енергії, тому прилягання труб має бути максимально щільним. Все фарбується у матовий чорний колір.



2. На аркуш із трубами кладеться рама так, щоб труби опинилися з внутрішньої сторони. Просвердлюються отвори для входу та виходу труб. Укладається утеплювач. Якщо використовується гігроскопічний матеріал, потрібно подбати про гідроізоляцію – адже намоклий утеплювач більше не захищатиме труби від охолодження.





3. Утеплювач фіксується листом ОСБ, всі стики заповнюються герметиком.
4. З боку адсорбера кладеться прозоре склоабо полікарбонат із невеликим повітряним зазором. Воно служить для запобігання охолодженню сталевого листа.
5. Фіксувати скло можна за допомогою дерев'яних віконних штапиків, попередньо проклавши герметики. Він запобігає потраплянню холодного повітря та захистить скло від стиснення рами при нагріванні та охолодженні.

Для повноцінного функціонування колектора знадобиться накопичувальний бак. Його можна зробити з пластикової бочки, утепленої зовні, в якій спіраллю покладено теплообмінник, з'єднаний із сонячним колектором Вхід нагрітої води повинен розташовуватись зверху, а вихід холодної – знизу.

Важливо правильно розмістити бак та колектор. Щоб забезпечити природну циркуляцію води, бак повинен знаходитися вище за колектор, а труби – мати постійний нахил.

Сонячний нагрівач із підручних матеріалів

Якщо зі зварювальним апаратомдружбу звести так і не вдалося, можна зробити простий сонячний нагрівач із того, що під рукою. Наприклад, з бляшанок. Для цього в дні робляться отвори, самі банки скріплюються один з одним герметиком, на нього сідають у місцях з'єднання з ПВХ-трубами. Фарбуються в чорний колір і укладаються в раму під скло, як і звичайні труби.

Фасад будинку із сонячних батарей

Чому б замість звичайного сайдингу не обробити будинок чимось корисним? Наприклад, зробивши з південного боку всю стіну сонячний нагрівач.

Таке рішення дозволить оптимізувати витрати на опалення відразу за двома напрямками – знизити витрати на енергоносій та суттєво скоротити тепловтрати за рахунок додаткового утеплення фасаду.

Пристрій просто до неподобства і не вимагає спеціальних інструментів:

• на утеплювач укладений забарвлений оцинкований лист;
• поверх укладена нержавіюча гофрована труба, також пофарбована у чорний;
• все прикрите листами полікарбонату та зафіксовано алюмінієвими куточками.

Якщо ж і цей спосіб здається складним, на відео представлений варіант із жерсті, поліпропіленових труб та плівки. Куди простіше!