Защита от замерзания — это комплекс мер, не позволяющих теплоносителю в контуре солнечной тепловой системы замерзнуть и разорвать коллекторы или трубопроводы. Три устоявшихся метода — антифризная смесь на основе пропиленгликоля (40 % по объему защищает примерно до −21 °C), система Drain-Back, которая опорожняет коллекторы при остановке насоса, и защитный цикл контроллера, прокачивающий теплую воду из накопителя холодными ночами.
Зачем солнечным контурам нужна защита от замерзания?
При замерзании вода расширяется примерно на 9 % и делает это с силой, достаточной, чтобы разорвать медную трубу, каналы абсорбера и теплообменники. Коллектор на крыше — самая холодная точка всей системы отопления: ясными ночами он излучает тепло в небо и может охладиться на несколько градусов ниже температуры воздуха, поэтому повреждения возможны, даже когда по прогнозу погоды температура лишь около нуля. Поэтому в любом климате с ночными температурами ниже нуля — а это большая часть Европы — в каждом солнечном контуре требуется одна из трех описанных ниже стратегий защиты.
Каковы три основных метода защиты от замерзания?
| Метод | Как защищает | Лучше всего подходит |
|---|---|---|
| Гликолевый (антифризный) контур | Сам теплоноситель не может замерзнуть при расчетной температуре | Вариант по умолчанию для систем с насосом в холодном климате |
| Drain-Back | Коллекторы опорожняются в емкость при каждой остановке насоса | Системы, где нужна защита от перегрева и замерзания с обычной водой |
| Защитный цикл контроллера | Насос прокачивает теплую воду бака через коллекторы ниже заданной температуры | Только мягкий климат с редкими слабыми заморозками |
Гликолевые системы заполняют замкнутый контур смесью воды и пропиленгликоля; защита пассивна и работает при отключении электроэнергии. Системы Drain-Back основаны на геометрии: непрерывно понижающаяся трубная разводка позволяет теплоносителю стечь из коллекторов под действием силы тяжести в тот момент, когда циркуляция прекращается, — на крыше просто нечему замерзать. Защитные циклы используют контроллер, чтобы потратить накопленное тепло на защиту — это дешево в установке, но активная система выходит из строя вместе с электричеством а в холода постепенно расходует тепло бака. Практическое руководство по выбору — в материале Как защитить солнечную тепловую систему от замерзания?
Сколько гликоля нужно солнечному контуру?
Защита зависит от концентрации. Приблизительные значения для смесей пропиленгликоля с водой:
| Концентрация гликоля (об. %) | Защита от замерзания примерно до |
|---|---|
| 25 % | −10 °C |
| 30 % | −13 °C |
| 40 % | −21 °C |
| 50 % | −32 °C |
Целевое значение — самая низкая ожидаемая температура коллектора, то есть расчетная температура наружного воздуха минус несколько кельвинов радиационного переохлаждения, — с разумным запасом. Концентрацию не следует повышать больше необходимого: гликоль увеличивает вязкость и снижает теплоемкость, поэтому передозированный контур прокачивается труднее и хуже передает тепло. Монтажники проверяют концентрацию рефрактометром при пусконаладке и при каждом обслуживании, потому что повторяющаяся стагнация постепенно разрушает теплоноситель; типичные проверки теплоносителя описаны в материале Как часто нужно менять гликоль в солнечной системе?
Как работает защита от замерзания Drain-Back?
Система Drain-Back содержит определенный объем обычной воды (или слабого раствора гликоля), который заполняет коллекторы только во время работы насоса. Остановите насос — намеренно, по логике контроллера или случайно, из-за отключения электроэнергии — и теплоноситель стекает в дренажную емкость внутри здания, оставляя батарею коллекторов заполненной воздухом. Таким образом, защита от замерзания присуща системе и отказобезопасна, а не зависит от химии, и то же свойство защищает от летнего перегрева. Цена — дисциплина проектирования: каждый метр трубы должен непрерывно иметь уклон в сторону емкости, а насос должен быть рассчитан на подъем теплоносителя обратно на крышу при запуске.
Достаточно ли одного защитного цикла контроллера?
Только в климате, где заморозки редки и кратковременны. Защитный цикл прокачивает теплую воду из нижней части накопителя через коллекторы, когда датчик коллектора показывает температуру около нуля, — обычно срабатывая при нескольких градусах выше 0 °C. Каждое срабатывание тратит накопленное солнечное тепло, затяжные холода могут израсходовать значительную часть запаса тепла в баке, а отключение электроэнергии или отказ насоса полностью лишают защиты в самый нужный момент. Поэтому производители в континентальном климате — включая Solimpeks, поставляющую системы на рынки от Северной Европы до Центральной Азии в числе 96 стран экспорта — задают в качестве основной защиты гликоль или Drain-Back, а защитные циклы — не более чем как дополнительную функцию.
Часто задаваемые вопросы
На какую температуру следует рассчитывать защиту солнечной системы от замерзания?
Ниже самой низкой ожидаемой температуры воздуха на объекте плюс запас в несколько кельвинов, потому что излучение при ясном небе может охладить коллектор ниже температуры окружающей среды. Расчетную точку должны задавать местные климатические данные, а не обобщенное значение.
Можно ли использовать обычную воду в контуре солнечной тепловой системы?
Только в системе Drain-Back, где коллекторы опорожняются при остановке циркуляции, или в климате без заморозков. В любом климате с ночными температурами ниже нуля заполненный замкнутый контур требует смеси пропиленгликоля соответствующей концентрации.
Почему пропиленгликоль, а не этиленгликоль или автомобильный антифриз?
Пропиленгликоль малотоксичен, что важно в системах, нагревающих горячую воду через одну стенку теплообменника. Автомобильные жидкости изготавливаются на основе этиленгликоля и не подходят; солнечные теплоносители также содержат пакеты ингибиторов, рассчитанные на солнечные температуры.
Замерзают ли термосифонные системы и системы Drain-Back?
Системы Drain-Back не замерзают при условии полного опорожнения трубопроводов — в этом суть конструкции. Термосифонные системы в районах с заморозками используют замкнутые гликолевые контуры вокруг рубашки бака либо рассчитаны только на мягкий климат; проверьте заявленную защиту модели.