Активные солнечные водонагреватели используют электрический насос и контроллер для перемещения теплоносителя между коллектором и баком-накопителем; пассивные системы перемещают его только за счет естественной конвекции, при этом бак установлен выше коллектора по термосифонной схеме. Пассивные системы дешевле, проще и не требуют насоса, но нуждаются в климате без сильных морозов и в кровле, способной нести бак; активные системы стоят дороже, размещают бак внутри здания и преобладают в холодном климате.
Как Министерство энергетики США классифицирует солнечные водонагреватели?
Министерство энергетики США (DOE) делит все солнечные водонагреватели на два семейства. Активные системы имеют циркуляционные насосы и автоматику и подразделяются на системы с прямой циркуляцией (водопроводная вода прокачивается через коллекторы — только для климата без заморозков) и системы с косвенной циркуляцией (насосный контур с антифризом и теплообменником — стандарт для климата с заморозками). Пассивные системы не имеют насоса и подразделяются на термосифонные системы (бак выше коллектора, циркуляция за счет конвекции) и системы с интегрированным коллектором-накопителем (ICS), где сам бак-накопитель находится в остекленном корпусе и поглощает солнечный свет. Та же классификация применима во всем мире; европейская практика просто концентрируется на косвенных активных системах на севере и термосифонах в Средиземноморье. Разделение на прямые и косвенные системы внутри этих семейств рассмотрено на отдельной странице: прямые и косвенные солнечные водонагреватели.
Как работает пассивная термосифонная система?
Вода, нагретая в коллекторе, становится менее плотной и естественным образом поднимается в бак, установленный непосредственно над ним; более холодная и плотная вода опускается вниз для повторного нагрева. Физика работает сама — без насоса, без контроллера, без электричества, и ломаться нечему, поэтому термосифонный принцип десятилетиями доминирует в нагреве воды в солнечном климате и остается самым распространенным в мире типом солнечных водонагревателей. Полный механизм объяснен в материале как термосифон работает без насоса. Компактные кровельные установки, такие как серия Solimpeks TSM, объединяют коллектор и бак в одном изделии, с объемом от 120 до 305 литров в сутки, а косвенные (замкнутые) версии распространяют применение термосифона на регионы с заморозками.
Как работает активная система с насосом?
Дифференциальный контроллер сравнивает датчик коллектора с датчиком бака и включает циркуляционный насос, когда коллектор заметно горячее, — как правило, при разности включения 6–8 К. Бак устанавливается там, где это удобно для здания, обычно в техническом помещении на первом этаже, а на кровле размещаются только легкие коллекторы. Поскольку жидкость прокачивается насосом, контур можно заполнить гликолем и прокладывать свободно, что делает косвенные активные системы стандартом везде, где зимы суровы; варианты защиты от замерзания сравниваются в материале как защитить солнечную систему от замерзания.
Активные и пассивные системы: в чем различия?
| Критерий | Пассивная (термосифон) | Активная (с насосом) |
|---|---|---|
| Движущиеся части | Нет | Насос, контроллер, клапаны |
| Нужна электроэнергия | Нет | Да (небольшая нагрузка насоса) |
| Стоимость покупки и монтажа | Ниже | Выше |
| Расположение бака | На кровле, над коллектором | Где угодно в здании |
| Нагрузка на конструкцию кровли | Бак + вода (несколько сотен кг) | Только коллекторы |
| Морозостойкость | Ограниченная; косвенные версии расширяют ее | Отличная с гликолем или Drain-Back |
| Эстетика | Бак на кровле виден | Видны только коллекторы |
| Типичный климат | Средиземноморье, Ближний Восток, мягкие зоны | Центральная/северная Европа, холодный климат |
Что выбрать?
Пусть решают климат и здание. В мягком климате или климате с редкими заморозками при надежной несущей конструкции кровли пассивный термосифон трудно превзойти по стоимости литра горячей воды: меньше компонентов — меньше покупать, монтировать и обслуживать, а надежность измеряется десятилетиями. В холодном климате или там, где бак на кровле неприемлем по конструктивным или визуальным причинам, правильным инженерным ответом является активная косвенная система, несмотря на дополнительное оборудование: зимой она сама себя защищает и держит накопитель внутри здания, где теплопотери в режиме ожидания дешевле контролировать. Различия в эффективности между хорошо спроектированными образцами каждого типа невелики; единственное, чего следует избегать, — навязывать неподходящую архитектуру неподходящему климату. Solimpeks производит оба семейства — термосифонные установки TSM и коллекторы Wunder для систем с насосом — на своей производственной площадке в Конье, где выпускает солнечное оборудование с 2001 года, так что рекомендация действительно определяется объектом, а не каталогом.
Часто задаваемые вопросы
Менее ли эффективны пассивные солнечные водонагреватели, чем активные?
Не обязательно. Циркуляция за счет конвекции идет медленнее, чем при работе насоса, но хорошо спроектированный термосифон обеспечивает сопоставимое суточное количество горячей воды в подходящем для него климате. Активные системы выходят вперед в холодную погоду, где гликолевые контуры и баки внутри здания сокращают потери.
Может ли термосифонная система работать в холодном климате?
Косвенные термосифонные модели с замкнутым контуром антифриза переносят умеренные заморозки, но продолжительные суровые зимы говорят в пользу активных косвенных систем или систем Drain-Back. Бак на кровле также теряет больше тепла на улице по мере снижения температуры.
Потребляют ли активные солнечные водонагреватели много электроэнергии?
Очень мало. Циркуляционный насос небольшой и работает только тогда, когда солнце дает полезное тепло, а современные высокоэффективные насосы потребляют несколько десятков ватт. Годовое потребление насоса составляет малую долю от доставляемого солнечного тепла.
Сколько весит кровельный бак термосифонной системы?
Заполненный бак вместе с коллектором может весить в сумме несколько сотен килограммов в зависимости от объема, поэтому перед монтажом необходимо проверить конструкцию кровли. Это рутинная оценка для монтажника и основное конструктивное отличие от системы с насосом.