В прямой системе (с открытым контуром) через коллекторы прокачивается сама питьевая вода. В косвенной системе (с закрытым контуром) через коллекторы циркулирует смесь на основе пропиленгликоля, а тепло передается через змеевик в баке. Косвенная система — стандарт везде, где бывают морозы или жесткая вода: 40-процентная смесь гликоля защищает контур примерно до −20 °C ценой нескольких процентов выработки.
В чем разница между прямой и косвенной солнечной циркуляцией?
Разница в том, что течет через коллектор. В прямой системе, которую называют также системой с открытым контуром, питьевая вода, поступающая из крана, прокачивается на кровлю, нагревается в абсорбере и возвращается в накопитель. В косвенной системе с закрытым контуром контур коллекторов представляет собой герметичный замкнутый контур с водой, смешанной с пропиленгликолем; он никогда не соприкасается с питьевой водой и отдает тепло через змеевиковый теплообменник внутри бака.
Все остальное следует из этого единственного выбора. Прямые системы проще и немного эффективнее, потому что между солнцем и накопителем нет теплообменника. Косвенные системы выдерживают мороз, жесткую воду и стагнацию, поэтому они преобладают на всех европейских рынках севернее границы произрастания оливы.
Когда прямая система — правильный выбор?
В климате без заморозков и с мягкой водой, главным образом для недорогих или крупнообъемных установок. Министерство энергетики США проводит это разделение недвусмысленно: прямая циркуляция — для климата без замерзания, косвенная — там, где нужны теплоноситель и теплообменник. Поскольку теплу не нужно проходить через теплообменник, прямая система подает тепло коллектора прямо в накопитель, поэтому коллектор работает при температуре на несколько градусов ниже и, значит, на несколько процентов эффективнее — реальный выигрыш, который виден на кривой КПД коллектора.
Риски столь же очевидны. Один сильный мороз может разорвать абсорбер; вода с жесткостью выше примерно 200 мг/л будет откладывать накипь в каналах абсорбера при 60–80 °C, которых коллектор достигает ежедневно; а весь контур — питьевой, поэтому каждый компонент должен быть допущен для контакта с питьевой водой.
Когда нужна косвенная система?
Всякий раз, когда коллектор может охладиться ниже 0 °C, когда водопроводная вода жесткая или агрессивная и когда система может уйти в стагнацию. В центральной Европе это практически всегда. Гликолевый контур невелик — как правило, 20–60 литров, — поэтому его можно дозировать, проверять и заменять как расходный материал, а питьевая вода остается в баке.
Косвенные системы также позволяют без последствий переживать стагнацию. Когда накопитель полон и насос останавливается, теплоноситель коллектора закипает и вытесняется в расширительный бак; правильно спроектированный контур просто заполняется снова и возобновляет работу, когда остывает. Проделайте то же с питьевой водой в системе с открытым контуром — и получите накипь, коррозию и проблему гигиены.
Прямая, косвенная или Drain-Back: сравнение
| Прямая (открытый контур) | Косвенная (закрытый контур) | Drain-Back | |
|---|---|---|---|
| Жидкость в коллекторе | Питьевая вода | Вода + 33–45% пропиленгликоля | Вода (или гликоль), сливается при простое |
| Защита от замерзания | Отсутствует | До примерно −20 °C при 40-процентной смеси | Абсолютная — в покое коллектор пуст |
| Устойчивость к жесткой воде | Низкая выше ~200 мг/л | Полная | Полная |
| Потери в теплообменнике | Нет | 3–8% выработки | Небольшие |
| Обслуживание | Удаление накипи | Проверка теплоносителя раз в 2 года, замена раз в 5–8 лет | Проверка теплоносителя и целостности уклона |
| Типичный рынок | Средиземноморье, Ближний Восток, тропики | Центральная и северная Европа | Центральная Европа, индивидуальные застройщики |
А как насчет системы Drain-Back как третьего варианта?
Система Drain-Back — элегантный компромисс: контур коллекторов опорожняется в небольшую емкость всякий раз, когда насос останавливается, поэтому абсорбер ночью, при отключении электричества и во время стагнации сухой — его невозможно ни заморозить, ни вскипятить. Цена этого — дисциплина. Каждая труба должна непрерывно иметь уклон 2–4% обратно к емкости, насос должен быть достаточно мощным, чтобы при каждом пуске поднять жидкость на кровлю, а коллектор должен быть сертифицирован как пригодный для работы в режиме drain-back.
Что каждый вариант требует от бака?
Прямым системам нужен накопитель, сам рассчитанный на питьевую воду и, в идеале, защищенный от накипи. Косвенным системам нужна достаточная поверхность теплообмена: закладывайте примерно 0,15–0,2 м² змеевика на каждый м² площади апертуры коллектора, расположенного в нижней трети бака, чтобы он контактировал с самой холодной водой и сохранял стратификацию. Недостаточный размер змеевика — самая частая причина, по которой правильно рассчитанное поле коллекторов работает ниже ожиданий: тепло вырабатывается, но недостаточно быстро попадает в воду, поэтому коллектор работает при повышенной температуре, а его КПД падает.
Solimpeks производит насосные косвенные системы для европейских рынков с морозами и термосифонные установки TSM для рынков с теплым климатом — TSM нагревает воду для ГВС через теплообменник из AISI 316L, а не пропускает ее через коллектор, и больше всего между этими двумя вариантами меняется именно спецификация бака, а не коллектора.
Часто задаваемые вопросы
Прямой солнечный водонагреватель эффективнее косвенного?
Немного. Отсутствие теплообменника позволяет коллектору работать на несколько градусов холоднее при той же температуре в накопителе, что обычно дает 3–8% годовой выработки. Это преимущество исчезает в первую же зимнюю ночь в климате с морозами, поэтому косвенные системы — стандарт в центральной и северной Европе.
Можно ли переоборудовать прямую систему в косвенную?
Да, но обычно это означает замену бака. Для переоборудования нужен накопитель с солнечным змеевиком (или внешний пластинчатый теплообменник и второй насос), закрытый расширительный бак, рассчитанный на стагнацию, и заправка гликоля. На практике большинство переоборудований происходит тогда, когда бойлер все равно заменяют.
Какая концентрация гликоля нужна в косвенной системе?
Пропиленгликоль для солнечных систем в концентрации 33–45% по объему, обеспечивающий защиту от замерзания примерно от −15 °C до −25 °C. Никогда не используйте автомобильный этиленгликоль: он токсичен, а его пакет ингибиторов не рассчитан на 150 °C и более, до которых нагревается коллектор при стагнации.
Меняют ли вакуумные трубки выбор между прямой и косвенной системой?
Они его усиливают. Вакуумные трубки достигают более высоких температур стагнации, чем плоские коллекторы, поэтому теплоноситель испытывает большую нагрузку, а питьевая вода в абсорбере — тем более плохая идея. Почти все трубчатые системы, продаваемые в климате с морозами, — косвенные.