В термосифонном солнечном водонагревателе циркуляция идет только за счет разности плотностей: жидкость, нагретая в коллекторе, становится легче и поднимается в бак, установленный выше, а более холодная жидкость опускается вниз для повторного нагрева. Основание бака должно находиться не менее чем на 30 см выше верха абсорбера. Термосифонные системы преобладают в солнечном нагреве воды в Средиземноморье, в Азии за пределами Китая, в Латинской Америке и в Африке к югу от Сахары.
Как работает термосифонная циркуляция без насоса?
Нагрев делает воду легче — вот и весь механизм. Вода при 80 °C примерно на 3% менее плотна, чем вода при 20 °C, и в замкнутом вертикальном контуре этой разницы достаточно, чтобы привести жидкость в движение: нагретая солнцем жидкость в абсорбере поднимается в накопитель над ним, а более холодная жидкость из нижней части накопителя опускается на ее место.
Движущее давление измеряется в миллибарах, а не в барах, поэтому термосифонная конструкция должна устранять любые препятствия, которые насосный контур может игнорировать. Это означает большие диаметры труб (22–28 мм вместо 15 мм), короткие трассы, непрерывный подъем от коллектора к баку без провисаний, где может скапливаться воздух, и как можно меньше изгибов, клапанов и фитингов. Тогда поток регулируется сам: яркое солнце создает большую разность температур, более быструю циркуляцию и больше тепла; при слабом солнце циркуляция почти замирает. Системе с принудительной циркуляцией для имитации именно этого поведения нужны контроллер солнечной системы и насос.
Где должен находиться бак?
Всегда выше коллектора. Практическое правило: основание накопителя находится не менее чем на 30 см выше верха абсорбера; ниже этого циркуляция останавливается, и системе нужен насос. Поэтому термосифонные установки узнаются с первого взгляда — горизонтальный бак, закрепленный на раме прямо над панелью.
Следствие касается конструкции, а не гидравлики. Заполненная термосифонная установка на 200 л весит 250–300 кг с учетом бака, рамы, воды и коллектора, и эта нагрузка сосредоточена на небольшой площади кровли. На скатной черепичной кровле рама должна опираться на стропила, а не на обрешетку, а в районах с сильным ветром или сейсмической активностью именно монтажная рама требует инженерного внимания. Термосифонные системы Solimpeks TSM выпускаются объемами 120–350 л именно по этой причине: накопитель подбирается под потребности домохозяйства, а не под самый большой коллектор, который поместится.
Что мешает баку снова остывать ночью?
Обратный клапан или тепловая ловушка в трубопроводах. После захода солнца градиент температур меняется на противоположный: коллектор становится самой холодной частью контура, и если ничто не препятствует, контур начинает работать в обратную сторону и отдает дневное тепло ночному небу. В качественно сделанных термосифонных системах используют односторонний клапан, перевернутую петлю (тепловую ловушку) у подключений бака либо и то, и другое.
Ночные потери — это также вопрос бака. Термосифонный накопитель стоит на улице на ветру, поэтому его теплопотери в режиме ожидания важнее, чем у бойлера внутри дома; 50 мм полиуретана и УФ-стойкий наружный кожух — минимум, который стоит покупать.
Термосифонная или насосная система: что подходит для вашего объекта?
| Критерий | Термосифонная | Насосная (принудительная циркуляция) |
|---|---|---|
| Нужна ли электроэнергия | Нет | Насос 20–50 Вт, 6–10 ч/сут |
| Положение бака | Над коллектором, на улице | Где угодно, обычно в помещении |
| Устойчивость к морозу | Прямые типы: только климат без заморозков; косвенные типы с гликолем выдерживают слабые морозы | Полная защита с пропиленгликолем или drain-back |
| Нагрузка на кровлю | 250–300 кг, сосредоточенная нагрузка | 20–40 кг на коллектор |
| Стоимость монтажа | Самая низкая — заводской комплект | Выше: насосная группа, контроллер, внутренний бойлер |
| Лучше всего подходит | Средиземноморье, Ближний Восток, Африка, Турция | Центральная и северная Европа, архитектурно чувствительные кровли |
Термосифонная система преобладает на солнечных рынках, потому что она подходит климату, в котором солнечный нагрев воды наиболее экономичен. Там, где зимы суровые, та же жидкость, которая циркулирует под действием гравитации, под действием гравитации и замерзает, и выигрывает насосная косвенная схема.
Какую сертификацию должна иметь термосифонная система?
Солнечные водонагреватели заводского изготовления — полный комплект из коллектора, бака, рамы и фитингов — испытывают и сертифицируют как систему по EN 12976, а не только как коллектор. На этом основании может быть выдан Solar Keymark, причем сам коллектор испытывается по ISO 9806. Насосные системы индивидуального изготовления подпадают под отдельную серию EN 12977.
Запрашивайте сертификат на систему, а не только сертификат на коллектор. Номер Solar Keymark, охватывающий всю систему заводского изготовления, — это доказательство того, что теплоизоляция бака, поведение при морозе и годовая выработка собранного изделия действительно измерены, и именно его просят предъявить программы субсидий по всей Европе.
Часто задаваемые вопросы
Работает ли термосифонный солнечный водонагреватель зимой?
Да, в мягкие зимы. Выработка падает вместе с солнечной радиацией, поэтому средиземноморская система, покрывающая 90% потребности в июле, в январе может покрывать 30–40%, а остальное добирает электрический резервный ТЭН. В климате с сильными морозами безопасна только косвенная термосифонная система с гликолевым контуром и баком с рубашкой, и насосные системы обычно оказываются лучшим ответом.
Можно ли установить бак на чердаке вместо кровли?
Только если основание бака по-прежнему находится выше верха коллектора, а трасса труб непрерывно поднимается. На практике установка на чердаке означает, что коллекторы должны располагаться низко на кровле, что редко осуществимо. Если бак приходится размещать ниже, переходите на насосную систему.
Сколько времени термосифонной системе требуется для нагрева?
Циркуляция начинается через несколько минут после того, как коллектор нагреется выше температуры бака, но полному накопителю на 200 л обычно требуется 4–6 часов хорошего солнца, чтобы нагреться с холодного состояния до 55–65 °C. Поскольку нет контроллера, который мог бы отключить систему, накопитель заряжается весь день и достигает максимальной температуры во второй половине дня.
Нужно ли обслуживание термосифонным системам?
Меньше, чем насосным, потому что нет насоса, контроллера и расширительного бака, которые могли бы отказать. Прямым системам в районах с жесткой водой нужно удаление накипи из контура абсорбера; косвенным системам — проверка гликоля каждые два года. Анод бака и крепления рамы стоит осматривать в тот же визит.