Солнечные воздушные коллекторы (Рис.1) приобретают все большее число сторонников. Это решение, которое открывает хорошие возможности за сравнительно небольшие деньги для улучшения атмосферы в помещениях. Они действительно заслуживают того, чтобы на них обратили более пристальное внимание.
Рис.1 Солнечный воздушный коллектор
Солнечный воздушный коллектор, применительно к частному домовладению, выполняет три функции. Первая – дополнительный обогрев помещения. Вторая - вентиляция и фильтрация воздуха в помещении. Третья – осушение помещения при периодическом отоплении его в холодное время.
В работе солнечных воздушных коллекторов практически нет ограничений – электричества и газа не нужно, воздух в качестве теплоносителя не закипает и не замерзает. Такого понятия как «стагнация гелиосистемы» как в жидкостных коллекторах, просто нет.
Быстрый прогрев воздуха в помещении до нужной температуры – тоже одна из особенностей солнечных воздушных коллекторов. Несмотря на то, что воздух имеет меньшую теплопроводность в 28 раз и меньшую удельную теплоемкость в 4 раза, чем вода, он как теплоноситель подвижен, хорошо регулируется (по температуре и количеству). Воздух обеспечивает быстрое изменение температуры и более равномерное распределение тепла внутри помещений. Он безопасен в пожарном отношении. Нагретый воздух можно распределять по существующим каналам вентиляционной системы.
Принцип действия.
Солнечный воздушный коллектор (СВК) – это тепловой абсорбер, в котором в качестве рабочего тела (теплоносителя) используется воздух, а в качестве источника тепла – солнечное излучение. Холодный воздух попадает в систему каналов, где он нагревается контактируя с поверхностью абсорбера, нагретой солнечным теплом, и затем поступает в обогреваемое помещение.
Рис.2
Солнечные воздушные коллектора делятся на три основные группы по системе циркуляции воздуха: внутренняя циркуляция/рециркуляция (забор холодного воздуха происходит внутри отапливаемого помещения) (Рис.2б), внешняя циркуляция (забор холодного воздуха осуществляется с улицы) (Рис.2а), комбинированная циркуляция (забор холодного воздуха может осуществляться из обоих источников по очереди или одновременно) (Рис.2в).
По способу организации теплового потока в солнечном воздушном коллекторе эти устройства делятся на два типа: с естественной циркуляцией (пассивный тип) и с принудительной циркуляцией (активный тип). В первом типе, в организации движения воздуха действуют законы конвекции и гравитации, во втором типе, движение воздуха осуществляется при помощи вентилятора.
В современных солнечных воздушных коллекторах устанавливают миниатюрную фотоэлектрическую (солнечную) панель, от которой происходит питание вентилятора 12В/12Вт постоянного тока. Это снижает пожароопасность системы до нуля, по сравнению с питанием вентилятора от 220В домашней сети.
Устройство.
Солнечные воздушные коллекторы, продаваемые на рынке в России, представляют собой плоские коробчатые устройства (похожи на плоские водяные коллектора), состоящие из: алюминиевой рамы, фронтального прозрачного стекла, абсорбера (металлическая пластина окрашенная в черный или темно-синий цвет, иногда гофрированной и/или с перфорацией), коробчатых воздуховодов, утеплителя (плита из стеклянной или базальтовой ваты), пластиковой задней стенки, вентилятора, фотоэлектрической мини-панели, обратного воздушного клапана, выключателя и провода, вытяжного блока и крепежных элементов (Рис.3).
Рис.3
Назначение.
Первая функция солнечных воздушных коллекторов это обогрев помещения. Холодный воздух находящийся в нижней части помещения или снаружи попадает в коллектор, где нагревается и через верхний вытяжной блок возвращается в помещение (Рис.4).
Рис.4
Одновременно с выполнением обогрева помещения при использовании наружного воздуха воздушный солнечный коллектор выполняет вторую функцию – вентиляция помещения и приток свежего воздуха. На выходе из воздуховода коллектора в помещение устанавливается фильтр, тогда даже при рециркуляционном режиме, можно получить очистку воздуха в помещении.
Рис.5
Теперь рассмотрим третью функцию солнечного воздушного коллектора, за что его полюбили дачники и прочие владельцы строений, в которых проживание осуществляется не постоянно.
Солнечный воздушный коллектор не дает отсыревать помещениям, система отопления в которых работает периодически. Эту проблему не решить простым проветриванием помещений, так как влажность холодного воздуха выше, а его влагоабсорбционные свойства ниже. Достаточно взглянуть на Психометрическую диаграмму Молье и мы увидим, что когда воздушный коллектор забирает с улицы воздух с температурой -10°С и влажностью 70%, он нагревает воздух на 15°С-40°С, пусть до температуры +10°С, то влажность этого воздуха уменьшается до 15%, а влагоабсорбционные свойства подаваемого в помещение воздуха увеличиваются в 7-9 раз (Рис.5).
Соответственно СВК предохраняет дом от появления плесени, неприятного запаха, от промерзания и соответственно преждевременного разрушения отсыревших конструктивных элементов.
Очень актуальна эта функция воздушного солнечного коллектора так же для бань (Рис.6) и крытых бассейнов (Рис.7).
Рис.6
Рис. 7
Необходимо упомянуть и об еще одной функции воздушных солнечных коллекторов, которая не сильно актуальна для частного домовладения в наших широтах, но всё же.
Помимо генерации тепла солнечный воздушный коллектор может выполнять барьерные и теплозащитные функции.
В этом случае коллектор занимает всю поверхность стены или крыши. Наружная поверхность коллектора и стена здания образуют так называемый фасад с двойной оболочкой. Таким путем можно «накрыть» стены, крыши и наклонные элементы зданий (Рис.8).
Рис. 8
Наружная часть такого фасада выполняет с одной стороны барьерную функцию (защита внутренней части – т.е. собственно стены здания от намокания), с другой – это теплопоглощающая поверхность, хорошо пропускающая тепло на свою внутреннюю сторону. Ее обычно выполняют гофрированной с мелкой перфорацией.
Такой фасад с двойной оболочкой внутри разделен на вертикальные секции. Наружная поверхность фасада нагревается солнечным теплом и передает это тепло воздуху между наружной и внутренней стенками. Нагретый воздух активно поднимается вверх, где его отбирают внутрь помещений для подогрева здания. Очень часто, как и в обычных солнечных воздушных коллекторах, горячий воздух здесь используется в сочетании с системой вентиляции – непосредственно или косвенно. Восходящий поток горячего воздуха в полости фасада с двойной оболочкой одновременно подсушивает стену здания и улучшает его теплоизоляционные характеристики.
Эти свойства высоко оценили в странах с холодным и/или сырым климатом. Солнечный воздушный коллектор типа «солнечная стена» здесь не столько используется для отопления или подогрева воздуха в системе вентиляции, сколько выполняет энергосберегающие функции.
У нас в стране распространение получили индивидуальные солнечные воздушные коллектора не большой площади в применении к сезонным, периодически посещаемым и потому не постоянно отапливаемым объектам: дачи, бани, гаражи, мастерские, студии, склады.
В конце текста необходимо сказать немного о недостатках солнечного воздушного коллектора:
- воздушный солнечный коллектор работает только при наличии солнца, эффективность его в пасмурные дни будет около нулевой.
- при низкой температуре, даже в солнечный день, лучше переключать коллектор на режим внутренней циркуляции.
- при установке коллектора необходимо сверлить одно-два больших отверстия в несущей стене или в крыше (в зависимости от места установки).
Рис.9 Примеры различных вариантов крепления коллекторов на стене дома.
Однако, применяя воздушный солнечный коллектор, мы можем решить следующие проблемы (Рис.9):
- Вентиляция и фильтрация воздуха в помещениях.
- Поддержание сухой атмосферы в помещениях, в которых не постоянно работает отопление.
- Дополнительное отопление помещений.