Про сонце, воду, гліколь

Товариство «Сахара» являється ексклюзивним постачальником геліотермічних установок компанії Paradigma на українському ринку. Вибір даних систем засновується на досвіді монтажу і обслуговуванні традиційних гліколевих сонячних установок. З 2001 року нами було встановлено понад 100 установок, які використовують гліколь в ролі теплоносія. Дві з встановлених систем, площею 52 м2 та 11,5 м2, на основі вакуумних колекторів, були переведені в 2011 році на використання води в якості теплоносія.

В березні 2010 року нами була змонтована перша АкваСистема Paradigma. Сам процес монтажу мало відрізнявся від монтажу звичайних гліколевих систем, за винятком використання меншого діаметру трубопроводів, при аналогічній площі колекторів; розширювальний бак монтується не перед насосною станцією геліоконтуру, а інтегрується в загальну систему опалення; геліоконтур підключається в подаючий і відповідно у зворотній контур котла за допомогою сифонних підключень. Запуск системи і ввід в експлуатацію практично не відрізнявся, хоча з новою насосною станцією STAqua II процес запуску системи здійснюється автоматично, регулятор самостійно визначає діаметр і довжину зовнішнього і внутрішнього трубопроводу, самостійно встановлює необхідний об'ємний потік установки в залежності від режиму роботи.

Основна відмінність геліотермічніх систем Paradigma полягає у використанні води в ролі теплоносія.

Головна перевага води над гліколем полягає у відмінності фізико-хімічних властивостей. Застосування води, в ролі теплоносія обумовлено цілим рядом переваг, основними з яких є висока питома теплоємність, легкість транспортування у трубопроводах за рахунок меншої в’язкості рідини, що в свою чергу не вимагає використання потужних насосів. Використання води при теплообміні забезпечує високі коефіцієнти тепловіддачі, рівномірність обігрівання поверхні теплообміну, вода є найдешевшим і найкращим теплоносієм - посередником при переданні енергії.

Перевага води, як теплоносія полягає у відсутності наслідків для системи під час її кипіння (стагнації). Під час стагнації вода переходить з рідкого агрегатного стану в пароподібний і після конденсування продовжує працювати без жодних проблем.

Таб. №1. Порівняння фізико-хімічних властивостей обох рідин

Використання води дає змогу використовувати сонячні системи з існуючими ємкісними водонагрівачами та проводити модернізацію встановлених систем з використанням наявного обладнання.

Для запобігання накипу в колекторі слід використовувати підготовлену воду для системи опалення за ідентичними критеріями, як і для звичайної (замкнутої) системи опалення.

Питома теплоємність

Теплоємність гліколевої суміші на 12% менша ніж у води, тобто при однаковій потужності і тривалості сонячного випромінювання в одному кілограмі води закумулюється на 12% більше енергії.

Тепловіддача

Тепловіддача гліколевої суміші менша на 25%, отже для передачі однакової кількості енергії (в порівнянні з водою) за однаковий проміжок часу необхідно збільшити площу теплообміну.

Теплопровідність — здатність речовини переносити теплову енергію, тобто за одиницю часу вода перенесе на 38% більше енергії ніж гліколева суміш.

Отже, в одному кілограмі води ми зможемо закумулювати більшу кількість тепла за менший проміжок часу і швидше передати теплову енергію. Не потрібно бути фізиком, щоб оцінити переваги води над гліколем!

Використання гліколевої рідини в геліотермічних установках обумовлене низькими температурам зовнішнього середовища, що може призвести до замерзання установки і виходу системи з ладу. Незамерзаюча рідина використовується тільки в зимовий період за призначенням і лише в ночі, коли не світить сонце! Враховуючи низький рівень сонячної радіації, в зимовий період використання води дає можливість отримати більшу кількість енергії за менший проміжок часу.Враховуючи вище перелічені факти, високу вартість рідини (7-12€/літр) і вимогу виробника про заміну рідини (раз на 3-4 років) — використання гліколевої суміші являється економічно невигідним.

Більшість виробників геліотермічних установок намагаються здешевити вартість сонячного колектора і тим самим — вартість за вироблений кіловат енергії, за рахунок спрощеної конструкції колектора (вакуумні колектори без дзеркального концентратора). Дзеркальний концентратор допомагає спрямувати сонячні промені на нижню і бокові сторони вакуумної трубки. Концентратор виготовляється за унікальною нано-технологією з високоякісних матеріалів, що забезпечують високу стійкість та тривале використання концентратора, протягом всього терміну експлуатації колектора. 17-ти річний досвід використання колекторів з дзеркальним концентратором підтверджує — атмосферні впливи не шкодять рефлекторній здатності параболічного концентратора Paradigma.

Таб. №2. Будова вакуумного колектора в розрізі

В 1996 році, Paradigma зробила перший крок для підвищення продуктивності геліотермічних установок, випустивши вакуумний колектор з «U»-подібною трубкою і з параболічним дзеркальним концентратором. До цього часу, починаючи з 1989 року, компанія випускала лише плоскі колектора. Наступним кроком покращення продуктивності стала відмова від використання гліколю і як наслідок, в 2004 році на ринок вийшла Paradigma AquaSolar System. Дана технологія являється ексклюзивною і захищена власним патентом. Останнім покращенням продуктивності колектора став випуск в 2012 році вакуумного колектора нового покоління AQUA PLASMA, в якому взагалі не дозволяється використовувати гліколь.

Для випуску колектора нового покоління компанія Ritter в співпраці з науковцями компанії Dr. Laure Plasma Technologie GmbH розробили нову технологію плазмового напилення вакуумних трубок, яка забезпечує більшу пропускну здатність сонячних променів через скляну поверхню, що дає змогу ефективніше використовувати розсіяні промені для отримання теплової енергії. Для виготовлення абсолютного нового покриття було розроблено та запатентовано нову технологію нанесення нано-частинок на скляну поверхню.

За рахунок високого температурного режиму роботи установки значно розширена область застосування геліотермічних установок. Використання нових технологій забезпечує нові робочі температури від 60 до 160°С, що дає змогу використовувати геліотермічні акваустановки у виробничих процесах, навіть за несприятливих умов при потужності сонячного випромінювання в 400 Вт/м2.При постійній робочій температурі 75°С, новий колектор Aqua Plasma потребує на 16% меншої площі в порівнянні з вакуумними колекторами CPC Star Azzurro, при температурі 100°С - економічний ефект зростає до 20%.

Насосна станція геліоконтуру - STAqua II

Управління геліотермічною установкою виконується за допомогою вбудованого регулятора в корпус насосної станції. Для управління установкою регулятор оперує даними, які надходять з датчика температури колектора, зовнішнього датчика, датчика об'ємного протоку в геліоконтурі, датчики температури зворотнього контуру установки і температури в бойлері (буферній ємкості). Регулятор самостійно вводить систему в експлуатацію, автоматично визначає загальну довжину і діаметр траси, довжина траси, яка знаходиться на зовні, також визначається автоматично. Точне визначення довжини зовнішньої траси необхідне для коректної роботи системи антизамерзання. Функція антизамерзання починає спрацьовувати, якщо зовнішня температура на площині колектора перейшла рівень в 3°С, при таких умовах температура в колекторі постійно підтримується на рівні 5°С. В залежності від зовнішньої температури, регулятор вираховує необхідну частоту роботи насосу для мінімальних затрат енергії на підтримку системи антизамерзання.

Енергетичні витрати на функцію антизамерзання залежать від довжини зовнішньої траси геліоконтуру. При проходженні сертифікації АкваСистеми в Штутгартському Університеті Термодинаміки і Теплотехніки, витрати енергії на функцію антизамерзання склали 3,4% від річної продуктивності установки.

Геліотермічна установка, яка тестувалась:

• 1 х вакуумний колектор CPC Allstar 40, загальна площа колектора 4 м2;
• 1 х моновалентний бойлер Aqua 190, об'єм 200 літрів;
• 1 х регулятор SystaSolar Aqua I.

Довжина зовнішньої траси складає 8 метрів.

Отже, витрати на систему антизамерзання склали 80 кВт/рік, що відповідає 10 м3 газу, враховуючи навіть найвищий тариф вартості газу, річні витрати на функцію антизамерзання в грошовому еквіваленті складають менше 50 гривень. Дешевше ніж 1 літр гліколю! Продуктивність колекторів Paradigma підтверджена незалежним сертифікаційним товариством Solar Keymark. Товариство Solar Keymark входить до складу Європейського Комітету Стандартизації (CEN), головна діяльність якого пов'язана з сертифікацією сонячних колекторів і геліотермічних установок.

Основні умови для проходження сертифікації:

• Відповідність виробництва чинним Європейським нормам: EN 12975, EN 12976.
• Відповідність виробника до вимог системи менеджменту якості, мінімальний рівень ISO 9001.
• Вибіркова перевірка окремих участків виробництва.
• Постійний моніторинг виробничих процесів та якості.

Для забезпечення достовірності результати сертифікації оприлюднюються на власному інтернет ресурсі: www.solarkeymark.org.

При проведенні тесту визначається оптичний коефіцієнт корисної дії колектора, а також коефіцієнти тепловтрат а1 і а2. Якщо різниця температури колектора і навколишнього середовища дорівнює нулю, то тепловтрати колектора в навколишнє середовище також дорівнюють нулю і ефективність колектора максимальна — в такому випадку йдеться мова про оптичний коефіцієнт корисної дії колектора.

При проведені тесту для колекторів різних типів та різних виробників використовується вода в ролі теплоносія, тому данні продуктивності колекторів Paradigma являються достовірними і не вимагають використання поправочного коефіцієнту. ККД колектора можливо вирахувати в будь-якій робочій точці, в залежності від зовнішніх температур, потужності сонячного випромінювання, температури теплоносія в колекторі з урахуванням тепловтрат колектора.

Гарантійні зобов'язання

Paradigma надає постійну гарантію на АкваСистему в разі замерзання установки, за умови відповідності монтажу системи з технічною документацією виробника.

Гарантія на колектор — 5 років.

Гарантія на вакуумні трубки — 10 років на пошкодження градом.