Подготовка солнечного водонагревателя к зиме: как предотвратить замерзание труб и повреждения

Защита от замерзания солнечных водонагревательных систем

Коллекторы и их наружные трубопроводы в солнечных водонагревательных системах часто повреждаются из-за расширения замерзшей воды в суровые зимние месяцы, особенно в холодных регионах высоких широт. Поэтому необходимо предусмотреть меры по подготовке солнечных водонагревательных систем к зиме. Ниже приведены некоторые распространённые в настоящее время меры защиты от замерзания солнечных водонагревательных систем.

Выбор морозостойких солнечных коллекторов

Коллектор — важнейший компонент солнечной водонагревательной системы, который должен размещаться на открытом воздухе. Выбор морозостойкого коллектора избавляет от беспокойства о возможном замерзании в суровые зимние месяцы.

Вакуумный коллектор с тепловыми трубками и полностью стеклянный вакуумный коллектор с внутренними трубками, представленные в главе 1 этой книги, являются морозостойкими коллекторами. Поскольку нагретая вода никогда не попадает напрямую в вакуумные трубки, стеклянные трубки, закрывающие их, не контактируют с водой. Кроме того, сами тепловые трубки имеют очень низкую ёмкость рабочей жидкости, поэтому вакуумные трубки защищены от замерзания даже при температурах в несколько десятков градусов Цельсия ниже нуля.

Другой тип коллектора с защитой от замерзания – плоский коллектор с тепловыми трубками. В отличие от обычных плоских коллекторов, в этом коллекторе вместо трубок в абсорбере используются тепловые трубки. В качестве рабочего тела в этих трубках используется низкокипящая и низкозамерзающая среда, что предотвращает замерзание абсорбера. Однако, поскольку технико-экономические показатели плоских коллекторов с тепловыми трубками уступают вышеупомянутым вакуумным трубкам, они пока не получили широкого распространения.

Система двойной циркуляции с использованием антифриза

Система с двойной циркуляцией (или двухконтурная система) включает теплообменник в систему солнечного водонагрева. Коллектор и горячая сторона теплообменника образуют первый контур (или первичный контур). В качестве теплоносителя используется низкозамерзающая жидкость, обеспечивающая защиту системы от замерзания. Системы с двойной циркуляцией могут использоваться как в системах солнечного водонагрева с естественной, так и в системах с принудительной циркуляцией.

В системах с естественной циркуляцией, несмотря на использование антифриза в первичном контуре, бак-накопитель воды расположен снаружи, а трубы бака холодной воды и горячего водоснабжения системы также частично проложены снаружи. Даже с изоляцией эти наружные трубы не могут гарантировать, что вода в них не замерзнет холодными зимними ночами. Поэтому при проектировании системы важно предусмотреть способы слива горячей воды из труб после использования. Например, заборный трубопровод горячей воды сифона может также использоваться в качестве трубопровода подачи холодной воды, с атмосферным клапаном, установленным в верхней части трубы для управления его открытием и закрытием, что позволяет сливать воду из трубы.

Система возврата с автоматическим сливом

В одноконтурной системе с принудительной циркуляцией для управления работой циркуляционного насоса обычно используется разность температур, а резервуар для хранения воды обычно располагается в помещении (на первом этаже или в подвале). Зимой, днём, при достаточном солнечном излучении, регулятор разности температур включает циркуляционный насос, обеспечивая нормальную работу коллектора. Ночью или в пасмурные дни, при недостаточном солнечном излучении, регулятор разности температур отключает циркуляционный насос, позволяя воде из коллектора и труб самотеком стекать обратно в резервуар, предотвращая повреждения, вызванные замерзанием. На следующий день или при возвращении достаточного уровня солнечного облучения регулятор разности температур снова включает циркуляционный насос, перекачивая воду из резервуара обратно в дефлектор, что позволяет системе продолжать работу. Такая система защиты от замерзания проста и надёжна и не требует дополнительного оборудования. Однако циркуляционный насос в системе должен иметь высокий напор.

В последние годы за рубежом начали применять меры по защите от замерзания обратного потока в двухконтурных системах. В этой системе первый контур не использует антифриз, но в качестве теплоносителя в коллекторе по-прежнему используется вода. Ночью или в пасмурные дни, когда солнечной радиации недостаточно, циркуляционный насос автоматически отключается, и вода из коллектора перетекает через сифон в небольшой специально сконструированный резервуар для хранения. Затем вода снова закачивается в коллектор на следующий день или при достаточной солнечной радиации, позволяя системе продолжать работу.

Использование дренажной системы для слива накопленной воды

В одноконтурной системе с естественной или принудительной циркуляцией датчик температуры устанавливается в трубопроводе под абсорбером коллектора или в точке минимальной температуры наружного воздуха и подключается к контроллеру. Когда температура воды в коллекторе или наружном трубопроводе приближается к точке замерзания (3–4 °C), контроллер по сигналу датчика температуры открывает сливной клапан и воздухоотводчик. Вода из коллектора и наружных трубопроводов самотеком сливается из системы, предотвращая повторное использование и обеспечивая необходимый антифризный эффект.

Автоматическая ночная циркуляция горячей воды из накопительного бака

В одноконтурной системе с принудительной циркуляцией в трубопровод под абсорбером коллектора или в точке минимальной температуры наружного воздуха встраивается термочувствительный элемент, подключенный к контроллеру. Когда температура воды в коллекторе или наружном трубопроводе приближается к точке замерзания (например, 3–4 °C), контроллер включает питание, запуская циркуляционный насос, который перекачивает горячую воду из накопительного бака в коллектор, повышая температуру воды в коллекторе и трубах. Когда температура воды в коллекторе или трубопроводе достигает заданного значения (или по истечении заданного времени работы насоса), контроллер отключает питание, останавливая циркуляционный насос. Поскольку этот метод защиты от замерзания потребляет определённое количество энергии для работы циркуляционного насоса, он подходит для регионов с периодическими заморозками, но не с сильными холодами.

В одноконтурной системе с естественной или принудительной циркуляцией саморегулирующийся нагревательный ленточный нагреватель устанавливается на участке наружного трубопровода, наиболее подверженном замерзанию. Этот метод использует термистор, расположенный рядом с нагревательным ленточным нагревателем и подключенный к его цепи. При подаче напряжения на нагревательный ленточный нагреватель нагревает воду в трубах и одновременно повышает температуру термистора, что, в свою очередь, увеличивает его сопротивление. Когда сопротивление термистора достигает определенного значения, цепь размыкается, нагревательный ленточный нагреватель обесточивается, и температура постепенно понижается. Этот процесс повторяется бесчисленное количество раз, предотвращая замерзание воды в наружных трубах, а также перегрев нагревательного ленточного нагревательного элемента и возникновение опасной ситуации. Этот метод защиты от замерзания потребляет определенное количество электроэнергии, но эффективен в очень холодных регионах.