В советские годы в нашей стране был развернут довольно широкий фронт исследований по проблеме использования солнечной энергии. Работы велись в соответствии с комплексной программой Государственного комитета по науке и технике. Экономически в настоящее время наиболее перспективно получение за счет солнечной энергии низкопотенциального тепла (до 100° С) для отопления, горячего водоснабжения, низкотемпературных технологических процессов, в частности в сельском хозяйстве.

Разработкой таких солнечных установок и систем занимался ряд организаций, в том числе и Институт высоких температур АН (ИВТАН). Работая в тесном контакте с Госпланом Дагестана, институт в свое время приступил к созданию в Дагестане научного полигона «Солнце». Это была крупная исследовательская база по подготовке к внедрению в народное хозяйство солнечных тепловых установок.

Госплан Дагестана включил в план использование систем солнечного теплоснабжения, в частности при строительстве домов в поселке гидростроителей Ирганайской ГЭС, а также в некоторых районных центрах республики.

Первые шаги в этом направлении были сделаны. В селении Верхний Гуниб был построен экспериментальный жилой дом, который отапливался и обеспечивался горячей водой за счет энергии Солнца. Этот «солнечный» дом ИВТАН разработал совместно с институтами Дагестангражданпроект и ЦНИИЭП инженерного оборудования.

Система теплоснабжения дома состоит из трех контуров: солнечного, отопительного и горячего водоснабжения (см. схему слева). Имеются также резервные источники тепла — электроводоподогреватели. Они включаются, когда вода недостаточно нагрета за счет солнечной радиации, и рассчитаны так, что могут обеспечить дом теплом при отключении солнечного контура.

В солнечном контуре циркулирует теплоноситель, который, проходя через гелиоприемник, нагревается за счет солнечной радиации. Теплоносителем служит вода, а в холодное время — антифриз (смесь этиленгликоля с водой), что позволяет использовать установку круглый год. Солнечный контур заполняется антифризом с помощью ручного насоса; вода в контуры поступает из водопровода.

Гелиоприемник — это набор солнечных коллекторов. Каждый такой коллектор представляет собой хорошо теплоизолированныи ящик, в котором находится нагреваемая солнечными лучами алюминиевая панель. Для наибольшего поглощения солнечной радиации панель сверху окрашена в черный цвет. Двойная стеклянная рама, закрывающая ящик сверху, пропускает солнечные лучи, но задерживает инфракрасное излучение от нагретой панели. Гелиоприемник смонтирован неподвижно на южном скате крыши дома с углом наклона в 60°, что обеспечивает в зимнее время наиболее эффективное использование солнечной радиации для отопления.

В баке-теплообменнике теплоноситель отдает накопленное тепло воде, заполняющей бак и поступающей в отопительный контур, и воде контура горячего водоснабжения. Циркуляция воды в этих контурах естественная. Бак-теплообменник служит одновременно и аккумулятором тепла. Его объем выбран из расчета покрытия суточной потребности дома в тепле, когда не действует солнечный контур.

Система солнечного теплоснабжения дома может работать в нескольких режимах.

Прежде всего это основной режим: солнечная радиация достаточна и есть необходимость в отоплении и горячей воде.

Возможны случаи, когда солнечной радиации хватает для работы системы, но необходимости в отоплении нет. Тогда бак-аккумулятор, расположенный на чердаке дома, наполняется из водопровода. Вода, нагретая в трубах теплообменника, поднимается по трубопроводу и поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора, вытесняя при этом в теплообменник более холодную воду из нижних слоев. Разбор горячей воды идет из верхней части бака-аккумулятора; одновременно снизу в него поступает вода из водопровода.

Может случиться так, что солнечная радиация практически отсутствует, а необходимость в отоплении есть. Тогда солнечный контур выключится и отопительный контур будет работать либо на энергии, запасенной в баке-теплообменнике, либо с электроводоподогревателем.

За работой установки солнечного теплоснабжения следит автоматическая система управления. Она получает сигналы от датчиков температуры, установленных в различных местах контуров. Если из-за изменившейся погоды температура теплоносителя станет ниже, чем температура воды в баке-теплообменнике, автоматически будет отключен насос, прокачивающий теплоноситель по солнечному контуру; при уменьшении температуры воды в теплообменнике ниже заданной насос снова включится. Автоматика следит и за температурой в доме. Если она упадет ниже 18°С, то начнет работать электроводоподогреватель, который отключится при температуре воздуха выше 20°С.

Проведенные весной и летом эксперименты подтвердили полную работоспособность системы солнечного теплоснабжения дома. Опыт ее эксплуатации учтен при подготовке рекомендаций по внедрению таких установок в жилищное строительство.

Авторы: инженеры С. Вайнштейн, О. Попель (Институт высоких температур АН) и кандидат экономических наук А. Гаджиев (Дагестан)