Полный расчет системы может выполнить только специалист слишком много различных факторов надо учесть. Для этого разработаны соответствующие компьютерные программы. Однако предварительный подсчет реально сделать и самостоятельно. Тепловое оборудование может работать в моновалентном или бивалентном режиме. В первом случае даже в самые холодные дни его мощность должна превышать необходимый расход энергии. На практике этот режим применяется редко: цена оборудования растет, а большую часть времени оно работает впустую. В бивалентном или моноэнергетическом режиме часть энергии поступает от других источников: тепловых котлов различных типов или электрических нагревателей.

На практике оптимально, если за счет коллекторов или тепловых насосов обеспечивается 60-70% от среднегодовой потребности (или от потребности в энергии во время проживания, если не планируется круглогодичная эксплуатация). Типовая задача выглядит так. Требуется оптимизировать затраты по снабжению горячей водой и отоплением отдельного небольшого дома или помещения с круглогодичным проживанием. Вода и электричество подведены. Конкретные параметры дома и число людей могут варьироваться. Обычно традиционно используются печи или котлы, работающие на жидком или твердом топливе. Если есть газовый котел, задача решается довольно просто: у нас газ пока стоит дешевле, чем энергия, полученная от теплового насоса. Но, во-первых, газ есть не везде, а стоимость его подключения (если это вообще реально) в последнее время сопоставима с ценой насоса. (Жалюзи оконные - как элемент оформления.)

А во-вторых, даже тут можно СЭКОНОМИТЬ, Установив солнечный коллектор, ведь затраты на производство энергии с его помощью вообще близки к нулю: требуется только энергия на работу циркуляционного насоса. Хотя в наших условиях при наличии газового котла об альтернативах думают редко: ведь на гелиостанцию придется потратиться сразу, а окупится она только через годы. При расчете потребления тепла в таком абстрактном доме учитываются две составляющие: горячая вода и отопление. Первую величину в течение года можно считать постоянной, вторая максимальна в зимние месяцы и падает летом практически до нуля, а то и до «отрицательной величины» (на которую все равно придется потратить некий денежный эквивалент): вместо обогрева требуется кондиционирование. Обычно предполагается использовать гелиостанцию для приготовления горячей воды.

Основных параметров тут два: число коллекторов и объем бака. Объем считается из расчета 50-100 литров в сутки на одного проживающего. Количество коллекторов зависит от множества факторов. Для расчета надо знать среднюю интенсивность потока солнечной энергии в конкретном районе по месяцам. В первую очередь важно количество энергии в летнее время (зимой поток падает в несколько раз). Экономичнее всего рассчитать так, чтобы установленные коллекторы летом полностью перекрывали потребности в горячей воде. Для расчета надо знать угол установки коллекторов, их ориентацию относительно сторон света (оптимально, разумеется, установить панель строго на юг, но это не всегда возможно), требуемую температуру горячей воды в баке, тип коллектора и еще несколько особенностей и величин. После этого можно подобрать требуемое число панелей. Казалось бы, стоит добавить еще несколько панелей, тогда в холодное время меньше придется тратиться на дополнительный обогрев? Все не так просто. Кроме того, что сами панели и их монтаж стоят немало, надо учесть, что, если количество панелей взято «с запасом», летом возможно закипание теплоносителя прямо в них (стагнация). Этот процесс отрицательно сказывается на ресурсе антифриза и всей системы.

 В подобных случаях нужно либо предусмотреть возможность отведения излишков тепла, к примеру, в бассейн, либо использовать самоопорожняющиеся системы, в которых стагнация исключена в принципе. Для средней полосы применение гелиостанций оправданно в течение шести-семи месяцев в году, одной панели в 2 м достаточно для горячего водоснабжения одного-двух человек. Отопление с помощью солнечных коллекторов в средней полосе почти не практикуется. Слишком мало энергии они могут собрать в холодное время. Для отопления желательнее тепловой насос, а коллекторам можно оставить поддержку системы и основную работу летом.

При расчете отопления принимают, что тепловая потребность здания составляет 5-10 кВт/100 м. Конкретная цифра уточняется в зависимости от региона, особенностей конструкции самого здания и его теплоизоляции. Далее выбирается режим работы. Моновалентный используется редко, стоимость такого насоса сильно возрастает. Для пиковых нагрузок в морозы обычно предусматривается возможность подключения дополнительного оборудования, т.е. работа в бивалентном или моноэнергетическом режимах, когда насосом обеспечивается 50-70% необходимой энергии. Учитывается также возможность периодического отключения подачи энергии (повышающий коэффициент 1,2) и затраты на приготовление горячей воды (0,1 -0,3 кВт на человека). По этим данным определяется требуемая мощность насоса. Для насосов типа «воздух-вода» стоимость монтажа относительно невелика. При расчете сметы на установку насоса «вода-вода» нужно прибавить затраты на бурение скважин и оборудование для перекачки воды. Но, как уже говорилось, насосы «вода-вода» применимы не везде.

К тому же проект по их использованию нуждается в согласовании с соответствующими ведомствами. Чаще всего для постоянной эксплуатации предпочитают насосы «рассол-вода», и в затратах на их установку значительную часть составит монтаж рассольного контура. Чтобы рассчитать длину труб контура, необходимо учесть состав почвы. Для земляных коллекторов величина теплосъема составляет 10-35 Вт с погонного метра, точнее, 10 Вт в песчаных почвах, 20 - в глине и до 35, если коллектор проходит в почве с большим содержанием влаги. Расстояние между трубами принимают равным 0,7-1,2 м. С одного метра вертикальных земляных зондов можно «снять» больше. При наиболее часто Встречающейся схеме когда в одну скважину вставлены две U-образные трубы, теплосъем в первом приближении принимают равным 50 Вт/м Точные значения узнают, лишь выполнив бурение. Принцип абсолютно такой же: чем плотнее порода и чем больше она увлажнена, тем выше и показатели теплосъема. Обычно берут несколько зондов с минимальным расстоянием между ними 5-6 м, при этом учитывают направление движения подземных вод, чтобы охлажденная вода от одного зонда не поступала к последующим.

Теоретически возможна ситуация, когда земляной зонд за зиму отберет столько тепла из прилегающего грунта, что за лето теплопотери не успеют восполниться. Как результат, эффективность установки на следующий год снизится. Исследования по этому поводу проводились, было выяснено, что даже при довольно интенсивной эксплуатации падение температуры грунта за первый год составляет 1-3 градуса, за второй еще меньше, а в дальнейшем ощутимого снижения не происходит. Если же насос летом работает в качестве устройства охлаждения и «закачивает» тепло в почву, разница температур грунта вблизи зонда и на удалении от него очень быстро становится незначительной. Чтобы не переохладить почву, допустимый теплоотбор с погонного метра зонда не должен превышать 100 кВт*ч/год. По этим данным рассчитывают длину контуров и объем земляных работ, а затем подбирают необходимый диаметр труб и прочее требуемое оборудование, после чего рассчитывают стоимость проекта. Как видим, расчет непростой, цена работ тоже велика, но и заявленная долговечность коллекторов системы «рассол-вода» составляет более сотни лет. Впрочем, чтобы накопить статистику и проверить правильность этого утверждения, придется подождать как минимум век. В качестве иллюстрации предлагаем обзор современных солнечных коллекторов и тепловых насосов. Следует отметить, что конкретная цена всего комплекта оборудования в сборе с учетом монтажа рассчитывается индивидуально в каждом конкретном случае.

На первый взгляд может показаться, что удовольствие обеспечить себя дешевой тепловой энергией обходится дорого. На практике же выясняется, что разовые начальные затраты достаточно быстро оправдываются. Срок окупаемости систем при текущих ценах на энергоносители 5-10 лет. Срок службы может измеряться десятками и сотнями лет, а для «капитального ремонта» обычно достаточно сменить лишь некоторые компоненты, в частности, насосы и компрессоры.