Folosirea energiei solare gratuite este o modalitate bună de a economisi combustibilul și energia electrică cheltuită la încălzirea unei case particulare. Utilizarea masivă a sistemelor solare este împiedicată de prețul ridicat al receptoarelor de căldură și al echipamentelor aferente - un rezervor de stocare, o pompă de circulație, o unitate de control electronic și alte accesorii. Singura modalitate de a reduce costurile este să faceți un colector solar cu propriile mâini din materiale ieftine și să asamblați o schemă standard de strapping.
Principiul funcționării încălzitoarelor solare
Înainte de a vă lansa la fabricarea unui sistem solar de casă, merită să explorați dispozitivul colectoarelor solare fabricate din fabrică - aer și apă. Primele sunt utilizate pentru încălzirea directă a spațiilor, cele din urmă sunt utilizate ca încălzitoare de apă sau lichid de răcire fără îngheț - antigel.
Referinţă. Instalațiile aeriene nu sunt foarte populare datorită funcționalității limitate. Încălzitoarele de apă solare sunt mai solicitate, deoarece pot asigura încălzire, apă caldă și pot crește temperaturile în bazinele exterioare.
Elementul principal al sistemului solar este colectorul solar în sine, oferit în 3 versiuni:
- Încălzitor de apă plat. Este o cutie sigilată, izolată de jos. În interior se află un radiator (absorbant) format dintr-o foaie de metal pe care este fixată o bobină de cupru. Partea de sus este acoperită cu sticlă rezistentă.
- Designul colectorului de încălzire de aer este similar cu versiunea precedentă, numai aerul circulat de ventilator circulă prin tuburi în locul lichidului de răcire.
- Dispozitivul colectorului tubular de vid este diferit fundamental de modelele plate. Aparatul este format din baloane de sticlă durabile în care sunt amplasate tuburi de cupru. Capetele lor sunt conectate la 2 autostrăzi - alimentare și retur, aerul din baloane este pompat afară.
Plus. Există un alt tip de încălzitoare de apă sub vid, unde flacoanele de sticlă sunt bine etanșate și umplute cu o substanță specială care se evaporă la temperatură scăzută. În timpul evaporării, gazul absoarbe o cantitate mare de căldură transferată în apă. În procesul de transfer de căldură, substanța se condensează din nou și curge în partea de jos a balonului, așa cum se arată în imagine.
Tipurile de colectoare enumerate utilizează principiul transferului direct al căldurii radiației solare (altfel - insolare) în lichidul sau aerul care curge. Încălzitorul de apă plat funcționează astfel:
- Apa sau antigelul se deplasează printr-un schimbător de căldură din cupru cu o viteză de 0,3-0,8 m / s, pompat de o pompă de circulație (deși există modele de gravitație pentru dușurile exterioare).
- Razele soarelui încălzesc foaia absorbantă și conducta bobinei strâns legate de ea. Temperatura lichidului de răcire curge crește cu 15-80 de grade, în funcție de anotimp, ora zilei și de vremea străzii.
- Pentru a exclude pierderea de căldură, suprafețele inferioare și laterale ale corpului sunt izolate cu spumă poliuretanică sau spumă de polistiren extrudat.
- Sticla superioară transparentă are 3 funcții: protejează acoperirea selectivă a absorbantului, împiedică vântul să sufle bobina și creează un gol de aer sigilat care păstrează căldura.
- Transportorul de căldură fierbinte intră în schimbătorul de căldură al rezervorului de depozitare - rezervor tampon sau cazan de încălzire indirectă.
Deoarece temperatura apei din circuitul aparatului fluctuează cu anotimpurile și zilele în schimbare, colectorul solar nu poate fi utilizat pentru încălzire și apă caldă direct. Energia primită de la soare este transferată către purtătorul principal de căldură prin bobina rezervorului - bateria (cazanul).
O excepție sunt instalațiile solare pentru bazine care încălzesc apa rezervorului direct sau printr-un simplu schimbător de căldură.
Eficiența aparatului tubular este îmbunătățită de vid și de un perete reflectorizant intern în fiecare balon. Razele soarelui trec liber prin stratul fără aer și încălzește conducta de cupru cu antigel, dar căldura nu poate depăși vidul și iese afară, deci pierderile sunt minime. O altă parte a radiației intră în reflector și se concentrează pe conducta de apă. Potrivit producătorilor, eficiența instalației ajunge la 80%.
Facem un colector de apă
Un încălzitor de apă de tip vid nu poate fi făcut acasă din motive evidente. Prin urmare, adoptăm un design plat cu un schimbător de căldură și un absorbant care colectează lumina soarelui. În mod ideal, trebuie să calculați zona receptorului și temperatura apei de evacuare, care depinde de mulți factori:
- regiunea de reședință și nivelul de insolvență;
- temperatura mediului, mai ales iarna;
- zona suprafeței schimbătoare de căldură care percepe expunerea la soare;
- material de bobină și acoperire;
- temperatura de intrare a lichidului de răcire;
- unghiul panoului în raport cu soarele;
- debitul de apă prin conductele schimbătorului de căldură.
Pe Internet nu este dificil să găsești calcule ale performanței colectorului solar, dar te avertizăm - calculele sunt foarte inexacte.
Exemplu. Faptul este luat ca bază: într-o zi senină, 500-800 W de energie solară ajung pe 1 m² de suprafață. Mai departe, folosind formula școlară m = Q / 1.163 x Δt, determinăm masa de apă încălzită la 40 ° C de un schimbător de căldură de 1 m²: 500 / 1.163 x 40 = 10,7 litri pe oră. Cu o insolare de 800 W / m², 17,2 l / h pot fi încălzite. Dar diavolul este în detalii: cifra inițială de 0,5-0,8 kW pe metru pătrat este o cifră foarte aproximativă.
Oferim o abordare simplificată a problemei descrise în instrucțiunile pas cu pas:
- Determinați locul și zona pe care sunteți gata să le oferiți colectorului.
- Pe baza prețurilor materialelor, selectați opțiunea potrivită pentru asamblarea bobinei și carcasei.
- Realizați un prototip, conectați-vă la încălzire sau alimentare cu apă conform schemei corecte. Vom arăta metodele de legare în următoarele secțiuni ale acestui articol.
- Testați circuitul de încălzire acasă și trageți concluzii suplimentare cu privire la creșterea / scăderea puterii, modificarea proiectării ș.a.
Acum vom parcurge fiecare etapă separat, concentrându-ne asupra capcanelor.
Amplasarea unei instalații termice
De fapt, există doar două opțiuni pentru amplasarea colectorului de casă: pe acoperișul clădirii sau în zona deschisă a zonei casei. Când alegeți un loc, urmați reguli simple:
- Site-ul ar trebui să fie luminat cât mai mult în timpul zilei, să nu fie întunecat de copaci și alte clădiri.
- Când este instalat pe acoperiș, este selectată o pantă mai blândă, unde radiația solară devine întotdeauna. Este clar că partea abruptă a acoperișului rupt de mansardă nu va funcționa.
- Nu luați o instalație de apă caldă destinată încălzirii sau alimentării cu apă caldă departe de casa dvs. Vor crește lungimea conductelor de alimentare, pierderea de căldură și costul de instalare.
- Orientați colectorul de sol astfel încât soarele, care se mișcă vizual de la est la vest, luminează constant chiuveta de căldură. Unghiul de instalare al panoului este de 60 ± 15 °.
Notă. Eficiența elementului de încălzire poate fi crescută cu ajutorul unui concentrator solar parabolic care colectează raze într-un singur fascicul, care este trimis la absorbant. Metodele de construcție și asamblare a oglinzii concave sunt prezentate în videoclip.
Plantele solare, proiectate pentru a încălzi apa într-un duș de vară, sunt situate pe acoperișul acestei clădiri și sunt conectate prin gravitație. Dispozitivele pentru încălzirea bazinelor sunt amplasate lângă vasul rezervorului.
Selectarea materialelor
Am făcut o selecție de accesorii pentru fabricarea încălzitoarelor de apă solare pe baza recenziilor și subiectelor discutate pe popularul forum Forumhouse. Deci, caseta dreptunghiulară a receptorului este, de obicei, realizat dintr-o grindă de lemn sau de cadre gata făcute de ferestre vechi. Peretele din spate al carcasei este izolat cu vată de bazalt, spumă de polistiren sau spumă de polistiren extrudat.
Bacsis. Partea inferioară a cutiei poate fi realizată din izolație din polimer folie. Stratul de metal va servi ca un absorbant - nu trebuie să pună o foaie suplimentară.
meseriași Acasă face schimbătoare de căldură dintr-o varietate de țevi:
- polietilenă neagră (HDPE);
- oțel inoxidabil ondulat;
- cupru și aluminiu;
- polipropilenă și metal din plastic;
- polietilenă reticulată;
- calorifere de panou din oțel.
Din punct de vedere al eficienței și durabilității, este mai bine să folosiți tuburi din aluminiu, cupru și oțel inoxidabil cu cea mai bună conductivitate termică. Lipsa materialului este prețul ridicat.
Țevile din plastic sunt mult mai ieftine decât conductele metalice și mai ușor de instalat. Dar când se utilizează polimeri, trebuie luate în considerare o serie de nuanțe:
- orice material plastic se deteriorează treptat sub influența radiațiilor ultraviolete;
- pereții conductelor PPR sunt prea groși, conduc căldura slab;
- plasticul de înaltă calitate este prea scump pentru scopurile noastre, iar ieftin de multe ori se stratifică pe coturi și se prăbușește rapid la soare;
- polietilena reticulată „amintește” de îndoirea inițială în golf, este convenabil să scoată o bobină inelară din ea, iar îndreptarea nu este ușoară;
- Țevi din HDPE de care aveți nevoie pentru a cumpăra o serie de produse alimentare (cu o bandă albastră), aceasta este mai bine protejată de radiațiile ultraviolete.
Referinţă. Cea mai simplă versiune a unui schimbător de căldură piscină este un furtun de grădină neagră prevăzută cu un „melc“. Minusul materialului este fisurarea cauciucului din expunerea prelungită la soare.
Țevile cu pereți subțiri din HDPE sunt o alegere excelentă în ceea ce privește raportul preț / calitate. Suprafața neagră absoarbe bine căldura solară, racordurile de conectare sunt ieftine. Conducta este atașat la absorberul cu cleme de plastic sau o bandă de staniu pe șuruburi.
Ca foaie absorbantă, se poate folosi tablă obișnuită sau din oțel inoxidabil vopsit negru. Opțiunea ideală este tabla de aluminiu sau cupru.
Partea de sus a cutiei este închisă cu următoarele materiale transparente din care să alegeți:
- sticlă obișnuită sau armată;
- înveliș din plastic transparent;
- policarbonat celular subțire.
Bacsis. Nu utilizați ferestre duble gata de la ferestre din plastic ca element translucid. În timpul iernii, cu o diferență de temperatură mare între aerul din stradă și camera de colectare închisă, pachetul cu două straturi nu rezistă și crăpături.
Recomandări de asamblare
Procesul de fabricare a unui colector solar este atât de evident încât nu are nici un sens pentru a picta instrucțiuni pas-cu-pas. Sarcina constă în realizarea unei camere cât mai etanșe, prin instalarea unui schimbător de căldură pe un amortizor de metal. Vă vom oferi doar câteva sfaturi pentru a vă proteja de greșeli:
- Tuburile schimbătoare de căldură pot fi așezate longitudinal sau cu o spirală (melc). Faceți distanța între liniile (viraje) mici - de la 1 la 4 cm.
- Etanșitatea carcasei se realizează prin ungerea îmbinărilor cu un material de etanșare siliconic sau prin punerea sigiliilor de cauciuc.
- Tuburile sunt fixate la bază în orice mod convenabil - cu cleme de plastic, o bandă metalică sau pur și simplu fixate pe părțile laterale cu șuruburi autofiletante.
- Întreaga cavitate interioară este vopsită cu email negru rezistent la căldură (vândute în cutii de aerosoli).
- Grosimea stratului izolant de pe spatele încălzitorului de apă este de cel puțin 50 mm.
- Este cel mai ușor să trageți un film transparent deasupra - aceasta este cea mai bună opțiune pentru un prototip. Ulterior, nu este dificil să înlocuiți sticla.
O altă recomandare. Părțile din lemn trebuie tratate cu un antiseptic.Acoperiți rama sudată din profilele de oțel cu un grund și 2 straturi de vopsea ușoară.
După montarea panoul radiatorului, umpleți bobina cu apă și verificați dacă există scurgeri. Apoi testați colectorul solar - conectați ieșirea la rezervor, instalați panoul la soare și măsurați periodic temperatura apei, ținând cont de timpul de încălzire. Pe baza unor indicatori reali, este ușor de determinat performanța unui încălzitor de apă.
Schema de conexiuni
Un colector proiectat pentru încălzirea apei în duș este conectat la un rezervor de stocare prin fluxul gravitațional. O condiție importantă: instalația solară ar trebui să fie amplasată sub rezervorul principal, astfel încât apa fierbinte cu densitate mai mică să treacă prin conductă și să-l deplaseze pe cel rece. Designul unui astfel de sistem este prezentat în desen.
Atunci când este conectat la un cazan sau un acumulator de căldură, colectorul solar acționează ca o sursă de căldură pe deplin. Producătorii de sisteme solare sugerează utilizarea unei scheme de presiune cu două conducte, care include elementele obligatorii de legare:
- pompa de circulație care dezvoltă o presiune de 0,4 bar;
- tip membrana rezervor de expansiune;
- aerisire automată;
- supapă de siguranță, proiectată să funcționeze la o presiune de 2 bar;
- manometru;
- termometru;
- valve de închidere, supapă de machiaj;
- controler cu doi senzori de temperatura;
- izolare termică pentru conductele de alimentare.
Un punct important. Dacă o baterie de mai mulți colectori este conectată la rezervorul tampon, trebuie crescută capacitatea pompei și volumul rezervorului de expansiune. Capacitatea minimă a rezervorului de membrană este de 10% din cantitatea totală de lichid de răcire din circuit.
Schema funcționează astfel:
- Chiuveta de căldură se atașează de bobina inferioară a rezervorului-tampon, unde apa este mai rece.
- Controlerul cu ajutorul senzorilor compară temperatura apei (antigel) din conducta de alimentare și acumulatorul de căldură.
- Unitatea electronică oprește pompa atunci când temperatura apei din rezervor este egală sau mai mare decât temperatura de curgere.
- Aerul care intră în circuit este descărcat printr-o supapă automată instalată în partea de sus a sistemului.
- În cazul supraîncălzirii lichidului de răcire din cauza opririi pompei (este imposibil să opriți soarele), supapa de siguranță va funcționa și va elibera excesul de presiune.
Cel mai scump element de circuit este o unitate de control electronică. Cum pot face fără un controler:
- cumpărați pe Aliexpress un termostat mai ieftin, declanșat de o diferență de temperatură;
- setați un cronometru de zi și un termostat mecanic pentru a opri pompa atunci când rezervorul tampon este la căldură maximă.
Cum funcționează unitatea de control chineză ieftină (preț - 15 USD), consultați recenzia video:
Încălzire solară
Instalarea încălzirii cu aer se face într-un mod similar, doar schimbătorul de căldură este realizat din conducte cu diametru mai mare, iar suflanta este asigurată de ventilator. Meșterii receptorilor de radiații sunt confecționate din astfel de materiale:
- ondulare din aluminiu pentru ventilație;
- sticle de plastic introduse una în cealaltă;
- cutii de bere sculptate.
În cutie sunt realizate 2 găuri pentru țevi de aer, o plasă fină este așezată în interior, eliminând pătrunderea insectelor. Ventilatorul - un cooler de la computer - este instalat pe unul dintre orificii, partea de schimb de căldură este vopsită în negru. Țevile de alimentare sunt izolate și așezate într-o cameră încălzită. Algoritmul de asamblare a galeriei de aer este prezentat în videoclip:
Concluzie
Atractivitatea colectoarelor solare se datorează creșterii prețurilor la energie. Deși performanța încălzitoarelor de apă scade iarna, căldura solară asigură economii semnificative în consumul de combustibil de către principala sursă - cazanul. Dacă doriți să vă încălziți casa de țară cât mai mult cu energie solară gratuită, vă recomandăm să acordați atenție instalațiilor cu concentratoare oglindă.Aceste dispozitive extrem de eficiente sunt utilizate pe scară largă în Europa și America.