Korištenje besplatne solarne energije dobar je način uštede goriva i električne energije potrošene na grijanje privatne kuće. Masivna upotreba solarnih sustava ometa visoka cijena prijemnika topline i pripadajuće opreme - spremnika, cirkulacijske pumpe, elektroničke upravljačke jedinice i ostalih armatura. Jedini način da se smanje troškovi je da napravite solarni kolektor vlastitim rukama od jeftinih materijala i sastavite standardnu shemu vezanja.
Princip rada solarnih grijača
Prije nego što se upustite u izradu domaćeg solarnog sustava, vrijedi istražiti uređaj tvornički proizvedenih solarnih kolektora - zrak i voda. Prvi se koriste za izravno grijanje prostora, a potonji se koriste kao grijači vode ili rashladno sredstvo bez smrzavanja - antifriz.
Reference. Zračne instalacije nisu vrlo popularne zbog ograničene funkcionalnosti. Solarni grijači vode su više potraženi jer mogu osigurati grijanje, toplu vodu i podizanje temperature u vanjskim bazenima.
Glavni element solarnog sustava je sam solarni kolektor, koji se nudi u 3 verzije:
- Ravni bojler. To je zatvorena kutija, izolirana odozdo. Unutar je hladnjak (apsorber) napravljen od metalnog lima na koji je pričvršćen bakreni svitak. Vrh je prekriven izdržljivim staklom.
- Dizajn razdjelnika grijača zraka sličan je prethodnoj verziji, samo zrak koji ventilator cirkulira cirkulira kroz cijevi umjesto rashladne tekućine.
- Uređivanje cjevastog vakuumskog razdjelnika bitno se razlikuje od ravnih modela. Aparat se sastoji od trajnih staklenih tikvica u koje se postavljaju bakrene cijevi. Njihovi su krajevi povezani na 2 autoceste - dovod i povrat, zrak iz tikvica se ispumpava.
Dodatak. Postoji još jedna vrsta vakuumskih grijača za vodu, gdje su staklene boce čvrsto zatvorene i napunjene posebnom tvari koja isparava na niskoj temperaturi. Tijekom isparavanja, plin apsorbira veliku količinu topline koja se prenosi u vodu. U procesu prijenosa topline, tvar se ponovo kondenzira i istječe na dno tikvice, kao što je prikazano na slici.
Navedene vrste kolektora koriste princip izravnog prijenosa topline sunčevog zračenja (inače - insolacija) u tekuću tekućinu ili zrak. Ravni bojler radi ovako:
- Voda ili antifriz kreću se kroz bakreni izmjenjivač topline brzinom 0,3-0,8 m / s, koju pumpa cirkulacijska pumpa (iako postoje gravitacijski modeli za vanjske tuševe).
- Sunčeve zrake zagrijavaju upijajući lim i cijev zavojnice čvrsto spojene na njega. Temperatura tekućeg rashladnog sredstva raste za 15-80 stupnjeva, ovisno o sezoni, vremenu dana i vremenu na ulici.
- Da bi se uklonili gubici topline, dna i bočne površine tijela izolirane su poliuretanskom pjenom ili ekstrudiranom polistirenskom pjenom.
- Prozirno gornje staklo ima 3 funkcije: štiti selektivni premaz apsorbera, sprječava da vjetar puše zavojnicu i stvara zapečaćeni zračni otvor koji zadržava toplinu.
- Vrući nosač topline ulazi u izmjenjivač topline spremnika - međuspremnik ili bojler neizravnog grijanja.
Budući da temperatura vode u krugu uređaja fluktuira s promjenom godišnjih doba i dana, solarni se kolektor ne može izravno koristiti za grijanje i toplu vodu. Energija primljena od sunca prenosi se na glavni nosač topline kroz zavojnicu spremnika - bateriju (bojler).
Izuzetak su solarne instalacije za bazene koji zagrijavaju vodu u spremniku izravno ili putem jednostavnog izmjenjivača topline.
Učinkovitost cjevastih uređaja povećava se vakuumom i unutarnjim reflektirajućim zidom u svakoj tikvici. Sunčeve zrake slobodno prolaze kroz sloj bez zraka i zagrijavaju bakrenu cijev antifrizom, ali toplina ne može nadvladati vakuum i izaći vani, pa su gubici minimalni. Drugi dio zračenja ulazi u reflektor i usredotočuje se na vodnu liniju. Prema proizvođačima, učinkovitost instalacije doseže 80%.
Izrađujemo sakupljač vode
Vakumski grijač vode iz očitih razloga ne može se napraviti kod kuće. Stoga smo zauzeli plosnati dizajn s izmjenjivačem topline i apsorberom koji skuplja sunčevu svjetlost. U idealnom slučaju morate izračunati površinu prijemnika i temperaturu izlazne vode, što ovisi o mnogim čimbenicima:
- regija prebivališta i razina insolacije;
- temperatura okoline, posebno zimi;
- područje površine za izmjenu topline koja doživljava izlaganje suncu;
- materijal zavojnice i premaz;
- temperatura ulazne rashladne tekućine;
- kut ploče u odnosu na sunce;
- protok vode kroz izmjenjivačke cijevi topline.
Na Internetu nije teško pronaći izračune performansi solarnog kolektora, ali upozoravamo vas - proračuni su vrlo netočni.
Primjer. Činjenica je uzeta kao osnova: na vedrog dana 500-800 W solarne energije dolazi na 1 m² površine. Nadalje, pomoću školske formule m = Q / 1.163 x Δt, određujemo masu vode zagrijanu na 40 ° C pomoću izmjenjivača topline od 1 m²: 500 / 1,163 x 40 = 10,7 litara na sat. Uz insolaciju od 800 W / m², može se zagrijati 17,2 l / h. Ali vrag je u detaljima: početna brojka od 0,5-0,8 kW po četvornom metru vrlo je približna brojka.
Nudimo pojednostavljeni pristup pitanju opisanom u detaljnim uputama:
- Odredite mjesto i područje koje ste spremni dati kolekcionaru.
- Na temelju cijena materijala, odaberite odgovarajuću opciju za sastavljanje zavojnice i kućišta.
- Napravite prototip, spojite se na grijanje ili opskrbu vodom prema ispravnoj shemi. Pokazati ćemo metode vezivanja u sljedećim odjeljcima ovog članka.
- Ispitajte krug grijanja kod kuće i donesite daljnje zaključke o povećanju / smanjenju snage, promjeni dizajna i tako dalje.
Sada ćemo proći svaku fazu zasebno, fokusirajući se na zamke.
Postavljanje toplinske instalacije
Zapravo postoje samo dvije mogućnosti za lokaciju kućnog kolektora: na krovu zgrade ili na otvorenom prostoru kuće. Prilikom odabira mjesta pridržavajte se jednostavnih pravila:
- Mjesto treba biti osvijetljeno što je više moguće tijekom dana, a ne zaklonjeno drvećem i drugim gospodarskim zgradama.
- Kada se ugradi na krov, odabire se blaži nagib, gdje se sunčevo zračenje uvijek dobiva. Jasno je da strmi dio slomljenog mansardnog krova neće uspjeti.
- Ne uzimajte instalaciju tople vode namijenjenu grijanju ili opskrbi toplom vodom daleko od vašeg doma. Povećava se duljina opskrbnih cjevovoda, gubitak topline i troškovi ugradnje.
- Usmjerite uzemljivač tako da sunce, vizualno krećući se od istoka ka zapadu, neprestano osvjetljava toplinski hladnjak. Instalacijski kut ploče je 60 ± 15 °.
Bilješka. Učinkovitost grijaćeg elementa može se povećati uz pomoć paraboličnog solarnog koncentratora koji skuplja zrake u jednom snopu, koji se šalje u apsorber. Načini konstrukcije i montaže konkavnog zrcala prikazani su u videu.
Solarne biljke, dizajnirane za zagrijavanje vode u ljetnom tušu, nalaze se na krovu ove zgrade i povezane su gravitacijom. Uređaji za grijanje bazena nalaze se pored zdjele spremnika.
Izbor materijala
Napravili smo izbor dodataka za proizvodnju solarnih grijača vode na temelju recenzija i tema o kojima se raspravljalo na popularnom forumu Forumhouse. Dakle, pravokutna kutija prijemnika obično je izrađena od drvene grede ili gotovih okvira starih prozora. Stražnja stijenka kućišta izolirana je bazaltnom vunom, polistirenskom pjenom ili ekstrudiranom polistirenskom pjenom.
Savjet. Dno kutije može biti izrađeno od folijske polimerne izolacije. Metalni sloj poslužit će kao apsorber - ne morate stavljati dodatni lim.
Domaći majstori izrađuju izmjenjivače topline iz različitih cijevi:
- crni polietilen (HDPE);
- valoviti nehrđajući čelik;
- bakar i aluminij;
- polipropilen i metalna plastika;
- umreženi polietilen;
- panelni čelični radijatori.
S gledišta učinkovitosti i trajnosti, bolje je koristiti cijevi od aluminija, bakra i nehrđajućeg čelika s najboljom toplinskom vodljivošću. Nedostatak materijala je visoka cijena.
Plastične cijevi su mnogo jeftinije od metalnih cijevi i lakše se ugrađuju. Ali pri korištenju polimera mora se uzeti u obzir niz nijansi:
- bilo koja plastika postupno se raspada pod utjecajem ultraljubičastog zračenja;
- zidovi PPR cijevi su previše debeli, slabo provode toplinu;
- visokokvalitetna plastika preskupa je za naše potrebe, a jeftina se često stratificira na zavojima i brzo se sruši na suncu;
- umreženi polietilen "pamti" početni zavoj u ležištu, prikladno je napraviti prstenastu zavojnicu od nje, a ispravljanje nije lako;
- HDPE cijevi koje trebate kupiti seriju hrane (s plavom prugom), bolje je zaštićena od ultraljubičastog zračenja.
Reference. Najjednostavnija verzija izmjenjivača topline u bazenu je crno vrtno crijevo postavljeno s "pužem". Manje materijala - ispucala guma od dužeg izlaganja suncu.
HDPE cijevi s tankim zidovima odličan su izbor s obzirom na omjer cijene i kvalitete. Crna površina dobro apsorbira solarnu toplinu, spojni elementi su jeftini. Cjevovod je pričvršćen na apsorber plastičnim stezaljkama ili limenom trakom na vijcima.
Kao upijajući lim može se koristiti crna ili obična crna boja. Idealna opcija je aluminijski lim ili bakar.
Vrh kutije je zatvoren sljedećim prozirnim materijalima koje možete odabrati:
- obično ili pojačano staklo;
- prozirni plastični omot;
- tanki stanični polikarbonat.
Savjet. Ne koristite gotove prozore s dvostrukim staklima od plastičnih prozora kao prozirni element. Zimi, s velikom temperaturnom razlikom između uličnog zraka i zatvorene kolektora, dvoslojni paket ne može izdržati i puknuti.
Preporuke skupštine
Postupak proizvodnje solarnog kolektora toliko je očit da nema smisla slikati korak po korak. Zadatak je napraviti što hermetičnije komore instaliranjem izmjenjivača topline na metalni apsorber iznutra. Dat ćemo samo nekoliko savjeta kako bismo vas zaštitili od grešaka:
- Cijevi za izmjenjivač topline mogu se postaviti uzdužno ili spiralno (puž). Napravite udaljenost između susjednih linija (zavoja) malim - od 1 do 4 cm.
- Nepropusnost zraka kućišta postiže se podmazivanjem spojeva silikonskim zaptivačem ili postavljanjem gumene brtve.
- Cijevi su pričvršćene na podlogu na bilo koji prikladan način - plastičnim stezaljkama, metalnom trakom ili jednostavno pričvršćene na strane pomoću samoreznih vijaka.
- Čitava unutarnja šupljina obojena je crnom caklom otpornom na toplinu (prodaje se u aerosolnim limenkama).
- Debljina izolacijskog sloja na stražnjoj strani grijača vode je najmanje 50 mm.
- Najlakše je provući prozirni film na vrh - to je najbolja opcija za prototip. Nakon toga, nije teško zamijeniti staklo.
Još jedna preporuka. Drveni dijelovi trebaju biti tretirani antiseptikom.Okvir zavaren od čeličnih profila prekrijte temeljnim premazom i 2 sloja lagane boje.
Nakon sastavljanja ploče hladnjaka, zavojnicu napunite vodom i provjerite da li ima curenja. Zatim testirajte solarni kolektor - spojite izlaz na spremnik, instalirajte ploču na suncu i povremeno mjerite temperaturu vode, uzimajući u obzir vrijeme grijanja. Na temelju stvarnih pokazatelja lako je odrediti rad grijača vode.
Dijagram ožičenja
Kolektor dizajniran za zagrijavanje vode pod tušem povezan je s akumulacijskim spremnikom gravitacijskim protokom. Važan uvjet: solarna instalacija trebala bi se nalaziti ispod glavnog spremnika, tako da se vruća voda niže gustoće diže kroz cijev i istiskuje hladnu. Dizajn takvog sustava prikazan je na crtežu.
Kada je spojen na bojler ili akumulator topline, solarni kolektor djeluje kao punopravni izvor topline. Proizvođači sunčevog sustava predlažu uporabu dvocijevne sheme tlaka koja uključuje potrebne vezivne elemente:
- cirkulacijska pumpa razvija tlak od 0,4 bara;
- membranski ekspanzijski spremnik;
- automatski ventilacijski otvor;
- sigurnosni ventil, dizajniran da radi pod pritiskom od 2 bara;
- manometar;
- termometar;
- zatvarači, ventili za dopunjavanje;
- regulator s dva senzora temperature;
- toplinska izolacija za opskrbne cjevovode.
Važna točka. Ako je na odvodni spremnik spojena baterija s nekoliko kolektora, treba povećati kapacitet crpke i volumen ekspanzijskog spremnika. Minimalni kapacitet membranskog spremnika je 10% od ukupne količine rashladne tekućine u krugu.
Shema djeluje na sljedeći način:
- Hladnjak se pričvršćuje na donji zavojnik spremnika pufera, gdje je voda hladnija.
- Regulator pomoću senzora uspoređuje temperaturu vode (antifriz) u dovodnoj cijevi i akumulatora topline.
- Elektronska jedinica zaustavlja crpku kada je temperatura vode u spremniku jednaka ili viša od temperature protoka.
- Zrak koji ulazi u krug ispušta se kroz automatski ventil instaliran na vrhu sustava.
- U slučaju pregrijavanja rashladnog sredstva uslijed zaustavljanja crpke (nemoguće je isključiti sunce), sigurnosni ventil će raditi i ublažiti višak tlaka.
Najskuplji element kruga je elektronička upravljačka jedinica. Kako mogu bez kontrolera:
- kupite na Aliexpressu jeftiniji termostat, pokrenut temperaturnom razlikom;
- postavite timer za dnevnu noć i mehanički termostat da biste isključili crpku kad je tampon spremnik na maksimalnoj toplini
Kako funkcionira jeftina kineska upravljačka jedinica (cijena - 15 dolara), pogledajte u video prilogu:
Solarno grijanje
Ugradnja grijanja zraka vrši se na sličan način, samo je izmjenjivač topline napravljen od cijevi većeg promjera, a puhalo osigurava ventilator. Prijemnik zračenja izrađuju majstori iz sljedećih materijala:
- aluminijska valovitost za ventilaciju;
- plastične boce umetnute jednu u drugu;
- rezbarene limenke piva.
U kutiji su napravljene 2 rupe za cijevi za zrak, iznutra je postavljena fina mreža, što eliminira upad insekata. Ventilator - hladnjak iz računala - instaliran je na jednom od otvora, dio za izmjenu topline obojen je crnom bojom. Dovodne cijevi su izolirane i položene u grijanu prostoriju. Algoritam sklapanja zračnog razvodnika prikazan je u videu:
Zaključak
Privlačnost solarnih kolektora je zbog porasta cijena energije. Iako se radni grijači vode zimi smanjuju, solarna toplina omogućuje značajne uštede u potrošnji goriva od strane glavnog izvora - bojlera. Ako svoju seosku kuću želite što više zagrijati besplatnom solarnom energijom, savjetujemo vam da obratite pažnju na instalacije sa koncentratorima ogledala.Ovi izuzetno učinkoviti uređaji naširoko se koriste u Europi i Americi.