Využití bezplatné sluneční energie je dobrý způsob, jak ušetřit palivo a elektřinu vynaloženou na vytápění soukromého domu. Masivnímu využití solárních systémů brání vysoká cena tepelných přijímačů a souvisejících zařízení - akumulační nádrž, oběhové čerpadlo, elektronická řídicí jednotka a další příslušenství. Jediným způsobem, jak snížit náklady, je vyrobit solární kolektor z vlastních rukou z levných materiálů a sestavit standardní schéma vázání.
Princip fungování solárních ohřívačů
Před zahájením výroby domácího solárního systému se vyplatí prozkoumat zařízení továrních solárních kolektorů - vzduch a voda. První z nich se používají k přímému vytápění prostor, druhé se používají jako ohřívače vody nebo nemrznoucí kapalina - nemrznoucí směs.
Odkaz. Letecké instalace nejsou příliš oblíbené kvůli omezené funkčnosti. Solární ohřívače vody jsou více žádané, protože mohou poskytovat vytápění, horkou vodu a zvyšovat teploty ve venkovních bazénech.
Hlavním prvkem sluneční soustavy je samotný solární kolektor nabízený ve 3 verzích:
- Plochý ohřívač vody. Je to utěsněná krabice izolovaná zespodu. Uvnitř je chladič (absorbér) vyrobený z kovového plechu, na kterém je upevněna měděná cívka. Vrchní část je pokryta odolným sklem.
- Konstrukce rozdělovače vzduchu je podobná jako u předchozí verze, pouze vzduch cirkulovaný ventilátorem cirkuluje skrz trubky místo chladicí kapaliny.
- Zařízení trubkového vakuového rozdělovače se zásadně liší od plochých modelů. Přístroj se skládá z odolných skleněných baněk, kde jsou umístěny měděné trubice. Jejich konce jsou připojeny ke 2 dálnicím - přívod a zpět, vzduch z baněk je čerpán ven.
Přidání. Existuje další druh vakuových ohřívačů vody, kde jsou skleněné baňky pevně utěsněny a naplněny speciální látkou, která se odpařuje při nízké teplotě. Během odpařování plyn absorbuje velké množství tepla přenášeného do vody. V procesu přenosu tepla látka opět kondenzuje a teče ke dnu baňky, jak je znázorněno na obrázku.
Uvedené typy kolektorů využívají princip přímého přenosu tepla slunečního záření (jinak - izolace) na proudící kapalinu nebo vzduch. Plochý ohřívač vody funguje takto:
- Voda nebo nemrznoucí směs prochází měděným tepelným výměníkem rychlostí 0,3 - 0,8 m / s, čerpáno oběhovým čerpadlem (i když existují gravitační modely pro venkovní sprchy).
- Paprsky slunce ohřívají absorpční vrstvu a trubku cívky k ní pevně připojené. Teplota tekoucí chladicí kapaliny stoupá o 15-80 stupňů v závislosti na ročním období, denní době a počasí na ulici.
- Pro odstranění tepelných ztrát jsou spodní a boční povrchy těla izolovány polyuretanovou pěnou nebo extrudovanou polystyrénovou pěnou.
- Průhledné horní sklo má 3 funkce: chrání selektivní povlak absorbéru, zabraňuje větru vhánění cívky a vytváří utěsněnou vzduchovou mezeru, která udržuje teplo.
- Horký nosič tepla vstupuje do výměníku tepla akumulační nádrže - vyrovnávací nádrže nebo nepřímého topného kotle.
Protože teplota vody v okruhu přístroje kolísá s měnícími se ročními obdobími a dny, nelze sluneční kolektor přímo použít pro ohřev a ohřev teplé vody. Energie přijatá ze slunce je přenášena do hlavního nosiče tepla cívkou nádrže - baterií (kotel).
Výjimkou - solární zařízení pro bazény, ohřev vody v nádrži přímo nebo prostřednictvím jednoduchého výměníku tepla.
Účinnost tubulárního zařízení je zvýšena vakuem a vnitřní reflexní stěnou v každé baňce. Paprsky slunce volně procházejí vrstvou vzduchu a zahřívají měděnou trubku nemrznoucí směsí, ale teplo nemůže vakuum překonat a jít ven, takže ztráty jsou minimální. Další část záření vstupuje do reflektoru a zaměřuje se na vodovod. Podle výrobců dosahuje účinnost instalace 80%.
Vyrábíme sběratel vody
Vakuový typ ohřívače vody nelze vyrobit doma ze zřejmých důvodů. Proto se zabýváme plochým designem s tepelným výměníkem a absorbérem shromažďujícím sluneční světlo. V ideálním případě musíte vypočítat plochu přijímače a teplotu výstupní vody, což závisí na mnoha faktorech:
- oblast bydliště a úroveň izolace;
- okolní teplota, zejména v zimě;
- plocha povrchu výměny tepla vnímající vystavení slunci;
- cívkový materiál a povlak;
- vstupní teplota chladicí kapaliny;
- úhel panelu vzhledem ke slunci;
- průtok vody potrubím výměníku tepla.
Na internetu není obtížné najít výpočty výkonu solárního kolektoru, ale upozorňujeme vás - výpočty jsou velmi nepřesné.
Příklad. Skutečnost se bere jako základ: za jasného dne se 500-800 W sluneční energie dostane na 1 m² povrchu. Dále pomocí školního vzorce m = Q / 1,163 x Δt určujeme hmotnost vody ohřáté na 40 ° C pomocí výměníku tepla 1 m²: 500/1 163 x 40 = 10,7 litru za hodinu. Díky slunečnímu záření 800 W / m² lze vytápět 17,2 l / h. Ale ďábel je v detailech: počáteční hodnota 0,5 - 0,8 kW na metr čtvereční je velmi přibližná hodnota.
Nabízíme zjednodušený přístup k problému popsanému v podrobných pokynech:
- Určete místo a oblast, které jste připraveni dát kolektoru.
- Na základě cen materiálu vyberte vhodnou možnost pro sestavení cívky a krytu.
- Vytvořte prototyp, připojte se k vytápění nebo k přívodu vody podle správného schématu. V následujících částech tohoto článku ukážeme způsoby vazby.
- Vyzkoušejte topný okruh doma a učinte další závěry o zvýšení / snížení výkonu, změně konstrukce a tak dále.
Nyní projdeme každou fázi zvlášť a zaměříme se na nástrahy.
Umístění tepelné instalace
Ve skutečnosti existují pouze dvě možnosti umístění domácího kolektoru: na střeše budovy nebo na otevřeném prostranství domu. Při výběru místa postupujte podle jednoduchých pravidel:
- Místo by mělo být během dne osvětleno co nejvíce, neměly by být zakryté stromy a jinými přístavbami.
- Při instalaci na střechu je vybrán jemnější svah, kde se sluneční záření vždy dostane. Je jasné, že strmá část zlomené mansardové střechy nebude fungovat.
- Neužívejte zařízení na horkou vodu určenou k vytápění nebo zásobování horkou vodou daleko od domova. Délka přívodního potrubí, tepelné ztráty a náklady na instalaci se zvýší.
- Orientujte zemní kolektor tak, aby slunce, vizuálně pohybující se z východu na západ, trvale osvětlovalo chladič. Montážní úhel panelu je 60 ± 15 °.
Poznámka. Účinnost topného článku může být zvýšena pomocí parabolického solárního koncentrátoru, který shromažďuje paprsky do jediného paprsku, který je odeslán do absorbéru. Konstrukce a způsoby montáže konkávního zrcadla jsou uvedeny ve videu.
Na střeše této budovy jsou umístěny solární elektrárny určené k ohřevu vody v letní sprše a jsou propojeny gravitací. Zařízení pro vytápění bazénů jsou umístěna vedle mísy nádrže.
Výběr materiálu
Na základě recenzí a témat diskutovaných na populárním fóru Forumhouse jsme provedli výběr příslušenství pro výrobu solárních ohřívačů vody. Obdélníkový box přijímače je tedy obvykle vyroben z dřevěného trámu nebo z hotových rámů starých oken. Zadní stěna pouzdra je izolována čedičovou vlnou, polystyrénovou pěnou nebo extrudovanou polystyrénovou pěnou.
Spropitné. Spodní část krabice může být vyrobena z fóliové polymerové izolace. Kovová vrstva bude sloužit jako absorbér - nemusíte vkládat další list.
Domácí řemeslníci vyrábějí výměníky tepla z různých trubek:
- černý polyethylen (HDPE);
- vlnitá nerezová ocel;
- měď a hliník;
- polypropylen a kovový plast;
- zesítěný polyethylen;
- panelové ocelové radiátory.
Z hlediska účinnosti a trvanlivosti je lepší používat trubky z hliníku, mědi a nerezové oceli s nejlepší tepelnou vodivostí. Nedostatek materiálu je vysoká cena.
Plastové trubky jsou mnohem levnější než kovové trubky a snadněji se instalují. Při použití polymerů je však třeba vzít v úvahu řadu nuancí:
- všechny plasty se postupně zhoršují vlivem ultrafialového záření;
- stěny trubek PPR jsou příliš silné, špatně vedou teplo;
- vysoce kvalitní plast je pro naše účely příliš drahý a levný se často rozkládá na ohybech a rychle se zhroutí na slunci;
- zesítěný polyethylen „pamatuje“ počáteční ohyb v zátoce, je vhodné z něj vyrobit prstencovou cívku a narovnání není snadné;
- HDPE trubky, které potřebujete ke koupi potravinové série (s modrým pruhem), je lépe chráněno před ultrafialovým zářením.
Odkaz. Nejjednodušší verzí výměníku tepla v bazénu je černá zahradní hadice s „šnekem“. Mínus materiálu je praskání gumy při dlouhodobém vystavení slunci.
Tenkostěnné trubky HDPE jsou vynikající volbou, pokud jde o poměr cena / kvalita. Černý povrch dobře pohlcuje sluneční teplo, spojovací armatury jsou levné. Potrubí je k absorbéru připevněno plastovými svorkami nebo cínovým proužkem na šroubech.
Jako absorpční list lze použít černou lakovanou běžnou nebo nerezovou ocel. Ideální volbou je hliníkový plech nebo měď.
Horní část krabice je uzavřena následujícími průhlednými materiály, z nichž si můžete vybrat:
- obyčejné nebo zesílené sklo;
- průhledný plastový obal;
- tenký buněčný polykarbonát.
Spropitné. Jako průsvitný prvek nepoužívejte hotová dvojitá okna z plastových oken. V zimě, s velkým teplotním rozdílem mezi pouličním vzduchem a uzavřenou kolektorovou komorou, dvouvrstvé balení nevydrží a praskne.
Doporučení pro montáž
Proces výroby solárního kolektoru je tak zřejmý, že nemá smysl malovat postupné pokyny. Úkolem je vytvořit nejvíce vzduchotěsnou komoru instalací tepelného výměníku na kovový absorbér uvnitř. Dáme vám jen několik rad, abychom vás ochránili před chybami:
- Trubky výměníku tepla lze pokládat podélně nebo spirálou (šnek). Vzdálenost mezi sousedními liniemi (zatáčkami) je malá - od 1 do 4 cm.
- Vzduchotěsnosti pouzdra je dosaženo mazáním spojů silikonovým tmelem nebo nanesením gumových těsnění.
- Trubky jsou k základně přichyceny jakýmkoli pohodlným způsobem - plastovými svorkami, kovovým pásem nebo jednoduše upevněny na bocích samořeznými šrouby.
- Celá vnitřní dutina je natřena tepelně odolným černým emailem (prodává se v aerosolových plechovkách).
- Tloušťka izolační vrstvy na zadní straně ohřívače vody je alespoň 50 mm.
- Nejjednodušší je vytáhnout průhledný film na vrchol - to je nejlepší volba pro prototyp. Následně není obtížné vyměnit sklo.
Další doporučení. Dřevěné části by měly být ošetřeny antiseptikem.Rám svařený z ocelových profilů zakryjte základním nátěrem a 2 vrstvami lehké barvy.
Po sestavení panelu chladiče naplňte cívku vodou a zkontrolujte těsnost. Poté vyzkoušejte solární kolektor - připojte výstup k nádrži, nainstalujte panel na slunci a pravidelně změřte teplotu vody s ohledem na dobu ohřevu. Na základě skutečných ukazatelů je snadné určit výkon ohřívače vody.
Elektrické schéma
Kolektor určený pro ohřev vody ve sprše je připojen k akumulační nádrži gravitačním průtokem. Důležitá podmínka: solární instalace by měla být umístěna pod hlavní nádrží tak, aby horká voda s nízkou hustotou stoupala potrubím a vytlačovala studenou. Návrh takového systému je znázorněn na výkresu.
Když je solární kolektor připojen k kotli nebo tepelnému akumulátoru, funguje jako plnohodnotný zdroj tepla. Výrobci solárních systémů navrhují použití tlakové schéma dvou trubek, které zahrnuje požadované vazebné prvky:
- oběhové čerpadlo vyvíjející tlak 0,4 bar;
- typ membrány expanzní nádrže;
- automatické odvzdušňování;
- bezpečnostní ventil konstruovaný pro provoz při tlaku 2 bar;
- manometr;
- teploměr;
- uzavírací ventily, doplňovací ventil;
- regulátor se dvěma teplotními senzory;
- tepelná izolace pro přívodní potrubí.
Důležitý bod. Pokud je k vyrovnávací nádrži připojena baterie několika kolektorů, musí se zvýšit kapacita čerpadla a objem expanzní nádrže. Minimální kapacita membránové nádrže je 10% z celkového množství chladiva v okruhu.
Schéma funguje takto:
- Chladič se připojuje ke spodní cívce vyrovnávací nádrže, kde je voda chladnější.
- Regulátor pomocí senzorů porovnává teplotu vody (nemrznoucí směsi) v přívodním potrubí a tepelném akumulátoru.
- Elektronická jednotka zastaví čerpadlo, když je teplota vody v nádrži stejná nebo vyšší než teplota na výstupu.
- Vzduch vstupující do okruhu je vypouštěn automatickým ventilem instalovaným v horní části systému.
- V případě přehřátí chladicí kapaliny v důsledku zastavení čerpadla (není možné vypnout slunce), pojistný ventil bude pracovat a uvolní přetlak.
Nejdražší obvodový prvek je elektronická řídicí jednotka. Jak to zvládnu bez ovladače:
- koupit na Aliexpress levnější termostat, vyvolaný teplotním rozdílem;
- nastavte denní časovač a mechanický termostat pro vypnutí čerpadla, když je vyrovnávací nádrž na maximální teplotu.
Jak levná čínská řídicí jednotka funguje (cena - 15 $), podívejte se na video recenzi:
Solární topení
Instalace ohřevu vzduchu se provádí podobným způsobem, pouze tepelný výměník je vyroben z trubek o větším průměru a dmychadlo je zajištěno ventilátorem. Přijímač záření je vyráběn řemeslníky z následujících materiálů:
- hliníkové zvlnění pro ventilaci;
- plastové lahve vložené do druhé;
- vyřezávané plechovky od piva.
V krabici jsou vytvořeny 2 otvory pro vzduchové potrubí, uvnitř je položena jemná síťovina, která eliminuje vniknutí hmyzu. Ventilátor - chladič z počítače - je nainstalován na jednom z otvorů, část výměny tepla je natřena černě. Přívodní potrubí je izolováno a uloženo ve vytápěné místnosti. Algoritmus sestavení vzduchového potrubí je zobrazen na videu:
Závěr
Atraktivita solárních kolektorů je způsobena rostoucími cenami energie. Přestože výkon ohřívačů vody v zimě klesá, sluneční teplo poskytuje významné úspory ve spotřebě paliva hlavním zdrojem - kotlem. Pokud chcete svůj venkovský dům co nejvíce zahřát volnou sluneční energií, doporučujeme vám věnovat pozornost instalacím se zrcadlovými koncentrátory.Tato mimořádně účinná zařízení jsou široce používána v Evropě a Americe.