Încălzirea solară a unei case private: opțiuni și diagrame de proiectare

Utilizarea energiei „verzi” furnizată de elemente naturale poate reduce semnificativ costurile cu utilitățile.De exemplu, prin amenajarea încălzirii solare pentru o casă privată, veți furniza radiatoare cu temperatură scăzută și sisteme de încălzire prin pardoseală cu lichid de răcire practic liber. De acord, asta deja economisește bani.

Veți afla totul despre „tehnologii verzi” din articolul nostru propus. Cu ajutorul nostru, puteți înțelege cu ușurință tipurile de instalații solare, metodele de construcție a acestora și specificul de funcționare. Probabil că veți fi interesat de una dintre opțiunile populare care lucrează activ în lume, dar nu sunt încă la mare căutare aici.

În recenzia prezentată atenției dumneavoastră, sunt analizate caracteristicile de proiectare ale sistemelor și diagramele de conectare sunt descrise în detaliu. Un exemplu de calcul al unui circuit solar de încălzire este dat pentru a evalua realitățile construcției acestuia. Pentru a ajuta meșterii independenți, sunt incluse colecții de fotografii și videoclipuri.

Tehnologii de căldură „verzi”.

In medie 1 m² Suprafața pământului primește 161 de wați de energie solară pe oră. Desigur, la ecuator această cifră va fi de multe ori mai mare decât în ​​Arctica. În plus, densitatea radiației solare depinde de perioada anului.

În regiunea Moscovei, intensitatea radiației solare în decembrie-ianuarie diferă de mai-iulie de peste cinci ori. Cu toate acestea, sistemele moderne sunt atât de eficiente încât pot funcționa aproape oriunde pe pământ.

Sistemele solare moderne pot funcționa eficient pe vreme înnorată și rece până la -30°C

Sarcina de utilizare energia radiației solare cu eficienta maxima se rezolva in doua moduri: incalzire directa in colectoare termice si baterii solare fotovoltaice. Panourile solare transformă mai întâi energia razelor solare în energie electrică, apoi o transmit consumatorilor printr-un sistem special, de exemplu un cazan electric.

Colectorii termici, atunci când sunt încălziți de razele soarelui, încălzesc lichidul de răcire al sistemelor de încălzire și de alimentare cu apă caldă.

Colectorii termici vin în mai multe tipuri, inclusiv sisteme deschise și închise, modele plate și sferice, colectoare cu concentrator emisferic și multe alte opțiuni. Energia termică obținută din colectoarele solare este utilizată pentru încălzirea apei calde sau a fluidului de încălzire.

Industria produce o gamă largă de sisteme de colectare pentru a fi incluse într-o rețea de încălzire independentă. Cu toate acestea, cea mai simplă opțiune pentru o reședință de vară este ușor de făcut cu propriile mâini:

Deși s-au înregistrat progrese clare în dezvoltarea soluțiilor pentru recoltarea, stocarea și utilizarea energiei solare, există avantaje și dezavantaje.

Utilizarea eficientă a energiei solare

Cel mai evident avantaj al utilizării energiei solare este disponibilitatea sa universală. De fapt, chiar și pe vremea cea mai mohorâtă și cea mai înnorată, energia solară poate fi colectată și utilizată.

Al doilea avantaj este zero emisii. De fapt, este cea mai ecologică și naturală formă de energie. Panouri solare iar colectoarele nu produc zgomot. În cele mai multe cazuri, acestea sunt instalate pe acoperișurile clădirilor fără a ocupa suprafața utilă a unei zone suburbane.

Eficiența încălzirii solare la latitudinile noastre este destul de scăzută, ceea ce se explică prin numărul insuficient de zile însorite pentru funcționarea regulată a sistemului (+)

Dezavantajele asociate utilizării energiei solare sunt variabilitatea iluminării. Noaptea nu este nimic de colectat, situația este agravată de faptul că vârful sezonului de încălzire are loc în cele mai scurte ore de zi din an. Este necesar să se monitorizeze curățenia optică a panourilor; o ușoară contaminare reduce drastic eficiența.

În plus, nu se poate spune că operarea unui sistem de energie solară este complet gratuită; există costuri constante pentru amortizarea echipamentelor, funcționarea pompei de circulație și electronica de control.

Un dezavantaj semnificativ al încălzirii bazate pe utilizarea colectoarelor solare este lipsa capacității de a acumula energie termică. Doar vasul de expansiune (+) este inclus în circuit

Deschise colectoare solare

Un colector solar deschis este un sistem de tuburi, neprotejat de influențele externe, prin care circulă lichidul de răcire încălzit direct de soare.

Apa, gazul, aerul și antigelul sunt folosite ca lichide de răcire. Tuburile sunt fie fixate de panoul de susținere sub formă de bobină, fie conectate în rânduri paralele la conducta de evacuare.

Colectoarele solare deschise nu sunt capabile să facă față încălzirii unei case private. Din cauza lipsei de izolare, lichidul de răcire se răcește rapid. Sunt folosite vara în principal pentru a încălzi apa din dușuri sau piscine.

De obicei, colectoarele deschise nu au izolație. Designul este foarte simplu, prin urmare are un cost scăzut și este adesea realizat independent.

Din cauza lipsei de izolare, practic nu stochează energia primită de la soare și se caracterizează printr-o eficiență scăzută. Sunt folosite mai ales vara pentru a încălzi apa din piscine sau dușuri de vară.

Instalat în regiuni însorite și calde, cu mici diferențe de temperatură a aerului ambiant și a apei încălzite. Funcționează bine doar pe vreme însorită, fără vânt.

Cel mai simplu colector solar cu un radiator realizat dintr-o bobină de țevi polimerice va asigura alimentarea cu apă încălzită a daciei pentru irigații și nevoile casnice

Soiuri de colector tubular

Colectoarele solare tubulare sunt asamblate din tuburi individuale prin care curge apa, gazul sau aburul. Acesta este unul dintre tipurile de sisteme solare deschise. Cu toate acestea, lichidul de răcire este deja mult mai bine protejat de negativitatea externă. În special în instalațiile de vid, proiectate pe principiul termosului.

Fiecare tub este conectat la sistem separat, paralel unul cu celălalt. Dacă un tub s-a defectat, este ușor să îl înlocuiți cu unul nou. Întreaga structură poate fi asamblată direct pe acoperișul clădirii, ceea ce simplifică foarte mult instalarea.

Colectorul tubular are o structură modulară. Elementul principal este un tub de vid; numărul de tuburi variază de la 18 la 30, ceea ce vă permite să selectați cu precizie puterea sistemului

Un avantaj semnificativ al colectoarelor solare tubulare este forma cilindrică a elementelor principale, datorită căreia radiația solară este captată toată ziua fără a utiliza sisteme costisitoare de urmărire a mișcării luminii.

Un strat special multistrat creează un fel de capcană optică pentru lumina soarelui. Diagrama arată parțial peretele exterior al balonului de vid care reflectă razele pe pereții balonului interior (+)

Pe baza designului tuburilor, se disting colectoarele solare coaxiale și pene.

Tubul coaxial este un vas Diaur sau un termos familiar. Fabricat din două baloane între care aerul este evacuat. Pe suprafața interioară a becului interior se aplică o acoperire foarte selectivă, absorbind eficient energia solară.

Cu un tub cilindric, razele soarelui cad întotdeauna perpendicular pe suprafață

Energia termică din stratul selectiv intern este transferată într-o conductă de căldură sau într-un schimbător de căldură intern realizat din plăci de aluminiu. În această etapă, are loc pierderi de căldură nedorite.

Tubul de pene este un cilindru de sticlă cu un absorbant de pene introdus în interior.

Sistemul își ia numele de la absorbantul de pene, care se înfășoară strâns în jurul unui canal termic din metal conductor de căldură.

Pentru o bună izolare termică, aerul a fost evacuat din tub. Transferul de căldură din absorbant are loc fără pierderi, astfel încât eficiența tuburilor cu pene este mai mare.

Conform metodei de transfer de căldură, există două sisteme: cu flux direct și cu conductă de căldură. Tubul termic este un recipient etanș cu un lichid care se evaporă ușor.

Deoarece lichidul care se evaporă ușor curge în mod natural în partea de jos a tubului de căldură, unghiul minim de înclinare este de 20° C

În interiorul tubului de căldură există un lichid care se evaporă ușor, care primește căldură de la peretele interior al balonului sau de la absorbantul de pene. Sub influența temperaturii, lichidul fierbe și crește sub formă de abur. După ce căldura este transferată la lichidul de răcire de încălzire sau de alimentare cu apă caldă, aburul se condensează în lichid și curge în jos.

Apa este adesea folosită ca lichid care se evaporă ușor la presiune scăzută. Un sistem cu trecere o dată folosește un tub în formă de U prin care circulă apa sau fluidul de încălzire.

O jumătate din tubul în formă de U este destinată lichidului de răcire rece, a doua îl îndepărtează pe cel încălzit. Când este încălzit, lichidul de răcire se extinde și intră în rezervorul de stocare, oferind circulație naturală. Ca și în cazul sistemelor cu tuburi de căldură, unghiul minim de înclinare trebuie să fie de cel puțin 20⁰.

Cu o conexiune cu flux direct, presiunea din sistem nu poate fi mare, deoarece există un vid tehnic în interiorul balonului

Sistemele cu flux direct sunt mai eficiente deoarece încălzesc imediat lichidul de răcire. Dacă sistemele de colectoare solare sunt planificate să fie utilizate pe tot parcursul anului, atunci este pompat în ele antigel special.

Utilizarea colectoarelor solare tubulare are o serie de avantaje și dezavantaje. Designul unui colector solar tubular constă din elemente identice care sunt relativ ușor de înlocuit.

Avantaje:

• pierderi reduse de căldură;
• capacitatea de a lucra la temperaturi de până la -30⁰С;
• performanță eficientă pe tot parcursul zilei;
• performanță bună în zonele cu climă temperată și rece;
• vânt redus, justificat de capacitatea sistemelor tubulare de a trece masele de aer prin ele însele;
• posibilitatea de a produce lichid de răcire la temperatură ridicată.

Din punct de vedere structural, structura tubulară are o suprafață cu deschidere limitată.

Are următoarele dezavantaje:

• nu se poate autocurăța de zăpadă, gheață, îngheț;
• preț mare.

În ciuda costului ridicat inițial, colectorii tubulari se plătesc singuri mai repede. Au o durată lungă de viață.

Colectoarele tubulare sunt sisteme solare de tip deschis și, prin urmare, nu sunt potrivite pentru utilizarea pe tot parcursul anului în sistemele de încălzire (+)

Sisteme plate închise

Un colector plat constă dintr-un cadru de aluminiu, un strat absorbant special - un absorbant, un strat transparent, o conductă și izolație.

Cuprul din tabla înnegrită este folosit ca absorbant, care are o conductivitate termică ideală pentru crearea sistemelor solare.Când energia solară este absorbită de un absorbant, energia solară pe care o primește este transferată unui lichid de răcire care circulă printr-un sistem de tuburi adiacent absorbantului.

La exterior, panoul închis este protejat de un strat transparent. Este fabricat din sticla securizata rezistenta la socuri cu o banda de transmisie de 0,4-1,8 microni. Acest interval ține cont de radiația solară maximă. Sticla rezistenta la socuri ofera o buna protectie impotriva grindinei. Pe partea din spate, întregul panou este izolat fiabil.

Colectoarele solare plate se caracterizează prin performanță maximă și design simplu. Eficiența lor este crescută datorită utilizării unui absorbant. Sunt capabili să capteze radiația solară difuză și directă

Lista avantajelor panourilor plate închise include:

• simplitatea designului;
• performanță bună în regiunile cu climă caldă;
• capacitatea de a instala în orice unghi cu dispozitive pentru schimbarea unghiului de înclinare;
• capacitatea de a se autocurăța de zăpadă și îngheț;
• preț scăzut.

Colectoarele solare plate sunt deosebit de avantajoase dacă utilizarea lor este planificată în faza de proiectare. Durata de viață a produselor de calitate este de 50 de ani.

Dezavantajele includ:

• pierderi mari de căldură;
• greutate mare;
• vânt mare atunci când panourile sunt poziționate în unghi față de orizontală;
• limitări de performanță atunci când schimbările de temperatură depășesc 40°C.

Domeniul de aplicare al colectoarelor închise este mult mai larg decât cel al sistemelor solare de tip deschis. Vara sunt capabili să satisfacă pe deplin nevoia de apă caldă. În zilele răcoroase, când utilitățile nu le includ în perioada de încălzire, pot funcționa în locul încălzitoarelor pe gaz și electrice.

Pentru cei care doresc face un colector solar Pentru a construi un sistem de încălzire în dacha cu propriile mâini, vă sugerăm să vă familiarizați cu diagramele testate în practică și cu instrucțiunile de asamblare pas cu pas.

Compararea caracteristicilor colectoarelor solare

Cel mai important indicator al unui colector solar este eficiența. Performanța utilă a colectoarelor solare de diferite modele depinde de diferența de temperatură. În același timp, colectoarele plate sunt mult mai ieftine decât cele tubulare.

Valorile de eficiență depind de calitatea de fabricație a colectorului solar. Scopul graficului este de a arăta eficiența utilizării diferitelor sisteme în funcție de diferența de temperatură

Atunci când alegeți un colector solar, ar trebui să acordați atenție unui număr de parametri care arată eficiența și puterea dispozitivului.

Există mai multe caracteristici importante pentru colectoarele solare:

• coeficientul de adsorbție - arată raportul dintre energia absorbită și total;
• coeficientul de emisie - arată raportul dintre energia transmisă și energia absorbită;
• zona totală și de deschidere;
• Eficienţă

Zona de deschidere este zona de lucru a colectorului solar. Un colector plat are o zonă de deschidere maximă. Aria deschiderii este egală cu aria absorbantului.

Metode de conectare la sistemul de încălzire

Deoarece dispozitivele alimentate cu energie solară nu pot oferi o sursă de energie stabilă, non-stop, este necesar un sistem care să fie rezistent la aceste deficiențe.

Pentru Rusia centrală, dispozitivele solare nu pot garanta un flux stabil de energie, așa că sunt folosite ca sistem suplimentar. Integrarea într-un sistem existent de încălzire și apă caldă este diferită pentru un colector solar și o baterie solară.

Schema cu colector de apa

În funcție de scopul utilizării colectorului de căldură, se folosesc diferite sisteme de conectare. Pot exista mai multe opțiuni:

1. Opțiune de vară pentru alimentare cu apă caldă
2. Opțiune de iarnă pentru încălzire și alimentare cu apă caldă

Opțiunea de vară este cea mai simplă și se poate face chiar și fără pompă de circulațiefolosind circulația naturală a apei.

Apa este încălzită în colectorul solar și, din cauza dilatației termice, intră în rezervorul de stocare sau în cazan. În acest caz, are loc circulația naturală: apa rece este aspirată din rezervor în loc de apă caldă.

Iarna, la temperaturi sub zero, încălzirea directă a apei nu este posibilă. Antigelul special circulă printr-un circuit închis, asigurând transferul de căldură de la colector la schimbătorul de căldură din rezervor

Ca orice sistem bazat pe circulatie naturala, acesta nu functioneaza foarte eficient, necesitand respectarea pantelor necesare. În plus, rezervorul de stocare trebuie să fie mai înalt decât colectorul solar. Pentru ca apa să rămână fierbinte cât mai mult timp, rezervorul trebuie izolat bine.

Dacă doriți cu adevărat să obțineți cea mai eficientă funcționare a colectorului solar, schema de conectare va deveni mai complicată.

Pentru a preveni transformarea colectorului într-un radiator de răcire pe timp de noapte, este necesar să opriți forțat circulația apei.

Lichidul de răcire care nu îngheață circulă prin sistemul colector solar. Circulația forțată este asigurată de o pompă controlată de un controler.

Controlerul controlează funcționarea pompei de circulație pe baza citirilor a cel puțin doi senzori de temperatură. Primul senzor măsoară temperatura din rezervorul de stocare, al doilea - pe conducta de alimentare cu lichid de răcire fierbinte a colectorului solar.

De îndată ce temperatura din rezervor depășește temperatura lichidului de răcire, controlerul din colector oprește pompa de circulație, oprind circulația lichidului de răcire prin sistem. La rândul său, atunci când temperatura din rezervorul de stocare scade sub valoarea setată, boilerul de încălzire pornește.

Un cuvânt nou și o alternativă eficientă la colectoarele solare cu lichid de răcire au devenit sisteme cu tuburi vid, principiul de funcționare și proiectare cu care vă sugerăm să vă familiarizați.

Schema cu baterie solara

Ar fi tentant să aplici un similar schema de conectare a bateriei solare la rețeaua electrică, așa cum este implementat în cazul unui colector solar, acumulând energia primită în timpul zilei. Din păcate, pentru sistemul de alimentare al unei locuințe private, este foarte costisitor să se creeze un pachet de baterii de capacitate suficientă. Prin urmare, schema de conectare arată astfel.

Când puterea curentului electric din bateria solară scade, unitatea ATS (pornirea automată a unei rezerve) asigură conectarea consumatorilor la rețeaua generală de energie.

De la panourile solare, încărcarea este furnizată către regulatorul de încărcare, care îndeplinește mai multe funcții: asigură reîncărcarea constantă a bateriilor și stabilizează tensiunea. În continuare, curentul electric este furnizat invertorului, unde curentul continuu de 12V sau 24V este convertit în curent alternativ monofazat 220V.

Din păcate, rețelele noastre electrice nu sunt potrivite pentru a primi energie; ele pot funcționa doar într-o singură direcție de la sursă la consumator. Din acest motiv, nu veți putea vinde energia electrică extrasă sau măcar să faceți contorul să se rotească în sens opus.

Utilizarea panourilor solare este avantajoasă prin faptul că oferă un tip de energie mai versatil, dar în același timp nu se pot compara în eficiență cu colectoarele solare. Acestea din urmă nu au însă capacitatea de a stoca energie, spre deosebire de bateriile solare fotovoltaice.

Veți găsi totul despre opțiunile de organizare a încălzirii unei case private folosind panouri solare. În acest articol.

Exemplu de calcul al puterii necesare

Atunci când se calculează puterea necesară a unui colector solar, calculele sunt adesea făcute din greșeală pe baza energiei solare primite în cele mai reci luni ale anului.

Cert este că în lunile rămase ale anului întregul sistem se va supraîncălzi în mod constant. Vara, temperatura lichidului de racire la iesirea din colectorul solar poate ajunge la 200°C la incalzirea aburului sau a gazului, 120°C pentru antigel, 150°C pentru apa. Dacă lichidul de răcire fierbe, se va evapora parțial. Ca urmare, va trebui înlocuit.

Producătorii recomandă să se procedeze de la următoarele cifre:

• furnizarea de apă caldă nu mai mult de 70%;
• asigurarea sistemului de încălzire nu mai mult de 30%.

Restul căldurii necesare trebuie să fie generată de echipamente standard de încălzire. Cu toate acestea, cu astfel de indicatori, se economisesc în medie aproximativ 40% pe an pe încălzire și alimentare cu apă caldă.

Puterea generată de un singur tub al unui sistem de vid depinde de locația geografică. Indicator de scădere a energiei solare la 1 m pe an² a pământului se numește insolație.

Cunoscând lungimea și diametrul tubului, puteți calcula deschiderea - zona efectivă de absorbție. Rămâne de aplicat coeficienții de absorbție și emisie pentru a calcula puterea unui tub pe an.

Exemplu de calcul:

Lungimea standard a tubului este de 1800 mm, lungimea efectivă este de 1600 mm. Diametru 58 mm. Diafragma este zona umbrită creată de tub. Astfel, aria dreptunghiului umbră va fi:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928m²

Eficiența tubului din mijloc este de 80%, izolația solară pentru Moscova este de aproximativ 1170 kWh/m² in an. Astfel, un tub va produce pe an:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86 kWh

Trebuie menționat că aceasta este o estimare foarte aproximativă. Cantitatea de energie generată depinde de orientarea instalației, unghi, temperatura medie anuală etc.

Cu tot felul surse alternative de energie și modalități de utilizare a acestora le găsiți în articolul prezentat.

Concluzii și video util pe această temă

Videoclipul #1. Demonstrarea funcționării unui colector solar în timpul iernii:

Videoclipul #2. Comparația diferitelor modele de colectoare solare:

De-a lungul existenței sale, omenirea consumă din ce în ce mai multă energie în fiecare an. Încercările de a folosi radiația solară liberă au fost făcute de mult timp, dar abia recent a devenit posibilă utilizarea eficientă a soarelui la latitudinile noastre. Nu există nicio îndoială că sistemele solare sunt viitorul.

Doriți să raportați caracteristici interesante în organizarea încălzirii solare pentru o casă de țară sau cabană? Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de mai jos. Aici puteți pune o întrebare, puteți lăsa o fotografie care demonstrează procesul de asamblare a sistemului și puteți împărtăși informații utile.