Calefacció solar d’una casa particular: opcions i esquemes d’aparells

L’ús d’energia “verda” subministrada per elements naturals pot reduir significativament els costos d’utilitat. Per exemple, havent disposat la calefacció solar d’una casa privada, subministreu radiadors a baixa temperatura i sistemes de calefacció per terra amb refrigerant pràcticament gratuït. D’acord, això és un estalvi.

El nostre article aprendrà tot sobre “tecnologies verdes”. Amb la nostra ajuda, podeu conèixer fàcilment les varietats d’instal·lacions solars, com organitzar-les i les particularitats de funcionament. Segurament us interessarà una de les opcions més populars que treballen intensament al món, però que fins ara no són massa populars.

En la revisió que us ha presentat, s'analitzen les característiques de disseny dels sistemes, es descriuen detalladament els esquemes de connexió. Es dóna un exemple de càlcul d’un circuit de calefacció solar per avaluar les realitats de la seva construcció. Per ajudar a màsters independents, s’hi adjunten col·leccions de fotos i vídeos.

Tecnologies de calor verda

1 m de mitjana² La superfície de la terra rep 161 watts d’energia solar per hora. Per descomptat, a l'equador, aquesta xifra serà moltes vegades superior a l'Àrtic. A més, la densitat de la radiació solar depèn de l’època de l’any.

A la regió de Moscou, la intensitat de la radiació solar entre desembre i gener és diferent de maig a juliol en més de cinc vegades. Tot i això, els sistemes moderns són tan efectius que poden funcionar gairebé a tot el món.

Els sistemes solars moderns són capaços de funcionar eficaçment en temps de núvols i freds fins a -30 ºC

Tasca d’ús energia de radiació solar amb la màxima eficiència es resol de dues maneres: escalfament directe en col·lectors tèrmics i bateries solars fotovoltaiques.Els panells solars primer converteixen l’energia dels raigs del sol en electricitat, després la transmeten a través d’un sistema especial als consumidors, com ara una caldera elèctrica.

Els col·lectors de calor, escalfats per l’acció de la llum solar, escalfen el refrigerant dels sistemes de calefacció i el subministrament d’aigua calenta.

Els col·lectors tèrmics tenen diverses formes, incloent sistemes oberts i tancats, estructures planes i esfèriques, col·lectors hemisfèrics, concentradors i moltes altres opcions. L’energia tèrmica rebuda dels captadors solars s’utilitza per escalfar aigua calenta o un medi de calefacció.

Una àmplia gamma d’indústries produeix múltiples sistemes d’inclusió en una xarxa de calefacció independent. Tanmateix, l’opció més senzilla per a una residència d’estiu és fàcil de fer amb la vostra:

Malgrat els progressos clars en el desenvolupament de solucions per a la recollida, emmagatzematge i ús de l’energia solar, hi ha avantatges i inconvenients.

Ús eficient de l’energia solar

El benefici més evident de l’ús de l’energia solar és la seva disponibilitat general. De fet, fins i tot en el clima més tenebrós i ennuvolat, es pot recopilar i utilitzar energia solar.

El segon plus és zero emissions. De fet, aquesta és la forma d’energia més ecològica i natural. Panells solars i els col·leccionistes no fan soroll. En la majoria dels casos, s’instal·len a les teulades dels edificis sense ocupar la superfície útil d’una zona suburbana.

L’eficiència de la calefacció solar a les nostres latituds és bastant baixa, a causa del nombre insuficient de dies assolellats per al funcionament regular del sistema (+)

Els inconvenients associats a l’ús de l’energia solar són la inconstància de la il·luminació. A les fosques, no hi ha res a recollir, la situació s'agreuja perquè el pic de la temporada de calefacció cau en les hores més baixes de l'any de l'any. Cal vigilar la neteja òptica dels panells, la menor contaminació redueix notablement l'eficiència.

A més, no es pot dir que el funcionament del sistema en energia solar sigui completament gratuït, hi ha costos constants per a la depreciació dels equips, el funcionament de la bomba de circulació i l'electrònica de control.

Un inconvenient important de la calefacció basada en l’ús de captadors solars és la incapacitat per emmagatzemar energia tèrmica. Al circuit només s’inclou el tanc d’expansió (+)

Col lectors solars oberts

Un col·lector solar obert és un sistema de tubs que no es troba protegit d’influències externes, a través del qual circula un transportador de calor escalfat directament pel sol.

L’aigua, el gas, l’aire, l’anticongelant s’utilitzen com a transportador de calor. Els tubs es munten en un panell de suport en forma de bobina o es connecten en files paral·leles al tub de sortida.

Els col·lectors solars de tipus obert no poden fer front a la calefacció d’una casa privada. A causa de la falta d’aïllament, el refrigerant es refreda ràpidament. S’utilitzen a l’estiu principalment per escalfar aigua a les dutxes o piscines

Els col·lectors oberts normalment no tenen aïllament. El disseny és molt senzill, per tant té un cost baix i sovint es fa de forma independent.

A causa de la manca d’aïllament, pràcticament no conserven l’energia rebuda del sol i es caracteritzen per una baixa eficiència. S’utilitzen principalment a l’estiu per escalfar aigua a piscines o dutxes d’estiu.

S’instal·len en regions assolellades i càlides, amb petites diferències de temperatura ambient i aigua calenta. Funcionen bé només en temps assolellats i tranquils.

El col·lector solar més senzill amb un dissipador de calor fet a partir d’una canonada de canonades de polímer garantirà el subministrament d’aigua escalfada a la cabana per a les necessitats de reg i necessitats domèstiques

Col·lectors tubulars

Els col·lectors solars tubulars s'agrupen de tubs separats pels quals discorre aigua, gas o vapor. Aquesta és una de les varietats d’heliosistemes oberts. Tanmateix, el refrigerant ja està molt millor protegit davant del negatiu extern. Especialment en instal·lacions de buit, disposades sobre el principi de les termoses.

Cada tub està connectat al sistema per separat, paral·lelament entre si. Si falla un tub, és fàcil substituir-lo per un de nou. Tota l’estructura es pot muntar directament al terrat de l’edifici, cosa que facilita molt la instal·lació.

El col·lector tubular té una estructura modular. L’element principal és un tub de buit, el nombre de tubs varia de 18 a 30, cosa que permet seleccionar amb precisió la potència del sistema

Un pes més dels captadors solars tubulars és la forma cilíndrica dels elements principals, a causa de la qual es capta la radiació solar durant tot el dia sense l'ús de caros sistemes de seguiment per al moviment del sol.

Un recobriment multicapa especial crea una mena de trampa òptica per a la llum solar. El diagrama mostra parcialment la paret exterior de la bombeta de buit que reflecteix els rajos a les parets del bulb interior (+)

Segons el disseny dels tubs, es distingeixen els captadors solars coaxials i plomes.

El tub coaxial és un vas Dyayur o un termo familiar. Fet de dos matràs entre els quals es bombea l’aire. A la superfície interior de la bombeta s’aplica un revestiment altament selectiu que absorbeixi eficaçment l’energia solar.

Amb la forma cilíndrica del tub, els raigs del sol sempre cauen perpendiculars a la superfície

L’energia tèrmica procedent de la capa selectiva interna es transfereix a una canonada de calor o a un intercanviador de calor intern des de plaques d’alumini. En aquesta fase es produeix una pèrdua de calor no desitjada.

El tub de ploma és un cilindre de vidre amb un amortidor de plomes inserit al seu interior.

El sistema va obtenir el seu nom d’un amortidor de plomes, que s’envolta fortament al voltant d’un canal de calor fabricat amb metall conductor de calor

Per a un bon aïllament tèrmic, l'aire es bomba fora del tub. La transferència de calor de l’amortidor es produeix sense pèrdues, de manera que l’eficiència dels tubs de ploma és més alta.

Segons el mètode de transferència de calor, hi ha dos sistemes: una vegada passant i amb una canonada de calor. El termotub és un recipient segellat amb un líquid volàtil.

Com que el líquid volàtil flueix naturalment a la part inferior de la canonada de calor, l’angle mínim d’inclinació és de 20 ° C

A l’interior del termotub hi ha un líquid volàtil que absorbeix calor de la paret interior del matràs o de l’amortitzador de plomes. Sota la influència de la temperatura, el líquid bull i puja en forma de vapor. Després que la calor es transfereixi al medi de calefacció o al subministrament d'aigua calenta, el vapor es condensa en un líquid i flueix cap avall.

Com a líquid volàtil, l’aigua s’utilitza sovint a baixa pressió. En un sistema de flux directe, s’utilitza un tub en forma d’U, pel qual circula aigua o un medi calefactor.

La meitat del tub en forma d’U està dissenyat per al refrigerant en fred, el segon elimina l’escalfat. Quan s'escalfa, el refrigerant s'expandeix i entra al dipòsit d'emmagatzematge, proporcionant una circulació natural. Com en el cas dels sistemes amb termotub, l’angle d’inclinació mínim ha de ser com a mínim de 20 º.

Amb connexió de flux directe, la pressió del sistema no pot ser elevada, ja que hi ha un buit tècnic dins del matràs

Els sistemes de flux directe són més eficients ja que escalfen immediatament el refrigerant. Si es preveu utilitzar els sistemes de col·lectors solars durant tot l'any, es combinen antigel especials.

L’ús de col·lectors solars tubulars presenta diversos avantatges i desavantatges. El disseny del col·lector solar tubular consisteix en els mateixos elements, relativament fàcils de substituir.

Avantatges:

• baixa pèrdua de calor;
• capacitat de treballar a temperatures de fins a -30⁰⁰;
• productivitat efectiva durant les hores del dia;
• bon rendiment en zones amb clima temperat i fred;
• baixa ventada, justificada per la capacitat dels sistemes tubulars de passar masses d’aire per si mateix;
• la possibilitat de produir refrigerant a alta temperatura.

Estructuralment, l'estructura tubular té una superfície d'obertura limitada.

Té els següents desavantatges:

• no és capaç d’auto-netejar-se de neu, gel, glaç;
• alt cost.

Malgrat el cost inicialment elevat, els col·leccionistes tubulars paguen més ràpidament. Tenen una llarga vida útil.

Els col·lectors tubulars són sistemes solars de tipus obert, per tant, no són adequats per a ús durant tot l'any en sistemes de calefacció (+)

Sistemes plans tancats

El col·lector pla consisteix en un marc d’alumini, una capa absorbent especial: un absorbent, un revestiment transparent, una canonada i un escalfador.

Com a absorbent s’utilitza coure de xapa ennegrit, que es caracteritza per una conductivitat tèrmica ideal per crear sistemes solars. Quan l’absorbeix l’energia solar, l’energia solar que rep és transferida al refrigerant que circula al llarg del sistema de tubs contigu al absorbent.

A l'exterior, el panell tancat està protegit per un recobriment transparent. Està fabricat en un vidre temperat resistent als cops de 0,4-1,8 microns. Aquest rang representa la màxima radiació solar. El vidre a prova de cops ofereix una bona protecció contra la calamarsa. A la part posterior, tot el panell està aïllat de manera fiable.

Els col·lectors solars plans ofereixen el màxim rendiment i una construcció senzilla. La seva eficiència s’incrementa a causa de l’ús d’un amortidor. Són capaços de captar la llum solar dispersa i directa.

La llista d’avantatges dels plafons plans tancats inclou:

• simplicitat del disseny;
• bon rendiment a les regions amb un clima càlid;
• la possibilitat d’instal·lar en qualsevol angle amb dispositius per canviar l’angle d’inclinació;
• la capacitat d’auto-netejar-se de la neu i del glaç;
• preu baix.

Els col·lectors solars plans són especialment avantatjosos si es planifica la seva aplicació a la fase de disseny. La vida útil dels productes de qualitat és de 50 anys.

Els desavantatges són:

• gran pèrdua de calor;
• pes pesat;
• gran volada en situar panells en un angle amb l'horitzó;
• limitacions de rendiment amb diferències de temperatura superiors a 40 ° C.

L’abast dels col·lectors tancats és molt més ampli que les instal·lacions solars de tipus obert. A l'estiu són capaços de satisfer plenament la necessitat d'aigua calenta. Els dies freds, no inclosos pels serveis públics durant la temporada de calefacció, poden funcionar en lloc dels gasos i els escalfadors elèctrics.

A qui ho desitgi fer un col·lector solar amb les teves pròpies mans per a un aparell de calefacció del país, us recomanem que us familiaritzeu amb esquemes provats i instruccions de muntatge pas a pas.

Comparació de les característiques dels captadors solars

L’indicador més important d’un col·lector solar és l’eficiència. El rendiment útil de diferents col·lectors solars de disseny depèn de la diferència de temperatura. Al mateix temps, els col·lectors plans són molt més barats que els tubulars.

Els valors d’eficiència depenen de la qualitat de fabricació del captador solar. L’objectiu del gràfic és mostrar l’eficàcia d’utilitzar diferents sistemes en funció de la diferència de temperatura.

A l’hora d’escollir un col·lector solar, convé parar atenció a diversos paràmetres que mostren l’eficiència i la potència del dispositiu.

Hi ha diverses característiques importants per als col·lectors solars:

• coeficient d'adsorció: mostra la relació entre l'energia absorbida i el total;
• factor d'emissió: mostra la relació entre l'energia transmesa i l'absorbida;
• total i àrea d'obertura;
• Eficiència.

L’àrea d’obertura és l’àrea de treball del col·lector solar. En un col·lector pla, l'àrea d'obertura és màxima. L’àrea d’obertura és igual a la de l’absorbidor.

Formes de connectar-se al sistema de calefacció

Com que els dispositius amb energia solar no poden proporcionar una font d’alimentació estable i permanent, cal un sistema resistent a aquestes mancances.

A la Rússia central, els dispositius solars no poden garantir un subministrament constant d’energia, per tant s’utilitzen com a sistema addicional. La integració al sistema de calefacció i aigua calenta existent és diferent pel col·lector solar i pel panell solar.

Circuit de recollida d’aigua

S'utilitzen diferents sistemes de connexió segons el propòsit d'utilitzar el col·lector de calor. Hi pot haver diverses opcions:

1. Opció d’estiu per a aigua calenta
2. Opció d'hivern per escalfar i aigua calenta

L’opció d’estiu és la més senzilla i es pot prescindir de la parella bomba de circulacióutilitzant la circulació natural de l’aigua.

L’aigua s’escalfa al col·lector solar i a causa d’una expansió tèrmica entra al dipòsit d’emmagatzematge o la caldera. En aquest cas, es produeix la circulació natural: l’aigua freda és aspirada al lloc de l’aigua calenta del dipòsit.

A l’hivern, a temperatures baixes, no es pot escalfar directament l’aigua. Un anticongelant especial circula en un circuit tancat, proporcionant la transferència de calor del col·lector a l'intercanviador de calor del dipòsit

Com qualsevol sistema basat en circulació natural, no funciona de manera molt eficient, requerint l’observança dels prejudicis necessaris. A més, el dipòsit d’emmagatzematge ha de ser superior al col·lector solar. Per mantenir l’aigua el màxim possible el tanc calent s’ha d’aïllar amb cura.

Si realment voleu aconseguir el funcionament més eficient del colector solar, l’esquema de connexió és complicat.

Per evitar que el col·lector es converteixi en un radiador de refrigeració durant la nit, cal frenar la circulació de l’aigua amb força

El refrigerant no congelant circula pel sistema captador solar. La circulació forçada és proporcionada per una bomba controlada per un controlador.

El controlador controla el funcionament de la bomba de circulació a partir de les lectures d'almenys dos sensors de temperatura. El primer sensor mesura la temperatura al dipòsit d’emmagatzematge, el segon - al tub d’alimentació del portador de calor calent del col·lector solar.

Tan aviat com la temperatura al dipòsit superi la temperatura del refrigerant, al col·lector, el controlador apaga la bomba de circulació, aturant la circulació del refrigerant pel sistema. Al seu torn, quan la temperatura del dipòsit d'emmagatzematge baixa per sota d'un valor predeterminat, la caldera de calefacció s'encén.

Amb una paraula nova i una alternativa efectiva als col·lectors solars amb refrigeració, sistemes d'acer amb tubs de buit, amb el principi de funcionament i dispositius dels quals us proposem conèixer.

Circuit solar

Seria temptador aplicar-ne una semblant diagrama de connexió solar a la xarxa elèctrica, com és el cas del col·lector solar, acumulant l’energia rebuda al dia. Malauradament, és molt car crear un paquet de bateries amb capacitat suficient per al sistema d’alimentació elèctrica d’una casa privada. Per tant, el diagrama de connexió és el següent.

Amb una disminució de la potència del corrent elèctric de la bateria solar, la unitat ABP (inclusió automàtica de la reserva) assegura la connexió dels consumidors a una xarxa elèctrica comuna

Des de panells solars, la càrrega passa al controlador de càrrega, que fa diverses funcions: proporciona recàrrega constant de les bateries i estabilitza la tensió. A més, el corrent elèctric es subministra a l'inversor, on es converteix la corrent directa de 12V o 24V a corrent monofàsic alternatiu 220V.

Per desgràcia, les nostres xarxes elèctriques no estan adaptades a rebre energia, sinó que només poden funcionar en una direcció des d’una font a un consumidor. Per aquest motiu, no podreu vendre l'electricitat produïda ni, com a mínim, fer girar el comptador en sentit contrari.

L’ús de plaques solars és beneficiós en la mesura que proporcionen una forma d’energia més versàtil, però alhora no es poden comparar en eficiència amb els captadors solars. Tanmateix, aquests últims no tenen la capacitat d’acumular energia, a diferència de les bateries fotovoltaiques solars.

Exemple per calcular la potència necessària

Quan es calcula la potència necessària del col·lector solar, és molt sovint errònia fer càlculs basats en l’energia solar entrant els mesos més freds de l’any.

El fet és que en els mesos restants de l'any tot el sistema es sobreescalfa constantment. La temperatura del refrigerant a l’estiu a la sortida del col·lector solar pot arribar als 200 ° C amb calefacció de vapor o gas, 120 ° C d’antigel, 150 ° C d’aigua. Si el refrigerant bull, s’evaporarà parcialment. Com a resultat, s'haurà de substituir.

Els fabricants recomanen partir de les figures següents:

• el subministrament d'aigua calenta no superior al 70%;
• proporcionant un sistema de calefacció no superior al 30%.

La resta de calor necessària hauria de ser generada per equips de calefacció estàndard. No obstant això, amb aquests indicadors a l’any, s’estalvia una mitjana d’aproximadament el 40% en el subministrament de calefacció i aigua calenta.

La potència generada per un tub del sistema de buit depèn de la ubicació geogràfica. La velocitat d’energia solar caient a 1 m² terra s’anomena insolació.

Sabent la longitud i el diàmetre del tub, podeu calcular l’obertura: l’àrea d’absorció efectiva. Resta aplicar els factors d’absorció i emissió per calcular la capacitat d’un tub a l’any.

Exemple de càlcul:

La longitud estàndard del tub és de 1800 mm, efectiva - 1600 mm. Diàmetre 58 mm. Obertura: una zona ombrejada creada pel tub. Per tant, l'àrea del rectangle ombra és:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

L’eficiència del tub mitjà és del 80%, la insolació solar a Moscou és d’uns 1170 kWh / m² per any. Així, es produeix un tub per any:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86kW * h

Cal destacar que es tracta d’una estimació molt aproximada. La quantitat d’energia generada depèn de l’orientació de la instal·lació, de l’angle, de la temperatura mitjana anual, etc.

Amb tota mena fonts d’energia alternatives i les maneres d’utilitzar-les podeu trobar a l’article.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Vídeo # 1. Demostració de l'acció del col·lector solar a l'hivern:

Vídeo # 2. Comparació de diferents models de captadors solars:

Al llarg de la seva pròpia existència, la humanitat es consumeix cada cop més energia cada any. Fa temps que es van intentar utilitzar radiacions solars gratuïtes, però només recentment ha estat possible fer un ús eficaç del sol a les nostres latituds. No hi ha dubte que el futur recau en els sistemes solars.

Voleu informar de característiques interessants en l’organització de la calefacció solar d’una casa de camp o d’una casa rural? Escriviu els comentaris al bloc següent. Aquí podeu fer una pregunta, deixar una foto amb una demostració del procés de muntatge del sistema, compartir informació útil.