Come realizzare un collettore solare per il riscaldamento fai-da-te: una guida passo-passo

L'aumento del prezzo delle fonti energetiche tradizionali incoraggia i proprietari di case private a cercare opzioni alternative per il riscaldamento delle case e il riscaldamento dell'acqua. D'accordo, la componente finanziaria della questione svolgerà un ruolo importante nella scelta di un sistema di riscaldamento.

Uno dei modi più promettenti di approvvigionamento energetico è la conversione della radiazione solare. Per fare ciò, utilizzare i sistemi solari. Comprendere il principio del loro dispositivo e il meccanismo di funzionamento, non sarà difficile realizzare un collettore solare per il riscaldamento con le proprie mani.

Vi parleremo delle caratteristiche di progettazione dei sistemi solari, offriremo un semplice diagramma di assemblaggio e descriveremo i materiali che possono essere utilizzati. Le fasi del lavoro sono accompagnate da fotografie visive, il materiale è integrato da videoclip sulla creazione e la messa in servizio di un collezionista fatto in casa.

Principio di lavoro e caratteristiche del design

Moderni sistemi solari - uno dei tipi di fonti alternative generazione di calore. Sono utilizzati come apparecchiature di riscaldamento ausiliarie che trasformano la radiazione solare in energia utile per i proprietari di case.

Sono in grado di fornire completamente acqua calda e riscaldamento nella stagione fredda solo nelle regioni meridionali. E poi, se occupano un'area sufficientemente ampia e sono installati in aree aperte non ombreggiate da alberi.

Nonostante il gran numero di varietà, funzionano allo stesso modo. qualsiasi sistema solare rappresenta un circuito con una disposizione sequenziale di dispositivi che forniscono energia termica e la trasmettono al consumatore.

I principali elementi di lavoro sono pannelli solari su celle solari o collettori solari. tecnologia gruppo generatore solare sulle lastre fotografiche è un po 'più complicato di un collettore tubolare.

In questo articolo, considereremo la seconda opzione: un sistema solare da collezione.

Finora i collettori solari fungono da fornitori di energia ausiliaria. È pericoloso passare completamente il riscaldamento della casa al sistema solare a causa dell'incapacità di prevedere un numero chiaro di giorni di sole

I collettori sono un sistema di tubi collegati in serie con la linea di uscita e di ingresso o disposti sotto forma di una bobina. Acqua industriale, flusso d'aria o una miscela di acqua con alcuni liquidi non congelanti circolano attraverso i tubi.

I fenomeni fisici stimolano la circolazione: evaporazione, variazioni di pressione e densità dal passaggio da uno stato di aggregazione a un altro, ecc.

Il principio di funzionamento dei collettori solari si basa sulla ricezione e l'accumulo di energia solare comunicata al liquido di raffreddamento (+)

La raccolta e l'accumulo di energia solare vengono effettuati dagli assorbitori. Questa è una solida piastra metallica con una superficie esterna annerita o un sistema di singole piastre attaccate ai tubi.

Per la fabbricazione della parte superiore del corpo, vengono utilizzati il ​​rivestimento, i materiali con elevata capacità di trasmissione della luce. Può essere in plexiglass, materiali polimerici simili, tipi di vetro tradizionale temperato.

Al fine di escludere le perdite di energia dal retro del dispositivo, l'isolamento termico viene inserito nella scatola

Devo dire che i materiali polimerici non tollerano l'influenza dei raggi ultravioletti. Tutti i tipi di plastica hanno un coefficiente di espansione termica sufficientemente elevato, che spesso porta alla depressurizzazione dell'alloggiamento. Pertanto, l'uso di tali materiali per la fabbricazione del corpo del collettore dovrebbe essere limitato.

L'acqua come vettore di calore può essere utilizzata solo in sistemi progettati per fornire calore aggiuntivo nel periodo autunno / primavera. Se si prevede di utilizzare il sistema solare tutto l'anno prima del primo raffreddamento, l'acqua di processo viene cambiata in una miscela di esso con antigelo.

Nei sistemi solari ad aria, l'aria viene utilizzata come vettore di calore. I canali per il suo movimento possono essere creati da un normale foglio profilato (+)

Se il collettore solare è installato per riscaldare un piccolo edificio che non ha una connessione con il riscaldamento autonomo del cottage o con reti centralizzate, all'inizio viene costruito un semplice sistema a circuito singolo con un dispositivo di riscaldamento.

La catena non include pompe di circolazione e dispositivi di riscaldamento. Lo schema è estremamente semplice, ma può funzionare solo in estate soleggiata.

Quando un collettore è incluso in una struttura tecnica a due circuiti, tutto è molto più complicato, ma l'intervallo di giorni adatto all'uso è significativamente aumentato. Il collettore elabora solo un circuito. Il carico predominante è assegnato all'unità di riscaldamento principale, che funziona con elettricità o qualsiasi tipo di combustibile.

Per la fabbricazione di un collettore solare, puoi utilizzare lo schema già pronto, puoi costruire il tuo modello pilota e testarlo in pratica (+)

Nonostante la dipendenza diretta delle prestazioni dei dispositivi solari dal numero di giorni di sole, sono richiesti e la domanda di dispositivi solari è in costante aumento. Sono popolari tra gli artigiani che cercano di indirizzare tutti i tipi di energia naturale in un canale utile.

Classificazione della temperatura

Esistono numerosi criteri in base ai quali vengono classificati questi o quei progetti di sistemi solari. Tuttavia, per gli apparecchi che è possibile eseguire con le proprie mani e utilizzare per l'approvvigionamento di acqua calda e il riscaldamento, il più razionale è la separazione per tipo di refrigerante.

Quindi, i sistemi possono essere liquidi e ad aria. Il primo tipo è più spesso applicabile.

Inoltre, viene spesso utilizzata una classificazione in base alla temperatura alla quale i nodi di lavoro del collettore possono riscaldarsi:

1. Bassa temperatura Opzioni che possono riscaldare il liquido di raffreddamento a 50ºС. Sono utilizzati per riscaldare l'acqua nei contenitori per l'irrigazione, nei bagni e nelle docce in estate e per aumentare il comfort nelle fresche serate primaverili e autunnali.
2. Temperatura media. Fornire una temperatura del liquido di raffreddamento di 80ºС. Possono essere utilizzati per il riscaldamento degli ambienti. Queste opzioni sono più adatte per organizzare case private.
3. Alta temperatura La temperatura del liquido di raffreddamento in tali installazioni può raggiungere i 200-300ºС. Sono utilizzati su scala industriale, sono installati per riscaldare negozi di produzione, edifici commerciali, ecc.

Nei sistemi solari ad alta temperatura, viene utilizzato un processo piuttosto complesso di trasferimento di energia termica. Inoltre, occupano uno spazio impressionante, che la maggior parte degli amanti della vita in campagna non può permettersi.

Il processo di produzione richiede molto tempo, l'implementazione richiede attrezzature specializzate. È quasi impossibile realizzare una tale variante del sistema solare in modo indipendente.

È piuttosto difficile realizzare celle solari ad alta temperatura su convertitori fotovoltaici a casa

Collettore fatto a mano

Realizzare un dispositivo solare con le tue mani è un processo entusiasmante che porta molti vantaggi. Grazie a lui, è possibile applicare razionalmente la radiazione solare libera, per risolvere diversi importanti problemi economici. Analizzeremo le specifiche della creazione di un collettore piatto che fornisce acqua riscaldata al sistema di riscaldamento.

Materiali fai-da-te

Il materiale più semplice e conveniente per l'autoassemblaggio del corpo del collettore solare è un blocco di legno con una scheda, compensato, schede OSB o opzioni simili. In alternativa, è possibile utilizzare un profilo in acciaio o alluminio con fogli simili. La custodia in metallo costerà un po 'di più.

I materiali devono essere conformi ai requisiti per le strutture esterne. La durata del collettore solare varia da 20 a 30 anni.

Pertanto, i materiali devono avere un certo insieme di caratteristiche operative che consentiranno l'uso della struttura per tutto il periodo.

L'opzione più economica e più semplice per i materiali per la fabbricazione del caso è l'uso di legname e truciolato

Se la custodia è in legno, la durabilità del materiale può essere ottenuta mediante impregnazione con emulsioni polimero-acqua e rivestimento con pitture e vernici.

Il principio di base che dovrebbe essere seguito durante la progettazione e l'assemblaggio di un collettore solare è la disponibilità di materiali in termini di prezzo e capacità di acquisto. Cioè, possono essere trovati in vendita gratuita o realizzati indipendentemente dai mezzi improvvisati disponibili.

Sfumature di isolamento termico

Per prevenire la perdita di energia termica, il materiale isolante è montato sul fondo della scatola. Può essere in polistirolo o lana minerale. L'industria moderna produce una gamma abbastanza ampia di materiali isolanti.

Per isolare la scatola, è possibile utilizzare le opzioni di isolamento della pellicola. Pertanto, è possibile fornire sia l'isolamento termico che il riflesso della luce solare dalla superficie della lamina.

Se come materiale isolante viene utilizzata una piastra rigida di polistirene espanso o polistirene espanso, è possibile tagliare le scanalature per posare la serpentina o il sistema di tubi.Tipicamente, l'assorbitore del collettore viene posato sopra l'isolamento e fissato saldamente alla parte inferiore del corpo in un modo che dipende dal materiale utilizzato nella fabbricazione del corpo.

L'isolamento termico serve a ridurre la perdita di calore attraverso il fondo dell'alloggiamento. È irrazionale produrre un dispositivo in una custodia di metallo senza isolamento termico (+)

Dissipatore di calore a collettore solare

Questo è un elemento assorbente. È un sistema di tubi in cui viene riscaldato il liquido di raffreddamento e parti realizzate più spesso in lamiera di rame. Sono considerati i materiali ottimali per la fabbricazione di un dissipatore di calore tubi di rame.

Gli artigiani domestici hanno inventato un'opzione più economica: uno scambiatore di calore a spirale di tubi in polipropilene.

Un'interessante soluzione economica è l'assorbitore del sistema solare da un tubo polimerico flessibile. Per il collegamento ai dispositivi di ingresso e uscita vengono utilizzati raccordi adatti La scelta dei mezzi improvvisati da cui è possibile realizzare lo scambiatore di calore del collettore solare è piuttosto ampia. Può essere lo scambiatore di calore di un vecchio frigorifero, tubi per l'acqua in polietilene, radiatori a pannelli in acciaio, ecc.

Un criterio importante per l'efficienza è la conducibilità termica del materiale di cui è realizzato lo scambiatore di calore.

Per l'autoproduzione, il rame è l'opzione migliore. Ha una conduttività termica di 394 W / m². Per l'alluminio, questo parametro varia da 202 a 236 W / m².

I tubi di rame sono considerati l'opzione più ottimale per la produzione di un dissipatore di calore per prestazioni termiche e durata

Tuttavia, la grande differenza nella conduttività termica tra tubi in rame e polipropilene non significa affatto che uno scambiatore di calore con tubi in rame produrrà centinaia di volte grandi volumi di acqua calda.

A parità di condizioni, le prestazioni di uno scambiatore di calore con tubi in rame saranno del 20% più efficienti rispetto alle prestazioni delle opzioni metallo-plastica. Quindi gli scambiatori di calore realizzati con tubi polimerici hanno il diritto alla vita. Inoltre, tali opzioni saranno molto più economiche.

Indipendentemente dal materiale del tubo, tutti i giunti, sia saldati che filettati, devono essere ermetici. I tubi possono essere posizionati sia paralleli tra loro e sotto forma di una bobina.

Lo schema del tipo di serpentina riduce il numero di connessioni - questo riduce la probabilità di perdite e fornisce un movimento più uniforme del flusso di refrigerante.

La parte superiore della scatola in cui si trova lo scambiatore di calore è chiusa con il vetro. In alternativa, è possibile utilizzare materiali moderni, come analogo acrilico o policarbonato monolitico. Il materiale traslucido potrebbe non essere liscio, ma ondulato o opaco.

Nella versione classica, la scatola con il collettore è chiusa con vetro temperato, plexiglass, policarbonato o materiale simile. Gli artigiani si sono adattati per utilizzare il polietilene anziché il vetro

Questo trattamento riduce la riflettività del materiale. Inoltre, questo materiale deve resistere a notevoli sollecitazioni meccaniche.

Nei progetti industriali di tali sistemi solari, viene utilizzato uno speciale vetro solare. Tale vetro è caratterizzato da un basso contenuto di ferro, che fornisce una minore perdita di calore.

Serbatoio di stoccaggio o serbatoio di anticipo

Come serbatoio di stoccaggio, puoi utilizzare qualsiasi capacità con un volume da 20 a 40 litri. Una serie di carri armati un po 'più piccoli, collegati da tubi in una catena seriale, farà. Si consiglia di isolare il serbatoio di stoccaggio, come l'acqua riscaldata al sole in un serbatoio senza isolamento perderà rapidamente l'energia termica.

In effetti, il vettore di calore nel sistema di riscaldamento solare deve circolare senza accumulo, perché l'energia termica ricevuta da essa deve essere consumata durante il periodo di ricezione.Il serbatoio serve piuttosto come distributore di acqua riscaldata e una camera di fossa, che mantiene la stabilità della pressione nel sistema.

Il serbatoio di stoccaggio nei sistemi solari funziona come distributore di acqua e un serbatoio che mantiene la pressione (+)

Passaggi del montaggio solare

Dopo la fabbricazione del collettore e la preparazione di tutti gli elementi strutturali costitutivi del sistema, è possibile procedere all'installazione diretta.

Una delle opzioni per l'installazione di una bobina da tubi in polipropilene con raccordi e raccordi aiuterà a montare rapidamente il collettore solare (+)

I lavori iniziano con l'installazione di una camera di anticipo, che, di regola, è posizionata nel punto più alto possibile: nella soffitta, una torre separata, un cavalcavia, ecc.

Durante l'installazione, va notato che dopo aver riempito il sistema con liquido di raffreddamento liquido, questa parte della struttura avrà un peso impressionante. Pertanto, è necessario verificare l'affidabilità della sovrapposizione o rafforzarla.

Dopo aver installato il serbatoio, procedere con l'installazione del collettore. Questo elemento strutturale del sistema si trova sul lato sud. L'angolo di inclinazione rispetto all'orizzonte dovrebbe essere compreso tra 35 e 45 gradi.

Dopo aver installato tutti gli elementi, vengono collegati con tubi, collegandoli in un unico sistema idraulico. La tenuta del sistema idraulico è un criterio importante da cui dipende l'effettivo funzionamento del collettore solare.

Secondo lo schema di assemblaggio del sistema solare per fornire acqua a una doccia esterna, puoi costruire una struttura per riscaldare l'acqua per l'irrigazione o creare condizioni confortevoli nelle serate fresche (+)

Per collegare elementi strutturali in un singolo sistema idraulico, vengono utilizzati tubi con un diametro di mezzo pollice e mezzo. Un diametro più piccolo viene utilizzato per disporre la parte in pressione del sistema.

Sotto la parte di pressione del sistema si intende l'ingresso di acqua nella camera e il prelievo del refrigerante riscaldato nel sistema di riscaldamento e nella fornitura di acqua calda. Il resto è montato usando tubi di diametro maggiore.

Per evitare la perdita di energia termica, i tubi devono essere accuratamente isolati. A tale scopo, è possibile utilizzare versioni in polistirolo, lana di basalto o lamina di moderni materiali isolanti. Anche il serbatoio di accumulo e la camera di avanzamento sono soggetti alla procedura di riscaldamento.

L'opzione più semplice e conveniente per l'isolamento termico di un serbatoio di stoccaggio è la costruzione di una scatola attorno ad esso da compensato o pannelli. Lo spazio tra la scatola e il contenitore deve essere riempito con materiale isolante. Questo può essere scorie, una miscela di paglia con argilla, segatura secca, ecc.

Il sistema solare è installato in modo che i collettori solari si trovino sul lato più illuminato della casa o della trama (+)

Test prima della messa in servizio

Dopo aver installato tutti gli elementi del sistema e aver riscaldato alcune strutture, è possibile iniziare a riempire il sistema con liquido di raffreddamento. Il riempimento iniziale del sistema deve essere eseguito attraverso l'ugello situato nella parte inferiore del collettore.

Cioè, il riempimento viene eseguito dal basso verso l'alto. Grazie a tali azioni, è possibile evitare la probabile formazione di inceppamenti d'aria.

Acqua o altro liquido di raffreddamento entra nella camera. Il processo di riempimento del sistema termina quando l'acqua inizia a fuoriuscire dal tubo di drenaggio della camera anteriore.

Usando la valvola a galleggiante, è possibile regolare il livello ottimale del fluido nella camera anteriore. Dopo aver riempito il sistema con liquido refrigerante, inizia a riscaldarsi nel collettore.

Il processo di aumento della temperatura si verifica anche con tempo nuvoloso. Il liquido di raffreddamento riscaldato inizia a salire fino alla sommità del serbatoio di accumulo. Il processo di circolazione naturale si verifica fino a quando la temperatura del liquido di raffreddamento che entra nel radiatore non è allineata con la temperatura del supporto che esce dal collettore.

Con il flusso di acqua nel sistema idraulico, si innescherà la valvola a galleggiante situata nella camera anteriore. Pertanto, verrà mantenuto un livello costante. In questo caso, l'acqua fredda che entra nel sistema sarà posizionata nella parte inferiore del serbatoio. Il processo di miscelazione di acqua fredda e calda praticamente non si verifica.

Nel sistema idraulico, è necessario prevedere l'installazione di valvole di intercettazione, che impediranno la circolazione inversa del liquido di raffreddamento dal collettore al serbatoio. Ciò si verifica quando la temperatura ambiente scende al di sotto della temperatura del liquido di raffreddamento.

Tali valvole vengono solitamente utilizzate di notte e di sera.

Il collegamento ai luoghi di consumo di acqua calda viene effettuato utilizzando miscelatori standard. Si consiglia di evitare i singoli tocchi convenzionali. In tempo soleggiato, la temperatura dell'acqua può raggiungere gli 80 ° C - l'utilizzo di tale acqua direttamente è scomodo. Pertanto, i rubinetti risparmieranno significativamente l'acqua calda.

Le prestazioni di un tale scaldacqua solare possono essere migliorate aggiungendo ulteriori sezioni del collettore. Il design consente di montare da due a un numero illimitato di pezzi.

Le prestazioni del sistema solare aumentano installando più collettori solari

La base di un tale collettore solare per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda è il principio dell'effetto serra e del cosiddetto effetto termosifone. L'effetto serra viene utilizzato nella progettazione dell'elemento riscaldante.

I raggi del sole passano liberamente attraverso il materiale trasparente della parte superiore del collettore e vengono convertiti in energia termica.

L'energia termica si trova in uno spazio limitato a causa della tenuta della sezione del condotto del collettore. L'effetto termosifone viene utilizzato nel sistema idraulico quando il liquido di raffreddamento riscaldato aumenta, mentre si sposta il liquido di raffreddamento e lo costringe a spostarsi nella zona di riscaldamento.

A causa dell'effetto termosifone, nel sistema si verifica una circolazione naturale stabile e continua del liquido di raffreddamento

Prestazioni del collettore solare

Il criterio principale che influenza le prestazioni dei sistemi solari è l'intensità della radiazione solare. La quantità di radiazione solare potenzialmente utile in un'area specifica è chiamata insolazione.

Il valore dell'insolazione in diversi punti del globo varia in un intervallo abbastanza ampio. Per determinare gli indicatori medi di questo valore, ci sono tabelle speciali. Mostrano l'insolazione solare media per una data regione.

I dati sull'insolazione solare in una particolare regione possono essere ottenuti da mappe e tabelle speciali (+)

Oltre al valore di insolazione, l'area e il materiale dello scambiatore di calore influiscono anche sulle prestazioni del sistema. Un altro fattore che influenza le prestazioni del sistema è la capacità del serbatoio di stoccaggio. La capacità ottimale del serbatoio viene calcolata in base all'area degli adsorbitori del collettore.

Nel caso di un collettore piatto, questa è l'area totale dei tubi che si trovano nella scatola del collettore. Questo valore, in media, equivale a 75 litri di volume del serbatoio per 1 m² di superficie del tubo del collettore. La capacità di memoria è una specie di batteria termica.

Prezzi degli elettrodomestici di fabbrica

La parte del leone del costo finanziario per la costruzione di un tale sistema è nella produzione di collezionisti. Ciò non sorprende, anche nei progetti industriali di sistemi solari circa il 60% dei costi ricade su questo elemento strutturale. I costi finanziari dipenderanno dalla scelta di un materiale.

Va notato che un tale sistema non è in grado di riscaldare la stanza, aiuterà solo a risparmiare sui costi, contribuendo a riscaldare l'acqua nel sistema di riscaldamento.Dati i costi energetici piuttosto elevati che vengono spesi per il riscaldamento dell'acqua, un collettore solare integrato nel sistema di riscaldamento riduce significativamente tali costi.

Il collettore solare si integra semplicemente nel sistema di riscaldamento e di fornitura di acqua calda (+)

Per la sua fabbricazione, vengono utilizzati materiali abbastanza semplici e convenienti. Inoltre, tale design è completamente non volatile e non richiede manutenzione tecnica. La manutenzione del sistema è ridotta all'ispezione periodica e alla pulizia del vetro del collettore da contaminazione.

Ulteriori informazioni sull'organizzazione del riscaldamento solare in casa sono presentate in questo articolo.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il processo di produzione di un collettore solare elementare:

Come assemblare e mettere in servizio il sistema solare:

Naturalmente, un collettore solare fatto da sé non sarà in grado di competere con i modelli industriali. Utilizzando materiali improvvisati, è abbastanza difficile raggiungere l'elevata efficienza dei progetti industriali. Ma i costi finanziari saranno molto inferiori rispetto all'acquisto di impianti già pronti.

Tuttavia, sistema di riscaldamento solare fatto in casa aumentare in modo significativo il livello di comfort e ridurre il costo dell'energia generata da fonti tradizionali.

Hai esperienza nella costruzione di un collettore solare? O hai domande sul materiale? Si prega di condividere informazioni con i nostri lettori. Puoi lasciare commenti nel modulo sottostante.