O aumento do preço das fontes de energia tradicionais incentiva os proprietários particulares a procurar opções alternativas para aquecer casas e aquecer a água. Concordo, o componente financeiro da questão desempenhará um papel importante na escolha de um sistema de aquecimento.
Uma das formas mais promissoras de fornecimento de energia é a conversão da radiação solar. Para fazer isso, use sistemas solares. Não será difícil entender o princípio de seu dispositivo e o mecanismo de operação, fazer um coletor solar para aquecimento com suas próprias mãos.
Vamos falar sobre os recursos de design dos sistemas solares, oferecer um esquema de montagem simples e descrever os materiais que podem ser usados. As etapas do trabalho são acompanhadas de fotografias visuais, o material é complementado por videoclipes sobre a criação e o comissionamento de um colecionador caseiro.
Princípio dos recursos de trabalho e design
Os sistemas solares modernos são um dos tipos de fontes alternativas de calor. Eles são usados como equipamento auxiliar de aquecimento que processa a radiação solar em energia útil para os proprietários de casas.
Eles são capazes de fornecer água quente e aquecimento na estação fria apenas nas regiões sul. E então, se eles ocupam uma área suficientemente grande e são instalados em áreas abertas, não sombreadas por árvores.
Apesar do grande número de variedades, elas funcionam da mesma maneira. Qualquer heliosistema é um circuito com um arranjo seqüencial de dispositivos que fornecem energia térmica e a transmitem ao consumidor.
Os principais elementos de trabalho são painéis solares em células solares ou coletores solares. A tecnologia para montar um gerador solar em placas fotográficas é um pouco mais complicada do que um coletor tubular.
Neste artigo, consideraremos a segunda opção - um sistema solar coletor.
Até agora, os coletores solares servem como fornecedores auxiliares de energia. É perigoso mudar completamente o aquecimento da casa para o sistema solar devido à incapacidade de prever um número claro de dias ensolarados
Os coletores são um sistema de tubos conectados em série com a linha de saída e entrada ou dispostos na forma de uma bobina. Água industrial, fluxo de ar ou uma mistura de água com qualquer líquido não congelante circula pelos tubos.
Os fenômenos físicos estimulam a circulação: evaporação, mudanças de pressão e densidade da transição de um estado de agregação para outro, etc.
O princípio de operação dos coletores solares baseia-se no recebimento e no acúmulo de energia solar comunicada ao refrigerante (+)
A coleta e o acúmulo de energia solar são realizados por absorvedores. Esta é uma placa de metal sólida com uma superfície externa enegrecida ou um sistema de placas individuais conectadas aos tubos.
Para a fabricação da parte superior do corpo, são utilizados a cobertura, materiais com alta capacidade de transmitir luz. Pode ser plexiglás, materiais poliméricos semelhantes, tipos temperados de vidro tradicional.
Para excluir as perdas de energia na parte traseira do dispositivo, um isolamento térmico é colocado na caixa
Devo dizer que os materiais poliméricos não toleram a influência dos raios ultravioleta. Todos os tipos de plástico têm um coeficiente de expansão térmica suficientemente alto, o que geralmente leva à despressurização da caixa. Portanto, o uso de tais materiais para a fabricação do corpo do coletor deve ser limitado.
A água como transportadora de calor pode ser usada apenas em sistemas projetados para fornecer calor adicional no período de outono / primavera. Se for planejado usar o sistema solar o ano todo antes do primeiro resfriamento, a água do processo será alterada para misturá-lo com o anticongelante.
Nos sistemas solares aéreos, o ar é usado como transportador de calor. Os canais para seu movimento podem ser feitos a partir de uma folha com perfil regular (+)
Se o coletor solar for instalado para aquecer um pequeno edifício que não tenha conexão com aquecimento autônomo da casa ou com redes centralizadas, um sistema simples de circuito único é construído com um dispositivo de aquecimento no início.
A corrente não inclui bombas de circulação e dispositivos de aquecimento. O esquema é extremamente simples, mas só pode funcionar no verão ensolarado.
Quando um coletor é incluído em uma estrutura técnica de dois circuitos, tudo fica muito mais complicado, mas o intervalo de dias adequado para uso aumenta significativamente. O coletor processa apenas um circuito. A carga predominante é atribuída à unidade principal de aquecimento, que funciona com eletricidade ou qualquer tipo de combustível.
Para a fabricação de um coletor solar, você pode usar o esquema pronto, criar seu próprio modelo piloto e testá-lo na prática (+)
Apesar da dependência direta do desempenho dos dispositivos solares no número de dias ensolarados, eles são muito procurados e a demanda por dispositivos solares está aumentando constantemente. Eles são populares entre os artesãos que procuram direcionar todos os tipos de energia natural para um canal útil.
Classificação da temperatura
Há um número bastante grande de critérios pelos quais esses ou aqueles projetos de sistemas solares são classificados. No entanto, para os aparelhos que você pode usar com as próprias mãos e usar para abastecimento de água quente e aquecimento, o mais racional é a separação por tipo de líquido de refrigeração.
Portanto, os sistemas podem ser líquidos e ar. O primeiro tipo é mais frequentemente aplicável.
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Etapa 1: Montagem do coletor de tubos corrugados
Etapa 2: Manchar o painel solar de preto
Etapa 3: Instalação das entradas de ar
Etapa 4: Fazendo uma capa para um dispositivo solar
Além disso, uma classificação é frequentemente usada de acordo com a temperatura na qual os nós de trabalho do coletor podem aquecer:
- Temperatura baixa. Opções que podem aquecer o líquido de refrigeração a 50ºС. Eles são usados para aquecer a água em recipientes de irrigação, em banheiros e chuveiros no verão e para aumentar o conforto nas noites frescas de primavera e outono.
- Temperatura média. Forneça uma temperatura de refrigerante de 80ºС. Eles podem ser usados para aquecimento de ambiente. Essas opções são mais adequadas para organizar casas particulares.
- Temperatura alta. A temperatura do líquido de arrefecimento nessas instalações pode chegar a 200-300ºС. São utilizados em escala industrial, são instalados em oficinas de produção de calor, edifícios comerciais, etc.
Nos sistemas solares de alta temperatura, é utilizado um processo bastante complexo de transferência de energia térmica. Além disso, eles ocupam um espaço impressionante, que a maioria dos amantes da vida no campo não pode pagar.
O processo de fabricação é demorado, a implementação requer equipamentos especializados. É quase impossível criar de forma independente essa variante do sistema solar.
É bastante difícil fabricar células solares de alta temperatura em conversores fotovoltaicos em casa
Manifold feito à mão
Fazer um dispositivo solar com suas próprias mãos é um processo emocionante que traz muitos benefícios. Graças a ele, é possível aplicar racionalmente a radiação solar livre, para resolver vários problemas econômicos importantes.Analisaremos as especificidades da criação de um coletor plano que forneça água aquecida ao sistema de aquecimento.
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O painel de absorção é feito de policarbonato celular revestido com tinta preta. As bordas superior e inferior do painel, ou seja, as extremidades abertas dos canais da chapa de policarbonato são inseridas nos tubos de esgoto cortados ao longo
Os cantos necessários para conectar o gasoduto são colados nas bordas dos tubos. Idealmente, é melhor soldá-los com um ferro - uma máquina de soldar tubos de polímero. Seções longitudinais do tubo preenchidas com pistola de cola
Os tubos do acumulador feitos de canos de esgoto estão equipados com isolamento térmico. Antes disso, a cola nas costuras e nos cantos é nivelada com um ferro de solda ou um secador de cabelo para construção
O painel de absorção, juntamente com os tubos colados, é colocado em poliestireno ou outro isolamento rígido. A estrutura superior é coberta com policarbonato, dobrada ao longo da borda
Um perfil de metal de tamanho adequado é adquirido para montar a estrutura. Ao calcular a largura, a espessura do isolamento térmico rígido é levada em consideração
Nos espaços em branco para montagem da estrutura, cortados do perfil de acordo com o tamanho do painel absorvente, são feitos furos para a saída dos pontos de conexão do coletor
As peças da estrutura são montadas com parafusos projetados para trabalhar com este perfil
Para que o coletor seja direcionado em um ângulo ideal para o sol, um suporte é construído com madeira ou metal
Etapa 1: Absorvendo o painel de um coletor solar caseiro
Etapa 2: maneira de conectar-se ao tubo do acumulador
Etapa 3: Isolamento para tubos de armazenamento de coletor
Etapa 4: montar um dispositivo para usar energia solar
Etapa 5: perfil metálico para dispositivo de estrutura
Etapa 6: Furos para a saída dos pontos de conexão da água
Etapa 7: Conectando os elementos da estrutura do coletor solar
Etapa 8: Criando um rack para o coletor solar montado
Materiais de bricolage
O material mais simples e acessível para a auto-montagem do corpo do coletor solar é um bloco de madeira com uma placa, madeira compensada, placas OSB ou opções semelhantes. Em alternativa, pode ser utilizado um perfil de aço ou alumínio com folhas semelhantes. A caixa de metal vai custar um pouco mais.
Os materiais devem atender aos requisitos para estruturas externas. A vida do coletor solar varia de 20 a 30 anos.
Portanto, os materiais devem ter um certo conjunto de características operacionais que permitirão o uso da estrutura durante todo o período.
A opção mais barata e mais fácil para materiais para a fabricação do estojo é o uso de madeira e placas de aglomerado
Se o estojo for de madeira, a durabilidade do material poderá ser alcançada impregnando com emulsões de polímero de água e revestindo com tintas e vernizes.
O princípio básico que deve ser seguido ao projetar e montar um coletor solar é a disponibilidade de materiais em termos de preço e capacidade de compra. Ou seja, eles podem ser encontrados em venda gratuita ou feitos independentemente dos meios improvisados disponíveis.
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Tubo de PVC rígido com conexões na fabricação
Receptor de energia solar HDPE flexível
Trocador de calor do trocador de calor da geladeira antiga
Tubo de cobre dobrado no coletor solar
Uso não trivial de latas de alumínio
Garrafas de plástico na construção do coletor
Dispositivo de atração de feixes de garrafas de plástico escuras
Receptor de calor de tubo de metal dobrado
Nuances de isolamento térmico
Para evitar a perda de energia térmica, o material isolante é montado na parte inferior da caixa. Pode ser poliestireno ou lã mineral.A indústria moderna produz uma gama bastante extensa de materiais de isolamento.
Para isolar a caixa, você pode usar opções de isolamento de alumínio. Assim, é possível fornecer isolamento térmico e reflexão da luz solar a partir da superfície da folha.
Se uma placa rígida de espuma de poliestireno ou poliestireno expandido for usada como material de isolamento, as ranhuras podem ser cortadas para colocar o sistema de bobina ou tubo. Normalmente, o absorvedor de coletor é colocado no topo do isolamento e fixado firmemente na parte inferior do corpo de uma maneira que depende do material usado na fabricação do corpo.
O isolamento térmico serve para reduzir a perda de calor na parte inferior da caixa. É irracional produzir um dispositivo em uma caixa de metal sem isolamento térmico (+)
Dissipador de calor para coletor solar
Este é um elemento absorvente. É um sistema de tubos em que o líquido de refrigeração é aquecido e as peças são fabricadas com mais frequência a partir de folhas de cobre. Os materiais ideais para a fabricação do dissipador de calor são considerados tubos de cobre.
Os artesãos domésticos inventaram uma opção mais barata - um trocador de calor em espiral de tubos de polipropileno.
Uma solução interessante para o orçamento é o absorvedor de um sistema solar a partir de um tubo de polímero flexível. Acessórios adequados são usados para conectar os dispositivos de entrada e saída.A seleção de meios improvisados para fazer o trocador de calor do coletor solar é ampla o suficiente. Pode ser o trocador de calor do refrigerador antigo, tubulações de água de polietileno, radiadores de painel de aço, etc.
Um critério importante para a eficiência é a condutividade térmica do material do qual o trocador de calor é feito.
Para autoprodução, o cobre é a melhor opção. Possui uma condutividade térmica de 394 W / m². Para o alumínio, esse parâmetro varia de 202 a 236 W / m².
Tubos de cobre são considerados a opção mais ideal para a fabricação de um dissipador de calor para desempenho térmico e durabilidade
No entanto, a grande diferença na condutividade térmica entre tubos de cobre e polipropileno não significa que um trocador de calor com tubos de cobre produza centenas de vezes grandes volumes de água quente.
Em condições iguais, o desempenho de um trocador de calor de tubo de cobre será 20% mais eficiente do que o desempenho das opções de metal-plástico. Assim, os trocadores de calor feitos de tubos de polímero têm direito à vida. Além disso, essas opções custam muito menos.
Independentemente do material dos tubos, todas as juntas, soldadas e rosqueadas, devem ser herméticas. Os tubos podem ser colocados paralelos um ao outro e na forma de uma bobina.
O esquema do tipo de bobina reduz o número de conexões - isso reduz a probabilidade de vazamentos e fornece um movimento mais uniforme do fluxo do líquido de refrigeração.
A parte superior da caixa na qual o trocador de calor está localizado é fechada com vidro. Como alternativa, você pode usar materiais modernos, como análogo acrílico ou policarbonato monolítico. O material translúcido pode não ser liso, mas ondulado ou fosco.
Na versão clássica, a caixa com o coletor é fechada com vidro temperado, acrílico, policarbonato ou material similar. Os artesãos se adaptaram ao uso de polietileno em vez de vidro
Este tratamento reduz a refletividade do material. Além disso, este material deve suportar tensões mecânicas significativas.
Nos projetos industriais de tais sistemas solares, é usado vidro solar especial. Esse vidro é caracterizado por um baixo teor de ferro, o que proporciona menor perda de calor.
Tanque de armazenamento ou tanque avançado
Como tanque de armazenamento, você pode usar qualquer capacidade com um volume de 20 a 40 litros.Uma série de tanques um pouco menores, conectados por tubos em uma cadeia serial, funcionará. Recomenda-se isolar o tanque de armazenamento, a água aquecida ao sol em um tanque sem isolamento perderá rapidamente energia térmica.
De fato, o líquido refrigerante no sistema de aquecimento solar deve circular sem acúmulo, porque a energia térmica recebida deve ser consumida durante o período de recebimento. O tanque de armazenamento serve como um distribuidor de água aquecida e uma câmara de vala, que mantém a estabilidade da pressão no sistema.
O tanque de armazenamento em sistemas solares funciona como um distribuidor de água e um reservatório que mantém a pressão (+)
Etapas de montagem solar
Após a fabricação do coletor e a preparação de todos os elementos estruturais do sistema, você pode prosseguir para a instalação direta.
Uma das opções para instalar uma bobina a partir de tubos de polipropileno com conexões e T ajudará a montar rapidamente o coletor solar (+)
O trabalho começa com a instalação de uma câmara avançada, que, em regra, é colocada no ponto mais alto possível: no sótão, torre independente, viaduto, etc.
Durante a instalação, deve-se notar que, depois de encher o sistema com líquido de arrefecimento, essa parte da estrutura terá um peso impressionante. Portanto, você deve verificar a confiabilidade da sobreposição ou reforçá-la.
Após a instalação do tanque, continue com a instalação do coletor. Este elemento estrutural do sistema está localizado no lado sul. O ângulo de inclinação em relação ao horizonte deve ser de 35 a 45 graus.
Após a instalação de todos os elementos, eles são amarrados com tubos, conectando-se a um único sistema hidráulico. A estanqueidade do sistema hidráulico é um critério importante do qual depende a operação efetiva do coletor solar.
De acordo com o esquema de montagem do sistema solar para fornecer água a um chuveiro externo, você pode construir uma estrutura para aquecer a água para irrigação ou criar condições confortáveis em noites frias (+)
Para conectar os elementos estruturais em um único sistema hidráulico, são usados tubos com uma polegada e meia polegada de diâmetro. Um diâmetro menor é usado para organizar a parte de pressão do sistema.
Sob a parte de pressão do sistema entende-se a entrada de água na câmara e a retirada do líquido de refrigeração aquecido no sistema de aquecimento e no fornecimento de água quente. O restante é montado usando tubos de diâmetro maior.
Para evitar a perda de energia térmica, os tubos devem ser cuidadosamente isolados. Para esse fim, você pode usar versões de poliestireno, lã de basalto ou folhas de materiais isolantes modernos. O tanque de armazenamento e a câmara de avanço também estão sujeitos ao procedimento de aquecimento.
A opção mais simples e acessível para o isolamento térmico do tanque de armazenamento é a construção de uma caixa em torno dele, de compensado ou placas. O espaço entre a caixa e o recipiente deve ser preenchido com material de isolamento. Pode ser escória, uma mistura de palha com argila, serragem seca, etc.
O helisistema é instalado de forma que os coletores solares estejam localizados no lado mais iluminado da casa ou da parcela (+)
Teste antes do comissionamento
Depois de instalar todos os elementos do sistema e aquecer algumas das estruturas, você pode começar a encher o sistema com líquido de arrefecimento. O enchimento inicial do sistema deve ser feito através do bico localizado na parte inferior do coletor.
Ou seja, o enchimento é realizado de baixo para cima. Graças a essas ações, a provável formação de congestionamentos de ar pode ser evitada.
Água ou outro líquido refrigerante entra na câmara. O processo de enchimento do sistema termina quando a água começa a vazar do tubo de drenagem da câmara.
Usando a válvula de bóia, você pode ajustar o nível ideal de fluido na câmara dianteira.Depois de encher o sistema com líquido de arrefecimento, ele começa a aquecer no coletor.
O processo de aumento da temperatura ocorre mesmo com tempo nublado. O líquido de refrigeração aquecido começa a subir para o topo do tanque de armazenamento. O processo de circulação natural ocorre até que a temperatura do líquido de refrigeração que entra no radiador esteja alinhada com a temperatura do transportador que sai do coletor.
Com o fluxo de água no sistema hidráulico, a válvula de bóia localizada na câmara dianteira será acionada. Assim, um nível constante será mantido. Nesse caso, a água fria que entra no sistema estará localizada na parte inferior do tanque de armazenamento. O processo de mistura de água fria e quente praticamente não ocorre.
No sistema hidráulico, é necessário prever a instalação de válvulas de corte, o que impedirá a circulação reversa do líquido de arrefecimento do coletor para o reservatório. Isso ocorre quando a temperatura ambiente cai abaixo da temperatura do líquido de refrigeração.
Tais válvulas são geralmente usadas à noite e à noite.
A conexão aos locais de consumo de água quente é realizada com misturadores padrão. Torneiras simples convencionais são evitadas. Em dias ensolarados, a temperatura da água pode chegar a 80 ° C - usar essa água diretamente é inconveniente. Assim, as torneiras economizarão significativamente a água quente.
O desempenho desse aquecedor solar de água pode ser aumentado com a adição de seções adicionais do coletor. O design permite montar de duas a um número ilimitado de peças.
O desempenho do sistema solar aumenta com a instalação de mais coletores solares
A base desse coletor solar para aquecimento e fornecimento de água quente é o princípio do efeito estufa e o chamado efeito termossifão. O efeito estufa é usado no design do elemento de aquecimento.
Os raios do sol passam livremente pelo material transparente da parte superior do coletor e são convertidos em energia térmica.
A energia térmica está em um espaço confinado devido à tensão da seção do duto do coletor. O efeito do termossifão é usado no sistema hidráulico quando o refrigerante aquecido sobe, deslocando o refrigerante e forçando-o a se mover para a zona de aquecimento.
Devido ao efeito do termossifão, ocorre uma circulação natural estável e contínua do líquido de refrigeração no sistema
Desempenho do coletor solar
O principal critério que afeta o desempenho dos sistemas solares é a intensidade da radiação solar. A quantidade de incidente de radiação solar potencialmente útil em uma área específica é chamada de insolação.
O valor da insolação em diferentes pontos do globo varia em uma faixa bastante ampla. Para determinar os indicadores médios desse valor, existem tabelas especiais. Eles exibem o valor médio da insolação solar para uma região específica.
Dados sobre insolação solar em uma região específica podem ser obtidos em mapas e tabelas especiais (+)
Além do valor da insolação, a área e o material do trocador de calor também afetam o desempenho do sistema. Outro fator que afeta o desempenho do sistema é a capacidade do tanque de armazenamento. A capacidade ideal do tanque é calculada com base na área dos adsorvedores do coletor.
No caso de um coletor plano, essa é a área total dos tubos que estão na caixa coletora. Esse valor médio é de 75 litros de volume do tanque por m² m² de área do tubo coletor. A capacidade de armazenamento é um tipo de bateria térmica.
Preços de fábrica
A maior parte do custo financeiro da construção desse sistema está na fabricação de colecionadores. Isso não é surpreendente, mesmo em projetos industriais de sistemas solares, cerca de 60% do custo recai sobre esse elemento estrutural. Os custos financeiros dependerão da escolha de um material.
Deve-se notar que esse sistema não é capaz de aquecer a sala; isso só ajudará a economizar em custos, ajudando a aquecer a água no sistema de aquecimento. Dados os custos de energia bastante altos gastos no aquecimento da água, um coletor solar integrado ao sistema de aquecimento reduz significativamente esses custos.
O coletor solar se integra simplesmente ao sistema de aquecimento e fornecimento de água quente (+)
Para sua fabricação, são utilizados materiais bastante simples e acessíveis. Além disso, esse design é completamente não volátil e não requer manutenção técnica. A manutenção do sistema é reduzida à inspeção e limpeza periódicas do vidro do coletor contra contaminação.
Informações adicionais sobre a organização do aquecimento solar na casa são apresentadas neste artigo.
O processo de fabricação de um coletor solar elementar:
Como montar e comissionar o sistema solar:
Naturalmente, um coletor solar não será capaz de competir com modelos industriais. Usando materiais improvisados, é bastante difícil alcançar a alta eficiência que os desenhos industriais possuem. Mas os custos financeiros serão muito menores se comparados à compra de plantas prontas.
No entanto, um sistema de aquecimento solar caseiro aumentará significativamente o nível de conforto e reduzirá o custo de energia gerado pelas fontes tradicionais.
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