Riscaldamento solare di una casa privata: opzioni e schemi dei dispositivi

L'uso di energia "verde" fornita da elementi naturali può ridurre significativamente i costi delle utenze. Ad esempio, dopo aver organizzato il riscaldamento solare di una casa privata, fornirai radiatori a bassa temperatura e sistemi di riscaldamento a pavimento con refrigerante praticamente gratuito. D'accordo, questo è un risparmio.

Imparerai tutto sulle "tecnologie verdi" dal nostro articolo. Con il nostro aiuto, puoi facilmente capire le varietà di installazioni solari, come organizzarle e le specifiche di funzionamento. Sicuramente sarai interessato a una delle opzioni popolari che stanno lavorando intensamente nel mondo, ma non troppo popolari con noi finora.

Nella recensione presentata alla tua attenzione, vengono analizzate le caratteristiche di progettazione dei sistemi, gli schemi di connessione sono descritti in dettaglio. Viene fornito un esempio di calcolo di un circuito di riscaldamento solare per valutare la realtà della sua costruzione. Per aiutare i maestri indipendenti, sono allegate raccolte di foto e video.

Tecnologie di calore verde

1 m in media² La superficie della terra riceve 161 watt di energia solare all'ora. Naturalmente, all'equatore, questa cifra sarà molte volte più alta che nell'Artico. Inoltre, la densità della radiazione solare dipende dal periodo dell'anno.

Nella regione di Mosca, l'intensità della radiazione solare tra dicembre e gennaio differisce da maggio a luglio di oltre cinque volte. Tuttavia, i sistemi moderni sono così efficaci da poter funzionare quasi ovunque sulla terra.

I moderni sistemi solari sono in grado di funzionare efficacemente con tempo nuvoloso e freddo fino a -30 ° C

Compito d'uso energia di radiazione solare con la massima efficienza si risolve in due modi: riscaldamento diretto in collettori termici e batterie solari fotovoltaiche.I pannelli solari prima convertono l'energia dei raggi del sole in elettricità, quindi la trasmettono attraverso un sistema speciale ai consumatori, come una caldaia elettrica.

I collettori di calore, riscaldati dall'azione della luce solare, riscaldano il liquido di raffreddamento dei sistemi di riscaldamento e della fornitura di acqua calda.

I collettori termici sono disponibili in diverse forme, tra cui sistemi aperti e chiusi, strutture piatte e sferiche, collettori emisferici, concentratori e molte altre opzioni. L'energia termica ricevuta dai collettori solari viene utilizzata per riscaldare l'acqua calda o un mezzo di riscaldamento.

Una vasta gamma di settori produce molteplici sistemi per l'inclusione in una rete di riscaldamento indipendente. Tuttavia, l'opzione più semplice per una residenza estiva è facile da fare con la tua:

Nonostante i chiari progressi nello sviluppo di soluzioni per la raccolta, lo stoccaggio e l'uso dell'energia solare, ci sono vantaggi e svantaggi.

Uso efficiente dell'energia solare

Il vantaggio più evidente dell'utilizzo dell'energia solare è la sua disponibilità generale. In effetti, anche nel tempo più cupo e nuvoloso, l'energia solare può essere raccolta e utilizzata.

Il secondo vantaggio è zero emissioni. In realtà, questa è la forma di energia più rispettosa dell'ambiente e naturale. Pannelli solari e i collezionisti non fanno rumore. Nella maggior parte dei casi, sono installati sui tetti degli edifici senza occupare l'area utilizzabile di una zona suburbana.

L'efficienza del riscaldamento solare alle nostre latitudini è piuttosto bassa, a causa dell'insufficiente numero di giorni di sole per il normale funzionamento del sistema (+)

Gli svantaggi associati all'uso dell'energia solare sono l'incostanza dell'illuminazione. Al buio, non c'è nulla da raccogliere, la situazione è aggravata dal fatto che il picco della stagione di riscaldamento cade nelle ore di luce più brevi dell'anno. È necessario monitorare la pulizia ottica dei pannelli, un lieve inquinamento riduce drasticamente l'efficienza.

Inoltre, non si può dire che il funzionamento del sistema a energia solare sia completamente gratuito, ci sono costi costanti per l'ammortamento delle apparecchiature, il funzionamento della pompa di circolazione e l'elettronica di controllo.

Uno svantaggio significativo del riscaldamento basato sull'uso dei collettori solari è l'incapacità di accumulare energia termica. Nel circuito è incluso solo il vaso di espansione (+)

Collettori solari aperti

Un collettore solare aperto è un sistema di tubi non protetto da influenze esterne, attraverso il quale circola un vettore di calore riscaldato direttamente dal sole.

Acqua, gas, aria, antigelo sono usati come vettore di calore. I tubi sono montati su un pannello di supporto sotto forma di una bobina o sono collegati in file parallele al tubo di uscita.

I collettori solari di tipo aperto non sono in grado di far fronte al riscaldamento di una casa privata. A causa della mancanza di isolamento, il liquido di raffreddamento si raffredda rapidamente. Sono utilizzati in estate principalmente per il riscaldamento dell'acqua in docce o piscine

I collettori aperti di solito non hanno isolamento. Il design è molto semplice, quindi ha un basso costo ed è spesso realizzato in modo indipendente.

A causa della mancanza di isolamento, praticamente non preservano l'energia ricevuta dal sole e sono caratterizzati da una bassa efficienza. Sono utilizzati principalmente in estate per riscaldare l'acqua nelle piscine o nelle docce estive.

Sono installati in regioni soleggiate e calde, con piccole differenze di temperatura ambiente e acqua riscaldata. Funzionano bene solo con tempo soleggiato e calmo.

Il più semplice collettore solare con un dissipatore di calore costituito da una baia di tubi polimerici garantirà la fornitura di acqua riscaldata nel cottage per l'irrigazione e le esigenze domestiche

Collettori tubolari

I collettori solari tubolari sono assemblati da tubi separati lungo i quali scorre acqua, gas o vapore. Questa è una delle varietà di eliosistemi aperti. Tuttavia, il liquido di raffreddamento è già molto meglio protetto dai negativi esterni. Soprattutto nelle installazioni sotto vuoto, disposte secondo il principio dei thermos.

Ogni tubo è collegato al sistema separatamente, parallelamente tra loro. Se una provetta non funziona, è facile sostituirla con una nuova. L'intera struttura può essere montata direttamente sul tetto dell'edificio, il che facilita notevolmente l'installazione.

Il collettore tubolare ha una struttura modulare. L'elemento principale è un tubo a vuoto, il numero di tubi varia da 18 a 30, il che consente di selezionare con precisione la potenza del sistema

Un grande vantaggio dei collettori solari tubolari è la forma cilindrica degli elementi principali, grazie alla quale la radiazione solare viene catturata tutto il giorno senza l'uso di costosi sistemi di localizzazione per il movimento del sole.

Uno speciale rivestimento multistrato crea una sorta di trappola ottica per la luce solare. Il diagramma mostra parzialmente la parete esterna della lampadina a vuoto che riflette i raggi sulle pareti della lampadina interna (+)

Secondo il design dei tubi, si distinguono collettori solari coassiali e di piume.

Il tubo coassiale è una nave Dyayur o un thermos familiare. Composto da due matracci tra i quali viene espulsa l'aria. Un rivestimento altamente selettivo che assorbe efficacemente l'energia solare viene applicato sulla superficie interna del bulbo interno.

Con la forma cilindrica del tubo, i raggi del sole cadono sempre perpendicolarmente alla superficie

L'energia termica dallo strato selettivo interno viene trasferita a un tubo di calore o scambiatore di calore interno da piastre di alluminio. In questa fase, si verifica una perdita di calore indesiderata.

Il tubo piuma è un cilindro di vetro con un assorbitore di piume inserito all'interno.

Il sistema ha preso il nome da un assorbitore di piume, che avvolge strettamente un canale di calore in metallo termoconduttore

Per un buon isolamento termico, l'aria viene pompata dal tubo. Il trasferimento di calore dall'assorbitore avviene senza perdite, quindi l'efficienza dei tubi a spirale è maggiore.

Secondo il metodo di trasferimento del calore, ci sono due sistemi: una volta passanti e con un tubo di calore. Il termotubo è un contenitore sigillato con un liquido volatile.

Poiché il liquido volatile fluisce naturalmente sul fondo della tubazione del calore, l'angolo minimo di inclinazione è di 20 ° C

All'interno del termotubo è presente un liquido volatile che assorbe il calore dalla parete interna del pallone o dall'assorbitore di piume. Sotto l'influenza della temperatura, il liquido bolle e sale sotto forma di vapore. Dopo che il calore viene trasferito al mezzo di riscaldamento o alla fornitura di acqua calda, il vapore si condensa in un liquido e scorre verso il basso.

Come liquido volatile, l'acqua viene spesso utilizzata a bassa pressione. In un sistema a flusso diretto, viene utilizzato un tubo a forma di U, attraverso il quale circola acqua o mezzo di riscaldamento.

La metà del tubo a forma di U è progettata per il refrigerante freddo, la seconda rimuove quella riscaldata. Quando riscaldato, il liquido di raffreddamento si espande ed entra nel serbatoio di stoccaggio, fornendo una circolazione naturale. Come nel caso dei sistemi con termotubo, l'angolo minimo di inclinazione dovrebbe essere di almeno 20 °.

Con la connessione a flusso diretto, la pressione nel sistema non può essere elevata, poiché all'interno del pallone c'è un vuoto tecnico

I sistemi a flusso diretto sono più efficienti poiché riscaldano immediatamente il liquido di raffreddamento. Se i sistemi di collettori solari sono programmati per l'uso tutto l'anno, vengono pompati antigelo speciali.

L'uso di collettori solari tubolari presenta numerosi vantaggi e svantaggi. Il design del collettore solare tubolare è costituito dagli stessi elementi, che sono relativamente facili da sostituire.

vantaggi:

• bassa perdita di calore;
• capacità di lavorare a temperature fino a -30⁰С;
• produttività effettiva durante le ore diurne;
• buone prestazioni in zone con clima temperato e freddo;
• bassa avvolgenza, giustificata dalla capacità dei sistemi tubolari di attraversare le masse d'aria attraverso se stesso;
• la possibilità di produrre refrigerante ad alta temperatura.

Strutturalmente, la struttura tubolare ha una superficie di apertura limitata.

Presenta i seguenti svantaggi:

• non in grado di autopulirsi da neve, ghiaccio, brina;
• alto costo.

Nonostante il costo inizialmente elevato, i collettori tubolari pagano più velocemente. Hanno una lunga durata.

I collettori tubolari sono sistemi solari di tipo aperto, pertanto non sono adatti per l'uso tutto l'anno nei sistemi di riscaldamento (+)

Sistemi chiusi piatti

Il collettore piatto è costituito da un telaio in alluminio, uno speciale strato assorbente: un assorbitore, un rivestimento trasparente, una tubazione e un riscaldatore.

Come assorbitore, viene utilizzato il foglio di rame annerito, che è caratterizzato da conducibilità termica ideale per la creazione di sistemi solari. Quando l'energia solare viene assorbita dall'assorbitore, l'energia solare ricevuta da essa viene trasferita al liquido di raffreddamento che circola attraverso il sistema di tubi adiacente all'assorbitore.

All'esterno, il pannello chiuso è protetto da un rivestimento trasparente. È realizzato in vetro temperato antiurto con una banda passante di 0,4-1,8 micron. Questa gamma rappresenta la massima radiazione solare. Il vetro antiurto offre una buona protezione contro la grandine. Sul retro, l'intero pannello è isolato in modo affidabile.

I collettori solari piatti offrono le massime prestazioni e una costruzione semplice. La loro efficienza è aumentata grazie all'uso di un assorbitore. Sono in grado di catturare la luce solare diffusa e diretta.

L'elenco dei vantaggi dei pannelli piatti chiusi comprende:

• semplicità del design;
• buone prestazioni in regioni con clima caldo;
• la possibilità di installare a qualsiasi angolo con dispositivi per modificare l'angolo di inclinazione;
• la capacità di autopulizia da neve e brina;
• prezzo basso.

I collettori solari piatti sono particolarmente vantaggiosi se la loro applicazione è pianificata in fase di progettazione. La durata dei prodotti di qualità è di 50 anni.

Gli svantaggi includono:

• alta perdita di calore;
• peso pesante;
• forte avvolgimento quando si posizionano i pannelli in un angolo rispetto all'orizzonte;
• limiti di prestazione con differenze di temperatura superiori a 40 ° C.

La portata dei collettori chiusi è molto più ampia delle installazioni solari di tipo aperto. In estate, sono in grado di soddisfare pienamente la necessità di acqua calda. Nei giorni freddi, non inclusi dai servizi pubblici durante la stagione di riscaldamento, possono funzionare al posto di stufe a gas ed elettriche.

A chi lo desidera fare un collettore solare con le tue mani per un dispositivo di riscaldamento nel paese, ti suggeriamo di familiarizzare con schemi comprovati e istruzioni di montaggio passo-passo.

Confronto delle caratteristiche dei collettori solari

L'indicatore più importante di un collettore solare è l'efficienza. Le prestazioni utili dei diversi collettori solari di design dipendono dalla differenza di temperatura. Allo stesso tempo, i collettori piani sono molto più economici di quelli tubolari.

I valori di efficienza dipendono dalla qualità di fabbricazione del collettore solare. Lo scopo del grafico è mostrare l'efficacia dell'utilizzo di sistemi diversi a seconda della differenza di temperatura.

Quando si sceglie un collettore solare, vale la pena prestare attenzione a una serie di parametri che mostrano l'efficienza e la potenza del dispositivo.

Esistono diverse caratteristiche importanti per i collettori solari:

• coefficiente di adsorbimento - mostra il rapporto tra energia assorbita e totale;
• fattore di emissione - mostra il rapporto tra energia trasmessa e assorbita;
• area totale e di apertura;
• Efficienza.

L'area di apertura è l'area di lavoro del collettore solare. In un collettore piatto, l'area di apertura è massima. L'area di apertura è uguale all'area dell'assorbitore.

Modi per collegarsi al sistema di riscaldamento

Poiché i dispositivi ad energia solare non sono in grado di fornire un'alimentazione stabile e 24 ore su 24, è necessario un sistema resistente a tali carenze.

Per la Russia centrale, i dispositivi solari non possono garantire un costante approvvigionamento di energia, quindi vengono utilizzati come sistema aggiuntivo. L'integrazione nel sistema esistente di riscaldamento e acqua calda è diversa per il collettore solare e il pannello solare.

Circuito collettore d'acqua

Vengono utilizzati diversi sistemi di connessione in base allo scopo di utilizzare il collettore di calore. Ci possono essere diverse opzioni:

1. Opzione estiva per acqua calda
2. Opzione invernale per riscaldamento e acqua calda

L'opzione estiva è la più semplice e può fare a meno anche pompa di circolazioneutilizzando la circolazione naturale dell'acqua.

L'acqua viene riscaldata nel collettore solare e, a causa dell'espansione termica, entra nel serbatoio o nella caldaia. In questo caso, si verifica una circolazione naturale: l'acqua fredda viene aspirata nel posto dell'acqua calda dal serbatoio.

In inverno, a basse temperature, non è possibile il riscaldamento diretto dell'acqua. Uno speciale antigelo circola in un circuito chiuso, fornendo il trasferimento di calore dal collettore allo scambiatore di calore nel serbatoio

Come qualsiasi sistema basato sulla circolazione naturale, non funziona in modo molto efficiente, richiedendo l'osservanza dei pregiudizi necessari. Inoltre, il serbatoio di stoccaggio deve essere più alto del collettore solare. Per mantenere l'acqua il più a lungo possibile, la vasca calda deve essere accuratamente isolata.

Se si desidera davvero ottenere il funzionamento più efficiente del collettore solare, lo schema di connessione è complicato.

Per evitare che il collettore si trasformi in un radiatore di raffreddamento durante la notte, è necessario arrestare forzatamente la circolazione dell'acqua

Il refrigerante senza congelamento circola attraverso il sistema di collettori solari. La circolazione forzata è fornita da una pompa controllata da un controller.

Il controller controlla il funzionamento della pompa di circolazione in base alle letture di almeno due sensori di temperatura. Il primo sensore misura la temperatura nel serbatoio di accumulo, il secondo - sul tubo di alimentazione del portatore di calore caldo del collettore solare.

Non appena la temperatura nel serbatoio supera la temperatura del refrigerante, nel collettore, il controller spegne la pompa di circolazione, arrestando la circolazione del refrigerante attraverso il sistema. A sua volta, quando la temperatura nel bollitore scende al di sotto di un valore prestabilito, la caldaia di riscaldamento viene accesa.

Con una nuova parola e un'efficace alternativa ai collettori solari con un refrigerante, sistemi in acciaio con tubi a vuoto, con il principio di funzionamento e i dispositivi di cui proponiamo di fare conoscenza.

Circuito solare

Sarebbe allettante applicare un simile schema di collegamento solare alla rete elettrica, come nel caso del collettore solare, accumulando l'energia ricevuta al giorno. Sfortunatamente, è molto costoso creare un pacco batteria di capacità sufficiente per il sistema di alimentazione di una casa privata. Pertanto, lo schema di collegamento è il seguente.

Con una diminuzione della potenza della corrente elettrica dalla batteria solare, l'unità ABP (inclusione automatica della riserva) garantisce il collegamento dei consumatori a una rete elettrica comune

Dai pannelli solari, la carica va al controller di carica, che svolge diverse funzioni: fornisce una ricarica costante delle batterie e stabilizza la tensione. Inoltre, la corrente elettrica viene fornita all'inverter, dove la conversione della corrente continua 12V o 24V in corrente alternata monofase 220V.

Purtroppo, le nostre reti elettriche non sono adattate per ricevere energia; possono funzionare solo in una direzione da una fonte a un consumatore. Per questo motivo, non sarà possibile vendere l'elettricità prodotta o almeno far girare il contatore nella direzione opposta.

L'uso dei pannelli solari è vantaggioso in quanto forniscono una forma più versatile di energia, ma allo stesso tempo non possono essere confrontati in termini di efficienza con i collettori solari. Tuttavia, questi ultimi non hanno la capacità di accumulare energia, a differenza delle batterie solari fotovoltaiche.

Esempio per il calcolo della potenza richiesta

Nel calcolare la potenza richiesta del collettore solare, è spesso errato fare calcoli basati sull'energia solare in entrata nei mesi più freddi dell'anno.

Il fatto è che nei restanti mesi dell'anno l'intero sistema si surriscalda costantemente. La temperatura del liquido di raffreddamento in estate all'uscita del collettore solare può raggiungere i 200 ° C con riscaldamento di vapore o gas, 120 ° C di antigelo, 150 ° C di acqua. Se il liquido refrigerante bolle, evaporerà parzialmente. Di conseguenza, dovrà essere sostituito.

I produttori raccomandano di partire dalle seguenti figure:

• fornitura di acqua calda non più del 70%;
• fornendo un sistema di riscaldamento non superiore al 30%.

Il resto del calore necessario dovrebbe essere generato da apparecchiature di riscaldamento standard. Tuttavia, con tali indicatori all'anno, si risparmia in media circa il 40% sul riscaldamento e sulla fornitura di acqua calda.

La potenza generata da un tubo del sistema del vuoto dipende dalla posizione geografica. Il tasso di energia solare che cade ogni anno a 1 m² la terra si chiama insolazione.

Conoscendo la lunghezza e il diametro del tubo, è possibile calcolare l'apertura - l'area di assorbimento effettiva. Resta da applicare i fattori di assorbimento ed emissione per calcolare la capacità di un tubo all'anno.

Esempio di calcolo:

La lunghezza standard del tubo è 1800 mm, effettiva - 1600 mm. Diametro 58 mm. Apertura: un'area ombreggiata creata dal tubo. Pertanto, l'area del rettangolo di ombra è:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

L'efficienza del tubo medio è dell'80%, l'insolazione solare per Mosca è di circa 1170 kWh / m² all'anno Pertanto, un tubo produrrà all'anno:

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

Va notato che questa è una stima molto approssimativa. La quantità di energia generata dipende dall'orientamento dell'impianto, dall'angolo, dalla temperatura media annuale, ecc.

Con tutti i tipi fonti di energia alternativa e modi per usarli puoi trovare nell'articolo.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video n. 1. Dimostrazione dell'azione del collettore solare in inverno:

Video n. 2. Confronto tra diversi modelli di collettori solari:

Durante la sua stessa esistenza, l'umanità viene consumata sempre più energia ogni anno. I tentativi di utilizzare la radiazione solare libera sono stati fatti per molto tempo, ma solo recentemente è diventato possibile utilizzare efficacemente il sole alle nostre latitudini. Non c'è dubbio che il futuro risieda nei sistemi solari.

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