Usar energia solar gratuita é uma boa maneira de economizar combustível e eletricidade gastos no aquecimento de uma casa particular. O uso maciço de sistemas solares é dificultado pelo alto preço dos receptores de calor e equipamentos relacionados - um tanque de armazenamento, uma bomba de circulação, uma unidade de controle eletrônico e outros acessórios. A única maneira de reduzir custos é criar um coletor solar com suas próprias mãos a partir de materiais baratos e montar um esquema de amarração padrão.
O princípio de operação de aquecedores solares
Antes de embarcar na fabricação de um sistema solar caseiro, vale a pena explorar o dispositivo de coletores solares fabricados em fábrica - ar e água. Os primeiros são usados para aquecimento direto das instalações, os últimos são usados como aquecedores de água ou refrigerante não congelante - anticongelante.
Referência. As instalações aéreas não são muito populares devido à funcionalidade limitada. Os aquecedores solares de água são mais procurados porque podem fornecer aquecimento, água quente e elevar a temperatura nas piscinas externas.
O principal elemento do sistema solar é o próprio coletor solar, oferecido em 3 versões:
- Aquecedor de água plano. É uma caixa selada, isolada por baixo. No interior, há um dissipador de calor (absorvedor) feito de uma folha de metal na qual uma bobina de cobre é fixada. A parte superior é coberta com vidro durável.
- O design do coletor do aquecedor de ar é semelhante à versão anterior, apenas o ar circulado pelo ventilador circula pelos tubos em vez do líquido de refrigeração.
- O dispositivo do coletor de vácuo tubular é fundamentalmente diferente dos modelos planos. O aparelho consiste em frascos de vidro duráveis, onde são colocados tubos de cobre. Suas extremidades estão conectadas a duas rodovias - suprimento e retorno, o ar dos frascos é bombeado para fora.
Adição. Há outro tipo de aquecedor de água a vácuo, em que os frascos de vidro são hermeticamente fechados e preenchidos com uma substância especial que evapora a baixa temperatura. Durante a evaporação, o gás absorve uma grande quantidade de calor transferido para a água. No processo de transferência de calor, a substância condensa novamente e flui para o fundo do balão, conforme mostrado na figura.
Os tipos listados de coletores usam o princípio de transferência direta do calor da radiação solar (caso contrário - insolação) para o líquido ou ar que flui. O aquecedor de água plano funciona assim:
- Água ou anticongelante se move através de um trocador de calor de cobre a uma velocidade de 0,3-0,8 m / s, bombeada por uma bomba de circulação (embora existam modelos de gravidade para chuveiros externos).
- Os raios do sol aquecem a folha absorvente e o tubo da bobina firmemente conectado a ela. A temperatura do fluido de arrefecimento sobe de 15 a 80 graus, dependendo da estação, hora do dia e clima da rua.
- Para eliminar a perda de calor, as superfícies inferior e lateral do corpo são isoladas com espuma de poliuretano ou espuma de poliestireno extrudido.
- O vidro superior transparente possui 3 funções: protege o revestimento seletivo do absorvedor, evita que o vento sopre a bobina e cria uma lacuna de ar selada que retém o calor.
- O transportador de calor quente entra no trocador de calor do tanque de armazenamento - tanque tampão ou caldeira de aquecimento indireto.
Como a temperatura da água no circuito do aparelho flutua com a mudança das estações e dos dias, o coletor solar não pode ser usado para aquecimento e água quente diretamente. A energia recebida do sol é transferida para o principal transportador de calor através da bobina do tanque - a bateria (caldeira).
Uma exceção - instalações solares para piscinas, aquecendo a água do tanque diretamente ou através de um simples trocador de calor.
A eficiência do aparelho tubular é aumentada pelo vácuo e uma parede refletora interna em cada frasco. Os raios do sol passam livremente pela camada sem ar e aquecem o tubo de cobre com anticongelante, mas o calor não consegue superar o vácuo e sair para fora, de modo que as perdas são mínimas. Outra parte da radiação entra no refletor e se concentra na linha de água. Segundo os fabricantes, a eficiência da instalação chega a 80%.
Nós fazemos um coletor de água
Um aquecedor de água a vácuo não pode ser fabricado em casa por razões óbvias. Portanto, adotamos um design plano com um trocador de calor e um absorvedor coletando luz solar. Idealmente, você precisa calcular a área do receptor e a temperatura da água de saída, que depende de muitos fatores:
- região de residência e nível de insolação;
- temperatura ambiente, especialmente no inverno;
- a área da superfície de troca de calor que percebe a exposição ao sol;
- bobina de material e revestimento;
- temperatura do refrigerante de entrada;
- o ângulo do painel em relação ao sol;
- vazão de água através dos tubos do trocador de calor.
Na Internet, não é difícil encontrar cálculos do desempenho do coletor solar, mas alertamos você - os cálculos são muito imprecisos.
Exemplo. O fato é tomado como base: em um dia claro, 500 a 800 W de energia solar atingem 1 m² de superfície. Além disso, usando a fórmula escolar m = Q / 1.163 x Δt, determinamos a massa de água aquecida a 40 ° C por um trocador de calor de 1 m²: 500 / 1.163 x 40 = 10,7 litros por hora. Com uma insolação de 800 W / m², 17,2 l / h pode ser aquecido. Mas o diabo está nos detalhes: o valor inicial de 0,5-0,8 kW por metro quadrado é um valor muito aproximado.
Oferecemos uma abordagem simplificada para o problema descrito nas instruções passo a passo:
- Determine o local e a área que você está pronto para fornecer ao coletor.
- Com base nos preços dos materiais, selecione a opção apropriada para montar a bobina e o alojamento.
- Faça um protótipo, conecte ao aquecimento ou ao suprimento de água de acordo com o esquema correto. Mostraremos os métodos de ligação nas seções a seguir deste artigo.
- Teste o circuito de aquecimento em casa e tire outras conclusões sobre como aumentar / diminuir a potência, alterar o design e assim por diante.
Agora, passaremos por cada estágio separadamente, focando nas armadilhas.
Colocação de uma instalação térmica
Na verdade, existem apenas duas opções para a localização do coletor caseiro: no telhado do edifício ou na área aberta da área da casa. Ao escolher um local, siga regras simples:
- O local deve estar iluminado o máximo possível durante o dia, não ofuscado por árvores e outros anexos.
- Quando instalado no telhado, é selecionada uma inclinação mais suave, onde a radiação solar sempre recebe. É claro que a parte íngreme do telhado quebrado da mansarda não funcionará.
- Não faça instalações de água quente destinadas a aquecimento ou fornecimento de água quente longe de sua casa. O comprimento da tubulação de suprimento, a perda de calor e os custos de instalação aumentarão.
- Oriente o coletor de solo para que o sol, movendo-se visualmente de leste a oeste, ilumine constantemente o dissipador de calor. O ângulo de instalação do painel é de 60 ± 15 °.
Nota. A eficiência do elemento de aquecimento pode ser aumentada com a ajuda de um concentrador solar parabólico que coleta raios em um único feixe, que é enviado ao absorvedor. Os métodos de construção e montagem do espelho côncavo são mostrados no vídeo.
As plantas solares, projetadas para aquecer a água em um banho de verão, estão localizadas no telhado deste edifício e são conectadas por gravidade. Os dispositivos para aquecimento de piscinas estão localizados ao lado da tigela do tanque.
Seleção de material
Fizemos uma seleção de acessórios para a fabricação de aquecedores solares de água com base nas análises e tópicos discutidos no popular fórum Forumhouse. Portanto, a caixa retangular do receptor geralmente é feita de vigas de madeira ou molduras prontas de janelas antigas. A parede traseira da caixa é isolada com lã de basalto, espuma de poliestireno ou espuma de poliestireno extrudido.
Gorjeta. O fundo da caixa pode ser feito de isolamento de polímero de alumínio. A camada de metal servirá como um absorvedor - você não precisa colocar uma folha adicional.
Os artesãos domésticos produzem trocadores de calor a partir de uma variedade de tubos:
- polietileno preto (HDPE);
- aço inoxidável corrugado;
- cobre e alumínio;
- polipropileno e metal plástico;
- polietileno reticulado;
- radiadores de painel de aço.
Do ponto de vista da eficiência e durabilidade, é melhor usar tubos de alumínio, cobre e aço inoxidável com a melhor condutividade térmica. A falta de material é o alto preço.
Tubos de plástico são muito mais baratos que os de metal e mais fáceis de instalar. Porém, ao usar polímeros, várias nuances devem ser levadas em consideração:
- qualquer plástico deteriora-se gradualmente sob a influência da radiação ultravioleta;
- as paredes dos tubos PPR são muito grossas, conduzem mal o calor;
- o plástico de alta qualidade é muito caro para nossos propósitos, e o barato estratifica-se frequentemente nas curvas e cai rapidamente ao sol;
- Quando o polietileno reticulado "lembra" a curva inicial na baia, é conveniente fazer uma bobina anular e o endireitamento não é fácil;
- Tubos de HDPE, você precisa comprar uma série de alimentos (com uma faixa azul), é melhor protegida da radiação ultravioleta.
Referência. A versão mais simples de um trocador de calor de piscina é uma mangueira de jardim preta colocada com um "caracol". O ponto negativo do material é o rompimento da borracha devido à exposição prolongada ao sol.
Os tubos de parede fina de HDPE são uma excelente escolha em termos de relação preço / qualidade. A superfície preta absorve bem o calor solar, os acessórios de conexão são baratos. A tubulação é conectada ao absorvedor com braçadeiras de plástico ou uma tira de estanho nos parafusos.
Como folha absorvente, pode ser usado preto comum ou aço inoxidável pintado de preto. A opção ideal é folha de alumínio ou cobre.
A parte superior da caixa é fechada com os seguintes materiais transparentes para você escolher:
- vidro comum ou reforçado;
- filme plástico transparente;
- policarbonato celular fino.
Gorjeta. Não use janelas de vidro duplo prontas de janelas de plástico como um elemento translúcido. No inverno, com uma grande diferença de temperatura entre o ar da rua e a câmara coletora fechada, a embalagem de duas camadas não resiste e rachaduras.
Recomendações de montagem
O processo de fabricação de um coletor solar é tão óbvio que não faz sentido pintar instruções passo a passo. A tarefa é criar a câmara mais hermética instalando um trocador de calor em um absorvedor de metal no interior. Apenas daremos alguns conselhos para protegê-lo contra erros:
- Os tubos do trocador de calor podem ser colocados longitudinalmente ou com uma espiral (caracol). Faça a distância entre as linhas adjacentes (curvas) pequena - de 1 a 4 cm.
- A estanquidade ao ar da caixa é obtida através da lubrificação das juntas com selante de silicone ou da colocação de vedações de borracha.
- Os tubos são fixados à base de qualquer maneira conveniente - com braçadeiras de plástico, uma tira de metal ou simplesmente fixadas nas laterais com parafusos autoatarraxantes.
- Toda a cavidade interna é pintada com esmalte preto resistente ao calor (vendido em latas de aerossol).
- A espessura da camada isolante na parte traseira do aquecedor de água é de pelo menos 50 mm.
- É mais fácil colocar um filme transparente em cima - esta é a melhor opção para um protótipo. Posteriormente, não é difícil substituir o vidro.
Outra recomendação. As peças de madeira devem ser tratadas com um anti-séptico.Cubra a armação soldada a partir de perfis de aço com uma cartilha e 2 camadas de tinta leve.
Após a montagem do painel do dissipador de calor, encha a bobina com água e verifique se há vazamentos. Em seguida, teste o coletor solar - conecte a saída ao tanque, instale o painel ao sol e meça periodicamente a temperatura da água, levando em consideração o tempo de aquecimento. Com base em indicadores reais, é fácil determinar o desempenho de um aquecedor de água.
Diagrama de fiação
Um coletor projetado para aquecer a água no chuveiro é conectado a um tanque de armazenamento por fluxo de gravidade. Uma condição importante: a instalação solar deve estar localizada abaixo do tanque principal, para que a água quente de menor densidade suba pelo cano e desloque o frio. O design desse sistema é mostrado no desenho.
Quando conectado a uma caldeira ou acumulador de calor, o coletor solar atua como uma fonte de calor completa. Os fabricantes de sistemas solares sugerem o uso de um esquema de pressão de dois tubos, que inclui os elementos de ligação necessários:
- bomba de circulação desenvolvendo uma pressão de 0,4 bar;
- tipo de membrana do tanque de expansão;
- ventilação de ar automática;
- válvula de segurança, projetada para operar a uma pressão de 2 bar;
- Medidor de pressão;
- termômetro;
- válvulas de corte; válvula de maquiagem;
- controlador com dois sensores de temperatura;
- isolamento térmico para oleodutos.
Um ponto importante. Se uma bateria de vários coletores estiver conectada ao tanque de buffer, a capacidade da bomba e o volume do tanque de expansão deverão ser aumentados. A capacidade mínima do tanque de membrana é 10% da quantidade total de líquido de refrigeração no circuito.
O esquema funciona assim:
- O dissipador de calor liga-se à bobina inferior do tanque tampão, onde a água é mais fria.
- O controlador por meio de sensores compara a temperatura da água (anticongelante) no tubo de suprimento e no acumulador de calor.
- A unidade eletrônica para a bomba quando a temperatura da água no tanque é igual ou superior à temperatura do fluxo.
- O ar que entra no circuito é descarregado através de uma válvula automática instalada na parte superior do sistema.
- Em caso de superaquecimento do líquido de refrigeração devido à parada da bomba (é impossível desligar o sol), a válvula de segurança funcionará e aliviará o excesso de pressão.
O elemento de circuito mais caro é uma unidade de controle eletrônico. Como posso fazer sem um controlador:
- compre no Aliexpress um termostato mais barato, acionado por uma diferença de temperatura;
- defina um cronômetro diurno e um termostato mecânico para desligar a bomba quando o tanque estiver no calor máximo
Como funciona a unidade de controle chinesa barata (preço - US $ 15), veja a análise em vídeo:
Aquecimento solar
A instalação do aquecimento do ar é feita de maneira semelhante, apenas o trocador de calor é feito de tubos de maior diâmetro e o ventilador é fornecido pelo ventilador. O receptor de radiação é fabricado por artesãos dos seguintes materiais:
- corrugação de alumínio para ventilação;
- garrafas de plástico inseridas uma na outra;
- latas de cerveja esculpidas.
Na caixa, são feitos 2 furos para tubos de ar, uma malha fina é colocada no interior, eliminando a entrada de insetos. O ventilador - um refrigerador do computador - é instalado em uma das aberturas, a parte de troca de calor é pintada de preto. Os tubos de alimentação são isolados e colocados em uma sala aquecida. O algoritmo de montagem do coletor de ar é mostrado no vídeo:
Conclusão
A atratividade dos coletores solares se deve ao aumento dos preços da energia. Embora o desempenho dos aquecedores de água diminua no inverno, o calor solar proporciona uma economia significativa no consumo de combustível pela principal fonte - a caldeira. Se você deseja aquecer sua casa de campo o máximo possível com energia solar gratuita, recomendamos que você preste atenção às instalações com concentradores de espelho.Esses dispositivos extremamente eficazes são amplamente utilizados na Europa e na América.