El uso de energía solar gratuita es una buena manera de ahorrar combustible y electricidad gastados en la calefacción de una casa privada. El uso masivo de los sistemas solares se ve obstaculizado por el alto precio de los receptores de calor y equipos relacionados: un tanque de almacenamiento, una bomba de circulación, una unidad de control electrónico y otros accesorios. La única manera de reducir los costos es hacer un colector solar con sus propias manos de materiales económicos y armar un esquema de flejado estándar.
El principio de funcionamiento de los calentadores solares.
Antes de embarcarse en la fabricación de un sistema solar casero, vale la pena explorar el dispositivo de los colectores solares fabricados en fábrica: aire y agua. Los primeros se utilizan para el calentamiento directo de locales, los segundos se utilizan como calentadores de agua o anticongelante sin congelación.
Referencia. Las instalaciones aéreas no son muy populares debido a la funcionalidad limitada. Los calentadores de agua solares tienen más demanda, ya que pueden proporcionar calefacción, agua caliente y elevar la temperatura en piscinas al aire libre.
El elemento principal del sistema solar es el colector solar en sí, que se ofrece en 3 versiones:
- Calentador de agua plano. Es una caja sellada, aislada desde abajo. Dentro hay un disipador de calor (absorbedor) hecho de una lámina de metal sobre la cual se fija una bobina de cobre. La parte superior está cubierta con vidrio duradero.
- El diseño del múltiple del calentador de aire es similar a la versión anterior, solo el aire circulado por el ventilador circula a través de los tubos en lugar del refrigerante.
- El dispositivo del colector de vacío tubular es fundamentalmente diferente de los modelos planos. El aparato consta de matraces de vidrio duraderos donde se colocan tubos de cobre. Sus extremos están conectados a 2 autopistas: suministro y retorno, se bombea aire de los matraces.
Adición. Hay otro tipo de calentadores de agua al vacío, donde los matraces de vidrio están bien cerrados y llenos de una sustancia especial que se evapora a baja temperatura. Durante la evaporación, el gas absorbe una gran cantidad de calor transferido al agua. En el proceso de transferencia de calor, la sustancia se condensa nuevamente y fluye hacia el fondo del matraz, como se muestra en la imagen.
Los tipos de colectores enumerados utilizan el principio de transferencia directa del calor de la radiación solar (de lo contrario, insolación) al líquido o aire que fluye. El calentador de agua plano funciona así:
- El agua o el anticongelante se mueven a través de un intercambiador de calor de cobre a una velocidad de 0.3-0.8 m / s, bombeado por una bomba de circulación (aunque existen modelos de gravedad para duchas al aire libre).
- Los rayos del sol calientan la lámina absorbente y la tubería de la bobina firmemente conectada a ella. La temperatura del refrigerante que fluye aumenta entre 15 y 80 grados, según la estación, la hora del día y el clima de la calle.
- Para eliminar la pérdida de calor, las superficies inferior y lateral del cuerpo están aisladas con espuma de poliuretano o espuma de poliestireno extruido.
- El vidrio superior transparente tiene 3 funciones: protege el revestimiento selectivo del absorbedor, evita que el viento sople la bobina y crea un espacio de aire sellado que retiene el calor.
- El portador de calor caliente ingresa al intercambiador de calor del tanque de almacenamiento: tanque de compensación o caldera de calentamiento indirecto.
Dado que la temperatura del agua en el circuito del aparato fluctúa con el cambio de estaciones y días, el colector solar no puede usarse para calentar y calentar agua directamente. La energía recibida del sol se transfiere al portador de calor principal a través de la bobina del tanque, la batería (caldera).
Una excepción son las instalaciones solares para piscinas que calientan el agua del tanque directamente o mediante un simple intercambiador de calor.
La eficiencia del aparato tubular se mejora mediante vacío y una pared reflectante interna en cada matraz. Los rayos del sol pasan libremente a través de la capa sin aire y calientan la tubería de cobre con anticongelante, pero el calor no puede superar el vacío y salir, por lo que las pérdidas son mínimas. Otra parte de la radiación ingresa al reflector y se enfoca en la línea de agua. Según los fabricantes, la eficiencia de la instalación alcanza el 80%.
Hacemos un colector de agua
Un calentador de agua de tipo vacío no se puede hacer en casa por razones obvias. Por lo tanto, adoptamos un diseño plano con un intercambiador de calor y un absorbedor que recoge la luz solar. Idealmente, debe calcular el área del receptor y la temperatura del agua de salida, que depende de muchos factores:
- región de residencia y nivel de insolación;
- temperatura ambiente, especialmente en invierno;
- el área de la superficie de intercambio de calor que percibe la exposición al sol;
- material de bobina y revestimiento;
- temperatura del refrigerante de entrada;
- el ángulo del panel en relación con el sol;
- caudal de agua a través de tuberías del intercambiador de calor.
En Internet no es difícil encontrar cálculos del rendimiento del colector solar, pero le advertimos: los cálculos son muy inexactos.
Ejemplo. El hecho se toma como base: en un día despejado, 500-800 W de energía solar llegan a 1 m² de superficie. Además, usando la fórmula escolar m = Q / 1.163 x Δt, determinamos la masa de agua calentada a 40 ° C por un intercambiador de calor de 1 m²: 500 / 1,163 x 40 = 10.7 litros por hora. Con una insolación de 800 W / m², se pueden calentar 17,2 l / h. Pero el diablo está en los detalles: la cifra inicial de 0.5-0.8 kW por metro cuadrado es una cifra muy aproximada.
Ofrecemos un enfoque simplificado del problema descrito en las instrucciones paso a paso:
- Determine el lugar y el área que está listo para darle al recolector.
- Según los precios de los materiales, seleccione la opción adecuada para ensamblar la bobina y la carcasa.
- Haga un prototipo, conéctelo a la calefacción o al suministro de agua de acuerdo con el esquema correcto. Mostraremos los métodos de enlace en las siguientes secciones de este artículo.
- Pruebe el circuito de calefacción en casa y saque más conclusiones acerca de aumentar / disminuir la potencia, cambiar el diseño, etc.
Ahora pasaremos por cada etapa por separado, enfocándonos en las trampas.
Colocación de una instalación térmica.
En realidad, solo hay dos opciones para la ubicación del recolector casero: en el techo del edificio o en el área abierta del área de la casa. Al elegir un lugar, siga reglas simples:
- El sitio debe estar iluminado tanto como sea posible durante el día, no oscurecido por árboles y otras dependencias.
- Cuando se instala en el techo, se selecciona una pendiente más suave, donde siempre llega la radiación solar. Está claro que la parte empinada del techo roto de mansarda no funcionará.
- No lleve una instalación de agua caliente destinada a calefacción o suministro de agua caliente lejos de su hogar. La longitud de la tubería de suministro, la pérdida de calor y el costo de instalación aumentarán.
- Oriente el colector de tierra para que el sol, que se mueve visualmente de este a oeste, ilumine constantemente el disipador de calor. El ángulo de instalación del panel es de 60 ± 15 °.
Nota. La eficiencia del elemento calefactor se puede aumentar con la ayuda de un concentrador solar parabólico que recoge los rayos en un solo haz, que se envía al absorbedor. Los métodos de construcción y montaje del espejo cóncavo se muestran en el video.
Las plantas solares diseñadas para calentar agua en una ducha de verano se encuentran en el techo de este edificio y están conectadas por gravedad. Los dispositivos para calentar piscinas están ubicados al lado del tazón del tanque.
Selección de material
Hicimos una selección de accesorios para la fabricación de calentadores de agua solares sobre la base de revisiones y temas discutidos en el popular foro Forumhouse. Entonces, la caja rectangular del receptor generalmente está hecha de una viga de madera o marcos de ventanas viejas. La pared posterior de la carcasa está aislada con lana de basalto, espuma de poliestireno o espuma de poliestireno extruido.
Propina. La parte inferior de la caja puede estar hecha de una lámina aislante de polímero. La capa de metal servirá como absorbente; no es necesario que coloque una hoja adicional.
Los artesanos caseros hacen intercambiadores de calor de una variedad de tuberías:
- polietileno negro (HDPE);
- acero inoxidable corrugado;
- cobre y aluminio;
- polipropileno y metal plástico;
- polietileno reticulado;
- Panel de radiadores de acero.
Desde el punto de vista de la eficiencia y la durabilidad, es mejor utilizar tubos de aluminio, cobre y acero inoxidable con la mejor conductividad térmica. La falta de material es el alto precio.
Las tuberías de plástico son mucho más baratas que las de metal y más fáciles de instalar. Pero cuando se usan polímeros, se deben tener en cuenta varios matices:
- cualquier plástico se deteriora gradualmente bajo la influencia de la radiación ultravioleta;
- las paredes de las tuberías son demasiado gruesas, conducen mal el calor;
- el plástico de alta calidad es demasiado costoso para nuestros propósitos, y barato a menudo se estratifica en las curvas y se colapsa rápidamente al sol;
- el polietileno reticulado "recuerda" la curva inicial en la bahía, es conveniente hacer una bobina anular, y el enderezado no es fácil;
- Las tuberías de HDPE que necesita para comprar una serie de alimentos (con una franja azul), están mejor protegidas de la radiación ultravioleta.
Referencia. La versión más simple de un intercambiador de calor de piscina es una manguera de jardín negra colocada con un "caracol". La desventaja del material es el agrietamiento del caucho por la exposición prolongada al sol.
Las tuberías de paredes delgadas de HDPE son una excelente opción en términos de relación calidad / precio. La superficie negra absorbe bien el calor solar, los accesorios de conexión son económicos. La tubería está unida al absorbedor con abrazaderas de plástico o una tira de estaño en los tornillos.
Como la lámina absorbente, se puede usar acero ordinario o acero inoxidable pintado de negro. La opción ideal es la lámina de aluminio o cobre.
La parte superior de la caja se cierra con los siguientes materiales transparentes para elegir:
- vidrio ordinario o reforzado;
- envoltura de plástico transparente;
- policarbonato celular delgado.
Propina. No utilice ventanas de doble acristalamiento prefabricadas de ventanas de plástico como elemento translúcido. En invierno, con una gran diferencia de temperatura entre el aire de la calle y la cámara colectora cerrada, el paquete de dos capas no resiste ni se agrieta.
Recomendaciones de montaje
El proceso de fabricación de un colector solar es tan obvio que no tiene sentido pintar instrucciones paso a paso. La tarea es hacer la cámara más hermética instalando un intercambiador de calor en un absorbedor de metal en el interior. Solo daremos algunos consejos para protegerlo de errores:
- Los tubos del intercambiador de calor se pueden colocar longitudinalmente o con una espiral (caracol). Haga que la distancia entre líneas adyacentes (giros) sea pequeña, de 1 a 4 cm.
- La estanqueidad al aire de la caja se logra lubricando las juntas con sellador de silicona o colocando sellos de goma.
- Los tubos se unen a la base de cualquier manera conveniente: con abrazaderas de plástico, una tira de metal o simplemente se fijan a los lados con tornillos autorroscantes.
- Toda la cavidad interna está pintada con esmalte negro resistente al calor (se vende en latas de aerosol).
- El espesor de la capa aislante en la parte posterior del calentador de agua es de al menos 50 mm.
- Es más fácil colocar una película transparente en la parte superior: esta es la mejor opción para un prototipo. Posteriormente, no es difícil reemplazar el vidrio.
Otra recomendación Las piezas de madera deben tratarse con un antiséptico.Cubra el marco soldado de los perfiles de acero con una imprimación y 2 capas de pintura ligera.
Después de ensamblar el panel del disipador de calor, llene el serpentín con agua y verifique si hay fugas. Luego pruebe el colector solar: conecte la salida al tanque, instale el panel al sol y mida periódicamente la temperatura del agua, teniendo en cuenta el tiempo de calentamiento. Basado en indicadores reales, es fácil determinar el rendimiento de un calentador de agua.
Diagrama de cableado
Un colector diseñado para calentar agua en la ducha está conectado a un tanque de almacenamiento por flujo de gravedad. Una condición importante: la instalación solar debe ubicarse debajo del tanque principal para que el agua caliente de menor densidad se eleve a través de la tubería y desplace la fría. El diseño de dicho sistema se muestra en el dibujo.
Cuando se conecta a una caldera o acumulador de calor, el colector solar actúa como una fuente de calor completa. Los fabricantes de sistemas solares sugieren el uso de un esquema de presión de dos tubos, que incluye los elementos de unión necesarios:
- bomba de circulación que desarrolla una presión de 0,4 bar;
- tipo de membrana del tanque de expansión;
- ventilación de aire automática;
- válvula de seguridad, diseñada para operar a una presión de 2 bar;
- manómetro;
- termómetro;
- válvulas de cierre, válvula de maquillaje;
- controlador con dos sensores de temperatura;
- Aislamiento térmico para tuberías de suministro.
Un punto importante Si se conecta una batería de varios colectores al tanque de compensación, se debe aumentar la capacidad de la bomba y el volumen del tanque de expansión. La capacidad mínima del tanque de membrana es del 10% de la cantidad total de refrigerante en el circuito.
El esquema funciona así:
- El disipador de calor se adhiere a la bobina inferior del tanque de compensación, donde el agua es más fría.
- El controlador por medio de sensores compara la temperatura del agua (anticongelante) en la tubería de suministro y el acumulador de calor.
- La unidad electrónica detiene la bomba cuando la temperatura del agua en el tanque es igual o mayor que la temperatura del flujo.
- El aire que ingresa al circuito se descarga a través de una válvula automática instalada en la parte superior del sistema.
- En caso de sobrecalentamiento del refrigerante debido a la parada de la bomba (es imposible apagar el sol), la válvula de seguridad funcionará y aliviará el exceso de presión.
El elemento de circuito más caro es una unidad de control electrónico. ¿Cómo puedo prescindir de un controlador?
- compre en Aliexpress un termostato más barato, activado por una diferencia de temperatura;
- configure un temporizador día-noche y un termostato mecánico para apagar la bomba cuando el tanque de compensación esté al máximo calor.
Cómo funciona la unidad de control china barata (precio - $ 15), vea la revisión del video:
Calefacción solar
La instalación del calentamiento de aire se realiza de manera similar, solo el intercambiador de calor está hecho de tuberías de mayor diámetro y el ventilador proporciona el ventilador. El receptor de radiación está hecho por artesanos con los siguientes materiales:
- corrugación de aluminio para ventilación;
- botellas de plástico insertadas una en la otra;
- latas de cerveza talladas.
En la caja, se hacen 2 agujeros para las tuberías de aire, se coloca una malla fina en el interior, eliminando la entrada de insectos. El ventilador, un refrigerador de la computadora, está instalado en una de las aberturas, la parte de intercambio de calor está pintada de negro. Las tuberías de suministro están aisladas y colocadas en una habitación climatizada. El algoritmo de ensamblaje del múltiple de aire se muestra en el video:
Conclusión
El atractivo de los colectores solares se debe al aumento de los precios de la energía. Aunque el rendimiento de los calentadores de agua disminuye en invierno, el calor solar proporciona ahorros significativos en el consumo de combustible por parte de la fuente principal: la caldera. Si desea calentar su casa de campo tanto como sea posible con energía solar gratuita, le recomendamos que preste atención a las instalaciones con concentradores de espejo.Estos dispositivos extremadamente eficientes son ampliamente utilizados en Europa y América.