Het gebruik van gratis zonne-energie is een goede manier om brandstof en elektriciteit te besparen die worden besteed aan het verwarmen van een privéwoning. Het massale gebruik van zonnesystemen wordt belemmerd door de hoge prijs van warmteontvangers en aanverwante apparatuur - een opslagtank, een circulatiepomp, een elektronische regeleenheid en andere fittingen. De enige manier om de kosten te verlagen, is door met eigen handen een zonnecollector te maken van goedkope materialen en een standaard omsnoeringsschema samen te stellen.
Het principe van de werking van zonneboilers
Voordat u begint met de fabricage van een zelfgemaakt zonnestelsel, is het de moeite waard om het apparaat van in de fabriek gemaakte zonnecollectoren - lucht en water - te verkennen. De eerste worden gebruikt voor directe verwarming van gebouwen, de laatste worden gebruikt als boilers of niet-bevriezende koelvloeistof - antivries.
Referentie. Antenne-installaties zijn niet erg populair vanwege de beperkte functionaliteit. Er is meer vraag naar zonneboilers, omdat ze kunnen zorgen voor verwarming, warm water en hogere temperaturen in buitenzwembaden.
Het belangrijkste element van het zonnestelsel is de zonnecollector zelf, aangeboden in 3 versies:
- Vlakke boiler. Het is een afgesloten doos, van onderen geïsoleerd. Binnenin zit een koellichaam (absorber) gemaakt van een metalen plaat waarop een koperen spoel is bevestigd. De bovenkant is bedekt met duurzaam glas.
- Het ontwerp van het luchtverwarmingsverdeelstuk is vergelijkbaar met de vorige versie, alleen de lucht die door de ventilator wordt gecirculeerd, circuleert door de buizen in plaats van door het koelmiddel.
- Het apparaat van het buisvormige vacuümverdeelstuk verschilt fundamenteel van platte modellen. Het apparaat bestaat uit duurzame glazen kolven waarin koperen buizen zijn geplaatst. Hun uiteinden zijn verbonden met 2 snelwegen - toevoer en retour, lucht uit de kolven wordt weggepompt.
Toevoeging. Er is nog een ander type vacuümwaterverwarmers, waarbij glazen kolven goed worden afgesloten en gevuld met een speciale stof die bij lage temperatuur verdampt. Tijdens verdamping absorbeert het gas een grote hoeveelheid warmte die wordt overgedragen aan water. Tijdens warmteoverdracht condenseert de stof weer en stroomt naar de bodem van de kolf, zoals weergegeven in de afbeelding.
De vermelde soorten collectoren gebruiken het principe van directe overdracht van de warmte van zonnestraling (anders - zonnestraling) naar de stromende vloeistof of lucht. Vlakke boiler werkt als volgt:
- Water of antivries stroomt door een koperen warmtewisselaar met een snelheid van 0,3-0,8 m / s, gepompt door een circulatiepomp (hoewel er zwaartekrachtmodellen zijn voor buitendouches).
- De zonnestralen verwarmen het absorberende vel en de buis van de spoel stevig daarmee verbonden. De temperatuur van het stromende koelmiddel stijgt met 15-80 graden, afhankelijk van het seizoen, het tijdstip en het weer op straat.
- Om warmteverlies te elimineren, zijn de onderkant en zijkanten van het lichaam geïsoleerd met polyurethaanschuim of geëxtrudeerd polystyreenschuim.
- Het transparante bovenglas heeft 3 functies: het beschermt de selectieve coating van de absorber, voorkomt dat de wind door de spoel blaast en creëert een afgesloten luchtspleet die warmte vasthoudt.
- Hete warmtedrager komt de warmtewisselaar van de opslagtank binnen - buffertank of indirecte verwarmingsketel.
Omdat de watertemperatuur in het circuit van het apparaat fluctueert met de veranderende seizoenen en dagen, kan de zonnecollector niet direct worden gebruikt voor verwarming en warm water. De van de zon ontvangen energie wordt via de spoel van de tank - de batterij (boiler) naar de hoofdwarmtedrager overgebracht.
Een uitzondering - zonne-installaties voor zwembaden, verwarming van het tankwater direct of via een eenvoudige warmtewisselaar.
De efficiëntie van het buisvormige apparaat wordt verbeterd door vacuüm en een interne reflecterende wand in elke kolf. De zonnestralen gaan vrijelijk door de airless laag en verwarmen de koperen buis met antivries, maar de hitte kan het vacuüm niet overwinnen en naar buiten gaan, dus de verliezen zijn minimaal. Een ander deel van de straling komt de reflector binnen en richt zich op de waterlijn. Volgens fabrikanten bereikt de efficiëntie van de installatie 80%.
We maken een wateropvangbak
Een vacuümverwarmer kan om voor de hand liggende redenen niet thuis worden gemaakt. Daarom gaan we voor een plat ontwerp met een warmtewisselaar en een absorber die zonlicht opvangt. Idealiter moet u het gebied van de ontvanger en de temperatuur van het uitlaatwater berekenen, wat van veel factoren afhangt:
- woonplaats en niveau van bezonning;
- omgevingstemperatuur, vooral in de winter;
- het gebied van het warmte-uitwisselingsoppervlak dat blootstelling aan de zon waarneemt;
- spoelmateriaal en coating;
- inlaat koelvloeistof temperatuur;
- de hoek van het paneel ten opzichte van de zon;
- waterdebiet door warmtewisselaarpijpen.
Op internet is het niet moeilijk om berekeningen van de prestaties van de zonnecollector te vinden, maar we waarschuwen je - de berekeningen zijn zeer onnauwkeurig.
Voorbeeld. Er wordt uitgegaan van het feit: op een heldere dag komt 500-800 W zonne-energie op 1 m² oppervlakte. Verder bepalen we met de schoolformule m = Q / 1.163 x Δt de massa van het water dat op 40 ° C wordt verwarmd door een warmtewisselaar van 1 m²: 500 / 1.163 x 40 = 10,7 liter per uur. Met een instraling van 800 W / m² kan 17,2 l / u worden verwarmd. Maar de duivel zit in de details: het oorspronkelijke cijfer van 0,5-0,8 kW per vierkante meter is een cijfer bij benadering.
We bieden een vereenvoudigde aanpak voor het probleem dat wordt beschreven in de stapsgewijze instructies:
- Bepaal de plaats en het gebied dat u aan de verzamelaar wilt geven.
- Selecteer op basis van materiaalprijzen de juiste optie voor het monteren van de spoel en behuizing.
- Maak een prototype, sluit aan op verwarming of watervoorziening volgens het juiste schema. In de volgende secties van dit artikel laten we de bindende methoden zien.
- Test het verwarmingscircuit thuis en maak verdere conclusies over het verhogen / verlagen van het vermogen, het wijzigen van het ontwerp enzovoort.
Nu zullen we elke fase afzonderlijk doorlopen, met de nadruk op de valkuilen.
Plaatsing van een thermische installatie
Eigenlijk zijn er maar twee mogelijkheden voor de locatie van de zelfgemaakte verzamelaar: op het dak van het gebouw of in de open ruimte van het woongedeelte. Volg bij het kiezen van een plaats eenvoudige regels:
- De site moet overdag zoveel mogelijk verlicht zijn, niet verduisterd door bomen en andere bijgebouwen.
- Bij installatie op het dak wordt een zachtere helling gekozen, waar altijd zonnestraling op valt. Het is duidelijk dat het steile deel van het gebroken mansardedak niet zal werken.
- Gebruik een warmwaterinstallatie die bedoeld is voor verwarming of warmwatervoorziening niet ver van huis. De lengte van de toevoerleidingen, warmteverlies en installatiekosten zullen toenemen.
- Richt de grondcollector zo dat de zon, visueel bewegend van oost naar west, het koellichaam constant verlicht. De montagehoek van het paneel is 60 ± 15 °.
Notitie. De efficiëntie van het verwarmingselement kan worden verhoogd met behulp van een parabolische zonneconcentrator die stralen in een enkele bundel verzamelt, die naar de absorber wordt gestuurd. De constructie en montagemethoden van de concave spiegel worden getoond in de video.
Op het dak van dit gebouw staan zonne-installaties, ontworpen om water te verwarmen in een zomerse douche, en zijn door zwaartekracht met elkaar verbonden. Apparaten voor het verwarmen van zwembaden bevinden zich naast de kom van de tank.
Materiaalkeuze
We hebben een selectie van accessoires gemaakt voor de productie van zonneboilers op basis van recensies en onderwerpen die zijn besproken op het populaire Forumhouse-forum. De rechthoekige doos van de ontvanger is dus meestal gemaakt van een houten balk of kant-en-klare kozijnen van oude ramen. De achterwand van de behuizing is geïsoleerd met basaltwol, polystyreenschuim of geëxtrudeerd polystyreenschuim.
Tip. De onderkant van de doos kan zijn gemaakt van isolatie van foliepolymeer. De metalen laag zal als absorber dienen - u hoeft geen extra vel te plaatsen.
Ambachtslieden thuis maken warmtewisselaars van verschillende pijpen:
- zwart polyethyleen (HDPE);
- gegolfd roestvrij staal;
- koper en aluminium;
- polypropyleen en metalen kunststof;
- verknoopt polyethyleen;
- paneel stalen radiatoren.
Vanuit het oogpunt van efficiëntie en duurzaamheid is het beter om buizen van aluminium, koper en roestvrij staal te gebruiken, die de beste warmtegeleiding hebben. Het gebrek aan materiaal is de hoge prijs.
Kunststof buizen zijn veel goedkoper dan metalen buizen en gemakkelijker te installeren. Maar bij het gebruik van polymeren moet rekening worden gehouden met een aantal nuances:
- alle kunststoffen gaan geleidelijk achteruit onder invloed van ultraviolette straling;
- de wanden van de PPR-buizen zijn te dik, geleiden de warmte slecht;
- hoogwaardig plastic is te duur voor onze doeleinden en goedkoop stratificeert vaak in bochten en zakt snel in de zon;
- verknoopt polyethyleen 'onthoudt' de eerste bocht in de baai, het is handig om er een ringvormige spoel van te maken en rechttrekken is niet eenvoudig;
- HDPE-buizen die je nodig hebt om een voedingsserie te kopen (met een blauwe streep), deze is beter beschermd tegen ultraviolette straling.
Referentie. De eenvoudigste versie van een zwembadwarmtewisselaar is een zwarte tuinslang die is gelegd met een 'slak'. Het minpuntje van het materiaal is het kraken van rubber door langdurige blootstelling aan de zon.
HDPE dunwandige buizen zijn een uitstekende keuze qua prijs / kwaliteit verhouding. Het zwarte oppervlak absorbeert de zonnewarmte goed, aansluitfittingen zijn niet duur. De pijpleiding wordt met plastic klemmen of een blikken strip op de schroeven aan de absorber bevestigd.
Als absorberende plaat kan gewoon of roestvrij staal zwart geverfd worden gebruikt. De ideale optie is plaatstaal of koper.
De bovenkant van de doos is gesloten met de volgende transparante materialen om uit te kiezen:
- gewoon of versterkt glas;
- doorzichtige plastic folie;
- dun cellulair polycarbonaat.
Tip. Gebruik geen kant-en-klare dubbele beglazing van kunststof ramen als doorschijnend element. In de winter, met een groot temperatuurverschil tussen de straatlucht en de gesloten collectorkamer, is het tweelaags pakket niet bestand tegen scheuren.
Montage aanbevelingen
Het fabricageproces van een zonnecollector is zo voor de hand liggend dat het geen zin heeft om stapsgewijze instructies te schilderen. De taak is om de meest luchtdichte kamer te maken door een warmtewisselaar op een metalen absorber erin te installeren. We geven alleen wat advies om u te beschermen tegen fouten:
- Warmtewisselaarbuizen kunnen in lengterichting of met een spiraal (slakkenhuis) worden gelegd. Maak de afstand tussen aangrenzende lijnen (bochten) klein - van 1 tot 4 cm.
- De luchtdichtheid van de behuizing wordt bereikt door de verbindingen te smeren met siliconenkit of door rubberen afdichtingen te leggen.
- De buizen worden op een handige manier aan de basis bevestigd - met plastic klemmen, een metalen strip of eenvoudig aan de zijkanten bevestigd met zelftappende schroeven.
- De gehele interne holte is geverfd met hittebestendig zwart email (verkocht in spuitbussen).
- De dikte van de isolerende laag aan de achterkant van de boiler is minimaal 50 mm.
- Het is het gemakkelijkst om er een transparante film bovenop te trekken - dit is de beste optie voor een prototype. Vervangen van glas is dus niet moeilijk.
Nog een aanbeveling. Houten delen moeten worden behandeld met een antisepticum.Bedek het frame gelast van stalen profielen met een primer en 2 lagen lichte verf.
Vul na het monteren van het koellichaam de spoel met water en controleer op lekken. Test vervolgens de zonnecollector - sluit de uitgang aan op de tank, installeer het paneel in de zon en meet periodiek de temperatuur van het water, rekening houdend met de opwarmtijd. Aan de hand van echte indicatoren is het eenvoudig om de prestaties van een boiler te bepalen.
Schakelschema
Een collector ontworpen voor het verwarmen van water in de douche is door zwaartekracht aangesloten op een opslagtank. Een belangrijke voorwaarde: de zonne-installatie moet zich onder de hoofdtank bevinden, zodat warm water met een lagere dichtheid door de buis stijgt en de koude verplaatst. Het ontwerp van een dergelijk systeem is weergegeven in de tekening.
Bij aansluiting op een ketel of warmteaccumulator fungeert de zonnecollector als een volwaardige warmtebron. Fabrikanten van zonnestelsels raden het gebruik van een tweepijpsdrukschema aan, dat de vereiste bindende elementen bevat:
- circulatiepomp met een druk van 0,4 bar;
- membraantype expansietank;
- automatische ontluchter;
- veiligheidsklep, ontworpen om te werken bij een druk van 2 bar;
- druk meter;
- thermometer;
- afsluitkleppen, make-up klep;
- controller met twee temperatuursensoren;
- thermische isolatie voor toevoerleidingen.
Een belangrijk punt. Als er een batterij met meerdere collectoren op de buffertank is aangesloten, moeten de pompcapaciteit en het volume van de expansietank worden verhoogd. De minimale capaciteit van de membraantank is 10% van de totale hoeveelheid koelmiddel in het circuit.
Het schema werkt als volgt:
- Het koellichaam hecht zich aan de onderste spoel van de buffertank, waar het water kouder is.
- De controller vergelijkt door middel van sensoren de temperatuur van het water (antivries) in de toevoerleiding en de warmteaccumulator.
- De elektronische unit stopt de pomp wanneer de temperatuur van het water in de tank gelijk is aan of hoger is dan de aanvoertemperatuur.
- Lucht die het circuit binnenkomt, wordt afgevoerd via een automatische klep die bovenaan het systeem is geïnstalleerd.
- In geval van oververhitting van het koelmiddel als gevolg van het stoppen van de pomp (het is onmogelijk om de zon uit te schakelen), zal de veiligheidsklep werken en de overdruk ontlasten.
Het duurste schakelelement is een elektronische regeleenheid. Hoe kan ik het doen zonder een controller:
- koop op Aliexpress een goedkopere thermostaat, veroorzaakt door een temperatuurverschil;
- stel een dag-nacht timer en een mechanische thermostaat in om de pomp uit te schakelen wanneer de buffertank op maximale warmte staat.
Hoe de goedkope Chinese besturingseenheid werkt (prijs - $ 15), zie de videoreview:
Zonne-verwarming
De installatie van luchtverwarming gebeurt op een vergelijkbare manier, alleen de warmtewisselaar is gemaakt van buizen met een grotere diameter en de ventilator wordt geleverd door de ventilator. De stralingsontvanger is gemaakt door vakmensen van de volgende materialen:
- aluminium golf voor ventilatie;
- plastic flessen in elkaar gestoken;
- gesneden bierblikjes.
In de doos zijn 2 gaten gemaakt voor luchtleidingen, er is een fijn gaas in gelegd, waardoor het binnendringen van insecten wordt geëlimineerd. De ventilator - een koeler van de computer - is op een van de openingen geïnstalleerd, het warmtewisselingsgedeelte is zwart geverfd. De aanvoerleidingen zijn geïsoleerd en gelegd in een verwarmde ruimte. Het algoritme voor montage van het luchtverdeelstuk wordt weergegeven in de video:
Conclusie
De aantrekkelijkheid van zonnecollectoren is te danken aan stijgende energieprijzen. Hoewel de prestaties van boilers in de winter afnemen, levert zonnewarmte aanzienlijke besparingen op in het brandstofverbruik van de belangrijkste bron - de ketel. Wilt u uw landhuis zoveel mogelijk verwarmen met gratis zonne-energie, dan adviseren wij u aandacht te besteden aan installaties met spiegelconcentrators.Deze uiterst efficiënte apparaten worden veel gebruikt in Europa en Amerika.