Своїми руками Солнечный коллектор своими руками - подробная инструкция

Мы решаем конкретные инженерные задачи. На простые вопросы типа у какой
теплоизоляции коэффициент теплопроводности ниже и как он меняется в других
диапазонах температур ответить довольно легко. Но когда разговор заходит
о тепловых процессах в какой нибудь части конструкции или во всем СК,
то без комплексного анализа не обойтись.
............................................................................
Первое - необходимо подробно прорисовать схему тепловых потоков.
По какой методике и каким формулам ведется расчет.
Указать конкретно слабые места и возможности по улучшению конструкции.
Опять же подтвердить расчетом.
..........................................................................................................................................
Это сложная работа, но без нее не обойтись. Иначе мы просто перестаем
понимать друг друга. Одними разговорами такие задачи не решаются.
Вот почему на форуме много предложений, идей, но без конкретного обоснования.
Поэтому практически невозможно определить ценные идеи, они теряются на фоне
второстепенных и неэффективных. А так как одному человеку трудно разобраться
во всем комплексе наших задач, то решение очевидное.
Надо создавать для начала небольшие группы, которые будут специализироваться
на конкретных технических вопросах. Да пора бы уже и иметь технический совет
по вопросам использования солнечной энергии.

 

Тепловой расчет СК 2-х вариантов.
Вариант 1 - абсорбер плоский сварен из черной стали.
Вариант 2 - абсорбер плоский сварен из нержавеющей стали.
Площадь абсорбера в обоих вариантах 1 м2.
Все геометрические размеры одинаковые, следовательно и
тепловой расчет для обоих вариантов одинаков.
..........................................................................................
Исходные данные для расчета.
Режим работы стационарный.
Угол облучения 90 градусов.
Температура отбора горячей воды 50 С.
Температура окружающего воздуха 20 С.
Солнечная постоянная 1000 Вт/м2.
Прозрачность атмосферы 0.9.
Поэтому на стекло СК попадает 1000*0.9= 900 Вт.
Коэффициент прозрачности стекла 0.9.
Степень черноты абсорбера 0.9.
................................................................................
Результаты расчета.
Тепловой поток на стекло 900 Вт - 100%.
Тепловые потери через изоляцию и элементы конструкции 27 Вт - 3%.
Тепловые потери через остекление 307 Вт - 34%.
Тепловой поток на нагрев воды 566 Вт - 63%.
.................................................................................................................................
566 Вт и кпд 63%- это полезная энергия при заданных исходных данных.
Этот результат близок к реальному потому что Я проводил реальные
испытания подобной конструкции СК.
...........................................................................................................................
Тепловой расчет 3-го варианта медный лист с припаянными трубками
будет немного позже. Там другая более сложная методика расчета.
Спрашиваю, будут ли расчеты по стоимости корпусов.
Остановка будет только по этой позиции.

 

Да из козырька и дополнительных элементов можно сделать дешевый и с хорошими
тепловыми характеристиками СК, который будет греть воду летом и теплый воздух
для отопления зимой. Но для этого необходимо набросать эскизы конструкции.
Можем совместно проработать такой проект.

 

Тепловой расчет СК 3 - й вариант.
Медный лист с припаянными трубками.
Схема припайки трубок была приведена раньше.
..........................................................................................
Исходные данные для расчета.
Режим работы стационарный.
Угол облучения 90 градусов.
Температура отбора горячей воды 50 С.
Температура окружающего воздуха 20 С.
Солнечная постоянная 1000 Вт/м2.
Прозрачность атмосферы 0.9.
Поэтому на стекло СК попадает 1000*0.9= 900 Вт.
Коэффициент прозрачности стекла 0.9.
Степень черноты абсорбера 0.9.
................................................................................
Результаты расчета.
Тепловой поток на стекло 900 Вт - 100%.
Суммарные тепловые потери через конструкцию и изоляцию
на 2 - 4 процента выше чем у 1 -го и 2 -го вариантов и составляют 360 Вт - 40%.
Тепловой поток на нагрев воды 540 Вт - 60%.
.................................................................................................................................
540 Вт и кпд 60%- это полезная энергия при заданных исходных данных.
Кпд этого варианта немного снизился по следующей причине.
Рассматривается вариант - циркуляция теплоносителя естественная и
режим течения ламинарный. Re=1230 и коэффициент теплоотдачи от
стенки трубки 456 Вт/м2*С.
Внутренняя поверхность теплообмена 7 -ми медных составляет 0.16 м2.
При скорости воды 8 см/сек масса прокачиваемой воды составит 28 г/сек.
При перепаде температур на входе и выходе 5 градусов количество
переносимой теплоносителем энергии составит 28*4.2*5=588 Дж/сек.
Расчетный перепад температур составит 540/(456*0.16)=7.4 градуса.
Поэтому температура поверхности медного листа должна быть выше
темературы теплоносителя и составит 50+7.4 =57.4 градуса.
В данной конструкции это только одно "узкое" место. Более высокая
температура абсорбера и приводит к повышенным тепловым потерям
через остекление. Расстояние между трубками близко к оптимальному.
Если циркуляция теплоносителя будет принудительная, то перепад
температур на входе и выходе снизится за счет повышения коэффициента
теплоотдачи от стенки трубки к жидкости. Тепловые характеристики
практически сравняются с 1 и 2-м вариантами, но не могут быть выше.

 

Расчет стоимости основных материалов корпусов СК.
...................................................................................................
Расчет стоимости материалов корпуса СК изображенного на Рис. 1 - стр. 67.
В наших расчетах это будет базовый ВАРИАНТ-Рис1.
- СТАЛЬ ОЦИНКОВАННАЯ, толщина 0.5 мм, цена 140 грн/м2.
Размер заготовки 1.25*1.25=1.56 м2.
Цена заготовки 1.56*140=218 грн.
- СТЕКЛО толщина 4 мм, цена 40 грн/м2.
Размер стекла 1.14*1.14=1.3 м2.
Цена стекла 1.3*40=62 грн.
- ПЕНОПЛАСТ ПСБ-15, толщина 5о мм, цена 450 грн/м3.
Расчетный объем для СК 1.16*1.16*0.05=0.067 м3.
Цена пенопласта 0.067*450=30 грн.
- БАЗАЛЬТОВАЯ ВАТА цена 300 грн/м3.
Расчетный объем для СК 0.07 м3.
Цена базальтовой ваты 0.07*300=21 грн.
- АЛЮМИНИЕВАЯ ФОЛЬГА 5 грн/м2.
Расчетная площадь 1.08*1.08=1.17 м2.
Цена фольги 1.17*5=6 грн.
- СТЕКЛОТКАНЬ цена 50 грн/м2.
Расчетная площадь 1.2*1.2=1.44 м2.
Цена стеклоткани 1.44*50=72 грн.
---------------------------------------------
Суммарная цена материалов 409 грн.
Сразу замечание, стеклоткань можно оставить только в зазоре между абсорбером
и наружной стенкой, а под абсорбер уложить экран из алюминиевой фольги.
Это снизит суммарную цену материалов гривен на 5о.
Примечание сделано потому, что в схемах корпусов уже заложена стеклоткань и
переделывать все схемы не потребуется.
*********************************************************************************
Расчет стоимости материалов корпуса СК изображенного на Рис. 2 - стр. 68.
В наших расчетах это будет ВАРИАНТ-Рис2.
В этом варианте заменили оцинкованное железо на доски толщиной 2о мм.
- ДЕРЕВО (поз.1) цена 800 грн/м3.
Расчетный объем для СК 0.104 м3.
Цена досок 0.104*800=83 грн.
По доскам стоит добавить, что могут использоваться б/у хорошего качества
или изготовленные самостоятельно, что снизит затраты.
Нижняя часть корпуса может быть закрыта водостойкими материалами
ОСБ, фанера, тонкая листовая сталь черная и т.д.
Для примера возьмем лист ОСБ толщиной 8 мм, цена 43 грн/м2.
Размер для СК 1.17 м2.
Цена ОСБ составит 1.17*43=50 грн.
--------------------------------------------------------
Суммарная цена материалов 409 -208+83+50=334 грн.
Здесь опять необходимы уточнения.
За счет замены стеклоткани фольгой, использования более дешевых
досок и ОСБ цену материалов корпуса можно снизить
примерно до 220 гривен.
Но дальнейший расчет, чтобы не было путаницы, будем вести по основному варианту.
****************************************************************************************
Расчет стоимости материалов корпуса СК изображенного на Рис. 3 - стр. 68.
В наших расчетах это будет ВАРИАНТ-Рис3.
В этом варианте добавилось дерево на крышку из досок толщиной 2о мм.
Расчетный объем для СК 0.1 м3.
Цена досок 0.1*800=80 грн.
--------------------------------------------------------------------------------------
Суммарная цена материалов 334+80 =414 грн.
Ну а минимальная цена этого варианта
будет 300 грн.
**********************************************************************
Расчет стоимости материалов корпуса СК изображенного на Рис. 4 - стр. 68.
В наших расчетах это будет ВАРИАНТ-Рис4.
В этом варианте убрали стекло и добавили пленку толщиной 100 микрон
и устойчивою к ультрафиолету.
Площадь пленки 2.25 м2.
Цена пленки 15 грн.
------------------------------------------------------------------
Суммарная цена материалов 414-62+15=367 грн.
Ну а минимальная цена этого варианта
будет 353 грн.
....................................................................................................
У нас есть стоимость материалов 3-х вариантов абсорберов.
Тепловой расчет СК для каждого варианта абсорбера.
4-е варианта корпусов СК и стоимость материалов.
Теперь каждый может исходя из своих технологических возможностей
выбрать наиболее подходящий вариант для своих потребностей.
Можно приступать к обсуждению.

 

СВОДНАЯ ТАБЛИЦА СРАВНИТЕЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ СТОИМОСТИ МАТЕРИАЛОВ
СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ С ТРЕМЯ ВАРИАНТАМИ АБСОРБЕРОВ
И ЧЕТЫРЕХ ВАРИАНТОВ КОРПУСОВ.
================================================================
Сводная таблица по абсорберам.
----------------------------------------
Варианты ...... материал ............. масса [кг] ....... цена металла [грн/кг] ....... сумм-я цена абс.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Вариант 1 ...... сталь черная .............. 31,2 .................. 12 .......................................... 375
Вариант 2 ...... сталь нержав ............. 31,2 .................. 34 .......................................... 1061
Вариант 3 ...... медь (лист и трубы).. 11,5 .................. 100 ........................................ 1350
=========================================================
Сводная таблица по корпусам СК.
-------------------------------------------
Варианты ..................... расчетная цена корпуса СК [грн] ....... мин-ная цена корпуса СК [грн]
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Вариант - Рис.1 (стр. 67) ................. 409 ................................................................ 360
Вариант - Рис.2 (стр. 68) ................. 334 ................................................................ 220
Вариант - Рис.3 (стр. 68) ................. 414 ................................................................ 300
Вариант - Рис.4 (стр. 68) ................. 367 ................................................................ 353
=========================================================
Сводная таблица только 3-х вариантов СК в сборе - 3 абсорбера + один корпус.
----------------------------------------
Варианты СК в сборе...... абсорбер цена ....... корпус цена ........... суммарная цена СК
--------------------------------------------------------------------------------------------------
Вариант 1 ......................... 375 ......................... 334 ............................... 709
Вариант 2 ......................... 1061 ....................... 334 ............................... 1395
Вариант 3 ......................... 1350 ....................... 334 ............................... 1684
=====================================================
В последней таблице (Варианты СК в сборе) выбран только один
вариант корпуса - Вариант - Рис.2 (стр. 68).
Этот корпус наиболее прост в изготовлении и его может изготовить каждый.
Максимальная цена СК будет только с абсорбером из меди. Да и в изготовлении
он довольно сложен. Разобравшись в этих конструкциях самодельщики
могут скопировать и даже улучшить свой вариант. Главное что есть
от чего оттолкнуться, а не терять время на проверку очевидных вещей.

 

--- добавлено: 26 окт 2014 в 10:27 ---
Предлагается к Вариант -1а абсорбера из листовой стали суммарной площадью 1 м2.
Конструкция состоит из 4-х 500*500 элементов.
Соединяются они в единое целое трубками сваркой как показано на схеме.
Это минимально допустимое количество точек стыковки, которое исключает
появление воздушных пробок и позволяет полностью слить воду из абсорбера.
Часто имеется металл меньших размеров и разной толщины, например есть
возможность приобрести на пунктах приема металлолома. Из этих кусков и
обрезков листового металла можно сварить приличный абсорбер.