Энергоэффективный - Энергонезависимый дом своими руками – руководство к действию

Принципиальная схема двухкаскадной системы солнечного нагрева воды.

Эта система была изготовлена и находится в эксплуатации уже более 40 лет. Состав и принцип работы следующий. Емкость 1 сварена из нержавеющей стали объемом 200 литров прямоугольной формы 1000*1000*200 мм и толщиной 1.6 мм. Снизу и с боков утеплена теплоизоляцией 2 (стекловата) толщиной 100 мм. Емкость с теплоизоляцией заключены в корпус 4 сваренный из стальных уголков и обшитый оцинкованным железом. Сверху закрыто пленкой 3. Абсорбером служит верхняя поверхность емкости 5 покрашенная черной краской. Слив горячей воды из самой верхней части емкости производится через трубку 6 и далее по шлангу в душевую. Одновременно со сливом через трубку 7 производится подпитка уже подогретой водой из емкости 14 второго каскада. Чтобы вода в емкости не остывала ночью имеется крышка 8 также теплоизолированная стекловатой
толщиной 100 мм. Изнутри крышка имеет отражающую поверхность 9 из алюминия. В открытом положении в полуденные часы отражается дополнительное количество солнечной энергии на емкость. Это особенно заметно, когда солнце ниже над горизонтом, весной и осенью. Для открывания крышки утром и закрывания вечером служат: ферма 10 сваренная из труб, трос 11 и лебедка 12 закрепленная на душевой 13.
Бак 14 для предварительного подогрева воды изготовлен из черной стали толщиной 3мм, емкостью 4о литров и площадью 0.5 м2. Забор теплой воды из него производится также из верхней части, а подпитка холодной в нижнюю часть 15 из напорной емкости 16.
Некоторые особенности конструкции. Отсутствует как отдельный элемент солнечный коллектор. Емкость 1 большого объема является и солнечным коллектором и бойлером для хранения горячей воды. Кстати хранится горячая вода, если солнце закрыто облаками, до двух суток. На утро следующего дня вода горячая, а на второй день теплая. Если в емкости 1 была холодная вода, то уже через 2-4 часа в верхней части накапливается теплая или даже горячая вода, это зависит от начального угла облучения. В очень жаркую погоду 30 градусов и более образуется избыток горячей воды. Тогда крышка 8 днем не открывается и достаточно становится воды только из бака 14. Емкость 1 становится только бойлером для хранения горячей воды.
Так как система в летний период всегда полностью заполнена водой и скорости перетекания из одной емкости в другую небольшие, то перемешивание очень слабое. Емкость 14 изготовлена из черной стали и там образуется ржавчина, но на выходе из емкости 1 идет абсолютно чистая вода. На такой режим система выходит через несколько дней весной после первой заливки водой.
Есть резервы по увеличению производительности. Можно увеличить количество емкостей 14 для предварительного нагрева воды. Можно немного теплоизолировать их снизу и сверху накрыть пленкой. Эти несложные доработки позволят значительно увеличить производительность системы, но мне это пока не требуется.
Вначале система была только с емкостью 1 – однокаскадной. Затем на крышку 8 добавили отражатель 9 и производительность немного возросла. Затем лет 7 назад добавили бак 14 для предварительного нагрева воды. Производительность возросла еще больше и довольно ощутимо. Система стала двухкаскадной. Из всех, что делал эта оказалась самой лучшей. Это мое личное мнение. Такая схема может служить прототипом для систем, где используются бочки, емкости большого объема и различной формы и т.д.
На приведенной фотографии данной двухкаскадной системы видны.
Емкость 1 с открытой крышкой 8 в рабочем положении и бак 14 для
предварительного нагрева воды.




Привожу здесь принципиальную и работающую двух-каскадную
из плоских баков систему солнечного нагрева воды.
Не призываю слепо копировать ее - это будет грубой ошибкой.
Мы берем ее за основу для обсуждения, расчетов и анализа
по элементам и в целом и.т.д. - в общем по многим параметрам.
Можно сравнивать с хорошими прототипами.
Например система на базе абсорбера с припаянными трубками
или система на базе абсорбера из пивных банок и т.д.
Обязательно будем обсуждать ошибки и как можно было сделать лучше.
Но все будем делать на базе расчетов и опыта многолетней эксплуатации
реальной системы.

 

Продолжение темы ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМЫЙ ДОМ.
ТММ ДОМ10 - ЭНЕРГОНЕЗ.
ДВУХ КАСКАДНАЯ система СК из 2-х или более плоских баков.
......................................................................................................
Система очень простая и очень эффективная.
Меня удивляет почему никто на нее не обращает внимания.
Наверное потому, что очень простая - это видно невооруженным глазом
и не знают что очень эффективная.
...........................................................
Итак начнем с основного элемента - 200 литровой теплоизолированной
емкости с крышкой. 200 литров взято не просто с потолка. Объем напрямую
связан с количеством горячей воды 60 литров, количеством теплой
воды 140 литров, режимами отбора и хранения горячей и холодной воды.
...................................
Назначение и режимы работы 200 литровой емкости.
- Хранение и нагрев горячей воды. Ее должно хватать на первый день
и остаться запас на утро второго дня. Если второй день будет облачным
то крышка не открывается и вода солнцем не греется, но запаса должно
хватать на весь второй день. При удачном стечении обстоятельств уже
теплой воды может хватить и на утро третьего дня.
Значит только из этих требований необходим такой объем.
60л*3=180 литров на 1 м2 облучаемой поверхности.
То есть берем 3-х кратный запас.
Эта величина близка к оптимальной и меньше нельзя, больше можно,
но увлекаться не надо.
Отсюда вытекают такие требования.
- Толстая теплоизоляция емкости и крышки - не менее 100 мм.
- Емкость закрыта крышкой ночью и днем, когда нет солнца.
- Поверхность крышки должна быть зеркальной, как изображено на схеме.
- Емкость изготавливается из тонкой нержавеющей листовой стали.
- Облучаемая поверхность должна быть закрыта стеклом или пленкой.
- Большие поверхности должны быть выпуклыми, чтобы не хлопали
при перемене внутреннего давления.
.......................................
Ремарка. Здесь я дал маху. сделал поверности плоскими и они иногда
хлопают при быстром сливе воды.
............................................................
Дальше разберем основные технические требования к первому каскаду
предварительного нагрева воды от 10 до 45 градусов.

 

Сварка заводская хорошего качества 40 лет назад. Вопросов по качеству
сварки за время эксплуатации не возникало.
............................................................
Дальше продолжим разговор о технических и эксвлуатационных
требованиях к первому каскаду предварительного нагрева воды от 10 до 45 градусов.
Естественно они должны быть согласованы с расходом горячей воды из
1-го каскада.
За первые сутки расходуется 60 литров горячей воды.
Значит из 1-го каскада во второй должно поступить 60 литров теплой воды.
Это минимум для 1-го каскада, но горячей воды за первые сутки может
израсходоваться и все 200 литров.
МИНИМАЛЬНЫЙ ОБЪЕМ НАГРЕВАТЕЛЕЙ 1-ГО КАСКАДА 60 ЛИТРОВ.
Но нужна еще и теплая вода для бытовых нужд с т-рой до 45 град.
По нормам на 4-х человек мы насчитаем
40*4*1.5=240 литров - многовато, такое количество греется простыми
нагревателями с более высоким КПД. И всего суточное производство
горячей и теплой воды составит 240+60 =300 литров.
...........................................
Включаем здравый смысл.
Базовый элемент системы 200 литровая емкость 2-го каскада.
Толщина плоских баков должна быть примерно 5о мм.
На 1 м2 нагревателей 1-го каскада будет 5о литров воды.
Поэтому остановимся на площади наагревателей первого каскада 1 м2
и массе воды 50 литров. Эту проблему решает хозяин дома исходя
из необходимого количества теплой и горячей воды и графика потребления.
.................................
Вариант когда требуется много теплой воды может быть, он дешевый
и народ интуитивно его применяет много много лет.
Это обыкновенный плоский бак.
------------------------------------------------
Дальше рассмотрим более подробно конструкцию плоского бака
для первого каскада и его технические и
эксплуатационные характеристики.

 

Работал в НИИ и при нем был небольшой заводик. Изготавливалась в основном
вакуумная техника из нержавейки и алюминия. Требования к сварке вакуумно плотных
швов очень жесткие, проверка герметичности гелиевами течеискателями. Все варилось
с наддувом аргоном. Наше изделие шло для космоса. Это же Харьков, был крупный
промышленный центр третий в союзе. И сейчас даже частники варят нержавейку
в среде аргона, проблем нет.
Сфотографировать к сожалению не могу все закрыто.

 

Продолжение темы ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМЫЙ ДОМ.
ТММ ДОМ10 - ЭНЕРГОНЕЗ.
ДВУХ КАСКАДНАЯ система СК из 2-х или более плоских баков.
......................................................................................................
Нагреватели первого каскада.
Сначала разберемся с техническими и эксплуатационными требованиями.
- Технологические требования.
Максимально простая и дешевая конструкция, дешевые и недефицитные
материалы, простое оборудование и оснастка,
возможность изготовлять в домашних условиях.
- Примерная конструкция.
Не надо стремиться к большим габаритам, поэтому рассмотрим вариант с
облучаемой площадью 1 м2 и размерами емкости 1000*1000*70 мм.
Расчетный объем будет 7о литров.
Материал обыкновенная сталь толщиной не менее 3 мм.
Толщина нужна, чтобы долго ржавела и можно было легко подварить.
Плоские поверхности сделать выпуклыми или внутри вварить распорки.
Емкость помещается в корпус и теплоизолируется изоляцией 50 мм
термостойкой, пенопласт может плавиться. Я с этим уже сталкивался.
Облучаемая часть сверху закрывается пленкой с зазором 20 мм.
Чтобы пленка не провисала при нагреве на емкость надо смонтировать
тонкие планки из дерева шириной 20- 25 мм и шагом 25-30 см.
Некоторые тонкости.
Это у нас получается обыкновенный солнечный коллектор, но с такими
отличиями. Не нужна толстая изоляция. Вода в СК должна быстро
нагреваться, для этого емкость и делается тонкой, и расходоваться
по назначению. Подпитывать в любое время емкость 2-го каскада или
расходоваться на бытовые нужды. Если теплая вода остается на ночь в СК,
то она полностью остынет. Большие тепловые потери через пленку.
.........................................................
Получается много текста. разобъю на части.
Продолжение будет.

 

Продолжение темы ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМЫЙ ДОМ.
ТММ ДОМ10 - ЭНЕРГОНЕЗ.
ДВУХ КАСКАДНАЯ система СК из 2-х или более плоских баков.
......................................................................................................
В процессе длительной эксплуатации проявились такие проблемы.
Деревянные элементы конструкции через 10 - 20 лет сгнивают и
требуется ремонт. Значит надо предусматривать удобный осмотр
и обслуживание, ремонтопригодность - это все технические термины.
Одна вроде бы мелочь.
Пленка должна быть толстая и устойчивая к ультрафиолету, тогда
прослужит несколько лет. Но на СК есть черные места с облучаемой
стороны на которых лежит пленка. Она перегревается в этих местах и к концу
лета разрушается - необходимо заменять. Все эти места надо красить
белой краской, а можно закрыть и зеркальной фольгой. Черные крепнжные
накладки, помет птиц, пыль и др. на пленке приводит к таким же последствиям
надо регулярно убирать и протирать. Желательно чтобы можно было делать
такое обслуживание удобно и быстро. Толстый слой снега порвет пленку.
Все это надо учитывать это не мелочи, а исскуство конструктора экономия
времени и денег.
Я решил сделать для стальной емкости 1-го каскада такой корпус.
Деревянный на 4-х стойках устанавливается под углом 30 градусов.
В корпус вкладывается емкость, фиксируется, а пленка не прибивается,
а набрасывается как скатерть на стол. Края пленки полностью закрывают
корпус СК от осадков. Фиксируется пленка по боковой части корпуса
например резиновым жгутом. В результате.
СК всегда сухой значит и срок службы максимальный.
У пленки тоже срок службы максимальный, а замена ее
займет минимальное время.
.................................................
Дальше будет еще немного.

 

Продолжение темы ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМЫЙ ДОМ.
ТММ ДОМ10 - ЭНЕРГОНЕЗ.
ДВУХ КАСКАДНАЯ система СК из 2-х или более плоских баков.
......................................................................................................
На тему нагрева воды солнечной энергией летом говорить можно
очень много. Энергии много, бесплатная, технические решения
простые. Вариантов бесчисленное множество и народ решает эту
задачу каждый самостоятельно и довольно успешно.
Один очень важный момент.
Надо четко сформулировать конечную цель всех работ и мероприятий
по энергоэффективности своего дома.
ИКР - Идеальный Кнечный Результат. Тогда будет минимум просчетов,
ошибок, переделок и модернизаций. Соответственно и минимальные затраты.
Вот мы просчитали, чтобы обеспечить водой 4-х человек необходимо
2394 квт-часов тепловой энергии. Экономится 240 м3 газа.
Больше горячей воды не нужно, девать ее некуда. Вот поэтому необходима
четкая стратегическая программа, какие работы вести и
в какой последовательности.
......................................................................
- Коротенько добавлю некоторыые советы и рекомендации.
Емкости 1-го каскада можно устанавливать параллельно и даже
разных конструкций. Тепловые требования к ним невысокие.
- Из любого набора емкостей, труб, шлангов, отопительных батарей,
дешевой теплоизоляции (солома)
можно делать неплохие системы солнечного нагрева воды.
Поэтому и предагаются разные конструции - шланги в бухте, зеркальные
системы, из пластиковых бутылок, пивных банок и.т.д.
Но сначала надо считать, а потом делать, а не наоборот.
- Трубопроводы диаметром не менее 15-20 мм.
- Если система циркуляции естественная, то воздушные пробки недопустимы.
- Более насущная проблема, подача горячей воды в дом
в бойлер или стиральную машину из основной емкости 2-го каскада.
Надо прокачивать бльшие объемы, несколько десятков литров за один раз.
Залповый способ - будут минимальные тепловые потери на шлангах.
................................................................................
С нагревом воды Солнцем пока закончим.
Если будут вопросы и предложения обсудим.