Своїми руками Сонячний водонагрів простий як двері

Основное направление у меня - свести к нулю потребление газа и электричества с минимальными затратами. Дом полщадью 80 м^2. Потребление газа составляло 3000 м^3 в год. После утепления и других мероприятий - использования энергии солнца, небольшая модернизация окон и использование небольшого количества органики (дрова и прочее) - 2..3 тонны за год. Потребление газа снизилось
до 300 м^3 в год. Более подробно с этими материалами можно ознакомится на ветке " энергосбережение. Альтернативное отопление без газа"
https://krainamaystriv.com/threads/579/page-32
Страницы 32-40 включительно.
Одно из главных направлений - это использование тепловой энергии солнца. Свои работы по этой теме изложил на ветке "солнечный коллектор своими руками - подробная инструкция"
https://krainamaystriv.com/threads/13252/page-36
Страницы 36-47 включительно.
Здесь представляю на обсуждение очень дешевый и эффективный ( я так считаю) многофункциональный солнечный коллектор. На фотографиях изображен базовый модуль без теплообменников и этапов его изготовления.
Применятся может в следующих вариантах:
- сушилка
- отопление теплым воздухом
- нагрев воды уже с теплообменниками
- комбинированый вариант для нагрева и воздуха и воды.
Выношу на обсуждение МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР.
Предназначен он в основном для самодельщиков, умеющих пилить, строгать и немного
Слесарить. Прототип был изготовлен и испытан несколько лет назад. Это был деревянный короб высотой 150 мм и облучаемой поверхностью 0.46 метра квадратного. С тыльной покрыт теплоизоляцией – базальтовая вата, экран из алюминиевой фольги и пенопласт. Боковые стенки-
доски 20 мм и пенопласт толщиной 50 мм. Снаружи стекло. Внутри абсорбер из стального ржавого листа толщиной 0.5 мм. Теплообменник отсутствовал. Результаты испытаний были следующими. При температуре окружающего воздуха 25С абсорбер за 30 минут разогревался до 125С, т.е. на 100С выше температуры окружающего воздуха. Угол облучения поддерживался все время 90 градусов. КПД СК на расчетном режиме принимаю равным 0.5. Рассчитываю его по формуле КПД=(т0+tmax)/2=(25+125)/2=75С. То есть если отбор тепловой энергии производится при температуре абсорбера 75С, то его КПД составит 50 процентов.
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР дальше по тексту МСК предполагается
изготовлять и применять в следующих вариантах.
ПЕРВЫЙ вариант – летом в качестве сушилки для фруктов, семечек подсолнуха, орехов и т.д.
ВТОРОЙ вариант – летом для нагрева воды до температуры примерно 50С.
ТРЕТИЙ вариант - осенью, зимой и весной для отопления путем подогрева воздуха и подачи его в помещение. Возможны и другие варианты.
Теперь коротко о конструкции и применяемых материалах. Вариант МСК сушилка для фруктов.
Конструктивно – это прямоугольный короб размером 1.07*2.3= 2,5 метра квадратных.
Высота 150 мм. Материал доски толщиной 20 мм. Стоит короб на 4-х опорах с раскосами.
В качестве теплоизоляции использована солома в количестве 0.3 м3.
Абсорбер - тонкая ржавая листовая сталь (обрезки ) толщиной 0,5 мм. Степень черноты по справочникам 0,85,
Крышка из дерева легкая с раскосами из труб для жесткости и пленка около 3 м2.
Первый вариариант этого СК - сушилка для фруктов изготовлена была в середине лета ииспытания проводились в основном в августе. Угол облучения в полдень составлял около
45 градусов и максимальные температуры достигали 60 – 70 С. Мухи, осы и прочая живность просто погибали, если забирались внутрь. Основной сложностью оказалось соблюдение температурно – влажностного режима. Например влажность яблок составляет 90 процентов. Поэтому на первом этапе сушки требовалась продувка. Очень неплохие оказались и эксплуатационные характеристики. Это защита от осадков, не нужно убирать на ночь и т.д. Нужно только устанавлиать листы с нарезанными фруктами сортировать их по мере готовности и забирать готовый продукт. Основной трудоемкой операцией оказалась порезка фруктов (яблок). Оказалось что сушка фруктов – это целая наука со своими тонкостями и технологией. Производительность за летний сезон составляет примерно 500 кг сырых фруктов (яблок). Готового продукта получается около 50 кг. По другим фруктам исследовани не проводились.
ТЕПЕРЬ О СТОИМОСТИ МАТЕРИАЛОВ.
Доски б/у в удовлетворительном состоянии 0,05 м3 и стоимостью 500 грн/м3.
Железо листовое, толщиной 0.5 мм ржавое. В продаже отсутствует. Степень черноты в спраовчниках 0.85.
Пленка 3 м2. Суммарная цена 15 грн.
Трубы б/у стальные тонкостенные диаметром 20-25 мм суммарной длиной 7 метров. Педназначены для придания жесткости крышке. Нашел у себя во дворе.
ИТОГО
ДОСКИ 0.05*500=25 грн.
ЖЕЛЕЗО 20*2=40 грн (по цене металлолома).
ПЛЕНКА 15 грн.
СУММА 80 грн.
Статью расхода железо можно включать или не включать – на ваше усмотрение.
Окончательно покупные материалы у меня составили 40 грн.
Напоминаю, что в качестве теплоизоляции использована солома (принес с поля).
Я думаю, что можно легко вписаться в сумму 100 грн, если почти все покупать.
ПРОЦЕСС ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРИВОЖУ НА ФОТОГРАФИЯХ С КОММЕНТАРИЯМИ.
1 - Набивка корпуса теплоизоляцией - соломой.

2 - Железо для абсорбера

3 - Обшивка железом абсорбера

4 - Абсорбер зашит железом полностью

5 - Днище корпуса с поперечинами и раскосами и подшито листовым железом

6 - Сушка фруктов

7 - Сушка фруктов

8 - Сушка орехов

9 - Общий вид в рабочем состоянии

10 - Одна из форточек для продувки в рабочем состоянии

 

Принципиальная схема системы нагрева воды многофункциональным солнечным коллектором с теплообменниками


Рассматривается вариант простой системы солнечного нагрева воды многофункциональным солнечным коллектором с теплообменниками. Принципиальная схема системы изображена на прилагаемом рисунке и состоит из следующих элементов:
1 – напорная емкость
2 - накопительная емкость с горячей водой
3 - слив горячей воды
4 - трубопроводы циркуляционной системы
5 - слив воды из всей системы
6 - абсорбер МСК
7 - боковая теплоизоляция всего МСК
8 - теплообменники МСК - отопительные батареи аккорд
9 - перегородка в МСК на абсорбере между зонами А и Б
10 – циркуляция воздуха в зонах А и Б
Функционирует система следующим образом. Сам МСК устанавливается под углом 35 градусов к горизонту с направлением на юг. Выше верхнего края МСК на 0.5 – 1 метр устанавливается теплоизолированная накопительная емкость 2 для горячей воды объемом примерно 250 литров. Как только МСК начинает обогреваться солнечным излучением, абсорбер 6 и батареи 8 начинают нагреваться. Когда температура батарей становится выше температуры воды в накопительной емкости 2, начинается естественная циркуляция воды в системе. Направление движения воды показано стрелками. Вода в емкости 2 разогревается. Циркуляция прекращается и емкость 2 автоматически отключается от МСК , когда температура батарей 8 становится ниже температуры емкости 2 и она переходит в режим хранения с минимальными тепловыми потерями. Отбор горячей воды производится из верхней точки емкости 2 поз.3 в любое время суток. Одновременно со сливом происходит происходит подпитка водой из емкости 1. Полный слив воды из системы производится из самой нижней точки поз. 5. Конструкция МСК для нагрева воды немного отличается от конструкции СУШИЛКИ. Батареи аккорд имеют высоту 60 мм. Поэтому по бокам абсорбера смонтирована теплоизоляция 7 из той же соломы и досок. Высота от плоскости абсорбера составляет 100 мм. Крышка отсутствует. Пленка или остекление (например поликарбонат) крепятся на эту конструкцию и перегородку 9. Некоторые особенности конструкции. Площадь абсорбера разделена на две зоны А и Б перегородкой 9. Это планка из дерева высотой 100 мм. В каждой зоне (рассмотрим только верхнюю А) батареи помещаются в верхней части, как показано на рисунке. Суммарная площадь батарей в зоне А должна составлять половину общей площади зоны А. Аналогично и в зоне Б. Ребра острыми краями направлены к солнечному излучению. Степень черноты облучаемой поверхности батарей в этом случае будет равна 1. Ямы поглощают все излучение. Красить ребра не обязательно. Нижняя часть зоны А – это тонкое листовое железо со степенью черноты 0.85 разогревается очень быстро и затем уже греет и воздух, который поднимается вверх. На схеме это поз. 10. Таким образом батареи греются и прямым солнечным излучением и горячим воздухом нагретым в нижней части зоны А. Такая система позволяет получать с апреля по октябрь включительно около 250 литров воды в сутки с температурой до 50 С. Очевидно, что МСК не обязательно изготовлять площадью 2.5 квадратных метров. Можно и раза в два меньше. Это уже каждый решает самостоятельно. При этом пропорционально уменьшается и объем накопительной емкости. Есть еще много всяких технологических и эксплуатационных тонкостей. Если кто изъявит желание изготовить для себя подобную систему, постараюсь ответить на все возникающие вопросы. Продолжение этой темы будет.

 

Расмотрим теперь тепловые характеристики отопительных батарей типа аккорд, сравним их с абсорбером из листа металла с припаянными трубками и оценим возможность применения батареи аккорд в качестве теплообменниеов для солнечных нагревателей.
Для примера возьмем стальную батарею аккорд А28К. Ее схема приведена на рис А. Геометричиские характеристики и размеры следующие:
L = 110 см - длина по ребрам.
h = 30 см - высота по ребрам.
B = 6 см - высота П-образного ребра.
С = 2 см - длина перемычки ребра.
S = 0.05 см - толщина ребра.
W = 15 см - межосевое растояние между трубами.
D = 2.8 см - наружный диаметр труб для прокачки теплоносителя.
n = 28 шт - количество П-образных ребер.
Разделим батарею по осевой линии по горизонтали на две части.
Мы получили часть теплообменника с одной трубой и ребрами равномерно расположеными по всей длине (смотри рис В). Это и будет расчетная схема теплообменника.
Облучаемая поверхность составит:
f1 = L*h/2 = 110*30/2 = 1650 см*2
Развертка одного ребра (смотри рисунок Б и Г) будет:
fr = 14*15 = 210 см*2
А полная площадь теплообмена одного ребра с обеих сторон уже составит:
f2 = 210*2 = 420 см*2
И тогда полная поверхность теплообмена всех 28 ребер расчетного участка:
f3 = 420*28 = 11760 см*2 или 1,176 м*2.
При толщине ребра s = 0.05 см обьем всех ребер составит:
V = fr*s*n = 210*0.05*28 = 294 см*3.
Пересчитаем этот суммарный обьем V ребер расчетного участка в лист металла площадью равной
f1 = 1650 см*2.
Толщина этого листа будет равной :
s1 = 294/1650 = 0.178 см. или 1,78 мм.
Для дальнейших расчетов принимаем толщину листа равной 1,78 мм.
Теперь возьмем лист металла из стали толщиной 1,8 мм и размером 110*15 см, с припаянной по середине листа сплошным швом трубкой для прокачки теплоносителя. Этот теплообменник по своим характеристикам будет аналогичен теплообменнику из части аккорда изображенном на рис В.
Сравнительный анализ тепловых характеристик двух вариантов теплообменников производился расчетным путем. Это довольно сложные расчеты численными методами с нестационарным температурным полем. Поэтому приводить их здесь нецелесообразно.
И последнее - стоимость отопительной батареи аккорд А28К со склада составляет 230 грн.
В лучшем варианте можно занимать батареями всю поверхность абсорбера, а можно и часть, но не менее половины.