חימום שמש של בית פרטי: אפשרויות ודיאגרמות עיצוב

השימוש באנרגיה "ירוקה" המסופקת על ידי אלמנטים טבעיים יכול להפחית משמעותית את עלויות השירות.לדוגמה, על ידי הסדרת חימום שמש לבית פרטי, תספקו רדיאטורים בטמפרטורה נמוכה ומערכות חימום תת רצפתי עם נוזל קירור כמעט חופשי. מסכים, זה כבר חוסך כסף.

תלמד הכל על "טכנולוגיות ירוקות" מהמאמר המוצע שלנו. בעזרתנו תוכלו להבין בקלות את סוגי המתקנים הסולאריים, שיטות בנייתם ​​ופרטי הפעולה. סביר להניח שתתעניינו באחת מהאפשרויות הפופולריות שפועלות באופן פעיל בעולם, אך עדיין לא מבוקשות כאן.

בסקירה שהוצגה לתשומת לבך, מאפייני העיצוב של המערכות מנותחים ודיאגרמות החיבור מתוארות בפירוט. ניתנת דוגמה לחישוב מעגל חימום שמש כדי להעריך את המציאות של בנייתו. כדי לעזור לבעלי מלאכה עצמאיים, כלולים אוספי תמונות וסרטונים.

טכנולוגיות חום "ירוק".

ממוצע 1 מ'² פני כדור הארץ מקבלים 161 וואט אנרגיה סולארית לשעה. כמובן שבקו המשווה נתון זה יהיה גבוה פי כמה מאשר באזור הארקטי. בנוסף, צפיפות קרינת השמש תלויה בתקופת השנה.

באזור מוסקבה, עוצמת קרינת השמש בדצמבר-ינואר שונה ממאי-יולי ביותר מפי חמישה. עם זאת, מערכות מודרניות כל כך יעילות שהן יכולות לעבוד כמעט בכל מקום על פני כדור הארץ.

מערכות סולאריות מודרניות יכולות לפעול ביעילות במזג אוויר מעונן וקר עד -30 מעלות צלזיוס

משימת השימוש אנרגיית קרינת השמש עם יעילות מקסימלית נפתרת בשתי דרכים: חימום ישיר בקולטים תרמיים וסוללות פוטו-וולטאיות סולאריות. פאנלים סולאריים ממירים תחילה את אנרגיית קרני השמש לחשמל, ולאחר מכן מעבירים אותה דרך מערכת מיוחדת לצרכנים, למשל דוד חשמלי.

קולטים תרמיים, כאשר הם מחוממים על ידי קרני השמש, מחממים את נוזל הקירור של מערכות חימום ואספקת מים חמים.

קולטים תרמיים מגיעים בכמה סוגים, לרבות מערכות פתוחות וסגורות, עיצובים שטוחים וכדוריים, קולטי ריכוז חצי כדוריים ועוד אפשרויות רבות. האנרגיה התרמית המתקבלת מקולטי שמש משמשת לחימום מים חמים או נוזל חימום.

התעשייה מייצרת מגוון רחב של מערכות קולטים לשילוב ברשת חימום עצמאית. עם זאת, קל לעשות את האפשרות הפשוטה ביותר למעון קיץ במו ידיך:

אמנם חלה התקדמות ברורה בפיתוח פתרונות לקציר, אחסון ושימוש באנרגיה סולארית, אך ישנם יתרונות וחסרונות.

שימוש יעיל באנרגיה סולארית

היתרון הברור ביותר של שימוש באנרגיה סולארית הוא הזמינות האוניברסלית שלה. למעשה, אפילו במזג האוויר הקודר והמעונן ביותר, ניתן לאסוף ולהשתמש באנרגיה סולארית.

היתרון השני הוא אפס פליטות. למעשה, זוהי צורת האנרגיה הידידותית ביותר לסביבה והטבעית ביותר. פנלים סולאריים והקולטים לא מייצרים רעש. ברוב המקרים, הם מותקנים על גגות מבנים, מבלי לתפוס את השטח השמיש של אזור פרברי.

היעילות של חימום השמש בקווי הרוחב שלנו היא נמוכה למדי, מה שמוסבר על ידי מספר לא מספיק של ימי שמש להפעלה סדירה של המערכת (+)

החסרונות הקשורים בשימוש באנרגיה סולארית הם השונות של תאורה. בלילה אין מה לאסוף, המצב מחמיר בשל העובדה ששיא עונת החימום מתרחש בשעות היום הקצרות ביותר בשנה. יש צורך לפקח על הניקיון האופטי של הלוחות; זיהום קל מפחית בחדות את היעילות.

בנוסף, לא ניתן לומר שהפעלת מערכת אנרגיה סולארית היא בחינם לחלוטין, ישנן עלויות קבועות עבור פחת ציוד, הפעלת משאבת המחזור ואלקטרוניקה בקרה.

חסרון משמעותי של חימום המבוסס על שימוש בקולטים סולאריים הוא היעדר יכולת לצבור אנרגיה תרמית. רק מיכל ההרחבה (+) כלול במעגל

פתיחת קולטי שמש

קולט שמש פתוח הוא מערכת של צינורות, ללא הגנה מהשפעות חיצוניות, שדרכם מסתובב נוזל קירור המחומם ישירות על ידי השמש.

מים, גז, אוויר ואנטיפריז משמשים כנוזל קירור. הצינורות מקובעים ללוח התומך בצורה של סליל, או מחוברים בשורות מקבילות לצינור היציאה.

קולטי שמש פתוחים אינם מסוגלים להתמודד עם חימום של בית פרטי. בשל היעדר בידוד, נוזל הקירור מתקרר במהירות. הם משמשים בקיץ בעיקר לחימום מים במקלחות או בריכות שחייה.

לאספנים פתוחים בדרך כלל אין בידוד כלשהו. העיצוב הוא פשוט מאוד, ולכן יש לו עלות נמוכה ולעתים קרובות נעשה באופן עצמאי.

בשל היעדר בידוד, הם למעשה אינם אוגרים את האנרגיה המתקבלת מהשמש ומאופיינים ביעילות נמוכה. הם משמשים בעיקר בקיץ לחימום מים בבריכות שחייה או מקלחות קיץ.

מותקן באזורים שטופי שמש וחמים, עם הבדלים קטנים בטמפרטורת האוויר הסביבתי והמים המחוממים. הם עובדים היטב רק במזג אוויר שטוף שמש ללא רוח.

הקולט הסולארי הפשוט ביותר עם גוף קירור העשוי מסליל של צינורות פולימר יספק אספקת מים מחוממים לדאצ'ה לצורך השקיה וצרכים ביתיים

זני אספן צינורי

קולטי שמש צינוריים מורכבים מצינורות בודדים שדרכם זורמים מים, גז או קיטור. זהו אחד מסוגי מערכות סולאריות פתוחות. עם זאת, נוזל הקירור כבר מוגן הרבה יותר מפני שליליות חיצונית. במיוחד בהתקנות ואקום, שתוכננו על עיקרון התרמוסים.

כל צינור מחובר למערכת בנפרד, במקביל זה לזה. אם צינור אחד נכשל, קל להחליף אותו בחדש. ניתן להרכיב את כל המבנה ישירות על גג הבניין, מה שמקל מאוד על ההתקנה.

לאספן הצינורי יש מבנה מודולרי. האלמנט העיקרי הוא צינור ואקום; מספר הצינורות משתנה בין 18 ל-30, מה שמאפשר לך לבחור במדויק את עוצמת המערכת

יתרון משמעותי של קולטי שמש צינוריים הוא הצורה הגלילית של האלמנטים העיקריים, שבזכותה נקלטת קרינת השמש לאורך כל היום ללא שימוש במערכות יקרות למעקב אחר תנועת גוף התאורה.

ציפוי רב שכבתי מיוחד יוצר מעין מלכודת אופטית לאור השמש. התרשים מציג חלקית את הקיר החיצוני של בקבוק הוואקום המשקף קרניים על קירות הבקבוק הפנימי (+)

בהתבסס על עיצוב הצינורות, נבדלים קולטי שמש קואקסיאליים.

הצינור הקואקסיאלי הוא כלי דיאור או תרמוס מוכר. עשוי משני צלוחיות שביניהם מפנה אוויר. ציפוי סלקטיבי מאוד מוחל על פני השטח הפנימי של הנורה הפנימית, סופג ביעילות אנרגיית שמש.

עם צינור גלילי, קרני השמש תמיד נופלות בניצב לפני השטח

אנרגיה תרמית מהשכבה הסלקטיבית הפנימית מועברת לצינור חום או מחליף חום פנימי עשוי לוחות אלומיניום. בשלב זה מתרחש אובדן חום לא רצוי.

צינור הנוצות הוא גליל זכוכית ובתוכו מוכנס בולם נוצות.

המערכת מקבלת את שמה מבולם הנוצות, העוטף בחוזקה תעלה תרמית העשויה ממתכת מוליכת חום.

לבידוד תרמי טוב, האוויר פונה מהצינור. העברת חום מהבולם מתרחשת ללא אובדן, ולכן היעילות של צינורות נוצות גבוהה יותר.

על פי שיטת העברת החום קיימות שתי מערכות: זרימה ישירה ועם צינור חום. צינור תרמי הוא מיכל אטום עם נוזל שמתאדה בקלות.

מכיוון שהנוזל המתאדה בקלות זורם באופן טבעי לתחתית צינור החום, זווית הנטייה המינימלית היא 20 מעלות צלזיוס

בתוך צינור החום ישנו נוזל שמתאדה בקלות המקבל חום מהדופן הפנימית של הבקבוק או מסופג הנוצות. בהשפעת הטמפרטורה, הנוזל רותח ועולה בצורה של אדים. לאחר העברת החום לנוזל החימום או אספקת המים החמים, הקיטור מתעבה לנוזל וזורם למטה.

מים משמשים לעתים קרובות כנוזל שמתאדה בקלות בלחץ נמוך. מערכת חד פעמית משתמשת בצינור בצורת U שדרכו מסתובבים מים או נוזל חימום.

חצי אחד של הצינור בצורת U מיועד לנוזל קירור קר, השני מסיר את המחומם. כאשר מחומם, נוזל הקירור מתרחב ונכנס למיכל האחסון, ומספק זרימה טבעית. כמו במערכות צינורות חום, זווית הנטייה המינימלית חייבת להיות לפחות 20⁰.

עם חיבור זרימה ישירה, הלחץ במערכת לא יכול להיות גבוה, מכיוון שיש ואקום טכני בתוך הבקבוק

מערכות זרימה ישירה יעילות יותר מכיוון שהן מחממות מיד את נוזל הקירור. אם מתוכננות להשתמש במערכות קולט שמש בכל ימות השנה, אזי נשאב אליהן חומר מונע קיפאון מיוחד.

לשימוש בקולטים סולאריים צינוריים יש מספר יתרונות וחסרונות. עיצובו של קולט שמש צינורי מורכב מאלמנטים זהים שקל יחסית להחליף.

יתרונות:

• איבוד חום נמוך;
• יכולת עבודה בטמפרטורות עד -30⁰С;
• ביצועים יעילים לאורך שעות היום;
• ביצועים טובים באזורים עם אקלים ממוזג וקר;
• רוח נמוכה, המוצדקת על ידי יכולתן של מערכות צינוריות להעביר מסות אוויר דרך עצמן;
• אפשרות לייצר נוזל קירור בטמפרטורה גבוהה.

מבחינה מבנית, למבנה הצינורי יש משטח צמצם מוגבל.

יש לו את החסרונות הבאים:

• לא מסוגל לניקוי עצמי משלג, קרח, כפור;
• מחיר גבוה.

למרות העלות הגבוהה הראשונית, אספנים צינוריים משלמים על עצמם מהר יותר. יש להם חיי שירות ארוכים.

קולטים צינוריים הם מערכות סולאריות מסוג פתוח ולכן אינם מתאימים לשימוש כל השנה במערכות חימום (+)

מערכות סגורות שטוחות

קולט פלטות שטוח מורכב ממסגרת אלומיניום, שכבת ספיגה מיוחדת - בולם, ציפוי שקוף, צינור ובידוד.

נחושת יריעה מושחרת משמשת כבולם, בעל מוליכות תרמית אידיאלית ליצירת מערכות סולאריות.כאשר אנרגיית השמש נספגת על ידי בולם, אנרגיית השמש שהיא מקבלת מועברת לנוזל קירור המסתובב דרך מערכת צינורות הצמודה לבולם.

מבחוץ, הפאנל הסגור מוגן בציפוי שקוף. הוא עשוי מזכוכית מחוסמת עמידה בפני זעזועים עם פס שידור של 0.4-1.8 מיקרון. טווח זה אחראי לקרינת השמש המקסימלית. זכוכית חסינת זעזועים מספקת הגנה טובה מפני ברד. בצד האחורי הפאנל כולו מבודד בצורה מהימנה.

קולטי שמש שטוחים מאופיינים בביצועים מקסימליים ועיצוב פשוט. היעילות שלהם מוגברת הודות לשימוש בבולם. הם מסוגלים ללכוד קרינת שמש מפוזרת וישירה

רשימת היתרונות של לוחות שטוחים סגורים כוללת:

• פשטות העיצוב;
• ביצועים טובים באזורים עם אקלים חם;
• היכולת להתקין בכל זווית עם מכשירים לשינוי זווית הנטייה;
• יכולת ניקוי עצמי משלג וכפור;
• מחיר נמוך.

קולטי שמש עם פלטות שטוחות יתרון במיוחד אם השימוש בהם מתוכנן בשלב התכנון. חיי השירות של מוצרים איכותיים הם 50 שנה.

החסרונות כוללים:

• איבוד חום גבוה;
• משקל כבד;
• רוח גבוהה כאשר הלוחות ממוקמים בזווית לאופקי;
• מגבלות ביצועים כאשר שינויי טמפרטורה עולים על 40°C.

היקף היישום של קולטים סגורים רחב בהרבה מזה של מערכות סולאריות מסוג פתוח. בקיץ הם מסוגלים לספק באופן מלא את הצורך במים חמים. בימים קרירים, כאשר שירותים לא כוללים אותם בתקופת החימום, הם יכולים לעבוד במקום תנורי גז וחשמל.

למי שרוצה לעשות קולט שמש כדי לבנות מערכת חימום בדאצ'ה שלך במו ידיך, אנו מציעים לך להכיר דיאגרמות שנבדקו בפועל והוראות הרכבה שלב אחר שלב.

השוואה בין מאפייני קולט שמש

האינדיקטור החשוב ביותר של קולט שמש הוא יעילות. הביצועים השימושיים של קולטי שמש בעיצובים שונים תלויים בהפרש הטמפרטורה. יחד עם זאת, אספנים שטוחים זולים בהרבה מאלה צינוריים.

ערכי היעילות תלויים באיכות הייצור של קולט השמש. מטרת הגרף היא להראות את יעילות השימוש במערכות שונות בהתאם להפרש הטמפרטורה

בבחירת קולט שמש, כדאי לשים לב למספר פרמטרים המציגים את היעילות והעוצמה של המכשיר.

ישנם מספר מאפיינים חשובים עבור קולטי שמש:

• מקדם ספיחה - מציג את היחס בין האנרגיה הנספגת לסך הכל;
• מקדם פליטה - מציג את היחס בין האנרגיה המועברת לאנרגיה הנספגת;
• שטח כולל ופתח צמצם;
• יְעִילוּת

אזור הצמצם הוא אזור העבודה של קולט השמש. לאספן פלטה שטוחה יש שטח צמצם מקסימלי. שטח הצמצם שווה לשטח הבולם.

שיטות חיבור למערכת החימום

מכיוון שמכשירים המונעים על ידי שמש אינם יכולים לספק אספקת אנרגיה יציבה מסביב לשעון, יש צורך במערכת עמידה לחסרונות אלו.

עבור מרכז רוסיה, מכשירים סולאריים אינם יכולים להבטיח זרימה יציבה של אנרגיה, ולכן הם משמשים כמערכת נוספת. שילוב במערכת חימום ומים חמים קיימת שונה עבור קולט שמש וסוללה סולארית.

תכנית עם קולט מים

בהתאם למטרת השימוש בקולט החום, נעשה שימוש במערכות חיבור שונות. עשויות להיות מספר אפשרויות:

1. אפשרות קיץ לאספקת מים חמים
2. אפשרות חורף לחימום ואספקת מים חמים

אפשרות הקיץ היא הפשוטה ביותר וניתן לעשות אותה גם בלי משאבת מחזורבאמצעות זרימת מים טבעית.

המים מחוממים בקולט השמש ובשל התפשטות תרמית נכנסים למיכל האגירה או לדוד. במקרה זה, מתרחשת זרימת דם טבעית: מים קרים נשאבים מהמיכל במקום מים חמים.

בחורף, בטמפרטורות מתחת לאפס, חימום ישיר של מים אינו אפשרי. חומר מונע קפיאה מיוחד מסתובב במעגל סגור, המבטיח העברת חום מהקולט למחליף החום במיכל

כמו כל מערכת המבוססת על זרימת דם טבעית, היא אינה פועלת ביעילות רבה, ומחייבת עמידה במדרונות הדרושים. בנוסף, מיכל האגירה חייב להיות גבוה מקולט השמש. על מנת שהמים יישארו חמים זמן רב ככל האפשר, יש לבודד היטב את המיכל.

אם אתה באמת רוצה להשיג את הפעולה היעילה ביותר של קולט השמש, דיאגרמת החיבור תהפוך מסובכת יותר.

כדי למנוע מהקולט להפוך לרדיאטור קירור בלילה, יש צורך לעצור את זרימת המים בכוח

נוזל קירור שאינו מקפיא מסתובב דרך מערכת קולט השמש. מחזור מאולץ מסופק על ידי משאבה הנשלטת על ידי בקר.

הבקר שולט על פעולת משאבת הסחרור בהתבסס על קריאות של לפחות שני חיישני טמפרטורה. החיישן הראשון מודד את הטמפרטורה במיכל האחסון, השני - על צינור אספקת נוזל הקירור החם של קולט השמש.

ברגע שהטמפרטורה במיכל עולה על טמפרטורת נוזל הקירור, הבקר בקולט מכבה את משאבת הסירקולציה, עוצר את מחזור נוזל הקירור במערכת. בתורו, כאשר הטמפרטורה במיכל האחסון יורדת מתחת לערך שנקבע, דוד החימום נדלק.

מילה חדשה ואלטרנטיבה יעילה לקולטי שמש עם נוזל קירור הפכו למערכות עם צינורות ואקום, את עקרון הפעולה והעיצוב שלו אנו מציעים להכיר את עצמך.

תכנית עם סוללה סולארית

זה יהיה מפתה ליישם דומה דיאגרמת חיבור סוללה סולארית לרשת החשמל, כפי שמיושם במקרה של קולט שמש, צבירת האנרגיה המתקבלת במהלך היום. למרבה הצער, עבור מערכת אספקת החשמל של בית פרטי, זה מאוד יקר ליצור ערכת סוללות עם קיבולת מספקת. לכן, דיאגרמת החיבור נראית כך.

כאשר עוצמת הזרם החשמלי מהסוללה הסולארית פוחתת, יחידת ה-ATS (הדלקה אוטומטית של רזרבה) מבטיחה את חיבור הצרכנים לרשת החשמל הכללית

מהפאנלים הסולאריים, הטעינה מסופקת לבקר הטעינה, המבצע מספר פונקציות: מבטיח טעינה מתמדת של הסוללות ומייצב את המתח. לאחר מכן, הזרם החשמלי מסופק למהפך, כאשר זרם ישר של 12V או 24V מומר לזרם חילופין חד פאזי 220V.

אבוי, רשתות החשמל שלנו אינן מתאימות לקליטת אנרגיה; הן יכולות לעבוד רק בכיוון אחד ממקור לצרכן. מסיבה זו, לא תוכל למכור את החשמל שחולץ או לפחות לגרום למונה להסתובב בכיוון ההפוך.

השימוש בפאנלים סולאריים הוא יתרון בכך שהם מספקים סוג אנרגיה רב תכליתי, אך יחד עם זאת הם אינם יכולים להשוות ביעילותם עם קולטי שמש. עם זאת, לאחרונים אין יכולת לאגור אנרגיה, בניגוד לסוללות פוטו-וולטאיות סולאריות.

תוכלו למצוא הכל על אפשרויות לארגון חימום של בית פרטי באמצעות פאנלים סולאריים. במאמר זה.

דוגמה לחישוב ההספק הנדרש

כאשר מחשבים את ההספק הנדרש של קולט שמש, לרוב מתבצעים בטעות חישובים על סמך האנרגיה הסולארית הנכנסת בחודשים הקרים ביותר של השנה.

העובדה היא שבשאר החודשים של השנה המערכת כולה תתחמם כל הזמן. בקיץ, טמפרטורת נוזל הקירור ביציאת קולט השמש יכולה להגיע ל-200 מעלות צלזיוס בחימום קיטור או גז, 120 מעלות צלזיוס למניעת קיפאון, 150 מעלות צלזיוס למים. אם נוזל הקירור רותח, הוא יתאדה חלקית. כתוצאה מכך, יהיה צורך להחליף אותו.

היצרנים ממליצים להמשיך מהנתונים הבאים:

• אספקת מים חמים לא יותר מ-70%;
• אספקת מערכת החימום לא יותר מ 30%.

שאר החום הנדרש חייב להיווצר על ידי ציוד חימום סטנדרטי. עם זאת, עם אינדיקטורים כאלה נחסך בממוצע כ-40% בשנה על חימום ואספקת מים חמים.

הכוח שנוצר על ידי צינור אחד של מערכת ואקום תלוי במיקום הגיאוגרפי. אינדיקטור של ירידת אנרגיה סולארית ל-1 מ' בשנה² של כדור הארץ נקרא בידוד.

לדעת את אורך וקוטר הצינור, ניתן לחשב את הצמצם - אזור הספיגה האפקטיבי. נותר ליישם את מקדמי הקליטה והפליטה כדי לחשב את הספק של צינור אחד בשנה.

דוגמה לחישוב:

אורך הצינור הסטנדרטי הוא 1800 מ"מ, האורך האפקטיבי הוא 1600 מ"מ. קוטר 58 מ"מ. צמצם הוא האזור המוצל שנוצר על ידי הצינור. לפיכך, השטח של מלבן הצל יהיה:

S = 1.6 * 0.058 = 0.0928 מ'²

היעילות של הצינור האמצעי היא 80%, בידוד שמש למוסקבה הוא כ-1170 קילוואט/מ"ר² בשנה. לפיכך, צינור אחד ייצר בשנה:

W = 0.0928 * 1170 * 0.8 = 86.86 קילוואט-שעה

יש לציין כי מדובר בהערכה גסה מאוד. כמות האנרגיה המופקת תלויה בכיוון המתקן, זווית, טמפרטורה שנתית ממוצעת וכו'.

עם כל מיני מקורות אנרגיה חלופיים ודרכים להשתמש בהם תוכלו למצוא במאמר המוצג.

מסקנות וסרטון שימושי בנושא

סרטון מס' 1. הדגמת פעולת קולט שמש בחורף:

סרטון מס' 2. השוואה בין דגמים שונים של קולטי שמש:

לאורך כל קיומו, האנושות צורכת יותר ויותר אנרגיה מדי שנה. ניסיונות להשתמש בקרינת השמש החופשית נעשו כבר זמן רב, אך רק לאחרונה ניתן היה להשתמש ביעילות בשמש בקווי הרוחב שלנו. אין ספק שמערכות סולאריות הן העתיד.

האם תרצה לדווח על תכונות מעניינות בארגון חימום שמש לבית כפרי או קוטג'? נא לכתוב הערות בבלוק למטה. כאן תוכלו לשאול שאלה, להשאיר תמונה המדגימה את תהליך הרכבת המערכת ולשתף מידע שימושי.