Omakotitalon aurinkolämmitys: vaihtoehdot ja suunnittelukaaviot

Luonnonelementtien tuottaman "vihreän" energian käyttö voi vähentää merkittävästi käyttökustannuksia.Esimerkiksi järjestämällä aurinkolämpöä omakotitaloon toimitat matalalämpöiset patterit ja lattialämmitysjärjestelmät käytännössä ilmaisella jäähdytysnesteellä. Samaa mieltä, tämä säästää jo rahaa.

Opit kaiken "vihreistä teknologioista" ehdotetusta artikkelistamme. Avullamme ymmärrät helposti aurinkosähköasennuksien tyypit, niiden valmistustavat ja toiminnan erityispiirteet. Olet todennäköisesti kiinnostunut yhdestä suosituista vaihtoehdoista, jotka toimivat aktiivisesti maailmassa, mutta joilla ei ole vielä suurta kysyntää täällä.

Tiedoksi esitettävässä katsauksessa analysoidaan järjestelmien suunnitteluominaisuudet ja kuvataan kytkentäkaaviot yksityiskohtaisesti. Esimerkki aurinkolämmityspiirin laskemisesta on annettu sen rakentamisen realiteetin arvioimiseksi. Mukana on valokuvakokoelmia ja videoita riippumattomien käsityöläisten auttamiseksi.

"Vihreä" lämpötekniikka

Keskimäärin 1 m² Maan pinta saa 161 wattia aurinkoenergiaa tunnissa. Tietenkin päiväntasaajalla tämä luku on monta kertaa suurempi kuin arktisella alueella. Lisäksi auringon säteilyn tiheys riippuu vuodenajasta.

Moskovan alueella auringon säteilyn voimakkuus joulu-tammikuussa eroaa touko-heinäkuusta yli viisi kertaa. Nykyaikaiset järjestelmät ovat kuitenkin niin tehokkaita, että ne voivat toimia melkein missä tahansa maan päällä.

Nykyaikaiset aurinkosähköjärjestelmät voivat toimia tehokkaasti pilvisellä ja kylmällä säällä -30°C asti

Käyttötehtävä auringon säteilyenergiaa Suurin hyötysuhde on ratkaistu kahdella tavalla: suora lämmitys lämpökeräimissä ja aurinkosähköakut. Aurinkopaneelit muuntavat ensin auringonsäteiden energian sähköksi, sitten välittävät sen erityisen järjestelmän, esimerkiksi sähkökattilan, kautta kuluttajille.

Lämmönkeräimet lämmittävät lämmitys- ja kuumavesijärjestelmien jäähdytysnestettä auringon säteiden lämpeneessä.

Lämmönkeräimiä on useita tyyppejä, mukaan lukien avoimet ja suljetut järjestelmät, litteät ja pallomaiset mallit, puolipallon muotoiset rikastinkeräimet ja monet muut vaihtoehdot. Aurinkokeräimestä saatavaa lämpöenergiaa käytetään kuuman veden tai lämmitysnesteen lämmittämiseen.

Teollisuus tuottaa laajan valikoiman keräinjärjestelmiä liitettäväksi itsenäiseen lämmitysverkkoon. Yksinkertaisin vaihtoehto kesäasunnolle on kuitenkin helppo tehdä omin käsin:

Vaikka aurinkoenergian korjuu-, varastointi- ja käyttöratkaisujen kehittämisessä on edistytty selvästi, niillä on etuja ja haittoja.

Tehokas aurinkoenergian käyttö

Aurinkoenergian käytön ilmeisin etu on sen yleinen saatavuus. Itse asiassa jopa synkimmällä ja pilvisimmällä säällä aurinkoenergiaa voidaan kerätä ja käyttää.

Toinen etu on nollapäästöt. Itse asiassa se on ympäristöystävällisin ja luonnollisin energiamuoto. Aurinkopaneelit ja keräimet eivät tuota ääntä. Useimmissa tapauksissa ne asennetaan rakennusten katoille ilman, että ne vievät esikaupunkialueen käyttökelpoista aluetta.

Aurinkolämmityksen tehokkuus leveysasteillamme on melko alhainen, mikä selittyy aurinkoisten päivien riittämättömällä määrällä järjestelmän säännölliseen toimintaan (+)

Aurinkoenergian käyttöön liittyvät haitat ovat valaistuksen vaihtelevuus. Yöllä ei ole mitään kerättävää, tilannetta pahentaa se, että lämmityskauden huippu on vuoden lyhimpinä päivänvaloaikoina. On tarpeen valvoa paneelien optista puhtautta, vähäinen kontaminaatio vähentää jyrkästi tehokkuutta.

Lisäksi ei voida sanoa, että aurinkoenergiajärjestelmän käyttö olisi täysin ilmaista, vaan laitteiden poistoihin, kiertovesipumpun toimintaan ja ohjauselektroniikkaan liittyy jatkuvasti kuluja.

Aurinkokeräinten käyttöön perustuvan lämmityksen merkittävä haittapuoli on kyvyttömyys kerätä lämpöenergiaa. Vain paisuntasäiliö (+) sisältyy piiriin

Avoimet aurinkokeräimet

Avoin aurinkokeräin on ulkoisilta vaikutuksilta suojaamaton putkijärjestelmä, jonka läpi suoraan auringon lämmittämä jäähdytysneste kiertää.

Jäähdytysnesteinä käytetään vettä, kaasua, ilmaa ja pakkasnestettä. Putket on joko kiinnitetty tukipaneeliin kelan muodossa tai yhdistetty rinnakkain poistoputkeen.

Avoimet aurinkokeräimet eivät kestä omakotitalon lämmitystä. Eristyksen puutteen vuoksi jäähdytysneste jäähtyy nopeasti. Niitä käytetään kesällä pääasiassa veden lämmittämiseen suihkuissa tai uima-altaissa.

Avoimissa keräilijöissä ei yleensä ole eristystä. Suunnittelu on hyvin yksinkertainen, joten se on edullinen ja valmistetaan usein itsenäisesti.

Eristyksen puutteen vuoksi ne eivät käytännössä varastoi auringosta saatua energiaa ja niille on ominaista alhainen hyötysuhde. Niitä käytetään pääasiassa kesällä veden lämmittämiseen uima-altaissa tai kesäsuihkuissa.

Asennetaan aurinkoisille ja lämpimille alueille, joissa on pieniä eroja ulkoilman ja lämmitetyn veden lämpötilassa. Ne toimivat hyvin vain aurinkoisella, tuulettomalla säällä.

Yksinkertaisin aurinkokeräin, jossa on polymeeriputkien kelasta valmistettu jäähdytyselementti, tarjoaa lämmitetyn veden syöttämisen dachaan kasteluun ja kotitaloustarpeisiin

Putkimaiset keräilijälajikkeet

Putkimaiset aurinkokeräimet kootaan yksittäisistä putkista, joiden läpi virtaa vettä, kaasua tai höyryä. Tämä on yksi avoimien aurinkojärjestelmien tyypeistä. Jäähdytysneste on kuitenkin jo paljon paremmin suojattu ulkoisilta negatiivisuuksilta. Erityisesti tyhjiöasennuksissa, jotka on suunniteltu termossien periaatteella.

Jokainen putki on kytketty järjestelmään erikseen, rinnakkain toistensa kanssa. Jos yksi putki pettää, se on helppo vaihtaa uuteen. Koko rakenne voidaan koota suoraan rakennuksen katolle, mikä yksinkertaistaa asennusta huomattavasti.

Putkimaisessa keräimessä on modulaarinen rakenne. Pääelementti on tyhjiöputki; putkien lukumäärä vaihtelee 18 - 30, jonka avulla voit valita tarkasti järjestelmän tehon

Putkimaisten aurinkokeräinten merkittävä etu on pääelementtien lieriömäinen muoto, jonka ansiosta auringon säteilyä saadaan talteen koko päivän ilman kalliita järjestelmiä valaisimen liikkeen seurantaan.

Erityinen monikerroksinen pinnoite luo eräänlaisen optisen loukun auringonvalolle. Kaavio näyttää osittain tyhjiöpullon ulkoseinän, joka heijastaa säteitä sisäpullon seinämiin (+)

Putkien suunnittelun perusteella erotetaan höyhen- ja koaksiaaliset aurinkokeräimet.

Koaksiaaliputki on Diaur-astia tai tuttu termospullo. Valmistettu kahdesta pullosta, joiden välistä ilma poistetaan. Erittäin selektiivinen pinnoite levitetään sisemmän polttimon sisäpinnalle, joka imee tehokkaasti aurinkoenergiaa.

Lieriömäisellä putkella auringonsäteet putoavat aina kohtisuoraan pintaan nähden

Lämpöenergia sisäisestä selektiivisestä kerroksesta siirretään alumiinilevyistä valmistettuun lämpöputkeen tai sisäiseen lämmönvaihtimeen. Tässä vaiheessa tapahtuu ei-toivottua lämmönhukkaa.

Höyhenputki on lasisylinteri, jonka sisällä on höyhenabsorberi.

Järjestelmä on saanut nimensä höyhenabsorberista, joka kietoutuu tiiviisti lämpöä johtavasta metallista valmistetun lämpökanavan ympärille.

Hyvän lämmöneristyksen vuoksi ilma on poistettu putkesta. Lämmönsiirto vaimentimesta tapahtuu ilman hävikkiä, joten höyhenputkien hyötysuhde on suurempi.

Lämmönsiirtomenetelmän mukaan on kaksi järjestelmää: suoravirtaus ja lämpöputkella. Lämpöputki on suljettu säiliö, jossa on helposti haihtuvaa nestettä.

Koska helposti haihtuva neste virtaa luonnostaan ​​lämpöputken pohjalle, pienin kaltevuuskulma on 20°C

Lämpöputken sisällä on helposti haihtuvaa nestettä, joka saa lämpöä pullon sisäseinästä tai höyhenabsorberista. Lämpötilan vaikutuksesta neste kiehuu ja nousee höyryn muodossa. Kun lämpö on siirretty lämmitys- tai kuumavesijäähdytysnesteeseen, höyry tiivistyy nesteeksi ja virtaa alas.

Vettä käytetään usein helposti haihtuvana nesteenä matalassa paineessa. Kerran läpivientijärjestelmässä käytetään U-muotoista putkea, jonka läpi vesi tai lämmitysneste kiertää.

Toinen U-muotoisen putken puolisko on tarkoitettu kylmälle jäähdytysnesteelle, toinen poistaa lämmitetyn. Kuumennettaessa jäähdytysneste laajenee ja menee varastosäiliöön, mikä tarjoaa luonnollisen kierron. Kuten lämpöputkijärjestelmissä, vähimmäiskaltevuuskulman on oltava vähintään 20⁰.

Suoravirtausliitännällä paine järjestelmässä ei voi olla korkea, koska pullon sisällä on tekninen tyhjiö

Suoravirtausjärjestelmät ovat tehokkaampia, koska ne lämmittävät jäähdytysnesteen välittömästi. Jos aurinkokeräinjärjestelmiä suunnitellaan käytettäväksi ympäri vuoden, niihin pumpataan erityistä pakkasnestettä.

Putkimaisten aurinkokeräinten käytöllä on useita etuja ja haittoja. Putkimaisen aurinkokeräimen rakenne koostuu identtisistä elementeistä, jotka on suhteellisen helppo vaihtaa.

Edut:

• alhainen lämpöhäviö;
• kyky työskennellä -30 ⁰С lämpötiloissa;
• tehokas suorituskyky koko päivänvalon aikana;
• hyvä suorituskyky alueilla, joilla on lauhkea ja kylmä ilmasto;
• alhainen tuuletus, joka on perusteltua putkimaisten järjestelmien kyvyllä siirtää ilmamassat itsensä läpi;
• mahdollisuus tuottaa korkean lämpötilan jäähdytysnestettä.

Rakenteellisesti putkimaisessa rakenteessa on rajoitettu aukkopinta.

Sillä on seuraavat haitat:

• ei pysty puhdistumaan itsestään lumesta, jäästä, pakkasesta;
• korkea hinta.

Alkuperäisistä korkeista kustannuksista huolimatta putkimaiset keräilijät maksavat itsensä takaisin nopeammin. Niillä on pitkä käyttöikä.

Putkikeräimet ovat avoimen tyyppisiä aurinkosähköjärjestelmiä eivätkä siksi sovellu ympärivuotiseen käyttöön lämmitysjärjestelmissä (+)

Tasaiset suljetut järjestelmät

Tasokeräin koostuu alumiinirungosta, erityisestä imukykyisestä kerroksesta - absorboijasta, läpinäkyvästä pinnoitteesta, putkistosta ja eristyksestä.

Absorberina käytetään mustaa kuparilevyä, jonka lämmönjohtavuus on ihanteellinen aurinkosähköjärjestelmien luomiseen.Kun absorboija absorboi aurinkoenergiaa, sen vastaanottama aurinkoenergia siirretään jäähdytysnesteeseen, joka kiertää absorboijan vieressä olevan putkijärjestelmän kautta.

Ulkopuolelta suljettu paneeli on suojattu läpinäkyvällä pinnoitteella. Se on valmistettu iskunkestävästä karkaistusta lasista, jonka läpäisynauha on 0,4-1,8 mikronia. Tämä alue vastaa suurimmasta auringonsäteilystä. Iskunkestävä lasi antaa hyvän suojan rakeita vastaan. Takapuolella koko paneeli on luotettavasti eristetty.

Tasaisille aurinkokeräimille on ominaista maksimaalinen suorituskyky ja yksinkertainen muotoilu. Niiden tehokkuus kasvaa absorboijan käytön ansiosta. Ne pystyvät sieppaamaan haja- ja suoraa auringonsäteilyä

Luettelo suljettujen litteiden paneelien eduista sisältää:

• suunnittelun yksinkertaisuus;
• hyvä suorituskyky alueilla, joilla on lämmin ilmasto;
• kyky asentaa mihin tahansa kulmaan kaltevuuskulman muuttamislaitteilla;
• kyky puhdistaa itseään lumesta ja pakkasesta;
• alhainen hinta.

Litteät aurinkokeräimet ovat erityisen edullisia, jos niiden käyttö suunnitellaan jo suunnitteluvaiheessa. Laadukkaiden tuotteiden käyttöikä on 50 vuotta.

Haittoja ovat mm.

• suuri lämpöhäviö;
• raskas paino;
• korkea tuuletus, kun paneelit on asetettu kulmaan vaakatasoon nähden;
• suorituskykyrajoitukset, kun lämpötilan muutokset ylittävät 40 °C.

Suljettujen keräinten käyttöalue on paljon laajempi kuin avoimen tyyppisten aurinkokeräinten. Kesällä ne pystyvät täysin tyydyttämään kuuman veden tarpeen. Kylminä päivinä, kun sähköt eivät sisälly niitä lämmitysjaksoon, ne voivat toimia kaasu- ja sähkölämmittimien sijaan.

Niille, jotka haluavat tee aurinkokeräin Lämmitysjärjestelmän rakentamiseksi dachaasi omin käsin suosittelemme, että tutustut käytännössä testattuihin kaavioihin ja vaiheittaisiin asennusohjeisiin.

Aurinkokeräinten ominaisuuksien vertailu

Aurinkokeräimen tärkein indikaattori on hyötysuhde. Erityyppisten aurinkokeräinten hyötysuhde riippuu lämpötilaerosta. Samaan aikaan litteät keräimet ovat paljon halvempia kuin putkimaiset.

Hyötysuhdearvot riippuvat aurinkokeräimen valmistuslaadusta. Kaavion tarkoituksena on osoittaa erilaisten järjestelmien käytön tehokkuus lämpötilaerosta riippuen

Aurinkokeräimen valinnassa kannattaa kiinnittää huomiota useisiin parametreihin, jotka osoittavat laitteen tehokkuuden ja tehon.

Aurinkokeräimillä on useita tärkeitä ominaisuuksia:

• adsorptiokerroin - näyttää absorboidun energian suhteen kokonaisenergiaan;
• päästökerroin - näyttää siirretyn energian suhteen absorboituun energiaan;
• kokonais- ja aukon pinta-ala;
• Tehokkuus

Aukon alue on aurinkokeräimen työskentelyalue. Tasokeräimessä on suurin aukkoala. Aukon pinta-ala on yhtä suuri kuin absorptioalue.

Lämmitysjärjestelmään liittäminen

Koska aurinkovoimalla toimivat laitteet eivät pysty tarjoamaan vakaata, ympärivuorokautista energiansyöttöä, tarvitaan järjestelmä, joka kestää näitä puutteita.

Keski-Venäjällä aurinkolaitteet eivät voi taata vakaata energiavirtaa, joten niitä käytetään lisäjärjestelmänä. Integrointi olemassa olevaan lämmitys- ja käyttövesijärjestelmään on erilaista aurinkokeräimen ja aurinkoakun osalta.

Kaavio vedenkerääjällä

Lämmönkeräimen käyttötarkoituksesta riippuen käytetään erilaisia ​​liitäntäjärjestelmiä. Vaihtoehtoja voi olla useita:

1. Kesävaihtoehto lämpimän veden toimittamiseen
2. Talvivaihtoehto lämmitykseen ja lämminvesihuoltoon

Kesävaihtoehto on yksinkertaisin ja voidaan tehdä myös ilman kiertovesipumppukäyttämällä luonnollista vedenkiertoa.

Vesi lämmitetään aurinkokeräimessä ja menee lämpölaajenemisen vuoksi varastosäiliöön tai kattilaan. Tässä tapauksessa tapahtuu luonnollista kiertoa: säiliöstä imetään kylmää vettä kuuman veden sijaan.

Talvella pakkasessa veden suora lämmitys ei ole mahdollista. Erityinen pakkasneste kiertää suljetun piirin läpi varmistaen lämmön siirtymisen keräilijältä säiliössä olevaan lämmönvaihtimeen

Kuten kaikki luonnolliseen kiertoon perustuvat järjestelmät, se ei toimi kovin tehokkaasti, mikä edellyttää tarvittavien rinteiden noudattamista. Lisäksi varastosäiliön tulee olla korkeammalla kuin aurinkokeräin. Jotta vesi pysyisi kuumana mahdollisimman pitkään, säiliö on eristettävä perusteellisesti.

Jos todella haluat saavuttaa aurinkokeräimen tehokkaimman toiminnan, kytkentäkaaviosta tulee monimutkaisempi.

Jotta keräin ei muutu yöllä jäähdytyspatteriksi, on veden kierto pysäytettävä väkisin

Jäätymätön jäähdytysneste kiertää aurinkokeräinjärjestelmän läpi. Pakkokierto saadaan aikaan ohjaimella ohjatulla pumpulla.

Säädin ohjaa kiertovesipumpun toimintaa vähintään kahden lämpötila-anturin lukemien perusteella. Ensimmäinen anturi mittaa lämpötilaa varastosäiliössä, toinen - aurinkokeräimen kuuman jäähdytysnesteen syöttöputkessa.

Heti kun säiliön lämpötila ylittää jäähdytysnesteen lämpötilan, keräimen säädin sammuttaa kiertovesipumpun pysäyttäen jäähdytysnesteen kierron järjestelmän läpi. Kun taas varastosäiliön lämpötila laskee alle asetetun arvon, lämmityskattila kytkeytyy päälle.

Uudesta sanasta ja tehokkaasta vaihtoehdosta jäähdytysnesteellisille aurinkokeräimille on tullut järjestelmiä tyhjiöputket, jonka toimintaperiaatteeseen ja suunnitteluun suosittelemme tutustumista.

Kaavio aurinkoparistolla

Olisi houkuttelevaa soveltaa vastaavaa aurinkopariston kytkentäkaavio sähköverkkoon, kuten aurinkokeräimen tapauksessa toteutetaan, keräämällä päivän aikana vastaanotetun energian. Valitettavasti yksityiskodin virtalähdejärjestelmälle on erittäin kallista luoda riittävän kapasiteetin akku. Siksi kytkentäkaavio näyttää tältä.

Kun aurinkoakun sähkövirran teho pienenee, ATS-yksikkö (automaattinen reservin päällekytkentä) varmistaa kuluttajien kytkemisen yleiseen sähköverkkoon.

Aurinkopaneeleista lataus syötetään lataussäätimeen, joka suorittaa useita toimintoja: varmistaa akkujen jatkuvan latauksen ja tasaa jännitettä. Seuraavaksi sähkövirta syötetään invertteriin, jossa 12V tai 24V tasavirta muunnetaan yksivaiheiseksi 220V vaihtovirraksi.

Valitettavasti sähköverkkomme eivät sovellu energian vastaanottamiseen, ne voivat toimia vain yhteen suuntaan lähteestä kuluttajalle. Tästä syystä et voi myydä otettua sähköä tai ainakaan saada mittaria pyörimään vastakkaiseen suuntaan.

Aurinkopaneelien käyttö on edullista, koska ne tarjoavat monipuolisempaa energiaa, mutta samalla ne eivät voi verrata hyötysuhdetta aurinkokeräinten kanssa. Jälkimmäisillä ei kuitenkaan ole kykyä varastoida energiaa, toisin kuin aurinkosähköakut.

Löydät kaiken vaihtoehdoista omakotitalon lämmityksen järjestämiseen aurinkopaneeleilla. Tässä artikkelissa.

Esimerkki tarvittavan tehon laskemisesta

Aurinkokeräimen tarvittavaa tehoa laskettaessa laskelmat tehdään usein virheellisesti vuoden kylmimpien kuukausien saapuvan aurinkoenergian perusteella.

Tosiasia on, että vuoden jäljellä olevina kuukausina koko järjestelmä ylikuumenee jatkuvasti. Kesällä jäähdytysnesteen lämpötila aurinkokeräimen ulostulossa voi nousta 200°C:een höyryä tai kaasua lämmitettäessä, 120°C pakkasnesteellä ja 150°C vedellä. Jos jäähdytysneste kiehuu, se haihtuu osittain. Tämän seurauksena se on vaihdettava.

Valmistajat suosittelevat toimimaan seuraavista luvuista:

• kuuman veden toimittaminen enintään 70%;
• lämmitysjärjestelmän tarjonta enintään 30 %.

Loput tarvittavasta lämmöstä on tuotettava vakiolämmityslaitteilla. Tällaisilla indikaattoreilla säästetään kuitenkin keskimäärin noin 40% vuodessa lämmityksessä ja kuuman veden toimituksissa.

Tyhjiöjärjestelmän yhden putken tuottama teho riippuu maantieteellisestä sijainnista. Indikaattori aurinkoenergian putoamisesta 1 m vuodessa² maapalloa kutsutaan insolaatioksi.

Kun tiedät putken pituuden ja halkaisijan, voit laskea aukon - tehollisen absorptioalueen. Jäljelle jää absorptio- ja päästökertoimien soveltaminen yhden putken tehon laskemiseen vuodessa.

Laskuesimerkki:

Vakioputken pituus on 1800 mm, tehollinen pituus 1600 mm. Halkaisija 58 mm. Aukko on putken luoma varjostettu alue. Siten varjon suorakulmion pinta-ala on:

S = 1,6 * 0,058 = 0,0928 m²

Keskiputken hyötysuhde on 80 %, Moskovan aurinkosäteily on noin 1170 kWh/m² vuonna. Siten yksi putki tuottaa vuodessa:

W = 0,0928 * 1170 * 0,8 = 86,86 kWh

On huomattava, että tämä on erittäin karkea arvio. Tuotetun energian määrä riippuu asennuksen suunnasta, kulmasta, keskimääräisestä vuotuisesta lämpötilasta jne.

Kaikenlaisten kanssa vaihtoehtoisia energialähteitä ja tapoja käyttää niitä löydät esitellystä artikkelista.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Video #1. Aurinkokeräimen toiminnan esittely talvella:

Video #2. Aurinkokeräinten eri mallien vertailu:

Koko olemassaolonsa ajan ihmiskunta kuluttaa joka vuosi enemmän ja enemmän energiaa. Vapaata auringonsäteilyä on yritetty hyödyntää jo pitkään, mutta vasta viime aikoina on ollut mahdollista käyttää aurinkoa tehokkaasti leveysasteillamme. Ei ole epäilystäkään siitä, että aurinkojärjestelmät ovat tulevaisuutta.

Haluatko kertoa mielenkiintoisista piirteistä maatalon tai mökin aurinkolämmityksen järjestämisessä? Kirjoita kommentit alla olevaan lohkoon. Täällä voit esittää kysymyksen, jättää kuvan järjestelmän kokoonpanoprosessista ja jakaa hyödyllistä tietoa.