Sistema solar
Aquecer uma casa privada é uma questão difícil e responsável, cuja solução requer custos e esforços. As tarifas e os termos de fornecimento de recursos às vezes tornam-se excessivamente altos e obrigam a buscar formas mais racionais e econômicas de aquecimento sem custos desnecessários. Uma das opções pode ser sistema solar baseado em energia solar totalmente gratuita.
Todos os dias, uma grande quantidade de gigawatts cai na superfície da Terra, que são espalhados na atmosfera e absorvidos pela crosta terrestre. A quantidade de energia é grande, mas até agora poucas oportunidades foram inventadas para recebê-la e armazená-la. Os sistemas solares para aquecimento doméstico são um dos maneiras de usar a energia solar para fins práticos.
O que é isso?
O sistema solar é complexo de dispositivos usados para receber energia térmica do Sol para aquecimento doméstico ou outros fins. É uma fonte de aquecimento para o meio de aquecimento do circuito de aquecimento da casa. O aquecimento é feito direta ou indiretamente por meio de um trocador de calor.
O sistema solar inclui:
- Colecionador. Um dispositivo que recebe energia do Sol e a transfere para o refrigerante de uma forma ou de outra.
- Circuito de aquecimento da casa.
O principal elemento do sistema é o coletor. É uma fonte de aquecimento do refrigerante. O resto é um sistema de aquecimento por radiador convencional ou (melhor) aquecimento por piso radiante.
Deve-se ter em mente que sistemas de aquecimento solar de água, cujo preço pode ser bastante alto, nem sempre é capaz de fornecer aquecimento adequado e suficiente... Depende das condições climáticas e meteorológicas da região, da localização da casa e de outros fatores. Alguns especialistas acreditam que este tipo de aquecimento só pode ser usado como uma opção adicional.
Visualizações
Existem diferentes projetos de manifold que podem demonstrar sua eficiência e recursos:
- Abrir. Representar recipientes planos oblongos pretos cheios de água... É aquecido pelo calor do sol e pode manter a temperatura da água em piscinas externas, chuveiros externos e muito mais. A eficiência de tais dispositivos é extremamente baixa, então eles só podem ser usados no verão.
- Tubular. O principal elemento desses sistemas são tubos coaxiais de vidro, entre as partes externa e interna dos quais um vácuo é criado... Forma-se uma camada protetora transparente com baixíssima condutividade térmica, que permite que a água (ou anticongelante) receba energia solar, praticamente sem consumi-la no meio ambiente. O custo desses coletores é alto, a facilidade de manutenção é extremamente baixa e problemática.
- Apartamento. Representar caixas planas com tampa transparente... O fundo é coberto com uma camada que aceita energia ativamente. Os tubos de KE são soldados a ele, ao longo dos quais a água se move. Recebendo calor, é enviado para o sistema de aquecimento. Às vezes, o ar é bombeado para fora da tampa, aumentando a eficiência da ingestão de energia e reduzindo as perdas. Existem também projetos em que os tubos estão localizados entre duas camadas receptoras nas quais ranhuras são criadas para eles. Isso permite uma melhor transferência de calor.
Existem também tipos mais modernos de colecionadores, nos quais o princípio de uma bomba de calor é usado - há um líquido volátil em um recipiente selado. Quando aquecido pelo calor do sol, ele evapora. Esse vapor sobe para a câmara de condensação e se instala nas paredes, liberando muita energia térmica.No outro lado das paredes é criada uma camisa de água, que recebe este calor e é enviada para o sistema de aquecimento.
Princípio de operação
O princípio de operação de qualquer coletor é aquecimento de água ou outro refrigerante sob a influência da luz solar... Um exemplo clássico é o aquecimento de objetos no peitoril de uma janela, iluminados pelos raios do Sol, mesmo que haja geada fora da janela. De forma semelhante, a energia é transferida nos coletores.
Para obter o efeito máximo, é necessário fornecer condições ideais, isolar todas as tubulações de abastecimento e um tanque de armazenamento.
No entanto, deve-se ter em mente que qualquer sistema solar para aquecimento doméstico, cujo preço pode acabar sendo muito alto, tem recursos limitados. Será irracional utilizá-lo em regiões com invernos gelados, pois a diferença máxima entre as temperaturas externa e interna do coletor não deve ultrapassar 20 °. Isso só é possível em regiões relativamente quentesonde não há frio extremo e dias ensolarados o suficiente.
Número de contornos
As usinas de energia solar podem ser de circuito simples e duplo. Os sistemas de circuito único executam uma única função - eles aquecem o meio de aquecimento para a linha de aquecimento. Os sistemas de circuito duplo não apenas aquecem o líquido de arrefecimento, mas também preparam água quente para as necessidades domésticas.
Projeto de sistema solar de circuito único para o aquecimento de uma casa privada, consiste num colector que aquece a água, que é encaminhada para um reservatório, de onde entra no circuito de aquecimento. Tendo passado um círculo completo, a água esfria e se encontra novamente no coletor, onde se aquece novamente, e assim por diante em um círculo.
Os sistemas de circuito duplo são mais complexos... O líquido refrigerante que aquece no coletor é direcionado para uma bobina instalada dentro do tanque de armazenamento e emite energia térmica, após a qual entra novamente no coletor. A água aquecida do tanque é fornecida aos pontos de análise (banheiras, pias e outros encanamentos) e também é direcionada ao circuito de aquecimento. Resfriando nele, ele novamente entra no tanque, onde é aquecido a partir da bobina. Normalmente, o anticongelante circula dentro da linha do coletor, uma vez que os fluidos não se misturam, ou seja, o aquecimento da água ocorre de forma indireta.
Tipos de circulação de refrigerante
O refrigerante pode se mover pelo sistema de duas maneiras:
Circulação natural. É utilizado o princípio de elevar líquidos aquecidos para cima. Para garantir um movimento estável, o coletor deve estar localizado abaixo do tanque de armazenamento e o circuito de aquecimento deve ser localizado de forma que a água quente suba e entre no sistema de aquecimento e o fluxo de retorno resfriado retorne ao coletor para aquecimento
Circulação forçada. Neste caso, uma bomba de circulação é usada para mover o refrigerante. Esta opção é preferível, uma vez que vários fatores externos que afetam o regime de circulação desaparecem, a velocidade e a direção do fluxo tornam-se estáveis, mantidas em um determinado modo. A desvantagem desse método é a necessidade de adquirir e manter uma bomba que precisa ser conectada a uma rede de corrente elétrica. O lado positivo é a capacidade de montar o sistema e organizar todos os elementos não de acordo com as condições de circulação, mas porque é mais conveniente e mais racional nesta sala
Além disso, existem opções para a circulação do refrigerante com entrada no circuito de aquecimentoquando está conectado diretamente ao manifold e em seu próprio circuito fechado. Neste caso, a transferência de energia térmica é realizada indiretamente por meio de uma bobina instalada no tanque de armazenamento.
Instalação e orientação
O coletor é instalado em uma área aberta, o dia todo iluminado pelos raios do sol. A melhor opção é telhado da casa, mas qualquer estrutura, árvore ou elevação localizada nas proximidades pode se tornar um obstáculo para os raios, então você precisa controlar imediatamente a densidade da iluminação.
Também o sistema solar para aquecimento de água deve ser instalado de forma que os raios incidam em sua superfície perpendicularmente... Para isso, é necessário marcar a posição do Sol no meio do dia e instalar os painéis perpendiculares aos raios de forma que a luz incida sobre eles verticalmente. A este respeito estruturas tubulares são mais eficientes, uma vez que eles não têm um plano como tal, e a superfície do tubo recebe igualmente bem o fluxo de ambos os lados.
Período de retorno
Sistemas solares de aquecimento, cujo preço depende do tamanho da casa e das condições externas da região, pode pagar em um período de tempo relativamente curto ou nem pagar. É extremamente difícil calcular com antecedência a partir de quando ele começará a ter lucro, uma vez que existem muitos efeitos sutis e fatores de influência. Condições meteorológicas ou climáticas, o nível de desempenho técnico dos elementos do sistema, o tipo de circuitos de aquecimento e muito mais estão envolvidos.
Uma planta de aquecimento solar de água é uma espécie de projeto de investimentocom um período de retorno atrasado. Acredita-se que a vida útil média do equipamento seja de 30 anos. Todo esse tempo, o complexo vai fornecer uma certa quantidade de energia térmica, pela qual nada precisa ser pago.
Os investimentos na criação do sistema são apenas iniciais, então, ocasionalmente, apenas o trabalho de reparo atual será necessário, o que não requer custos elevados. No final de sua vida útil, todas as unidades e elementos do sistema solar podem ser usados para outros fins ou vendidos como matérias-primas secundárias. Portanto o efeito econômico da obra será obtido em qualquer caso, embora não seja o objetivo principal de todo o plano.
Vantagens e desvantagens
As vantagens do uso de usinas solares incluem:
- a oportunidade de usar a energia solar inesgotável e totalmente gratuita;
- independência de tarifas de organizações de recursos e fornecedores;
- a capacidade de ajustar e redimensionar o sistema à vontade;
- longa vida útil com custos mínimos de reparo.
As desvantagens dos sistemas solares são:
- o sistema funciona apenas durante o dia, consumindo o calor acumulado à noite;
- dependência do tempo e das condições climáticas;
- baixa eficiência e eficiência geral de usinas solares;
- a capacidade de criar um sistema não está disponível para todos os proprietários;
- em regiões com invernos gelados, os sistemas não funcionam.
Ao escolher um sistema de aquecimento, é necessário conhecer e levar em consideração as vantagens e desvantagens desta técnica.
Como funcionam os painéis solares
Em essência, essas baterias são fotogeradores de energia elétrica. De acordo com as leis da física, a luz solar gera uma corrente elétrica constante agindo sobre os elementos semicondutores. Uma certa tensão surge nos circuitos da bateria, que é aplicada diretamente aos próprios objetos. Uma bateria especial armazena energia, que é usada em dias nublados.
Diagrama de um sistema solar de aquecimento de água.
É mais conveniente instalar as baterias no lado sul do telhado da casa, o ângulo do telhado deve ser de pelo menos 30⁰С. Ao fazer isso, é recomendável levar em consideração obstáculos adicionais, por exemplo, edifícios próximos ou árvores, que podem interferir na operação de todo o sistema no futuro. Nos equipamentos instalados, o fluxo de luz solar deve ser baseado no cálculo de 1000 kW / h por 1 m² por ano. A energia solar recebida, neste caso, será igual ao uso de 100 litros de gás. Algumas baterias potentes com uma área de cerca de 4 m², usadas para aquecer uma casa particular, podem fornecer água quente a uma família média de três pessoas. Eles são capazes de gerar energia até cerca de 2.000 kWh por ano.
Os painéis solares incluem:
- um painel superior transparente, de vidro ou plástico, dentro do qual circula água ou ar;
- uma superfície de metal enegrecido que absorve a energia térmica do sol;
- um tanque de água ou tanque de armazenamento, onde líquido ou gás aquecido entra, então eles se movem diretamente para as baterias.
A instalação de aquecimento solar inclui:
- conversor comum;
- Conversor DC para AC;
- um sensor que regula o carregamento e o descarregamento da bateria;
- bateria;
- mecanismo de tomada de força.
Inscrição
Diagrama do princípio de funcionamento e dispositivo da bateria solar.
O sistema de aquecimento solar é usado principalmente para gerar eletricidade. Assim, é mais prático instalar essas baterias em uma casa com aquecimento elétrico, aquecedores elétricos e sistemas de piso radiante. Equipando o aquecimento de uma casa particular com poderosos painéis solares, você pode usar água quente no futuro. Nesse caso, é necessário levar em consideração o número de pessoas que moram, a área da habitação aquecida e o consumo de energia consumida.
Por exemplo, em uma família de três pessoas, em média, até 500 kW por mês são gastos apenas com eletrodomésticos. Isso não leva em consideração a quantidade de energia para aquecer a água. É melhor calcular a área do sistema de aquecimento solar levando em consideração 1 m² da área de bateria por pessoa. Para instalar um sistema de aquecimento de piso, é necessário 1 m² de painel solar para cada 10 m.
Eficiência
A eficiência dos painéis solares depende de muitos fatores, e o principal aqui é a energia solar que chega. No caso de aquecimento de uma casa localizada nas latitudes norte, é recomendado o uso de tipos de aquecimento combinados, onde o aquecimento por painéis solares será usado como uma opção adicional ao aquecimento a gás ou combustível sólido.
O método combinado de aquecimento de uma casa particular também pode ser usado em latitudes mais quentes, porque a energia dos painéis solares com luz natural insuficiente e com tempo nublado é extremamente baixa. Portanto, o aquecimento desta forma é mais um meio de economia do que a principal fonte de calor da casa. Como resultado, não é recomendável abandonar completamente outros métodos de aquecimento da casa. O aquecimento mais eficiente hoje é um método de aquecimento combinado para habitação.
Como escolher uma usina solar para aquecimento e abastecimento de água quente de um edifício residencial?
A escolha de um sistema solar é um passo importante na determinação da eficiência de sua operação e investimento de dinheiro. É necessário determinar que tipo de sistema solar é necessário, o preço e tamanho, o tipo de coletores solares e outros parâmetros do complexo.
É necessário selecionar o projeto e configuração do sistema, orientado pelos seguintes critérios:
- o nível de atividade solar na região;
- a quantidade de energia térmica necessária para aquecer a casa;
- priorizar a energia solar no aquecimento da casa - ou a planta solar serve como sistema principal, ou como suplemento.
Depois de decidir os fatores principais, você pode prosseguir para seleção da opção de design ideal e volume do sistema.
Até 100 m2
Sistema solar para aquecimento de uma casa de 100 m2. m. pode servir como a principal fonte de energia térmica... A principal tarefa será a escolha correta do projeto dos coletores solares para que seja possível receber a quantidade máxima de calor.
É necessário produzir cálculo levando em consideração o número de andares e configuração da casa, o número de dias de sol por ano, os parâmetros do refrigerante no sistema... Sistema solar para aquecimento de uma casa de 100 m2. m., cujo preço pode variar de 18 mil rublos. até 180 mil rublos. e acima, é perfeitamente capaz de fornecer aquecimento em casa, se todas as condições necessárias forem atendidas.
Até 200 m2
Para uma casa com área de 200m2, o sistema solar só pode ser uma fonte adicional de aquecimento. Normalmente, o pico de utilização de tais instalações ocorre no outono e na primavera, quando há calor solar suficiente, mas há necessidade de aquecimento da casa.
Praticamente não há diferenças de design para tais sistemas, apenas o tanque de armazenamento é compartilhado com a linha de aquecimento principal da casa. Os especialistas afirmam que o uso de instalações solares na primavera e no outono pode reduzir a carga dos sistemas de aquecimento em cerca de 30-40%.
Excelente física térmica da água. Meio de aquecimento para o sistema de aquecimento
Conforme mencionado, na maioria dos sistemas de aquecimento, a água atua como um transportador de calor. É compreensível, porque conduz perfeitamente o calor, não é tóxico e é amigo do ambiente - e isso é muito importante para o funcionamento seguro dos sistemas de aquecimento.
Ao mesmo tempo, a água tem várias desvantagens significativas:
- sua exposição prolongada pode levar à formação de acúmulo de sal em dispositivos de aquecimento;
- também a água, sendo uma substância inorgânica, é altamente corrosiva para muitos metais.
Todos conhecem esses problemas e sempre souberam, mas poucos tentaram combater o efeito destrutivo da água, o que é surpreendente, pois hoje existem diversos produtos e aparelhos à venda que podem reduzir sua agressividade. Isso, por sua vez, prolongará a vida útil das partes metálicas do sistema, cuja substituição ou mesmo reparo não é um prazer barato.
Meio de aquecimento para o sistema de aquecimento Dixis
Importante! Resultados bastante bons são demonstrados pelos aditivos inibidores mencionados acima.
O congelamento pode ser considerado a terceira falta de água importante (isto é especialmente verdadeiro para as regiões do norte do país). Após o congelamento, a água se transforma em gelo e se expande, causando danos aos dispositivos e o rompimento do duto. Portanto, se você não planeja operar constantemente o sistema de aquecimento no inverno, é melhor preencher com anticongelante em vez de água.
Transportador de calor (anticongelante líquido não congelante) "Emelya"
Como calcular a temperatura da água
No cálculo, os seguintes pontos devem ser levados em consideração:
- a temperatura média dos últimos três dias antes do início da estação de aquecimento (deve-se adicionar 8ᵒC a este valor);
- a temperatura média na sala (para residências é de 20ᵒС, para não residenciais - 16ᵒС).
As instituições educacionais e médicas têm suas próprias normas - são indicadas no SNiP.
Design DIY
O projeto de instalações solares não é tão complexo que pessoas com algum treinamento não sejam capazes de construí-las e operá-las por conta própria em suas casas. Sistema solar para aquecimento doméstico 100 m² com suas próprias mãos - esta é uma ideia totalmente realizável, que ajudará a economizar significativamente na compra e no trabalho de reparo... Vamos considerar as opções possíveis.
Sistema solar termossifão
Os sistemas solares termossifão são coletores tubularesque foram discutidos acima. Existem estruturas de fluxo livre e livre de pressão que diferem na forma como o refrigerante circula. Os sem pressão atuam no movimento natural do líquido e não precisa de eletricidade, a estrutura do complexo é muito mais simples e barata. A cabeça de pressão é capaz de fornecer um modo de circulação predeterminado e permitem que você obtenha eficiência máxima. O trabalho mais ativo desses sistemas é o período de abril a outubro, quanto mais ao norte da região, menor é o período de maior atividade das instalações.
Sistema solar de ar
Coletores de ar são instalações que usando o ar como um transportador de calor... Eles aquecem a casa com um método de ventilação, o que permite economizar muito na criação de circuitos de aquecimento e usar o sistema durante todo o ano.
O coletor é uma caixa preta oca na qual o ar é aquecido pelo calor solar... O ar quente é direcionado para a sala e o ar resfriado é direcionado para o coletor para aquecimento. Para reduzir a perda de calor, a caixa é instalada em um recipiente lacrado transparente que protege contra influências externas - vento, baixa temperatura, etc. A entrada e a saída são colocadas em salas diferentes para aumentar a diferença de pressão e organizar a circulação dos fluxos de forma independente.
Resultado
Examinamos o que é um sistema de aquecimento solar, descobrimos o que são e também tocamos brevemente nos pontos importantes que precisam ser levados em consideração durante a instalação.
Esperamos que você encontre as informações úteis em seu negócio para que possa adquirir um sistema verdadeiramente adequado e garantir que ele seja instalado corretamente. Se as informações parecerem insuficientes, preste atenção no vídeo adicional no final deste artigo.
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Dicas operacionais
A operação de usinas solares é realizada de acordo com as características do projeto. A principal tarefa do proprietário é manter a limpeza, remover poeira ou neve. Em alguns casos é necessário mudar periodicamente a posição dos painéis de acordo com as mudanças sazonais na localização do Sol... A reparação ou substituição de elementos individuais é realizada conforme a necessidade, todo o trabalho pode ser executado de forma independente e com a ajuda de especialistas envolvidos.
Aplicação de coletores solares
Um dispositivo que converte a energia da luz solar em energia térmica é chamado de coletores solares. O coletor solar pode ser utilizado tanto no sistema de aquecimento do edifício como no sistema de abastecimento de água quente. De acordo com os dados apurados, a utilização destes dispositivos em sistemas de aquecimento de edifícios e estruturas proporciona em média 30% a 60% da poupança de energia (gás, eletricidade) anual, o que torna mais barato o funcionamento do edifício. A estimativa de autossuficiência dos sistemas solares é em média de dois a cinco anos, dependendo dos preços da energia.
Um coletor solar para aquecimento de uma casa é incluído no sistema de fornecimento de calor, sendo, na verdade, um elemento de aquecimento do transportador de calor, enquanto as principais fontes de fornecimento de calor (caldeiras a gás ou elétricas) mantêm a temperatura do transportador de calor aquecido pelo coletor ininterrupto em um nível exigido pelas condições tecnológicas ou sanitárias. A eficiência dos sistemas de aquecimento alternativos é maior em regiões com alta atividade solar e durante o dia. Um mapa da radiação solar anual total é mostrado na figura abaixo.
Tipos e diferenças de coletores solares
Até o momento, dois tipos de sistemas se espalharam entre os coletores solares fabricados industrialmente:
- painéis solares planos;
- coletores tubulares a vácuo (evacuados).
Painel solar plano
É um tipo comum de coletor solar usado em sistemas modernos de energia solar. Este tipo se espalhou devido ao relativo baixo custo e simplicidade tanto do dispositivo quanto da operação. A desvantagem dos coletores solares planos é uma diminuição significativa (até duas vezes) na eficiência em condições de temperaturas externas negativas.
Projeto de coletor solar plano.
Estruturalmente, é um painel com superfície absorvente de 2 a 2,5 m2, fabricado em alumínio ou ligas de aço. A parte frontal é feita em forma de lâmina de heliovidro especial, que garante a máxima absorção da energia solar e a mínima perda de energia com os raios refletidos e dispersos.Diretamente sob o vidro solar está um absorvedor feito na forma de um tubo plano feito de cobre ou ligas de alumínio com um alto coeficiente de transferência de calor.
O tubo, via de regra, possui nervuras radiais, o que aumenta significativamente o coeficiente de transferência de calor do absorvedor. O absorvedor é revestido com um alto coeficiente de absorção nos espectros de radiação térmica, o que aumenta a eficiência geral do coletor. Uma camada de isolamento térmico está localizada sob o absorvedor, o que reduz as perdas de calor do sistema para o meio ambiente. A capacidade térmica necessária do coletor solar é obtida conectando vários painéis a uma única bateria solar ou coletor.
Coletor de tubo de vácuo (evacuado)
Um tipo caro de coletor solar devido à sua fabricação complexa e uma série de vantagens em relação aos painéis solares planos. Estruturalmente, é uma série de tubos de vidro emparelhados, soldados entre si, a partir do espaço entre o qual o ar é bombeado. O vácuo no espaço entre os tubos é um excelente isolante térmico e evita a perda de calor do refrigerante para o ambiente. Um tubo absorvedor de cobre, alumínio ou vidro é inserido no tubo menor. Os tubos são introduzidos com a parte superior no distribuidor, por onde circula o portador de calor. Os coletores tubulares a vácuo (evacuados) pelo tipo de distribuidor são divididos em dois tipos: com tubo de calor plano e fluxo direto.
Manifolds de tubo plano
Coletor solar de tubo de vácuo plano de calor - construção.
Eles são um trocador de calor recuperativo localizado no distribuidor. Neste caso, a transferência de calor do refrigerante aquecido do tubo de vácuo para o refrigerante do circuito de circulação de aquecimento do fornecimento de calor do edifício ocorre através da parede e os refrigerantes desses circuitos não se misturam. As vantagens sobre os coletores de fluxo direto consistem em manter alto desempenho em temperaturas ambientes de até -45 ° C, a possibilidade de substituir um tubo de vácuo avariado separado sem desmontar o coletor e interromper seu funcionamento, bem como a capacidade de ajustar o ângulo de instalação de cada tubo de vácuo dentro de um coletor ...
Manifolds de fluxo direto
Coletor solar tubular a vácuo de fluxo direto - construção.
Combine a circulação e o circuito de aquecimento. Na distribuidora, existem dutos de abastecimento e de circulação, aos quais os tubos de vácuo são conectados diretamente. O refrigerante é alimentado ao distribuidor por meio da tubulação de abastecimento, por onde entra no tubo de vácuo, onde é aquecido. O refrigerante aquecido retorna para a tubulação de retorno e vai diretamente para as necessidades de fornecimento de calor. As vantagens dos coletores de fluxo direto sobre os de vácuo são a ausência de uma parede intermediária entre os portadores de calor, o que reduz as perdas de calor e a possibilidade de instalação do coletor em qualquer superfície e em qualquer ângulo, uma vez que o portador de calor circulará dentro coletor por uma bomba.
