Aquecedor solar de água: instalação DIY

O nível de desenvolvimento de tecnologias e materiais modernos é tão alto que não usar a energia do sol é irracional no lado financeiro e criminoso em relação ao meio ambiente. Infelizmente, a compra de plantas industriais para gerar eletricidade e calor é irracional devido ao seu alto custo. No entanto, existe uma solução: fazer um coletor solar produtivo com suas próprias mãos a partir de materiais que podem ser encontrados na loja de ferragens mais próxima.

Objetivo do coletor solar, suas vantagens e desvantagens

Um aquecedor solar de água (coletor solar líquido) é um dispositivo que utiliza a energia do sol para aquecer o líquido de refrigeração. É utilizado para aquecimento de ambientes, organização de fornecimento de água quente, aquecimento de água em piscinas, etc.

O coletor solar fornecerá à casa água quente e calor.

Os pré-requisitos para o uso de um aquecedor de água ecológico são o fato de a radiação solar cair na Terra durante todo o ano, embora a intensidade seja diferente no inverno e no verão. Assim, para as latitudes médias, a quantidade diária de energia na estação fria atinge 1-3 kW * h por 1 metro quadrado, enquanto no período de março a outubro esse valor varia de 4 a 8 kW * h / m². Se falamos sobre as regiões sul, então os números podem ser aumentados com segurança de 20 a 40%.

Como você pode ver, a eficiência da instalação depende da região, mas mesmo no norte do nosso país, o coletor solar fornecerá a necessidade de água quente - o principal é que há menos nuvens no céu. Se falarmos sobre a faixa do meio e as regiões sul, a instalação que trabalha com a Sun poderá substituir a caldeira e atender às necessidades do meio de aquecimento no inverno. É claro que estamos falando de aquecedores de água produtivos de várias dezenas de metros quadrados.

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Tabela: Distribuição de Energia Solar por Região

Os coletores solares construídos em casa não podem ser comparados com dispositivos fabricados em fábrica, mas uma instalação solar caseira reduzirá o custo de aquecimento de água para fins domésticos e economizará eletricidade quando conectada a uma máquina de lavar e lava-louças.

Vantagens dos aquecedores solares de água:

• design relativamente simples;
• alta fiabilidade;
• operação eficiente independentemente da estação;
• longa vida útil;
• a possibilidade de economizar gás e eletricidade;
• não é necessária permissão para instalar o equipamento;
• peso leve;
• facilidade de instalação;
• total autonomia.

Quanto aos aspectos negativos, nem uma única instalação para produzir energia alternativa pode ficar sem eles. No nosso caso, as desvantagens incluem:

• alto custo de equipamentos de fábrica;
• dependência da eficiência do coletor solar na estação e latitude;
• exposição ao granizo;
• custos adicionais para a instalação de um tanque de armazenamento de calor;
• dependência da eficiência energética do dispositivo em relação à nebulosidade.

O coletor solar de fábrica se assemelha a um designer, com o qual você pode montar rapidamente a instalação do desempenho necessário

Tipos de aquecedores solares de água: a escolha do design para a fabricação própria

Dependendo da temperatura que os aquecedores solares desenvolvem, distinga:

• dispositivos de baixa temperatura - projetados para aquecer líquidos até 50 ° C;
• coletores solares de temperatura média - aumente a temperatura da água de saída para 80 ° C;
• instalações de alta temperatura - aqueça o líquido de refrigeração até um ponto de ebulição.

Em casa, você pode construir um aquecedor solar de água do primeiro ou do segundo tipo. Para fabricar um coletor de altas temperaturas, serão necessários equipamentos industriais, novas tecnologias e materiais caros.

Por design, todos os coletores solares líquidos são divididos em três tipos:

• aquecedores de água planos;
• dispositivos de termossifão a vácuo;
• helioconcentradores.

O coletor solar plano é uma caixa com baixo isolamento térmico. Uma placa de absorção de luz e um contorno tubular são instalados no interior. O painel absorvente (absorvedor) aumentou a condutividade térmica. Devido a isso, é possível obter a máxima transferência de energia para o líquido de arrefecimento que circula ao longo do circuito do aquecedor de água. A simplicidade e eficiência das plantas planas são refletidas em vários projetos desenvolvidos por artesãos.

Dentro de um coletor solar plano - uma placa de absorção de luz e um circuito tubular

O princípio de operação dos aquecedores solares de água a vácuo é baseado no efeito de uma garrafa térmica. O design é baseado em dezenas de frascos de vidro duplo. O tubo externo é feito de vidro temperado resistente a impactos que resiste a graus e ao vento. O tubo interno possui um revestimento especial para aumentar a absorção de luz. O ar é bombeado para fora do espaço entre os elementos da lâmpada, o que evita a perda de calor. No centro da estrutura, existe um circuito térmico de cobre preenchido com um líquido de arrefecimento de baixa fervura (freon) - é o aquecedor do coletor solar a vácuo. No processo, o fluido do processo evapora e transfere a energia térmica do fluido do processo para o circuito principal. Nesta capacidade, o anticongelante é usado com mais frequência. Esse projeto garante a disponibilidade do sistema em temperaturas de até -50 ° C. É difícil construir essa instalação em casa, portanto, existem poucas estruturas do tipo vácuo feitas em casa.

No coração do design do coletor solar a vácuo - muitos frascos duplos de vidro

O helioconcentrador basicamente possui um espelho esférico capaz de focalizar a radiação solar em um ponto. O aquecimento do líquido ocorre em um circuito de metal espiral, que é colocado no foco da instalação. A vantagem dos concentradores solares é a capacidade de desenvolver altas temperaturas, mas a necessidade de um sistema de rastreamento para o Sol reduz sua popularidade entre os fabricantes caseiros.

Construir um concentrador solar produtivo em casa não é tarefa fácil

Para a fabricação em casa, os aquecedores solares planos construídos com materiais de isolamento térmico são mais adequados para vidro com alta transmitância e absorvedores de cobre.

O dispositivo e o princípio de operação de um coletor solar plano

O aquecedor solar de água caseiro consiste em uma moldura de madeira plana (caixa) com uma parede traseira em branco. Na parte inferior é o elemento principal do dispositivo - o absorvedor. Na maioria das vezes, é feita de uma folha de metal presa a um coletor tubular. A eficiência da transferência de energia depende do contato da placa absorvente com os tubos do trocador de calor; portanto, essas peças são soldadas ou soldadas com uma costura contínua.

O circuito líquido em si é uma matriz de tubos montados verticalmente. Nas partes superior e inferior, eles são conectados a tubos horizontais de diâmetro aumentado, destinados ao fornecimento e seleção de refrigerante. A entrada e a saída do líquido são dispostas na diagonal - por isso, é garantida uma remoção completa do calor dos elementos do trocador de calor. Anticongelante para sistemas de aquecimento ou outras soluções sem congelamento são usados ​​como transportador de calor.

O absorvedor é coberto com tinta absorvente de luz, o vidro é colocado em cima e a caixa é protegida com uma camada de isolamento térmico. Para simplificar a tarefa, a área de vidros é dividida em partes e, para aumentar a produtividade, são usadas janelas com vidros duplos. O design fechado cria um efeito térmico no coletor solar e, ao mesmo tempo, evita a perda de calor devido ao vento, chuva e outros fatores externos.

O sol é uma fonte de energia disponível para todas as pessoas. Este artigo ajudará a equipar o coletor solar:https://aquatech.tomathouse.com/pt/otoplenie/alt_otoplenie/solnechnoe-otoplenie-chastnogo-doma.html

O aquecedor solar de água funciona assim:

1. O fluido não congelante aquecido no coletor solar sobe através dos tubos e entra no tanque de armazenamento de calor através do ramo de transferência de calor.
2. Movendo-se ao longo do trocador de calor instalado dentro do tanque de armazenamento, o anticongelante libera calor para a água.
3. O fluido de trabalho resfriado entra na parte inferior do circuito do aquecedor solar de água.
4. A água aquecida no tanque aumenta e é retirada para as necessidades de abastecimento de água quente. A reposição do líquido no tanque de armazenamento de calor ocorre devido ao suprimento de água conectado à parte inferior. Se o coletor solar funcionar como um aquecedor do sistema de aquecimento, uma bomba de circulação será usada para circular a água em um circuito secundário fechado.

O movimento constante do líquido de refrigeração e a presença de um acumulador de calor permite acumular energia enquanto o sol está brilhando e gastá-lo gradualmente mesmo quando a estrela está escondida atrás do horizonte.

O esquema de conectar o coletor solar ao tanque de armazenamento não é tão complicado

Opções de instalação solar caseiras

Uma característica dos aquecedores solares de água auto-construídos é que quase todos os dispositivos têm o mesmo design de uma caixa com isolamento térmico. Muitas vezes, a estrutura é montada a partir de madeira e coberta com lã mineral e película refletora de calor. Quanto ao absorvedor, são utilizados para sua produção tubos de metal e plástico, bem como unidades acabadas de equipamentos domésticos desnecessários.

De uma mangueira de jardim

Uma mangueira de jardim ou um cano de água de PVC dobrado por um caracol possui uma grande área de superfície, o que permite que você use um circuito semelhante ao de um aquecedor de água para as necessidades de um chuveiro externo, cozinha ou aquecimento de piscina. Obviamente, para esses fins, é melhor usar materiais pretos e não se esqueça de usar o tanque de armazenamento, caso contrário, o absorvedor superaquecerá no auge do calor do verão.

Coletor plano de mangueira de jardim - a maneira mais fácil de aquecer a água da piscina

Do condensador de uma geladeira velha

Um trocador de calor externo de um refrigerador ou congelador que expirou é um absorvedor pronto de um coletor solar. Tudo o que precisa ser feito é equipá-lo com uma placa de absorção de calor e instalá-lo na carcaça. Obviamente, o desempenho desse sistema será pequeno, mas na estação quente, o aquecedor de água dos detalhes do equipamento de refrigeração cobrirá as necessidades de água quente em uma pequena casa de campo ou chalé.

O trocador de calor de uma geladeira antiga é um absorvedor quase pronto para um pequeno aquecedor solar

De um radiador plano do sistema de aquecimento

A fabricação de um coletor solar a partir de um radiador de aço nem exige a instalação de uma placa absorvente. É o suficiente para cobrir o dispositivo com tinta resistente ao calor preta e montá-lo em uma caixa selada. A produtividade de uma instalação é mais que suficiente para um sistema de água quente. Se você faz vários aquecedores de água, pode economizar no aquecimento da casa em dias ensolarados e frios. A propósito, uma instalação solar montada a partir de radiadores aquecerá as salas de serviço, uma garagem ou uma estufa.

O radiador de aço do sistema de aquecimento servirá de base para a construção de um aquecedor de água ecológico

De tubos de polipropileno ou polietileno

Tubos de metal-plástico, polietileno e polipropileno, bem como acessórios e dispositivos para sua instalação, permitem a construção de contornos de sistemas solares de qualquer tamanho e configuração. Essas plantas têm bom desempenho e são usadas para aquecer salas e produzir água quente para as necessidades domésticas (cozinha, banheiro, etc.).

A vantagem de um coletor solar feito de tubos de plástico é baixo custo e facilidade de instalação

De tubos de cobre

Os absorvedores construídos a partir de placas e tubos de cobre têm a maior transferência de calor; portanto, são utilizados com sucesso no aquecimento do meio de aquecimento de sistemas de aquecimento e no fornecimento de água quente. As desvantagens dos coletores de cobre incluem os altos custos de mão-de-obra e o custo dos materiais.

O uso de tubos e chapas de cobre para a fabricação do absorvedor garante alto desempenho solar

Metodologia de Cálculo Solar

O cálculo do desempenho do coletor solar solar é baseado no fato de que por instalação de 1 metro quadrado em um dia claro é responsável por 800 a 1 mil watts de energia térmica. As perdas desse calor no verso e nas paredes da estrutura são calculadas pelo coeficiente de isolamento térmico do isolamento utilizado. Se for utilizada espuma de poliestireno, o coeficiente de perda de calor é de 0,05 W / m × ° C. Com uma espessura de material de 10 cm e uma diferença de temperatura de 50 ° C dentro e fora da estrutura, a perda de energia térmica é de 0,05 / 0,1 × 50 = 25 W. Considerando as paredes laterais e os canos, esse valor é dobrado. Assim, a quantidade total de energia emitida será de 50 W por 1 metro quadrado da superfície do aquecedor solar.

Para aquecer 1 litro de água por grau, serão necessários 1,16 W de energia térmica, portanto, para o nosso modelo de coletor solar com área de 1 metro quadrado e diferença de temperatura de 50 ° C, conseguiremos obter um coeficiente de desempenho condicional de 800 / 1,16 = 689,65 / kg × ° C. Este valor mostra que uma instalação de 1 metro quadrado aquecerá 20 litros de água a 35 ° C em uma hora.

O cálculo da produtividade requerida de um aquecedor solar de água é realizado de acordo com a fórmula W = Q × V × δT, onde Q é a capacidade térmica da água (1,16 W / kg × ° C); V - volume, l; δT é a diferença de temperatura na entrada e na saída da instalação.

As estatísticas dizem que, para um adulto, são necessários 50 litros de água quente por dia. Em média, para o abastecimento de água quente, basta aumentar a temperatura da água em 40 ° C, o que, calculado de acordo com esta fórmula, requer consumo de energia W = 1,16 × 50 × 40 = 2,3 kW. Para descobrir a área do coletor solar, esse valor deve ser dividido pela quantidade de energia solar por 1 metro quadrado de superfície em uma determinada latitude geográfica.

Cálculo dos parâmetros solares necessários

Fazendo um aquecedor solar de água com um absorvedor de cobre

O coletor solar proposto para a fabricação em um dia ensolarado de inverno aquece a água a uma temperatura acima de 90 ° C e em tempo nublado - até 40 ° C. Isso é suficiente para fornecer água quente à casa. Se você deseja aquecer sua casa com energia solar, precisará de várias dessas instalações.

A energia solar é ideal para uma bomba bombear água. As nuances da fabricação dessa unidade são descritas aqui:https://aquatech.tomathouse.com/pt/vodosnab/nasos/nasosy-montazh/samodelnyj-nasos-dlya-otkachki-vody.html

Materiais e ferramentas necessários

Para fazer um aquecedor de água, você precisará de:

• chapas de cobre com uma espessura de pelo menos 0,2 mm no tamanho 0,98 × 2 m;
• tubo de cobre Ø10 mm, comprimento 20 m;
• Tubo de cobre Ø22 mm com 2,5 m de comprimento;
• Rosca 3/4 '' - 2 peças;
• Plugue 3/4 "- 2 peças;
• solda macia SANHA ou POS-40 - 0,5 kg;
• fluxo;
• produtos químicos para escurecer o absorvedor;
• Placa OSB com 10 mm de espessura;
• cantos de móveis - 32 peças;
• Lã de basalto com 50 mm de espessura;
• isolamento termo-refletor de chapa com uma espessura de 20 mm;
• trilho 20x30 - 10m;
• vedação de porta ou janela - 6 m;
• vidro de janela com espessura de 4 mm ou janela com vidro duplo 0,98x2,01 m;
• parafusos autorroscantes;
• pintura.

Além disso, prepare as seguintes ferramentas:

• furadeira elétrica;
• um conjunto de brocas para metal;
• Fresa ou coroa para madeira Ø20 mm;
• cortador de Tubos;
• queimador de gás;
• respirador;
• pincel;
• chave de fenda ou conjunto de chave de fenda;
• quebra-cabeça elétrico.

Para testar o circuito com pressão, você também precisará de um compressor e um manômetro projetado para pressões de até 10 atmosferas.

Um queimador a gás simples é adequado para solda suave

Instruções para o andamento dos trabalhos

1. Usando um corta-tubos, um tubo de cobre é cortado em pedaços. Você terá 2 partes de Ø22 mm 1,25 m de comprimento e 10 elementos Ø10 mm 2 m de comprimento.
2. Em tubos espessos, recue da borda de 150 mm e execute 10 perfurações de Ø10 mm a cada 100 mm.
3. Os tubos finos são inseridos nos orifícios obtidos para que se projetem para dentro em não mais que 1-2 mm. Caso contrário, uma resistência hidráulica excessiva aparecerá no radiador.
4. Usando um queimador de gás, pistola de ar quente e solda, todas as partes do radiador estão interconectadas.
   

   O circuito do coletor solar funciona sob pressão, portanto, é dada especial atenção ao aperto das conexões

    

   Para montar o radiador, você pode usar acessórios especiais, mas, neste caso, o custo do sistema solar aumentará significativamente. Além disso, juntas desmontáveis ​​não garantem a tensão da estrutura sob cargas termodinâmicas variáveis.

5. Os plugues e as roscas são soldados em pares aos tubos de 3/4 de polegada ao longo das diagonais do radiador.
6. Depois de fechar a rosca de saída com um plugue, um acessório é parafusado na entrada do coletor montado e um compressor é conectado.
   

   O compressor é conectado usando uma conexão

7. O radiador é colocado em um recipiente com água e uma pressão de 7-8 atm é bombeada pelo compressor. Pelas bolhas subindo nas articulações, eles julgam o aperto das juntas soldadas.
   

   Se não foi possível encontrar um recipiente adequado para verificar o coletor, você pode montá-lo com suas próprias mãos. Para isso, a partir dos meios improvisados ​​(madeira serrada, tijolo, etc.) faça uma caixa ou uma cerca simples e cubra-a com filme plástico.

8. Depois de verificar a estanqueidade, o radiador é seco e desengordurado. Em seguida, continue com a solda da folha de cobre. A solda da chapa absorvente nos tubos deve ser uma costura contínua ao longo de todo o comprimento de cada elemento do circuito de cobre.
   

   A soldagem da banda absorvente é realizada por uma costura contínua

9. Como o absorvedor de coletor solar é feito de cobre, o escurecimento químico pode ser usado em vez da pintura.Isso permitirá que você obtenha um revestimento seletivo real na superfície, como o obtido na fábrica. Para isso, uma solução química aquecida é derramada no tanque para verificar a estanqueidade e o absorvedor é colocado com a face para baixo. Durante a reação, mantenha a temperatura dos reagentes de qualquer maneira possível (por exemplo, bombeando constantemente a solução através de um recipiente com uma caldeira).
   

   O escurecimento do cobre é um dos estágios mais críticos da fabricação de um absorvedor

    

   Como líquido para o escurecimento químico, você pode usar uma solução de hidróxido de sódio (60 g) e persulfato de potássio ou sulfato de amônio (16 g) em água (1 l). Lembre-se de que essas substâncias são perigosas para o ser humano e o processo de oxidação do cobre está associado à liberação de gases nocivos. Portanto, é obrigatório o uso de equipamento de proteção - respirador, óculos e luvas de borracha, e o trabalho em si é melhor realizado ao ar livre ou em uma área bem ventilada.

10. As peças para montagem do corpo do coletor solar são cortadas da folha OSB - o fundo é de 1x2 m, os lados são de 0,16x2 m, o de 0,18x1m superior e o de 0,17x1m inferior do painel, além de 2 paredes de suporte de 0,13x0,98m.
11. Um trilho de 20 x 30 mm é cortado em pedaços: 1,94 m - 4 unid. e 0,98 m - 2 peças.
12. Nas paredes laterais, são feitos furos de Ø20 mm para os tubos de entrada e saída e de 3-4 furos de Ø8 mm para microventilação na parte inferior do coletor.
    

    São necessários furos para microventilação.

13. Nas divisórias, são feitos cortes sob os tubos absorvedores.
14. Uma estrutura de suporte é montada a partir de trilhos de 20x30 mm.
15. Usando cantos de móveis e parafusos auto-atarraxantes, o quadro é revestido com painéis OSB. Ao mesmo tempo, as paredes laterais devem repousar no fundo - isso impedirá que o corpo se desvie. O painel inferior é abaixado 10 mm do restante para cobri-lo com vidro. Isso impedirá que a precipitação entre no quadro.
16. Instale partições internas.
    

    Ao montar a caixa, eles devem usar um ângulo de construção; caso contrário, o design pode ficar muito suave

17. A parte inferior e as laterais do corpo são isoladas com lã mineral e cobertas com um rolo de material que reflete o calor.
    

    É melhor usar lã mineral com impregnação hidrófuga

18. O absorvedor é colocado no espaço preparado. Para fazer isso, desmonte um dos painéis laterais, que são colocados no lugar.
    

    Esquema da “torta” interna do coletor solar

19. A uma distância de 1 cm da borda superior da caixa, o perímetro interno da estrutura é revestido com um trilho de madeira de 20x30 mm, de modo que seu lado largo toque as paredes.
20. Ao redor do perímetro colado goma de vedação.
    

    Para aperto, use uma vedação de janela convencional

21. Empilhe o vidro ou uma janela com vidro duplo, cujo contorno também é colado com a vedação da janela.
22. A estrutura é prensada com um canto de alumínio, no qual os furos dos parafusos autorroscantes são pré-perfurados. Nesta fase, a montagem do coletor é considerada completa.
    

    Montado, a espessura do coletor solar é de cerca de 17 cm

Para evitar vazamentos de umidade e calor, em todas as etapas, as juntas e junções das peças são tratadas com selante de silicone. Para proteger a estrutura da precipitação, a madeira é revestida com uma composição especial e pintada com esmalte.

Características de instalação e operação de coletores de aquecimento líquido

Para colocar o coletor solar, é escolhido um local espaçoso que não oculte o horário de verão inteiro. O suporte de montagem ou o chassi auxiliar é feito de ripas de madeira ou metal, de modo que a inclinação do aquecedor de água seja ajustável de 45 a 60 graus em relação ao eixo vertical.

Para instalar um aquecedor solar de água, monte a estrutura de suporte

Conexão à caldeira de aquecimento indireto ou o acumulador de calor é realizado usando conexões roscadas e tubos de cobre, metal-plástico ou polipropileno multicamada. Eles são cobertos com uma camada de isolamento térmico.

Diagrama de conexão de um aquecedor solar em um sistema com movimento forçado do líquido de refrigeração

O tanque de armazenamento para reduzir a perda de calor é colocado o mais próximo possível da instalação. Dependendo das condições, é organizada a circulação natural ou forçada do líquido de refrigeração. Neste último caso, um controlador é usado com um sensor de temperatura embutido no tubo de saída. O bombeamento do fluido de trabalho ao longo do circuito será ativado quando a temperatura atingir o valor programado.

Um sistema operacional sazonal é carregado com água, enquanto o uso de um aquecedor solar de água durante todo o ano requer o uso de líquido não congelante. Uma opção ideal é um anticongelante especial para sistemas solares, mas também são utilizados líquidos destinados a radiadores de automóveis ou sistemas de aquecimento doméstico.

Vídeo: aquecedor solar de água do tipo faça você mesmo

Construir um coletor solar não é apenas uma atividade interessante e emocionante. Um aquecedor solar de água economizará o orçamento da sua família e provará que é possível proteger o meio ambiente não apenas com palavras, mas também com ações reais.