Calentador solar de agua: instalación de bricolaje

El nivel de desarrollo de tecnologías y materiales modernos es tan alto que no usar la energía del sol no es razonable desde un punto de vista financiero y criminal en relación con el medio ambiente. Desafortunadamente, la adquisición de plantas industriales para generar electricidad y calor es irracional debido a su alto costo. Sin embargo, hay una solución: hacer un colector solar productivo con sus propias manos a partir de materiales que se pueden encontrar en la ferretería más cercana.

Propósito del colector solar, sus ventajas y desventajas.

Un calentador solar de agua (colector solar líquido) es un dispositivo que utiliza la energía del sol para calentar el refrigerante. Se utiliza para la calefacción de espacios, la organización del suministro de agua caliente, el calentamiento de agua en piscinas, etc.

El colector solar proporcionará a la casa agua caliente y calor.

Los requisitos previos para utilizar un calentador de agua ecológico es el hecho de que la radiación solar cae sobre la Tierra durante todo el año, aunque difiere en intensidad en invierno y verano. Entonces, para latitudes medias, la cantidad diaria de energía en la estación fría alcanza 1-3 kW * h por 1 sq M, mientras que en el período de marzo a octubre este valor varía de 4 a 8 kW * h / m². Si hablamos de las regiones del sur, entonces los números se pueden aumentar de forma segura en un 20-40%.

Como puede ver, la eficiencia de la instalación depende de la región, pero incluso en el norte de nuestro país, el colector solar proporcionará la necesidad de agua caliente; lo principal es que hay menos nubes en el cielo. Si hablamos del carril central y las regiones del sur, entonces la instalación que funciona desde el Sol podrá reemplazar la caldera y cubrir las necesidades del medio de calefacción en el invierno. Por supuesto, estamos hablando de calentadores de agua productivos de varias decenas de metros cuadrados.

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Tabla: Distribución de energía solar por región

Los colectores solares construidos en el hogar no se pueden comparar con los dispositivos fabricados en fábrica, pero una instalación solar casera reducirá el costo de calentar el agua para fines domésticos y ahorrará electricidad cuando se conecta a una lavadora y lavavajillas.

Ventajas de los calentadores solares de agua:

• diseño relativamente simple;
• alta fiabilidad;
• operación eficiente independientemente de la temporada;
• larga vida útil;
• la posibilidad de ahorrar gas y electricidad;
• no se requiere permiso para instalar equipos;
• peso ligero
• facilidad de instalación;
• Plena autonomía.

En cuanto a los aspectos negativos, ni una sola instalación para producir energía alternativa puede prescindir de ellos. En nuestro caso, las desventajas incluyen:

• alto costo del equipo de fábrica;
• dependencia de la eficiencia del colector solar en la época del año y la latitud geográfica;
• exposición al granizo;
• costos adicionales para la instalación de un tanque de almacenamiento de calor;
• dependencia de la eficiencia energética del dispositivo en la nubosidad.

El colector solar de fábrica se asemeja a un diseñador, con el que puede ensamblar rápidamente la instalación del rendimiento requerido

Tipos de calentadores de agua solares: la elección del diseño para la fabricación propia

Dependiendo de la temperatura que desarrollen los calentadores solares, distinguen:

• dispositivos de baja temperatura: diseñados para calentar líquidos hasta 50 ° C;
• colectores solares de temperatura media: aumente la temperatura del agua de salida a 80 ° C;
• instalaciones de alta temperatura: caliente el refrigerante hasta un punto de ebullición.

En casa, puede construir un calentador solar de agua del primer o segundo tipo. Para fabricar un colector de altas temperaturas, se necesitarán equipos industriales, nuevas tecnologías y materiales caros.

Por diseño, todos los colectores solares líquidos se dividen en tres tipos:

• calentadores de agua planos;
• dispositivos de termosifón de vacío;
• helioconcentradores.

El colector solar plano es una caja con bajo aislamiento térmico. Una placa absorbente de luz y un contorno tubular están instalados en el interior. El panel absorbente (absorbente) tiene una conductividad térmica aumentada. Debido a esto, es posible lograr la máxima transferencia de energía al refrigerante que circula por el circuito del calentador de agua. La simplicidad y eficiencia de las plantas planas se refleja en numerosos diseños desarrollados por artesanos.

Dentro de un colector solar plano: una placa absorbente de luz y un circuito tubular

El principio de funcionamiento de los calentadores de agua solares al vacío se basa en el efecto de un termo. El diseño se basa en docenas de matraces de vidrio doble. El tubo exterior está hecho de vidrio templado resistente a los golpes que resiste los grados y el viento. El tubo interno tiene un recubrimiento especial para aumentar la absorción de luz. Se bombea aire del espacio entre los elementos de la bombilla, lo que evita la pérdida de calor. En el centro de la estructura hay un circuito térmico de cobre lleno de refrigerante de bajo punto de ebullición (freón): es el calentador del colector solar de vacío. En el proceso, el fluido del proceso se evapora y transfiere la energía térmica del fluido del proceso al circuito principal. Como tal, el anticongelante se usa con más frecuencia. Este diseño garantiza el rendimiento del sistema a temperaturas de hasta -50 ° C. Es difícil construir una instalación de este tipo en el hogar, por lo que hay algunas estructuras caseras de vacío.

En el corazón del diseño del colector solar de vacío: muchos matraces de vidrio doble

El concentrador solar en la base tiene un espejo esférico capaz de enfocar la radiación solar a un punto. El calentamiento del líquido tiene lugar en un circuito metálico en espiral, que se coloca en el foco de la instalación. La ventaja de los concentradores solares es la capacidad de desarrollar altas temperaturas, pero la necesidad de un sistema de seguimiento del sol reduce su popularidad entre los fabricantes caseros.

Construir un concentrador solar productivo en casa no es tarea fácil

Para la fabricación en el hogar, los calentadores solares planos construidos con materiales aislantes del calor, el vidrio con alta transmitancia y los absorbedores de cobre son los más adecuados.

El dispositivo y el principio de funcionamiento de un colector solar plano.

El calentador de agua solar casero consiste en un marco plano de madera (caja) con una pared posterior en blanco. En la parte inferior está el elemento principal del dispositivo: el absorbedor. Muy a menudo, está hecho de una lámina de metal unida a un colector tubular. La eficiencia de la transferencia de energía depende del contacto de la placa absorbente con los tubos del intercambiador de calor, por lo tanto, estas partes están soldadas o soldadas con una costura continua.

El circuito líquido en sí mismo es un conjunto de tubos montados verticalmente. En las partes superior e inferior están conectadas a tuberías horizontales de mayor diámetro, que están destinadas al suministro y selección de refrigerante. La entrada y la salida del líquido están dispuestas en diagonal; debido a esto, se garantiza una eliminación completa del calor de los elementos del intercambiador de calor. El anticongelante para sistemas de calefacción u otras soluciones no congelantes se utilizan como portadores de calor.

El absorbedor está cubierto con pintura absorbente de luz, el vidrio se coloca en la parte superior y la caja está protegida con una capa de aislamiento térmico. Para simplificar la tarea, el área de acristalamiento se divide en partes y, para aumentar la productividad, se utilizan ventanas de doble acristalamiento. El diseño cerrado crea un efecto termo en el colector solar y al mismo tiempo evita la pérdida de calor debido al viento, la lluvia y otros factores externos.

El sol es una fuente de energía disponible para todas las personas. Este artículo ayudará a equipar el colector solar:https://neo.aquatechn.com/es/otoplenie/alt_otoplenie/solnechnoe-otoplenie-chastnogo-doma.html

El calentador de agua solar funciona así:

1. El fluido anticongelante calentado en el colector solar se eleva a través de los tubos y entra al tanque de almacenamiento de calor a través de la rama de transferencia de calor.
2. Moviéndose a lo largo del intercambiador de calor instalado dentro del tanque de almacenamiento, el anticongelante emite calor al agua.
3. El fluido de trabajo enfriado ingresa a la parte inferior del circuito del calentador de agua solar.
4. El agua calentada en el tanque sube y se toma para las necesidades de suministro de agua caliente. El reabastecimiento del líquido en el tanque de almacenamiento de calor ocurre debido al suministro de agua conectado a la parte inferior. Si el colector solar funciona como un sistema de calefacción, entonces se usa una bomba de circulación para hacer circular el agua en un circuito secundario cerrado.

El movimiento constante del refrigerante y la presencia de un acumulador de calor le permite acumular energía mientras brilla el sol y gastarla gradualmente incluso cuando la estrella se esconde detrás del horizonte.

El esquema para conectar el colector solar al tanque de almacenamiento no es tan complicado

Opciones de instalación solar caseras

Una característica de los calentadores de agua solares de bricolaje es que casi todos los dispositivos tienen el mismo diseño de una caja con aislamiento térmico. A menudo, el marco se ensambla a partir de madera y se cubre con lana mineral y película reflectante del calor. En cuanto al absorbedor, se utilizan tubos de metal y plástico para su producción, así como componentes prefabricados de equipos domésticos innecesarios.

De una manguera de jardín

Una manguera de jardín o una tubería de agua de PVC doblada por un caracol tiene una gran superficie, lo que le permite usar un circuito similar como un calentador de agua para las necesidades de una ducha al aire libre, cocina o calefacción de piscinas. Por supuesto, para estos propósitos es mejor tomar materiales negros y asegurarse de usar el tanque de almacenamiento, de lo contrario el absorbedor se sobrecalentará en el pico del calor del verano.

Colector plano de manguera de jardín: la forma más fácil de calentar el agua de la piscina

Del condensador de un viejo refrigerador

Un intercambiador de calor externo de un refrigerador o congelador que ha expirado es un absorbedor listo para usar de un colector solar. Todo lo que queda por hacer es equiparlo con una lámina absorbente de calor e instalarlo en la carcasa. Por supuesto, el rendimiento de dicho sistema será pequeño, pero en la estación cálida, el calentador de agua de las partes del equipo de refrigeración cubrirá las necesidades de agua caliente en una pequeña casa de campo o cabaña.

El intercambiador de calor de un refrigerador viejo es un absorbedor casi listo para un pequeño calentador solar.

Desde un radiador plano del sistema de calefacción.

La fabricación de un colector solar a partir de un radiador de acero ni siquiera requiere la instalación de una placa absorbente. Es suficiente cubrir el dispositivo con pintura negra resistente al calor y montarlo en una carcasa sellada. La productividad de una instalación es más que suficiente para un sistema de agua caliente. Si fabrica varios calentadores de agua, puede ahorrar en calentar la casa en un clima frío y soleado. Por cierto, una instalación solar ensamblada a partir de radiadores calentará cuartos de servicio, un garaje o un invernadero.

El radiador de acero del sistema de calefacción servirá como base para la construcción de un calentador de agua ecológico.

De tubos de polipropileno o polietileno.

Las tuberías de metal-plástico, polietileno y polipropileno, así como los accesorios y dispositivos para su instalación, le permiten construir los contornos de los sistemas solares de cualquier tamaño y configuración. Dichas plantas tienen un buen rendimiento y se utilizan para calentar habitaciones y producir agua caliente para las necesidades del hogar (cocina, baño, etc.).

La ventaja de un colector solar hecho de tubos de plástico es su bajo costo y facilidad de instalación.

De tubos de cobre

Los absorbentes construidos con placas y tubos de cobre tienen la mayor transferencia de calor, por lo tanto, se utilizan con éxito para calentar el medio de calefacción de los sistemas de calefacción y en el suministro de agua caliente. Las desventajas de los recolectores de cobre incluyen los altos costos de mano de obra y el costo de los materiales.

El uso de tubos y placas de cobre para la fabricación del absorbedor garantiza un alto rendimiento solar.

El método de cálculo del colector solar.

El cálculo del rendimiento del colector solar solar se basa en el hecho de que por instalación de 1 m2 en un día despejado representa de 800 a 1 mil vatios de energía térmica. Las pérdidas de este calor en el reverso y las paredes de la estructura se calculan por el coeficiente de aislamiento térmico del aislamiento utilizado. Si se usa espuma de poliestireno, entonces el coeficiente de pérdida de calor es 0.05 W / m × ° C. Con un grosor de material de 10 cm y una diferencia de temperatura de 50 ° C dentro y fuera de la estructura, la pérdida de energía térmica es de 0.05 / 0.1 × 50 = 25 W. Teniendo en cuenta las paredes laterales y las tuberías, este valor se duplica. Por lo tanto, la cantidad total de energía saliente será de 50 W por 1 m2 de la superficie del calentador solar.

Para calentar 1 litro de agua por grado, se requerirán 1.16 W de energía térmica, por lo tanto, para nuestro modelo de colector solar con un área de 1 metro cuadrado y una diferencia de temperatura de 50 ° C, podremos obtener un coeficiente de productividad condicional 800 / 1.16 = 689.65 / kg × ° C. Este valor muestra que una instalación de 1 metro cuadrado calentará 20 litros de agua a 35 ° C en una hora.

El cálculo de la productividad requerida de un calentador de agua solar se realiza de acuerdo con la fórmula W = Q × V × δT, donde Q es la capacidad calorífica del agua (1.16 W / kg × ° C); V - volumen, l; δT es la diferencia de temperatura en la entrada y salida de la instalación.

Las estadísticas dicen que para un adulto, se requieren 50 litros de agua caliente por día. En promedio, para el suministro de agua caliente es suficiente elevar la temperatura del agua en 40 ° C, lo que, cuando se calcula de acuerdo con esta fórmula, requiere un consumo de energía W = 1.16 × 50 × 40 = 2.3 kW. Para averiguar el área del colector solar, este valor debe dividirse por la cantidad de energía solar por 1 metro cuadrado de superficie en una latitud geográfica dada.

Cálculo de los parámetros solares requeridos.

Hacer un calentador solar de agua con un absorbedor de cobre

El colector solar propuesto para la fabricación en un día soleado de invierno calienta el agua a una temperatura superior a 90 ° C y en tiempo nublado, hasta 40 ° C. Esto es suficiente para proporcionar agua caliente a la casa. Si desea calentar su hogar con energía solar, necesitará varias de estas instalaciones.

La energía solar es ideal para que una bomba bombee agua. Los matices de la fabricación de tal unidad se describen aquí:https://neo.aquatechn.com/es/vodosnab/nasos/nasosy-montazh/samodelnyj-nasos-dlya-otkachki-vody.html

Materiales y herramientas necesarios.

Para hacer un calentador de agua necesitará:

• lámina de cobre con un espesor de al menos 0.2 mm en tamaño 0.98 × 2 m;
• tubo de cobre Ø10 mm, longitud 20 m;
• Tubo de cobre de Ø22 mm de 2,5 m de largo;
• 3/4 / hilo - 2 piezas;
• 3/4 enchufe - 2 piezas;
• soldadura blanda SANHA o POS-40 - 0.5 kg;
• flujo;
• productos químicos para ennegrecer el absorbedor;
• Placa OSB de 10 mm de espesor;
• esquinas de muebles - 32 piezas;
• Lana de basalto de 50 mm de espesor;
• aislamiento de chapa reflectante del calor con un espesor de 20 mm;
• riel 20x30 - 10m;
• sello de puerta o ventana - 6 m;
• vidrio de ventana con un espesor de 4 mm o ventana de doble acristalamiento 0.98x2.01 m;
• tornillos autorroscantes;
• pintar.

Además, prepare las siguientes herramientas:

• taladro eléctrico;
• un juego de brocas para metal;
• "Corona" o fresa para carpintería Ø20 mm;
• Cortatubos;
• quemador de gas;
• respirador;
• Cepillo de pintura;
• juego de destornilladores o destornillador;
• sierra de calar eléctrica.

Para probar el circuito a presión, también necesitará un compresor y un manómetro diseñados para presiones de hasta 10 atmósferas.

Un quemador de gas simple es adecuado para soldadura suave

Instrucciones para el progreso del trabajo.

1. Usando un cortatubos, un tubo de cobre se corta en pedazos. Obtendrá 2 partes Ø22 mm 1.25 m de largo y 10 elementos Ø10 mm 2 m de largo.
2. En tuberías gruesas, sangrar desde el borde de 150 mm y realizar 10 perforaciones de Ø10 mm cada 100 mm.
3. Se insertan tubos delgados en los orificios obtenidos para que sobresalgan hacia adentro no más de 1-2 mm. De lo contrario, aparecerá una resistencia hidráulica excesiva en el radiador.
4. Usando un quemador de gas, pistola de aire caliente y soldadura, todas las partes del radiador están interconectadas.
   

   El circuito del colector solar funciona bajo presión, por lo que se presta especial atención a la estanqueidad de las conexiones.

    

   Para ensamblar el radiador, puede usar accesorios especiales, pero en este caso, el costo del sistema solar aumentará significativamente. Además, las juntas plegables no garantizan la estanqueidad de la estructura bajo cargas termodinámicas variables.

5. Los tapones y los hilos se sueldan en pares a las tuberías de 3/4 заг a lo largo de las diagonales del radiador.
6. Después de cerrar la rosca de salida con un enchufe, se enrosca un accesorio en la entrada del colector ensamblado y se conecta un compresor.
   

   El compresor se conecta mediante un accesorio

7. El radiador se coloca en un recipiente con agua y el compresor bombea una presión de 7–8 atm. Por las burbujas que se elevan en las juntas, juzgan la estanqueidad de las juntas soldadas.
   

   Si no se puede encontrar un contenedor adecuado para verificar el colector, puede ensamblarlo con sus propias manos. Para hacer esto, desde los medios improvisados ​​(madera aserrada, ladrillo, etc.) haga una caja o una cerca simple y cúbrala con una envoltura de plástico.

8. Después de verificar la estanqueidad, el radiador se seca y se desengrasa. Luego proceda a soldar la lámina de cobre. Suelde la lámina absorbente a los tubos debe ser una costura continua a lo largo de toda la longitud de cada elemento del circuito de cobre.
   

   La soldadura de la banda absorbente se realiza mediante una costura continua.

9. Como el absorbedor del colector solar está hecho de cobre, se puede usar ennegrecimiento químico en lugar de pintura.Esto le permitirá obtener un recubrimiento selectivo real en la superficie, como el que se obtiene en la fábrica. Para esto, se vierte una solución química calentada en el tanque para verificar la estanqueidad y el absorbente se coloca boca abajo. Durante la reacción, mantenga la temperatura de los reactivos de cualquier manera posible (por ejemplo, bombeando constantemente la solución a través de un recipiente con una caldera).
   

   El ennegrecimiento del cobre es una de las etapas más críticas de la fabricación de un absorbente.

    

   Como líquido para el ennegrecimiento químico, puede usar una solución de hidróxido de sodio (60 g) y persulfato de potasio o sulfato de amonio (16 g) en agua (1 l). Recuerde que estas sustancias son peligrosas para los humanos, y el proceso de oxidación del cobre está asociado con la liberación de gases nocivos. Por lo tanto, el uso de equipo de protección: un respirador, gafas y guantes de goma es obligatorio, y el trabajo en sí se realiza mejor al aire libre o en un área bien ventilada.

10. Las piezas para ensamblar el cuerpo del colector solar están recortadas de la lámina OSB: la parte inferior es de 1x2 m, los lados son de 0.16x2 m, la parte superior de 0.18x1 my la inferior de 0.17x1 m del panel, así como 2 paredes de soporte de 0.13x0.98 m.
11. Un riel de 20 x 30 mm se corta en pedazos: 1.94 m - 4 piezas. y 0,98 m - 2 piezas
12. En las paredes laterales, se realizan agujeros de Ø20 mm para las tuberías de entrada y salida, y se realizan 3-4 agujeros de Ø8 mm para microventilación en la parte inferior del colector.
    

    Se requieren agujeros para la microventilación.

13. En las particiones, los cortes se realizan debajo de los tubos absorbentes.
14. Un marco de soporte se ensambla a partir de rieles de 20x30 mm.
15. Usando esquinas de muebles y tornillos autorroscantes, el marco está revestido con paneles OSB. En este caso, las paredes laterales deben descansar en la parte inferior, esto evitará que el cuerpo se desvíe. El panel inferior se baja 10 mm del resto para cubrirlo con vidrio. Esto evitará que la precipitación entre en el marco.
16. Instalar particiones internas.
    

    Al armar la caja, deben usar un cuadrado de construcción, de lo contrario, el diseño puede resultar demasiado liso

17. La parte inferior y los lados del cuerpo están aislados con lana mineral y cubiertos con un rollo de material reflectante del calor.
    

    Es mejor usar lana mineral con impregnación repelente al agua.

18. El absorbedor se coloca en el espacio preparado. Para hacer esto, desmonte uno de los paneles laterales, que luego se colocan en su lugar.
    

    Esquema del "pastel" interno del colector solar

19. A una distancia de 1 cm del borde superior de la caja, el perímetro interno de la estructura está revestido con un riel de madera de 20x30 mm para que su lado ancho toque las paredes.
20. Alrededor del perímetro pegado goma de sellado.
    

    Para la estanqueidad, use un sello de ventana convencional

21. Apile el vidrio o una ventana de doble acristalamiento, cuyo contorno también está pegado con el sello de la ventana.
22. La estructura se presiona con una esquina de aluminio en la que se taladran previamente agujeros para tornillos autorroscantes. En esta etapa, el ensamblaje del colector se considera completo.
    

    Montado, el grosor del colector solar es de unos 17 cm.

Para evitar fugas de humedad y calor, en todas las etapas, las juntas y uniones de las piezas se tratan con sellador de silicona. Para proteger la estructura de la precipitación, la madera está recubierta con una composición especial y pintada con esmalte.

Características de la instalación y operación de colectores de calentamiento de líquidos.

Para colocar el colector solar, se elige un lugar espacioso que no oscurezca todas las horas del día. El soporte de montaje o el bastidor auxiliar están hechos de listones de madera o metal de tal manera que la inclinación del calentador de agua es ajustable de 45 a 60 grados desde el eje vertical.

Para instalar un calentador de agua solar, monte el marco de soporte

Conexión a caldera de calentamiento indirecto. o el acumulador de calor se realiza con accesorios roscados y tuberías de cobre, metal-plástico o polipropileno multicapa. Están cubiertos con una capa de aislamiento térmico.

Diagrama de conexión de un calentador solar en un sistema con movimiento forzado del refrigerante

El tanque de almacenamiento para reducir la pérdida de calor se coloca lo más cerca posible de la instalación. Dependiendo de las condiciones, se organiza la circulación natural o forzada del refrigerante. En el último caso, se usa un controlador con un sensor de temperatura incrustado en la tubería de salida. El bombeo del fluido de trabajo a lo largo del circuito se activará cuando su temperatura alcance el valor programado.

Un sistema que funciona estacionalmente se carga con agua, mientras que el uso de un calentador de agua solar durante todo el año requiere el uso de líquido no congelante. Una opción ideal es un anticongelante especial para sistemas solares, pero los líquidos destinados a radiadores de automóviles o sistemas de calefacción domésticos también se utilizan para ahorrar.

Video: calentador de agua solar de bricolaje

Construir un colector solar no es solo una actividad interesante y emocionante. Un calentador solar de agua ahorrará su presupuesto familiar y demostrará que es posible proteger el medio ambiente no solo con palabras, sino también con hechos reales.