Воздушный солнечный коллектор-догреватель

Привет всем.

Вот хочу предложить для обсуждения свой проект воздушного солнечного догревателя.
Например, имеем гараж, где на втором этаже располагается комната отдыха. Гараж ориентирован по сторонам света, и ворота гаража на севере, а глухая стена - на юге. На этой южной стене монтируем солнечный воздушный коллектор - утеплитель вата, каркас, металлический лист черный, на нем закреплен кусок рифленого профнастила, также покрашеный в черный цвет. Закрываем поликарбонатом, герметизируя стыки. По краям вверху и внизу по диагонали делаем отверстия насквозь стены, а изнутри - каналы для воздуховодов. Воздуховоды изнутри утепляем ЭППС 50 мм по периметру и вставляем канализационную пластиковую трубу.
Воздуховоды расположены так, что выход холодного воздуха со второго этажа ВЫШЕ, чем вход горячего воздуха из коллектора, оба канала равной длины. Это на мой взгляд предотвратит опрокидование теплового процесса ночью, когда коллектор холодный, а на втором этаже тепло. Тем самым коллектор не будет сосать накопленное днем тепло.
Для увеличения КПД такого нагревателя в подающий канал ставим вентилятор. Герметичность коллектора не даст подсоса пыли извне. Регулировать поток можно розетками - оконцевателями воздуховода, вращая - и регулируя зазор.
Ну и можно наконец вставить обычный термостат вовнутрь СК и в комнату, согласовав их включение последовательным соединением - и запитать их оба на вентилятор.

На картинке изнутри пунктиром показано перекрытие гаража (пол комнаты отдыха). Что скажете?

Перезалил картинки:

 

Это так называемый догреватель, потому что он призван помочь основному отоплению, экономя топливо. Можно в качестве дополнительной подстраховки поставить на вход и выход обратные клапана. Перед установкой их маленько доработать - утеплить пенопластом тонким крышку. В таком случае однозначно использовать вентилятор. На этом форуме как то писали про легионеллу и прочую каку. А такая система как в плане бактерий?

 

Ну что? Порожняк, или будет работать?
Еще один момент в том, что как правило, с СК делают тепловой аккумулятор. Я его принципиально не учитываю, удешевляя и упрощая конструкцию.

 

Вот тут () данные по интенсивности солнечного излучения по месяцам. На том же сайте можно посмотреть количество ясных дней по месяцам. Довольно мало ясных дней (2 - 3 дня в месяц). В такие дни в гараже будет невыносимая жара, а в остальные дни зимой, скорее всего, такой коллектор работать не будет (высокая теплопроводность поликарбоната). Поэтому делают тепловой аккумулятор.
В теме про воздушный солнечный коллектор много всякого про это написано (https://www.forumhouse.ru/threads/75111/page-11).

Вход в коллектор и выход воздуха из коллектора надо делать на одном уровне вверху СК (тогда термосифон запрется при температуре в коллекторе ниже температуры в комнате. Подводящий воздуховод должен опускаться от входного отверстия в нижнюю часть коллектора (сам воздуховод должен располагаться внутри СК, чтобы при отсутствии солнышка температуры на входе и выходе уравнялись).
Ещё, мне непонятно - зачем так много железок в СК? Может хватит одного профнастила?

И ещё, входную и выходную дырку у СК надо делать как можно бОльшего сечения. Теплоёмкость воздуха очень маленькая. Поток 1 литр/сек на 1 градус - около 1 вт.

 

Уважаемый sad1.

Большое спасибо за ответ, но я честно говоря нифига не понял. По солнечным дням зимой мне известно, но вот про конструктивные особенности по СК ваших советов- нет. Не могли бы вы прикрепить схемку, чтобы было визуально понятно.

Спасибо.

Уважаемый sad1.

Большое спасибо за ответ, но я честно говоря нифига не понял. По солнечным дням зимой мне известно, но вот про конструктивные особенности по СК ваших советов- нет. Не могли бы вы прикрепить схемку, чтобы было визуально понятно.

Спасибо.

 

Сейчас смотрел фотки процесса строительства своего дачного дома и вспомнил один случай с вентиляцией в туалете. Как то зимой утром захожу в туалет и чуствую жуткий холод. Подношу к решетке вентиляции руку и чую сильный холодный поток извне. Значит залип или замерз в положении открыто обратный клапан. Протянув проволоку через решетку и добравшись до заслонки исправил положение. Заслонка захлопнулась.

Так вот к чему я все это привел. Вот реальный пример использования обратного клапана. Когда в туалете +20 а на улице -20. Если представить эту ситуацию на примере охлажденного до уличной температуры солнечного коллектора, то в принципе обратный клапан должен работать. А если заслонку утеплить легким пенопластом, то считаю будет еще круче. Если вкупе применять вентилятор через группу термостатов, то может вообще нет смысла заморачиваться с воздуховодами, а СК соединить с комнатой напрямую через обратные клапаны.

Вот собственно накидал схему.

 

Попробую прикрепить свою схемку. Там не надо вентиляторов и обратных клапанов.

 

Интересно! Только дойдет ли холодный воздух до самого низа? Мне кажется что без вентилятора он нагреется быстрее в верхнем слое, не дойдя до низа. То есть если опять же поставить вентилятор, то КПД СК должно увеличиться.

 

Солнышко светит на железку, железка нагревается и нагревает окружающий её воздух. Плотность теплого воздуха ниже, чем у холодного. Теплый воздух поднимается вверх, а на его место приходит холодный. Получается, что до тех пор, пока воздух в коллекторе (горячей его части) не нагреется выше комнатной температуры - циркуляции не будет (сифон заперт). Как только железки нагреют воздух выше температуры в комнате, начнется циркуляция. Воздух из комнаты будет идти в СК, а из СК (горячий воздух) будет идти в комнату.
Железки нагреваются солнышком по всей высоте коллектора -> по всей высоте коллектора поднимается нагретый воздух ->по всей высоте коллектора горячий воздух замещается более холодным.
По поводу КПД. КПД = (энергия, поступившая в СК - энергия, потерянная из СК) / поступившую энергию.
Вентилятор на КПД никак не влияет. Потери тепла из СК в основном через переднюю (прозрачную) стенку. Чем ниже теплопроводность этой стенки или чем ниже температура этой стенки, тем выше КПД. В моей конструкции около передней стенки идет холодный воздух, а горячий идет в глубине коллектора и переднего стекла не касается. В вашей конструкции нагретый воздух, поднимаясь вверх, касается переднего стекла, нагревает его, и потери тепла на улицу увеличиваются

 

Объясните, почему воздух пойдет вниз и дойдет (как на рисунке) до самой нижней точки СК?
Мой взгляд на эту схему таков- будет работать только самый верхний участок СК и наверняка не очень хорошо.
Объяснение этому факту простое - если СК герметичен, то входящий воздух проходя вниз СК будет нагреваться от листов металла и соответственно подниматься вверх.
И пройдя уже вдоль первого листа металла, он нагреется и поднимется вверх, причем сделает это не заходя в ту щель, что Вы нарисовали.
А просто тупо поднимется вверх по листу металла к входному отверстию.

Эта схема мне больше нравится.
Почти так же у меня на даче работает вытяжка из туалета.
Там используется просто лист металла покрашенный в черный цвет, а с обратной стороны листа идет воздушный канал, по которому и выходит воздух из туалета.
Пока солнце греет лист металла, запаха в туалете практически нет.
Площадь листа металла примерно 1.5 кв. м.
Летом нагретый воздух в канале движется весьма медленно (не более 0,1 м/с), хотя сам лист металла на солнце нагревается весьма сильно, думаю градусов до +50, не меньше.
Как будет этот лист нагреваться зимой ответить затрудняюсь, хотя точно уверен, что dT наверняка будет, хотя и небольшая.

 

Николай, я наверное, непонятно нарисовал схемку. Там слева вертикальный лист поликарбоната (передняя стенка СК. Правее идет пачка наклонных листов поликарбоната с зазорами между ними и с перекрытием по вертикали на 2/3 высоты листа (тепловой ИК экран), ещё правее идет пачка наклонных листов металла с зазорами между ними и с минимальным перекрытием по высоте (собственно абсорбер).
А работает это так. Входящий воздух оказывается между передней стенкой СК и тепловым экраном (стенкой из наклонных листов поликарбоната. Это холодная зона коллектора.
Солнышко светит сквозь переднюю стенку коллектора, сквозь тепловой экран и нагревает железки по всей высоте коллектора, в том числе и в самой нижней части коллектора. Железки нагревают окружающий их воздух, в том числе и в самой нижней части коллектора. Этот воздух поднимается вверх, на его место должен прийти более холодный. Откуда? Повидимому из холодной части коллектора (той, что между передним стеклом и тепловым экраном). Тепловой экран сделан для того, чтобы экранировать ИК излучение исходящее от горячих железок. Поликарбонат не пропускает ИК диапазон (поглощает). Листы экрана нагреваются от ИК, и передают тепло проходящему по зазорам воздуху (тепло возвращается обратно в горячую зону).

 

Честно говоря, не вижу острой необходимости так усложнять конструкцию.
Неплохо работает просто вертикальный (или не очень) лист металла с передним листом из сотового поликарбоната.
Если недостаточна конвекция- ставим вентилятор и решаем эту проблему.
Вентилятор нужно запитать от солнечной батареи и когда светит солнце (идет нагрев) вентилятор гонит воздух, а когда нет солнца - тогда и вентилятор не работает.
Этим достигается полная автономность и энергонезависимость системы.

Проблема воздушных СК в другом - для хорошей теплопередачи нужна весьма большая площадь теплопередающей поверхности, то есть нужно по-возможности "оребрить" лист металла, а вот здесь как раз и не всё просто.
Собственно говоря, в этом и есть главный недостаток воздушных СК, так как площадь воздушного СК должна быть на порядки большей чем площадь "жидкостного" СК.
Если удасться простыми способами решить эту проблему, то тогда может быть воздушное отопление и станет реальностью.

 

Без теплового экрана восходящий (горячий) поток воздуха будет соприкасаться с передним стеклом коллектора, а у поликарбоната (4 мм.) довольно высокая теплопроводность 3,6 вт/(м2*градус). Кроме того по закону Стефана-Больцмана тепловое излучение (ИК) от нагретого тела пропорционально четвёртой степени температуры. Это излучение будет дополнительно греть переднюю стенку коллектора. В результате КПД такого коллектора будет маленьким при низкой температуре на улице. Что мы и видим у жидкостных плоских коллекторов. Там за счет конвекции в воздушном промежутке между абсорбером и передним стеклом и ИК излучения от абсорбера возникают большие потери тепла на улицу.

Большая площадь в предлагаемой мной конструкции получается за счет "ёлочки" железок (воздух обтекает железки с двух сторон. Кроме того, солнышко светит на железки через листы теплового экрана (прозрачность СПК 4 мм. = 0,8). Значит 20% солнечного излучения поглощается этими листами, нагревает их. ИК от абсорбера поглощается листами теплового экрана, нагревает их. Экран становится теплопередающей поверхностью.
Коэффициент теплоотдачи от вертикальной стенки конвективному потоку воздуха от 8 до 23 вт./(м2*градус) в зависимости от разницы температур между стенкой и воздухом, чем больше разница, тем больше коэффициент (справочник HUTTE). У моей конструкции получается, что наружу поступившая энергия солнышка выйти не может (в горизонтальном сечении надо пройти 4 слоя поликарбоната) - значит железка будет нагреваться сильнее. До тех пор пока поступившая энергия не будет равна отведённой воздухом энергии.
Вот. Поэтому конструкция такая сложная.

 

Вы сделайте подобный СК и сравните его с таким же по площади СК обычной конструкции.
Тогда станет ясным насколько Вы правы.
Пока же думаю, что выигрыш будет небольшой.

 

Николай. Вы верите, что выполняется закон Ома? Можете посчитать ток при известных напряжении и сопротивлении? Или всегда пользуетесь амперметром?
Закон Стефана-Больцмана ничуть не хуже, он тоже выполняется (http://slovari.yandex.ru/~книги/БСЭ/Стефана - Больцмана закон излучения/).
Постоянная = 5,67032±0,00071×10—8 вт/(м2×К4)
Предположим, что теплового экрана нет, железка нагрета до 100 градусов С, а внутренняя поверхность стекла СК имеет температуру +10 градусов С. Тогда железка излучает = 373 ^4 * 5,67032^-8 =1097,6 вт/м2. Внутренняя поверхность стекла излучает 283 ^4* 5,67032^-8 =363,7 вт/м2. Из условия термодинамического равновесия к внешнему стеклу от железки будет передаваться 1097,6 - 363,7 =733,8 вт./м2.
Это если считать для абсолютно черного тела. Для реальных тел надо эти цифры умножить на коэффициент излучения (http://temperatures.ru/pages/koefficient_izlucheniya). Все равно получается много. Получается, что внутренняя поверхность стекла будет нагрета до более высокой температуры, а железка до меньшей. Потери через стекло увеличатся (можно даже посчитать эти потери). С тепловым экраном такого не произойдет, т. к. нагреваться будет экран, который будет греть воздух, за счет чего сам будет охлаждаться (кстати, в горизонтальном сечении экран представляет собой 3 слоя поликарбоната с воздушными зазорами. Температура внутренней поверхности стекла будет ниже температуры поступающего в СК воздуха.
Я не понимаю, зачем пытаться проверять фундаментальные законы физики. Другое дело - конструктивное исполнение (чтобы не коробилось, не загорелось и т. д.)

Я прошлый раз забыл спросить - Вы пишете:"для хорошей теплопередачи нужна весьма большая площадь теплопередающей поверхности, то есть нужно по-возможности "оребрить" лист металла, а вот здесь как раз и не всё просто." В чем проблема оребрить лист металла?