L'utilisation de l'énergie solaire gratuite est un bon moyen d'économiser du carburant et de l'électricité dépensés pour chauffer une maison privée. L'utilisation massive des systèmes solaires est entravée par le prix élevé des récepteurs de chaleur et des équipements associés - un réservoir de stockage, une pompe de circulation, une unité de commande électronique et d'autres accessoires. La seule façon de réduire les coûts est de fabriquer un capteur solaire de vos propres mains à partir de matériaux peu coûteux et d'assembler un schéma de cerclage standard.
Le principe de fonctionnement des chauffages solaires
Avant de se lancer dans la fabrication d'un système solaire fait maison, il convient d'explorer le dispositif des capteurs solaires fabriqués en usine - l'air et l'eau. Les premiers sont utilisés pour le chauffage direct des locaux, les seconds sont utilisés comme chauffe-eau ou liquide de refroidissement antigel - antigel.
Référence. Les installations aériennes ne sont pas très populaires en raison de fonctionnalités limitées. Les chauffe-eau solaires sont plus demandés, car ils peuvent fournir du chauffage, de l'eau chaude et augmenter les températures dans les piscines extérieures.
L'élément principal du système solaire est le capteur solaire lui-même, proposé en 3 versions:
- Chauffe-eau plat. Il s'agit d'une boîte scellée, isolée par le bas. À l'intérieur se trouve un dissipateur de chaleur (absorbeur) constitué d'une tôle sur laquelle une bobine de cuivre est fixée. Le dessus est recouvert de verre durable.
- La conception du collecteur du réchauffeur d'air est similaire à la version précédente, seul l'air circulé par le ventilateur circule à travers les tubes au lieu du liquide de refroidissement.
- Le dispositif du collecteur à vide tubulaire est fondamentalement différent des modèles plats. L'appareil est constitué de flacons en verre durables où sont placés des tubes en cuivre. Leurs extrémités sont reliées à 2 autoroutes - alimentation et retour, l'air des flacons est pompé.
Une addition. Il existe un autre type de chauffe-eau à vide, où les flacons en verre sont hermétiquement fermés et remplis d'une substance spéciale qui s'évapore à basse température. Lors de l'évaporation, le gaz absorbe une grande quantité de chaleur transférée à l'eau. En cours de transfert de chaleur, la substance se condense à nouveau et s'écoule au fond du ballon, comme indiqué sur l'image.
Les types de capteurs énumérés utilisent le principe du transfert direct de la chaleur du rayonnement solaire (sinon - insolation) au liquide ou à l'air en circulation. Le chauffe-eau plat fonctionne comme ceci:
- L'eau ou l'antigel se déplace à travers un échangeur de chaleur en cuivre à une vitesse de 0,3-0,8 m / s, pompé par une pompe de circulation (bien qu'il existe des modèles à gravité pour les douches extérieures).
- Les rayons du soleil chauffent la feuille absorbante et le tuyau de la bobine qui y sont étroitement connectés. La température du liquide de refroidissement qui s'écoule augmente de 15 à 80 degrés, selon la saison, l'heure de la journée et la météo de la rue.
- Pour éliminer les pertes de chaleur, les surfaces inférieure et latérale du corps sont isolées avec de la mousse de polyuréthane ou de la mousse de polystyrène extrudé.
- Le verre supérieur transparent a 3 fonctions: il protège le revêtement sélectif de l'absorbeur, empêche le vent de souffler la bobine et crée un espace d'air scellé qui retient la chaleur.
- Le caloporteur chaud pénètre dans l'échangeur de chaleur du ballon de stockage - ballon tampon ou chaudière à chauffage indirect.
Comme la température de l'eau dans le circuit de l'appareil varie en fonction des saisons et des jours, le capteur solaire ne peut pas être utilisé directement pour le chauffage et l'eau chaude. L'énergie reçue du soleil est transférée au principal caloporteur à travers la bobine du réservoir - la batterie (chaudière).
Une exception - les installations solaires pour les piscines, le chauffage de l'eau du réservoir directement ou à travers un simple échangeur de chaleur.
L'efficacité de l'appareil tubulaire est améliorée par le vide et une paroi réfléchissante interne dans chaque ballon. Les rayons du soleil traversent librement la couche sans air et réchauffent le tuyau en cuivre avec de l'antigel, mais la chaleur ne peut pas surmonter le vide et sortir, les pertes sont donc minimes. Une autre partie du rayonnement pénètre dans le réflecteur et se concentre sur la ligne d'eau. Selon les constructeurs, l'efficacité de l'installation atteint 80%.
Nous fabriquons un collecteur d'eau
Un chauffe-eau à vide ne peut pas être fabriqué à la maison pour des raisons évidentes. Par conséquent, nous adoptons une conception plate avec un échangeur de chaleur et un absorbeur collectant la lumière solaire. Idéalement, vous devez calculer la surface du récepteur et la température de l'eau de sortie, qui dépend de nombreux facteurs:
- région de résidence et niveau d'insolation;
- température ambiante, surtout en hiver;
- la surface de la surface d'échange de chaleur percevant l'exposition au soleil;
- matériau et revêtement de la bobine;
- température du liquide de refroidissement d'entrée;
- l'angle du panneau par rapport au soleil;
- débit d'eau à travers les tuyaux de l'échangeur de chaleur.
Sur Internet, il n'est pas difficile de trouver des calculs des performances du capteur solaire, mais nous vous avertissons - les calculs sont très inexacts.
Exemple. Le fait est pris comme base: par temps clair, 500 à 800 W d'énergie solaire arrivent sur 1 m² de surface. De plus, en utilisant la formule scolaire m = Q / 1,163 x Δt, nous déterminons la masse d'eau chauffée à 40 ° C par un échangeur de chaleur de 1 m²: 500/1 163 x 40 = 10,7 litres par heure. Avec une insolation de 800 W / m², 17,2 l / h peuvent être chauffés. Mais le diable est dans les détails: le chiffre initial de 0,5-0,8 kW par mètre carré est un chiffre très approximatif.
Nous proposons une approche simplifiée du problème décrit dans les instructions pas à pas:
- Déterminez l'endroit et la zone que vous êtes prêt à donner au collectionneur.
- En fonction des prix des matériaux, sélectionnez l'option appropriée pour assembler la bobine et le boîtier.
- Faites un prototype, connectez-vous au chauffage ou à l'approvisionnement en eau selon le schéma correct. Nous allons montrer les méthodes de liaison dans les sections suivantes de cet article.
- Testez le circuit de chauffage à la maison et tirez d'autres conclusions sur l'augmentation / la diminution de la puissance, la modification de la conception, etc.
Nous allons maintenant passer par chaque étape séparément, en nous concentrant sur les pièges.
Placement d'une installation thermique
En fait, il n'y a que deux options pour l'emplacement du collecteur fait maison: sur le toit du bâtiment ou dans la zone ouverte de la zone de la maison. Lors du choix d'un lieu, suivez des règles simples:
- Le site doit être éclairé autant que possible pendant la journée, non masqué par les arbres et autres dépendances.
- Lorsqu'il est installé sur le toit, une pente plus douce est sélectionnée, où le rayonnement solaire est toujours reçu. Il est clair que la partie raide du toit mansardé cassé ne fonctionnera pas.
- Ne placez pas une installation d'eau chaude destinée au chauffage ou à l'alimentation en eau chaude loin de votre domicile. La longueur de la tuyauterie d'alimentation, la perte de chaleur et le coût d'installation augmenteront.
- Orientez le capteur de sol de sorte que le soleil, se déplaçant visuellement d'est en ouest, éclaire en permanence le dissipateur de chaleur. L'angle d'installation du panneau est de 60 ± 15 °.
Remarque. L'efficacité de l'élément chauffant peut être augmentée à l'aide d'un concentrateur solaire parabolique collectant les rayons en un seul faisceau, qui est envoyé à l'absorbeur. Les méthodes de construction et d'assemblage du miroir concave sont présentées dans la vidéo.
Des installations solaires, conçues pour chauffer l'eau dans une douche d'été, sont situées sur le toit de ce bâtiment et sont reliées par gravité. Les appareils de chauffage des piscines sont situés à côté de la cuve du réservoir.
Sélection des matériaux
Nous avons fait une sélection d'accessoires pour la fabrication de chauffe-eau solaires sur la base de critiques et de sujets abordés lors du populaire forum Forumhouse. Ainsi, le boîtier rectangulaire du récepteur est généralement constitué d'une poutre en bois ou de cadres prêts à l'emploi d'anciennes fenêtres. La paroi arrière du boîtier est isolée avec de la laine de basalte, de la mousse de polystyrène ou de la mousse de polystyrène extrudé.
Pointe. Le fond de la boîte peut être fait d'une feuille isolante en polymère. La couche métallique servira d'absorbeur - vous n'avez pas besoin de mettre une feuille supplémentaire.
Les artisans amateurs fabriquent des échangeurs de chaleur à partir d'une variété de tuyaux:
- polyéthylène noir (HDPE);
- acier inoxydable ondulé;
- cuivre et aluminium;
- polypropylène et plastique métallique;
- polyéthylène réticulé;
- radiateurs à panneaux en acier.
Du point de vue de l'efficacité et de la durabilité, il est préférable d'utiliser des tubes en aluminium, cuivre et acier inoxydable, qui ont la meilleure conductivité thermique. Le manque de matériel est le prix élevé.
Les tuyaux en plastique sont beaucoup moins chers que les tuyaux métalliques et plus faciles à installer. Mais lors de l'utilisation de polymères, un certain nombre de nuances doivent être prises en compte:
- tout plastique se détériore progressivement sous l'influence des rayons ultraviolets;
- les parois des tuyaux PPR sont trop épaisses, conduisent mal la chaleur;
- le plastique de haute qualité est trop cher pour nos besoins, et bon marché se stratifie souvent dans les virages et s'effondre rapidement au soleil;
- le polyéthylène réticulé «se souvient» du coude initial dans la baie, il est pratique d'en faire une bobine annulaire et le redressage n'est pas facile;
- Les tuyaux en PEHD dont vous avez besoin pour acheter une série alimentaire (avec une bande bleue), elle est mieux protégée des rayons ultraviolets.
Référence. La version la plus simple d'un échangeur de chaleur pour piscine est un tuyau d'arrosage noir posé avec un «escargot». Le moins du matériau est la fissuration du caoutchouc due à une exposition prolongée au soleil.
Les tuyaux en PEHD à paroi mince sont un excellent choix en termes de rapport qualité / prix. La surface noire absorbe bien la chaleur solaire, les raccords de connexion sont peu coûteux. Le pipeline est fixé à l'absorbeur avec des pinces en plastique ou une bande d'étain sur les vis.
Comme feuille absorbante, de l'ordinaire ou de l'acier inoxydable peint en noir peut être utilisé. L'option idéale est la tôle d'aluminium ou le cuivre.
Le haut de la boîte est fermé avec les matériaux transparents suivants au choix:
- verre ordinaire ou renforcé;
- pellicule plastique transparente;
- polycarbonate cellulaire mince.
Pointe. N'utilisez pas de fenêtres à double vitrage toutes faites à partir de fenêtres en plastique comme élément translucide. En hiver, avec une grande différence de température entre l'air ambiant et la chambre à collecteur fermé, le boîtier à deux couches ne résiste pas et se fissure.
Recommandations de l'Assemblée
Le processus de fabrication d'un capteur solaire est si évident qu'il n'a pas de sens de peindre des instructions étape par étape. La tâche consiste à rendre la chambre la plus étanche à l'air en installant un échangeur de chaleur sur un absorbeur métallique à l'intérieur. Nous vous donnerons juste quelques conseils afin de vous protéger des erreurs:
- Les tubes d'échangeur de chaleur peuvent être posés longitudinalement ou avec une spirale (escargot). Réduisez la distance entre les lignes adjacentes (tours) - de 1 à 4 cm.
- L'étanchéité à l'air du boîtier est obtenue en lubrifiant les joints avec du mastic silicone ou en posant des joints en caoutchouc.
- Les tubes sont fixés à la base de n'importe quelle manière pratique - avec des pinces en plastique, une bande métallique ou simplement fixés sur les côtés avec des vis autotaraudeuses.
- Toute la cavité interne est peinte d'émail noir résistant à la chaleur (vendu en bombes aérosol).
- L'épaisseur de la couche isolante sur la paroi arrière du chauffe-eau est d'au moins 50 mm.
- Il est plus facile de tirer un film transparent sur le dessus - c'est la meilleure option pour un prototype. Par la suite, il n'est pas difficile de remplacer le verre.
Une autre recommandation. Les parties en bois doivent être traitées avec un antiseptique.Couvrir le cadre soudé à partir de profils en acier avec un apprêt et 2 couches de peinture légère.
Après avoir assemblé le panneau du dissipateur thermique, remplissez le serpentin avec de l'eau et vérifiez s'il y a des fuites. Ensuite, testez le capteur solaire - connectez la sortie au réservoir, installez le panneau au soleil et mesurez périodiquement la température de l'eau, en tenant compte du temps de chauffage. Sur la base d'indicateurs réels, il est facile de déterminer les performances d'un chauffe-eau.
Schéma de câblage
Un collecteur conçu pour chauffer l'eau de la douche est relié à un réservoir de stockage par écoulement gravitaire. Une condition importante: l'installation solaire doit être située en dessous du ballon principal afin que l'eau chaude de plus faible densité monte à travers le tuyau et déplace le froid. La conception d'un tel système est illustrée sur le dessin.
Lorsqu'il est connecté à une chaudière ou à un accumulateur de chaleur, le capteur solaire agit comme une source de chaleur à part entière. Les fabricants de systèmes solaires suggèrent l'utilisation d'un système de pression à deux tuyaux, qui comprend les éléments de liaison requis:
- pompe de circulation développant une pression de 0,4 bar;
- type de membrane de vase d'expansion;
- évent automatique;
- soupape de sécurité, conçue pour fonctionner à une pression de 2 bars;
- manomètre;
- thermomètre;
- vannes d'arrêt, vanne d'appoint;
- contrôleur avec deux capteurs de température;
- isolation thermique des conduites d'alimentation.
Un point important. Si une batterie de plusieurs capteurs est connectée au réservoir tampon, la capacité de la pompe et le volume du vase d'expansion doivent être augmentés. La capacité minimale du réservoir à membrane est de 10% de la quantité totale de liquide de refroidissement dans le circuit.
Le schéma fonctionne comme ceci:
- Le dissipateur de chaleur se fixe à la batterie inférieure du réservoir tampon, où l'eau est plus froide.
- Le contrôleur au moyen de capteurs compare la température de l'eau (antigel) dans le tuyau d'alimentation et l'accumulateur de chaleur.
- L'unité électronique arrête la pompe lorsque la température de l'eau dans le réservoir est égale ou supérieure à la température de départ.
- L'air entrant dans le circuit est évacué par une vanne automatique installée en haut du système.
- En cas de surchauffe du liquide de refroidissement due à l'arrêt de la pompe (il est impossible d'éteindre le soleil), la soupape de sécurité fonctionnera et relâchera la surpression.
L'élément de circuit le plus cher est une unité de commande électronique. Comment puis-je me passer d'un contrôleur:
- acheter sur Aliexpress un thermostat moins cher, déclenché par une différence de température;
- régler une minuterie jour-nuit et un thermostat mécanique pour éteindre la pompe lorsque le réservoir tampon est à la chaleur maximale.
Comment fonctionne l'unité de contrôle chinoise bon marché (prix - 15 $), voir la revue vidéo:
Chauffage solaire
L'installation du chauffage à air se fait de manière similaire, seul l'échangeur de chaleur est constitué de tuyaux de plus grand diamètre, et le ventilateur est fourni par le ventilateur. Le récepteur de rayonnement est fabriqué par des artisans à partir des matériaux suivants:
- ondulation d'aluminium pour la ventilation;
- bouteilles en plastique insérées l'une dans l'autre;
- canettes de bière sculptées.
Dans la boîte, 2 trous sont faits pour les tuyaux d'air, une fine maille est posée à l'intérieur, éliminant la pénétration d'insectes. Le ventilateur - un refroidisseur de l'ordinateur - est installé sur l'une des ouvertures, la partie d'échange de chaleur est peinte en noir. Les tuyaux d'alimentation sont isolés et posés dans une pièce chauffée. L'algorithme d'assemblage du collecteur d'air est illustré dans la vidéo:
Conclusion
L'attractivité des capteurs solaires est due à la hausse des prix de l'énergie. Bien que les performances des chauffe-eau diminuent en hiver, la chaleur solaire permet de réaliser d'importantes économies de consommation de combustible par la source principale - la chaudière. Si vous souhaitez chauffer au maximum votre maison de campagne avec de l'énergie solaire gratuite, nous vous conseillons de faire attention aux installations avec concentrateurs miroir.Ces appareils extrêmement efficaces sont largement utilisés en Europe et en Amérique.