En la mayoría de las regiones de Rusia, se gastan enormes cantidades en calentar edificios residenciales. Esto obliga a los propietarios a buscar oportunidades adicionales en esta área. La energía de la radiación solar es respetuosa con el medio ambiente y libre de calor. Usando tecnologías modernas, es posible usar energía solar para calentar espacios en las regiones del centro y sur de Rusia.
Posibilidades de las tecnologías modernas.
La superficie de la tierra recibe una cantidad diferente de energía solar, todo depende de la ubicación del territorio en relación con el ecuador y la estación. Por ejemplo, en el Ártico, el sol es mucho menor que en la parte ecuatorial. Además, la radiación solar es más intensa en verano que en invierno. Al calcular los valores promedio, los expertos determinaron que en una hora un metro cuadrado de la superficie terrestre recibe unos 160 W de energía solar. Los sistemas modernos son altamente productivos, lo que permite utilizar la energía de la radiación solar en casi cualquier lugar.
Para obtener la máxima eficiencia en el uso de la energía solar se utilizan dos métodos:
- Calentamiento directo de colectores térmicos. La luz solar directa calienta los colectores térmicos, que a su vez transfieren calor al líquido del circuito de calefacción y al sistema de suministro de agua caliente. Los colectores térmicos pueden ser de tipo abierto y cerrado, pueden tener forma plana o esférica. La energía térmica recibida de los colectores se puede utilizar para calentar el medio de trabajo en el sistema de suministro de agua y el refrigerante en el sistema de calefacción.
- El uso de paneles solares. En este caso, la energía solar se convierte en electricidad, que posteriormente se transmite al consumidor a través de un sistema especial.
El desarrollo de soluciones para la captación, acumulación y aprovechamiento de la energía solar avanza con bastante rapidez. Sin embargo, hay muchos aspectos positivos y negativos en esta área.
Ventajas y desventajas del uso de colectores solares y baterías.
La principal ventaja en el uso de sistemas de calefacción solar es la disponibilidad general. En segundo lugar está la ausencia de emisiones. La energía solar se considera la forma de energía más ecológica y natural.
Además, el funcionamiento de los paneles solares y colectores es silencioso, y la ubicación en la cubierta del edificio ahorra espacio útil.
El principal inconveniente en el uso de la energía solar para el hogar, los consumidores experimentan la iluminación intermitente. Por ejemplo, por la noche no hay posibilidad de recolectar energía, y en invierno, cuando se requiere una gran cantidad de calor, las horas de luz son más bien cortas.
Además, es necesario monitorear constantemente la limpieza de los paneles para no reducir la eficiencia. También se debe tener en cuenta que la depreciación de los equipos, el funcionamiento de la bomba de circulación y la electrónica de control requieren costos constantes.
Colectores solares de tipo abierto
El diseño de los colectores solares abiertos se realiza en forma de un sistema de tubos, desprotegidos de influencias externas. En el interior de este sistema circula un refrigerante, que se calienta directamente con los rayos del sol. Los tubos se fijan en el panel portador en forma de serpiente o con apilamiento paralelo de filas y salida a la tubería de derivación. Los tubos se pueden llenar con agua, gas, aire o anticongelante.
El diseño simple y la falta de aislamiento hacen que los colectores abiertos sean asequibles para casi todos los consumidores. Además, los artesanos del hogar tienen la oportunidad de hacer calefacción solar de una casa privada con sus propias manos.
La falta de aislamiento en los tubos del sistema no permite almacenar la energía solar recibida, por lo que dichos sistemas tienen una eficiencia muy baja. Su uso principal es para calentar agua en piscinas y duchas en verano. En la mayoría de los casos, los residentes de regiones cálidas y soleadas utilizan colectores de tipo abierto, donde la temperatura del aire y el agua calentada no tienen diferencias significativas. La mayor eficiencia de trabajo se observó en un clima soleado en ausencia de viento.
Colectores solares de tipo tubular
Para ensamblar un colector solar tubular, se utilizan tubos separados llenos de agua, gas o vapor. Este diseño es uno de los tipos de sistemas solares abiertos, pero con un refrigerante más, más protegido de los efectos negativos de factores externos. Esto incluye instalaciones de vacío, dispuestas según el principio de un termo.
En un colector solar tubular, los tubos están dispuestos en paralelo con conexiones individuales al sistema general. Esto le permite reemplazar un tubo averiado con un elemento nuevo sin comprometer el funcionamiento de toda la estructura. Además, el sistema se puede montar directamente en la cubierta del edificio, lo que simplifica enormemente el proceso de instalación.
La principal ventaja de un colector solar tubular es la forma cilíndrica de los elementos principales. Gracias a esto, la energía solar se recolecta a lo largo de las horas del día, y esto no requiere la instalación de dispositivos adicionales que controlen el movimiento del sol.
Dependiendo de las características de diseño, los colectores solares se dividen en dos tipos: pluma y coaxial.
Los tubos de tipo coaxial tienen cierto parecido con un termo convencional. Su diseño consta de dos matraces con aire bombeado entre ellos. La superficie interior del primer matraz está recubierta con una sustancia altamente selectiva que es capaz de absorber al máximo la energía solar. Es esta capa la que sirve como una especie de conductor de energía térmica para el intercambiador de calor interno, que consta de placas de aluminio. Sin embargo, esta etapa se caracteriza por un gran número de pérdidas de calor no deseadas.
Los tubos tipo pluma están hechos de vidrio y tienen forma cilíndrica; dentro del cilindro de vidrio se encuentra un absorbedor de plumas. La ausencia de aire en el interior del tubo aumenta significativamente las características de aislamiento térmico. La cantidad de calor transferido desde el absorbedor prácticamente no se reduce, por lo tanto, la eficiencia de dichos colectores es mucho mayor.
La transferencia de calor se realiza mediante un sistema de flujo directo y por medio de un termotubo.
Un termotubo es un recipiente sellado, dentro del cual se vierte un líquido que se evapora, que en la mayoría de los casos es agua a baja presión. Calentado desde las paredes internas del recipiente o absorbente de plumas, el líquido hierve y sus vapores se elevan. Después de la transferencia de energía térmica al refrigerante del sistema de calefacción o suministro de agua caliente, el vapor se condensa en un líquido que fluye por las paredes.
El sistema de flujo directo es un tubo en forma de U con un refrigerante que circula en su interior.
Un refrigerante frío se encuentra en la mitad del tubo y un líquido caliente se descarga a través de la segunda parte. Cuando la temperatura sube, el refrigerante se expande y entra al tanque de almacenamiento para asegurar la circulación natural.
La condición principal para la ubicación del termotubo y el sistema de flujo directo es la creación de un cierto ángulo de inclinación, que no debe ser inferior a 20 grados.
Los sistemas de flujo directo se caracterizan por la mayor eficiencia, ya que el refrigerante se calienta directamente en ellos.
Ventajas y desventajas de los sistemas de calefacción.
Como todo sistema, los colectores solares tubulares tienen sus pros y sus contras. Entre las ventajas del sistema se encuentran las siguientes:
- Pérdida de calor menor.
- Posibilidad de uso a temperatura del aire bastante baja, hasta -30 grados.
- Alta eficiencia a lo largo de las horas del día.
- Alto rendimiento en regiones de clima frío y templado.
- Baja resistencia al viento, que se explica por el hecho de que los sistemas tubulares pasan a través de sí mismos la mayor parte de las masas de aire.
- La capacidad de calentar el refrigerante a una temperatura alta.
- Larga vida útil.
De las deficiencias del sistema, llama especialmente la atención lo siguiente:
- El sistema no es capaz de limpiar la nieve, el hielo y la escarcha por sí solo.
- Alto nivel de precios.
En cuanto al alto costo, cabe señalar aquí que los colectores tubulares se amortizan en un tiempo bastante corto.
Colectores solares planos cerrados
El diseño de un colector plano es un marco de aluminio con una capa absorbente especial y un revestimiento transparente. También incluye tuberías y aislamiento.
La capa absorbente es una lámina de cobre ennegrecida con excelente conductividad térmica, ideal para la construcción de sistemas solares. El absorbedor absorbe la energía de la radiación solar y la transfiere al refrigerante, que circula por la tubería adyacente.
La parte exterior del panel tiene una protección en forma de revestimiento transparente, para cuya fabricación se utilizó vidrio templado, que es resistente al daño mecánico. Esto le permite crear una protección confiable contra el granizo. El ancho de banda de dicho vidrio es de 0,4 a 1,8 micrones, que es suficiente para la máxima radiación solar. El lado interior del panel tiene una buena capa de aislamiento térmico.
Los paneles planos cerrados tienen una serie de ventajas innegables:
- Construcción sencilla.
- Alta eficiencia cuando se usa en regiones cálidas.
- La presencia de un dispositivo para cambiar el ángulo del panel, lo que le permite elegir la ubicación óptima de la estructura.
- Autolimpieza de heladas y nieve.
- Costo aceptable.
- Larga vida útil, los productos de alta calidad pueden durar hasta medio siglo.
Si el uso del sistema se incluyó en el diseño del edificio, en este caso, puede obtener un gran beneficio.
De las deficiencias, se llama la atención sobre lo siguiente:
- Alta pérdida de calor.
- Una masa bastante grande de la estructura.
- Alta resistencia al viento de los paneles inclinados.
- Bajo rendimiento con cambios de temperatura de hasta 40 grados.
El área de uso de los paneles planos cerrados para calentar el hogar con paneles solares es bastante amplia:
- En verano, los sistemas cubren totalmente las necesidades de agua caliente.
- Entre las temporadas de calefacción, pueden reemplazar los aparatos de calefacción de gas y los calentadores eléctricos.
Características comparativas de algunos tipos de colectores solares
La principal característica de cualquier colector solar es su rendimiento. Dependiendo de las características de diseño y la diferencia de temperatura, se determina la eficiencia del sistema. hay que tener en cuenta que el coste de los colectores de placa plana es muy inferior al de los sistemas tubulares.
Al elegir un colector solar, debe estudiar cuidadosamente los parámetros de los que depende la eficiencia del calentamiento solar de agua y la potencia de la estructura.
Los colectores solares tienen una serie de características bastante importantes:
- La relación de la energía total y absorbida de la radiación solar se puede determinar a partir del coeficiente de adsorción.
- La relación entre la cantidad de calor transferido y la energía absorbida está determinada por el factor de emisión.
- La relación del área total y de apertura.
- Eficiencia.
El área de apertura debe entenderse como el área de trabajo del colector. Los sistemas de tipo plano se caracterizan por los valores máximos de este indicador. El área de apertura corresponde al área de la capa absorbente.
Formas de conectarse al sistema de calefacción.
Una de las desventajas de los colectores solares es la imposibilidad de un suministro constante de energía. Por lo tanto, al conectarse, es importante elegir un sistema que sea capaz de operar en un modo limitado.
En las regiones del centro de Rusia, los colectores solares se utilizan como fuente adicional de calor, ya que no garantizan un flujo constante de energía. La conexión de colectores solares y baterías a un sistema de suministro de agua caliente y calefacción en funcionamiento tiene algunas diferencias que deben tenerse en cuenta.
Conexión de colectores de calor.
El esquema de conexión está determinado por el propósito directo del diseño, la mayoría de las veces se utilizan dos opciones:
- Para calentar agua en verano.
- Para calentar el refrigerante en invierno en sistemas de calefacción y agua caliente.
La primera opción se distingue por su simplicidad, su funcionamiento se basa en el movimiento natural del refrigerante. Por lo tanto, dicho esquema para el uso de energía solar para una casa privada se puede usar sin una bomba de circulación. El principio de funcionamiento es el siguiente: cuando se calienta con la luz solar, el agua del colector se expande y entra en el tanque de almacenamiento. Se aspira un líquido frío para reemplazar el agua saliente.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que para una mayor eficiencia del sistema con circulación natural, es necesario crear un cierto ángulo de inclinación. Además, es importante colocar el tanque de almacenamiento a un nivel más alto que el colector solar.
Para mantener una temperatura alta del refrigerante, el tanque de almacenamiento requiere un aislamiento térmico adicional.
La operación más eficiente del colector solar requiere el uso de un esquema de conexión más complejo.
Se vierte un refrigerante que no se congela en el sistema y se inserta una bomba de circulación. Para controlar su funcionamiento se instala un controlador y sensores de temperatura. El primer sensor muestra la temperatura del agua en el tanque de almacenamiento, el segundo sensor está instalado en la tubería que suministra el refrigerante caliente del colector solar. Tal esquema funciona de acuerdo con el siguiente principio: cuando el agua en el tanque se calienta por encima de los parámetros especificados, la bomba de circulación se apaga y el movimiento del refrigerante se detiene. Cuando la temperatura cae a los valores de control, el controlador enciende la caldera de calefacción.
Cómo se conectan los paneles solares
El esquema de conexión del colector solar, en el que se acumula la energía de la radiación solar, no puede utilizarse para conectar paneles solares. En este caso, deberá instalar adicionalmente un costoso paquete de baterías. Por lo tanto, se debe utilizar otra opción.
La energía de los paneles solares se transfiere al controlador de carga, que está diseñado para suministrar energía constantemente a las baterías y estabilizar el voltaje. Cuando se suministra electricidad al inversor, la corriente continua se convierte en corriente alterna monofásica de 220 V.
Obtener un tipo de energía universal para calentar una casa del sol hace que los paneles solares sean más rentables, pero no se olvide de la menor eficiencia de este sistema. También se debe tener en cuenta que el colector solar no puede almacenar energía, como lo hacen los paneles solares.
Cálculo de potencia
Para utilizar los colectores solares de manera rentable, es importante tener en cuenta las siguientes recomendaciones de los fabricantes:
- El sistema debe proporcionar agua caliente solo en un 70%.
- No más del 30% de la energía puede ingresar al sistema de calefacción desde los colectores solares.
Solo en este caso es posible lograr un ahorro en los costos de calefacción y suministro de agua caliente en casi un 40%.
Al calcular la potencia del colector para calentar una casa con energía solar, también se debe tener en cuenta la ubicación del sistema, el ángulo de los paneles y la temperatura media anual de la región.
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En muchos países desarrollados del mundo, los colectores solares para calefacción doméstica se utilizan en todas partes. Dichos diseños están reemplazando los sistemas de calefacción tradicionales no solo en el sur, sino también en regiones con clima templado.
Por supuesto, puede comprar los ya hechos, como los que se muestran en la foto, pero su precio sigue siendo bastante alto. Organizar la calefacción solar en el hogar con sus propias manos no es difícil, solo tomará tiempo y conocimientos básicos de física. Por supuesto, no todo el mundo puede fabricar un colector solar de vacío por su cuenta. Pero hay un sistema aún más simple. Al instalar una estructura de calefacción solar, será necesario no solo instalar colectores en el techo de la casa, sino también elementos internos.
Beneficios de usar sistemas solares
La instalación de colectores solares reducirá significativamente el costo de la calefacción tradicional. La energía solar es gratuita y, además, los sistemas solares no dañan el medio ambiente. Es por eso que en países donde las autoridades están preocupadas por el medio ambiente, este método de calefacción de casas está muy extendido (léase: ""). El uso masivo de sistemas solares ahorrará recursos que tradicionalmente se utilizan para calefacción (carbón, gas natural) y resolverá el problema energético. La calefacción solar tiene las siguientes ventajas:- operación eficiente y ahorros significativos en el sistema de calefacción principal de la casa;
- seguridad de uso;
- larga vida útil;
- apariencia estética, la capacidad de seleccionar los parámetros del colector.
Características de los colectores solares.
Los sistemas de calefacción solar de una casa privada son más efectivos en regiones donde hay una gran cantidad de días soleados durante el año. Además, en invierno, la luz del sol también debería ser bastante intensa. Al instalar un sistema de calefacción de este tipo, se deben considerar las siguientes características.Para que el diseño de calefacción sea efectivo, es necesario realizar un aislamiento de alta calidad de la casa. Se recomienda combinar la calefacción solar con otros tipos, gas o electricidad, esta es la mejor opción. La integración de los elementos del sistema solar en un esquema de calefacción tradicional aumenta significativamente la eficiencia de calentar una casa y reduce los costos de materiales.
En regiones que se caracterizan por un bajo nivel de insolación (el flujo de los rayos del sol sobre una superficie horizontal), debe calcular correctamente el área de los colectores y seguir exactamente las instrucciones de instalación para que el sistema funcione tan eficientemente como sea posible. Los expertos recomiendan instalar colectores en un ángulo igual a la latitud geográfica del área, en cuyo caso serán más eficientes. El hecho es que el nivel máximo de absorción de la energía solar se produce si sus superficies están en ángulo recto con la insolación.
Al determinar el grado de flujo de rayos, debe recordarse que su intensidad es mucho mayor a la mitad del día. Por lo tanto, es deseable tener superficies en dirección sur. Se aceptan desviaciones menores en las direcciones sureste y suroeste. Al instalar los colectores, asegúrese de que no queden tapados por árboles o edificios vecinos.
Al organizar el calentamiento del sol con sus propias manos, debe aumentar ligeramente el ángulo de inclinación para aumentar la eficiencia de estos dispositivos en invierno. Al mismo tiempo, en verano, la eficiencia del sistema disminuirá algo, pero esto es aceptable, ya que en cualquier caso habrá un exceso de energía térmica.
Elementos de un sistema de calefacción solar.
El conjunto de elementos del sistema solar puede variar según los deseos del cliente y los detalles de la producción de la planta, pero el principio de montaje sigue siendo el mismo.El sistema de calefacción solar consta de:
- colector de vacío;
- sedimento que transfiere el refrigerante del colector al tanque de almacenamiento;
- un controlador que realiza la función de gestionar el funcionamiento del sistema;
- tanque de almacenamiento de agua caliente con una capacidad de 500-1000 litros (lea también: "");
- pico más cercano, representado por un calentador eléctrico, bomba de calor u otro elemento.
Los sistemas solares también le permiten equipar calefacción por suelo radiante, y los costos asociados con la compra e instalación de equipos se amortizarán rápidamente.
Para crear un coleccionista, necesitará los siguientes materiales:
- bobina de un refrigerador viejo o defectuoso;
- rieles para ensamblaje de marcos;
- papel de aluminio, vidrio ordinario;
- alfombra de goma;
- tanque de agua y tuberías para su suministro y descarga.
- Una lámina, un marco de rieles y una bobina se colocan sobre una estera de goma, en esta secuencia. Al ensamblar el marco, se hacen pequeños agujeros en sus paredes, deben ser suficientes para que los tubos de la bobina puedan sacarse a través de ellos.
- La bobina se fija con abrazaderas del mismo frigorífico. En el reverso se fijan con tornillos. Además, los listones se clavan en el mismo lado; esto es necesario para que la estructura adquiera la rigidez requerida.
- Los espacios formados entre el marco y la lámina se sellan con cinta adhesiva. Gracias a esto, se minimizan las pérdidas de calor y la calefacción solar se vuelve más eficiente. El colector ya terminado se cubre con vidrio y se pega con cinta adhesiva en todo el perímetro. Para un sellado adicional de la estructura y una mayor fiabilidad, el vidrio se fija con varios tornillos. Luego, el colector solar se une a soportes especiales.
Cómo funciona el sistema
Existen diferentes tipos de colectores, y aunque el principio de funcionamiento de cada uno de ellos es casi el mismo, aún existen algunas diferencias entre ellos. En este caso, se considerará el trabajo de un sistema casero a partir de una bobina.Así, el sistema de calefacción consta de:
- coleccionista;
- depósito de reserva;
- tuberías para el suministro de agua caliente y su desagüe;
- tuberías para ingresar al colector de agua fría;
- válvula de alivio de presión;
- la válvula de cierre;
- válvula de reposición (léase también: "");
- válvula de drenaje.
El sistema de calefacción funciona automáticamente, los propietarios de la casa rara vez tienen que intervenir en este proceso. Para el funcionamiento eficaz del sistema, en invierno, el colector debe limpiarse de nieve adherida, ya que reflejará los rayos del sol e inutilizará el dispositivo.
Los colectores solares son bastante efectivos en regiones con clima templado, y no solo en el sur. Incluso si hay muchos días nublados en invierno, todavía hay suficiente luz ultravioleta que atraviesa las nubes para calentar al menos parcialmente la casa. Es cierto que, en este caso, la calefacción solar por sí sola no es suficiente; tendrá que usar fuentes de calor adicionales. Pero en cualquier caso, el costo de calentar la casa se reducirá significativamente.
Nacido por Chaos, el gobernante del universo Ra, el guardián luminoso del firmamento celestial Surya, el firmamento de Helios dando vueltas en un carro, Yarilo, furioso en sus pasiones: todos los pueblos antiguos del mundo veneraron al Sol, al darse cuenta de que el el calor y la luz que exuda son el principio fundamental de la vida. La civilización moderna está tratando de encontrar formas de utilizar la energía limpia e inagotable de la luz del día durante los próximos millones de años, eliminando la necesidad de quemar hidrocarburos. La calefacción solar es uno de los pasos en este camino hacia la prosperidad compartida.
Tipos de calefacción solar.
Los métodos utilizados hoy en día para utilizar la energía solar para calentar una casa (y no solo) se pueden dividir en pasivos y activos. El calentamiento pasivo de la casa por el sol proporciona un calentamiento directo del interior debido a la radiación infrarroja. Activo se basa en la recepción de energía térmica o eléctrica en instalaciones especiales, muchas veces situadas en el exterior del edificio, su posterior transformación y distribución para las necesidades de calefacción. La calefacción solar más eficaz de la casa, donde se combinan métodos pasivos y activos.
Deje que el sol entre en la casa: métodos de calefacción pasivos
Ventanas - al sur
Parece que todos deberían entender que al colocar la parte principal de las ventanas en el lado soleado de la casa, dejaremos entrar no solo la luz, sino también el calor en las instalaciones. Sin embargo, al conducir por nuestros pueblos de cabañas, puede ver que una buena mitad de los desarrolladores no se adhieren al principio racional "la casa está en la parte norte del sitio y las ventanas están en el sur". Pero en vano.
Las enormes vidrieras del diseño de ahorro de energía de Eagle Ridge Residence (EE. UU.) están abiertas hacia los lados sur y oeste, lo que permite la máxima entrada de calor y luz en la casa. Desde el norte, el edificio está delimitado por un muro liso y bien aislado.
En invierno, el sol bajo penetra en las habitaciones en toda su profundidad, y en verano, cuando brilla en su cenit, una visera que sobresale más de dos metros de la fachada de vidrio protege del sobrecalentamiento.
pared trombe
En los años 40 del siglo pasado, el ingeniero estadounidense Tromb ideó una "estufa solar". En el lado sur de la casa hay un muro macizo hecho de material resistente al calor (hormigón, piedra, ladrillo macizo), pintado de negro. Hay agujeros en la parte inferior y superior de este acumulador de calor. En el exterior, a poca distancia de la pared, hay una vidriera de vidrio. El sol calienta el hormigón, el aire caliente tiende a subir, entra en la habitación y el aire frío entra en el espacio entre la piedra y el vidrio desde abajo. Se forma una circulación estable de aire caliente en la habitación. Gracias a la invención de revestimientos selectivos para vidrio y piedra (hormigón), la eficacia de la pared Trombe en la versión moderna se ha vuelto notablemente mayor.
El principio de funcionamiento del muro Trombe. Una buena ventaja: se puede usar no solo en invierno para la calefacción indirecta de la casa (en la figura de la derecha), sino también en verano para la ventilación (izquierda)
Desarrollo lógico del muro de Trombe. Es una caja plana hueca (panel), colocada oblicuamente para un mejor atrapamiento de la radiación. La barandilla superior del panel es transparente a la radiación infrarroja, y un tabique lo separa a lo largo del mismo. Pintado de negro, el tabique se calienta, el aire caliente sube y entra en la habitación. El aire no calentado de la habitación penetra en la parte inferior fría del colector.
El colector solar de aire pasivo es el dispositivo más simple. La calefacción solar de bricolaje está al alcance de cualquier campesino económico
Invernadero solar: verduras frescas como bonificación
Invernadero solar anexo a la vivienda. Para "dejar entrar" más sol en la casa, debe aumentar el área de las ventanas. Es problemático hacer que toda la pared sur sea de vidrio en un clima frío, la pérdida de calor será demasiado alta. Separando parte del edificio con paredes de vidrio y techo del local principal de la casa, obtenemos un invernadero solar. Casi no interfiere con la penetración de la radiación infrarroja en las ventanas de la casa, además de esto, la pared exterior dentro del invernadero se calentará. En un brillante día soleado de invierno, el aire en el invernadero solar puede calentarse a una temperatura significativamente más alta que en la casa.
En un día soleado, el invernadero solar puede sobrecalentarse, lo cual es un problema para el verano. Es necesario organizar la ventilación o sombrear las vidrieras.
Para maximizar el uso del calor recibido por el invernadero, es posible organizar el intercambio de aire con viviendas.
El invernadero de una casa solar en Winchester (EE. UU.) está separado de la parte principal de la casa por una enorme pared de almacenamiento de calor con orificios de ventilación que se abren. Tal solución es una combinación de un invernadero solar y una pared Trombe. Los botes de agua instalados en el invernadero ayudan a mantener el calor por más tiempo
El intercambio de aire natural entre el invernadero y la casa es bastante débil y, para aprovechar al máximo la energía, el movimiento del aire es forzado.
El intercambio de aire entre la parte principal de esta casa en Hamptden (EE. UU.) y el invernadero adjunto se organiza a través de un espacio subterráneo, el aire caliente ingresa a las instalaciones desde abajo y el aire frío ingresa al invernadero desde arriba. La circulación de los flujos de aire es proporcionada por un ventilador, la automática lo enciende y apaga en el momento adecuado. En la práctica, esto ya es calefacción solar de una casa privada de tipo activo.
Una ventaja adicional que un invernadero solar brinda a sus propietarios: casi todo el año, puede cultivar vegetales en él o dejar cítricos para el invierno. Es cierto que esto requerirá resolver los problemas de ventilación, humedad, sobrecalentamiento durante el día y heladas nocturnas.
Calentamiento activo: la luz solar es recolectada por colectores de vacío
Colector solar de aire
Un colector solar de aire, equipado con un sistema de transmisión y distribución forzada de energía, es capaz de proporcionar mucho más calor en comparación con una variante pasiva. La velocidad de circulación del aire se ajusta automáticamente en función de la temperatura de la casa y del grado de calentamiento del colector. El aire calentado en los colectores puede entrar directamente en el sistema de ventilación o en el local. Si su temperatura es lo suficientemente alta, también se puede usar para calentar el fluido de transferencia de calor. El exceso de energía durante el día se almacena durante la noche en acumuladores de calor.
Calentamiento solar de aire basado en un colector solar. Desde el panel hueco (1) a través de los canales de aire (6), el ventilador impulsa el aire hacia la sala técnica, donde la automatización, según la situación, lo distribuye a la unidad de preparación de aire (3) o un acumulador de calor masivo (2). ). Al mismo tiempo, la batería de agua caliente (5) también puede calentarse. Durante el día, cuando las habitaciones necesitan calefacción, el sistema funciona en modo B, el aire caliente del colector se envía a las habitaciones. Cuando se alcanza la temperatura requerida en la casa, el flujo de aire se redirige al acumulador de calor, modo A. Por la noche, cuando el colector no proporciona calor, la compuerta cierra el canal que conduce a él, la circulación se realiza entre el calor acumulador y el local.
Colector solar de vacío
El dispositivo más avanzado para la calefacción solar en la actualidad.
Diagrama esquemático de un colector solar de vacío. El líquido absorbente que circula a través de los tubos en forma de U, cuando se calienta, se evapora y asciende hacia el colector. Este último está conectado al circuito del sistema de calefacción y, a su vez, por él circula el líquido refrigerante. El absorbedor da energía al refrigerante, se enfría, se condensa, baja. El ciclo se repite
La calefacción solar de una casa de campo basada en colectores de vacío es mucho más eficiente que otros sistemas solares, sin embargo, además de la generación de calor desigual tradicional de los sistemas solares, tiene tres inconvenientes más significativos: en heladas severas, la transferencia de calor cae bruscamente, las instalaciones son frágiles y caros.
Los colectores solares de vacío deben instalarse de tal manera que estén protegidos de los vandalismos. Esto es especialmente cierto para nuestro país, poner una piedra en un tubo de vidrio es algo dulce.
Los paneles de vacío no están conectados directamente al sistema de calefacción. Como mínimo, se necesitan tanques de compensación para suavizar la generación de calor desigual.
El esquema "correcto" para conectar un colector solar de vacío al sistema de calefacción. El calor no se transfiere directamente, sino que a través de un intercambiador de calor, el exceso de calor durante el día se almacena en un acumulador de calor (tanque de inercia) para la noche. Tenga en cuenta que el diagrama muestra una caldera de calefacción "normal", el sistema solar solo lo complementa
Los paneles solares eléctricos solo se pueden usar indirectamente para calefacción. No es razonable gastar electricidad en la calefacción de espacios directamente, se puede usar de manera más racional. Por ejemplo, enviar ventiladores y automatización de sistemas solares activos para trabajar.
Por qué las plantas solares no se ven en los techos de nuestras casas
Internet está repleto de materiales promocionales con bellas imágenes que hablan sobre los extraordinarios beneficios de los sistemas solares. Los artesanos publican videos en youtube sobre el tema "calentar del sol con sus propias manos" sobre sus propios conocimientos, recopilados de rodillas a partir de materiales improvisados. La web está repleta de artículos entusiastas que vuelven a publicar sobre los beneficios milagrosos de la calefacción solar. Sin embargo, ¿cuántas casas con colectores solares en el techo han aparecido en los últimos años cerca de su casa? ¿Nadie? ¿Cuáles son las razones por las que la calefacción por energía solar no se reconoce en nuestra área?
- Desafortunadamente, la energía solar para calentar el hogar no llega cuando ni donde se necesita. Hace frío más cerca de los polos, en invierno y de noche. Y la máxima radiación solar cae sobre las regiones ecuatoriales, en el verano y durante el día. Los acumuladores de calor, como mínimo, ayudan a suavizar las fluctuaciones diarias, pero no estacionales.
Mapa de la intensidad de la distribución de la luz solar sobre el territorio de Rusia. En la parte occidental del país, donde vive la mayor parte de la población, hay poco sol. Y en el este de Siberia, donde la proporción de radiación es notablemente mayor, hace frío, lo que dificulta el uso de sistemas activos. Por cierto, los paneles solares que generan electricidad no son tan sensibles a las heladas severas. Ya se han construido plantas de energía solar bastante potentes que funcionan con éxito en la fría pero soleada Yakutia.
- La calefacción pasiva con energía solar es ineficiente y no puede calentar seriamente la casa en las condiciones del invierno ruso. “Ventanas orientadas al sur” es un método de diseño realmente útil que no cuesta nada pero ayuda a optimizar los costos de calefacción. Pero una vez relativamente populares en los Estados Unidos, los invernaderos solares, las paredes Trombe y sus derivados se desvanecieron gradualmente incluso en su tierra natal.
- Los sistemas de calefacción solar activos para una casa privada son muy caros, se deberá pagar mucho dinero por el equipo. La operación, contrariamente a algunas afirmaciones, no es gratuita: se consume electricidad, se requiere mantenimiento del equipo. A los precios actuales, en comparación no solo con el gas natural barato, sino incluso con pellets bastante caros, combustible diesel, la instalación de un colector solar de vacío en la gran mayoría del territorio de la Federación Rusa nunca dará sus frutos, el período de recuperación excede la vida útil del equipo. Solo en algunas regiones del sur del país, los sistemas de calefacción solar para una casa privada pueden no ser rentables bajo ciertas condiciones.
Estación científica en la isla de Olkhon (Rusia). El uso de colectores de vacío (a la derecha en el techo) para preparar agua caliente y paneles solares (a la izquierda) para generar electricidad tiene sentido, porque no hay comunicaciones centrales en esta rocosa isla de Baikal. Sin embargo, para la calefacción completa en el clima de Buriatia, los sistemas solares no son suficientes, las estufas "normales" calientan la casa, cuyo combustible se importa del "continente", porque es imposible hostigar el bosque local para obtener leña.
¿Cómo están las cosas en Europa?
¿Por qué, cuando viajamos por Europa occidental, vemos (aunque no tan a menudo) colectores solares en los tejados de las casas? Las razones son varias: el alto costo de los combustibles tradicionales, el clima templado, más días soleados. No es coincidencia que la calefacción solar sea tan poco común en la Gran Bretaña nublada como lo es aquí. Y, lo más importante, en aquellos países donde el sistema de calefacción solar es una realidad práctica, existen programas de apoyo, hasta la mitad del costo del equipo lo paga el estado. En realidad, los colectores solares son de poca utilidad para la calefacción, se utilizan principalmente para preparar agua caliente, en un clima soleado en verano es realmente posible satisfacer completamente las necesidades de suministro de agua caliente. Por cierto, sobre todo en los tejados de las casas se pueden ver paneles solares que generan electricidad. Es más rentable producir electricidad, y la generación desigual no es un problema, porque en cualquier momento del día las redes eléctricas centrales compran la electricidad recibida en una casa particular. Además, el pago es a una tasa mayor. Una vez más, el equipo casi no requiere mantenimiento ni reparación. Hoy podemos decir con seguridad que a escala mundial, la energía solar, si bien aún no es competidora de la tradicional, tiene un gran futuro. En cuanto a las perspectivas de la calefacción solar, la situación no está clara. Los sistemas existentes ya han agotado su potencial, aún no se vislumbran nuevos enfoques y el costo de los combustibles tradicionales está cayendo, lo que reduce el atractivo de los sistemas de calefacción solar.
"Tejados soleados" de Baviera. Todos los paneles que vemos en la foto son eléctricos, los alemanes racionales no consideran que la calefacción solar sea particularmente rentable, incluso si el estado asume la mitad del costo de instalar sistemas solares.
Para aquellos lectores que estén muy interesados en el tema del uso de la energía solar para el soporte vital en el hogar, recomendamos que analicen críticamente los materiales promocionales y se comuniquen con profesionales, preferiblemente con experiencia en la instalación y operación de instalaciones solares.
Video: calefacción solar de aire hágalo usted mismo
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Con el aumento de los precios de la energía, el uso de fuentes de energía alternativas es cada vez más importante. Y como la calefacción es el principal gasto de muchos, hablamos de calefacción en primer lugar: hay que pagar casi todo el año y cantidades considerables. Si quieres ahorrar dinero, lo primero que se te viene a la cabeza es el calor solar: una fuente de energía potente y totalmente gratuita. Y es bastante realista usarlo. Además, el equipo es caro, pero muchas veces más barato que las bombas de calor. Hablemos más sobre cómo se puede usar la energía solar para calentar una casa.
Calentamiento por el sol: pros y contras.
Si hablamos de usar energía solar para calentar, entonces debe tener en cuenta que hay dos dispositivos diferentes para convertir la energía solar:
Si tiene un medidor de agua caliente, entonces sabe los volúmenes de agua caliente que gasta mensualmente. Muestra los datos de consumo medio del mes o calcula el consumo máximo - es quien lo quiere. También debe tener datos sobre la pérdida de calor de la casa.
Busque calentadores solares que le gustaría suministrar. Al tener datos sobre su rendimiento, puede determinar aproximadamente la cantidad de elementos necesarios para cubrir sus necesidades.
Además de determinar la cantidad de componentes del sistema solar, será necesario determinar el volumen del tanque en el que se acumulará agua caliente para agua caliente. Esto se puede hacer fácilmente conociendo los gastos reales de su familia. Si tiene instalado un contador de ACS y tiene datos de varios años, puede obtener el consumo medio por día (consumo medio por mes dividido por el número de días). Este es aproximadamente el tamaño del tanque que necesita. Pero el tanque debe tomarse con un margen del 20% más o menos. Por si acaso.
Si no hay suministro de agua caliente o un medidor, puede usar las tarifas de consumo. Una persona consume en promedio 100-150 litros de agua por día. Sabiendo cuántas personas viven permanentemente en la casa, calculará el volumen requerido del tanque: la tasa se multiplica por la cantidad de residentes.
Debe decirse de inmediato que una racional (en términos de recuperación) para el centro de Rusia es un sistema de calefacción solar que cubre aproximadamente el 30% de la demanda de calor y suministra agua caliente por completo. Este es un resultado promedio: en algunos meses, el sistema solar proporcionará calefacción en un 70-80%, y en algunos (diciembre-enero) solo en un 10%. Y nuevamente, mucho depende del tipo de paneles solares y la región de residencia.
Y no es solo una cuestión de "norte" o "sur". Se trata del número de días soleados. Por ejemplo, en Chukotka, que es muy frío, la calefacción solar será muy eficiente: el sol casi siempre brilla allí. En el clima mucho más suave de Inglaterra, con nieblas eternas, su eficacia es extremadamente baja.
Resultados
A pesar de muchos críticos que hablan de la ineficiencia de la energía solar y el período de recuperación demasiado largo, cada vez más personas están cambiando, al menos parcialmente, a fuentes alternativas. Además del ahorro, muchos se sienten atraídos por la independencia del estado y su política de precios. Para no arrepentirse de las sumas invertidas en vano, primero puede realizar un experimento: haga una de las instalaciones solares con sus propias manos y decida cuánto le atrae (o no).
El criterio principal para la comodidad en una cabaña o apartamento privado es la calidez. En una casa fría, incluso los muebles más lujosos no ayudarán a crear condiciones cómodas. Pero para mantener la temperatura óptima para vivir en la habitación, no solo en verano, sino también en invierno, deberá instalar un sistema de calefacción.
Esto se puede hacer fácilmente hoy comprando una caldera de gas, diesel o eléctrica como fuente de calor. Pero el problema es que el combustible para tales equipos es caro y no está disponible en todos los asentamientos. ¿Qué elegir entonces? La mejor solución son las fuentes de calor alternativas y, en particular, la calefacción solar.
Dispositivo y principio de funcionamiento.
¿Qué es tal sistema? En primer lugar, hay que decir que hay dos opciones para la calefacción solar. Implican el uso de elementos que son diferentes tanto en términos de diseño como de propósito:
- Coleccionista;
- Panel fotovoltaico.
Y si el equipo del primer tipo está diseñado únicamente para mantener una temperatura agradable en la habitación, entonces se pueden usar paneles solares para calentar el hogar para generar electricidad y calor. Su principio de funcionamiento se basa en la conversión de la energía solar y su acumulación en baterías, para que luego pueda ser utilizada para diversas necesidades.
Mira el video, todo sobre este coleccionista:
El uso de un colector le permite organizar solo sistemas de calefacción solar para una casa privada, mientras usa energía térmica. Tal dispositivo funciona de la siguiente manera. Los rayos del sol calientan el agua, que es el portador de calor y proviene de la tubería. El mismo sistema también se puede utilizar como suministro de agua caliente. La composición incluye fotocélulas especiales.
Dispositivo colector
Pero además de ellos, el paquete de calefacción solar incluye:
- Tanque especial;
- avankamery;
- Un radiador hecho de tubos y encerrado en una caja, en la que la pared frontal está hecha de vidrio.
Los paneles solares para la calefacción del hogar se colocan en el techo. En él, el agua calentada pasa a la cámara delantera donde es reemplazada por un refrigerante caliente. Esto le permite mantener una presión dinámica constante en el sistema.
Tipos de calefacción con fuentes alternativas
La forma más fácil de convertir la energía solar en calor es usar paneles solares para calentar su hogar. Se utilizan cada vez más como fuentes de energía adicionales. Pero, ¿qué son estos dispositivos y son realmente efectivos?
Vemos el video, los tipos y sus características de trabajo:
La tarea del colector instalado en el techo del sistema de calefacción solar para la casa es absorber la mayor cantidad posible de radiación solar y luego convertirla en energía que es tan necesaria para una persona. Pero hay que tener en cuenta que se puede convertir tanto en energía térmica como eléctrica. Los sistemas de calefacción solar se utilizan para generar calor y agua caliente. Las baterías se utilizan para generar electricidad. Almacenan energía durante el día y la liberan por la noche. Sin embargo, hoy en día también existen sistemas combinados. Los paneles solares producen calor y electricidad al mismo tiempo.
En cuanto a los calentadores de agua solares para calefacción doméstica, están representados en el mercado por una amplia gama. Además, los modelos pueden tener un propósito, diseño, principio de funcionamiento y dimensiones diferentes.
Varias opciones
Por ejemplo, en apariencia y diseño, los sistemas de calefacción de una casa privada se dividen en:
- plano;
- Vacío tubular.
Según su finalidad, se clasifican en utilizados para:
- Sistemas de calefacción y agua caliente;
- Para calentar el agua de la piscina.
Hay diferencias en el principio de funcionamiento. La calefacción solar con colectores es una opción ideal para casas de campo, ya que no requiere conexión eléctrica. Los modelos con circulación forzada están conectados a un sistema de calefacción común, en el que el refrigerante circula mediante una bomba.
Mire el video, compare colectores planos y tubulares:
No todos los colectores son adecuados para la calefacción solar de una casa de campo. Según este criterio, se dividen en:
- Estacional;
- Todo el año.
Los primeros se utilizan para calentar casas de verano, los segundos en hogares privados.
Comparar con el sistema de calefacción convencional
Si compara este equipo con gas o electricidad, entonces tiene muchas más ventajas. El primero es el ahorro de combustible. En verano, la calefacción solar es capaz de proporcionar agua caliente a las personas que viven en la casa. En otoño y primavera, cuando hay pocos días claros, el equipo puede utilizarse para reducir la carga de una caldera estándar. En cuanto a la época de invierno, normalmente en esta época la eficiencia de los colectores es muy baja.
Mira el video, la eficiencia de los colectores en invierno:
Pero además de ahorrar combustible, el uso de equipos alimentados con energía solar reduce la dependencia del gas y la electricidad. Para instalar calefacción solar no es necesario obtener permiso y cualquiera que tenga conocimientos básicos de fontanería puede instalarlo.
Mire el video, criterios de selección de equipos:
Otra ventaja es la larga duración del colector. La vida útil garantizada del equipo es de al menos 15 años, lo que significa que sus facturas de servicios públicos serán mínimas durante este período.
Sin embargo, como cualquier dispositivo, el colector tiene algunas desventajas:
- Para calentadores de agua solares para una casa privada, el precio es bastante alto;
- Imposibilidad de uso como única fuente de calor;
- Se requiere un tanque de almacenamiento.
Hay un matiz más. La eficiencia de la calefacción solar varía según la región. En las regiones del sur, donde la actividad del sol es alta, el equipo tendrá la mayor eficiencia. Por lo tanto, es más rentable usar dicho equipo en el sur y será menos efectivo en el norte.
Selección e instalación de colectores solares.
Antes de proceder con la instalación de equipos incluidos en el sistema de calefacción, es necesario estudiar sus capacidades. Para saber cuánto calor se requiere para calentar la casa, debe calcular su área. Es importante elegir el lugar adecuado para instalar el colector solar. Debe ser lo más brillante posible durante todo el día. Por lo tanto, el equipo suele instalarse en la parte sur del techo.
Es mejor confiar el trabajo de instalación a especialistas, porque incluso un pequeño error al instalar un sistema de calefacción solar provocará una disminución significativa en la eficiencia del sistema. Solo con la instalación correcta del colector solar, durará hasta 25 años y se amortizará completamente en los primeros 3 años.
Los principales tipos de colectores y sus características.
Si por alguna razón el edificio no es adecuado para instalar equipos, entonces puede colocar los paneles en un edificio vecino y colocar la unidad en el sótano.
Beneficios de la calefacción solar
Los matices a los que debe prestar atención al elegir este sistema se discutieron anteriormente. Y si hizo todo bien, su sistema de calefacción solar solo le brindará momentos agradables. Entre sus ventajas cabe destacar:
- Posibilidad de provisión durante todo el año de la casa con calor, con la posibilidad de ajustar la temperatura;
- Autonomía completa de las redes de servicios centralizados y costos financieros reducidos;
- Uso de energía solar para diversas necesidades;
- Larga vida útil del equipo y raras emergencias.
Lo único que impide que los consumidores compren un sistema solar para calentar una casa privada es la dependencia de su trabajo de la geografía de residencia. Si los días despejados son raros en su área, entonces la efectividad del equipo será mínima.
