Самодельные селективные покрытия

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Ну может поролон - это синтетика, так что щелочь не должна съесть его.

 

Вопчем буду постепенно подводить итоги всех своих экспериментов:
- насчет использования состава с перекисью, вкратце наилучший состав, дающий устойчивые результаты при чернении горизонтально расположенного листа меди:
45% - NaOH (25% р-р, средство для прочистки труб)
45% - вода
10% - H2O2 (3% аптечный раствор)
Щелочь наливать в воду (не наоборот), затем добавлять перекись, аккуратно перемешать.
Другие пропорции (больше/меньше щелочи или перекиси) дают менее стабильную реакцию и менее равномерное чернение. Раствор не хранить, использовать сразу после приготовления. Использованный раствор не пригоден для повторного использования (перекись улетела, накоплено много ионов меди синего цвета, концентрация щелочи не достаточна для работы без перекиси, добавление перекиси в этот раствор не возможно)
Толщина слоя раствора над плоскостью медного листа - минимум 10мм, т. е. 10мм дает нормальный результат, 7-8мм - будут пятна недокраса до 3-5% площади, еще меньший слой - еще хуже равномерность и интенсивность. См. фото - 2 образца 10мм и 7-8мм.
Процесс очень бурно идет в первые 5-10 минут, постепенно замедляется и через 60 минут практически дальнейшего почернения меди уже не происходит, т. е. рекомендуемая выдержка ровно 1час, меньше - будет чуть меньше интенсивность окраса, держать дольше - потемнения почти не происходит, но может начать образовываться мелкий голубоватый налет (плохо это или хорошо - не знаю).. В течение всех этих 60 минут рекомендую аккуратно 2-3 раза "пошевелить" раствор, возможно это немного повлияет на равномерность, но сильно не перемешивать чтобы не ускорять закипание "газировки"..
У горизонтального способа чернения неизбежна есть проблема - выделяемый перекисью кислород стремится вверх на выход, т. е. убегает от меди, впрочем вышеуказанный состав и слой от 10мм позволяют достичь требуемого результата. Гораздо лучше был бы способ чернить медный лист вертикально (кислород идет вдоль всего листа, окрашивание глубже и равномернее, на лист почти не выпадает пылеобразный прочный тончайший голубоватый осадок), но его нет смысла обсуждать из-за одноразовости раствора, а выливать каждый раз столько раствора - не есть хорошо. Также при вертикальном процессе могут быть свои сложности, например скопление пузырей в верхней части вертикальной емкости, чего нет при горизонтальном способе (пузыри просто плавают сплошным тонким слоем и все)..
Теперь о том как создать над окрашиваемом абсорбером или листом меди слой требуемой толщины. Здесь все очень просто, надо только обеспечить плотное прилегание листа к плоскости (чтоб его не выгибало) и выравнять плоскость по уровню, а далее вспоминаем что медь очень мягкий и пластичный металл и просто подгибаем (временно, потом разогнем обратно) края медного листа в виде ванночки, примерно как на фото, если нет уверености в уровне, можно сделать на несколько миллиметров запас подгиба, даже если где-то будет непрокрас краев (что врят ли), там доли % и всегда можно подкрасить.
Предварительно скажу, что образец меди черненный составом с перекисью показал (впрочем с небольшим отрывом) на Солнце наилучший результат среди всех протестированных образцов, что вполне логично, потому что этот состав дает самую бурную реакцию и самое быстрое потемнение (оттенок цвета совсем немного отличается от других черненных образцов), т. е. этот состав самый агрессивный. При горизонтальном чернении с перекисью удается достичь только черно-коричневого цвета с легким прочным голубоватым осадком, с вертикальным процессом удалось бы достичь чуть более глубокой и равномерной черноты, но не судьба, да и кардинально это врят ли повлияло бы на селективность, ну может максимум 1-2% по t стагнации и то не факт.

 

Все полученные образцы, окрашенные краской и черненные разными способами и с разной продолжительностью проверил на Солнце, тестировались пластины меди (один образец из алюминия, окрашен в 2 слоя черной матовой краской) размером 12х17см, т. е. около 2дм2.
Образцы помещены в картинную раму, разделены резиновыми прокладками, закреплены канцелярскими скобами на основе из гофрокартона (два слоя картона с воздушной прослойкой), рама покрыта прозрачным пластиком толщиной 2мм. Все образцы подписаны, места в раме пронумерованы, с обратной стороны для замеров лазерным термометром (мгновенное измерение с точностью до 0,1С) в картоне сделаны 9 одинаковых квадратных отверстий 35х35мм напротив центра каждого образца, в этом месте образцы окрашены слоем черной матовой краски.
Учитывая что все замеры производятся в жару, можно считать что изоляции задней стенки гофрокартоном, а передней плоскости прозрачным пластиком вполне достаточно для общего сравнительного теста образцов. Размер образцов по 2дм2 позволяет разогреть их до вполне показательных температур, тестовое заднее окно 35х35мм составляет около 5% от площади образца, т. е. теплопотери через данную зону не так критичны чтобы повлиять на общую картину. Впрочем отдельные сильные порывы ветра все же делают свое дело, в линейке замеров есть несколько не логичных показаний, как раз совпадающих с ветровой активностью.
Проведены замеры за 3-ым стеклопакетом с i-стеклом, на улице в жаркую погоду +31С (ветер 4-5м/с) в 17ч перпендикулярно потоку солнечного излучения, под углом 45град., также под разными углами на закате Солнца (21.00-21.30), также в другой день (Солнце в легкой дымке) в 19-20ч также перпендикулярно и под углами при жаре +31С и слабом ветре (более плавные показания).
Общий перечень тестируемых образцов:
- Алюминий окрашен 2 слоя черной матовой краски из баллона (не термостойкая, до +90С)
- Медь 1 слой краски (та же)
- Медь 2 слоя краски (та же)
- Медь чистая очищенная первозданная
- Медь старая окисленная на воздухе до коричневого цвета
- Медь окрашенная серной печенью
- Медь черненая насыщенным раствором соды пищевой
- Медь черненая в NaOH (25% р-р) методом "2мин.сушка+8мин.в растворе" 10циклов - 100минут
- Медь черненая в NaOH (25% р-р) методом "2мин.сушка+8мин.в растворе" 20циклов - 200минут
- Медь черненая в NaOH (25% р-р) разными методами (до 24часов) медь зачищена метал. щеткой
- Медь черненая в NaOH (25% р-р) разными методами комбинированно (до 24часов)
- Медь черненая в NaOH (25% р-р) на плитке с нагревом +60-70С, щелочь наносилась кистью, 90минут, два образца чуть разной интенсивности окраса, окрашены использованным и новым р-рами щелочей.
- Медь черненая в р-ре с перекисью: 45%NaOH+45%вода+10%H2O2, время 60минут, слой над медью 10мм.

 

Продолжу:
Общие выводы примерно такие:
- Черная краска на меди 1 слой почему-то проигрывает черной краске 2 слоя, возможны конечно объяснения что теплопотери через 2 слоя меньше чем через 1, или может 2 слоя дают более глубокую черноту что-ли, хотя визуально разницу не определишь, разница до 1,5С в пользу 2-х слоев в диапазоне температур образцов (абсорбера) +55-60С (18.30ч).
- Алюминий 2 слоя черной краски перпендикулярно к Солнцу в основном выигрывает (!) у меди с 2 слоями краски до 1-2С, чем выше t тем больше выигрывает, выше +60С выигрывает до +2С, в диапазоне +50-60С - до +0,5-1,5С, если +40С - алюминий чаще почти одинаково с медью. При угловом падении лучей на абсорбер алюминий также показывает лучшие результаты.
Лучшие показатели по алюминию можно объяснить возможно тем что медь быстрее теряет тепло из-за более высокой (почти в 2раза) теплопередачи, либо тем что образцы имеют чуть разную толщину, хотя при отсутствии активного теплосъема трудно ссылаться на толщину пластин, они примерно одинаковые, в районе 0,4-0,5мм, точно не мерил, штангена пока нет под рукой (лазерный термометр есть - штангена нет).
Как бы там ни было промышленные абсорберы делают с алюминием 0,2мм, значит 0,4-0,5мм будет точно не хуже.
В итоге по краске получается, что алюминий не только не проигрывает по стагнации, но даже вероятно даст +1-5% (ведь 2м2 нагреются сильнее чем 2дм2, шутка ли в 100раз большая площадь), а уж если учесть что медь в 4 раза дороже, плюс за доставку придется заплатить (реечные алюминиевые потолочные панели - в любом магазине), то бюджетная версия коллектора с алюминиевым абсорбером и черной матовой термостойкой краской - лучший вариант без всяких сомнений. Крепеж трубок - отдельная тема!
Заходил сосед, занимается полиграфией, у них есть алюминиевые листы тонкие 0,2мм около 0,2кв.м/штука, берут по цене 3000р (85$) за 100шт (20кв.м), тоже вариант.
Дальше буду рассказывать про черненую медь..

 

Мысли вслух
В режиме стагнации у различных материалов и покрытий будут близкие результаты. При подобном эксперименте т. е. без отвода тепла следует учитывать время нагрева, оно будет серьезно различаться между образцами. Для большей объективности бокс лучше облучать не солнцем, поскольку изменение мощности излучения на глаз определить проблематично, а оно присутствует, а лампой накаливания с зеркальным отражателем.

 

- С "чемпионами" еще планирую провести натуральный тест с нагревом воды, думаю это будет надежнее чем лампа. Лампа для таких целей должна быть весьма мощная и зеркальный отражатель должен быть идеально рассчитан под конфигурацию испытательного стенда, чтобы выдавать одинаковую мощность на заданном расстоянии в каждой точке, такой излучатель делать - целая научная работа посложнее моего эксперимента (на все про все затратил не более 30-40$) раз этак в 10 и по-дороже еще в большее кол-во раз, про трудозатраты и методы испытаний вообще молчу, придется разрабатывать научный метод. Шутка ли - лампа имитирующая солнечное излучение на площади до 0,5кв.м.
- В режиме стагнации у различных материалов и покрытий УЖЕ получились весьма разные данные, разброс от минимум +49,3С до максимум +70,9С в одновременном (+|-30секунд) замере, потому Ваше допущение не верно, впрочем если для Вас это "близкие результаты", тогда Вы правы. Впрочем доля истины есть в том, что разные материалы, даже с разной толщиной, одинакового размера, но покрытые одинаковым покрытием (например черной краской - делал сравнение) выдают примерно одинаковые значения при температурах нагрева до +40С, выше +40С начинается небольшая разбежка, в пределах до 1-3С. Другое покрытие - разрыв уже больше, иначе бы не было смысла вообще вести речь про селективные покрытия.
-Время нагрева при одновременно сравниваемом кол-ве образцов 9 штук и размере образцов всего 2дм2 (большие площади будут чуть дольше греться т. к. выше будет максимум стагнации) можно точно замерить только с помощью одновременно подключенных стационарных термодатчиков, которые должны быть предварительно точно оттарированны (чтоб давали одинаковые показания), вопчем дорого это и муторно, зачем мудрить если достаточно провести предварительный экспресс-тест, а затем 3-5 лучших вариантов сравнить на реальном нагреве жидкости при одинаковых условиях, никакие расчеты не дадут более показательной картины насчет скорости теплопередачи разных материалов и покрытий.
Я выкладываю результаты экспериментов, а заниматься их интерпретацией и теоретическими выкладками стараюсь по минимуму и считаю сие занятие не особо полезным, вон 80% этой темы уже забуксовало в теории, а практики маловато, понять то можно - говорить проще чем ставить эксперименты и тратить на это кучу времени и сил. Вот только говори - не говори а толку от этого не много. Завтра - послезавтра я докончу все описания результатов здесь, подведу итог насчет покрытий полученных в моих экспериментах и подкину пару любопытных идей насчет интенсификации нагрева самодельными (и не только) коллекторами.

 

Пару слов насчет того как проводились замеры: в каждой точке делались до 10 быстрых замеров (примерно 2замера в секунду) с небольшим перемещением термометра внутри измерительного поля образца размером 35х35мм, записывалось максимальное измеренное значение, что вполне корректно, потому что измерительное окно без изоляции, и вероятная теплопотеря в этом месте имеет место быть, реальная температура изолированной части любой пластины чуть выше. Измерения проводились последовательно от образца в окне N1 до N9.

 

Учитывая вышеописанное сравнение образцов окрашенных черной краской дальше буду условно сравнивать все прочие образцы с лучшим окрашенным - алюминий 0,4мм с 2-мя слоями черной матовой краски.
Самую высокую t и ясное небо удалось поймать 23.06 в 17.00ч (образцы перпендикулярно лучам Солнца) окрашенный алюминий разогревался максимум до +65,1С
- Чистая медь - лузер всего списка, это к вопросу о том что встречалось иностранное мнение типа "не стоит мудрить и что-либо красить, чернить и пр., чистая медь не сильно уступает".. Вопчем уступает и сильно, до 14-16С! Даже при низких t абсорбера в районе +40С (в других тестах) чистая медь 0,3мм (все медные образцы у меня 0,3мм - сегодня замерил штангеном) умудряется проиграть окрашенному алюминию до 5-7С!
- "Старая" окисленная естественным способом на воздухе медь. Мои образцы меди - остатки каких-то советских загашников, цвет весьма коричневый, ключевой вопрос - а сколько месяцев или лет потребуется чтобы чистая медь стала такой коричневой? Как бы то ни было, но и такая окисленная старая медь проигрывает окрашенному алюминию до 4-6С при углах падения 90град и до 2С при боковом Солнце и на закате (21.00ч, зима там же)..
- Медь 0,3мм окрашенная химически т. н. серной печенью. Несмотря на визуальное темное окрашивание усредненно в совокупности всех тестов показывает температуры почти одинаковые (+|-0,5-1C) с предыдущим образцом "старой" окисленной меди!
- Медь 0,3мм черненная насыщенным раствором пищевой соды. Оговорюсь, что само по себе чернение содой по методу "окунание - сушка" займет минимум в 2-3 раза большее время чем при использовании NaOH. Максимальный нагрев на Солнце 90град. к абсорберу показал максимальную t ниже чем у окрашенного алюминия на 7-8С, при боковом Солнце 45град.разница в пользу крашеного Al снижается на 3-4С, и самое любопытное (!) что в районе t +50С температуры сравниваются, а ниже +45-50С начинает показывать более высокие значения образец меди черненый содой, разница не превышает 1-2С. В целом, дальше рассматривать этот образец черненый содой смысла нет, выгод почти никаких.
- Образцы меди 0,3мм черненые NaOH, показывают результаты с более высокой t нагрева, чем у окрашенного алюминия, в предварительном опыте 23.06 в 17.00 проходили испытания не всех черненых образцов, максимум показал образец черненый NaOH с нагревом медной поверхности, максимальный отрыв от окрашенного алюминия - до +5С при 90град к лучам Солнца, при боковом падении лучей выигрыш уменьшается до +3С.
В эксперименте на след. день (правда в 18.30 и легкой дымке в небе) образец показавший наилучший результат - черненый NaOH и перекисью (45%+45%+10%) показал самые лучшие результаты, лучшие чем у Аl примерно на +4-5С максимум, но и максимальная t при данных погодных условиях составила +64,8С, вероятно ближе к середине дня и ясном небе максимальный отрыв составил бы до +5-7С.
Прочие образцы меди черненые разными бытовыми способами в NaOH показывают примерно схожие результаты чаще всего плюс-минус 1С усреднено в разных ситуациях, на разных углах и при разной интенсивности излучения, что говорит о схожем составе черненой поверхности и не очень большом влиянии продолжительности чернения и темноты окраса на t стагнации.
Но все-таки просматривается тенденция:
- при использовании метода "окунание - сушка" с циклом "8мин в растворе - 2мин сушка на воздухе" образец черненый 100минут показывает t стагнации до 2С ниже чем черненый в 2 раза дольше этим же методом - 200минут. ВЫВОД: увеличение продолжительности до 200минут позволяет немного поднять t стагнации.
- использование нагрева может немного ускорить процесс чернения при "окунании - сушке", позволит ли это поднять t стагнации - не факт, но вероятность есть.
- использование свежей щелочи может немного (не кардинально) ускорить и углубить чернение, что совсем немного, до +0,5-1,5С может поднять t стагнации. Концентрации NaOH ниже 20-25% при методе "окунание - сушка" нет смысла использовать.
- когда-то в этой теме был вопрос "имеет ли смысл перед чернением шкурить/зачищать поверхность абразивом или метал. щеткой?", так вот, сравнение показало, что разница примерно +|-1С, фронтально выигрывает не зачищенная поверхность, сбоку начинает выигрывать зачищенная, что вполне логично - мелкие угловые срезы берут чуть больше Солнца сбоку, но больше отражают фронтально. Впрочем можно и грешить на погрешность изготовления разных образцов, что тоже может иметь место. ВЫВОД: толку от шкурения почти нет!
ОБЩИЙ ВЫВОД:
Пожалуй, максимальная разница +5-7С по сравнению с окрашенным Al при температурах стагнации в районе +70С это все что можно выжать из образцов меди черненых NaOH ранее описанными бытовыми способами. Лучшие и результативные методы чернения: 1) раствором 45%NaOH (25%р-р)+45%вода+10%H2O2 (3%р-р) при комнатной t, 60минут в слое раствора над медью не менее 10мм. Отработавший раствор не пригоден для повторного чернения; 2) раствором NaOH (25%р-р) циклами "8минут в щелочи + 2минуты сушка на воздухе" 20циклов, общее время 200минут, рекомендуется использовать нагрев абсорбера. Отработавший раствор пригоден для повторного чернения.
При t стагнации выше тестируемых вероятно увеличение выгоды от использования черненых поверхностей! Предполагаемая выгода при больших площадях может составить до +10-20С фронтально в зените в ясный летний день, общая выгода в среднем по году будет явно меньше.
Долговечность черненых покрытий меди не сравнимо выше чем у краски!
Себестоимость обработки щелочью не дороже чем использование аэрозольной матовой термостойкой краски в баллончиках при 2-х слойной окраске!
К сожалению нет высокоселективного промышленного образца для сравнения, было бы очень интересно, почему то есть подозрение что очень большого отрыва не будет
Вопчем, экономически гораздо большую выгоду и более быструю окупаемость среди самоделок даст крашеный черной краской алюминий, особенно если речь идет о сезонном использовании, когда и черная краска даст высокие t нагрева, больших чудес чернение меди не приносит, хотя выгоды конечно есть. Красить же черной краской медь - кощунство и растрата имхо

 

@777uran777uran,
Попросите у Альберта из Казани, может он отправит кусочек tinox для сравнения. Было бы очень интересно посмотреть на разницу.

 

Ув. Альберт, а не найдется небольшой кусочек высокоселективного покрытия для сравнительного теста с окрашеными черной краской и прочими самоделками? Размер моих образцов 17х12см, было бы очень хорошо сравнить! А то вдруг промышленный Tinox или тп. гораздо лучше, все бы сразу и стало на свои места..

 

Сравнительный анализ двух коллекторов и в режиме стагнации без воды https://www.youtube.com/watch?v=6HAd4CIeOzI

 

Немного оффтоп, но все про то же, только с другой точки зрения:
...А если к любому коллектору прикрепить (например снизу) лист OSB (или тп) с регулировкой угла и. с зеркальным покрытием начиная от самой дешевой отражающей пленки для окон (0,5$/кв.м) до алюминиевого листа с покрытием "супер-зеркало", размер отражателя - по желанию, чем длиннее, тем больше мощность, то можно очень хорошо увеличить разогрев любых существующих покупных или самодельных коллекторов (да и заметно увеличить выработку солнечных панелей тоже), особенно вне пикового сезона или если Солнце в дымке (насчет пасмурного неба не знаю, но должно тоже слегка прибавить). Стоимость простейших отражателей за 1кв.м обойдется в разы (!) меньше чем стоимость даже самых бюджетных самоделок! А возможная добавляемая мощность при использовании простейших отражателей в пересчете на затраченные средства - с хорошей выгодой по отношению к затратам/отдаче от коллекторов!
Т. е. Например если сравнить 20кв.м площадей коллекторов без отражателей и например 10кв.м. коллекторов с регулируемыми отражателями (можно регулировать хоть 1раз/неделю, но думаю и достаточно 1раз/месяц), например тоже 10кв.м, с оптимальной фокусировкой на коллектор, то разница в цене всей системы будет процентов 30-40% (с отражателями дешевле разумеется), а выработка будет примерно на одном уровне. Про возможность облепить один простой коллектор отражателями по периметру рассуждать не стану, ибо эта идея конструктивно сложнее, менее эстетична и лишние отражатели (сверху и сбоку) не всегда дадут прирост выработки прямо-пропорциональный простоте конструкции. Но отражатели, даже самые небольшие, расположенные снизу коллекторов - хорошая прибавка относительно простыми способами, особенно при размещении коллекторов на плоской крыше (или вроде того).
Свои рассуждения подкреплю опытным замером: принес мне сосед кусок алюминия 0,2мм (37х45см) чтобы я и его протестил, и в ту одну секунду (дело было на ярком солнце) когда он передавал мне этот умеренно блестящий образец, мгновенно меня обдало потоком тепла, потому что на мгновение плоскость листа отзеркалила в мою сторону солнечное излучение. Вопчем решил я приставить часть этого листа к моей рамке с образцами и сфокусировал корявый солнечный зайчик от листа на 2-х образцах, через 1-2 минуты сделал замер и образцы дополнительно добавили +5-7С, как раз это были образцы с черной краской и черненый NaOH. И это при использовании коряво-сфокусированной, трепехающейся на ветру слабо-зеркальной поверхности (зеркальность на уровне оцинковки).
Полноценный опыт не проводил (руки не дошли пока), но нет сомнений что при использовании точной фокусировки и хорошего отражателя получится очень хороший эффект! Причем размер отражателя можно делать от минимального и вплоть до нескольких метров в расчете на стандартный вертикально установленный коллектор высотой около 2м.
Даже вместо вопроса "использовать ли самодельное (или покупное) селективное покрытие вместо краски" экономически правильнее ставить вопрос "какого оптимального размера должны быть простые регулируемые отражатели совместно с самыми недорогими коллекторами для получения результата не хуже чем при использовании дорогих моделей коллекторов". Имхо
В любом случае добавка отражателя к любому коллектору - простое недорогое решение увеличить выработку в сезон осень-зима-весна.. замечу, речь не про концентратор вместо коллектора, а про коллектор+зеркало для заметного увеличения выработки коллектора дешевыми способами!
Тема концентратора тоже интересна, но она сложнее и конечно не здесь

 

Подскажите какая толщина поликарбоната в Ваших коллекторах и утепление сколько и какое сзади?

 

Из моего видео можно сделать вывод. Селективное покрытие Тinox дает выигрыш в производительности не более 20% в зимний период. В весенне-летний период самый простой самодельный коллектор (желательно абсорбер алюминиевый лист) с медными трубками окрашенный термостойкой черной краской покажет одинаковую выработку ну может + - 5% погрешность.

 

Раньше мы использовали сотовый поликарбонат 8мм а в настоящее время монолитный 3мм.