Создание солнечного коллектора в картинках часть 1

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Ув. proglot2404,

как, всё же, прошли испытания Вашего коллектора? Летом, зимой и в межсезонье? Есть какие-то объективные данные: температуры, объём нагревания?

 

Тоже решил сделать пробный коллектор своими руками.
Материалы:
- проф. лист размером 0.9х1.5
- труба гофрированная, нержавеющая, диаметр 0.015, длинна - около 14 м (самая дорогая часть коллектора)
- стеклопакет (однокамерный, т. е. 2 стекла) - был в наличии, хотя б/у и уже не герметичный
- оцинкованный П-образный профиль для гипсокартона, шириной 100 мм (можно было брать и 75)
- лист ДВП, деревянные рейки, немного фольгированного пенополиэтилена
- пару баллончиков термостойкой краски, герметик

Фото ниже. Коллектор ещё не подключён, поэтому испытания будут чуть позже. Сейчас жду 30 Вт солнечную панель, чтобы можно было подключить автономную 12В помпу.
Стоимость коллектора - чуть больше 100$ (с учётом солнечной панели, но без учёта возможной стоимости стеклопакета).

 

У меня по расчетам на стальном листе 1.5 мм толщиной с шагом труб 10 см уже будет существенное падение температуры вдоль листа. А уж на жестянке меньше 1 мм - вообще ой.

 

Так обычно сзади жести ставят 50мм утеплителя, чтобы уменьшить потери тыльной стороны СК.

 

Есть же еще потери переизлучения от нагретого но плохо охлажденного в сторону падающего излучения.

 

Сделано добротно, но очень неправильно.

Простите, не обижайтесь, но так делать не надо. КПД такого коллектора даже в идеальных условиях (прямой солнечный свет летом, +30С жары) будет меньше 30%. Думаю, около 10-15%, не больше.

Ошибок много, но главная: нельзя делать воздушный промежуток между теплоносителем и поглотителем. Этот промежуток стараются делать как можно более теплопроводящим... люди мучаются, плятят, применяют медь, а у Вас мало того что гофрированая нержа, так ещё ДВА перехода "поверхность-воздух" (теплопроводность сразу менее 5Вт/м2*С)...
То есть, у Вас жесть будет греться очень хорошо, просто даже аццки, выше 100С, я думаю. А вода будет чуть тёпленькой.

На прямом солнце греться будет, но очень плохо, хуже даже просто покрашеной чёрным батареи, выставленой на солнце... и с похолоданием наружнего воздуха станет только хуже. Даже летом речь будет идти о паре литров горячей воды в день...

 

Мне че-то показалось там трубы хоть припаяны к листу. У меня планируется сварка прерывистая профтрубы 15х15 к листу 1.5 мм толщиной. Теперь вот надо посчитать с каким шагом и какой длины швы допустимы - сплошной варить около 50 м уж очень много электродов, бензина уйдет имхо да и времени.

 

Не советую такой тепловой контакт, да и профтрубу вообще:
- тепловой контакт через точки сварки будет очень фиговым (хотя и лучше, чем через воздух );
- устройство гофры такое, что теплосъём водой из тех точек будет фиговое (там вода течёт медленнее
- нержа очень плохо проводит тепло сама по себе, из металлов хуже только... не знаю что, сплав сурьма-свинец, может?
Не думайте, что это не значимо: это вдвое-втрое-вчетверо (в зависимости от наружней температуры) роняет КПД... то есть, можно сделать нормально втрое более мелкий коллектор и получить тот же эффект. Или таких три штуки будут сравнимы с одним нормально сделаным... тут уж подумаешь, что дешевле...

Гидросопротивление на этом фоне - уже мелочи, но всё-таки, считайте, что для того же тока воды и теплосъёма мощность помпы увеличить вдвое-втрое. Это живая потраченая энергия. Оно Вам надо?

В плюсе только технологичность: гофру гнуть проще - это да... У Вас там водопроводное давление планируется? или система не под давлением?

 

Электроконтакт через элементы сварки очень хороший, а тепло и электро похожи. У точки сварки площадь средняя, зато длина около 1 мм. Поэтому при расчете сопротивления получается умножение на 0.001м.

Пока предположительные размеры сварных теплостыков - около 30 мм длиной, около 2..3 мм шириной и около 1 мм толщиной. Это получается стальной теплопроводник сечением 90 кв мм при длине 1 мм. Шаг где-то 50 мм вдоль трубы в шахматном порядке с двух сторон. На трубу длиной 2 м получается 80 сварных элементов - 7200 кв мм.

Труба 2м собирает мощщу с 2х0.1= 0.2 кв м - там около 150 ваттов тепла всего в хорошем случае. Допустимое падение температуры на сварном теплоинтерфейсе - 5 градусов. Итого требуется теплопроводность лучше 30 ватт на градус.

У стали 80 ват на м на градус, на толщине 1 мм будет 80 000 ватт на м на градус. Площадь сварки всего 7200/1000000 = 0.0072 кв м - там остается 576 ватт на градус. Получается в 20 раз лучше. Так что надо делать сварку короче и реже раз в 10 и экономить и время и электроды и бензин.

 

Математика говорит, что он будет примерно в 100-500 раз хуже, чем у заводского алюминиевого коллектора с запрессоваными трубками, то есть, при равном токе воды можно ожидать разницу "абсорбер-вода" не 0.1С, а 10-50С легко, а там где заводской имеет 5С (при работе на естественной конвекции, например), такая система вообще почти не будет давать тепло.

Это КПД, производительность коллектора и напрямую Ваши деньги.

 

См расчет выше - есть там какие ошибки ?

 

Вы взяли сталь (скорее всего, справочные данные для какой-нить Ст3). У Вас нержа (что-нить типа 10Хххх), это в 3-5 раз хуже.
Но главная беда даже не в этом, а в том, что у Вас температура "по эту сторону" контакта взята равной температуре теплоносителя. Это не так: тепло от точки до основной массы воды ещё надо "развести", а разводится оно 0.3мм толщиной нержой на расстояние в десяток+ миллиметров... Вот тут как раз основные потери температурного потенциала и будут.

Если хотите этим пренебречь, считайте, что площадь контакта абсорбера с водой - ТОЛЬКО эти самые миллиметры, где через точку сварки вода касается абсорбера, и считайте теплосопротивление контакта "поверхность-вода", что Вы сейчас игнорируете. Там относительные величины неплохие (хуже, чем у алюминия в разы, но неплохие), но эта площадь очень уж мала - абсолютные цифры в ваттах для такой здоровенной штуковины будут разочаровывающими.

 

У меня ст3 потому что у меня планируется изделие малоимущего из землянки. Обычный прокат - профтруба 15х15х1.5 и горячекатаный лист толщиной 1.5 мм. Оказывается такое изделие малоимущих в 3..5 раз лучше понтовых коррозионностойких сталей.

У меня сталь дешевая ст3 толщиной 1.5 мм - с обоих сторон сварного теплоконтакта.

Итого математика показывает как с дешевой сталью толщиной 1.5 мм все будет хорошо и дешево. Если найду где банка кпт-8 - еще по плоскости прижатия трубы к листу промажу кпт-8 - при сварке с двух сторон сварные швы стягиваются и еще прижмут получше внатяг.

 

Насчёт пасты - мысль хорошая. На самом деле, почти любой наполнитель (хоть песок с машинным маслом) лучше, чем воздушный зазор. Да, инерция увеличится, но увеличение КПД того стОит.

 

Тогда мож вообще лучше поискать или даже докупить банку пасты и совсем забить на расчет сварных площадей - при длине трубы 2м и 15 мм ширине будет 30 000 кв мм теплоконтакта для смешных около 150 ваттов теплопотока через термопасту толщиной около десятых долей мм или меньше. А сварку использовать только для мехкрепления с бонусным натягом из-за сжатия кристализующегося расплава.

По вики у кпт-8 около 0.7 ват на метр на градус. При толщине 0.2 мм будет 3500 ват на м на градус и при площади 0.03 кв м - 105 ват на градус ? Это при 150 ваттах типа 1.5 градуса всего упадет. А на пасту монтировать намного быстрее чем много швов варить длинных. Можно даже хомутами на винтах прижать.