Аккумулирование солнечной энергии в фундаменте

Посмотрите. У Вас на картинке у каждого листика железа со стороны стены расположен листик поликарбоната. Мне кажется, что поликарбонат со стороны стены не нужен, а вот со стороны передней стенки коллектора (не важно стеклянной или поликарбонатной) - нужен. Причем, хотелось бы, чтобы ИК излучение от железок экранировалось двумя слоями поликарбоната, т. е. перехлест листов поликарбоната по высоте был чуть больше чем на половину листа. Между листами зазор для прохода воздуха не меньше 5 см.
Получается, что от фольгированной поверхности теплоизоляции на стене до железок (железки висят как жалюзи) не меньше 10 см. От железок до поликарбонатных листов (листы поликарбоната висят как жалюзи) не меньше 7 см. От поверхности висящих "жалюзи из поликарбоната" до передней стенки коллектора не меньше 15 см.
У меня коллектор во всю высоту стены дома 5,5 метра. Объем теплового аккумулятора 6 тонн воды в пластиковых бутылках (узкий высокий стеллаж на котором стоят бутылки с водой). Высота ТА = 3 метра. Толщина утепления стенок ТА 35 см пенопласта. (еще не доделал). Потери тепла через стенки ТА будут обогревать мансарду.
ТА опирается на внутреннюю несущую стену дома. Эта стена сделана из пустотных блоков. Пустоты образуют вертикальные каналы. Для отопления дома по этим каналам прокачивается горячий воздух из ТА в подвал. Внутренняя стена дома и пол первого этажа нагревают жилые помещения.
Обратно (из подвала) охлажденный воздух возвращается в ТА по вертикальному вентиляционному каналу большого сечения. Включение вентиляторов на прокачку управляется термодатчиком, расположенным на полу первого (жилого) этажа.

 

Если можно - фото покажите, очень интересно!

 

Когда поеду туда, сфотографирую и выложу.

 

@sad1, а вы уже реализовали свою идею? Очень интересно посмотреть. Мне нравится ваша идея с бюджетным воздушным коллектором, которому не нужны селективные поверхности. Если помните, у меня тоже планируются воздушные СК на всю стену. Подскажите, пожалуйста, конструкцию вашего коллектора, с размерами, и какие улучшения вы бы сделали, учитывая опыт эксплуатации.

Воздушный коллектор-термосифон - смелая идея. Тем более, с воздушно-водяным ТА. Насколько эффективной получилась ваша система? Как забираете тепло из ТА - тем же воздухом? Нет ли проблем с запахами и микрофлорой на бутылях с водой? Насколько зимой помогает поддерживать положительную температуру в доме?

Я думал сначала сделать коллектор из нескольких слоев сетки, через которую продувается воздух. Но ваша система с возвращением излучения металлических пластин обратно кажется мне лучше. Вы делали свой коллектор на основе каких-то прототипов или это ваше know-how?

 

Лет 6 или 7 назад я наткнулся в инете на сайт Олега Меньшенина. Там описывался дом Нормана Саундерса.

http://www.svasti.ru/files/cliff-house_demo/ch01.html
Захотелось самому построить дом с 100% солнечным отоплением.
Мне понравилась идея двух аккумуляторов тепла. Верхнего - горячего и нижнего - холодного. А вот устройство солнечной теплицы не понравилось. У нас на Урале значительно холоднее чем в Бостоне. И, понятно, что эта солнечная теплица зимой заморозит весь дом.
Идея устройства коллектора в виде термосифона родилась в процессе обсуждения в теме "Обсуждаем.Воздушный солнечный коллектор для отопления" https://www.forumhouse.ru/threads/75111/page-2#post-1863171. Так что нет никакого know-how. Все варианты конструкций от первых (сложных и неправильных) до окончательной конструкции. Там же пара программок, которые я писал для расчета теплопоступлений и теплопотерь домика.
Где-то я давал ссылки на свои программки по расчету дома. Вот тут (https://www.forumhouse.ru/threads/122977/page-34#post-5946007).

Я построил коробку дома и накрыл её крышей. В прошлом августе, прежде чем делать коллектор на всю стену дома, решил собрать "опытную" часть коллектора на углу дома и посмотреть как будет работать термосифон. "Опытный" кусок коллектора имеет высоту 5,5 метра, ширину 2,2 метра (лист поликарбоната).
"Пирог" коллектора такой:

1. На стене дома закреплена теплоизоляция 50 мм. минераловатная плита, прикрытая фольгированным утеплителем для бань (блестящий коврик в рулоне как будто-бы пенополэтиленовый, только выдерживает температуру до 120 градусов. Толщина 4мм)
2. Абсорбер - пластины из неоцинкованного листового железа 220 х 50 см. Надо было делать 110 х 50 см. Покрасил их с внешней стороны жаропрочным черным герметиком (для печей и дымоходов). Герметик разводил бензином. После высыхания получилась матовая черная поверхность. Пластины подвешены на двух проволочках (как жалюзи). По вертикали 50 см., в ширину коллектора 220 см. В нижней части каждой пластины завинчены несколько винтиков с гаечками. Винтики упираются в нижнюю пластину в результате чего между пластинами образуется зазор для прохода воздуха. Зазор = 5 см. Зазор направлен в сторону стены. Получившиеся жалюзи свободно свисают параллельно стене на расстоянии 10 см.
3. ИК экран - пластины из прозрачного сотового поликарбоната 4 мм. Размер пластины 220 х 100 см. Надо было делать 110 х 100 см. "Жалюзи" из этих пластин собираются так же как и из железок, на двух проволочках, но перехлест каждой последующей пластины с предыдущей составляет 50 см. Соты (каналы внутри листов сотового поликарбоната) направлены вертикально, для стекания конденсата. Так же стоят винтики для обеспечения зазора для прохода воздуха. Зазор тоже 5 см. Зазор направлен в сторону железок. Получившиеся жалюзи свободно свисают параллельно абсорберу на расстоянии 7 - 10 см.
4. Переднее стекло - лист поликарбоната 220 х 550 см. Соты - вертикально. Для крепления листа собирается ферма из уголков "для монтажа гипсокартона". Лист закрепляется на 3 вертикальных уголках. Один - по оси листа, два - по краям. Закрепляется саморезами. Саморезы сильно затягивать нельзя. Поликарбонат имеет большой коэффициент температурного расширения и при сильной затяжке его будет либо морщить, либо рвать. Для обеспечения герметичности крайние уголки при установке листа я промазывал силиконовым герметиком (он сохраняет эластичность и позволит листу перемещаться на 1,5 - 2 мм). Получилась довольно хлипкая конструкция. Из-за того, что центральный уголок был не прикреплен к стене (мешались висящие широкие "жалюзи"). Поэтому жалюзи надо делать в два раза уже. Расстояние от передней стенки коллектора до "поликарбонатных жалюзи" я сделал 30 см. Из расчета того, что там надо будет периодически ходить и смывать пыль и грязь, которая там будет оседать.

Торцы коллектора я закрыл поликарбонатом. Сразу после сборки "агрегата" из него пошел мощный поток теплого воздуха. Причем, что интересно, поток идет с самого утра и до глубокого вечера. Даже в пасмурную погоду. От наличия или отсутствия солнца зависела только температура.

Теперь о ТА и вентиляционных каналах.
Домик я строил с внутренней несущей стеной. Из расчета что на этой стене сверху будет расположен теплоаккумулятор массой 6 тонн.
Перекрытия над жилым помещением я сделал из досок 150 х 40 мм. Снизу подшил фанеру, а утепление насыпал между досок-балок. Утеплял перлитом с цементом (6 частей перлита к 1 части цемента). Такую экзотику выбрал из соображений пожарной безопасности. Я описывал свой эксперимент с перлитом https://www.forumhouse.ru/threads/192622/page-6#post-6763926.
Утеплитель насыпал так, чтобы образовался небольшой уклон от внутренней стены к коллектору. Побрызгал водой из шланга и накрыл полиэтиленовой пленкой. Уклон сделал на случай если какие-нибудь пластиковые бутылки в ТА не вынесут тяжелых условий и потекут. Тогда вода под уклон стечет в коллектор и выльется на улицу.
Вентиляционные каналы из (в) коллектора в (из) ТА. Сделал так. Над балками (досками) перекрытия установил доски 200 х 40 мм на ребро. Это, с одной стороны, перекрытие мансарды, с другой - эти доски образуют вентиляционные каналы. Каналы образуются, снизу - полиэтиленовой пленочкой на утеплителе, сверху - полом мансарды, с боков досками. Каналы чередуются: горячий, холодный, горячий, холодный и т. д.
В потолке коллектора имеются две щели шириной 15 см. Одна около стены - туда уходит горячий воздух, другая около переднего стекла коллектора - оттуда в коллектор поступает холодный воздух.
Горячие каналы идут от "горячей" щели в подшивке потолка коллектора до одной стороны ТА (ближней). Холодные - от холодной щели до другой стороны ТА (дальней).

Тепловой аккумулятор я, пока что (для эксперимента), сделал из листов пенопласта прикрепленным к вертикальным стойкам к стропилам. Стеллаж для бутылок купил китайский. Штука оказалась очень хлипкая, но для эксперимента сошла. После усиления расставил на полках 100 пятилитровых бутылок с водой.
Конструкция такая. Посередине стеллаж - ширина 50 см (надо будет сделать ширину 1 метр), с двух сторон от стеллажа проходы по 50 см (для прохода меня и конвективных потоков воздуха). В один проход выходит горячий канал, в другой - холодный. В пенопластовых стенках сделал две "типа дверки" для прохода меня и выхода горячего воздуха (пока я вожусь внутри ТА) ощущение как в бане (сдохнуть можно).
Результат эксперимента.
При открытых "дверках" в стенках ТА, т. е. при работе коллектора от "уличной" температуры из коллектора идет воздух на 15 - 20 градусов выше "улицы" (это в сентябре, облачно).
Если "дверки" закрыть, то температура резко повышается (за счет поступления теплого воздуха на вход коллектора). Температура в бутылках поднялась до 70 градусов, завонял пенопласт и я прекратил опыт. В сентябре у нас не было солнечных дней. Опыт проходил при температуре на улице 8 градусов и облачности.
Для себя сделал вывод, что необходимо делать систему регулирования температуры. Вроде бы продаются штучки для проветривания теплиц, но я, пока, их не пробовал.
Сейчас коллектор стоит с открытым на улицу входом-выходом, чтобы не было пожара

 

Вы не ошиблись? Толщина утеплителя ТА 53 сантиметров? Не миллиметров? Если 35 см, то через этот утеплитель какие могут быть потери? Это же 7 листов пенопласта по 5 см толщиной каждый! У меня стены мансарды утепляет пенопласт толщиной 13 см (две пятёрки + тройка), вагонку с обеих сторон от пенопласта в счёт не берём. В морозы до -40 не замерзаю.

Присоединяюсь к вопросу, который для меня совсем не праздный. Средний Урал не теплее Южной Сибири.

 

Для большей жесткости конструкции?

Какая общая толщина коллектора (от стены до внешнего поликарбоната)? У меня внешняя стойка каркаса 10 см., думал встроить коллектор в эту стойку. Получились бы секции шириной по примерно 60 см. Сзади ОСБ или МДФ, за ними еще 25-30 см эковаты.
У вас вроде ВСК потолще 10 см получается, так?

А зачем перехлест на 50 см? На каком расстоянии от металла? Какое расстояние между 2 соседними пластинами? Угола наклона получается в 3 раза меньше (от вертикали), чем у металлических пластин?

Какой вообще угол наклона у металлических и поликарбонатных пластин?

Т. е. между пластинами поликарбоната и металлом 7-10 см? Почему сотовый поликарбонат, можно ведь просто тонкий лист поликарбоната для "ловли" ИК излучения использовать с тем же успехом. Или тоже для жесткости?

Насколько максимально "люфтит" поликарбонат при такой длине/ширине? Хватает предельных 1,5-2 мм разве?

А может еще и по высоте поменьше жалюзи делать? Я думал, 20-30 см.
насчет "ходить" в 30 см - это как? Может проще систему промыва водой под давлением сразу предусмотреть (еще одна инженерная задача )?

При каких условиях образуется конденсат и в каких количествах? Если у вас термосифон - как удаляется конденсат, дырки же нельзя делать внизу.

Водяной ТА наверху меня как раз смущает массой на чердаке. Хотя у меня по проекту по центру 2 несущих стены, но добавлять 6 тонн на чердак с деревянными перекрытиями - имеет ли смысл?
Я читал про этот домик давно еще, недавно попалась заметка от одного из авторов этого ТА (то ли он жил там, то ли помогал установить этот ТА) - так вот ТО через примерно 15 лет понадобилось именно из-за протечек.
Поэтому, с термосифоном как-то не получается. А с теплообенником воздух-вода и закачкой где-нибудь в плите или грунте - нужна энергия, да и сложность исполнения возрастает.

Не совсем понятно. Нарисовать можете, хотя бы от руки?

Результат хороший. За сколько часов поднялась темература до 70 градусов? Если предположить, что поднималась с 20С, то при разнице температур 50С и объеме воды 500 л энергии пришло 1,16*500*50=29 кВт*ч с примерно 10м2 коллектора. Насколько оцениваете эффективность?

Если проблема появилась с перегревом ТА - может имеет смысл все-таки уводить тепло в более мощный ТА?

У меня по проекту фундамента вырисовывается вместо УШП плита 25 см. Ее конструктор рекомендует заключить между 2 слоями ЭППС - снизу 10 см и сверху 5 см. Теплый пол - сверху в стяжке 5 см. Чтобы плита "не пропадала зря" я хочу проложить в ней трубы теплого пола 20мм и подавать в нее излишки тепла от СК. Теплоемкость плиты насчитал около 400 кВт*ч.
Как вам такая идея? Нужно будет теплообменник делать и принудительную циркуляцию, зато не нужно дополнительный ТА на чердаке изобретать.

 

Да.

Общую толщину коллектора я сделал 60 см. Это от поверхности фольги на утеплителе. Такую толщину взял из расчета моего, периодического, пребывания там для мытья переднего "стекла" коллектора.
Жалюзи и железные и поликарбонатные свободно свисают к земле. Проволочки привязаны к трубам, которые лежат на грунте перед фундаментом их свободно можно сдвинуть к стене во время "мытья окон".
Можно было сделать и поменьше. Из расчета расстояния от передней стенки коллектора до "поликарбонатных жалюзи" в 15 см.(т.е. около 40 см), но тогда надо придумывать систему автоматического мытья.

Перехлест на 50 см, т. е. на половину высоты пластины, чтобы получилось две пластины в горизонтальном разрезе. Как-бы это сказать. На пути ИК к внешнему стеклу оказывается две пластины, а воздух, идущий в зазоре проходит (омывает) обе эти пластины и охлаждает их, т. е. переносит тепло обратно к абсорберу.
Расстояние между 2 соседними пластинами по вертикали 50 см, ширина зазора 5 см.
Угол наклона у железок и поликарбонаток получился одинаковый, хотя этот вопрос меня не волновал. Главное, чтобы нагревающийся воздух уходил (затягивался наклонными пластинами) вглубь коллектора (подальше от переднего стекла).

У меня коллектор не доходит до земли примерно 10 см, т. е. внизу он свободно сообщается с атмосферой (надо было сделать отмостку, но спешил попробовать). Коллектор, если верх его не сообщается с атмосферой, представляет собой что-то похожее на водолазный колокол. В коллекторе находится теплый воздух и холодный с улицы зайти туда не может. Попробуйте провести такой эксперимент - под перевернутый стакан поднести горящую сигарету. Дым будет заполнять стакан и до тех пор пока он не заполнит весь стакан наружу дым не выйдет. Дым будет в стакане, более того он будет вытеснять из стакана чистый (холодный) воздух в процессе заполнения стакана.

Я тоже долго думал про 6 тонн на чердаке, мне тоже казалось это странным, но с другой стороны любая несущая стена совершенно спокойно выдержит 6 тонн. Тем более, что эта нагрузка приходится по вертикальной оси стены. Устойчивость стены и дома это не нарушит. Нагрузка расположена внутри площади опоры дома. И если домик построен не в сейсмоактивной зоне - все будет очень надежно.
С другой стороны любая другая схема расположения СК - ТА сразу лишает систему эффекта саморегулирования и требует использования всяких датчиков, насосов, вентиляторов, контроллеров, компараторов, бесперебойной электроэнергии и т. д. Я много лет работаю с компьютерами и уверен, что простая бутылка с водой на порядок надежнее любого компьютера.
На случай подтекания бутылок я сделал уклон нижних частей вентиляционных каналов наружу дома (чтобы вода стекала в коллектор и дальше на землю за пределами дома.)

Под полом мансарды по пустотам между балок перекрытия идет воздух из колектора в ТА и из ТА в коллектор. Балки перекрытия (доски) выбраны широкими 200 мм, чтобы увеличить сечение этих вентиляционных каналов.

Там получается меньше 29 квт*ч. Бутылки стояли по 25 штук на полке. Занимали 4 полки. Полки расположены через 40 см. Самая верхняя на высоте 2,6 метра от пола ТА. Остальные ниже. Температура 70 градусов была у самых верхних бутылок. У остальных температура ниже. Там очень большой градиент температуры по высоте. Вообще этот "экспериментальный" ТА я делал, чтобы хоть как-то нагрузить коллектор. В реальной эксплуатации на эти 10 м2 коллектора будет 1,5 тонны воды.
Вообще-то, эффективность, мне кажется, близка к расчетной. Я не знаю какова была мощность солнечного излучения во время опытов. Просто было 12 часов дня, довольно облачно. Я закрыл "дверки" в ТА. Потом пошел несильный дождик, потом выглянуло солнышко минут на 5, потом опять тучки, а потом через 2 часа из ТА сильно завоняло. Я открыл дверки, оттуда пахнуло жаром и вонью.
Просто когда знаешь, что предполагаемая мощность будет 4 или 5кВт - это одно, а когда тебя обдает жаром и вонью разлагающегося пенопласта - это совсем другие ощущения.

Я думаю, что в верхней части ТА (который на чердаке) можно разместить штук 5 или 8 автомобильных радиаторов и через них прокачивать воду, которая пойдет под плиту. А можно еще сделать воздушное отопление дома, только возврат использованного воздуха сделать в ТА, иначе будут большие потери.

 

Поверхность фрагмента солнечного коллектора описанного вами 12 кв. м. Мощность солнечного излучения падающая на коллектор тоже примерно 12 Квт. С учетом отражений и других потерь примерная мощность может достигать 10 Квт. В солнечных коллекторах температура может легко и быстро "улетать" за 100С. Для теплоизоляции нужно сначала применить более стойкую к температурам изоляцию а следующим слоем применять пенопласт. Допустим первый слой минеральный утеплитель но так как отопление воздушное то частички утеплителя будут разносится по помещению и вдыхаться. Для того чтобы избежать таких проблем то внутреннюю поверхность можно сделать из гипсокартона или оцинковки с герметизацией щелей шпаклевкой или герметиком соответственно. В таком варианте запаха от пенопласта не будет но возможно появление запаха за счет материала пластиковых канистр и бутылок.

 

Думаю для нашего климата это невозможно. Или это будет уже не дом а огромный тепловой аккумулятор со встроенными жилыми помещениями.

 

@sad1, думал это я Вас более чем два года назад переубедил отказаться от Вашей идеи "Активной теплоизоляции" ,к воздушному СК с гравитационным побуждением, #50. https://www.forumhouse.ru/threads/143181/page-4.
Вы молодец, спасибо Вам за поиск и решение!

 

Что бы поднять КПД любой солнечной системы нужно сделать покрытие.
Для того, чтобы эффективно преобразовывать рассеянное излучение в тепловое необходимо использовать солнечные коллекторы с высокоселективным покрытием поглощающей панели.
Высокоселективный коллектор в зимние месяцы и облачные дни поглощает на 40% больше тепла (а в среднем за год - на 20%) чем аналогичный коллектор с поглощающей панелью, покрытой селективной черной краской. Если сравнивать коллектор CS и аналогичный коллектор с поглощающей панелью, покрытой „черным хромом”, то среднегодовая разница составляет 12%.

Селективное покрытие своими руками. Солнечная гелиосистема работает таким образом, что ни в холода, ни в облачные дни она не "отдыхает" - температура воды всегда подогревается не ниже + 60 градусов благодаря покрытию, благодаря попаданию на уловитель ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.
https://svoimi-rykami.ru/stroitelstvo-doma/otoplenie/selektivnoe-pokrytie-svoimi-rukami.html

Миф первый: В наших широтах мало солнца и гелиосистемы не будут эффективными.
В разных регионах России годовая инсоляция находится в пределах от 800 кВт-час/м2 до 1900 кВт-час/м2.
Для Московского региона годовая инсоляция одного квадратного метра горизонтальной площадки составляет 1100 кВт-час/м2. То есть на 1 кв. метр попадает 1100кВт солнечной энергии, которую солнечные коллекторы могут преобразовывать в тепловую с КПД 95%.
Cолнечной инсоляции в разных регионах России и в разное время года посвящен специальный раздел нашего сайта "Количество солнечной радиации", сейчас же достаточно будет посмотреть на карту инсоляции Европы. http://eco-domishko.blogspot.de/2012/05/blog-post_2077.html
Таким образом конструкция может быть любая, главное это покрытие.

 

У вас есть фактические данные или "теория".
И не надо путать годовую и декабрьскую инсоляцию в сутки.
Лично у вас, сколько и какого типа СК стоит?

 

Думаю, что придется внутреннюю коробку ТА делать из перлитоцементной смеси с последующей оклейкой фольгой. Жаль. Так не хотелось возиться.
Бутылки придется брать 1,5 литровые (у них поверхность теплообмена на литр воды почти в 2 раза больше чем у 5 литровых).
И придется придумывать какой-то аварийный сброс тепла при превышении температуры воздуха больше 90 градусов. Зимой в ясный солнечный день мощность солнечного излучения на вертикальной стене может быть даже больше солнечной постоянной 1366 Вт/м2. За счет отражения от снега.

 

Есть достаточно серьезных исследований, которые опубликованы, которым нет причины не доверять.

Может использовать автомобильный термостат? Он как раз при такой температуре и работает.

В чем путаница?