Самодельный воздушный солнечный коллектор

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Всем привет, появилась идея из разряда сферического коня в вакууме, может кто поддержит словом.
Имеется скат крыши под углом 45гр, обращенный на юг, площадь ската около 40 метров.
Есть мысль собрать огромный воздушный солнечный коллектор с огромной производительностью для помощи кондиционеру работающему на обогрев. Как многие знают, производительность кондиционера на тепло, падает в разы при температуре прокачиваемого через внешний блок воздуха ниже +5 а при -15 уже потребление = выделению тепла (я не рассматриваю тут супер дорогие зимние серии кондиционеров).
В интернете нашел примеры изготовления - утепленный ящик с вентиляционной гофротрубой. Судя по отзывам из такой системы можно в солнечный день получить до 300 ватт тепла с 1м2 при прокачке 100м3/ч через 150мм гофру. На сколько я понимаю, увеличив проток воздуха, мы увеличим получаемую мощность за счет уменьшения ухода тепла за счет излучения.
Если банально увеличить систему в 40 раз то при протоке через каждый канал (40 штук) 100м3 воздуха мы сможем снимать солнечного коллектора аж 12 киловатт тепла в час, но такие мощности избыточны, кондиционер не сможет их переварить и сломается от перегрева, при том что внутри помещения будет вообще "ташкент".
По такой логике воздушный коллектор площадью около 12-15 метров, подключенный к внешнему блоку, сможет полностью компенсировать потребность кондиционера в тепле в солнечные дни даже в самый лютый мороз ?

Статистика по солнечной инсоляции в часах по месяцам в Москве
Сентябрь 180
Октябрь 92
Ноябрь 30
Декабрь 15
Январь 29
Февраль 91
Март 119
Апрель 150
Май 241
Итого около 947 солнечных часов за отопительный период

947 часов солнца, при изготовлении воздушного коллектора способного компенсировать все тепловые затраты кондиционера в солнечные дни, смогут произвести 3788 квт тепла. В перещете на деньги 3788 квт по дневному тарифу 6.08 = 22.917р.
За почти что 23.000р можно изготовить коллектор отличного качества который окупится всего лишь за год.

Прошу помощи с расчетами.

Имеем:
Кондиционер, 4 квт по теплу при температуре окружающего воздуха +15 габаритные размеры внешнего блока 60х50см
Производительность вентилятора 4000 м2/ч

 

@gorchakov, давайте попробуем...

 

Я этим летом гараж каркасный пристроил с южной стороны дома. Нижнюю часть зашил ОСП а верхнюю поликарбонатом. Зимой испытаю на практике, какая разница температур выйдет в морозный солнечный день.

 

Летом или зимой? Можете дать ссылку?

 

Сам хотел сделать подобное, но испугали сложности прокладки коммуникаций.
По поводу гофры. Зачем усложнять конструкцию? Не проще забирать теплый воздух в районе конька?
По поводу расчетов. В пасмурный день также присутствует солнечное излучение, примерно в 10 раз слабее чем в ясный день. Это также может добавить экономии электричества.

 

Если нужна помощь по поводу солнечной радиации - сформулируйте точно, что нужно. Если Вы серьезно решили этим заняться - я подскажу, как можно некоторые вещи посчитать (я недавно в этом "ковырялся").
Вот здесь https://www.forumhouse.ru/posts/22534691/ выкладывали ссылку на справочник многолетних метеоданных для Москвы и МО. Если пойти по первой ссылке у меня в подписи - там 2 сообщения. В одном из них прикреплен файл Excel, в котором "забиты" данные раздела про солнечную радиацию и солнечное сияние из этого справочника.

Кстати, количество часов солнечного сияния не совпадает со справочником. Где взяли? Появились новые многолетние наблюдения?

Проблема с использованием солнечной радиации зимой простая - ее крайняя неравномерность. Например, декабрь:
- больше 2/3 времени - ночь, поступления солнечной радиации нет, кондиционер резко теряет КПД;
- 23 дня солнца вообще не видно, пасмурно или облачно;
- за оставшиеся 8 дней, набирается 19 часов ясного неба.
Если брать поверхность, перпендикулярную лучу (на фиксированном направлении, даже южном, будет еще меньше) то количество прямой солнечной радиации на м2 будет:
- ночью (70% времени) - 0 Вт;
- при ясном небе (2,5% времени) - 300 Вт. Это в среднем, утром и вечером меньше, днем - больше. При ясном небе в районе 13 часов, будет свыше 600 Вт,
- остальные 27% времени - в среднем 11.5 Вт.
Так что, думайте, как накапливать и запасать энергию

 

Брал из какой то таблички в интернете, не ручаюсь что она точная, возможно эта статистика за какой то определенный год.

Не очень понял откуда у вас такие точные данные по мощности солнечного излучения. В статистике которую вы прикладывали я не смог добиться таких же цифр.

Я предлагал идею использования воздушного солнечного коллектора с огромной производительностью и площадью, (как вариант прогонять воздух через лист сотового поликарбоната), для увеличения производительности теплового насоса.

Допустим 20м2, при самом худшем раскладе в декабре.
- ночью (70% времени) - 0 Вт;
- при ясном небе (2,5% времени) - 300 Вт (1 день) х 20м2 = 6кВт/ч
- остальные 27% времени - в среднем 11.5 Вт. (10 дней) х 20м2 = 2,3кВт/ч
По сути, при чистом солнечном коллекторе, без снега, у нас практически будут отсутствовать теплопотери на излучение и при этом мы сможем получить в среднем 8кВт/ч тепла от солнца в один из самых темных месяцев в году.
В другие месяца, картина будет на много интереснее.
Подобная схема может быть интересна тем у кого есть серьезный потребитель тепла летом -например бассейн. Увеличив температуру прогоняемого через коллектор воздуха мы сможем значительно экономить на подогреве воды в бассейне за счет увеличения COP и без потерь повысить температуру контура отопления для нагрева воды в ГВС.

 

@gorchakov, По цифрам (или из справочника многолетних метеонаблюдений на Яндекс-диске, или из файла Excel, по первой ссылке в моей подписи, листы Почасовые данные МГУ или Почасовые данные Подмосковная):
Таблица 1.15 (Солнечное сияние). Можно взять количество часов ясного неба в каждом месяце, средняя продолжительность за день с солнцем, число дней без солнца. Если я правильно помню - ясное небо, это когда нет облаков в радиусе 5 градусов от солнца.
Таблица 1.4 Суммы прямой солнечной радиации на нормальную к лучу поверхность при ясном небе. Можно посчитать, сколько в среднем будет прямой СР в час при ясном небе. Средняя продолжительность светового дня в декабре 7.15 часа. Можно посмотреть, сколько будет в районе полудня (кстати, я случайно взял январский полдень вместо декабрьского, там не 600, а 540) Для перевода МДж в кВт*ч - делим цифры на 3.6.
Из разницы таблиц 1.5-1.6 можем определить рассеянную СР за 19 часов ясного неба.
Таблицы 1.7-1.10 - это данные "при средних условиях облачности", т. е. фактическая радиация, усредненная по результатам многолетних наблюдений. Можем взять из них прямую, рассеянную, суммарную для декабря. Вычтя то, что поступит за 19 часов ясного неба, узнаем, сколько поступит за оставшиеся 202.5 часа светлого времени суток.
В принципе, я матрицу пересчета с нормали на южное направление и наклон 45 градусов посчитал, вопрос только в том, как ее передать Формат такой же, 12 месяцев на 18 часовых интервалов.
Повторяю предложение: сформулируйте, что нужно - мне не трудно, я посчитаю.
Любое другое направление и наклон коллектора - тоже не трудно.

По поводу самой идеи применить солнечный коллектор для подогрева воздуха, поступающего к наружному блоку кондиционера, работающего на тепло. У кондиционеров, которые я видел, производительность вентилятора на наружном блоке была 1700-7000 м3/час. Вы собираетесь весь этот обьем прогонять через коллектор, или как-то подмешивать теплый воздух к уличному?

 

Спасибо за помощь, мне эти таблицы тяжело даются)
Условия создадим тепличные: угол наклона 45 градусов (но возможно имеет смысл сделать угол 90 градусов для улавливания низкого зимнего солнца, летом и так имеем избыток тепла), ориентация строго на юг, поверхность коллектора абсолютно черная, не имеет отражения.

Нужно: рассчитать по месяцам сколько тепла мы сможем получить от 1м2 коллектора в ясные и пасмурные дни. Логично что ночью коллектор работать не будет, а будет лишь выполнять роль длинного воздуховода (потери на сопротивление не учитываем).

 

@gorchakov, если смотреть на эту картинку, https://www.forumhouse.ru/attachments/6123778/
то для получения максимума в декабре нужен юг, угол градусоа 10 от вертикали.
Какие углы считать?
Можем пооптимизировать, но нужен критерий, чего добиваемся. Наверное, максимума суммарной радиации (прямая, рассеянная, отраженная). А в каком периоде? Декабрь, три зимних месяца, 7 холодных месяцев (октябрь-апрель) ?
Какую станцию берем: МГУ или Подмосковная?

Вы не забывайте, что Ваш коллектор будет излучать зимой в длинноволновом диапазоне, как прожектор Это как будете учитывать?

 

Ваша картинка с учетом направления на север, я предлагаю использовать ЮГ.
Сами представьте, солнце зимой встает низко, для того что бы уловить как можно больше, коллектор должен быть почти вертикальный.
Предлагаю рассчитать тогда по трем углам - 0 (горизонтально), 45 и 90 на юг, и каждый для себя сможет высчитать необходимые данные.
Нам необходимо добиться максимума в декабре (21 декабря, самый короткий световой день) но период нам важен - весь "отопительный сезон" в частных дома с сентября по май.
Считаю правильным, взять за основу данные подмосковья

Вот это учитывать придется. Будем считать его потери с поверхности, так как нижнюю часть и края в теории мы можем утеплить.

 

Возьмем за основу модель на 16кВт тепла, внешний блок Mitsubishi electric PUHZ-(Z) RP140VHA,
Расход воздуха (макс.) 6000 м3/ч. Я бы прогонял весь воздух, это и проще в плане автоматизации, и как мне кажется уменьшит потери тепла.

 

@gorchakov, причем тут север? Прямо по центру картинки будет высота солнца над горизонтом в полдень 22 числа. 22 декабря будет примерно 10.8 градуса, в предшествующие и последующие дни - выше.
В декабре, в 12 часов солнечного времени, солнце находится от 12. 1 до 10.8 градуса над горизонтом.
Вот я и предположил, что оптимальное положение почти вертикальное, 10 градусов от вертикальной панели, смотрящей на юг. Или 80, при другой системе отсчета.
Ок, в Ваших кординатах 0 (горизонталь), 45, 80 и 90, все на юг. Какая метеостанция? Я бы рекомендовал Подмосковную.

Утепление нижней части и краев - не поможет. Любое тело излучает в длинноволновом диапазоне, чем оно теплее - тем больше излучает. Теплообмен излучением между телами (коллектором и окружающей холодной поверхностью земли) пропорционален разнице 4-х степеней абсолютных температур (в градусах кельвина)

Май и сентябрь я бы исключил. Тогда будет примерно совпадать с общепринятым отопительным периодом.

 

спасибо что объяснили)

Да, я уже писал об этом выше.

Как вариант, можно рассмотреть сооружение утепленного короба, со стеклом над коллектором, но не уверен что все это необходимо, так как мы через коллектор будем прогонять воздух отрицательной уличной температуры, а дельта температур (уличная) до коллектора и после хорошо если составит 1 градус.

 

Найду время, посчитаю. далеко откладывать не буду. Как всегда, в выходные меньше свободного времени, чем в будни Давайте посмотрим на Вашу идею с другой стороны

Начинали Вы со 100 м3/ч, а вот уже и 6000 м3/ч.
Коллектор 40 м2, это что-нибудь вроде 10х4 - 8х5. А какая "толщина"? Если 15 см, то скорость воздуха больше 1 м/с. А какие будут аэродинамические потери? А сколько реально сможет прокачать вентилятор наружного блока при таких потерях? Или Вы будете ставить вспомогательные вентиляторы? А как все это скажется на производительности кондиционера? Между прочим, замена сгоревшего вентилятора (вместе с поврежденной крыльчаткой) на таком блоке может выйти тысяч от 70.
Вторая группа вопросов.
В декабре на южную стену в Подмосковье поступает 19.4 кВт*ч на м2, это за 221.5 часов светлого времени суток. В среднем, 87.6 Вт*ч на метр в час. Как уже отметили, 19 часов будет больше этого значения, а 202.5 ч - заметно меньше. 40-метровый коллектор даст в среднем 3,5 кВт*ч в час (при КПД 100%!), этого хватит на подогрев 6000 м3 на 1.75 градуса (тоже в среднем, в бОльшую часть времени, конечно, не более 1 градуса).
Вы уверены, что подогрев уличного воздуха с -10-15 С на 1.75С (или меньше, чем на 1 градус) окажет хоть какое-то уловимое влияние на КПД кондиционера? Сможете оценить выигрыш от громадной 40-метровой конструкции?