Самодельный воздушный солнечный коллектор

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

это Вы решили, что достаточно?
Вам привели цифры, которые никто не опроверг, там правда была цифра 50*, но разница непринципиальна
воздух плохо греется от металла

 

Нет ну что Вы. Давайте еще обсудим как нагревать воздух отражением лучей.

 

Вы бы конструктивно дискутировали
с цифрами в руках, а не через "это очевидно"
если Вам очевидно и неинтересно, то может быть не надо тратить время на чтение этого, тем более на ответы

 

@Hochuvseznat, на производствах стараются красить солнечные коллекторы специальной поглощающей максимум солнечного излучения краской. Даже самодельщики изобретают такие составы, борясь с излучением. И тут приходите Вы и рассказываете, что по вашему мнению, земля плоская, и видимо, все кто изучал этот вопрос до вас, немного, как бы это помягче сказать, недалекие. Насколько страниц вам объясняют, что ваша позиция ошибочна. Вежливо, по пунктам. Но вас это не заставляет задуматься и вы продолжаете фонтанировать в том же духе. Читать это неинтересно, но тут такое дело - я то подписан на это тему и мне интересно узнавать что-то новое и конструктивное. И думаю не одному мне. Проявите уважение к форумчанам, так же как проявили уважение к вам отвечая на ваши вопросы. А сидеть и доказывать лично Вам что работающее устройство действительно работает, да "с цифрами в руках", боюсь, мало кому интересно.

 

@Volkodlak, боюсь, что Вы неверно интерпретировали мои сообщения

1. Вы настолько проницательны, что сразу поняли мою позицию? Так Вы, наверное, гений?
2. Никто не оспаривает действующие устройства, основанные на понятном принципе, - в частности гофротрубу в небольшом черном ящике (хотя в случае с гофрой целесообразней было делать ящик зеркальным и не скатывать гофру в спираль или изгибать её постоянно на 180 градусов туда-сюда, добиваясь потери давления... это что, - никто не знает? но тогда почему постоянно делают одни и те же грабли? или те кто так делают как раз и считают, что "земля плоская"?)
3. Если кто-то делает очевидные ошибки, то почему его мнение должно быть признано авторитетным?
4. Может быть цифры не обсуждаются как раз потому, что они не всякому доступны? А прикрывать неграмотность грубостью - не лучший вариант, хотя многие этим грешат

 

@Volkodlak, - и для Вас персонально: коллектор с КПД 50% за 20+ тыр/м2 с супер-пупер краской и прочими наворотами никому неинтересен

от слова "совсем"

 

кстати, о теплицах
есть такая модель теплицы, которая сама по себе стала уже именем нарицательным, как "китайская теплица"
это сооружение размерами, как правило, 14х200 метров высотой от 1,6 до 2,6 метров
так вот некоторые бывавшие там утверждают, что в них летом ОЧЕНЬ жарко, даже с полностью открытыми боками, вот например



чем плох такой коллектор, да ещё по цене 100 руб/м2 в ценах 2017 года?

 

Да, горячее.
На основе теплопередачи через тонкую стенку (есть такое понятие в ТТМО), если Вы о рекуператорах, регенераторах или калориферах.

 

Не знаю. Покупал обычный полиэтилен для СК - пах все три года.

 

а что такое "для СК"? разве такое бывает?

 

Ограждающая поверхность солнечного коллектора у меня была из полиэтиленовой пленки.

 

да это понятно, просто написано было так, что можно было понять, что есть какой-то специальный полиэтилен для СК, раз он обычный для СК

 

Много букав

Давайте попробуем разобраться, почему в воздушном коллекторе используется металл, и сравним его с, например, водой. Известно, что и вода и металл используются в качестве источника накопления энергии. Металл красят черной краской, воду упаковывают в бутылки, банки, которые также красят черной краской и вставляют внутрь коллектора. Иногда в качестве емкости для воды используют даже обычные черные полиэтиленовые мешки.

Сравним их свойства.

Удельная теплоемкость металла составляет от 400 (медь), 500 (железо, сталь) до 900 Дж/(кг*град) у алюминия. У воды 4200 Дж/(кг*град). У воздуха 1005 Дж/(кг*град). Удельная теплоемкость воды в 4-10 раз больше, чем у металла. Но плотность алюминия 2900 кг/м3, стали 7800 кг/м3, меди 8900 кг/м3, т. е. в 3-9 раз больше плотности воды.

По запасаемой энергии (если можно ввести такое понятие) 1 м3 воды 4200 Дж/(м3*град) превышает 1 м3 меди 3560 Дж/(кг*град), 1 м3 алюминия 2610 Дж/(м3*град) и 1 м3 стали 3900 Дж/(м3*град). Но 1 м3 воды в 7,8 раз легче стали. Пока запомним, что воды нужно 7,8 раз меньше по массе, чем стали, чтобы запасти одно и то же количество энергии.

Коэффициент теплопроводности металла составляет от 12-90 Ватт/(м*град) у стали (возьмем 60 за некое среднее), около 200 Ватт/(м*град) у алюминия и до 395 Ватт/(м*град) у меди. У воды – 0,60-0,68 Ватт/(м*град). У воздуха 0,02 Ватт/(м*град). Чем выше коэффициент теплопроводности, тем быстрее прогреется вещество.

Коэффициент теплопроводности у металла от 20 до 700 раз выше, чем у воды (примем за среднее 60/0,6 = 100 у сталь/вода).

Что это значит? Вода будет медленнее нагреваться и медленнее остывать, а металл, наоборот, будет нагреваться и остывать намного быстрее. Или же другими словами, сталь толщиной 100 мм нагреется почти с той же скоростью, как и слой 1 мм воды.

100 мм стали на поверхности 1 м2 имеют массу 780 кг, а 1 мм воды на поверхности 1 м2 имеет массу всего 1 кг. Скорость нагрева таких объемов одинакова, запасенной энергии в стали в 100 раз больше, чем у воды.

Что важнее для воздушного коллектора? Скорость нагрева или количество запасенной энергии? Если скорость нагрева, то металл той же массы нагреется быстрее усредненно в 100 раз. Если важнее количество запасенной энергии, то та же масса воды запасет почти в 8 раз больше энергии, чем та же сталь.

Возможна и другая оценка этих же характеристик. Раз вода и остывать будет медленнее, то воздуху потребуется большее время контакта с поверхностью нагретой воды по сравнению с металлом.

И здесь нельзя не учесть влияние упаковки, в которой находится вода, равно как и нельзя пренебречь теплопроводностью краски, которой покрашен металл.

Коэффициент теплопроводности полиэтилена низкого давления плотностью 920-950 кг/м3 составляет 0,3-0,5 Ватт/(м*град), высокого давления плотностью 916 кг/м3 – 0,25-0,3 Ватт/(м*град), ПЭТ плотностью 1300-1400 кг/м3 – 0,17-0,3 Ватт/(м*град). Можно принять за некую среднюю значение в 0,3 Ватт/(м*град). Это в 2 раза меньше, чем у воды. И если у Вас «посуда» для воды имеет достаточную толщину, - 5 литровые банки, например, то они будут очень неторопливо передавать энергию воде внутри. Так что применяемая популярная пластиковая упаковка воды только тормозит процессы нагрева/остывания теплоносителя. Вода нагревается в 2 раза быстрее упаковки.

А вот и сюрприз – коэффициент теплопроводности краски в среднем 0,2 Ватт/(м*град). Если мы не найдем краску, которая имеет ту же теплопроводность, что и металл, который ею покрашен, то красить его обычной краской - это почти также плохо, как обернуть его полиэтиленом – таким же изолятором. Т. е. лучше и не красить, пусть греется на солнце сам, как умеет.

Следующий вывод. Для нагрева воздуха на одну и ту же температуру надо 1 м2 поверхности металла или 100 м2 поверхности воды.

Очевидно, что лист металла надо обдувать сразу с 2-х сторон, чтобы увеличить площадь контакта воздуха с металлом, а не прибивать металл к задней стенке коллектора.

Также, является очевидным ещё более эффективное решение. Каждый может найти его при желании.

Попробуем оценить экономику коллектора.

Допустим, что в самый лучший месяц года, в июне за световой день на землю падает 5,1 кВт*ч/м2/день. Это усредненно 312 Ватт*ч/час при 16-ти часовом световом дне.

Существуют разные оценки эффективности коллекторов в части снимаемой ими мощности. Наиболее часто встречаются показатели 34-68 Ватт*ч/м2. Это дает нам показатель КПД на уровне 10-20% от приходящего излучения. Примем за КПД лучшее значение в 20%, тогда в средний час будем иметь 62,4 Ватт чистой мощности с 1 м2.

Поэтому, чтобы получить коллектор с тепловой мощностью 6,7 кВт, достаточной для нагрева 1000 м3/час на +20*С, нужна площадь коллектора 106,9 м2.

Тогда, если мы каким-то образом сумеем сделать коллектор с ценой 100 руб/м2, то стоимость установленной мощности будет = 1603 руб/кВт. Но это ещё надо сделать, поэтому возможность изготовления столь дешевого коллектора пока не доказана практически.

За 120 дней в мае-августе мы получим усредненно 18 кВт*ч/м2 (остальные месяцы не считаем, в данном конкретном расчете они неинтересны). Из которых выработаем 3,9 кВт*ч тепловой энергии.
Если мы хотим окупить коллектор за 5 лет, то тогда стоимость тепловой энергии (без учета сложных процентов) будет составлять 100/(5*3,9) = 5,12 руб/кВт*ч. Если за 10 лет (но пока неизвестны случаи столь долгой «жизни» коллекторов, равно как и 5 лет), то будет 2,56 руб/кВт*ч.
Если кто-то хочет использовать коллектор в другое время года, то следует учесть, что количество радиации в остальное время года много меньше и составляет всего то около 11 кВт*ч/м2.

Тариф Москвы на тепловую энергию в марте 2021 года составляет 1642 руб/Гкал. Гкал = 1163 кВт*ч. Т. е. тариф Москвы = 1,41 руб/кВт*ч.

Поэтому, если мы не сумеем сделать коллектор по 1,41/2,56*100 = 55 руб/м2 (лучше дешевле), то мы не сможем конкурировать с обычной батареей и, может быть, лучше заняться чем-то другим?

Если мы сумеем увеличить КПД теплосъема в 2 раза и при этом вписаться в 100 руб/м2, то только в этом случае мы сможем конкурировать с теплосетью. Но для этого нужно решить 2 задачи: добиться КПД>40% и уронить стоимость ниже 100 руб/м2

 

Выше по тексту есть ошибка, отредактировать уже не могу, но на вывод она не влияет: чтобы конкурировать с центральным отоплением нужно уметь делать коллекторы дешевле 100 руб/м2

 

Чтобы сварить кашу, ее надо помешивать, иначе снизу подгорит, а сверху останется сырой. А вода в чайнике перемешивается сама, благодаря конвекции. Так что, помимо теплопроводности существуют и другие способы передачи тепла. Поэтому дальнейшие выводы неверны!

Почему так мало? Я насчитал не меньше 400, следовательно 100 руб / 400 кВтч = 25 коп./кВтч