přehled systémů solárního ohřevu vody
ve Spojených státech zabírá topná voda hlavní část provozních nákladů budovy. Celostátní, asi 18% spotřeby energie v rezidenčním bydlení jde na ohřev vody, ale pouze 4% spotřeby energie v komerčních budovách.
v současné době solární ohřev vody splňuje pouze asi 2% potenciálních systémů solárního ohřevu vody pro všechny rezidence ve Spojených státech.
obecně lze použít solární topná zařízení v rezidencích se střechou orientovanou na jih (nebo v její blízkosti) nebo nestíněnými pozemky k instalaci kolektoru (čelícího slunečním paprskům a absorbující sluneční energii).
v roce 2021 byly tyto státy nejoblíbenější pro trh solárního vytápění: Kalifornie, Texas, Severní Karolína, Florida, Arizona, Nevada, New Jersey, Massachusetts, Gruzie a New York.
zmínky z New Jersey, Massachusetts a New Yorku ukazují, že solární vodní systémy nemusí být vždy v slunečním skvrnách!
zajímavé. Na celosvětovém základě jsou od roku 2017 Barbados, Rakousko, Kypr, Izrael a Řecko vedoucími zeměmi solární ohřáté vody podle kapacity na osobu.
stojí za to DIY solární ohřívače vody?
DIY znamená do-it-yourself, na rozdíl od najímání stavební firmy k vaší práci.
solární ohřívač vody se nepřipojí k elektrické síti, aby sbíral energii; absorbuje energii ze slunce a přivádí ji zpět do systému ohřevu vody ve vašem domě.
aby bylo jasno, solární ohřev vody poskytuje pouze ohřátou vodu a nemůže například napájet vaše elektrické spotřebiče. Jednou z možností je tedy místo toho nainstalovat solární fotovoltaický systém, který by dodával sluneční energii do vašeho elektrického ohřívače vody.
použití fotovoltaického systému znamená, že si můžete udržet svůj běžný systém teplé vody, ale můžete udělat solární panely a solární systémy ohřevu vody!
solární ohřívač používá solární kolektor na střeše pod úhlem, který nejlépe zachycuje sluneční paprsky a přímo ohřívá vodu ve vašem domě.
typický solární ohřívač vody může snížit běžné náklady na elektrickou energii asi o 40-50% a ušetřit peníze na účtech za energii.
pochopte, že solární ohřívač vody nevylučuje energii sítě-funguje jako záloha, která může potenciálně ušetřit spoustu peněz, protože neplatíte za energii sítě, kterou již nepotřebujete, když je slunečno.
solární ohřívač vody pro kutily a elektrická síť běží vedle sebe a působí jako partneři, zejména v teplém podnebí, kde je slunce silné po dlouhé hodiny každý den.
DIY solární systémy teplé vody skutečně stojí peníze na instalaci; mohou však splatit své investice, když potřebujete méně energie v síti, a proto mají nižší účty za energie tím, že šetří náklady na energii.
jakmile se investice vyplatí s touto volnou energií, můžete si užít téměř bezplatnou horkou vodu po zbývající dobu životnosti solárního ohřívače vody!
navíc ve Spojených státech Kongres nabídl investiční daňový úvěr, známý jako federální rezidenční solární energetický úvěr (neustále kontrolujte dostupnost-nejnovější údaj je, že vyprší 31. Prosince 2024).
tento daňový kredit je snížení daně z příjmu za dolar. Takže například, pokud dostanete federální daňový kredit ve výši $ 1,000 ,a vaše federální daně, jinak dluží $ 1,000 nebo více, dostanete $ 1,000 snížení vašich federálních daní.
můžete také požádat o státní daňový kredit v závislosti na vašem státě.
pro více informací o investičních daňových úlev na solární energii, navštivte tuto webovou stránku.
solární panely jsou jiná záležitost. Solární panely přeměňují sluneční světlo na elektřinu, která pohání váš dům. Zde se zabýváme pouze solárními systémy ohřevu vody.
Ekonomika DIY solární ohřívače vody
DIY solární systémy ohřevu vody jsou obvykle dražší na nákup a instalaci než plynové ohřívače vody nebo konvenční elektrické ohřívače vody.
použití solárního ohřevu vody pro kutily vám však může dlouhodobě ušetřit peníze.
ekonomika úspor pro solární ohřev vody závisí na mnoha různých faktorech:
* úroveň spotřeby teplé vody
* výkon solárního systému ohřevu vody
* zeměpisná poloha a expozice slunci, a tedy i sluneční energie k dispozici
* dostupné vládní daňové úlevy a financování
* srovnávací náklady na plynové ohřívače vody a konvenční elektrické ohřívače
faktory používané k odhadu energetické účinnosti solárního systému teplé vody jsou faktor sluneční energie a solární frakce.
faktor sluneční energie se vypočítá vydělením energie dodané celkovým systémem množstvím konvenčního vstupu energie do systému.
pokud je faktor 5, znamená to, že solární systém ohřevu vody čerpá pětkrát více energie než energie spotřebovaná plynovými nebo elektrickými systémy ohřevu vody, které zálohují solární systém teplé vody.
faktor sluneční energie je obvykle 2 nebo 3.
solární frakce je podíl celkové tepelné zátěže teplé vody poskytované solárním ohřevem. Takže by se přirozeně pohyboval mezi 0 až 1,0.
solární systémy ohřevu vody mají obvykle solární zlomek 0,5 až 0,75.
jaké jsou různé typy DIY solárních ohřívačů vody?
existuje mnoho různých typů DIY solární systémy teplé vody. Za prvé, je tu aktivní solární ohřívač vody, který obvykle vyžaduje čerpadlo. Naproti tomu máme také pasivní solární ohřívač vody, který nepoužívá čerpadlo; místo toho používá konvekci.
model pasivní solární vody umožňuje vzestup horké vody a potopení studené vody, takže čerpadlo není potřeba.
existují dva hlavní typy pasivních modelů:
1. Integrované úložiště kolektorů. Nazývají se také dávkové ohřívače a používají nádrže, které fungují jako akumulační a solární kolektory ohřevu vody (kolektor znamená, že vystavuje vodu slunečním paprskům, čímž shromažďuje sluneční teplo). (Jsou láskyplně označovány jako“ breadboxy “ kvůli jejich objemnému vzhledu).
2. Konvekční akumulace tepla. Jedná se hlavně o kolektory s plochými deskami a nádrž je umístěna v suterénu. Kolektory a skladovací nádrže jsou tedy oddělené. Skladování se týká místa, kde je udržována horká voda.
zaměříme se více na pasivní solární vodní systémy, protože jsou levnější a snadněji se instalují.
dále se zaměříme na další podkategorii kolektorů s plochými deskami, protože se snadněji sestavují a instalují než dávkové ohřívače. Je jen dobré si uvědomit různé možnosti solárních ohřívačů vody pro kutily.
kolektory s plochými deskami se také nazývají termosyfonové systémy, protože se spoléhají na předpoklad, že “ teplo stoupá.“
teplejší voda stoupá, aby opustila systém, aby vytápěla dům, a chladnější voda se vrhá na dno spodní trubkou, aby nahradila teplejší vodu.
gravitace pohání konvektivní tok v termosyfonovém systému. Pro dosažení nejlepších výsledků umístěte horní část kolektorů alespoň jednu nohu pod dno nádrže.
větší výškový rozdíl bude mít za následek větší průtok. Větší potrubí, kratší běhy a jemné ohyby však zajistí dostatečný průtok.
pokud potřebujete ochranu proti zamrznutí, není to těžké. Kolektory mohou být naplněny nemrznoucím roztokem (propylenglykol je nejběžnější a netoxický).
teplo do užitkové vody můžete přenášet pomocí výměníku tepla.
fungují DIY solární ohřívače vody?
Ano, ale mějte na paměti klimatickou zónu, kde žijete. Například termosyfonové systémy nefungují v chladném podnebí, kde zima mrzne, protože nemají ochranu před mrazem.
v takovém případě je nejlepší vypustit vodu ze solárního ohřívače vody, aby během zimy nezmrzla. Tímto způsobem jsou ideální pro chaty nebo druhé domy, které se v zimě nepoužívají.
solární ohřívače vody, které splňují Americký národní normalizační institut nebo mezinárodní normalizační organizaci, budou mít ochranu při obou extrémech teploty.
v létě automatické ovládání zabraňuje přehřátí vody.
v zimě používají nemrznoucí systémy speciální nemrznoucí kapalinu, která protéká kolektory a odvádí se od tepla z kolektoru do nádrže, takže žádná voda není ve skutečnosti odváděna ven.
nejlepší je namontovat solární ohřívač vody na stranu střechy, která směřuje na jih, a nastavit je pod úhlem 18 ° až 50 ° dolů od vodorovné roviny pro nejlepší přímé sluneční světlo. Tímto způsobem maximalizujete sluneční energii pomocí volné energie.
Chcete-li určit velikost, kterou potřebujete, zvažte 30 galonů horké vody na osobu ve vaší domácnosti. Pokud je vaše rodina velmi šetrná k ochraně, můžete se dostat s deseti galony horké vody na osobu. A ušetříte také náklady na energii!
typická elektrická nádrž na horkou vodu o objemu 80 galonů, která slouží čtyřčlenné rodině, spotřebuje během své sedmileté životnosti přibližně 150 milionů BTU.
nádrž na horkou vodu je obvykle dimenzována tak, aby zvládla spotřebu jednoho dne. Pro čtyřčlennou rodinu by 80-galonová nádrž dodávala 20 galonů horké vody na osobu a den.
také pro dimenzování solárních tepelných kolektorů na základě vaší klimatické oblasti:
* v Sunbeltu použijte 1 čtvereční stopu kolektoru na 2 galony kapacity nádrže (denní použití v domácnosti).
· v jihovýchodních a horských státech použijte 1 čtvereční stopu kolektoru na 1,5 galonů kapacity nádrže
· ve státech Středozápadu a Atlantiku použijte 1 čtvereční stopu kolektoru na 1,0 galonu kapacity nádrže.
* v Nové Anglii a na severozápadě použijte sběrač 1 čtverečních stop na 0,75 galonů kapacity nádrže.
na základě těchto pravidel bude čtyřčlenná domácnost s 80-galonovou nádrží potřebovat přibližně 40 čtverečních stop sběratele v Arizoně, 55 čtverečních stop sběratele v Jižní Karolíně, 80 čtverečních stop sběratele v Iowě a 106 čtverečních stop sběratele ve Vermontu.
u těchto aktivních systémů (a proto vyžadují čerpadlo) bude řídicí zařízení připojené k solárnímu ohřívači vody snímat přímé sluneční světlo a zkontrolovat, zda voda dosáhla požadované teploty.
když je regulátor připraven proudit horkou vodu do zásobní nádrže uvnitř domu, aktivuje čerpadlo.
stejným způsobem, v chladném zimním podnebí, pokud regulátor zjistí, že teplota zamrzne čerpadla, vypustí vodu ze solárního ohřívače vody drenážními trubkami ven.
důležité součásti systému solárního ohřívače vody
hlavní části systému s uzavřenou smyčkou zahrnují solární kolektory, oběhová čerpadla, diferenciální řízení se senzory, výměníky tepla a zásobní nádrž.
menší, ale základní části zahrnují Expanzní nádrž, přetlakový ventil, zpětný ventil, sestavu odtoku a plnění a tlakoměry a měřiče teploty.
regulátor a senzory
když regulátor zjistí, že jeden senzor je teplejší než druhý, napájí spínač, který může zapnout čerpadlo nebo jiné elektrické zařízení.
pokud již není rozdíl v teplotě nebo je velmi malý, diferenciální termostat vypne čerpadlo.
v solárním systému teplé vody je jeden senzor (umístěný pro měření horké vody) na potrubí velmi blízko výstupu solárního kolektoru a druhý senzor (umístěný pro měření studené vody) je blízko dna zásobní nádrže.
když vyjde slunce, kolektor se velmi rychle zahřeje. Snímač kolektoru aktivuje spínač v regulátoru a zapne čerpadlo.
když slunce zapadne, objeví se tmavé mraky nebo se skladovací nádrž dostatečně zahřeje, mezi oběma senzory již nebude velký „rozdíl“. Poté termostat vypne čerpadlo.
výměník tepla
výměník přenáší sluneční teplo ze solárně ohřáté uzavřené smyčky do užitkové vody. Faktory, které zvyšují přenos tepla, jsou:
* větší plocha povrchu
* vysoká tepelná vodivost
* maximální teplotní rozdíl mezi dvěma tekutinami
výměníky mohou být kategorizovány jako jedna stěna nebo dvojitá stěna· což se týká počtu bariér mezi dvěma tekutinami, které si vyměňují teplo. Například systémy, které používají glykol, by neměly používat jednostěnný výměník kvůli možnosti kontaminace pitné vody.
výměník může být stejně jednoduchý jako měděná cívka uvnitř zásobníku, kde jsou povoleny výměníky tepla s jednou stěnou. Solární ohřátá voda cirkuluje cívkou pomocí oběhového čerpadla.
výměníky jsou instalovány v konfiguraci s protiproudem, přičemž obě kapaliny protékají v opačných směrech výměníkem tepla. To maximalizuje tepelnou výměnu tepla udržováním největšího teplotního rozdílu mezi tekutinami.
výběr výměníku je založen na jeho schopnosti přenášet teplo (v BTU za hodinu) produkované solárními kolektory.
výrobce nebo distributor výměníku určí, který model je dostatečný, v závislosti na celkovém čtvercovém záběru kolektoru, který má být instalován.
výrobci také určí doporučený minimální průtok na vodní straně výměníku tepla, aby bylo dosaženo přiměřené rychlosti přenosu tepla.
zpětný ventil
zpětný ventil umožňuje proudění tekutiny pouze v jednom směru. Zabraňuje tepelným ztrátám v noci konvekčním proudem z teplé skladovací nádrže do chladných kolektorů. Zpětné ventily mohou být typu „swing“ nebo „spring“.
expanzní nádoba
expanzní nádoba umožňuje tekutině v uzavřené smyčce expandovat a stahovat se v cyklu ohřevu a chlazení. Bez expanzní nádrže by instalace mohla prasknout, když se kapalina zahřeje.
jak si vyrobit solární ohřívač vody?
pro tento článek, protože existuje tolik variant solárních ohřívačů vody pro kutily, zaměříme se na model s plochou deskou, zejména na typ, který ohřívá trubku, která běží ve tvaru spirály.
Navrhněte solární ohřev vody kolektor
pokud máte sklon sledovat cestu do-it-yourself, můžete si vytvořit svůj vlastní kolektor. Měkké měděné trubky jsou ideální pro ohřev vody uvnitř kolektoru, protože měď nese vodu dobře a může se ohýbat podle vašich představ.
zesítěný polyethen („PEX“) nahrazuje tradiční měděné a pozinkované ocelové trubky v projektech renovace domů a v hlavním stavebním sektoru. Zde je video pro možnost PEX.
tyto trubky (vyrobené z měkké mědi nebo PEX nebo jiných materiálů) můžete namontovat do ručně vyrobené velké izolované krabice a jako kryt použít sklo z tvrzeného skla, které umožní snadný vstup slunečních paprsků.
bylo by moudré nastříkat vnitřek dřevěné krabice a potrubí, aby se zvýšila absorpce slunečních paprsků.
zde je ukázkové video o tom, jak postavit svůj vlastní plochý solární ohřívač vody. Existuje mnoho dalších instruktážních videí podobných v aplikaci.
je zajímavé, že vzor použitý pro měděné trubky ve videu nám připomíná zahradní hadici ležící na trávníku. Vzpomenete si, když jste zvedli zahradní hadici vleže pro zalévání trávníku v pěkném horkém dni, cítili jste teplou vodu, když vystupovala z hadice.
Představte si, co může plochý panel udělat pro vodu uvnitř měděné trubky, když je na střeše! A myslete na úsporu těchto nákladů na energii.
další možností, i když dražší, jsou evakuované trubkové kolektory. To je jen další termín pro vakuové trubice, které pracují spolu s podobným provozem kávových termosek. Skládají se ze dvou vrstev skla s vakuem mezi vrstvami.
v evakuovaných trubkových kolektorech se pitná voda rychle zahřívá, protože trubky jsou strukturovány tak, aby velmi účinně absorbovaly sluneční paprsky.
namontujte kolektor solárního ohřívače vody na střechu
obecně platí, že každá standardní střecha může podporovat plochý kolektor namontovaný nahoře. Před připojením sběrné krabice zkontrolujte, zda jsou šindele a plechový a krovový systém strukturálně zdravé. Pokud se jedná o DIY solární ohřívač vody, může to být dřevěná krabička.
připevněte montážní svorky k povrchu střechy. Pak budete připojit sběratelskou krabici k těmto montážním svorkám. Nakonec byste měli vložit montážní skluz pod šindele, abyste chránili střechu před sluncem a deštěm.
pro maximální pevnost byste měli zasunout zpožďovací šroub do nosníku nosníku. Kromě toho byste měli rozložit těsnicí materiál kolem jakéhokoli místa kontaktu, abyste zabránili úniku dešťové vody pod střechu.
ploché kolektory mohou vážit mezi 100 až 150 liber, takže dva lidé, kteří používají žebříky, jsou často potřební, aby je zvedli na střechu.
kolektor je poté připojen k montážním svorkám a je zajištěn na místě, připraven k akci.
vložte potrubí do střechy pro přenášení průtoku vody
poté vyvrtejte dva otvory do střechy, jeden pro přívodní potrubí kolektoru (studená příchozí voda tekoucí do kolektoru) a druhý pro zpětné potrubí kolektoru(horká voda vracející se do domu, aby se přiváděla do nádrže na horkou vodu).
je důležité koupit konkrétní blikání-plech nebo plast určený k odvádění vody z postižené oblasti—který se hodí kolem potrubí, kde protíná střechu.
obvykle blikání pro trubku vypadá jako kuželovitá struktura, přičemž špička je odříznuta velkým způsobem. Nebo byste místo toho mohli použít čepici.
tato kuželovitá struktura má ve spodní části široký límec-dává vám dojem, že se opravdu snaží odvádět vodu pryč.
jakmile je blikání zajištěno kolem místa, kde měděná trubka vstupuje do střechy, můžete dokončit všechny dotykové body pomocí tmelu.
pro ty, kteří jsou opatrní, pokud jde o nežádoucí vnější tlaky na solární ohřívač vody, bylo by dobré přidat následující:
* odvzdušňovací ventil (aby se zabránilo zachycení vzduchu do solárního ohřívače vody)
* Zamrazovací ventil (aby se otevřel pouze tehdy, když se teplota vody pohybuje poblíž bodu mrazu, aby se potrubí vypustilo, aby nedošlo k prasknutí při zmrazení)
· přetlakový ventil (aby se uvolnila přebytečná voda, pokud by byl tlak vody uvnitř potrubí příliš vysoký, a tím se zabránilo jejich prasknutí)
vložte potrubí z kolektoru na střechu do sklepní nádrže
Nyní, když jsme tady, můžeme řešit rozdělení práce, pokud používáte tým. Jeden nebo dva lidé mohli instalovat kolektor na střechu, zatímco druhý nebo dva pracují v suterénu, instalace potrubí a připojení k nádrži na horkou vodu.
poměrně často se používají měkké měděné trubky, protože mohou procházet podkrovím dolů do suterénu bez nutnosti pájení uvnitř podkroví.
měděné trubky uvnitř podkroví jsou opláštěny izolací, aby se zabránilo úniku tepla.
vzduchové kanály uvnitř domu jsou často dobrými společníky potrubí, protože již mají síť přes dům, včetně potrubí pece.
ohřívač vody v suterénu slouží dvěma účelům. Nejprve ukládá ohřátou vodu, která byla odváděna ze střechy. Za druhé, bude mít záložní zdroj energie (elektrické vytápění), pokud solární kolektor vody neprodukuje žádnou ohřátou vodu.
konvenční nádrž na horkou vodu v suterénu nemá přívodní nebo zpětné potrubí kolektoru potřebné k výměně s kolektorem na střeše, takže instalatér musí dodatečně vybavit nádrž na horkou vodu.
instalátor nainstaluje novou nádrž na horkou vodu a potrubí solárního kolektoru. Po instalaci všech potrubí byste jej měli zakrýt izolačním materiálem ze skleněných vláken, abyste zabránili zbytečným tepelným ztrátám.
pomohlo by, kdybyste umístili nový solární ohřívač vody co nejblíže běžnému systému teplé vody, aby mohli synergizovat v blízkosti.
posledním krokem pro ohřívač vody je nastavení termostatu tak, aby se podle potřeby připravil na automatické přepnutí ze solárního ohřevu vody na elektrické vytápění.
podívejte se na toto video a podívejte se na dobrý příklad instalace a přípravy ohřívače vody v suterénu.
nastavte regulátor a senzory v blízkosti nádrže na horkou vodu
už jsme mluvili o diferenciálním regulátoru a o tom, co dělá. Zde však musí být tento ovladač nainstalován v blízkosti ohřívače vody a je dodáván s LED displeji (světelná dioda), digitálními odečty a dalšími možnostmi.
regulátor má několik nastavení. Patří mezi ně nastavení vysoké teploty, Teplotní rozdíl a nastavení“ vypnuto“.
pokud jde o jiný elektrický předmět, který musí být nainstalován, senzory přicházejí s vlastním zapojením, a pokud jsou vedeny venku, musí být chráněny před povětrnostními vlivy plastovým nebo gumovým opláštěním.
vodiče senzorů mohou běžet podél potrubí na vnější straně, protože v podstatě sdílejí stejnou cestu, což je efektivnější.
tepelnou pastu můžete použít k zajištění dobré vazby mezi vodiči senzoru a povrchem potrubí.
snímač posuvu kolektoru je obvykle umístěn v nejteplejším bodě kolektoru s plochou deskou, aby se zaznamenala maximální možná teplota.
nastavte čerpadla a ventily v blízkosti nádrže na horkou vodu
existuje mnoho dalších kritických součástí solárního ohřívače vody, jako jsou čerpadla a ventily. Jedním z nich je systémové čerpadlo (Cirkulátor) pro cirkulaci systémové tekutiny (vody nebo propylenglykolu) ze suterénních nádrží do kolektoru, který je namontován na střeše.
ventily, které jsou důležité pro solární ohřívač vody, jsou;
* zpětný ventil (zabraňuje procesu termosyfonu v recirkulaci horké vody přes kolektor v noci).
· vypouštěcí ventil (pokud je třeba kolektor vypustit, například pokud zapadá zima a není dostatečně chráněn proti zamrznutí).
* uzavírací ventil (protože jeho jediné možné možnosti jsou zcela otevřené nebo zcela uzavřené, jeho úlohou je zastavit cirkulaci horké vody jako bezpečnostní zarážku bez vypouštění systému).
* ventil proti opaření (volitelný, určený k zabránění vstupu horké vody do domovních obvodů při příliš vysoké teplotě).
a konečně, by měl uložit návod k obsluze solárního ohřívače vody na přístupném místě.
také by měl štítek vysvětlující způsob ochrany proti zamrznutí solárního systému ohřevu vody na viditelném místě připevnit na samotný ohřívač.
Extra materiál: dávkové solární ohřívače vody
doposud jsme pokrývali hlavně ploché topné systémy, protože jsou mnohem kompaktnější. Nicméně, dávkové ohřívače jsou také populární. Klíčová věc k zapamatování je, že jsou mnohem objemnější, což je důvod, proč často nejsou namontovány na střechu.
místo toho, jak bylo zmíněno, dávkový ohřívač vody by mohl používat velkou nádrž uvnitř a udržovat mnohem více teplé vody než systém s plochými deskami.
dávkový ohřívač vody je nejlepší pro jižní podnebí a existuje již stovky let, protože je relativně jednoduchý na design. Údajně první dávkový ohřívač vody ve Spojených státech byl postaven v Baltimoru v roce 1896!
dávkové ohřívače jsou oblíbené v sezónních domech a rekreačních zařízeních, kde je nemovitost jediným létem. Během zimy, zejména v chladném podnebí, byste však měli vypustit dávkový ohřívač.