太陽熱温水暖房システムの概要
米国では、暖房水は建物の営業費用の大きな部分を占めています。 全国では、住宅のエネルギー使用量の約18％が暖房水に向かっていますが、商業ビルのエネルギー使用量のわずか4％です。
現在、太陽熱温水は、米国内のすべての住宅で潜在的な太陽熱温水システムの約2％しか満たしていません。
一般的に、南向き（またはその近く）の屋根や日陰のない敷地のある住宅では、太陽熱暖房設備を使用して、コレクタを設置することができます（太陽の光線
2021年、太陽熱暖房市場で最も人気のある州は、カリフォルニア州、テキサス州、ノースカロライナ州、フロリダ州、アリゾナ州、ネバダ州、ニュージャージー州、マサチューセッツ州、ジョージア州、ニューヨーク州であった。
ニュージャージー州、マサチューセッツ州、およびニューヨーク州は、太陽水システムが常に黒点にある必要はないことを示していると言及しています！
世界的には、2017年現在、バルバドス、オーストリア、キプロス、イスラエル、ギリシャは、一人当たりの容量によって太陽熱温水の主要国です。
それの価値があるDIYの太陽給湯装置はあるか。
DIYは、あなたの仕事をするために建設会社を雇うのではなく、日曜大工を意味します。
太陽熱温水器は電力を集めるために電気網に接続せず、太陽からのエネルギーを吸収してあなたの家の給湯システムに戻します。
明確にするために、太陽熱温水暖房システムは加熱された水のみを提供し、例えばあなたの電気器具に電力を供給することはできません。 そう1つの選択はあなたの電気給湯装置に太陽エネルギーを供給する太陽光起電システムを代りに取付けることである。
太陽光発電システムを使用すると、通常の給湯システムを維持することができますが、ソーラーパネルや太陽熱温水システムを行うことができます！
ソーラーヒーターは、太陽の光線を最もよく捉え、あなたの家の水を直接加熱する角度であなたの屋根の上にソーラーコレクターを使用しています。
典型的な太陽給湯装置は約40-50%慣習的な電気エネルギーのコストを削減し、あなたのエネルギー手形でお金を貯めることができます。
太陽熱温水器はグリッドエネルギーを排除しないことを理解しています—それはバックアップとして機能し、晴れたときに不要になったグリッドエ
DIYの太陽給湯装置および電気格子は太陽が毎日長い時間のために強力である暖かい気候のパートナーとして、特に機能する並んで動きます。
DIYの太陽熱湯システムは実際に取付けるためにお金を要します;但し、より少ない格子エネルギーを必要とし、それ故にエネルギー-コストで救うことによ
投資がこの自由エネルギーとのそれ自身を支払ったら、太陽給湯装置の残りの寿命のためのほぼ自由な熱湯を楽しむことができます!
さらに、米国では、議会は連邦住宅用太陽エネルギークレジットとして知られる投資税額控除を提供しています（入手可能性については確認してくださ
この税額控除は、あなたの所得税のドルのためのドルの削減です。 あなたはfederal1,000の連邦税額控除を取得し、あなたの連邦税は、そうでなければ負うことは0 1,000以上である場合は、あなたの連邦税の0 1,000削減を取得します。
あなたはまた、あなたの状態に応じて、州の税額控除を申請することができます。
太陽エネルギーの投資税額控除の詳細については、このウェブサイトをご覧ください。
太陽電池パネルは別の問題です。 太陽電池パネルはあなたの家に動力を与える電気に日光を変えます。 ここでは、太陽熱温水暖房システムをカバーしています。
DIYの太陽給湯装置の経済学
DIYの太陽給湯装置システムはガスの給湯装置か慣習的な電気給湯装置より購入し、取付けるために通常高いです。
しかし、DIYの太陽熱温水暖房システムを使用すると、長期的にはお金を節約できます。
太陽熱温水暖房システムの節約の経済学は、多くの異なる要因に依存しています:
·温水の消費レベル
·太陽熱温水暖房システムの性能
·地理的位置と太陽への露出、したがって利用可能な太陽エネルギー
·利用可能な政府税控除と資金調達
·ガス給湯器と従来の電気ヒーターの比較コスト
太陽熱温水暖房システムのエネルギー効率を推定するために使用される要因
熱湯システムは太陽エネルギーの要因および太陽一部分です。
太陽エネルギー係数は、システム全体によって供給されるエネルギーを、システムに入力される従来のエネルギーの量で割ることによって計算されます。
係数が5の場合、それは太陽熱温水システムが太陽熱温水システムをバックアップするガスまたは電気温水システムによって消費されるエネル
通常、太陽エネルギー係数は2または3です。
太陽分率は、太陽熱によって提供される総温水暖房負荷の割合です。 したがって、当然のことながら、0から1.0の範囲になります。
太陽熱温水暖房システムは、通常、0.5から0.75の太陽分率を持っています。
DIY太陽熱温水器の種類は何ですか？
DIY太陽熱温水システムにはさまざまな種類があります。 最初に、通常ポンプを要求する活動的な太陽給湯装置がある。 対照的に、私達にまたポンプを使用しない受動の太陽給湯装置があります、;代りに、それは対流を使用します。
パッシブソーラーウォーターモデルでは、お湯が上がり、冷たい水が沈むので、ポンプは必要ありません。
パッシブモデルには主に二つのタイプがあります。
1. 統合されたコレクターの貯蔵。 これらはまたバッチヒーターと呼ばれ、貯蔵および太陽給湯器のコレクター（従って太陽の熱を集める太陽光線に水を露出することを意味するコレクター）と （それらは扱いにくい出現のために愛情を込めて”breadboxes”と言われる）。
2. 対流熱貯蔵。 それらは主に平板コレクターであり、タンクは地下に位置しています。 従って、コレクターおよび貯蔵タンクは別である。 貯蔵とは、お湯がどこに保管されているかを指します。
パッシブソーラーウォーターシステムは安価で設置が簡単なので、より多くのことに焦点を当てます。
さらに、バッチヒーターよりも構築と設置が簡単であるため、平板コレクターの次のサブカテゴリに焦点を当てます。 DIYの太陽熱温水器のさまざまな可能性を認識するだけで良いことです。
平板コレクターはまたthermosyphonシステムと呼ばれます”熱が上がること前提に頼るので。”
暖かい水が上昇してシステムを出て家を加熱し、冷たい水が下のパイプを通って底部に突入して暖かい水を交換します。
重力は熱サイフォン系の対流に力を与えます。 最良の結果を得るには、コレクターの上部をタンクの底部の少なくとも1フィート下に置きます。
高さ差が大きいほど流れが大きくなります。 但し、より大きい管、より短い操業および穏やかなくねりは十分な流動度のために作る。
凍結保護が必要な場合は、難しいことではありません。 コレクターは不凍液で満たすことができます（プロピレングリコールは最も一般的で非毒性です）。
熱交換器を介して家庭の水に熱を伝達することができます。
DIYの太陽給湯装置は働くか。
はい、しかし、あなたが住んでいる気候帯に注意してください。 例えば、thermosyphonシステムは氷結の保護がないので冬が凍っている寒い気候ではたらきません。
その場合は、冬の間に凍結しないように太陽熱温水器から水を排出するのが最善です。 このように、彼らは冬に使用されていないコテージや第二の家に最適です。
米国標準化協会または国際標準化機構に適合する太陽熱温水器は、両極端の温度で保護されます。
夏には、自動制御により水が過熱するのを防ぎます。
冬には、不凍液システムは特別な凍結していない液体を使用してコレクタを通過し、コレクタからの熱からタンクに排出し、実際に水が外に配管され
太陽熱温水器を南向きの屋根の側面に取り付け、直射日光を避けるために水平面から18°から50°の角度に設定するのが最善です。 そうすれば、自由エネルギーを使用して太陽光発電を最大化することができます。
あなたが必要とするサイズを定めるためには、あなたの世帯の一人あたりの熱湯の30ガロンを考慮しなさい。 あなたの家族が非常に保全志向である場合は、一人あたりのお湯の十ガロンで得るかもしれません。 そして、あなたもエネルギーコストを節約！
典型的な80ガロンの電気温水タンクは、その七年間の寿命で約150万Btuを消費します。
お湯タンクは、通常、一日分の消費を処理するためのサイズです。 四人家族のために、80ガロンのタンクは一日あたり一人あたりのお湯の20ガロンを供給するだろう。
また、気候地域に基づく太陽熱コレクタのサイジングの場合：
·サンベルトでは、タンク容量の1ガロンあたり2平方フィートのコレクタを使用します（毎日の家庭用使用）。
·南東部および山岳部の州では、タンク容量1.5ガロンあたり1平方フィートのコレクターを使用
·中西部および大西洋部の州では、タンク容量1.0ガロ
·ニューイングランドと北西部では、タンク容量0.75ガロンあたり1平方フィートのコレクターを使用しています。
これらの経験則に基づいて、80ガロンのタンクを持つ4人の世帯には、アリゾナ州では約40平方フィートのコレクター、サウスカロライナ州では55平方フィートのコレクター、アイオワ州では80平方フィートのコレクター、バーモント州では106平方フィートのコレクターが必要となる。
それらの活動的なシステムのために(それ故にポンプを要求しなさい)、あなたの太陽給湯装置に付すコントローラー装置は直接日光を感じ、水が望ましい温度に達したかどうか点検する。
コントローラーが家の中の貯蔵タンクに熱湯を流して準備ができているときポンプを活動化させます。
同様に、寒い冬の気候では、コントローラが温度を感知するとポンプが凍結し、太陽熱温水器から排水管を通って外部に水を排出します。
太陽熱温水器システムの重要な構成要素
閉ループシステムの主要な部分には、ソーラーコレクター、循環ポンプ、センサー付き差動制御、熱交換器、貯蔵タンクが含まれています。
膨張タンク、圧力安全弁、逆止弁、排水および充填アセンブリ、圧力および温度ゲージが含まれています。
コントローラとセンサ
コントローラは、一方のセンサが他方のセンサよりも暖かいことを感知すると、ポンプやその他の電気機器をオンにできるスイッ
温度差がなくなったり、非常に小さい場合、差動サーモスタットはポンプをオフにします。
太陽熱温水システムでは、一方のセンサ（温水を測定するために配置）はソーラーコレクタの出口に非常に近い配管にあり、他方のセンサ（冷水を測定するために配置）は貯蔵タンクの底部近くにある。
太陽が昇ると、コレクターは非常に速く熱くなります。 コレクターのセンサーはポンプをつけるためにコントローラーのスイッチを活動化させます。
太陽が沈んだり、暗い雲が現れたり、貯蔵タンクが十分に熱くなったりすると、二つのセンサーの間に大きな”差”はなくなります。 その後、サーモスタットはポンプを遮断します。
熱交換器
交換器は、太陽加熱された閉ループから家庭の水に太陽熱を転送します。 熱伝達を増加させる要因は次のとおりです。
·表面積が大きい
·熱伝導率が高い
·二つの流体間の最高温度差
交換器は、熱を交換する二つの流体間の障壁の数を指す単一壁または二重壁に分類することができる。 例えば、グリコールを使用するシステムは飲料水の汚染のために潜在性のためにsingle-walled交換体を使用するべきではない。
交換器は、単一壁熱交換器が許可されている貯蔵タンク内の銅コイルのように単純なものであってもよい。 太陽熱くする水は循環ポンプの助けによってコイルを通して循環される。
交換器は2つの液体が熱交換器を通って反対の方向で流れるという向流構成で取付けられています。 これは液体間の最も大きい温度の差動の維持によって熱熱交換を最大にする。
交換器の選択は、ソーラーコレクタによって生成された熱を（時間当たりのBtuで）転送する能力に基づいています。
交換器の製造業者または販売業者は、設置するコレクタの総面積に応じて、どのモデルが適切かを指定します。
メーカーはまた、熱伝達の適切な速度を達成するために、熱交換器の水辺に推奨される最小流量を指定します。
逆止弁
逆止弁は、流体が一方向にのみ流れることを可能にする。 それは暖かい貯蔵タンクからの涼しいコレクターへの対流の流れによって夜に損失熱を防ぎます。 逆止弁は”振動”のタイプまたは”ばね”のタイプであるかもしれない。
膨張タンク
膨張タンクは、閉ループ内の流体が加熱および冷却サイクルで膨張および収縮することを可能にする。 膨張タンクがなければ、流体が加熱されると配管が破裂する可能性があります。
どのように太陽熱温水器を作るのですか？
この記事では、日曜大工の太陽熱温水器には非常に多くのバリエーションがあるので、平板モデル、特に螺旋状に走るパイプを加熱するタイプに焦点を
太陽熱温水暖房コレクタを設計する
あなたが日曜大工のルートを追求する傾向があるなら、あなた自身のコレクターを作ることができます。 柔らかい銅の管は銅が水をよく運び、あなたの好みに曲がることができるのでコレクターの中の水を熱するために理想的である。
架橋ポリエテン（”PEX”）は、住宅改修プロジェクトや主流の建設部門における伝統的な銅および亜鉛メッキ鋼管に取って代わるものです。 ここではPEXオプションのビデオです。
手作りの大きな断熱ボックスの中にこれらのパイプ（柔らかい銅またはPEXまたは他の材料で作られた）を取り付け、太陽の光線が簡単に入るように
太陽の光線の吸収を高めるために、木箱の内側とパイプをスプレーペイントするのが賢明でしょう。
ここでは、独自の平板太陽熱温水器を構築する方法のサンプルビデオです。 アプリケーションに似た他の多くの教育ビデオがあります。
興味深いことに、ビデオの銅管に使用されているパターンは、芝生の上に横たわっている庭のホースを思い出させます。 あなたは素敵な暑い日に芝生に水を注ぐために横たわっている庭のホースを拾ったとき、ホースを出たときに暖かい水を感じたことを思い出します。
それはあなたの屋根の上にあるとき、銅管内部の水のためにフラットパネルが何ができるか想像してみてください！ そしてそれらのエネルギー-コストを救うことについて考え続
もう一つの選択肢は、より高価ではあるが、真空管コレクターである。 これは、コーヒー魔法瓶の同様の操作と一緒に動作する真空管のためのちょうど別の用語です。 それらは、層の間に真空を有する2つの層のガラスからなる。
真空管コレクターでは、太陽の光線を非常に効率的に吸収するようにチューブが構成されているため、飲料水は迅速に加熱されます。
太陽熱温水器コレクタを屋根に取り付ける
一般に、標準的な屋根は、上に取り付けられた平板コレクタをサポートすることができます。 コレクタボックスを取り付ける前に、帯状疱疹とシートとトラスシステムが構造的に健全であることを確認してください。 それがDIYの太陽給湯装置システムなら、それは木箱であることができる。
屋根の表面に取り付けクリップを取り付けます。 それからそれらの土台クリップにコレクター箱の上で引っ掛かる。 最後に、太陽と雨から屋根を保護するために帯状疱疹の下に取り付けスリップを挿入する必要があります。
最大の強度を得るためには、ラグボルトをトラス支持梁に挿入する必要があります。 さらに、雨水が屋根の下で漏ることを防ぐために接触のあらゆるポイントのまわりでシーリング材料を広げるべきです。
平板コレクターは100から150ポンドの間で重量を量ることができる従って梯子を使用して二人は頻繁に屋根の上にそれを持ち上げるために必要とされ
コレクタは取り付けクリップに接続され、所定の位置に固定され、アクションの準備ができています。
水の流れを運ぶための屋根にパイプを挿入します
その後、屋根に二つの穴をドリルします,コレクタ供給ラインのための一つ(コレクタに実行されている冷たい入ってくる水)とコレクタリターンラインのための別の(温水タンクに供給するために家に戻ってお湯).
屋根と交差するパイプの周りに収まる、影響を受ける地域から水を遠ざけるように設計された板金やプラスチックなど、特定の点滅を購入するこ
通常、パイプの点滅は円錐形の構造のように見え、先端は大きく切り取られています。 または、代わりにキャップを使用することもできます。
同様に、この円錐状の構造は底部に広い襟を持っており、本当に水を遠ざけようとしている印象を与えています。
銅パイプが屋根に入る地点の周りに点滅が固定されたら、シーラントを使用してすべてのタッチポイントを終了することができます。
太陽熱温水器の外圧に注意している人のために、以下を追加することをお勧めします:
·凍結防止弁（水温が凝固点付近にホバーしたときにのみ開き、パイプを排水し、凍結時に破裂しないようにするため）
·圧力リリーフ弁（パイプ内の水圧が高すぎる場合に余分な水を出し、破裂しないようにするため）)
屋根の上のコレクターから地下タンクにパイプを挿入する
今、私たちはここにいるので、私たちはの分割に対処することができます あなたがチームを使用している場合は労働。 1人または2人が屋根の上にコレクターを設置することができ、他の1人または2人は地下室で作業し、配管を設置して温水タンクに接続します。
屋根裏内部のはんだ付けを必要とせずに屋根裏部屋を通って地下室まで走ることができるため、軟質銅パイプが使用されることがよくあります。
屋根裏内部の銅管は断熱材で覆われており、熱の逃避を防止しています。
家の中の空気ダクトは、炉ダクトを含む家を通るネットワークをすでに持っているので、パイプの良い仲間です。
地下の給湯器は二つの目的を果たしています。 まず、屋根から配管された加熱された水を貯蔵します。 第二に、太陽水コレクターが加熱された水を生産していない場合、それはバックアップエネルギー源（電気加熱）を有するであろう。
地下の従来の温水タンクには、屋根のコレクタと交換するために必要なコレクタ供給管や戻り管がないため、配管工は温水タンクを改造する必要が
取付人は新しい熱湯タンクおよびソーラーコレクタの配管を取付けます。 すべての配管が設置されたら、不必要な熱損失を防ぐためにガラス繊維断熱材で覆う必要があります。
新しい太陽熱温水器を通常の給湯システムのできるだけ近くに配置して、近接して相乗効果を発揮できるようにすると役立ちます。
給湯器の最後のステップは、必要に応じて太陽熱温水暖房から電気暖房への自動切り替えに備えてサーモスタットを設定することです。
このビデオをチェックして、地下に給湯器を設置して準備する良い例を見てください。
温水タンクの近くにコントローラとセンサを設定する
我々はすでに差動コントローラとそれが何をするかについて話しました。 ここでは、しかし、このコントローラは、給湯器の近くにインストールする必要があり、それはLEDディスプレイ（発光ダイオード）、デジタル読み出し、および他のオプ
コントローラにはいくつかの設定があります。 これらには、高温設定、温度差、および”オフ”設定が含まれます。
設置する必要がある別の電気製品については、センサーには独自の配線が付属しており、外部に配線する場合は、プラスチックまたはゴム被覆で天候か
いずれにせよ、センサー線は本質的に同じ経路を共有しているので、外部のパイプに沿って走ることができ、より効率的です。
サーマルペーストを使用すると、センサーワイヤとパイプの表面との間に良好な接着を提供することができます。
コレクタフィードセンサは、通常、可能な最大温度を記録するために、平板コレクタの最もホットな点に配置されます。
温水タンクの近くにポンプとバルブを設定する
太陽熱温水器には、ポンプやバルブなど、他にも多くの重要なコンポーネントがあります。 一つは、地下タンクから屋根に取り付けられているコレクタにシステム流体（水またはプロピレングリコール）を循環させるシステムポンプ（サーキュレータ）で
太陽熱温水器にとって重要なバルブは、
·チェックバルブ（thermosyphonプロセスが夜間にコレクタを通ってお湯を再循環させるのを防ぎます）。
·排水バルブ（冬が入り、凍結から十分に保護されていない場合など、コレクタを排水する必要がある場合）。
·遮断弁（その唯一の可能なオプションは完全に開いているか、完全に閉じているので、その役割は、システムを排水することなく、安全停止としてお湯の循環を停止することです）。
·火傷防止バルブ（オプション、あまりにも高い温度でお湯が家の回路に入るのを防ぐためのもの）。
最後に、太陽熱温水器の取扱説明書をアクセス可能な場所に保管する必要があります。
また、太陽熱温水暖房システムの凍結保護方法を説明するラベルを目に見える場所にヒーター自体に貼り付ける必要があります。
余分材料:バッチ太陽給湯装置システム
これまでのところ、私達はずっと密集しているので主に平板の暖房装置をカバーしました。 しかし、バッチヒーターも人気があります。 覚えておくべき重要なことは、彼らは多くの場合、彼らは屋根の上にマウントされていない理由である、はるかに嵩高いということです。
代わりに、前述のように、バッチ給湯器は内部に大きなタンクを使用し、平板システムよりもはるかに多くのお湯を保つことができます。
バッチ式給湯器は南部の気候に最適であり、設計が比較的簡単であるため、何百年もの間使用されてきました。 伝えられるところによると、米国で最初のバッチ給湯器は1896年にボルチモアで建設されました！
バッチヒーターは、夏だけの季節の家庭やレクリエーション施設で人気があります。 しかし、冬の間、特に寒い気候では、バッチヒーターを排水する必要があります。