översikt över solvärmesystem
i USA tar värmevatten upp en stor del av en byggnads driftskostnader. Rikstäckande går cirka 18% av energianvändningen i bostadshus mot uppvärmning av vatten, men endast 4% av energianvändningen i kommersiella byggnader.
för närvarande möter soluppvärmt vatten endast cirka 2% av de potentiella solvattenvärmesystemen för alla bostäder i USA.
generellt kan du använda solvärmeanläggningar i bostäder med ett söderläge (eller nära det) tak eller oskuggade grunder för att installera en samlare (för att möta solens strålar och absorbera solenergin).
år 2021 var dessa stater de mest populära för solvärmemarknaden: Kalifornien, Texas, North Carolina, Florida, Arizona, Nevada, New Jersey, Massachusetts, Georgia och New York.
New Jersey, Massachusetts och New York nämner visar att solvattensystemen inte alltid behöver vara i en solfläck!
intressant. På global basis, från och med 2017, är Barbados, Österrike, Cypern, Israel och Grekland de ledande länderna för soluppvärmt vatten med kapacitet per person.
är DIY solvattenberedare värda det?
DIY betyder gör-det-själv, i motsats till att anställa ett byggföretag för att göra ditt arbete.
en solvattenberedare ansluter inte till elnätet för att samla in ström; den absorberar energi från solen och matar tillbaka den till vattenvärmesystemet i ditt hus.
för att vara tydlig, ger ett solvärmesystem endast uppvärmt vatten och kan inte driva dina elektriska apparater, till exempel. Så ett alternativ är att installera ett solcellssystem istället, vilket skulle ge solenergi till din Elektriska varmvattenberedare.
med ett solcellssystem kan du behålla ditt vanliga varmvattensystem, men du kan göra solpaneler och solvärmesystem!
en solfångare använder en solfångare på ditt tak i en vinkel som bäst fångar solens strålar och direkt värmer vattnet i ditt hus.
en typisk solvärmare kan minska konventionella elektriska energikostnader med cirka 40-50% och spara pengar på dina energiräkningar.
förstå att solvärmaren inte eliminerar nätenergi – den fungerar som en säkerhetskopia, en som potentiellt kan spara mycket pengar eftersom du inte betalar för nätenergin som du inte längre behöver när det är soligt ute.
DIY solvärmaren och elnätet går sida vid sida och fungerar som partners, särskilt i varma klimat där solen är kraftfull under långa timmar varje dag.
DIY solar hot water systems kostar verkligen pengar att installera; de kan dock betala tillbaka sin investering när du behöver mindre nätenergi och därmed ha lägre elräkningar genom att spara på energikostnader.
när investeringen har betalat tillbaka sig själv med denna fria energi kan du njuta av nästan gratis varmvatten under solvärmarens återstående livstid!
Plus, i USA har kongressen erbjudit en investeringsskattekredit, känd som federal residential solar energy credit (fortsätt kontrollera tillgängligheten—den senaste indikationen är att den löper ut den 31 December 2024).
denna skattekredit är en dollar-för-dollar-minskning av dina inkomstskatter. Så, till exempel, om du får en federal skattekredit på $1000, och dina federala skatter, annars är det $1000 eller mer, får du en $1000 minskning av dina federala skatter.
du kan också ansöka om en statlig skattekredit, beroende på ditt tillstånd.
för mer information om investeringar skattelättnader för solenergi, besök denna webbplats.
solpaneler är en annan sak. Solpaneler omvandlar solljus till El, vilket driver ditt hus. Här täcker vi bara solvärmesystem.
ekonomin för DIY solvattenvärmare
DIY solvattenvärmesystem är vanligtvis dyrare att köpa och installera än gasvattenberedare eller konventionella elektriska vattenvärmare.
men med hjälp av ett DIY solvärmesystem kan du spara pengar på lång sikt.
besparingsekonomin för solvärmesystem bygger på många olika faktorer:
· förbrukning av varmvatten
· prestanda för solvärmesystemet
· geografiskt läge och solexponering och därmed solenergi tillgänglig
· tillgängliga Statliga skattelättnader och finansiering
· jämförande kostnader för gasvattenberedare och konventionella elektriska värmare
faktorer som används för att uppskatta energieffektiviteten hos en solvärme varmvattensystem är solenergifaktor och solfraktion.
solenergifaktorn beräknas genom att dividera den energi som levereras av det totala systemet med mängden konventionell energi som matas in i systemet.
om faktorn är 5 betyder det att solvärmesystemet pumpar ut fem gånger mer energi än den energi som förbrukas av gas-eller elvärmesystemen som säkerhetskopierar solvärmesystemet.
vanligtvis är solenergifaktorn 2 eller 3.
solfraktionen är andelen av den totala varmvattenuppvärmningsbelastningen som tillhandahålls av solvärme. Så det skulle naturligtvis sträcka sig mellan 0 och 1,0.
solvärmesystem har vanligtvis en solfraktion av 0,5 till 0,75.
vilka är de olika typerna av DIY Solar varmvattenberedare?
det finns många olika typer av DIY solar varmvattensystem. För det första finns det den aktiva solvärmaren, som vanligtvis kräver en pump. Däremot har vi också den passiva solvärmaren, som inte använder en pump; istället använder den konvektion.
den passiva solvattenmodellen tillåter varmt vatten att stiga och kallt vatten att sjunka, så en pump behövs inte.
det finns två huvudtyper av passiva modeller:
1. Integrerad samlare Lagring. Dessa kallas också batchvärmare och använder tankar som fungerar som lagrings-och solvärmeuppsamlare (samlare vilket innebär att det utsätter vattnet för solens strålar och därmed samlar solens värme). (De kallas kärleksfullt som” brödlådor ” på grund av deras skrymmande utseende).
2. Konvektion värme Lagring. De är främst platta samlare, och tanken ligger i källaren. Således är samlarna och lagringstankarna separata. Förvaringen avser var varmvattnet hålls.
vi kommer att fokusera mer på passiva solvattensystem eftersom de är billigare och enklare att installera.
vidare kommer vi att fokusera på plattplattans nästa underkategori eftersom de är enklare att bygga och installera än batchvärmare. Det är bara bra att vara medveten om de olika möjligheterna med DIY solvattenberedare.
de platta kollektorerna kallas också termosyfonsystem eftersom de förlitar sig på förutsättningen att ”värmen stiger.”
det varmare vattnet stiger för att lämna systemet för att värma huset, och kallare vatten rusar in i botten genom ett nedre rör för att ersätta det varmare vattnet.
Gravity Driver konvektivt flöde i ett termosyfonsystem. För bästa resultat, placera toppen av samlarna minst en fot under tankens botten.
större höjdskillnad kommer att resultera i större flöde. Större rör, kortare körningar och mjuka böjningar ger emellertid en tillräcklig flödeshastighet.
om du behöver frysskydd är det inte svårt att göra. Samlarna kan fyllas med en frostskyddslösning (propylenglykol är den vanligaste och giftfria).
du kan överföra värmen till hushållsvattnet via en värmeväxlare.
gör DIY solvärmare arbete?
Ja, men var uppmärksam på klimatzonen där du bor. Termosyfonsystem fungerar till exempel inte i kalla klimat där vintern fryser eftersom de inte har frysskydd.
i så fall är det bäst att tömma vattnet från solvärmaren för att inte frysa under vintern. På detta sätt är de idealiska för stugor eller fritidshus som inte används på vintern.
solvärmare som uppfyller American National Standards Institute eller International Standards Organization kommer att ha skydd vid båda extrema temperaturer.
på sommaren förhindrar automatiska kontroller att vattnet överhettas.
på vintern använder frostskyddssystem speciell, icke-frysvätska för att rinna genom samlarna och dränera bort från värmen från kollektorn i tanken så att inget vatten faktiskt leds utanför.
det är bäst att montera solvärmaren på den sida av taket som vetter mot söder och ställa dem i en vinkel på 18 till 50 kg ner från horisontalplanet för bästa direkt solljus. På så sätt maximerar du solenergi med fri energi.
för att bestämma vilken storlek du behöver, överväga 30 liter varmt vatten per person i ditt hushåll. Om din familj är mycket bevarande sinnade, du kan få med tio liter varmt vatten per person. Och du sparar energikostnader också!
en typisk 80-gallon elektrisk varmvattentank som betjänar en familj på fyra kommer att konsumera cirka 150 miljoner BTU under sin sjuåriga livstid.
varmvattentanken är vanligtvis dimensionerad för att hantera en dags konsumtion. För en familj på fyra skulle en 80-gallon tank leverera 20 liter varmt vatten per person och dag.
även för solvärmeuppsamlare dimensionering baserat på din klimatregion:
· i Mellanvästern och Atlanten, använd 1 kvadratmeter samlare per 1,0 liter tankkapacitet.
baserat på dessa tumregler behöver ett hushåll på fyra med en 80-gallon tank cirka 40 kvadratmeter av samlaren i Arizona, 55 kvadratmeter av samlaren i South Carolina, 80 kvadratmeter av samlaren i Iowa och 106 kvadratmeter av samlaren i Vermont.
för de aktiva systemen (och därmed kräver en pump) kommer en styrenhet som är ansluten till din solvattenberedare att känna direkt solljus och kontrollera om vattnet har nått önskad temperatur.
när regulatorn är redo att strömma varmt vatten i lagertanken inuti huset aktiverar den pumpen.
på samma sätt, i kalla vinterklimat, om regulatorn känner av temperaturen fryser pumparna, kommer det att tömma vattnet från solvärmaren genom dräneringsrör till utsidan.
de viktiga komponenterna i en sol varmvattenberedare System
de viktigaste delarna av en sluten krets system inkluderar solfångare, cirkulationspumpar, en differentialstyrning med sensorer, värmeväxlare, och en lagringstank.
mindre men väsentliga delar inkluderar en expansionstank, tryckavlastningsventil, backventil, avlopps-och fyllningsenhet och tryck-och temperaturmätare.
styrenhet och sensorer
när styrenheten känner av att en sensor är varmare än den andra, kommer den att aktivera en strömbrytare som kan slå på en pump eller annan elektrisk enhet.
när det inte längre finns någon skillnad i temperatur eller mycket liten, kommer differentialtermostaten att stänga av pumpen.
i ett solvärmesystem är en sensor (placerad för att mäta varmt vatten) på rören mycket nära solfångarens utlopp och den andra sensorn (placerad för att mäta kallt vatten) ligger nära botten av lagringstanken.
när solen kommer upp blir samlaren varm mycket snabbt. Samlarens sensor aktiverar omkopplaren i regulatorn för att slå på en pump.
när solen går ner, mörka moln dyker upp eller lagringstanken blir tillräckligt varm kommer det inte längre att finnas en stor ”skillnad” mellan de två sensorerna. Då stänger termostaten av pumpen.
värmeväxlare
växlaren överför solvärme från den soluppvärmda slutna slingan till hushållsvattnet. Faktorer som ökar värmeöverföringen är:
· hög värmeledningsförmåga
· maximal temperaturskillnad mellan de två vätskorna
växlarna kan kategoriseras som en enda vägg eller dubbelvägg, vilket hänvisar till antalet barriärer mellan de två vätskorna som utbyter värme. Till exempel bör system som använder glykol inte använda en enväggig växlare på grund av risken för kontaminering av dricksvatten.
en växlare kan vara lika enkel som en kopparspole i lagertanken, där värmeväxlare med en vägg är tillåtna. Soluppvärmt vatten cirkuleras genom spolen med hjälp av en cirkulationspump.
växlarna installeras i en motflödeskonfiguration där de två vätskorna flyter i motsatta riktningar genom värmeväxlaren. Detta maximerar termisk värmeväxling genom att bibehålla den största temperaturskillnaden mellan vätskor.
valet av en växlare baseras på dess kapacitet att överföra värme (i BTU per timme) som produceras av solfångarna.
tillverkaren eller distributören av växlaren kommer att ange vilken modell som är tillräcklig, beroende på den totala kvadratmeter av kollektorn som ska installeras.
tillverkare kommer också att ange en rekommenderad minsta flödeshastighet på värmeväxlarens vattensida för att uppnå en tillräcklig värmeöverföringshastighet.
backventil
en backventil tillåter vätska att strömma endast i en riktning. Det förhindrar värmeförlust på natten genom konvektivt flöde från den varma lagertanken till de svala samlarna. Kontrollventiler kan vara av typen ”swing” eller ”spring” – typen.
expansionstank
en expansionstank tillåter vätskan i den slutna slingan att expandera och dra ihop sig i värme-och kylcykeln. Utan expansionstanken kan VVS brista när vätskan värms upp.
Hur gör man en solvärmare?
för den här artikeln, eftersom det finns så många variationer av gör-det-själv-solvärmare, kommer vi att fokusera på plattplattmodellen, särskilt den typ som värmer ett rör som löper i form av en spiral.
designa Solvattenuppvärmningssamlaren
om du är benägen att följa gör-det-själv-vägen kan du skapa din egen samlare. Mjuka kopparrör är idealiska för uppvärmning av vattnet inuti uppsamlaren eftersom koppar bär vatten väl och kan böjas efter eget tycke.
tvärbunden polyeten (”PEX”) ersätter traditionella koppar-och galvaniserade stålrör i hemrenoveringsprojekt och den vanliga byggsektorn. Här är en video för PEX-alternativet.
du kan montera dessa rör (gjorda av mjuk koppar eller PEX eller andra material) inuti en handgjord stor isolerad låda och använda en härdat glasruta som lock så att solens strålar lätt kan komma in.
det skulle vara klokt att spraya insidan av trälådan och rören för att öka absorptionen av solens strålar.
här är en provvideo om hur du konstruerar din egen platta solvattenberedare. Det finns många andra instruktionsvideor som liknar applikationen.
intressant är att mönstret som används för kopparröret i videon påminner oss om en trädgårdsslang som ligger på gräsmattan. Du kommer ihåg när du plockade upp trädgårdsslangen som låg ner för att vattna gräsmattan på en trevlig varm dag, kände du det varma vattnet när det lämnade slangen.
Föreställ dig vad den platta panelen kan göra för vattnet inuti kopparröret när det är på ditt tak! Och fortsätt tänka på att spara dessa energikostnader.
ett annat alternativ, även om det är dyrare, är de evakuerade rörsamlarna. Detta är bara en annan term för vakuumrör, som fungerar tillsammans med liknande funktion av kaffetermoser. De består av två lager av glas med ett vakuum mellan skikten.
i de evakuerade rörsamlarna värms dricksvattnet snabbt eftersom rören är strukturerade för att absorbera solens strålar mycket effektivt.
montera Solvärmeuppsamlaren på taket
i allmänhet kan alla standardtak stödja en plattplattuppsamlare monterad ovanpå. Kontrollera att bältros och arket och trussystemet är strukturellt ljud innan du sätter fast kollektorboxen. Om det är en DIY sol varmvattenberedare system, som kan vara en trälåda.
fäst fästklämmorna på takets yta. Då kommer du att koppla upp uppsamlaren rutan till dessa monterings klipp. Slutligen bör du sätta in monteringsglidningen under bältros för att skydda taket från sol och regn.
du bör sätta in lagbulten i en fackverksstödbalk för maximal styrka. Dessutom bör du sprida tätningsmaterial runt alla kontaktpunkter för att förhindra att regnvatten läcker under taket.
plattplattsamlare kan väga mellan 100 och 150 pund, så två personer som använder stegar behövs ofta för att lyfta den på taket.
uppsamlaren är sedan ansluten till monteringsklämmorna och är fastsatt på plats, redo för åtgärd.
sätt in Rör i taket för att transportera vattenflödet
då borrar du två hål i taket, en för uppsamlingsmatnings linjen (kallt inkommande vatten som rinner in i uppsamlaren) och en annan för uppsamlingsreturledningen (varmt vatten som återvänder till huset för att mata in i varmvattentanken).
det är viktigt att köpa särskilt blinkande—plåt eller plast utformad för att rikta vatten bort från det drabbade området—som passar runt ett rör där det skär taket.
vanligtvis blinkar för ett rör som en konformad struktur, med spetsen avskuren på ett stort sätt. Eller så kan du använda en keps istället.
dessutom har denna konliknande struktur en bred krage i botten-vilket ger dig intrycket att det verkligen försöker rikta bort vatten.
när blinkningen är fastsatt runt den punkt där kopparröret kommer in i taket kan du avsluta alla beröringspunkter med ett tätningsmedel.
för dem som är försiktiga med ovälkomna yttre tryck på solvärmaren, skulle det vara bra att lägga till följande:
sätt in rör från uppsamlaren på taket till Källartanken
nu när vi är här kan vi ta itu med uppdelningen av arbete om du använder ett lag. En eller två personer kunde installera uppsamlaren på taket, medan den andra eller två arbetar i källaren, installerar rörledningar och ansluter den till varmvattentanken.
ganska ofta används mjuka kopparrör eftersom de kan springa genom vinden ner till källaren utan att behöva lödas inuti vinden.
kopparrör inuti vinden är mantlade med isolering för att förhindra värmeutsläpp.
luftkanaler inuti huset är ofta bra följeslagare till rör eftersom de redan har ett nätverk genom huset, inklusive ugnskanaler.
vattenvärmaren i källaren tjänar två syften. För det första lagrar det uppvärmda vattnet som har rörts ner från taket. För det andra kommer den att ha en backup energikälla (elektrisk uppvärmning) om solvattensamlaren inte producerar något uppvärmt vatten.
den konventionella varmvattentanken i källaren har inte uppsamlingsmatnings-eller returrören som krävs för att byta ut med uppsamlaren på taket, så rörmokaren måste eftermontera varmvattentanken.
installatören kommer att installera den nya varmvattentanken och solfångarröret. När alla rörledningar har installerats bör du täcka den med glasfiberisoleringsmaterial för att förhindra onödig värmeförlust.
det skulle hjälpa om du placerade den nya solvärmaren så nära som möjligt till det vanliga varmvattensystemet så att de kan synergisera i närheten.
det sista steget för varmvattenberedaren är att ställa in termostaten för att förbereda den automatiska övergången från solvärme till elvärme, efter behov.
kolla in den här videon för att se ett bra exempel på att installera och förbereda en varmvattenberedare i källaren.
Ställ in styrenheten och sensorerna nära varmvattentanken
vi har redan pratat om differentialstyrenheten och vad den gör. Här måste dock denna styrenhet installeras nära vattenvärmaren, och den levereras med LED-skärmar (ljusdiod), digitala avläsningar och andra alternativ.
Styrenheten har flera inställningar. Dessa inkluderar högtemperaturinställningen, temperaturskillnaden och inställningen ”av”.
när det gäller andra elektriska objekt som måste installeras, sensorer kommer med sina egna ledningar, och om de dirigeras utanför, de måste skyddas från vädret med plast eller gummi hölje.
sensorkablarna kan springa längs rören på utsidan eftersom de i huvudsak delar samma väg ändå, vilket är mer effektivt.
du kan använda termisk pasta för att ge en bra bindning mellan sensorkablarna och rörens yta.
kollektorns matningssensor placeras vanligtvis vid den varmaste punkten på den platta kollektorn för att registrera maximal möjlig temperatur.
Ställ in pumpar och ventiler nära varmvattentanken
det finns många andra kritiska komponenter i solvärmaren, såsom pumpar och ventiler. En är systempumpen (Cirkulator) för att cirkulera systemvätskan (vatten eller propylenglykol) från källartankarna till kollektorn som är monterad på taket.
ventiler som är viktiga för solvärmaren är;
· dräneringsventil (om uppsamlaren behöver tömmas, till exempel om vintern sätter in och den inte är tillräckligt skyddad mot frysning).
· Isoleringsventil (eftersom dess enda möjliga alternativ är helt öppna eller helt stängda, är dess roll att stoppa cirkulationen av varmt vatten som ett säkerhetsstopp utan att tömma systemet).
slutligen bör du förvara bruksanvisningen för solvärmaren på en tillgänglig plats.
bör också fästa etiketten som förklarar frysskyddsmetoden för solvärmesystemet på en synlig plats på själva värmaren.
Extra Material: Batch Solar Water Heater Systems
hittills har vi huvudsakligen täckt plattvärmesystem eftersom de är mycket mer kompakta. Batchvärmare är dock också populära. Det viktigaste att komma ihåg är att de är mycket skrymmande, varför de ofta inte är monterade på ett tak.
istället, som nämnts, kan en batchvattenberedare använda en stor tank inuti och hålla mycket mer varmt vatten än ett plattplattsystem.
batchvattenberedaren är bäst för södra klimat och har funnits i hundratals år, eftersom de är relativt enkla att designa. Enligt uppgift byggdes den första batchvattenberedaren i USA i Baltimore 1896!
batchvärmare är populära i säsongshem och fritidsanläggningar där fastigheten är den enda sommaren. Men under vintrarna, särskilt i kalla klimat, bör du tömma batchvärmaren.