Доклад 9: Очень дешевый тепловой аккумулятор для солнечных коллекторов (Часть 3)

4) Свойства:

В ноябре 2009 я изготовил тепловой аккумулятор с водным пространством высотой 80 см и площадью 220 см х 220 см (объем – 3,87 тонн). Бак стоит в подвале на ровном полу из железобетонных плит. Теплоизоляция дна и боков – два слоя пенополистирола по 5 см. Теплоизоляция верха – три слоя стекловаты по 5 см

Я использую воду аккумулятора для отбора тепла от следующих трех источников:

— (через насос) Самодельный дровяной котел 80 кВт (он стоит на улице с января 2010 и не замерз ни разу)

— (без насоса) 6 шт. электронагревателей типа «ТЭН» суммарной мощностью 13,5 кВт (они опущены на глубину 40-60 см на стальной трубе, которая сухая внутри)

— (через насос с автоматическим включением во время солнца) 14,4 кв. метра самодельных плоских солнечных коллекторов

Результат работы этой системы: в 2011 дом потребовал 2,5 тысяч куб. м газа, в то время как до 2009 – по 9 тысяч куб. м в год

В августе 2010 я разобрал аккумулятор и осмотрел его: пенопласт, дерево, сталь были в хорошем состоянии. С тех пор аккумулятор работает с водой, залитой в августе 2010. Последние два месяца (апрель-май 2012) я делаю эксперимент по остановке аккумулятора: он стоит с температурой 20 град. Существовали опасения, что эта ситуация приведет к биологическим последствиям для воды, однако я до сих пор не заметил ни запаха, ни флоры, ни фауны 

Уровень воды в баке колебался от 70 см до 77 см. Температура воды поднималась выше 80 градусов 40-80 раз (это происходило во время работы с упомянутым котлом). Температура поднималась выше 85 град не меньше десяти раз. Максимум (87 град) достигался несколько раз 

Пленка бака испытывала дополнительную нагрузку:

— Я отбирал тепло из аккумулятора через самодельный теплообменник из гладких труб. Он опущен в воду на глубину 10-20 см и нагревает дом (трубы теплообменника принимают воду отопительной системы дома) или воду бассейна (трубы принимают воду бассейна). Этот теплообменник лежит на стальных опорах, которые опираются на дно бака через два деревянных щита (площадью по 0,4 м х 0,6 м) и поролон толщиной 5 см. Вес теплообменника и стальных опор – около 50 кг, т.е. давление на дно бака – 0,01 кг / кв. см (10 см водяного столба)  

— В ноябре 2010 я случайно уронил в бак тяжелый (2 кг) и острый предмет (с остриями шурупов). Я был уверен, что бак будет пробит. Скорее всего, 80 см воды замедлили его падение и ничего не произошло

Однако существует пять вещей, которые вызывают мое беспокойство:

1) Весной 2010 появились пробоины в пленке 24. В то время я решил, что это пленка зацепляется за острые края теплообменника при работе насоса котла (струя 200 литр / мин создавала сильный водоворот). Однако весной 2012 я начал подозревать, что причина в чем-то другом (я не знаю в чем до сих пор)

Этот эффект развивается следующим образом (мой бак не имеет поплавков 23): первые 3-6 месяцев новой пленки – пробоин нет. Затем появляются пробоины размером в несколько миллиметров (сейчас на 2-летней пленке – 5-10 пробоин на кв. метр). Вода из бака проникает через эти пробоины и создает лужи глубиной 1-2 см на поверхности пленки 24. Пар этих луж проходит под пленкой 27, попадает между пленками 27 и 28, конденсируется внизу пленки 28 и падает в стекловату 4  

Я заклеивал эти пробоины водоустойчивым скотчем и подвешивал пленку 24 (обычным скотчем) на верхних прутах 8. Третий метод моей борьбы – это положить кусок пенопласта между водой и пленкой 24. Я положил пенопласт в нескольких местах пленки 24 (3-6 месяцев назад) и убедился в эффективности этого метода. Это и есть идея поплавков 23: если существует пробоина в пленке 24, то она будет пропускать не воду, а пар. Это есть небольшая добавка к утечкам пара из стыка пленок 1 и 24. Работа бака доказала, что этот пар – не проблема

Еще одно изменение конструкции бака – это условие, чтобы край пленки 27 был ниже края пленки 28. Теперь пар из пространства между пленками 24 и 27 будет выходить не под пленку 28, а в атмосферу (я наблюдал это во время больших луж на пленке 24)

Хотя возможно более дешевое решение этой проблемы – это перейти с полиэтиленовой пленки 24 на другой материал или класть какие-то защитные пленки на пленку 24   

2) Мой экспериментальный бак имеет отличия конструкции от проекта бака главы 1. Основные из отличий:

— Экспериментальный бак не имеет поплавков 23. Пленка 27 имеет размеры 2,6 м х 2,6 м: она не свисает на стенки бака, хотя пленка 28 соответствует проекту (она свисает почти до пола)

— Экспериментальный бак стоит на ровном бетонном полу, а не на земле (Поэтому операция выравнивания земляной площадки отсутствовала). Слои песка 13, 14 отсутствуют (и их экспериментальная проверка не делалась). Их функцию выполнил нижний слой листов 3: я закладывал их между нижними прутами 7

— Деревянные стены бака сделаны из 8 шт. 7-летних деревянных щитов (от паллет; я думаю, что это дешевая сосна) размерами по 0,8 м х 1,2 м. Каждая стена бака – это два щита, которые соединены двумя сосновыми балками (сечение 50 х 50) в конструкцию 2,4 м х 0,8 м. Плотность укладки планок 9 (т.е. досок щитов) – 80 %. Интервал балок 6 – 70 см. Балки 6 – очень мощные: старое дерево сечением до 100 х 100 и / или 6-8 стальных труб с внутренним D = 15 мм (стенка 2,5 мм)

— Экспериментальный бак не имеет системы «планка 18 + колья 19, 20». Их функцию успешно выполнили упомянутые балки (они параллельны земле – одна внизу, другая вверху). Я ввел систему «планка 18 + колья 19, 20» в проект без экспериментальной проверки. Поэтому существует опасность, что эта система не справится со своей функцией и стены бака деформируются после заливки воды. В этом случае вода сливается из бака и система исправляется или меняется. Один из вариантов замены (экспериментально проверенный на моем баке) – это два ряда балок внизу и два ряда балок вверху. Эти балки могут быть закреплены на балки 6 снаружи бака

— Пруты 7, 8 – без защиты (даже без краски). Диаметр верхнего прута 8 – 5 мм. Нижний прут 7 – это пара прутов с диаметром 5 мм

— Керамические плитки 17 отсутствуют (не проверялись)

— Я устанавливал пленки 1 так, чтобы они формировали складку на стыках дна бака и его стенок. Возможно, это предотвращало разрыв пленки при подвижках стенок (Скорее всего, это ошибочное предположение). Формирование этой складки – трудоемкая операция и она исключена из проекта аккумулятора

3) Осенью 2011 я увидел мышь в стекловате 4. До этого я думал, что грызуны будут избегать стекловаты и высокой температуры от воды бака. Однако мышь прожила в стекловате примерно неделю, оставила помет, ничего не разрушила и затем куда-то исчезла

Существует много стандартных методов борьбы с грызунами, в том числе яды и ультразвук. Однако мой бак дает еще один метод (экспериментально не проверялся) – это подать газ между пленками 27 и 28. Одинокий бак может иногда подключаться (через шланг) к дизельному электрогенератору или автомобилю. Система из большого количества баков может иметь постоянные шланги, которые идут вместе с трубами подвода-отвода воды. Варианты газа: выхлопы двигателей или котельных, генераторы угарного газа, источники сероводорода и других отравляющих газов. Еще один вариант (вместо шланга) – класть в стекловату что-то тлеющее или дающее газ очень долго (месяцы или годы)      

Защита дна и боков аккумулятора (от грызунов и насекомых) выглядит более надежно: стальные листы 15 и температурный градиент в пенополистироле: если в баке 90 град, то в середине слоев пенополистирола 50-70 град, за пенополистиролом – 20-50 град. Плюс температурный градиент в опоре бака (бетон и / или земля)

4) Бак не испытывался на температурах воды 95-100 градусов. Я не мог провести такой эксперимент из-за того, что это был дом не мой, а моего брата. Если бы вода бака залила его подвал, то брат «убил» бы меня

Пленка 1 (которая использовалась до августа 2010) была испытана мною на прочность. Оказалось, что один слой пленки держит 110 см водного столба при температуре 96 град (затем быстро растягивается и рвется), в то время как прочность при температуре 62 град – 310 см столба. Это не удивительно, поскольку разные марки полиэтилена имеют температуру плавления от 105 до 120 град. Однако, во-первых, разрыв происходит только на «водных пузырях», которые не имеют опоры (я испытывал на конце трубы с наружным диаметром 32 мм). Если вся пленка 1 будет лежать на пенополистироле 3 или прочной пленке 16, то не будет «водных пузырей» и не будет разрывов. Во-вторых, после августа 2010 я поставил более дорогую пленку 1 (я думаю, что теперь 130 мкм, а была – около 100 мкм). В-третьих, две пленки 1 имеют прочность в два раза больше. В-четвертых, существуют пленки более толстые, тугоплавкие и легированные на прочность. В-пятых, существует идея перехода от полиэтиленовых пленок на другой материал (например, разные марки ПВХ имеют температуру плавления от 150 до 220 град). В-шестых, риск разрыва пленок уменьшается при уменьшении высоты бака

5) Я не испытывал бак на улице. Уличный случай имеет много дополнительных факторов воздействия, в том числе:

— Коты: в октябре 2009 я испытывал 150-литровый прототип бака на улице. Мой кот обнаружил теплое место на баке уже через несколько часов и создал там себе лежку (бак не имел стропил и его крыша была горизонтальной). В следующую ночь пошел дождь, который сделал большую лужу в яме на лежке кота. Пленка 28 была старой и с дырками, поэтому я долго потом сушил стекловату… Однако сейчас 2-скатная крыша бака исключает такие неприятности

— Собаки и дикие животные: мой щенок тоже быстро отыскивает аномалии тепла (я наблюдал это по «солнечному зайцу» от концентратора для солнечных коллекторов), однако собаки не могут забираться на высокий бак

— Грызуны и земляные насекомые – см. п.2

— Летающие насекомые и птицы

— Ветер – может надувать пленку 28, поднимая ее на десятки сантиметров (Я наблюдал это на своем парнике площадью 3,5 м х 7м). Он может сорвать пленку 28 с ее креплений на стенках бака. Сильный ветер давит на стропила 21, на пленку 27 и ее крепления на стропилах. Давление ветра на стенки бака может деформировать их, если система «планки 18 и колья 19, 20» окажется неэффективной 

— Дождь – может попасть в стекловату 4 через пробоины в пленке 28. Однако новые пленки 28 кладутся на старые пленки. И совпадение пробоин в разных пленках маловероятное. Идеи сушки намокшей стекловаты (экспериментально не проверялись; я сушил свою стекловату через временное удаление пленки 28): во-первых, шланг, упомянутый в п.3, может подавать воздух между стекловатой и пленкой 28. Во-вторых, существует идея специально оставить отверстия между пленками 27 и 28, чтобы ветер подавал воздух под пленку 28. В-третьих, эту работу может делать вентилятор

— Роса и иней. Они могут дать воду, которая попадет в стекловату через пробоины в пленке 28. Однако, существуют сомнения, что влага будет появляться на пленке 28, поскольку она более теплая, чем ее окружение

— Снег. Его давление – главный враг стропил 21, пленки 27 и ее креплений на стропилах. Кроме этого, вода тающего снега может попасть в пробоины пленки 28

— Солнце. Оно уничтожает пленку 28, которая защищает весь бак от него

— Мороз – страшен только для неработающего аккумулятора, поскольку его вода может покрыться льдом, который разрушит пленку 1

— Грибок из земли – враг деревянных деталей бака

 

5) Анализ долговечности и плановое обслуживание аккумулятора:

Следующие детали обязаны работать весь срок службы бака (20-40 лет):

Деталь

Материал

Факторы старения

Идеи дополнительного уменьшения этих факторов

Балки 6 и 10

Сосна +  пропитка

— Грибок из земли

— Колебания влажности

— Нагрузка

— Дополнительная пропитка (или покрытие) низа балки

— Более долговечная древесина

— Увеличение сечения балки

Планки 9

Сосна (и пропитка 1-3 нижних ряда планок)

— Грибок из земли

— Колебания влажности

— Пропитка средних и верхних рядов

— Более долговечная древесина

Стропи-ла 21 и планки 22

Сосна

— Температура 70-90 град (хотя грибок теперь не страшен)

— Влажность-100%

(1,5 года эксплуатации не повлияли на мою старую сосну)

???

Нижние пруты 7

Оцинкованная (или краска) дешевая сталь (марка Ст3)

— Нагрузка

— Коррозия (Может песок 13, 14 сухой и среда не агрессивная?)

— Легированная сталь

— Более эффективное (чем Zn) покрытие

— Увеличение диаметра прута (увеличение его запаса прочности)

Листы 15

Оцинкованная дешевая сталь (марка Ст3)

Коррозия

Аналогичный сайдинг служит больше чем 50 лет. Причем в более агрессивных условиях

Песок 13, 14

Любой песок

Вымывание потоками воды

— Бортик из планок 9

Листы 3

Пено-полистирол

— Давление до 10 кПа

— Температура до 100 град

(Я не заметил какого-то сильного старения за 2,5 года работы моего бака)

— Увеличение плотности пенополистирола (и переход на более тугоплавкие марки)

Пленка 16

?  ?  ?        (я использовал «гидро-барьер»)

Любая пленка – это аморфный материал и он медленно течет

Пленка со следующими качествами: прочная (при 100 град), высокая аморфная вязкость (при 100 град), дешевая, долговечная

 Следующие детали бака имеют более короткий срок службы и будут заменяться:

— Пленка 28 (она уничтожается солнцем и ветром; она должна быть заменена до появления больших пробоин): новая пленка 28 кладется на старые пленки и фиксируется скобами степлера на стенках бака

— Стекловата 4 (время и нагрузка сжимают ее): новый слой стекловаты кладется на старые слои. Это делается через следующие операции. Сначала нож отрезает все пленки 28 от их креплений на стенках бака (пленка 27 имеет право быть случайно отрезанной). Затем пленки 28 заворачиваются, чтобы освободить половину длины бака. Новый слой стекловаты кладется туда. Затем пленки 28 освобождают другую половину бака и она закладывается новой стекловатой. Затем пленки 28 возвращаются на старое место и их обрезки фиксируются степлером на стенках бака

— Кол 19 (он сгнивает): новый кол 19 забивается в землю, затем шуруп планки 18 выкручивается из старого кола и закручивается в новый кол. Старый кол остается в земле и сгнивает за 1-2 цикла

— Кол 20 (тоже сгнивает): новые колья 20 забиваются на других 50 % балок 6 (тех которые их не имели). Старые колья остаются в земле и сгнивают до следующей замены кольев

— Пленка 24: она меняется вместе с пленками 1 (Хотя пленка 24 может меняться и отдельно)

— Пленки 1 меняются тогда, когда окажутся пробитыми. Это приводит к потере воды 2 и аварийной остановке аккумулятора. Замена пленок 1 делается через следующие операции (они делаются двумя людьми на небольшом грузовике с запасом пленок 1 и 24):

А) Грузовик добирается до бака

Б) Отрезать (ножом) все пленки 28 и пленку 27 от их креплений на стенках бака

В) Свернуть обрезки пленок (те, которые свисают на стенки бака) в рулоны и зафиксировать их прищепками, которые снимаются с веревки 26

Г) Частично вытянуть длинные пруты 8 (не трогать короткие пруты 8), чтобы открыть доступ в бак размерами 0,6 м х 3,8 м

Д) Развернуть валик 25, чтобы отделить пленку 24 от пленки 1

Е) Человек пролезает внутрь бака и вынимает пленку 24 и поплавки 23 из него

Ж) Найти причины повреждения пленок 1 и устранить эти причины

З) Старые пленки 1 вынимаются из бака

И) Новые пленки 1 устанавливаются

К) Рулон новой пленки 24 вводится в бак, все пруты 8 возвращаются на место

Л) Перерыв (вода 2 заливается в бак). Грузовик уезжает и увозит старые пленки 1, 24 для утилизации. Когда-то грузовик вернется

М) Старые поплавки 23 устанавливаются

Н) Новая пленка 24 разворачивается из рулона. Пленки 1, 24 соединяются друг с другом через валик 25 и он фиксируется на веревке 26 прищепками, которые снимаются из рулонов п.В

О) Обрезки пленок 27, 28 фиксируются степлером на стенках бака

Таким образом, аккумулятор требует следующих операций планового обслуживания:

 

Операция

Перио-дич-ность

Цена материалов

Расход вре-мени

х 0,25 ЕUR / мин

Итого расхо-ды

Расхо-ды за 1 год

% стои-мости бака

1

Добавление новой пленки 28

4 год

13,2 Е

15 мин

3,7 Е

16,9 EUR

4,2 EUR

0,9 %

за год

2

Добавление слоя стекловаты 4

12 год

13,6 Е

30 мин

7,5 Е

21,1 EUR

1,8 EUR

0,4 %

за год

3

Замена колов 19

7 год

0,8 Е

15 мин

3,7 Е

4,5 EUR

0,6 EUR

0,1 %

за год

4

Добавление колов 20

7 год

0,8 Е

10 мин

2,5 Е

3,3 EUR

0,5 EUR

0,1 %

за год

5

Аварийная замена пленок 1 (и пленки 24)

норма –

10 год

23,8 Е

220 мин

55 Е

78,8 EUR

7,9 EUR

1,8 %

за год

 

  С  У  М  М  А

 

 

 

 

 

15,0 EUR

3,3 % за год

Остальные детали бака (верхние пруты 8, керамические плитки 17, деревянная планка 18, поплавки 23, веревка 26, пленка 27) могут заменяться легко. Тем не менее, их срок службы будет равен сроку службы бака (скорее всего) 

                       (ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 9: Очень дешевый тепловой аккумулятор для солнечных коллекторов (Часть 3): 1 комментарий

  1. Здравствуйтэ! Я также как и вы занимаюсь этой темой, и у меня есть предложение касательно заменителя пленки.

    Есть такой материал, «Баннер» называется. Это толстая виниловая пленка с ребристой текстурой. На ней печатают рекламу. Вероятно можно найти устаревшие рекламные баннеры, за бесплатно, и из них сделать емкость для теплового аккумулятора.

Обсуждение закрыто.