Доклад 11: 4-й тип дешевых солнечных концентраторов (Часть 1)

Существует идея солнечного концентратора, который имеет (рис.А – вид сбоку) цилиндрические верхнее зеркало 1 и нижнее зеркало 2. Эти зеркала фокусируют радиацию от солнца 3 на коллекторе 4, где эта радиация нагревает воду. Система зеркал 1,2 и коллектора 4 может поворачиваться вокруг оси 5

Этот концентратор имеет следующий недостаток: сильный ветер шатает зеркала 1, 2 и эти колебания передаются на коллектор 4. Это уменьшает срок службы коллектора. Идея нового концентратора 4-го типа – это убрать механическую связь между зеркалами и коллектором 4, чтобы ветер не разрушал коллектор. Остальные 80 % конструкции концентратора не отличаются от прототипа (т.е. упомянутого выше концентратора 1-го типа)

Концентратор 4-го типа был испытан в г. Миргород (Украина) в январе-марте 2012: эксплуатация трех секций по 4 кв. метра зеркал (и до июня 2012 одна секция с другим креплением на земле). Концентратор оказался дешевым (2-4 EUR за кв. метр зеркал) и с эксплуатационными расходами меньше 0,2 EUR в год на кв. м зеркал

 

1) Конструкция

Концентратор имеет (рис.B – вид сбоку):

— Два листа 6 пенополистирола толщиной 2 см, высотой по 1 м и шириной по 2 м

— Дешевые зеркала 7. Я использовал зеркальную полимерную пленку, которая была наклеена на пенополистирол с солнечной (южной) стороны. Тема дешевых зеркал была описана в Докладе 10 (глава 2 и технология быстрой замены зеркал) и будет описана более подробно в последующих докладах: зеркала на полимерной пленке и на полосах обычного стеклянного зеркала

— Каждый из листов 6 имеет по 3 шт. деревянных планок 8: средняя планка имеет высоту 20 мм и ширину 40 мм; верхняя и нижняя планки имеют высоту 20 мм и ширину 30 мм. Планки имеют длину по 205 см и приклеиваются (полиуретановой пеной) к несолнечной стороне листов 6. Планки 8 держат листы 6 в пространстве и дают им (и зеркалам 7) цилиндрическую форму нужного радиуса кривизны

Концентратор работает следующим образом. Солнечная радиация попадает на зеркала 7 и отражается ими (фокусируется) на поверхность 4 фотоэлемента или коллектора. Солнечный зайчик (отражение от 2-метровой высоты зеркал 7) имеет высоту 10-20 см в районе поверхности 4. Это есть следствие вогнутой (цилиндрической) формы зеркал 7

Описанные секции (с 2-метровой шириной) устанавливаются в ряды по несколько десятков штук вдоль линии восток-запад. Этот ряд формирует солнечный зайчик шириной в несколько десятков метров. На протяжении дня этот зайчик смещается с запада на восток на несколько метров, однако высота его расположения почти не изменяется, и он остается в районе поверхностей 4 ряда коллекторов (или фотоэлементов). Соседние ряды располагаются через интервал около 8 м

Стыки соседних секций ряда снабжаются следующим:

— Рычаг 9, который имеет длину 270 см и состоит из трех деревянных планок (они соединены шурупами друг с другом): центральная планка 10 (длина 1500 мм, перпендикулярно рисунку – 40 мм, параллельно рисунку – 50 мм), верхняя и нижняя планки 11 размерами по 1000 х 30 х 50 

— 2 шт. деревянных (из качественной древесины) колов 12 (я использовал сечения 30 х 40 или 30 х 50). Они вбиваются в землю по обе стороны рычага 9 на глубину 25 – 45 см. Длинный толстый шуруп 14 идет сначала через один кол 12, затем через рычаг 9 и другой кол 12. Короткая деревянная планка 15 упирается в поверхность земли, располагается между колами 12 и соединена шурупами с ними

— Деревянный рычаг 16 длиной 175 см (перпендикулярно рисунку – 30 мм, параллельно рисунку – 40 мм). Он есть крепление коллектора 4. Рычаг 16 фиксируется шурупом 14 тоже. Шуруп 14 – есть ось вращения для обоих рычагов 9 и 16

— 6 шт. деревянных подкладок 17: 2 шт. крайних прикручиваются на рычаг 9 с южной стороны, 2 шт. центральных прикручиваются на рычаг 9 с северной стороны через деревянный брусок 18 толщиной 40 мм, 2 шт. средних прикручиваются на планки 11 рычага 9 с северной стороны. Планки 8 прикручиваются к подкладкам 17 шурупами. Подкладка 17 – это кусок планки длиной 90 мм (волокна ее древесины – перпендикулярно рисунку), параллельно рычагу 9 – 50 мм, перпендикулярно рычагу – 40 мм. Перепад глубин между центральной и средней подкладкой = 90 мм (50 мм планки 10, 40 мм бруска 18). Перепад между средней и крайней подкладкой = 165 мм (50 мм планки 11, 80 мм двух подкладок, 30 + 5 мм высоты крайней планки 8). Эти перепады (и нужный сдвиг средней планки 8 на листе 6) делают цилиндрическую форму листов 6 с радиусом кривизны 260 см (обеспечивают 130 см фокусного расстояния зеркал 7)   

— Веревка 19 (длиной 10 м), которая фиксируется на верх рычага 9 с помощью двух дырок 20, витков веревки вокруг рычага и скоб степлера 

— Южный кол 21 сечением 30 х 42. Он вбит в землю на 45-70 см под углом 30-40 град. Он фиксирует край веревки 19 витками и скобами степлера

— Северный кол 22 (сечение 30 х 40), вбитый в землю (угол – около 45 град) фиксирует другой край веревки 19

— Стальная труба 23 наружным диаметром 15 мм (стенка 1-2 мм) и длиной 60 см. Она вбита в землю под углом 45 град, и веревка 19 может накручиваться на нее

— Закаленный стальной прут 24 диаметром 8 мм и длиной 60 см. Он вбит в землю под углом больше 45 град для витков веревки 19

— Веревка 25 для коллектора 4. Она фиксируется на 10-25 см ниже верхнего торца рычага 16, чтобы не мешать установке коллектора на рычаг 16 выше веревки 25

— Северный кол 26 сечением 25 х 34 и южный кол 27 (сечение 20 х 30). Они вбиты в землю и держат веревку 25

Список 37 шт. нужных шурупов (на одну секцию, кроме толстого шурупа 14 длиной 120 мм):

— 12 шт. (55-65 мм) – с планок 8 на подкладки 17

— 2 х 3 шт. (95) – между планками 10, 11

— 2 х 2 шт. (85) – с брусков 18 на рычаг 9

— 6 х 2 шт. (75) – с подкладок 17 на рычаг 9 или брусок 18

— 1 шт. шуруп 28 (50) усиливает древесину рычага 9 под шурупом 14

— 2 шт. (45) – с колов 12 на упор 15

Может случиться, что ряд концентраторов должен иметь небольшой наклон на запад или восток, чтобы организовать сток воды из труб коллекторов 4. Этот наклон обеспечивается изменением высоты шурупа 14 (т.е. изменением глубины погружения колов 12 в землю и / или изменением длины колов 12). Я использовал наклон 2,5 см на 2,05 м ширины секции концентратора, хотя я думаю, что этот наклон может быть уменьшен до 1-2 см на 2,1 м секции. Точность разницы высот соседних шурупов 14 – плюс-минус 1 см. Иначе зимой вода может остаться в коллекторе, замерзнуть и разрушить стальные трубы

 

2) Стоимость

Описанный выше концентратор (с 4 кв. метр зеркал и одним стыком соседних концентраторов ряда) требует следующих материалов, не считая коллектора 4 и зеркал 7 (Цены – крупный опт, июнь 2012, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Пенополистирол листов 6: толщина 2 см плотность 15-25 кг / куб. м, не-экструдированный

4 кв. м

0,4 Е / кв. м

1,60 Е

Полиуретановая пена (для клея планок 8 к листам 6)

10 % баллона «50 литр»

2 Е / баллон

0,20 Е

Сосновые планки 8: (2 шт. х 2050 х 20 х 40) и (4 шт. х 2050 х 20 х 30). Пропитка. Отбор без сучков (планки с сучками – для других типов концентраторов)

0,0081 куб. м

120 Е / куб. м

0,89 Е

Сосновые планки для рычага 9: (1500 х 50 х 40) и (2 шт. х 1000 х 50 х 30). Пропитка. Отбор без сучков (планки с сучками – для других типов концентраторов)

0,0060 куб. м

110 Е / куб. м

0,66 Е

Деревянные 2 шт. брусков 18 (по 40 х 50 х 60), 6 шт. подкладок 17 (по 40 х 50 х 90), 1 шт. упор 15 (30 х 40 х 100)   

0,0014 куб. м

110 Е / куб. м

0,15 Е

Сосновый рычаг 16 (1750 х 40 х 30). Пропитка. Отбор без сучков (планки с сучками – для других типов концентраторов)

0,0021 куб. м

110 Е / куб. м

0,23 Е

Качественная древесина (дуб, лиственница, др.; плюс разные пропитки) для колов 12 (2 шт. х 30 х 50 х 600)

0,0018 куб. м

300 Е / куб. м

0,54 Е

Сосна (с пропитками) для колов 21-22, 26-27: (30 х 42 х 600), (30 х 40 х 500), (25 х 34 х 450), (20 х 30 х 400)

0,0020 куб. м

110 Е / куб. м

0,22 Е

Толстый шуруп 14 длиной 120 мм

1 шт.

0,05 Е / шт.

0,05 Е

37 шт. шурупов длиной 45-95 мм

 

 

0,08 Е

Сталь: труба 23 и прут 24

0,53 кг

0,6 Е / кг

0,32 Е

Веревка 19

10 м

0,02 Е / м

0,20 Е

Веревка 25

8 м

0,015 Е / м

0,12 Е

                 С У М М А

 

 

5,34 EUR

Расходы человеко-времени (вариант технологии – в Главе 10):

1) 22 минут на изготовление двух щитов (лист 6 + три планки 8), изготовление рычага 9 и других деталей концентратора

2) 2 минуты на перевозку комплекта деталей одной секции из завода на поле (один грузовик перевозит около 200 секций; это около 3,5 тонн). Плюс разгрузить комплекты в 10-20 точек на поле 

3) 13 минут на сборку-установку секции на поле

4) 3 минуты на настройку концентратора и коллектора

Эти расходы времени имеют смысл при следующих условиях:

— Изготовление деталей осуществляется в рабочем помещении с удобным складом и несколькими самодельными приспособлениями 

— Работает бригада: много операций требуют двух или трех человек. Несколько операций требует 10-20 человек по принципу «один человек на одну секцию ряда»   

— Рабочие – это профессионалы с опытом, нужными инструментами и самодельными приспособлениями

Таким образом (для секции концентратора с 4 кв. м зеркал):

— Стоимость материалов – 5,34 EUR на секцию, т.е. 1,34 EUR / кв. м

— Затраты времени – 40 человеко-минут. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 10,0 EUR, т.е. 2,50 EUR / кв. м

Таким образом, стоимость концентратора (без коллектора и зеркальных поверхностей) – 3,84 EUR за кв. метр зеркала

                          ( П Р О Д О Л Ж Е Н И Е        С Л Е Д У Е Т)

 

Доклад 10: Дешевые солнечные концентраторы (Часть 2)

2) Дешевые зеркала:

Базовый вариант дешевого зеркала (я эксплуатирую больше 10 таких зеркал с октября 2011) показан на рис. D и состоит из:

— Лист 17 пенополистирола размерами 1 м х 1м: не-экструдированный, толщина 2 см, уменьшенная плотность (15-20 кг / куб. м) 

— Пленка 18 состоит из прозрачной пленки (я думаю, что это полипропилен), на которую нанесено металлизированное покрытие, которое хорошо отражает свет. Магазины продают такие пленки под названием «солнцезащитная штора». Пленка 18 лежит на листе 17 на не-метализированной стороне 

— Горизонтальные дорожки 19 полиуретановой пены . Они имеют высоту 1-2 см и приклеивают пленку 18 к листу 17.Лист 17 имеет 13 шт. дорожек 19, которые формируют 12 шт. горизонтальных полос 20, свободных от пены (Рис.D показывает 3 шт. полос 20) 

— Горизонтальные деревянные планки 21 (они приклеены полиуретановой пеной к листу 17). Их фиксация в пространстве создает нужную форму зеркала: цилиндрическую или более сложную для концентраторов 2-го и 3-го типов. Если интервал между планками 21 меньше чем 50-60 см, то зеркало хорошо противостоит ветру в любых направлениях. Если интервал больше, то толщина листа 17 должна быть больше или плотность пенополистирола должна быть выше 

Я изготавливал зеркала на цилиндрической форме с радиусом 127 см. Силы в листе 17 увеличивают (после изъятия из формы) радиус зеркала до 140-160 см. Установка в концентратор увеличивает радиус до 260 см и натягивает пленку на полосах 20 до ровной поверхности 

Коэффициент отражения солнечной радиации новых зеркал почти не отличается от коэффициента кривых стеклянных зеркал. Долговечность – меньше (коэффициент отражения уменьшается и/или пленка может оторваться от дорожек 19). Точность попадания с расстояния 125 см (на концентраторе 1-го типа в мае 2012) – плюс-минус 3 см с вероятностью 64 %; однако, высота солнечного зайчика увеличивается еще и на высоту полос 20

Это зеркало не единственное для «дешевых концентраторов»:

1) Я сделал очень много экспериментов в январе-марте 2012 с вариантами «метализированная поверхность пленки – внутрь», «метализированная поверхность – наружу», «металлизированная поверхность – наружу и покрытая лаком». Плюс эксперименты с разными клеями и способами наклеивания пленки. Я опишу результаты этих экспериментов в ближайших докладах (скорее всего, в следующем докладе с № 11)

2) Существуют идеи использовать алюминиевую фольгу вместо полимерной пленки (они имеют примерно одинаковую цену, если толщина фольги меньше 15 мкм)

3) Месяц назад я изготовил и начал испытывать следующее зеркало. Я купил 12 шт. полос обычного стеклянного зеркала (ширина – по 8 см), наклеил их на лист пенополистирола (полиуретановой пеной) и установил в концентратор (радиус изгиба зеркала – 240 см). Такие зеркала – более дорогие, чем на основе пленки. Однако они более долговечные. И дешевле в десятки раз, чем кривые стеклянные зеркала. Результаты этих экспериментов я опишу в ближайших докладах

 

3) Идея быстрой замены зеркал в концентраторах

Цели этого доклада следующие:

1) Обобщить результаты моих НИОКР концентраторов за последний год

2) В 2011 я называл их термином «усилители», поскольку не знал, что другие люди называют эти устройства термином «концентраторы». Поскольку я не исследовал уровень техники, а придумывал все концентраторы сам. Я решил потратить время не на поиск аналогов, а на то, чтобы узнать цены на разные материалы. Это знание привело меня к «дешевым концентраторам». Плюс 2 года физического факультета МГУ и возможность работать руками, а не строить теории…  Этот доклад фиксирует мой полный переход на термин «концентратор». Хотя «2-й тип» имеет больше прав называться «усилителем», чем «концентратором»

3) Весной 2012 я сделал эксперименты по замене зеркал в концентраторах. Это есть основная цель доклада, и эти эксперименты описываются далее

Причины замены зеркал в концентраторах:

1) Град может уничтожить зеркала

2) Срок службы зеркал – в несколько раз меньше, чем срок службы концентратора (20-40 лет). Хотя возможно «2-й тип» с пленкой 14 (работа с октября по апрель) после НИОКР будет иметь зеркала с долговечностью больше 20 лет

3) Существует вероятность ошибки при закупке пленки или клея (пены). Такие зеркала могут быть быстро заменены на качественные

4) Технический прогресс может быстро дать эффективные зеркала. Эти зеркала могут быть быстро установлены вместо старых

5) Существует идея использовать концентратор для отопления домов: только с октября до апреля. С мая до сентября тепловая энергия оказывается не нужной. Поэтому зеркала могут быть удалены с концентраторов в апреле (в картонные коробки на склад). Это останавливает старение зеркал на протяжении этих 5 месяцев. В октябре эти зеркала устанавливаются в концентратор снова. Или новые зеркала устанавливаются

Я пришел к следующей конструкции зеркал «быстрой замены» (см. рис. Е):

— Лист 17 является не зеркалом, а листом пенополистирола, который закреплен на планках 21 (т.е. он не имеет пленки 18)

— Зеркало является отдельной деталью и состоит из пленки 18, которая наклеена на лист 22 пенополистирола толщиной 2 см. Лист 22 – максимально дешевый, с очень низкой плотностью (меньше 15 кг / куб. м), возможно меньшей толщины (я использовал толщину 2 см, поскольку это минимум в ассортименте магазинов моего города)

— Лист 22 наклеивается на лист 17 полиуретановой пеной: в 3 шт. нижних точках 23 и в 3 шт. верхних точках 24. Мои точки 23 и 24 имели примерно по 10 кв. см пены (эксплуатация доказала высокую надежность)

Зеркало прижимается к листу 17 силой натяжения пленки 18. Поскольку оно имело (до установки) кривизну 140-160 см, а процесс установки прижал его (давление на нижний и верхний края зеркала) до радиуса 260 см. Однако эксплуатация показала, что лист 22 прижимается к листу 17 не плотно; зазор в центре – от 4 до 10 мм

Зазор – не есть проблема. Проблема – это разница размера зазора для разных зеркал. Поскольку отклонение зазора на 1 мм увеличивает высоту зайчика на 2-3 см. Однако эксплуатация показала, что группа одинаковых зеркал имеет какой-то «средний зазор», и зазоры почти всех зеркал отличаются от него меньше чем на 1 мм. Поэтому лист 17 должен иметь меньше радиус кривизны (на 8-15 %), чтобы компенсировать «средний зазор» и сформировать нужный радиус кривизны листа 22    

Я заметил, что «средний зазор» зависит от жесткости пенополистирола 22 (чем больше жесткость, тем больше зазор). Кроме этого, я видел, что чем больше начальный радиус кривизны зеркал (она зависит от кривизны формы изготовления зеркал), тем больше «средний зазор». Я не заметил, чтобы зазор изменялся при повторных установках зеркала. И я не видел, чтобы зазор изменялся с течением времени эксплуатации

Если последнее наблюдение неверно (и зазор изменяется с течением времени больше чем на 6-10 мм), то лист 22 может клеиться еще и в 3 шт. средних точках 25

Частая замена зеркал может накопить старую пену в точках 23, 24. Если это искажает кривизну зеркал, то через 5-20 год человек удаляет остатки пены (Я делал это ножом, однако существуют механические устройства с вращающимся наждачным листом)

 

4) Один из вариантов технологии быстрой замены зеркал

Я использовал самодельное приспособление для установки зеркала в концентратор. Оно состоит из (см. рис.F):

— 2 шт. верхних зажимов 26 (это были куски жесткой стальной проволоки толщиной до 2 мм) и 2 шт. нижних зажимов 27. Зеркало 28 вставляется между зажимами и их жесткость удерживает зеркало 

— 3 шт. досок 29 (я использовал сечение 30 х 150)

— Гвозди 30 в досках. Они зацепляются за верхние планки 21

— Лист 31 стали, который скрепляет доски 29, но не жестко. Я использовал лист 29 толщиной 0,5 мм, однако эксплуатация показала, что он дает доскам 29 излишнюю свободу. Поэтому лист 31 может быть заменен на стальные полоски толщиной 1-1,5 мм

— Ручки 32

Вес моего приспособления – около 10 кг. Он не боится любого ветра. Хотя эксплуатация приспособления рекомендовала уменьшить вес до 2-5 кг (с ограничениями по силе ветра)

Далее пример замены нижних зеркал 2 в концентраторе 1-го типа. Рекомендуемое время этой операции – зима или ноябрь (когда концентратор расположен максимально вертикально). Ветер – не допускается. Дождь – допускается (это друг полиуретановой пены). Мороз – допускается, поскольку зимний вариант пены может работать. Операции пп.1, 2 делаются сразу для всего ряда концентраторов. Операции пп.6, 7, 8 делаются для 6 шт. соседних зеркал (Нужда в 6 шт. приспособлений с рис. F)   

 

Операции

На одно зеркало

1

Разрушение верхних точек 24: рабочих подходит к концентратору с севера, вставляет нож в щель между листами 17 и 22, и режет все точки 24 на всех зеркалах 2 одной секции. Низкий рост рабочего приветствуется

7 сек

2

Разрушение нижних точек 23 и удаление зеркала: рабочий подходит к концентратору с юга (несет картонную коробку), срезает точки 23, берет зеркало и кладет его в коробку. Если коробка собрала 36 зеркал, то она оставляется на земле. Коробка имеет защиту от дождя и мокрой земли  

12 сек

3

Перенести коробки на «погрузочные площадки». 40 сек / коробка

1 сек

4

Погрузить (на складе) 40-80 шт. картонных коробок на автомашину. В одной коробке – 36 новых зеркал (вес – около 10 кг). Доехать до поля и собрать грузчиков на поле. Разгрузить по 5-20 коробок на 5-10 площадок. Погрузить 40-80 шт. коробок со старыми зеркалами. Отвезти эти коробки на склад или в утилизацию. Грузчики возвращаются к своей работе в поле. 3 человеко-час / автомашина = 3 мин /  коробка

5 сек

5

Разнести коробки (с новыми зеркалами) по рядам концентраторов. 30 сек / коробка

1 сек

6

6 шт. зеркал (из коробки) вставляются в 6 шт. приспособлений рис.F. Если коробка стала пустой, то переход к операции п.2    

6 сек

7

Человек берет пенный пистолет и кладет пену на 3 шт. точек 23  на каждом из 6 шт. зеркал. Затем – по 3 шт. точек 24 на 6 шт. зеркал. Затем он берет приспособления за ручки 32, подходит к концентратору с юга и  кладет приспособление на лист 17 (Низкий рост рабочего, чтобы его голова не била коллектор 4)

17 сек

8

(После ожидания 1-2 час, чтобы пена стала твердой) Человек снимает приспособления и относит их (по 2-6 шт) на новое место. Приспособления кладутся в ряд с южной стороны концентраторов, напротив «своих» участков листа 17 на расстоянии 1-2 м от концентратора

11 сек

 

  И   Т   О   Г   О    время замены 1 шт. зеркала

60 сек

Особенности замены верхних зеркал 1 в концентраторе 1-го типа:

— Замена исключена зимой, когда зеркало 1 почти вертикальное. Приспособление рис.F может не придавить зеркало к листу 17 или оно может быть сбито ветром

— Оптимальное время замены:  вертикальный угол солнца – 40-50 градусов (сентябрь или апрель): верхний край листа 17 низкий (1,5-1,8 м над землей), а доступ человека в проем 33 между зеркалами — легкий

— Все операции делаются с северной стороны концентратора

— Удаление зеркала: сначала человек (с низким ростом) идет по проемам 33 ряда концентраторов и его нож режет нижние точки 23. Затем человек (с высоким ростом) идет по ряду, режет верхние точки 24 и снимает зеркала

— Установка приспособлений (с зеркалами) имеет два варианта. Я использовал 1-й вариант: человек (с низким ростом) идет по проемам 33. Он берет приспособление (с зеркалом и пеной на точках 23, 24) за ручки 32, протягивает его в проем 33 и кладет на лист 17. 2-й вариант: человек (с высоким ростом) поднимает приспособление над верхним краем листа 17 и кладет его  

— Удаление приспособления из концентратора делается человеком с высоким ростом и большой силой (и с приспособлением весом 2-5 кг). Он снимает их через верхний край листа 17  

Замена зеркал в концентраторе 3-го типа имеет два варианта:

1) Замена больших зеркал 10 высотой 2 м

2) Вместо зеркала 10 высотой 2 м используется два зеркала высотой по 1 м. И существует невысокий (до 10 см) проем между ними

 

5) Перспективы уменьшения времени замены зеркал:

1) Если зеркало имеет площадь 1 м х 1 м, то мы получаем 60 секунд / кв. метр зеркала. Если площадь 1,2 м х 1,2 м, то 42 сек / кв. м. Если площадь 1,5 м х 1,2 м, то 37 сек / кв. м  («Эксплуатационные расходы концентратора» зависят от величины «сек / кв. м», а не «сек / зеркало»)

2) Существует идея (эксперимент ее не проверял) установить деревянные планки 34 (см. рис. Е). Планки 34 отменяют необходимость точек 23: лист 22 вставляется в щель между листом 17 и планкой 34. Затем лист 22 фиксируется на листе 17 пеной в верхних точках 24. Приспособление с рис.F отменяется (оно заменяется на специальные грузы для верхнего края зеркала). Поверхность планки 34 расположена под углом к поверхности листа 17, чтобы упомянутая щель имела форму клина и зажала край зеркала хорошо   

Установка зеркала на лист 17 осуществляется через следующий алгоритм: вставить зеркало в упомянутую щель + положить пену на точки 24 (на лист 17 или на лист 22) + прижать свободный край зеркала грузом + (после 1-3 часов) снять эти грузы. Удаление зеркала из концентратора: срезать ножом точки 24 + удалить зеркало

Существуют надежды, что этот метод меняет зеркало на 5-20 секунд быстрее, чем метод из главы 4. Кроме этого, описанный метод может быть использован для замены зеркал на концентраторе 2-го типа 

3) Дальнейшее развитие этой идеи (эксперимент не проверял): установить 3 шт. замков 35 (рис. Е), которые прижимают другой край листа 22 к листу 17 (точки 24 становятся ненужными). Смена зеркал осуществляется через следующий алгоритм: подойти к зеркалу с картонной коробкой + открыть замки 35 + удалить старое зеркало из концентратора и положить его в коробку + взять новое зеркало из коробки и вставить его на лист 17 под планку 34 + закрыть замки 35. Существуют надежды, что время замены зеркала по этому методу – меньше 30 секунд  

Доклад 10: Дешевые солнечные концентраторы (Часть 1)

Один человек очень хотел иметь теплую воду в своем доме. Он пошел в магазин и увидел цену на солнечные коллекторы – от 150 до 300 евро за кв. метр. 10 кв. метров коллекторов – это его месячная зарплата. Его кошелек был спасен следующей идеей. Он решил купить только 1 кв. метр коллекторов и сделать систему из 10 кв. метров зеркал (по цене 30 евро за кв. м). Зеркала направляли солнечную радиацию на единственный коллектор и давали тот же результат. Однако в 4 раза дешевле – 500 евро вместо 2000

Другой человек мечтал иметь солнечное отопление своего дома. Он не пожалел 20 тысяч евро за 100 кв. метров плоских солнечных коллекторов. И он потерял эти деньги: оказалось, что эти коллекторы имеют плохой КПД при работе с 70-градусной водой во время мороза. Он потратил еще 20 тысяч евро за 50 кв. метров знаменитых китайских трубок. Однако трубки давали тепла очень мало, а потом они покрылись инеем и были разбиты весенним градом. Его мечта исполнилась тогда, когда он сделал систему из 100 кв. метров зеркал. Их солнечный зайчик попадал на небольшой коллектор и давал высокий КПД при любых температурах воды и воздуха

Оба этих человека пришли к идее солнечного концентратора разными путями (вместе с идеями солнечных электростанций на концентраторах). Однако это были еще не «дешевые концентраторы»

 

1) Дешевые солнечные концентраторы:

«Дешевый концентратор» — это 3-5 EUR за кв. метр зеркала сейчас и 2-3 EUR / кв. метр после НИОКР. Плюс долговечность 20-40 лет и эксплуатационные расходы меньше 0,5 EUR в год для 1 кв. метра зеркала    

Зеркало для моих концентраторов – это отражающая полимерная пленка, которая наклеена на лист пенополистирола (более подробно – в главе 2). 1 кв. метр пленки + 1 кв. пенополистрола толщиной 2 см + клей = меньше 1 EUR (по оптовым ценам без НДС). Остальная стоимость концентратора – это расходы наклеивания пленки на пенополистирол и стоимость системы фиксации этих зеркал в пространстве    

Последние 12 месяцев я экспериментально исследовал следующие 3 типа дешевых концентраторов:

1-й тип показан на рис. А. Я экспериментально исследовал этот тип в июне-июле 2011 и подробно описал в Докладе 2. Второй период экспериментов с этим типом – январь-июнь 2012. Эти эксперименты выявили недостатки, которые были исправлены. Поэтому ближайшие доклады опишут модернизацию 1-го типа: дешевую, долговечную и удобную. Концентратор имеет верхнее цилиндрическое зеркало 1 (высотой 1 м) и нижнее зеркало 2 (высота 1 м). Эти зеркала фокусируют радиацию от солнца 3 на коллекторе 4 (он смотрит вниз на центр промежутка между зеркалами 1, 2). Система зеркал 1,2 и коллектора 4 может поворачиваться вокруг оси 5, которая расположена на 10-40 см выше уровня земли 6

2-я тип показан на рис. B. Я изготовил и исследовал его в июле-августе 2011 и описал в Докладе 3. Концентратор имеет верхнее 7 и нижнее 8 зеркала длиной по 1,5 м вдоль плоскости рисунка. Форма зеркал – кривая и не-цилиндрическая. Радиация от солнца 3 попадает на зеркала 7, 8, отражается ими и попадает на коллектор 4 (он смотрит вверх на солнце 3 через середину промежутка между зеркалами). Плюс 20-40 % радиации попадает в коллектор 4 непосредственно от солнца 3 (без отражения от зеркал). Система зеркал 7,8 и коллектора 4 может поворачиваться вокруг оси 9, которая расположена на 10-40 см выше уровня земли 6  

3-й тип дешевых концентраторов показан на рис. C. В октябре-декабре 2011 я эксплуатировал линию из трех секций таких концентраторов по 2 м длины (это описано в Докладе 5). Концентратор имеет зеркало 10 высотой 2 м. Форма нижней части зеркала – цилиндр, однако чем выше, тем больше отличия от цилиндра. Зеркало 10 фокусирует радиацию от солнца 3 на коллекторе 4 (он смотрит на 10-30 см ниже центра зеркала). Зеркало 10 может поворачиваться вокруг оси 11, которая поднята на 40-100 см выше уровня земли 6. Коллектор 4 зафиксирован на земле 6 и не поворачивается с зеркалом 10

Я думаю, что эти концентраторы часто называются «параболоцилиндрический концентратор» (хотя 2-й тип может и нет). Секции этих концентраторов смотрят на юг и выстраиваются длинными линиями вдоль направления восток-запад. Поле концентраторов – это много таких линий с интервалом 2-10 метров. Во время равноденствий (21 марта и 21 сентября)) солнечный зайчик зеркал попадает точно в коллектор 4 все 12 часов дня. Однако концентратор нуждается в смене угла вертикальной ориентации 10-30 раз в год. Мои «дешевые концентраторы» имеют ручной механизм быстрой и удобной вертикальной перестройки. Чем дальше от равноденствий, тем меньше время попадания зайчика на коллектор. Во время солнцестояний зайчик работает на протяжении 5-6 часов около полудня

Все три типа концентраторов имеют почти одинаковую стоимость – около 3,5 EUR за кв. метр зеркала сейчас (после НИОКР – 2-2,5 EUR за кв. м): 40 % — это закупка материалов (крупный опт без НДС), 60 % — это стоимость времени рабочих по ставке 15 EUR в час. Эта ставка учитывает зарплату рабочих (65-85 %) и другое: расходы менеджмента, аренда и отопление помещений, производственное оборудование, электроэнергия, транспорт, …

Сравнение трех типов концентраторов (Сейчас мы абстрагируемся от конструкции крепления зеркал, фиксации креплений на земле и в пространстве, механизмов вертикальной перестройки. Они дают дополнительные различия трех типов):

1-й тип:

2-й тип:

3-й тип:

Попадание радиации на стекло коллектора – 590 Вт с кв. метра зеркала при солнечной радиации 1000 Вт / кв. м

Попадание на стекло –  280 Вт  с кв. м зеркала при 1000 Вт / кв. м: 80 Вт (29 %) – прямое попадание от солнца;  200 Вт – отражение от зеркал (Этот плохой результат – следствие очень большой не-перпендикулярности между плоскостью зеркала и направлением на солнце)

Попадание на стекло – от 460 до 560 Вт (в зависимости от времени года) с кв. м зеркала при 1000 Вт / кв. м (Это результат потерь из-за тени от коллектора, из-за увеличения высоты зайчика при отклонении от угла настройки, из-за  не-перпендикулярности между плоскостью зеркала и направлением на солнце)

Таким образом: 1180 Вт на погонный метр коллектора 4

840 Вт / метр коллектора

920-1120 Вт / метр коллектора

Требования высоты стекла коллектора – 17-23 см

Требования – 23-27 см

Требования – 19-26 см

Радиация на стекле коллектора – 5-7 кВт / кв. м (при солнечной радиации 1 кВт / кв. м)

Радиация на стекле – 3-4 кВт / кв. м (при 1 кВт / кв. м)

Радиация на стекле – 3,5-6 кВт / кв. м (при 1 кВт / кв. м)

Плохая защита от града: зеркала – почти горизонтальные в мае-июне (хотя очень сильный северный ветер может наклонить градины на безопасный угол)

Очень хорошая защита от града: зеркала – почти вертикальные в мае-июне. Кроме этого, зеркала закрывают друг друга с севера и юга (защита с севера – идеальная)

В мае-июне зеркало отклоняется от вертикали на 15-30 градусов: это хорошая защита от града с севера, и хорошие шансы при не-южном ветре или слабом южном ветре 

Снег может задержаться на нижнем зеркале 2 (снег сползает вниз через 15-60 минут после появления солнца). Верхнее зеркало 1 не покрывается снегом

Я не эксплуатировал этот концентратор зимой, однако прогнозирую, что снег будет задерживаться на нижнем зеркале 8 надолго (оно – почти горизонтальное зимой). Однако это будет только на южном краю зеркала 8, поскольку зеркало 7 накрывает его на 80 %. Прогноз потери производительности зимой – до 10-20 % (это меньше 1 % в год)

Снег – не проблема. Он может задержаться только внизу зеркала, но не дольше 15 минут после появления солнца

Давление ветра – в 1,5-2 раз меньше, чем у 3-го типа

Хорошая устойчивость против ветра (из-за небольшой высоты)

Ветер (особенно южный) – серьезный враг. Хотя западный или восточный – не проблема

Коллектор 4 расположен высоко (1-2 м над землей) – это очень удобно для слива воды из его труб

Коллектор 4 расположен на высоте 10-50 см над землей. Поэтому слив воды – большая сложность

Коллектор 4 расположен на высоте 40-80 см над землей

Доступ к коллектору 4 – неудобный (особенно летом:  он висит над нижним зеркалом 2 на высоте 2 м). Хотя зимой доступ хороший – на высоте 1,2-1,5 м с проходом между зеркалами и коллектором

Доступ к коллектору 4 является возможным только через узкие щели 12

Очень удобный доступ к коллектору 4 со всех сторон

Высокая трава (выше 0,5 м) может закрывать зеркало 2 от солнца. Поэтому или земледелие в полосе до 0,5 м от южного края зеркала 2, или гербициды, или бензокоса (1-2 раза), или потеря производительности до 1-3 % в год

Высокая трава (но не выше 1,5 метр) ничего не закрывает

Высокая трава (в 1-метровой полосе между зеркалом 10 и коллектором) может закрыть и низ зеркала 10 и коллектор 4:  если не делать ничего, то потеря  производительности до 10 % в год

Интервал между рядами – около 8 метров. Он делится на следующие полосы:

— 3 м с северной стороны: тень от зеркал и коллектора (земля получает меньше 50 % солнца: только утром, вечером и рассеянная радиация)

— 1 м с южной стороны: 100 % солнца, однако ограничения по высоте растений (кукуруза и виноград – нельзя, однако можно клубника, картофель, паприка и др.)

— 4 м посередине: 100 % солнца и ограничений нет  

Интервал – около 4 метров:

— 1,5 м около концентратора (по 75 см на юг и север) – тень с 50 % солнца

— 2,5 м – 100 % солнца

Интервал – около 6 метров:

— 2 м с севера: тень от зеркала (меньше 40-50 % солнца)

— 1,2 м с юга: зона между зеркалом и коллектором: меньше 80 % солнца (тень от коллектора), ограничения по высоте

— 2,8 м: 100 % солнца и ограничений нет  

Когда ветер шатает зеркала, то эти шатания передаются коллектору 4

Когда ветер шатает зеркала, то коллектор 4 испытывает деформации кручения

Коллектор 4 безразличный к шатаниям зеркала: он не соединен с ним и стоит на земле жестко

Другие особенности концентратора 1-го типа:

— Стекло коллектора 4 не моется дождем летом, поскольку оно смотрит вниз с отклонением 30-40 град от вертикали в этот период. Однако сильный северный ветер может мыть зеркало с октября по март

Другие особенности концентратора 2-го типа:

— Верхнее зеркало 7 моется дождем плохо с октября по март. Однако южный ветер может мыть его ранней осенью и поздней весной. Летом дождь моет его без проблем

— Этот концентратор работает (т.е. держит солнечный зайчик на стекле коллектора) примерно на 25 % дольше, чем другие типы концентраторов. Например, 6 августа «2-й тип» работал 7 часов 40 минут (с 8.30 до 16.10). 5 мая (это эквивалент 6 августа по траектории движения солнца) концентратор 1-го типа работал 5 часов 55 минут (с 10.10 до 16.05). Годовая производительность «2-го типа» имеет дополнительный коэффициент, который равен 1,1-1,2 и учитывает эту прибавку времени работы    

— Существует идея использовать концентратор для отопления домов: только с октября до апреля. С мая до сентября тепловая энергия не нужна и зеркала могут быть закрыты пленкой 14 (такие пленки на других типах концентраторов – большая проблема). Я прогнозирую (без экспериментальной проверки), что пленка 14 останавливает старение зеркал на протяжении этих 5 месяцев (лето изнашивает зеркала в несколько раз быстрее, чем зима): закрывает от солнца, летающих насекомых, пыли, дождя, ветра и песчинок ветра. Она смягчает удар града, Кроме этого я видел, что роса (она несет много пыли) не формируется на зеркалах под пленкой. Нижнее зеркало 8 может быть короче, чем верхнее зеркало 7; это обеспечит хороший сток дождевой воды с пленки 14; кроме этого зеркало 7 будет полностью закрывать зеркало 8 от снега зимой. Пленка 14 фиксируется строительным степлером на деревянных планках южных краев зеркал. В октябре нижний край пленки отрывается и степлер фиксирует этот край на верхней поверхности зеркала 7 до апреля. Пленка 14 меняется через несколько лет: в октябре старая пленка отрывается, а в апреле новая пленка устанавливается. Затраты рабочего времени – меньше 30 секунд на кв. метр зеркал в год   

— Существует гипотеза, что зеркала во «2-м типе» имеют долговечность в 2-3 раза больше, чем в других типах (даже без пленки 14, которая задерживает старение еще в 2-3 раза). Аргументы: солнечная радиация на поверхности зеркал — меньше в 2-3 раза (из-за большой не-перпендикулярности направлению на солнце); зеркала 7 и 8 прикрывают друг друга от ветра, дождя и полетов насекомых; «2-й тип» хорошо защищен от града (см. таблицу выше); снег попадает только на южный край зеркала 8

— Я прогнозирую, что зимой вес лежащего снега будет давить на зеркало 7 и  южный край зеркала 8. Поэтому их дополнительные укрепления могут быть актуальные

— Если «1-й тип» (или «3-й тип») требуют вертикальной перестройки через каждые 3-5 градусов изменения вертикального угла солнца в полдень. То «2-й тип» обязан делать эту операцию до 1,5 раз реже – через каждые 5-7 градусов

— Секции концентраторов соседних рядов могут соединяются жесткими планками 15 (Это из-за небольшого интервала между рядами — 4 метра). Планки 15 уменьшают затраты времени на вертикальную перестройку в несколько раз, поскольку перестройка одной секции влечет перестройку остальных секций связки (например 2-4 соседних ряда). Количество таких секций ограничивается механическими усилиями (они для «2-го типа» — сравнительно большие, особенно зимой, когда связка может потребовать усилий двух человек)

Другие особенности концентратора 3-го типа:

— Вертикальная перестройка требует очень небольших усилий (порядка 1 кг тяги для одной секции). Поскольку ось 11 располагается недалеко от центра тяжести зеркала. Поэтому одна операция вертикальной перестройки может делаться для нескольких секций сразу. Это может быть связка 16 секций соседних рядов (16 – это может быть 6-метровая жесткая планка; это может быть две 3-метровых планки через опору с осью вращения; это может быть веревка). Это может быть одновременная перестройка двух соседних секций одного ряда  

— Диапазон вертикальной перестройки «3-го типа» является ограниченным; существует какой-то угол настройки концентратора (например, на февральское солнце с 25 градусов над горизонтом) и концентратор может эффективно работать не дальше чем 5-10 градусов угла солнца от этого «угла настройки». Первая причина – деформация солнечного зайчика при отклонении от «угла настройки» (его высота увеличивается). Вторая причина (если ось 11 располагается далеко от центра зеркала 10) – фокусное расстояние зеркала начинает отличаться от его расстояния до стекла коллектора 4 (это увеличивает высоту зайчика тоже). Если концентратор отапливает дом, то диапазон его вертикальной перестройки – от 20 до 30 градусов солнца над горизонтом («угол настройки» — 25-27 град). Декабрьское уменьшение КПД (при 18 град солнца) разрешается из-за небольшой эффективности солнца в этот период. Апрельское уменьшение КПД (при 45 град солнца) разрешается из-за излишка производительности солнца в конце отопительного сезона

                       (П Р О Д О Л Ж Е Н И Е      С Л Е Д У Е Т) 

Доклад 9: Очень дешевый тепловой аккумулятор для солнечных коллекторов (Часть 5)

8) Приложение 2: 190-тонный аккумулятор:

Бак основан на 12-метровой пленке 1 (ее размеры – 12 м х 20 м), имеет внутреннее пространство высотой 1,2 м и площадью 9,2 м х 17,2 м (объем – 189,9 куб. м). Сечение стропил 21 должно быть увеличено до 80 х 160 из-за увеличения их длины. Сечение планок 22 увеличивается до 50 х 70. Вследствие более высокого давления воды на стенки бака (из-за увеличения высоты до 120 см):

— Плотность укладки планок 9 внизу – 80 %. Средняя плотность – 46 % (58 см высоты планок на 125 см высоты стенки)

— Сечение балок 6 – 70 х 90 (сечение угловых балок 10 – 75 х 75

— Диаметр нижних прутов 7 – 8 мм, диаметр верхних прутов 8 – 6 мм

Стоимость материалов (Цены – крупный опт, май 2012, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Вода 2 (Стоимость электроэнергии для насоса на скважине 15-50 метров глубины)

190 тонн

0,05 Е / т

10 Е

Песок для слоев 13, 14

8 куб. м

5 Е / куб. м

40 Е

Пенополистирол 3 дна бака: толщина 5 см плотность 25 кг / куб. м, не-экструдированный

161 кв. м

1,0 Е / кв. м

161 Е

Пенополистирол 3 стенок бака: толщина 5 см плотность 20-25 кг / куб. м, не-экструдированный

64 кв. м

0,9 Е / кв. м

58 Е

Пенополистирол-поплавки  23: толщина 2 см плотность 15 кг / куб. м

130 кв. м

0,3 Е / кв. м

39 Е

Стекловата 4 толщиной 5 см

175 кв. м

0,4 Е / кв. м

70 Е

Сосновые балки 6: (70 х 90) х 84 шт. х 135 см длины

0,71 куб. м

100 Е / куб. м

71 Е

Сосновые балки 10: (75 х 75) х 4 шт. х 130 см длины

0,03 куб. м

100 Е / куб. м

3 Е

Сосновые планки 9 сечением 20 х 40, 20 х 60 

0,62 куб. м

110 Е / куб. м

68 Е

Дерево для 44 шт. комплектов «планка 18 + кол 19 + кол 20»

0,16 куб. м

100 Е / куб. м

16 Е

Сосновые стропила 21 длинной стороны бака: (80 х 160) х 28 шт. х 510 см длины

1,83 куб. м

100 Е / куб. м

183 Е

Сосновые стропила 21 короткой стороны бака: (65 х 110) х 12 шт. х 300 см длины

0,26 куб. м

100 Е / куб. м

26 Е

Сосновые планки 22: (50 х 70) х 11 шт. х 130 см длины

0,05 куб. м

100 Е / куб. м

5 Е

Оцинкованные (или краска) стальные пруты 7, 8 диаметром 8 мм длиной 9,6 м (39 шт.)

146,7 кг

0,6 Е / кг

88 Е

Оцинкованные (или краска) стальные пруты 8 диаметром 6 мм длиной 9,6 м (15 шт.)

31,7 кг

0,6 Е / кг

19 Е

Оцинкованные стальные пруты 7, 8 диаметром 8 мм длиной 17,6 м (21 шт.)

144,8 кг

0,6 Е / кг

87 Е

Оцинкованные стальные пруты 8 диаметром 6 мм длиной 17,6 м (9 шт.)

34,9 кг

0,6 Е / кг

21 Е

Оцинкованные стальные листы 15 толщиной 0,5 мм

210,6 кг

0,6 Е / кг

126 Е

Шайбы (22 шт.) и гайки М5 (66 шт.); шайбы (42 шт.) и гайки М6 (126 шт.)

4 Е

Полиэтиленовые пленки 1: 2 шт. х (12 м х 20 м)

480 кв. м

0,16 Е / кв. м

77 Е

Пленка 16 («гидробарьер»)

246 кв. м

0,16 Е / кв. м

39 Е

Герметичная пленка 24 (9,6 м х 17,6 м)

169 кв. м

0,20 Е / кв. м

34 Е

Прочная пленка 27 (12 м х 20 м)

240 кв. м

0,18 Е / кв. м

43 Е

Герметичная стойкая пленка 28 (12 м х 20 м)

240 кв. м

0,22 Е / кв. м

53 Е

Веревка 26 (55 м) и прищепки (65 шт.)

3 Е

Керамические плитки 17

1,4 кв. м

4 Е / кв. м

6 Е

                 С У М М А

 

 

1350 EUR

Расходы человеко-времени:

1) 6 час – подготовка деталей в производственных помещениях

2) 4 час – погрузка-транспортировка-разгрузка в поле   

3) 29 час – сборка бака в поле

Таким образом (для объема 189,9 тонн):

— Стоимость материалов – 1350 EUR на бак, т.е. 7,1 EUR за тонну воды

— Затраты времени – 39 человеко-час. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час, то эти расходы будут 585 EUR, т.е. 3,1 EUR за тонну воды

Таким образом, стоимость тонны аккумулятора (без систем подачи и отбора воды из бака) – 10,2 EUR

Каждые дополнительные 5 см теплоизоляции добавляют еще 1,7 EUR / тонна (330 EUR за весь бак = 161 EUR за пенополистирол дна + 58 EUR за пенополистирол стенок + 70 EUR за стекловату верха + 41 EUR за 165 человеко-минут)

 

9) Приложение 3: Как аккумулятор можно соединить с трубами (водоподачи и водозабора):

Я никогда не пытался ввести трубы в бак через пленку 1 (хотя может быть эта идея даст результат когда-то). Я всегда входил в бак на стыке пленок 1 и 24. Рис. A показывает типичный пример: пластиковая труба 29 идет к теплообменнику внутри бака. Пленки 1 и 24 оборачиваются вокруг трубы 29 и зажимаются хомутом 30. Это соединение не является идеальным: между пленками и трубой 29 есть щели. Кроме этого валик 25 очень неаккуратный около трубы 29 и имеет щели тоже. Однако утечка пара через такие щели не очень большая по сравнению с утечкой через валик 25 всего периметра бака.

 Хомут 30 – стальной (тип – «червячный»). Хотя я думаю, что пластиковый хомут мог бы оказаться лучше. Он надевается следующим образом: сначала его диаметр на 10-15 мм больше диаметра трубы. Затем в щель между хомутом и трубой тянутся пленки и после этого хомут зажимают

Рис. B показывает проверенный (2,5 года работы) водозабор из моего аккумулятора на вход насоса 31. Пластиковая черная труба 32 (дешевая черная труба для холодной воды с наружным диаметром 50 мм) имеет естественный изгиб, который усиливается грузом 33 (1 кг) над пленкой 24. Другие детали: 34 – пластиковое колено «90 град»; 35 – два гвоздя (вбиваются в планку 9); 36 – теплоизоляция трубы снаружи бака (до 20-40 см от гвоздей 35 – труба очень горячая, а затем – уже нет ); 37 – фильтр

Рис. C показывает водоподачу в мой аккумулятор (2,5 года работы): дешевая черная труба 38 (наружный диаметр 40 мм) соединена с пластиковым коленом 39 и трубой 40. Труба 38 «смотрит» немного вниз из-за естественного изгиба и поворота колена 39 на трубе 40. Хомут 41 (гнутая стальная пластина с двумя шурупами) прижимает колено 39 к планке 9 и зацепляется за него, чтобы противостоять реактивной силе струи воды (сила направлена наружу бака). На моем аккумуляторе: труба 40 жестко закреплена на деревянной планке скотчем (деревянная планка жестко зафиксирована в пространстве)  и «смотрит» вверх под углом 45 град. Однако мое предложение (не проверялось): труба 40 «смотрит» вниз под углом 30-90 град и закрепляется на планках 9 двумя (или более) хомутами. Хомут 41 может оказаться лишним   

Рис. D показывает подключение четырех шлангов сразу (около 12 месяцев работы с моим плоским солнечным коллектором): 42 — обрезок дешевой пластиковой трубы с внутренним диаметром 50 мм; 43 – четыре шланга (резиновые и ПВХ) с внутренними диаметрами 25, 18, 12, 12. Я залил полиуретановую пену внутрь обрезка 42: и для пространственной фиксации шлангов 43 и для пароизоляции бака. Оказалось, что обрезок 42 надежно фиксируется только хомутом 30. Хотя большие реактивные силы могут вынудить использовать хомут, чтобы прижать обрезок 42 к планкам 9. Мой входной шланг имеет фильтр 44, который закрепляется хомутом 45 на нем. Обычно я его подвешивал на веревке, чтобы фильтр 44 и хомут 45 не повредили пленку 1 на дне или стенках бака 

  Рис. E показывает один из выходов моего другого бака (3 месяца эксплуатации). Это устройство обеспечивает постоянный уровень воды в баке и сливает лишнюю воду через шланг 46. Трубка 47 опущена в вырез в листах 3 до нужного уровня воды. Пленка 1 оборачивается вокруг трубки 47 и прижимается стальным хомутом 48 сильно. Затем остаток пленки 1 входит в валик 25 вместе с пленкой 24. Другие детали: 49 – трубка, которая доходила почти до дна бака; 50 – тройник, причем его верхний выход 51 открытый и он является дренажным отверстием. Герметизация трубки 47 хомутом 48 оказалась очень надежной: устройство регулярно сливало лишнюю воду через трубку 47 и я не видел ни одной капли утечки воды через хомут 48 (я использовал два хомута 48). Трубки удерживались тугим вырезом в пенополистироле 3 тоже надежно

Если бы я делал входы-выходы сейчас, то использовал бы следующие конструкции из паянной пластиковой трубы (серая труба)

Рис. F показывает: 52, 53, 54 – трубы для прохода воды (труба 53 опирается на верх стенки бака); 55 – тройник; 56 – труба с запаянным концом (ее длина – 15-30 см; она прикручена хомутом к планкам 9), 57 – два хомута прикручивают трубу 52 к планкам 9 (еще один хомут фиксирует запаянный конец трубы 56); 58 – колено 90 град, 59 – колено 45 град. Стальной аналог устройства (но без трубы 54 и колена 59) имеет практическое испытание: он 1,5 года удерживает мои ТЭН в аккумуляторе (около 10 кг)     

Рис. G показывает другой вариант (он не испытывался): 60, 61, 62 – трубы для прохода воды; 63 – два хомута прикручивают трубу 60 к планкам 9; 64, 65 – коленья

 

10) Приложение 4: Другие преимущества моего аккумулятора над традиционными

1) Объем традиционного аккумулятора является ограниченным. Вследствие следующих причин:

— Большой бак требует большого производственного оборудования

— Большой бак имеет очень большой вес и его разгрузка с автотранспорта очень тяжелая (кран требуется)

— Длинный бак может сломаться при погрузке-разгрузке

— Автоприцеп (или полуприцеп) не может поместить бак объемом больше чем 50 тонн

Мой аккумулятор тоже имеет ограничения по объему (однако они начинаются с 50-200 тонн, а не с 5-20 тонн традиционных баков):

— Длина бака ограничена 20-25 м. Более длинные пруты 7,8 не могут перевозиться автотранспортом. Хотя они могут быть согнуты или могут изготавливаться в поле

— Ширина бака ограничена шириной пленки 1 (пленка не больше 12-18 м). Еще одно ограничение ширины – сложность и высокая стоимость крыши на стропилах. Хотя существуют идеи крыши с опорой на поплавки 23 толщиной 5-10 см

— Высота бака ограничена (многими факторами) на уровне 1,2-1,5 м

— Чем больше площадь бака, тем больше частота аварий пленки 1

2) Мой бак может приобрести любые длину-ширину-высоту (Покупатель традиционных баков ограничен ассортиментом производителей)

3) Теплоизоляция моего бака может иметь любую толщину (Традиционные баки имеют обычно 5 см теплоизоляции. Больше толщина  – по специальному заказу)

4) Если объем традиционного аккумулятора больше 0,5 куб. м, то он может не попасть в помещение: окна, двери, узкие лестницы. Первый выход – развалить стену. Второй выход – занести его в подвал до строительства дома. Однако потом его оттуда не вынести и не поменять (Это случай моего брата: в его подвале стоит ненужный водяной бак 0,8 тонн и не может пройти через хитрую лестницу)

5) Я мыл этот бак (0,8 тонн) от многолетней ржавчины. Никогда этого не забуду. 4 часа ужасной работы и очень плохой результат. Однако, «помывка» моего 4-тонного аккумулятора – очень приятное воспоминание: я вытащил внутреннюю пленку 1 со всем мусором и выбросил ее

6) Переделка моего аккумулятора может увеличить его объем в несколько раз: сначала одна из коротких стенок бака удаляется, затем длина длинных стенок достраивается и эта короткая стенка возвращается. Однако следующие детали бака теряются (они должны быть полностью заменены):

— длинные пруты 7,8 (однако, они могут использоваться для изготовления коротких прутов)

— пленки 24, 27, 28

— пленки 1 (но они могут использоваться для изготовления новой пленки 24)

Доклад 9: Очень дешевый тепловой аккумулятор для солнечных коллекторов (Часть 4)

6) Утилизация бака и ее отрицательная стоимость:

Аккумулятор разбирается на следующие полезные детали после окончания срока службы (20-40 лет):

— Листы 3 пенополистирола. Они будут в хорошем состоянии, возможно сжатые до 3-4 см толщины (возможно их плотность увеличится от 25 до 30-35 кг / куб. м). Больше 80 % листов имеют стандартные размеры (100х100, 120х100 и др.); остальные листы – прямоугольники нестандартных размеров

— Листы 23 пенополистирола. Они работали в воде при высокой температуре и могут быть в плохом состоянии. Они покрыты солями, хотя соли удаляются легко

— Листы 15 оцинкованной стали. Они работали в неагрессивной среде и скорее всего будут в хорошем состоянии. Вариант 1 – использовать их в новом баке. Вариант 2 – обрезать их до листов размерами 0,7 м х 2 м и продать за 60 % стоимости (отрезанная полоса 0,3 м х 2 м – в металлолом). Вариант 3 – сдать в металлолом за 40 % стоимости   

— Остатки прутов 7, 8. Они на 20 см короче (их концы режутся болгаркой, чтобы не откручивать гайки). Они могут быть использованы в новом баке (после нарезки новой резьбы) или могут быть проданы за 60-80 % стоимости

— Остатки стропил 21. Они на 20-40 см короче (их концы режутся бензопилой, чтобы не откручивать шурупы). Они должны быть в хорошем состоянии, поскольку они работали при температуре 60-90 градусов (это исключает биологические факторы старения дерева). Древесина содержит скобы степлера (они держали пленку 27) и небольшие куски пленки 27

— Стекловата 4 в виде коротких (4,3 метра длины) рулонов с разным возрастом (от 10 до 20-40 лет). Чем старее стекловата, тем ее стоимость меньше

— Наружная пленка 1. Она должна быть в отличном состоянии, однако с искусственной пробоиной в 1,2 метр от края (Я предлагаю сливать воду из бака следующим образом: сначала – работа насоса, а затем – пробоина в пленках 1). Люди сворачивают пленку в рулон внутри бака, вынимают ее и кладут в защитную оболочку. Пленка может быть использована в новом баке как пленка 1 (упомянутая пробоина должна быть отрезана) или как пленка 24

— Керамические плитки 17: целые плитки могут быть использованы в новом баке (или могут быть проданы), разбитые плитки являются щебнем для бетонов

Кроме этого, вторичное сырье:

— Металлолом: концы прутов 7,8 (с гайками и шайбами)

— Сухие дрова: планки 22 с верхними краями стропил 21, планки 18 с верхними краями колов 19

— Чистая полимерная пленка: пленка 16, пленка 27, 2-4 шт. пленок 28 

— Пленка 24 с налетом соли, извести, ржавчины

— Внутренняя пленка 1 со слоем грязи (основной компонент – оксид железа; это хорошее сырье для черной металургии)

— Куски стенки бака (планки 9 + балки 6, 10 + нижние края стропил 21 + верхние края планок 18 + остатки пленок 27, 28 + гвозди и шурупы). Бензопила пилит стенку бака на секции шириной 1,5-2,5 м. Эти секции складываются в штабель и могут быть использованы как дрова для специальных котлов (например, пиролизных, которые устранят вредное влияние остатков полимерных пленок) или как сырье для пиролиза, полукоксования и т.п.

Остаток после утилизации:

— Кол 20 и нижняя часть кола 19: они остаются в земле и сгниют через несколько лет 

— Веревка 26 с прищепками: она выбрасывается в мусорный мешок

Таким образом, доход от утилизации (без пленки 24 и внутренней пленки 1):

 

% от цены нового

Кол-во

Остаток цены

Итого

Вода 2 (Насос заберет в систему около 80 % воды бака)

100 %

21 тонн

0,05 Е / т

1,0 Е

Пенополистирол 3 (старая толщина – 5 см)

70 %

51,9 кв. м

0,7 Е / кв. м

36,3 Е

Пенополистирол 23 (толщина – 2 см)

50 %

24,5 кв. м

0,15 Е / кв. м

3,7 Е

3 шт. слои стекловаты 4 разного возраста (старая толщина – 5 см)

40 %

3 х 34 кв. м

0,16 Е / кв. м

16,3 Е

Сосновые стропила 21: (40 х 80) х 14 шт. х 185 см длины

50 %

0,082 куб. м

50 Е / куб. м

4,1 Е

Оцинкованные стальные пруты 7, 8 диаметром 6 мм длиной 4,2 м (15 шт.)

70 %

13,2 кг

0,42 Е / кг

5,5 Е

Оцинкованные (или краска) стальные пруты 8 диаметром 5 мм длиной 4,2 м (7 шт.)

70 %

4,3 кг

0,42 Е / кг

1,8 Е

Оцинкованные стальные пруты 7, 8 диаметром 6 мм длиной 8,2 м (6 шт.)

70 %

10,5 кг

0,42 Е / кг

4,4 Е

Оцинкованные стальные пруты 8 диаметром 5 мм длиной 8,2 м (4 шт.)

70 %

4,9 кг

0,42 Е / кг

2,1 Е

Оцинкованные стальные листы 15 размерами 0,5 мм х 0,7 м х 2 м

50 %

94 кг

0,3 Е / кг

28,2 Е

Наружная пленка 1 (+ отрез до размера 6 м х 8,8 м)

80 %

53 кв. м

0,11 Е / кв. м

5,8 Е

80 % керамических плиток 17

70 %

0,5 кв. м

2,8 Е / кв. м

1,4 Е

Металлолом

40 %

2 кг

0,24 Е / кг

0,5 Е

Сухие дрова: планки 18 и 22 с другими деталями

0,035 тонн

50 Е / тонна

1,7 Е

Сухие дрова: участки стены бака

0,175 тонн

30 Е / тонна

5,2 Е

Чистые полимерные пленки: пленка 16, пленка 27, 3 шт. пленок 28, отрезок от наружной пленки 1

60 кг

0,2 Е / кг

12,0 Е

                 С У М М А

 

 

 

130,0 EUR

2 часа 30 минут расходуется на разборку бака и укладку компонентов на поле. Кроме этого, 50 минут расходуется на следующие операции:

— Погрузить «чистые полимерные пленки» (60 кг) в мусоровоз и транспортировать их (для 150 шт. баков = 9 тонн) для утилизации

— Перевезти на склад (310 кг): пенополистирол 3, 23, стекловата 4, стропила 21, пруты 7,8, листы 15, наружная пленка 1, плитки 17, металлолом

— Обслужить (на поле) перебивку дров на щепу (210 кг)

— Погрузить грязные пленки: пленка 24 и внутренняя пленка 1

Таким образом:

— Расход времени – 3 час 20 минут. Это есть расходы – 50 EUR (при ставке 15 EUR за человеко-час)

— Прибыль утилизации = 130 Е – 50 Е = 80,0 EUR

— Это 17,6 % стоимости нового бака

 

7) Приложение 1: Вариант технологии изготовления аккумулятора

Предварительные работы (в производственном помещении за полем):

1) Балки 6: заказ сосновых заготовок 45 х 65 х 1050,  их осмотр и отбраковка (до 3 %), сверлить два отверстия (под пруты 7, 8), пропитка, складирование на паллету

2) Угловые балки 10 (4 шт.): заказ сосновых заготовок 60 х 60 х 1000, их осмотр и отбраковка, пропитка

3) Планки 9: заказ сосновых заготовок длиной 1900, отбраковка 10-20 % заготовок с сучками, пропитка 5-15 % планок (будут стоять внизу стенки бака – около земли), распил отбракованных заготовок на длины 1300 (два пролета балок 6) и 700 (один пролет), складирование на паллету

4) Планки 18: заказ сосновых заготовок 40 х 40 х 1500, отбраковка (до 5 %), вкрутить 2 шт. шурупов (на кол 19 и на стропило 21)

5, 6) Колы 19, 20 (делаются из обрезков заготовок планок 9): отрезать, заострить

7) Пруты 7 и 8: заказ круглых прутов длиной 4200 и 8200 (оцинкованные и ровные), сделать фаску и резьбу на обоих краях прута (на полуавтоматическом станке), связка комплекта одного бака

8) Стропила 21: заказ сосновых заготовок 40 х 80 х 2150, фигурные вырезы на обоих концах стропила (электропила по шаблону), вкрутить 2 шт. шурупов (на оппозитное стропило и на балку 6), складировать на паллету

9) Планки 22: заказ сосновых заготовок 40 х 50 х 1300, отбраковка (до 3 %), вкрутить 2 шт. шурупов (на стропила 21)

10) Листы 15: купить оцинкованный стальной лист 0,5 х 1000 х 2000, согнуть сторону 1000 (под 90 град) на 700 + 300, складировать на паллеты

11) Часть листов 3 (листы 3 с необходимым размером 1000х1000, 1000х500, 1200х1000, 2000х1000 попадают на поле из магазина): купить заготовку пенополистирола 1000х1000, обрезать до необходимого размера (нагретая нить или электропила; несколько заготовок за один раз с помощью шаблона), положить в большую картонную коробку

12) Заготовки из пленки 16: купить рулон пленки шириной 1200-2000, нарезать рулон на необходимые ширины, вырезать 4 шт. пленок для стенок бака, вырезать 4 шт. пленок для углов бака, вырезать пленки для покрытия дна бака

13) 2 шт. пленки 1: купить рулон пленки шириной 2 х 3 м, отрезать край рулона (т.е. разрезать рукав), порезать рулон на заготовки по 10 м, 2 шт. заготовок развернуть и положить друг на друга на площадку-шаблон, загнуть четыре края до площади дна бака, свернуть все в рулон, положить в защитную оболочку 

14) Пленка 27: купить рулон 6-метровой пленки, порезать его на заготовки по 10 м, заготовку положить на площадку-шаблон, загнуть два края до ширины 70-90 % ширины бака, свернуть все в рулон

15) Пленка 24: купить рулон пленки, порезать его на заготовки, заготовку положить на площадку-шаблон, загнуть два края до ширины на 10-20 см меньше ширины бака, свернуть все в рулон, положить в защитную оболочку

16) Пленка 28: купить рулон 6-метровой пленки, порезать его на заготовки по 10 м, свернуть их в рулоны и положить в защитные оболочки

Сборка бака в поле:

1) Решение о расположении бака, установка 6-12 «колов одного уровня» (по водному уровню), решение о необходимости грейдера, работа грейдера, взрыхлить землю (трактор с культиватором или мотоблок), установить четыре «планки одного уровня» по будущим стенкам бака, решение об объеме песка для слоя 13, копать небольшую канаву за пределами «планок уровня» (под балки 6 с плитками 17), привезти и высыпать песок внутрь «планок» (самосвал), ручное разравнивание внутри «планок» 

2) Транспортировка материалов с завода в поле: две автомашины везут комплекты для 5-20 баков (первая машина – сталь, пенопласт, стекловата; вторая – дерево и пленки). Машинная погрузка на заводе – листы 15 и деревянные детали. Остальная погрузка – ручная. Разгрузка в поле – ручная (грузчики временно отвлекаются от работ по сборке баков)

3) Изготовление четырех стенок бака: «шаблон стенки» ложится на землю, балки 6 кладутся в «шаблон», планки 9 раскладываются по балкам 6 и прибиваются гвоздями

4) Вбить колы 19 в землю, установить планки 18 на шуруп к колам 19

5) Поднятие стенок (делается многими людьми: один человек на две балки 6 длинной стенки бака): люди подходят к балкам 6, вынимают их из «шаблона», поднимают стенку, ровняют ее низ и расположение концов, временно прикручивают шуруп планки 18 (который должен быть прикручен к стропилу 21) к планкам 9, чтобы зафиксировать стенку бака в вертикальной позиции  

6) Установить угловые балки 10, соединив четыре стенки бака. Положить нужное количество плиток 17 под столбы 6, чтобы нижнее отверстие в столбах 6 совпало с уровнем слоя 13 песка. Убрать «планки уровня» из бака

7) Установка коротких прутов 7: положить их внутрь бака, вставить их в отверстия балок 6, два человека накручивают гайку с шайбой на оба конца каждого прута, накрутить еще по две гайки на каждую резьбу   

8) Аналогичная установка длинных прутов 7

9) Оттянуть низ балок 6 до упора в упомянутые шайбы, вбить колы 20 

10) Сборка каркаса крыши: установить пары стропил 21 длинных сторон бака и соединить их планками 22, установить стропила 21 коротких сторон бака, верхний шуруп планок 18 выкручивается из стенки бака и вкручивается в низ стропила 21

11) Слой 14 песка: сначала машина с песком останавливается около бака и люди бросают песок в бак лопатами. Затем лопаты разравнивают песок в слой 14 

12) Установка листов 15 (их верхний край временно фиксируется на планках 9 устройством типа прищепки или скобы). Слой 14 выравнивается окончательно

13) Укладка листов 3 на дно бака

14) Укладка листов 3 в стенки бака (скобы из п.12 переставляются на верх листов 3 и фиксируют их на верхней планке 9)

15) Укладка пленки 16: сначала установить четыре куска пленки на стенах бака (нижние 20-60 см пленки попадают на дно бака; верхний край пленок фиксируется упомянутыми скобами). Затем четыре куска пленки устанавливаются на углы баки и 2-3 куска пленки покрывают дно

16) Установить веревку 26 (зафиксировать ее скобами строительного степлера). Прищепки (которые упоминались в главе 1) вешаются на веревку 26

17) Начало установки плени 27: рулон пленки разворачивается по крыше бака, но не полностью, а на 30-50 % (чтобы не закрывать доступ внутрь бака). Остатки рулона фиксируются большими прищепками. Степлер крепит пленку на верхней части стропил 21

18) Начало установки пленки 1: занести их рулон внутрь бака, развернуть рулон по длине бака, развернуть и поднять края пленок на стенки бака и зафиксировать их на веревке 26 упомянутыми прищепками 

19) Начало заливки воды 2: бак подключается к подаче воды и вода заливается до уровня 5-10 см выше дна. Цель этой операции: вода прижимает пленку 1 ко дну и упрощает действия с ней

20) Окончание установки пленки 1: края наружной и внутренней пленок сворачиваются в валики и фиксируются на веревке 25 прищепками. Скобы из пп. 12, 14, 15 удаляются. Пленки 1 проблемно устанавливаются на четырех углах бака из-за «излишка пленки». Я заворачивал этот «излишек» на одну из сторон бака. Однако я рекомендую заворачивать «излишек» на обе стороны или распределять измятый излишек около угла. Обязательное условие – все верхние края «излишка» должны оказаться в упомянутых валиках выше будущего уровня воды 2   

21) Рулон пленки 24 подвешивается на короткой стороне бака на временных крючках

22) Установка коротких прутов 8: эта операция делаются двумя людьми при помощи мостика длиной на 10-30 см больше чем ширина бака. Они ставят мостик на стенки бака и кладут в него 4-8 прутов. Затем взять прут из мостика, вставить его в отверстия балок 6 и накрутить гайку с шайбой на оба его конца. После 4-8 прутов мостик переставляется на другое место. Затем накрутить еще по две гайки на каждую резьбу прутов  

23) Установка длинных прутов 8: сначала 2 человека (или больше) затягивают длинные пруты на уже установленные короткие пруты 8. Затем 2 человека перекатывают длинный прут по коротким прутам, вставляют его в отверстия балок 6 и накручивают гайку с шайбой. Затем накрутить еще по две гайки на каждую резьбу прутов

24) Вода 2 заливается в бак до уровня 10-30 см ниже верхнего края бака

25) Поплавки 23 (листы шириной 0,5 м) кладутся на воду с плотностью укладки 80-95 %. Затем рулон пленки 24 снимается с крючков (они удаляются) и разворачивается по длине бака на поплавках 23  

26) Вода 2 заливается в бак полностью. Пленка 24 и наружная пленка 1 соединяются в валик 25, который крепится прищепками на веревку 26

27) Рулоны пленки 27 распускаются. Степлер крепит пленку 27 на нижней части стропил 21

28) Установка стекловаты 4

29) Установка пленки 28: сначала она разворачивается и кладется на бак. Затем сделать разрезы пленок 27, 28 на планках 18 (ножом) и прибить их к планкам 9 и столбам 6, 10 (степлером)

                                             (ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

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 2)

3) Перспективы уменьшения стоимости:

Распределение расходов по деталям бака:

Доля (%)

Деталь

Минуты  завода

Мину-ты пе-ревоз-ки

Мину-ты сборки

Итого минут

х 0,25 EUR за ми-нуту

Мате-риалы

Итого расхо-ды

14,1

Стальные листы 15

10

10

10

30

7,5    Е

56,4 Е

63,9 Е

10,2

Земля и песок 13, 14

155

155

38,8  Е

7,5   Е

46,3 Е

10,0

Стальные пруты 7, 8

30

3

60

93

23,2  Е

22,0 Е

45,2 Е

7,9

Сосновые планки 9

15

10

45

70

17,5  Е

18,4 Е

35,9 Е

7,7

Пенолисты 3 дна

1

5

10

16

4,0    Е

30,8 Е

34,8 Е

5,4

Пенолисты 3 стенок

4

3

15

22

5,5    Е

19,0 Е

24,5 Е

3,7

Стекловата 4

3

10

13

3,2    Е

13,6 Е

16,8 Е

6,1

Сосновые балки 6, 10

15

10

40

65

16,3  Е

11,2 Е

27,5 Е

5,0

Стропила 21,планки 22

20

10

20

50

12,5  Е

10,4 Е

22,9 Е

5,2

Полиэтилен пленки 1

10

3

15

28

7,0    Е

16,8 Е

23,8 Е

4,6

Прочная пленка 27

3

2

35

40

10,0  Е

10,8 Е

20,8 Е

4,0

Стойкая пленка 28

2

3

15

20

5,0    Е

13,2 Е

18,2 Е

3,7

Прочная пленка 16

2

2

20

24

6,0    Е

10,9 Е

16,9 Е

3,2

Герметичная пленка 24

3

3

25

31

7,7    Е

7,0   Е

14,7 Е

3,4

Планки 18, колы 19, 20

15

3

20

38

9,5    Е

6,0   Е

15,5 Е

2,0

Пенолисты 23

2

5

7

1,8    Е

7,4   Е

9,3   Е

1,8

Керамика плитка 17

3

20

23

5,8    Е

2,4   Е

8,2   Е

1,4

Вода 2

20

20

5,0    Е

1,3   Е

6,3   Е

0,5

Веревка 26, прищепки

5

5

1,2    Е

1,2   Е

2,4   Е

100

С  У  М  М  А

130

75

545

750

187,5

266,3

453,8

Перспективы уменьшения стоимости:

1) Итак, 26-тонный бак имеет стоимость 17,0 EUR / тонна. Глава 8 опишет 190-тонный бак стоимостью 10,2 EUR / тонна. Таким образом, увеличение объема бака уменьшает стоимость кубического метра его объема. Здравый смысл подсказывает, что стоимость 1 куб. м бака примерно пропорциональна следующему коэффициенту К = площадь всех шести сторон бака поделить на его объем. Наш 26-тонный бак имеет К = 80,1 кв. м / 26,68 куб. м = 3,00 кв. м / куб. м. Бак из главы 8 имеет К = 379,8 кв. м / 189,9 куб. м = 2,00 кв. м / куб. м.

Увеличение объема бака может идти тремя путями:

— Переход с 6-метровой пленки 1 (это 26-тонный бак) на 12-метровую пленку (как в 190-тонном баке). Однако производители продают пленки еще и 18-метровой ширины. Этот путь уменьшает коэффициент К в 1,5-2,5 раз. Однако (из-за увеличения длины стропил 21) сечение стропил увеличивается 

— Увеличение только длины бака при сохранении ширины пленки 1. Например, бак с внутренним пространством 0,9 м х 3,8 м х 17,8 м имеет длину (и объем) в 2,28 раз больше, а коэффициент К = 2,86, т.е. на 4,4 % меньше

— Увеличение высоты пространства бака (высота воды в баке главы 8 увеличена от 0,9 м до 1,2 м). Этот путь уменьшает коэффициент К заметно, однако (из-за увеличения давления воды) увеличивает сечение балок 6, плотность укладки планок 9, диаметр прутов 7 и 8

Еще один эффект от уменьшения К – это уменьшение толщины теплоизоляции бака (Потеря тепла каждой тонной воды обратно пропорциональна коэффициенту К). Поэтому если бак с К = 3 должен иметь 15 см теплоизоляции, то бак с К = 2 должен иметь 10 см теплоизоляции (Экономия 5 см теплоизоляции – это минус 2,9 EUR / куб. м)

2) Следующие детали могут оказаться лишними. Я ввел их в конструкцию, чтобы перестраховаться, и я не мог сделать НИОКР по проверке необходимости этих «перестраховок». Есть идея провести НИОКР, которые докажут, что какие-то из этих «перестраховки» являются лишними. Или перенести их функции на другие детали бака или реализовать эти функции через более дешевые пути:

Деталь

Доля в расходах

Функции детали

Оцинкованные стальные листы 15

14,1  %

— Защита бака от грызунов и насекомых

— Небольшая помощь планкам 9 в противостоянии давлению воды через листы 3

Слой 14 песка

около полови-ны от 10,2 %

— Свобода смещения нижних прутов 7 (Эта свобода нужна? Может быть мягкий пенополистирол 3 даст больше свободы?)

Слой 13 песка

около четвер-ти от 10,2 %

— Участие в выравнивании площадки под бак (Может быть почва (после культиватора) заменит этот песок?)

Стропила 21 и планки 22

5,0  %

— Удержание веса стекловаты 4 и снега

— Организация стока воды с поверхности бака

    Возможно эти функции перенести на верхние пруты 8 и на поплавки 23 (плюс дополнительные пенополистирольные детали между пленками 24 и 27 с опорой на поплавки 23)

Прочная пленка 16 («гидробарьер»)

3,7 %

— Не допустить образования «водных пузырей» пленки 1

— Скорее всего, уменьшает вероятность пробоя пленок 1 снаружи бака

— Может участвовать в защите бака от подземных насекомых

Планки 18 и колья 19, 20

3,4 %

— Фиксация балок 6 в 3-мерном пространстве

— (во время сборки бака) Удержание стенок до установки верхних прутов 8 

— Корректировка вертикальности балок 6

Одна из двух пленок 1

полови-на от 5,2 %

— Одна пленка может оказаться изначально пробитой или будет пробитой во время работы. Тогда вторая пленка спасет ситуацию

— Иногда две пленки в 2 раза прочнее, чем одна пленка

Пенополистирол листы поплавков  23

2,0 %

— Уменьшают последствия пробоев пленки 24

— Возможно уменьшают вероятность пробоев пленки 24

— Дополнительная теплоизоляция вверху бака

— Упрощают установку пленки 24

Керамические плитки 17

1,8 %

— Биологическая защита древесины балок 6 от земли

— Корректировка высоты опоры балок 6 (через установку дополнительных плиток под балку)

С  У  М  М  А

40,2 %

 

3) Стоимость материалов уменьшается при переходе от «Крупного опта» (как в таблице из главы 2) к «Крупному заказу». Она еще больше уменьшается при переходе к «Самостоятельному производству». Например: самостоятельная переработка деревянных бревен на балки и планки (сейчас 10,1 % стоимости бака), производство листов из пенополистирола (сейчас 12,6 % стоимости бака и 65 % дополнительной теплоизоляции)

4) Зарплаты рабочих – это 41 % стоимости бака. Автоматизация труда может уменьшить этот показатель в несколько раз (и на изготовлении деталей бака на заводе, и на погрузке-транспортировке-разгрузке от завода до поля, и на сборке бака в поле). Например, выровнять площадку земли и насыпать песок 13, 14 – это сейчас 155 человеко-минут (8,6 % стоимости бака). Очевидно, что специальная техника сделает это дешевле, чем руки с лопатой

Таким образом, существуют надежды, что пп.2-4 уменьшат стоимость баков в 1,5 – 1,9 раз, т.е. себестоимость небольших баков (до 50 тонн) окажется в диапазоне 9-11 EUR за тонну, а для больших баков (больше 150 тонн) – в диапазоне 5-7 EUR / тонна   

                                 (ПРОДОЛЖЕНИЕ    СЛЕДУЕТ)

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

Солнечный коллектор очень нуждается в тепловом аккумуляторе. Поскольку:

1) Тепловая энергия требуется от солнца не только днем, но и ночью, вечером, утром. Поэтому солнечный коллектор должен греть воду в аккумуляторе (т.е. в утепленном водяном баке) днем, а мы отбираем тепло из этой воды в любое время суток

2) Когда приходит циклон, то солнце не светит несколько дней (или светит очень редко). Однако солнечный коллектор нагреет воду в аккумуляторе за несколько солнечных дней и эта энергия будет отобрана из воды во время пасмурных дней  

3) Лето дает солнечной энергии в 3-5 раз больше чем зима. Есть следующая идея: часть энергии лета попадает в аккумулятор и расходуется зимой. Еще одна идея: вся энергия лета заряжается в аккумулятор для зимнего отопления домов (обычно солнечный провал – это с начала ноября до начала февраля)

Однако потребителей ожидает очень большое разочарование. Цена современных тепловых аккумуляторов – это 500-1000 EUR за тонну воды. Плюс еще пол-дюжины очень важных недостатков. Это не есть проблема для дорогих солнечных коллекторов, поскольку аккумуляторы для функции 1 увеличат стоимость системы на 10-30 % (хотя функции 2 и 3 будут очень дорогими). Однако дешевые солнечные коллекторы попадают в ситуацию, когда стоимость аккумулятора увеличивает стоимость системы в несколько раз (даже для функции 1) 

Мой аккумулятор примерно в 70 раз дешевле – 5-18 EUR за тонну воды. И он не имеет этой «пол-дюжины недостатков» (см. главу 10). 4-тонный аккумулятор уже проработал 2,5 года в подвале дома в г. Миргород (Украина)

 

1) Конструкция (26-тонный бак):

Тепловой аккумулятор имеет (на рис. — вид сбоку):

— Полиэтиленовая пленка 1 (точнее, две пленки – для надежности) с размерами 6 м х 10 м. Она формирует внутреннее пространство для воды 2 с размерами (высота х ширина х длина) 0,9 м х 3,8 м х 7,8 м = объем 26,68 тонн. Вода может не иметь идеальной чистоты (Сейчас мой бак уже имеет слой ржавчины и извести толщиной несколько миллиметров)

— Дно и бока имеют теплоизоляцию из пенополистирольных листов 3 толщиной 5 см. Пенополистирол – не-экструдированный с обычной плотностью (около 25 кг на куб. м). Листы уложены без каких-либо креплений или клея. Щели между листами имеют право быть большими (несколько миллиметров – не проблема). Сначала я ложил пенопласт дна, а затем – стенок (иначе щель на краях дна водного пространства может оказаться очень большой)    

— Теплоизоляция верха – это стекловата 4 толщиной 5 см. Ее рулоны раскатываются в плоскости рисунка. Ее «раздражающий эффект» приветствуется (чтобы уничтожать грызунов)  

Давление воды на стенки удерживается следующей системой:

— Деревянные балки 6 высотой 105 см и сечением 45 х 65 (сторона «65 мм» перпендикулярна плоскости стенки). Интервал их установки – 60-65 см. 32 шт. балок: по 11 шт. на больших сторонах и по 5 шт. на малых сторонах 

— 16 шт. стальные пруты 7 диаметром 6 мм. Их концы имеют резьбу, продеваются в отверстия балок 6 и закручиваются несколькими (2-4 шт) гайками, которые удерживают широкую шайбу

— 16 шт. аналогичных стальных прутов 8, но с диаметром 5 мм

— Стенки бака формируются деревянными планками 9 толщиной 20 мм и шириной 40-60 мм. Длина планок – 190 см (три интервала балок 6). Они прибиваются гвоздями к балкам 6 с внутренней стороны (нагрузка на гвозди отсутствует). Плотность укладки планок 9: внизу – 60 %, вверху – 25 %. Средняя плотность – 37 % (35 см высоты планок на 95 см высоты стенки)

— четыре стенки скрепляются на четыре угловых балки 10 с сечением 60 х 60    

Это был расчет для 4-кратного запаса прочности прутов 7, 8 и 15-кратного запаса прочности планок. Сечение балок 6 – по строительным нормам для балок

Организация низа и стенок бака:

— Поверхность 12 земли под баком должна быть ровной. Ошибка в углах на 1 см высоты – это потеря 0,3 тонн объема бака

— Слой 13 песка толщиной 2 см. Пруты 7 кладутся на него

— Слой 14 песка толщиной 3 см. Это опора для листов 3   

— Листы 15 оцинкованной стали толщиной 0,5 мм. Лист с высотой 100 см сгибается на две части с высотами 70 см и 30 см. Часть «70 см» кладется в стенку бака (между листами 3 и планками 9), а часть «30 см» оказывается в дне бака между листами 3 и слоем 14. Основная функция листов 15 – защита от грызунов и насекомых 

— Пленка 16 (я использовал пленку «гидробарьер») между листами 3 и пленкой 1. Она покрывает дно и стенки. Она может быть негерметичной, но должна быть прочной при температуре 100 град. Ее основная функция – не допустить образования «водных пузырей» пленки 1

— Балки 6 опираются не на землю, а на 1-3 шт. керамических плиток 17

Половина балок 6 (18 шт.: это 2 х 6 шт. с большой стороны бака и 2 х 3 шт с малой стороны бака) снабжается следующей системой увеличения «жесткости установки» (Этот вариант для установки бака на землю; установка бака на твердый пол требует других решений «жесткости»): 

— Деревянная планка 18: длина 1,5 м, сечение 40 х 40

— Деревянный кол 19. Он забивается в землю и фиксируется шурупом на планке 18

— Деревянный кол 20. Он тоже забивается в землю и удерживает низ балки 6 против сдвига

Организация каркаса крыши бака (это есть известная «2-скатная крыша»):

— Деревянные стропила 21: сечение (ширина х высота) 40 х 80, длина 2,15 м. Интервал их установки – примерно 120 см. Стропила крепятся только на балки 6 с системой «жесткости» (планка 18 крепится шурупом к стропилу 21): 4 шт. пар стропил из большой стороны бака + 4 шт. стропил из угловых балок + 2 шт. стропил из центра малых сторон бака. Итого 14 шт. стропил  

— 3 шт. деревянных планок 22: сечение 40 х 50, длина 1,3 м. Они соединяют соседние стыки пар стропил 21

— Часть верхних прутов 8 (те, что из балок со стропилами 21) получают дополнительную нагрузку (особенно во время снегопада). Поэтому их диаметр должен быть увеличен до 6 мм. Таким образом из 5 шт. прутов 8 длиной 8,2 м: 1 шт. имеет диаметр 6 мм и 4 шт. – 5 мм. Из 11 шт. прутов 8 длиной  4,2 м: 4 шт. с диаметром 6 мм и 7 шт. с диаметром 5 мм

Организация верха бака:

— Поплавки 23. Это пенополистирольные листы толщиной 2 см. Они кладутся на поверхность воды без каких-либо креплений, но с небольшими промежутками

— Герметичная пленка 24 (я использовал полиэтилен, однако существует смысл поискать что-то другое) размером 4,2 м х 8,2 м. Пленка 24 и внутренняя пленка 1 образуют замкнутое пространство для воды 2. Края пленок 1 и 24 скатываются в валик 25. Он крепится на баке бельевыми прищепками (крупная модификация прищепок) на  веревку 26. Она крепится по всему периметру бака по 3-5 скоб степлера через 2-4 метра

— Пленка 27 (я использовал полиэтилен, хотя пленка должна быть более крепкая) размером 6 м х 10 м. Она фиксируется на стропилах 21 скобами степлера и должна выдерживать (кроме веса изовера 4) давление ветра и слой снега 10-30 см 

— Внешняя герметичная пленка 28 размером 6 м х 10 м. Она должна защищать бак от солнца, дождя, снега, ветра. Она фиксируется скобами степлера на деревянных стенках бака вместе с пленкой 27. Однако край пленки 27 должен оказаться ниже края пленки 28 на 2-10 см. Край пленок с южной стороны находится около земли (чтобы защитить дерево от солнца), а край с северной стороны имеет право оказаться выше земли на 20-50 см. Планки 18 мешают нормальному креплению пленок 27,28 на стенках бака. Поэтому нож делает разрезы пленок в этих местах   

Теплоизоляция бака имеет право быть больше 5 см:

— Стекловата 4 может ложиться в несколько слоев (со сдвигом) или может использоваться 10-сантиметровая толщина

— Листы 3 могут ложиться в несколько слоев или могут иметь толщину 10 см. Щели между листами наружных слоев имеют право быть очень большими (сантиметр – не проблема)

Сопротивление утечке тепла вниз бака идет (кроме пенополистирола 3) через:

— две пленки 1 и пленку 16

— песок 13, 14 и землю. Это очень эффективный теплоизолятор. Термическое сопротивление сухого песка и земли в 5-10 раз хуже, чем у пенополистирола, однако они имеют очень большую толщину

Сопротивление утечке тепла через стенки бака идет (кроме пеноплистирола 3) через:

— 2-сантиметровый промежуток между листами 3 и пленкой 27 (этот промежуток заполнен планками 9 и воздухом)  

— Пленки 27 и 28: новые и старые (замена этих пленок – это положить новую пленку на старую)

Сопротивление утечке тепла через стенки бака идет (кроме стекловаты 4) через:

— поплавки 23. Они покрывают 85-95 % поверхности воды

— пленку 24, пленку 27 и большое воздушное пространство между ними

— пленки 28: новая и старые

— может быть снег. Термическое сопротивление свежего снега в 2 раза хуже, чем у стекловаты, однако толщина его слоя может достигать 20-50 см. Хотя сопротивление тающего снега уже в 10-20 раз хуже, чем у стекловаты

 

2) Стоимость (26-тонный бак):

Описанный выше аккумулятор требует следующих материалов, не считая систем подачи и отбора воды из бака (Цены – крупный опт, май 2012, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Вода 2 (Стоимость электроэнергии для насоса на скважине 15-50 метров глубины)

26 тонн

0,05 Е / т

1,3 Е

Песок для слоев 13, 14

1,5 куб. м

5 Е / куб. м

7,5 Е

Пенополистирол 3 дна бака: толщина 5 см плотность 25 кг / куб. м, не-экструдированный

30,8 кв. м

1,0 Е / кв. м

30,8 Е

Пенополистирол 3 стенок бака: толщина 5 см плотность 20-25 кг / куб. м, не-экструдированный

21,1 кв. м

0,9 Е / кв. м

19,0 Е

Пенополистирол-поплавки  23: толщина 2 см плотность 15 кг / куб. м

24,5 кв. м

0,3 Е / кв. м

7,4 Е

Стекловата 4 толщиной 5 см

34 кв. м

0,4 Е / кв. м

13,6 Е

Сосновые балки 6: (45 х 65) х 32 шт. х 105 см длины

0,098 куб. м

100 Е / куб. м

9,8 Е

Сосновые балки 10: (60 х 60) х 4 шт. х 100 см длины

0,014 куб. м

100 Е / куб. м

1,4 Е

Сосновые планки 9 сечением 20 х 40, 20 х 60 

0,167 куб. м

110 Е / куб. м

18,4 Е

Дерево для 18 шт. комплектов «планка 18 + кол 19 + кол 20»

0,06 куб. м

100 Е / куб. м

6,0 Е

Сосновые стропила 21: (40 х 80) х 14 шт. х 215 см длины

0,096 куб. м

100 Е / куб. м

9,6 Е

Сосновые планки 22: (40 х 50) х 3 шт. х 130 см длины

0,008 куб. м

100 Е / куб. м

0,8 Е

Оцинкованные (или краска) стальные пруты 7, 8 диаметром 6 мм длиной 4,2 м (15 шт.)

13,9 кг

0,6 Е / кг

8,3 Е

Оцинкованные (или краска) стальные пруты 8 диаметром 5 мм длиной 4,2 м (7 шт.)

4,5 кг

0,6 Е / кг

2,7 Е

Оцинкованные стальные пруты 7, 8 диаметром 6 мм длиной 8,2 м (6 шт.)

10,8 кг

0,6 Е / кг

6,5 Е

Оцинкованные стальные пруты 8 диаметром 5 мм длиной 8,2 м (4 шт.)

5,0 кг

0,6 Е / кг

3,0 Е

Оцинкованные стальные листы 15 толщиной 0,5 мм

94 кг

0,6 Е / кг

56,4 Е

Шайбы (22 шт.) и гайки М5 (66 шт.); шайбы (42 шт.) и гайки М6 (126 шт.)

1,5 Е

Полиэтиленовые пленки 1: 2 шт. х (6 м х 10 м)

120 кв. м

0,14 Е / кв. м

16,8 Е

Пленка 16 («гидробарьер»)

68 кв. м

0,16 Е / кв. м

10,9 Е

Герметичная пленка 24 (4,2 м х 8,2 м)

35 кв. м

0,20 Е / кв. м

7,0 Е

Прочная пленка 27 (6 м х 10 м)

60 кв. м

0,18 Е / кв. м

10,8 Е

Герметичная стойкая пленка 28 (6 м х 10 м)

60 кв. м

0,22 Е / кв. м

13,2 Е

Веревка 26 (25 м) и прищепки (30 шт.)

1,2 Е

Керамические плитки 17

0,6 кв. м

4 Е / кв. м

2,4 Е

                 С У М М А

 

 

266,3 EUR

Расходы человеко-времени (вариант технологии – это глава 7):

1) 2 час 10 минут на подготовку 16 шт. типов деталей: сверление отверстий, нарезка на нужные длины, нарезка резьб и др.

2) 1 час 15 минут на погрузку комплекта в автомашину, его транспортировку и разгрузку в поле. Вес комплекта – 650 кг (250 кг дерева, 130 кг стали), его объем – 8 куб. м (4,5 куб. м пенополистирола и рулонной стекловаты) 

3) 9 час 05 минут на сборку бака

Эти расходы времени имеют смысл при следующих условиях:

— Одновременная сборка 5-20 шт. баков на одном поле

— «Подготовка 16 типов деталей» делается в рабочем помещении с удобным складом и несколькими самодельными приспособлениями. Плюс станок-полуавтомат для нарезки резьбы на прутах 7, 8 

— Работает бригада: много операций требуют 2 человек, несколько операций требуют 4 человек, установка стенок бака требует 6 человек 

— Рабочие – это профессионалы с опытом, нужными инструментами и самодельными приспособлениями

Таким образом (для объема 26,68 тонн):

— Стоимость материалов – 266,3 EUR на бак, т.е. 10,0 EUR за тонну воды

— Затраты времени – 12,5 человеко-час. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 187,5 EUR, т.е. 7,0 EUR за тонну воды

Таким образом, стоимость тонны аккумулятора (без систем подачи и отбора воды из бака) – 17,0 EUR

Каждые дополнительные 5 см теплоизоляции добавляют еще 2,9 EUR / тонна (76,1 EUR за весь бак = 30,8 EUR за пенополистирол дна + 19,0 EUR за пенополистирол стенок + 13,6 EUR за стекловату верха + 12,7 EUR за 51 человеко-минут)

                                   (ПРОДОЛЖЕНИЕ    СЛЕДУЕТ)

Доклад 8: Еще один дешевый солнечный коллектор для зеркальных концентраторов

Этот коллектор в 5-8 раз дешевле, чем обычные плоские коллекторы: 30 EUR за кв. м активной поверхности (плюс 6-8 EUR на стоимость креплений коллектора и расходов на его установку) против 120-250 EUR  (плюс 20-50 EUR) 

Однако мой коллектор имеет еще одно преимущество: он может работать в солнечных усилителях (параболоцилиндрических концентраторах), где мощность потока радиации в 3-10 раз больше чем обычный солнечный свет

Этот коллектор совпадает с коллектором из Доклада 7 на 70-90 %. Его основное отличие – новый коллектор может работать в широком диапазоне вертикальных углов (потому что его трубы закреплены на корпусе жестко). Поэтому он может работать не только с усилителем из Доклада 5, но и с усилителями из Докладов 2, 3 и другими

Я изготовил новый коллектор в начале января 2012 и эксплуатировал его на улице до 20 марта, когда я сделал тест на его разрушение большой солнечной радиацией. Эти эксперименты проводились в г. Миргород (50 град сев. широты) 

 

1) Конструкция

Мой коллектор имеет (на рисунке – вид сбоку):

— Внешний корпус из пенополистирола. Задняя стенка 1 делается из листов толщиной 2 см. Стенки 2 и 3 – толщиной 3 см. Все склеивается полиуретановой пеной

— Внутренняя теплоизоляция из слоя 4 стекловаты  (толщина 5 см) c алюминиевой фольгой 5

— Стальные трубы 6. Имеют тонкую стенку – 1 мм (я использовал четыре трубы с наружным диаметром 22 мм и внутренним – 20 мм). Оцинкованные (как минимум внутри). Наружность труб покрашена черной краской

— Прозрачная полиэтиленовая пленка 7

Коллектор использует три основных механизма по передаче тепла от солнца 8 к воде, которая двигается внутри труб 6:

1) 50-70 % тепла поступает в коллектор от прямого попадания солнечной радиации на стенки труб 6

2) Часть солнечной радиации проходит между соседними трубами (трубы располагаются не вплотную, а на расстоянии 6-10 мм), попадает на фольгу 5, отражается и попадает на стенки труб 6

3) Часть радиации попадает в искривления 9. Их фольга отражает радиацию на стенки труб 6   

Коллектор имеет также:

— Стальные стержни 10 диаметром 5 мм. Это опора для труб 6. Стержень вставляется в отверстия в пенополистироле стенок 2, 3. Нижний торец стержня 10 опирается на кусок доски, который приклеен к стенке 2 полиуретановой пеной

— Каждый стержень 10 имеет проволоку из нержавеющей стали диаметром до 1 мм. Эта проволока привязывает каждую из труб 6 к стержню 10. Проволока фиксируется хомутом в верхней части стержня 10   

— Деревянные планки 11 (сечение 20 х 20) и 12 (высота 20 мм и ширина 15 мм). Пленка 7 крепится на них скобами строительного степлера с интервалом скоб 30-50 см. Планки крепятся на пенополистирол полиуретановой пеной. Дождевые потоки нужно отвести от внутренности коллектора. Поэтому скобы крепят пленку 7 на планке 12 сзади, а на планке 11 – спереди. Пленка 7 может запотевать изнутри коллектора. Поэтому скобы на планке 11 располагаются не очень часто: это есть небольшая вентиляция и очень эффективный метод против запотеваний

— Скобы 13 из тонкой проволоки (я делал их разгибанием канцелярских скрепок калибра «28 мм») в форме латинской буквы «С». Они фиксируют край фольги 5 на расстоянии 50 мм от стенок 2 и 3. Интервал их установки – 15-25 см (Втыкаются в пенополистирол)

— Алюминиевая фольга 14 (я использовал толщину 14 мкм). Если коллектор используется обычным способом (т.е. без усилителя), то фольга 14 не нужна. Коллектор нуждается в фольге 14 при работе с усилителем; пенополистирол стенок 2,3 без фольги 14 может расплавится сильной радиацией   

— Куски прямой закаленной проволоки 15 длиной 13 см (между трубами 6 и фольгой 5). Они красятся белой краской, которая приклеивает их к фольге 5. Их основная функция – формировать искривления 9 

Для крепления коллектора на деревянных столбах 16:

— деревянная планка 17 высотой 20 мм и шириной 40 мм. Она прикручивается к столбу 16 шурупами

— кусок доски 18 длиной 80-150 мм. Эта длина определяет угол крепления коллектора на столбе 16. Кусок 18 крепится к стенке 2 полиуретановой пеной. Столб 16 крепится к коллектору двумя шурупами 19 и 20 

— планка 21 высотой 20 мм и шириной 30 мм и два шурупа: 22 (из планки 21 в планку 12) и 23 (из планки 17 в планку 21)

— участки планки 12 (длиной 30-60 см около шурупов 22) заменены на сечение шириной 30 мм (чтобы шуруп 22 мог быть закручен в нее)

Гидравлическое соединение (коллектор с другим коллектором или коллектор с трубами подвода-отвода воды) делается по следующим принципам:

— концы труб 6 снабжаются черными резиновыми шлангами (ПВХ-шланг использовать нельзя). Эти шланги выдерживают высокую температуру и могут выполнять функцию труб 6, т.е. хорошо поглощают радиацию 

— шланг надевается на трубу на 1,5-3 см и фиксируется одним или двумя стальными хомутами

 

2) Стоимость

Коллектор с активной площадью 1,13 кв. метра (его ширина 6,3 метров; его активная высота 18 см; это расстояние между фольгами 5 около пленки 7) требует следующих материалов, считая гидравлическое соединение соседних коллекторов, но не считая столбов 16 (Цены – средний опт, март 2012, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Трубы 7 (оцинкованная, наружный D = 22 мм, стенка = 1 мм), 4 шт х 5,95 м х 0,53 кг / м

12,6 кг

0,7 Е / кг

8,8 Е

Черная краска для труб 6 (1,8 кв. м поверхности покраски)

0,5 кг

1,4 Е / кг

0,7 Е

4 шт. комплектов «резиновый шланг 40 см + 2 хомута»

4 шт.

0,5 Е

2,0 Е

Пенополистирольные листы толщиной 2 см (для стенки 1)

1,6 кв. м

0,4 E / кв. м

0,6 E

Пенополистирольные листы толщиной 3 см (для стенок 2,3)

1,5 кв. м

0,6 E / кв. м

0,9 E

Фольгированная стекловата 4

2,1 кв. м

1,2 Е / кв. м

2,5 Е

Пленка 7 (ширина 60 см)

3,8 кв. м

0,15 Е / кв. м

0,6 Е

Фольга 14

1,1 кв. м

0,15 Е / кв. м

0,2 Е

Деревянные планки 11 и 12 (сечение 20 х 20, 15 х 20, 20 х 30)

0,005 куб. м

120 E / куб. м

0,6 E

Проволока 15 (сечение 1,5 мм)

6,5 м

0,02 Е / м

0,1 Е

Стержни 10 (сталь диаметром 5 мм)

1,2 м

0,12 Е / м

0,1 Е

3 шт. комплектов «планки 17, 21 + доска 18 + 6 шт. шурупов»

3 шт.

0,15 E

0,5 E

Полиуретановая пена, проволока и хомуты для стержней 10,  скобы 13,  клей для фольги 14

 

 

1,1 E

С У М М А

 

 

18,7 E

Расход времени на изготовление коллектора (без планок 17, 21 и установки пленки 8) – 48 человеко-минут, если имеются несколько самодельных приспособлений

Расход времени на изготовление планок 17, 21, их установку на столб 16,  установку коллектора на него, гидравлическое соединение труб 6, установку пленки 8, настройку коллектора для работы в усилителе – 27 человеко-минут

Таким образом:

— Стоимость материалов – 18,7 EUR на коллектор, т.е. 16,5 EUR за кв. м активной поверхности

— Затраты времени (48 мин + 27 мин =) 75 человеко-минут на коллектор. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 18,8 EUR, т.е. 16,6 EUR за кв. м активной поверхности

Таким образом, стоимость кв. метра активной поверхности коллектора (включая крепление и установку, без изготовления и установки деревянного столба 16) – 33 EUR (= 16,5 EUR + 16,6 EUR)

 

3) Свойства

Мой коллектор имел активную ширину 2,6 метра и высоту 18 см. Работал 2 месяца в усилителе под солнечной радиацией до 5-7 квт / кв. м в среднем и до 7-10 квт / кв. м в отдельных точках (для сравнения: обычная радиация от солнца – 0,6-0,9 квт / кв. м)

Максимальная производительность коллектора была 10 марта 2012 с 12.22 до 13.00 по зимнему киевскому времени: он нагрел 293 литр воды за 38 минут с +43,3 град до +47,1 град. Это есть мощность нагрева – 2051 вт, т.е. 4382 вт / кв. м активной поверхности коллектора. При температуре окружающего воздуха – минус 2 град   

16 марта я исследовал работу коллектора без пленки 7 (время – зимнее, температура воздуха – минус 3 град):

— С 10.03 до 10.43 коллектор работал с пленкой 7. Он нагрел 329 литр воды с 44,15 град до 46,95 град. Это есть мощность 1612 Вт

— Затем я снял пленку и с 10.43 до 11.26 коллектор работал без пленки 7. Нагрев 329 литр – с 46,95 град до 49,1 град. Мощность – 1152 Вт

— Затем я установил пленку и с 11.26 до 12.19 коллектор работал с пленкой 7. Нагрев 329 литр – с 49,1 град до 53,0 град. Мощность – 1695 Вт

Таким образом, удаление пленки 7 уменьшает производительность коллектора до 0,697. Это при разнице температур воды и воздуха – 51 град

 

4) Приложение: тесты на разрушение коллектора радиацией

Эта тема важна из-за следующего. Если коллектор освободится от воды во время солнца (например из-за ошибки автоматики или отключения электричества), то его температура увеличится до 200-400 градусов и может его разрушить

Я провел два таких теста (19 и 20 марта). Шесть термопар были установлены в разные точки коллектора для замера температуры

19 марта было несильное солнце (люксометр показывал 65-75 вместо 90-95 при чистом небе) и окружающая температура +11 град. Это есть аналог середины ноября. В 12.39 я отключил коллектор и слил с него воду. Кроме этого:

— Вначале скорость роста температуры: около труб – до 15 град в мин, между трубами и пленкой – до 10 град в мин. В 12.46 температура достигла: около труб – до +182, под пленкой – до +122. Максимум был в 13.02: около труб – до +224, под пленкой – до +136     

— В 12.45 из труб пошел пар и шел примерно до 13.50. Источник пара – водяная пленка на стенках и вода из каких-то углублений. Это явление может быть использовано для дополнительной автоматики: давление пара может включить насос для подачи воды в коллекторы

— В 13.15 я заметил прогорания пленки 7 около скоб 13 (они начались раньше). Прогорала почти каждая скоба 13 в верхнем ряду до отверстия диаметром до 10 мм. Нижний ряд скоб не повреждал пленку 

— В 13.45 я заметил расплавление пенополистирола около верхнего конца стержней 10. Это явление вызвало уход труб от фольги 5 на 1-3 см

— В 14.28 перегрев был закончен. Я закрыл коллектор от солнца и дал ему остыть несколько часов. После этого я включил коллектор. Коллектор работал без проблем и без протеканий воды

20 марта было хорошее солнце (люксометр показывал 88-91), окружающая температура +5 град и заметный западный ветер. Это типичная середина марта. В 10.57 я отключил коллектор и слил с него воду. Кроме этого:

— Максимум температуры был в 12.25: около труб – до +293, под пленкой – до +182 (Я думаю, что температура внутри труб достигала 350-400 град)

— Пар шел из коллектора до 11.40

— В 11.50 я заметил белый налет на пленке. Я думаю, что это горела алкидная эмаль на одной из труб 6 (Остальные трубы были покрашены высокотемпературной краской). Я также чувствовал запах горения. К 12.39 белый налет покрыл до 90 % площади пленки (Позже я пробовал его смыть: вода не справлялась, моющие средства справились). Это явление может быть использовано для защиты коллектора следующим образом. Что-то может быть положено в коллектор и при повышении температуры оно даст плотный налет на пленке 7, который защитит коллектор от перегрева. Однако пленка 7 должна быть сменена после этого 

— После 12.20 появились большие разрывы в пленке. Это ветер прижимал размягченную пленку к горячим трубам и появлялись дырки высотой в 2-5 сантиметров и шириной в десятки сантиметров. Это явление может быть использовано для защиты коллектора от перегрева: разгерметизация пленки уменьшает температуру в коллекторе. Причем, пленка может быть сменена не сразу: коллектор может продолжать работать, хотя и с меньшим КПД  

— Кроме этого, я заметил дырки (высотой в несколько миллиметров) в пленке 7 на местах ее касаний с алюминиевой фольгой 5

— В 12.39 перегрев был закончен. Я сразу пустил воду в коллектор. Коллектор заработал без проблем и без протеканий воды. Его работа с солнцем до 14.15 показала, что производительность поврежденного коллектора – это около 85 % от нового коллектора

— Алкидная краска труб 6 сгорела до серого цвета. Высокотемпературная 450-градусная краска выдержала все

— Пенопласт вверху стержней 10 расплавился сильно. Трубы удерживались только пленкой 7

Доклад 7: Дешевый солнечный коллектор (меньше 35 EUR за кв. м), способный работать в зеркальных концентраторах

Различные фирмы продают плоские солнечные коллекторы по ценам от 120-180 EUR за кв. метр активной поверхности (польское производство) до 150-250 EUR / кв. м (Германия) (Здесь и далее – цены без НДС). Я предлагаю конструкцию коллектора, который имеет себестоимость производства в 5-8 раз меньше: сейчас около 35 EUR / кв. м, в перспективе – 20-30 EUR / кв. м. Плюс 6-8 EUR / кв. м на стоимость креплений коллектора и расходов на его установку (эти расходы у фирменных коллекторов – 20-50 EUR / кв. м) 

Мой коллектор может использоваться обычным способом, т.е. обычная неподвижная установка на юг. Однако он может работать и с некоторыми типами солнечных усилителей, например который описан в Докладе 5 (обычно их называют «параболоцилиндрический концентратор»). Солнечный усилитель – это система зеркал, которые фокусируют солнечную радиацию в зайчик высотой 5-20 см (шириной – до нескольких десятков метров) и интенсивностью, которая в 3-10 раз больше обычного солнечного света

Я изготовил экспериментальный коллектор в середине октября 2011 и эксплуатировал его с солнечным усилителем до середины декабря. Эти эксперименты проводились в г. Миргород (50 град сев. широты) 

 

1) Конструкция

Мой коллектор имеет (на рисунке – вид сбоку):

— Внешний корпус из пенополистирола. Задняя стенка 1 делается из листов толщиной 3 см. Стенки 2 и 3 – толщиной 5 см. Все склеивается полиуретановой пеной

— Внутренняя теплоизоляция из слоя 4 обычной стекловаты  (толщина 5 см) и двух кусков фольгированной стекловаты (толщина 5 см): верхнего слоя 5 и нижнего слоя 6 (это стекловата, на которую наклеена армированная алюминиевая фольга, иногда на бумажной подложке)

— Стальные трубы 7. Имеют тонкую стенку – 1 мм (я использовал четыре трубы с наружным диаметром 22 мм и внутренним – 20 мм). Оцинкованные (как минимум внутри). Наружность труб покрашена черной краской

— Прозрачная полиэтиленовая пленка 8

Коллектор использует четыре основных механизма по передаче тепла от солнца 9 к воде, которая двигается внутри труб 7:

1) 50-70 % тепла поступает в коллектор от прямого попадания солнечной радиации на стенки труб 7

2,3) Часть солнечной радиации проходит между соседними трубами (трубы располагаются не вплотную, а на расстоянии 6-10 мм), попадает на светлую поверхность стекловаты и затем идет по двум путям. Первый путь: рассеивание стекловатой и попадание рассеянного излучения на стенки труб 7. Второй путь: поглощение стекловатой, преобразование в теплоту воздуха, который достигает стенок труб 7 и передает им тепло

4) 15-25 % тепла поступает в коллектор по следующему пути. Сначала радиация от солнца попадает на алюминиевую фольгу 10, 11, которую имеют слои 5 и 6 стекловаты. Затем это излучение отражается от фольги (его часть рассеивается, а часть преобразуется в тепло) и попадает на стенки труб 7   

Коллектор имеет также:

— Проволока 12 из нержавеющей стали диаметром до 1 мм. Это очень дешевый и удобный способ крепления (подвески) труб 7: 1-2 поворота двойной проволоки рукой и труба подвешена надежно и на нужном расстоянии от других труб с точностью до миллиметра. Кроме этого, трубы 7 могут устанавливаться в коллектор не на заводе, а уже в поле (после закрепления коллекторов на земле и до установки пленки 8). Проволока 12  удерживается на стенке 2 стальным стержнем 13 диаметром 7-10 мм и длиной 5-8 см. Интервал между соседними такими подвязками – до 2 метров.

— Треугольник 14 из пенополистирола. Он усиливает опору стенки 2 на стенку 1

— Деревянные планки 15 и 16 (сечение 20 х 30). Пленка 8 крепится на них скобами строительного степлера с интервалом скоб 30-50 см. Кроме этого, планки увеличивают жесткость пенополистирольного корпуса и участвуют в креплении коллектора на земле. Планки крепятся на пенополистирол полиуретановой пеной

— Скобы 17 из тонкой проволоки (я делал их разгибанием канцелярских скрепок калибра «28 мм») в форме латинской буквы «С». Они фиксируют край фольги 10, 11 на расстоянии 50 мм от стенок 2 и 3. Интервал их установки – 15-25 см (Втыкаются в пенополистирол)

— Алюминиевая фольга 18 и 19 (я использовал толщину 14 мкм). Если коллектор используется обычным способом (т.е. без усилителя), то фольга 18 и 19 не нужна. Еще некоторые особенности коллекторов для обычного способа (без усилителей): стенка 2 имеет минимальную длину, а наклон пленки 8 достигает 20-50 град к вертикали 

Следующий рисунок показывает крепление коллектора на земле (все планки имеют сечение 20 х 30):

— планка 20 вбивается в землю и прикручивается к планкам 15 и 16 шурупами (сторона «30 мм» параллельна плоскости рисунка)

— планка 21 – это упор планки 20 на землю

— кол 22

— планка 23 (она прикручивается шурупами к колу 22 и планке 20)

Интервал таких креплений – порядка 2 м. Эксплуатация показала высокую надежность и жесткость этого крепления. Вертикальный угол коллектора корректируется прикручиванием кола 22 в другом месте планки 23

Гидравлическое соединение (коллектор с другим коллектором или коллектор с трубами подвода-отвода воды) делается по следующим принципам:

— концы труб 7 снабжаются черными резиновыми шлангами (ПВХ-шланг использовать нельзя). Эти шланги выдерживают высокую температуру и могут выполнять функцию труб 7, т.е. хорошо поглощают радиацию 

— шланг надевается на трубу на 1,5-3 см и фиксируется одним или двумя стальными хомутами. Если хомут один, то протекания возможны при давлении выше 0,5-1 бар. Два хомута гарантируют высокую надежность соединения

 

2) Стоимость

Коллектор с активной площадью 1,02 кв. метра (его ширина 6 метров; его активная высота 17 см; это расстояние между фольгами 10 и 11 около пленки 8) требует следующих материалов, считая крепления на земле и гидравлическое соединение (Цены – средний опт, декабрь 2011, Украина, без НДС):

 

Кол-во

Цена

Итого

Трубы 7 (оцинкованная, наружный D = 22 мм, стенка = 1 мм), 4 шт х 6 м х 0,52 кг / м

12,5 кг

0,7 Е / кг

8,8 Е

Черная краска для труб 7 (1,7 кв. м поверхности покраски)

0,4 кг

1,5 Е / кг

0,6 Е

4 шт. комплектов «резиновый шланг 10 см + 2 хомута»

4 шт.

0,25 Е

1,0 Е

Пенополистирольные листы толщиной 3 см (для стенки 1)

1,6 кв. м

0,6 E / кв. м

1,0 E

Пенополистирольные листы толщиной 5 см (для стенок 2,3 и треугольника 14)

1,9 кв. м

1,0 E / кв. м

1,9 E

Обычная стекловата 4

1,1 кв. м

0,5 Е / кв. м

0,6 Е

Фольгированная стекловата 5,6

1,2 кв. м

1,2 Е / кв. м

1,4 Е

Пленка 8 (ширина 75 см)

4,5 кв. м

0,15 Е / кв. м

0,7 Е

Фольга 18, 19

1,1 кв. м

0,15 Е / кв. м

0,2 Е

Деревянные планки 15, 16 (сечение 20х30)

12 м

0,06 E / м

0,7 E

4 шт. комплектов планок 20-23 (сечение 20 х 30)

8 м

0,06 E / м

0,5 E

Полиуретановая пена, проволока 12,  стержни 13, скобы 17, шурупы для планок 20-23, клей для фольги 18, 19

 

 

1,2 E

С У М М А

 

 

18,6 E

Расход времени на изготовление коллектора (без установки труб 7 и пленки 8) – 61 человеко-минута, если имеются несколько самодельных приспособлений

Расход времени на изготовление планок 20-23, их установку на землю,  установку коллектора на них, установку и гидравлическое соединение труб 7, на установку пленки 8 – 40 человеко-минут

Таким образом:

— Стоимость материалов – 18,6 EUR на коллектор, т.е. 18,2 EUR за кв. м активной поверхности

— Затраты времени (61 мин + 40 мин =) 101 человеко-минута на коллектор. Если ставка зарплаты будет 15 EUR / час (2600 EUR в месяц), то эти расходы будут 25,3 EUR, т.е. 24,8 EUR за кв. м активной поверхности

— Таким образом, стоимость кв. метра активной поверхности коллектора (включая крепление и установку) – 43 EUR (= 18,2 EUR + 24,8 EUR)

Очевидно, что коллектор требует следующего периодического обслуживания:

— Смена пленки 8 (раз в 1-3 года): старая пленка срезается ножом или срывается, и новая пленка крепится на планки 15, 16 строительным степлером

— Смена пленки 8 + смена фольги 18, 19: старая фольга срывается и клеится новая (на «жидкие гвозди»)

— Смена пленки 8 + наклейка алюминиевой фольги на фольги 10, 11

— Смена пленки 8 + покраска труб 7 черной краской + наклейка фольги на фольги 10, 11 + смена фольги 18, 19

 

3) Свойства

Мой коллектор имел активную ширину 4,3 метра и высоту 17 см. Работал 2 месяца в усилителе под солнечной радиацией до 4-5 квт / кв. м в среднем и до 5-8 квт / кв. м в отдельных точках (для сравнения: обычная радиация от солнца – 0,6-0,9 квт / кв. м)

Максимальная производительность коллектора была 23 октября 2011 с 12.34 до 12.48 по летнему киевскому времени: он нагрел 55,1 литр воды за 14 минут с +55,7 град до +65,8 град. Это есть мощность нагрева – 2782 вт, т.е. 3806 вт / кв. м активной поверхности коллектора. При температуре окружающего воздуха +10 град   

Другие важные события 2-месячной эксплуатации коллектора:

1) Я устанавливал белую полимерную пленку между трубами 7 и слоем 4 (магазины называют ее «агроткань»; она похожа на очень дешевый вспененный полиэтилен). Во-первых, эта пленка защищала трубы 7 от волосков стекловаты 4. Во-вторых, эта пленка имеет более низкий коэффициент поглощения радиации, чем стекловата    

2) В середине октября я сделал перегрев коллектора сразу после гидравлических испытаний до установки пленки 8: я оставил коллектор в усилителе без воды больше чем на 30 минут во время полуденного солнца (Работа без пленки 8 – это очень небольшой перегрев). Единственный результат перегрева – это нарушение гидравлического соединения резиновых шлангов с трубами 7. Я исправил это подтяжкой хомутов на шлангах. Интересно заметить, что в декабре я разобрал коллектор и обнаружил, что резиновые шланги надежно приварились к стальным трубам как минимум на 80 % площади контакта

3) В середине ноября я (случайно) сделал еще один перегрев коллектора, однако уже с пленкой 8: я оставил коллектор без воды на 5-10 минут. Единственный результат перегрева – полностью расплавилась (исчезла) пленка, упомянутая в п.1  

4) Я потратил очень много времени на решение следующей проблемы. Солнечный зайчик усилителя падал на торцы стенок 2, 3 (а также попадал в промежутки между стенками 2, 3 и слоями 5, 6) и плавил их пенополистирол. Эта проблема оказалась решена только использованием фольги 18, 19. Во-первых, фольга имеет очень низкий коэффициент поглощения радиации. Во-вторых, она передает тепло на более холодные свои участки, которые его рассеивают (поэтому более толстая фольга – это хорошо) 

5) Дождевые потоки нужно отвести от внутренности коллектора. Поэтому пленка 8 крепится (скобами) на планке 15 сзади, а на планке 16 – снизу. Кроме этого, планка 16 выступает вниз, чтобы нижняя часть пленки 8 не образовала сток внутрь коллектора

6) Пленка 8 может запотевать изнутри коллектора. Эти запотевания могут уменьшаться или исчезать под сильной радиацией усилителя. Однако это не всегда. Я решил эту проблему только в январе на моем новом коллекторе (я опишу его в последующих докладах): сейчас пленка 8 неплотно прилегает снизу и дает нужный уровень вентиляции. Хотя я мог попробовать сделать вентиляцию посредством порезов пленки 8