Отопление солнцем и воздухом своими руками: Солнечное отопление частного дома своими руками — Мастер на все ручки: Блог домашнего сварщика

Содержание

солнечные коллекторы и батареи, принцип действия и эффективность

С ростом цен на энергоносители все актуальнее становится использование альтернативных источников энергии. А так как отопление у многих основная статья расходов, то об отоплении речь в первую очередь: платить приходится практически круглый год и немалые суммы. При желании сэкономить, первым на ум приходит солнечное тепло: мощный и совершенно бесплатный источник энергии. И использовать его вполне реально. Причем оборудование стоит хоть и дорого, но в разы дешевле, чем тепловые насосы. О том, как может быть использована энергия солнца для отопления дома, поговорим подробнее.

Отопление от солнца: за и против

Если говорить об использовании солнечной энергии для отопления, то нужно иметь в виду, что существуют два разных устройства для преобразования солнечной энергии:

Оба варианта имеют свои особенности. Хотя сразу нужно сказать, какой бы из их вы ни выбрали, не спешите отказываться от той системы отопления, которая у вас есть.

Солнце встает, конечно, каждое утро, но вот не всегда на ваши солнечные элементы будет попадать достаточно света. Самое разумное решение — сделать комбинированную систему. Когда энергии солнца достаточно, второй источник тепла работать не будет. Этим вы и обезопасите себя, и жить будете в комфортных условиях, и сэкономите.

Если желания или возможности ставить две системы нет, ваше солнечное отопление должно иметь, как минимум, двукратный запас по мощности. Тогда точно можно сказать, что тепло у вас будет в любом случае.

Достоинства использования солнечной энергии для отопления:

Недостатки:

Зависимость количества поступающего тепла от погоды и региона.

Для гарантированного отопления потребуется система, которая может работать параллельно с гелиосистемой отопления. Многие производители отопительного оборудования предусматривают такую возможность. В частности европейские производители настенных газовых котлов предусматривают совместную работу с солнечным отоплением (например, котлы Baxi). Даже если у вас установлено оборудование, у которого такой возможности нет, можно согласовать работу отопительной системы при помощи контролера.
Солидные финансовые вложения на стартовом.

Периодичное обслуживание: трубки и панели нужно очищать от налипшего мусора и мыть от пыли.
Некоторые из жидкостных солнечных коллекторов не могут работать при очень низких температурах. В преддверии сильных морозов жидкость приходится сливать. Но это касается не всех моделей и не всех жидкостей.

Теперь рассмотрим подробнее каждый из типов солнечных нагревательных элементов.

Солнечные коллекторы

Для солнечного отопления используют именно гелиоколлекторы. Эти установки при помощи тепла солнца нагревают жидкость-теплоноситель, которую потом можно использовать в системе водяного отопления. Специфика в том, что солнечный водонагреватель для отопления дома выдает только температуру 45-60

оС, а самую высокую эффективность показывает при 35^оС на выходе.

Потому рекомендованы такие системы для использования в паре с теплыми водяными полами. Если отказываться от радиаторов вам не хочется, или увеличивайте количество секций (раза в два примерно) или подогревайте теплоноситель.

Для обеспечения дома теплой водой и для водяного отопления можно использовать солнечные коллекторы (плоские и трубчатые)

Теперь о видах солнечных коллекторов. Конструктивно есть две модификации:

плоские;
трубчатые.

В каждой из групп есть вариации и по материалам, и по конструкции, но принцип действия у них один: по трубкам бежит теплоноситель, который нагревается от солнца. Вот только конструкции абсолютно разные.

Плоские солнечные коллекторы

Эти гелиоустановки для отопления имеют простую конструкцию и потому именно их можно при желании изготовить своими руками. На металлической раме закреплено прочное дно. Сверху уложен слой теплоизоляции. Изолируются для уменьшения потерь и стенки корпуса. Затем идет слой адсорбера — материала, который хорошо поглощает солнечное излучение, превращая его в тепло. Этот слой обычно имеет черный цвет. На адсорбере закреплены трубы, по которым течет теплоноситель. Сверху вся эта конструкция закрывается прозрачной крышкой. Материалом для крышки может быть закаленное стекло или один из пластиков (чаще всего это поликарбонат). В некоторых моделях светопропускающий материал крышки может проходить специальную обработку: для уменьшения отражающей способности его делают не гладким, а чуть матовым.

Конструкция плоского солнечного коллектора

Трубы в плоском солнечном коллекторе обычно уложены змейкой, имеется два отверстия — впускное и выпускное. Может быть реализовано однотрубное и двухтрубное подключение. Это кому как нравится. Но для нормального теплообмена необходим насос. Возможна и самотечная система, но она будет очень неэффективной из-за небольшой скорости движения теплоносителя. Именно этого типа солнечный коллектор и используют для отопления, хотя с его помощью можно эффективно греть воду для ГВС.

Есть вариант самотечного коллектора, но его применяют в основном для подогрева воды. Называют такую конструкцию еще пластиковым солнечным коллектором. Это две пластины из прозрачного пластика, герметично закрепленные на корпусе. Внутри устроен лабиринт для продвижения воды. Иногда нижняя панель бывает окрашена в черный цвет. Имеется два отверстия — впускное и выпускное. Вода подается внутрь, по мере продвижения по лабиринту греется солнцем, и выходит уже теплой. Такая схема хорошо работает с резервуаром для воды и легко нагревает воду для ГВС. Это современная замена обычной бочке, установленной на летнем душе. Причем более эффективная замена.

Пластиковый коллектор используют для нагрева воды

Насколько эффективны солнечные коллекторы? Среди всех бытовых гелиоустановок на сегодня они показывают лучшие результаты: их КПД 72-75%. Но не все так хорошо:

они не работают ночью и плохо работают в пасмурную погоду;
большие потери тепла, особенно при ветре;
низкая ремонтопригодность: если что-то выходит из строя, то менять нужно значительную часть, или всю панель полностью.

Тем не менее, часто отопление частного дома от солнца делают именно при помощи этих гелиоустановок. Такие установки популярны в южных странах с активным излучением и положительными температурами в зимний период. Для наших зим они не подходят, но в летний сезон показывают хорошие результаты.

Воздушный коллектор

Эта установка может быть использована для воздушного отопления дома. Конструктивно она очень напоминает описанный выше пластиковый коллектор, но циркулирует и нагревается в нем воздух. Такие устройства навешиваются на стены. Действовать они могут двумя способами: если воздушный гелионагреватель герметичен, воздух забирается из помещения, нагревается и возвращается в то же помещение.

Воздушный коллектор устанавливается на южной стене

Есть другой вариант. В нем обогрев совмещен с вентиляцией. В наружном корпусе воздушного коллектора имеются отверстия. Через них внутрь конструкции поступает холодный воздух. Проходя через лабиринт, от солнечных лучей он нагревается, а затем подогретым попадает в помещение.

Такое отопление дома будет более-менее эффективным, если установка будет занимать всю южную стену, и при этом тени на этой стене не будет.

Трубчатые коллекторы

Тут тоже циркулирует теплоноситель по трубам, но каждая из таких теплообменных труб вставлена в стеклянную колбу. Все они соединяются в манифолде (manifold), который, по сути, является гребенкой.

Схема трубчатого коллектора (кликните для увеличения размера картинки)

Трубчатые коллекторы имеют два типа трубок: коаксиальные и перьевые. Коаксиальные — труба в трубе — вложены одна в другую и их края запаяны. Внутри между двумя стенками создается разреженная безвоздушная среда. Потому такие трубки называют еще вакуумными. Перьевые трубки — это обычная трубка, запаянная с одной стороны. А перьевыми их называют потому, что для повышения теплоотдачи в них вставляется пластина адсорберная, которая имеет изогнутые края и чем-то напоминает перо.

Кроме того в разные корпуса могут быть вставлены теплообменники разного типа. Первые — это тепловые каналы Heat-pipe (Хит пайп). Это целая система преобразования солнечного света в тепловую энергию. Heat-pipe — это полая медная трубка небольшого диаметра, запаянная на одном конце. На втором находится массивный наконечник. В трубку залито вещество с низкой температурой кипения. При нагревании вещество начинает кипеть, часть его переходит в газообразное состояние и поднимается по трубке вверх. По пути от нагретых стенок трубки оно все больше нагревается. Попадает в верхнюю часть, где находится некоторое время. За это время часть тепла газ передает массивному наконечнику, постепенно охлаждается, конденсируется и оседает вниз, где процесс снова повторяется.

Схема работы теплового канала Heat-pipe

Второй способ — U-type — это традиционная трубка, заполненная теплоносителем. Тут никаких новостей или сюрпризов. Все как обычно: с одной стороны входит теплоноситель, проходя по трубке, нагревается от солнечного света. Несмотря на свою простоту этот вид теплообменников эффективнее. Но используется он реже. А все потому, что солнечные водонагреватели такого типа составляют собой единое целое. При повреждении одной трубки приходится менять вся секцию.

Трубчатые коллекторы с системой Heat-pipe стоят дороже, показывают меньшую эффективность, но используются чаще. А все потому, что поврежденную трубку поменять можно за пару минут. Причем, если колба использована коаксиальная, то трубка тоже может быть отремонтирована. Просто она разбирается (снимается верхняя заглушка) и поврежденный элемент (тепловой канал или сама колба) заменяется на исправный. Затем трубка вставляется на место.

Обычная U-образная трубка самый эффективный тепловой канал

Какой коллектор лучше для отопления

Для южных регионов с мягкой зимой и большим количеством солнечных дней в году лучший вариант — плоский коллектор. При таком климате он показывает высшую продуктивность.

Для регионов с более суровым климатом подходят трубчатые коллекторы. Причем для суровых зим больше подходят именно системы с Heat-pipe: они греют даже ночью и даже в пасмурную погоду, собирая большую часть спектра солнечного излучения. Они не боятся низких температур, но точный диапазон температур нужно уточнять: он зависит от вещества, находящегося в тепловом канале.

Эти системы при грамотном расчете могут быть основными, но чаще они просто экономят затраты на отопление от другого, платного источника энергии.

Для России больше подходят трубчатые гелиосистемы

Еще одним вспомогательным отоплением может быть воздушный коллектор. Его можно сделать во всю стену, причем он легко реализуется своими руками. Он отлично подойдет для отопления гаража или дачи. Причем проблемы с недостаточным нагревом могут возникнуть не зимой, как вы ожидаете, а осенью. При морозе и снеге энергии солнца в разы больше, чем в пасмурную дождливую погоду.

Солнечные батареи

Слыша слова «солнечная энергетика» мы в первую очередь думаем именно о батареях, которые преобразуют свет в электричество. И делают это специальные фотоэлектрические преобразователи. Они выпускаются промышленностью из разных полупроводников. Чаще всего для бытового использования мы применяем кремниевые фотоэлементы. Они имеют самую низкую цену и показывают достаточно приличную производительность: 20-25%.

Солнечные батареи для частного дома в некоторых странах — обычное явление

Напрямую использовать солнечные батареи для отопления можно лишь в том случае, если котел или другой отопительный прибор на электричестве вы подключите к этому источнику тока. Также солнечные панели в совокупности с электро-аккумуляторами можно интегрировать в систему снабжения дома электричеством и таким образом уменьшать приходящие ежемесячно счета за использованную электроэнергию. В принципе, вполне реально полностью обеспечить потребности семьи от этих установок. Просто средств и площадей потребуется много. В среднем с квадратного метра панели можно получить 120-150Вт. Вот и считайте, сколько квадратов кровли или придомовой территории должно быть занято такими панелями.

Особенности отопления солнечным теплом

Целесообразность устройства системы солнечного отопления у многих вызывает сомнения. Основной довод — это дорого и никогда себя не окупит. С тем, что это дорого, приходится согласиться: цены на оборудование немаленькие. Но никто не мешает вам начать с малого. Например, для оценки эффективности и практичности идеи сделать подобную установку самому. Затрат минимум, а представление будете иметь из первых рук. Потом уже будете решать стоит со всем этим связываться или нет. Вот только в чем дело: все негативные сообщения от теоретиков. От практиков не встречалось ни одного. Идет активное выяснение способов улучшения, переделок, но никто не сказал, что затея бесполезна. Это о чем-то говорит.

Теперь о том, что установка системы солнечного отопления никогда не окупится. Пока срок окупае

Если включить гелиосистему параллельно с централизованным энергоснабжением, можно сэкономить приличную сумму

мости в нашей стране большой. Он сравним со сроком эксплуатации солнечных коллекторов или батарей. Но если посмотреть динамику роста цен на все энергоносители, то можно предположить, что вскоре он сократится до вполне приемлемых сроков.

Теперь собственно о том, как сделать систему. Прежде всего, нужно определить потребность вашего дома и семи в тепле и горячей воде. Общая методика расчета системы солнечного отопления следующая:

Зная, в каком регионе находится дом, вы можете узнать, сколько солнечного света приходится на 1м² площади в каждом месяце года. Специалисты это называют инсоляцией. Исходя из этих данных, вы затем сможете прикинуть, сколько солнечных панелей вам необходимо. Но сначала нужно определить, сколько тепла понадобится на подготовку ГВС и отопление.
Если счетчик горячей воды у вас есть, то вы знаете объемы горячей воды, которые вы тратите ежемесячно. Выведите средние данные расхода за месяц или считайте по максимальному расходу — это кто как хочет. Также у вас должны иметься данные о тепловых потерях дома.
Присмотрите солнечные нагреватели, которые хотели бы поставить. Имея данные по их производительности, вы сможете примерно определить количество элементов, необходимое на покрытие ваших потребностей.

Кроме определения количества составляющих гелиосистемы, понадобится определить объем бака, в котором будет накапливаться горячая вода для ГВС. Это легко можно сделать, зная фактический расход вашей семьи. Если у вас установлен счетчик на ГВС, и вы имеете данные за несколько лет, можно вывести среднюю норму потребления в день (средний расход в месяц поделить на количество дней). Вот примерно такой объем бака вам нужен. Но бак нужно брать с запасом в 20% или около того. На всякий случай.

Принципиальная схема отопления дома с солнечными коллекторами

Если ГВС или счетчика нет, можно воспользоваться нормами потребления. Один человек в сутки в среднем расходует 100-150 литров воды. Зная, сколько человек постоянно проживают в доме, вы рассчитаете требуемый объем бака: норма умножается на количество жильцов.

Сразу нужно сказать, что рациональной (с точки зрения окупаемости) для средней полосы России является система солнечного отопления, которая покрывает порядка 30% потребности в тепле и полностью снабжает горячей водой. Это усредненный результат: в какие-то месяцы отопление будет на 70-80% обеспечиваться гелиосистемой, а в какие-то (декабрь-январь) всего на 10%. И снова-таки многое зависит от типа солнечных батарей и от региона проживания.

Причем дело не только в «севернее» или «южнее». Дело в количестве солнечных дней. Например, на очень холодной Чукотке солнечное отопление будет очень эффективным: там почти всегда светит солнце. В гораздо более мягком климате Англии, с вечными туманами, его эффективность крайне низка.
;

Итоги

Несмотря на множество критиков, которые говорят о неэффективности солнечной энергетики и слишком большом сроке окупаемости, все больше людей хоть частично переходят на альтернативные источники. Кроме экономии многих привлекает независимость от государства и его ценовой политики. Чтобы не жалеть о напрасно вложенных суммах, можно сначала провести эксперимент: изготовить одну из солнечных установок своими руками и решить для себя насколько это вас привлекает (или нет).

стоимость и цена комплекта своими руками

Солнечное отопление

Постоянный рост тарифов и ветхое состояние коммуникаций вынуждают владельцев частных домов активно искать альтернативные способы обогрева. Одним из мощных и неиссякаемых источников является Солнце, ежедневно поставляющее огромное количество киловатт бесплатной энергии. Необходимо установить соответствующее оборудование, и зависимость от поставщиков сетевых ресурсов останется в прошлом.

Солнечная энергия имеется всегда, хоть и зависит от погодных условий или времени суток. Для регионов, где климатические и погодные условия позволяют получать достаточное количество киловатт для обогрева, такой вариант становится оптимальным. Солнечное отопление предоставляет массу возможностей и преимуществ, о которых следует поговорить подробнее.

Устройство и принцип работы

Солнечное отопление частного дома — инновационная технология, о которой пока еще не все имеют четкое представление. Между тем, все возможности для установки и использования соответствующих комплексов имеются практически у любого домовладельца. Необходимость финансовых вложений существует только для приобретения аппаратуры или оборудования, все остальное он получит бесплатно.

Существует два варианта организации солнечного отопления:

Солнечные батареи;
Солнечные коллекторы.

Использование солнечных батарей — более затратный метод, требующий присутствия большого количества оборудования. Используются фотоэлектрические элементы, расположенные на открытой площадке под нужным углом для максимально перпендикулярного падения солнечных лучей. Они вырабатывают электрический ток, который накапливается в аккумуляторных батареях, преобразуется в переменный ток со стандартными параметрами, после чего направляется на отопительные приборы.

Отопление от солнечных батарей в частном доме дает массу дополнительных возможностей. Такой способ имеет значительное преимущество —электрический ток, который вырабатывают солнечные батареи, можно использовать не только на обогрев дома, но и на питание любых приборов, на освещение или иные надобности.

Солнечные батареи для дома для отопления, стоимость которых довольно высока, могут оказаться невыгодны с финансовой точки зрения.

Солнечные коллекторы действуют по другому принципу. Они не вырабатывают, а получают от Солнца тепловую энергию, которая нагревает теплоноситель в емкостях или трубках. В принципе, коллектором можно считать любую емкость с водой, выставленную на солнце, но имеются специальные конструкции, способные продемонстрировать наибольшую эффективность. Такой вариант системы значительно проще, дешевле и доступен для самостоятельного изготовления.

Полученное тепло сразу реализуется в повышении температуры теплоносителя, который аккумулируется в накопительной емкости, откуда распределяется по отопительным контурам дома. Оптимальным способом обогрева является использование низкотемпературных систем, таких как теплый пол. Они не нуждаются в сильном нагреве, что соответствует возможностям солнечных коллекторов. В ночное время расходуется теплоноситель, нагретый за день.

Для максимальной солнечных коллекторов эффективности необходимо качественно утеплять накопительную емкость.

Преимущества

Основное преимущество состоит в том, что Солнце — постоянный и неиссякаемый источник, стабильный и полностью предсказуемый. В отличие от ветрогенераторов, которые могут простаивать неделями, солнечная энергия подается в заранее известные временные интервалы. Единственным недостатком является возможность пасмурной или холодной погоды, когда эффективность работы батарей и коллекторов падает. Однако, современные конструкции позволяют получать минимальное количество даже в самых сложных условиях, поэтому при правильном расчете никакие неожиданности системе обогрева не угрожают.

Кроме того, нельзя забывать, что солнечная энергия достается совершенно бесплатно. Если при отоплении дома газовыми или электрическими котлами надо приобретать само оборудование и потом постоянно оплачивать энергию или топливо, то солнечная энергия не оплачивается, что значительно изменяет уровень рентабельности аппаратуры и всей системы в целом.

Однако, не следует забывать, что солнечное отопление частного дома, цена и трудозатраты на монтаж которого нередко становятся основной проблемой, выгодно только в регионах с подходящими климатическими и погодными условиями.

Дополнительным преимуществом является высокая ремонтопригодность системы и возможность наращивания ее производительности. В данном вопросе никаких ограничений нет — сколько установлено панелей или коллекторов, столько энергии и будет получено. Если установленный комплект оказался неспособен к эффективному обогреву дома, его всегда можно усилить добавлением нужного количества оборудования. Это удобно при необходимости перестроить или расширить дом, сделать пристройку и т.д. Необходимости покупать новую систему полностью это не возникает.

Виды отопления

Фотоэлектрические элементы не работают исключительно на обогрев, который является частным случаем их использования, тогда как солнечные коллекторы служат только источниками питания отопительных контуров. Поэтому рассмотрим именно коллекторы, обеспечивающие отопление на солнечных батареях, цена которого значительно ниже, чем у фотоэлектрических элементов.

Существует несколько конструкций солнечных коллекторов:

открытые;
трубчатые;
плоские коллекторы.

Эти конструкции обладают разными возможностями и применяются для решения задач, соответствующих их эффективности. Рассмотрим их внимательнее:

Открытые солнечные коллекторы

Открытые конструкции являются наиболее простыми и даже примитивными. Они представляют собой емкости, обычно черные узкие продолговатые пластиковые лотки, наполненные водой. Они ничем не накрыты, вода находится на открытом воздухе (отсюда и название).

Такие конструкции имеют массу недостатков:

возможность давать положительный эффект только при плюсовых температурах;
необходим относительно небольшой перепад температур в коллекторе и внешней среде;
долговечность таких установок низка — как правило, один сезон;
как следствие вышесказанному — крайне низкий КПД.

Для решения серьезных задач подобные установки использовать невозможно, поэтому они применяются для подогрева воды в открытых или передвижных бассейнах, летнем душе и т.п. однако, есть и достоинства — подобные устройства очень просты. Обогреватель от солнечной батареи легко может быть изготовлен самостоятельно, а в регионах с подходящими климатическими условиями его возможности заметно расширяются.

Трубчатые коллекторные разновидности

Трубчатые вакуумные коллекторы относятся к более серьезным устройствам, способным обогревать жилье или иные помещения. Они состоят из следующих элементов:

корпус, покрытый черной краской и имеющий форму плоского ящика;
распределитель (или, как его иногда называют, manifold, манифольд) — трубка с несколькими присоединительными патрубкам по бокам;
вакуумные трубки, изготовленные из стекла.

Эффективность устройства обеспечивает наличие вакуума, теплопроводность которого практически отсутствует и позволяет исключить потери.

Существует несколько видов трубчатых коллекторов, различающихся по конструкции распределителя и трубок:

Коаксиальные трубки прямого нагрева. Подготовка теплоносителя происходит при непосредственном контакте с поглощающей поверхностью
Система heat-pipe. Трубки соединяются с распределителем через специальные гнезда и отдают через них нагретый теплоноситель. Конструкция удобна из-за высокой ремонтопригодности.
Система U-type. Трубки имеют двойную длину и согнуты пополам. Начало соединено с одним распределителем, а конец — с другим. Такая схема позволяет увеличить время контакта с солнечным теплом, за счет чего повышается эффективность нагрева.
Перьевые системы. Представляют собой модификацию системы heat-pipe, накрытую прозрачной пластиной с вакуумом под ней. Дают повышенную эффективность, но имеют высокую цену и низкую ремонтопригодность.

Монтаж трубчатых коллекторов, как правило, производят на кровлю дома.

Плоские закрытые системы

Солнечное отопление дома с помощью плоских систем позволяет получить высокую эффективность при относительно низких затратах. Конструкция базируется на специальной утепленной металлической пластине с поглощающим покрытием, которая называется адсорбер. На пластину зигзагами напаяна трубка с теплоносителем. Лицевая сторона накрыта прозрачной крышкой, из-под которой выкачан воздух. Солнечный обогреватель такого типа способен работать даже при отрицательных температурах. Это позволяет обеспечивать отопление дома солнечными батареями зимой, отзывы пользователей позволяют делать достаточно оптимистичные прогнозы о будущем такого способа обогрева.

Существуют более простые виды плоских коллекторов, где не имеется вакуума. Они менее эффективны, но стоимость и ремонтопригодность значительно выше. Отопление на солнечных батареях плоского типа безвакуумной конструкции обойдется значительно дешевле, а возможность восстановления панелей увеличивает срок их службы.

Выбор солнечного коллектора и его монтаж

Перед домовладельцем, решившим создать солнечное отопление частного дома своими руками, встает задача выбрать наиболее подходящий тип коллектора. Этот вопрос достаточно сложен, но разобраться в нем необходимо.

Открытые коллекторы не подойдут из-за низких возможностей, поэтому о них нет смысла говорить. Обычно выбор производится между трубчатыми и плоскими видами. Первым и самым значимым критерием выбора обычно становится соотношение цены и качества изделий.

Такой подход оправдан, но нельзя не учитывать ремонтопригодность. Так, вакуумные трубки можно менять далеко не во всех видах коллекторов, что делает выбор рискованным. При выходе из строя одной из них у некоторых видов коллекторов придется менять всю панель, что потребует расходов. Вообще, все вакуумные устройства — довольно рискованное приобретение, так как любое механическое воздействие грозит потерей источника тепловой энергии.

Выбрав оптимальный вариант, приступают к монтажу. Для него надо выбрать подходящую площадку, расположенную неподалеку от дома. Это важно, поскольку транспортировка теплоносителя на большие расстояния потребует качественного утепления и установки циркуляционного насоса. Обычно коллекторы устанавливают на крышу, чтобы получить возможность циркуляции самотеком. Единственной проблемой становится расположение скатов относительно положения солнца на небе — иногда приходится устанавливать трекинг-систему для поворота панелей. Это дорого и требует использования гибких трубок, но эффект в результате получается значительно выше.

Схемы подключения к системе отопления

Солнечное отопление своими руками необходимо окончательно реализовать, подключив его к отопительной системе. Оптимальным способом станет использование теплого пола, температура теплоносителя для которого не превышает 55 градусов. Рассмотрим схемы подключения, обеспечивающие обогрев дома солнечной энергией:

С водяным коллектором

Водяные коллекторы непосредственно подключаются к отопительному контуру дома. Существует два варианта присоединения: летний и зимний.

Летний вариант, как правило, используется для подачи нагретой воды в душ или для иных надобностей, поскольку обогрев дома летом не нужен. Схема самая простая — коллектор устанавливается на открытой площадке, вода, нагреваясь, поднимается в накопительный бак, установленный уровнем выше. По мере разбора, емкость пустеет, поэтому в нее постоянно подается подпитка, поступающая в коллектор и получающая в нем тепловую энергию. Этот способ несложен и может быть без проблем реализован своими руками.

Зимний вариант сложнее. Коллектор, установленный на открытой площадке, подает нагретый теплоноситель (рекомендуется использовать антифриз) в змеевик теплообменника. Он представляет собой вертикально установленную емкость со змеевиком внутри. Возникает две петли — в одной циркулирует антифриз (по кругу коллектор-теплообменник), в другой циркулирует теплоноситель (из теплообменника в отопительный контур и обратно). Циркуляцию антифриза необходимо обеспечить с помощью циркуляционного насоса, иначе система работать не будет. Циркуляцию теплоносителя можно организовать как естественным способом, так и принудительно, с помощью насоса. Оптимальный вариант отопительного контура — система теплого пола, позволяющая получить максимальный эффект как в дневное, так и в ночное время суток.

С солнечной батареей

Отопление от солнца своими руками, созданное на базе солнечных батарей, осуществляется путем установки электрического нагревателя. В данном случае фотоэлектрические элементы лишь обеспечивают питание ТЭНов, установленных в электробойлере, не имея непосредственного отношения к отопительному контуру.

Система отопления и солнечные батареи со всем комплексом аппаратуры монтируются отдельно. Способ соединения выбирается произвольно, исходя из особенностей обеих систем. Подключение бойлера, насоса и прочих устройств выполняется обычным способом, никаких специфических требование не имеется.

Советы по эксплуатации

Эксплуатация системы солнечного отопления производится в соответствии с конструкцией коллекторов, их количеством и прочими особенностями.
Основной задачей для владельца становится поддержание чистоты, своевременное удаление пыли и прочих загрязнений. Это позволяет обеспечить максимальный прием тепловой энергии, повысить эффективность всей системы в целом.
Необходимо качественно утеплить все соединительные трубопроводы и накопительную емкость, исключая теплопотери.
Рекомендуется всегда держать в запасе одну-две панели, чтобы в случае механического разрушения можно было оперативно произвести замену. Соблюдение этих несложных рекомендаций позволит повысить эффективность системы и обеспечить комфорт и уют в доме.

Цена комплекта и где купить?

Как сделать солнечное отопление частного дома своими руками?

Энергия солнца, дающая нам свет, электричество, тепло, быстрыми темпами завоевывает все новые и новые рубежи. Уже никого не удивить различными приборами и устройствами на солнечных батареях, домашними гелиевыми электростанциями, различными светильниками, уличными гирляндами, светофорами, работающими от энергии солнечного света.

И конечно же, логичным направлением применения энергии солнца стало использование ее для отопления, нагрева воды не только в отдельно взятом частном доме, но и в больших домах, в общественных зданиях.

Конечно, солнечные системы не в состоянии обеспечить круглосуточный режим работы для нагрева воды. Но заменить в световой день традиционные ископаемые источники энергии – нефть, газ, уголь – они в состоянии. Поскольку солнечное отопление не требует потребления сырья, то отсутствуют вредные выбросы в атмосферу, нет загрязнения окружающей среды.

Поэтому использование энергии солнца для отопления жилых домов, горячего водоснабжения с каждым годом будет приобретать все большее значение на фоне ожидаемого роста цен на нефть, газ, уголь.

Система солнечного отопления

В простейшем случае солнечная система отопления состоит из одного или нескольких солнечных коллекторов, соединенных в замкнутый контур с арматурой отопления – батареями или трубами, уложенными в полу. При этом батареи или трубы пола должны находиться выше коллекторов.

Тогда вода, нагреваемая в коллекторах, по законам конвекции будет подниматься в отопительные секции, а холодная вода будет опускаться к коллекторам. Батареи или трубы, упрятанные в пол, нагреваются и таким образом без каких-либо дополнительных устройств происходит обогрев помещения.

Простейшая схема солнечного отопления

Система солнечного отопления

Простейшая схема солнечного отопления

Но это именно самая простая схема, поясняющая принцип построения системы. Реально же солнечное отопление дома подразумевает установку значительно более сложной системы. Прежде чем покупать солнечные нагреватели воды или делать их своими руками, нужно определить, какую площадь нужно отапливать, какая система отопления дома наиболее подходит для этих целей.

При этом нужно учитывать, что ни одна из гелиевых систем не сможет обеспечить круглосуточный режим работы. Для обогрева помещений в ночное время придется использовать традиционные средства отопления, работающие на одном из ископаемых энергоносителей.

Типовая схема солнечного отопления и горячего водоснабжения

Для небольшого дома с одной-двумя комнатами может быть использована система воздушного отопления от солнечных коллекторов. В таких установках в качестве теплоносителя используется воздух, который, нагреваясь в системе коллекторов, по воздуховодам поступает в обогреваемое помещение. Охлажденный воздух из этого помещения поступает в коллектор.

Схема солнечного воздушного отопления

Что касается систем солнечного отопления с жидким теплоносителем, то принципиально все они строятся одинаково. Различие заключается в типе коллекторов, используемых для нагрева теплоносителя.

Стандартный комплект состоит из коллекторов, бака-накопителя с двумя теплообменниками (один соединен с коллекторами, второй – с дополнительным нагревателем). Бак-накопитель должен быть снабжен хорошей теплоизоляцией. Циркуляция теплоносителя и воды в системе отопления поддерживается насосной группой.

Система отопления с плоским коллектором

Конструкция плоского коллектора настолько проста, что он свободно может быть изготовлен своими руками. Это устройство представляет собой короб, внутри которого размещается адсорбер, трубы с теплоносителем, теплоизоляция. Для его изготовления не требуются какие-то особые материалы. Все комплектующие вполне доступны. Это доски, ДВП, деревянные бруски, кровельное железо, пенопласт, медные трубы, каленое стекло, герметизирующие материалы, термостойкая черная краска.

Такое добротно собранное самодельное устройство способно разогреть теплоноситель в режиме застоя до 150°С. Как правило, в систему заливается вода с добавлением антифриза в такой пропорции, чтобы этот раствор не замерз зимой в ночное время, когда солнечный коллектор не работает.

Промышленный плоский коллектор

Коллектор или батареи коллекторов устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить максимальное освещение их солнцем. Как правило, это южная сторона крыши дома. Теплоноситель, циркулирующий в контуре устройства, подается насосом в теплообменник, расположенный в нижней части бака-накопителя. Непрерывно циркулируя в этой системе, теплоноситель нагревает воду в бойлере до 50°С – 60°С, что вполне достаточно для того, чтобы обогревать жилые помещения.

Плоские солнечные коллекторы на крыше отеля и частного дома

Чтобы обеспечить непрерывное поступление тепла в жилые помещения в ночное время, устанавливается система резервного подогрева воды, работающая на традиционных источниках энергии – газе, электричестве, угле, дровах. Теплоноситель, циркулирующий в резервной системе, поступает в теплообменник, расположенный над основным.

Тем самым обеспечивается подогрев воды в бойлере и непрерывный цикл отопления. Если система резервного отопления, работающая на угле и дровах, может быть запущена только вручную, то газовая и электрическая системы могут включаться автоматически, под управлением специального блока управления.

Система отопления с вакуумным коллектором

Эта система отличается от предыдущей только конструкцией коллектора. В этом устройстве для нагрева теплоносителя используются вакуумные трубки. В сущности, эти вакуумные трубки представляют собой модифицированный сосуд Дьюара.

Двойная стеклянная трубка, в которой из межстеночного промежутка откачан воздух. Тем самым обеспечивается надежная теплоизоляция внутренней трубки. Во внутренней трубке находится адсорбер и медная труба, верхний конец которой имеет несколько больший диаметр, чем сама труба, и запаян. Предварительно труба наполняется легкокипящей жидкостью.

Под воздействием солнечного излучения трубка нагревается, жидкость в ней начинает кипеть, пар поднимается в наконечник. Там он отдает свое тепло, возвращается в жидкое состояние и стекает по законам конвекции вниз. Этот процесс продолжается непрерывно, разогревая при этом наконечник до 250°С -280°С. Пятнадцать-двадцать таких трубок монтируются в единую конструкцию – коллектор. Наконечники вставляются в трубу, по которой циркулирует теплоноситель. Теплоноситель разогревается до 60°С — 80°С и подается в теплообменник бойлера.

Схема вакуумной трубки

Сам же вакуумный коллектор устанавливается наклонно, для обеспечения свободной циркуляции жидкости в медных трубках. За исключением коллектора, эта система отопления ничем не отличается от системы на базе плоского коллектора.

Вакуумные коллекторы на крыше дома

Система отопления с параболоцилиндрическим зеркалом

Такое устройство представляет собой наиболее громоздкую и сложную в эксплуатации конструкцию. Это длинное (несколько метров) зеркало, изогнутое в параболу. Такое зеркало можно сделать самому, изогнув, к примеру, лист фанеры и обклеив его с внутренней стороны алюминиевой фольгой.

Такое параболоцилиндрическое зеркало устанавливается на устойчивой раме. В фокусе зеркала устанавливается длинная труба, по которой циркулирует теплоноситель. При правильном определении фокуса зеркала и установке трубы в этом фокусе температура по линии нагрева трубы может достигать 250°С – 300°С. Но это при условии правильной установки и ориентации зеркала на солнце.

Параболоцилиндрический зеркальный коллектор

Последнее условие является очень важным, так как при неправильной ориентации зеркала теряется мощность нагрева, и температура на трубе существенно падает. Чтобы этого не произошло, установку с параболоцилиндрическим зеркалом необходимо оснастить следящим устройством с исполнительным механизмом.

Следящее устройство будет отслеживать положение солнца и соответствующим образом ориентировать зеркало в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Это значительно усложняет, а следовательно, удорожает конструкцию.

Если кроме солнечных коллекторов будет установлен еще и комплект солнечных батарей, снабжающих дом электричеством, то в результате можно получить абсолютно автономное энергообеспечение дома, которое никак не зависит от общих сетей энергоснабжения.

Вакуумные коллекторы и гелиевые фотоэлектрические батареи

Солнце будет снабжать дом электричеством и теплом, а в ночное время электричество, накопленное за световой день, будет подогревать воду в резервной системе отопления. Блок управления будет следить за своевременным включением и отключением нужных устройств, регулировать температуру внутри помещений. И это не далекое будущее. Это работает уже сейчас.

Солнечное воздушное отопление Антарес Комфорт

Статьи по теме

Солнечное воздушное отопление Антарес Комфорт.

Что такое солнечный коллектор.

Солнечный коллектор — это устройство для сбора даровой солнечной энергии и использования ее для нагрева теплоносителя. В качестве теплоносителя в солнечных коллекторах используют обычную воду, которая после нагрева попадает в систему горячего водоснабжения вашего дома. Главное отличие солнечных коллекторов от солнечных батарей в том, что солнечные батареи вырабатывают электричество (за счет фотоэффекта), а солнечные коллекторы вырабатывают сразу тепло.

Существует несколько типов солнечных коллекторов, но не все из них применяются в быту. Наиболее широко в настоящее время распространены плоские солнечные коллекторы и вакуумные солнечные коллекторы. Обычно их устанавливают на крышах зданий или загородных домов по возможности с южной стороны – там, где больше всего солнечного света. Также в комплекте с солнечными коллекторами ставится бак для аккумулирования в нем нагретой воды. От бака к коллектору вода поступает либо естественным путем, либо с помощью циркуляционного насоса.

Плоские солнечные коллекторы

Плоские солнечные коллекторы обычно содержат элементы, поглощающие солнечный свет (чаще всего черного цвета), прозрачное покрытие (закаленное стекло или рифленый поликарбонат) и слой термоизоляции. Внутри такого коллектора находятся полиэтиленовые или медные трубки, по которым циркулирует нагреваемая солнечным светом вода. В идеальных условиях плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—200 °C. Плоские коллекторы достаточно дешевы, очень хорошо работают летом, не требуют очистки от снега и льда зимой, могут устанавливаться на любые крыши под любым углом. Однако не лишены плоские солнечные коллекторы и некоторых недостатков – например, они хуже работают зимой, а установить собранный плоский солнечный коллектор на крышу – не самая легкая работа.

Вакуумные солнечные коллекторы

В таких коллекторах вода прогоняется по специальным вакуумным трубкам. Внешняя поверхность таких трубок прозрачная, внутренняя поверхность покрыта специальным веществом, которое и собирает солнечное излучение, а между внутренней и внешней поверхности трубки находится вакуум. Т.е. по своей сути такая трубка мало чем отличается от обычного термоса. Как известно, тепло в термосе сохраняется очень хорошо, поэтому воду в такой вакуумной трубке в идеальных условиях можно нагреть уже до 250—300 °C, тем самым сильно повысив эффективность солнечного коллектора.

Существуют также вакуумные солнечные коллекторы с тепловыми трубками. Эффективность таких коллекторов еще выше, они способны вскипятить воду даже зимой при отрицательных температурах.

Вакуумные солнечные коллекторы хорошо работают даже зимой при температуре -30 °C и при низкой освещенности. Кроме того, монтировать их проще. Однако вакуумные солнечные коллекторы более дороги, требуют регулярной очистки от снега, а угол ската крыши, на которые они устанавливаются, должен быть не менее 20°. Т.е. на популярные сейчас дома в стиле хай тек с плоскими крышами установить такие коллекторы можно будет только на специальных стойках, обеспечивающих нужный угол.

Вообще говоря, использование солнечных коллекторов для отопления достаточно эффективно даже в нашей холодной стране. В весенне-летне-осенний период, с марта по сентябрь, на большей части территории России в среднем дневная мощность солнечного излучения составляет 4…5 кВт•ч/м² (например в солнечной Испании эти цифры не намного больше, там 5,5…6 кВт•ч/м²,). Имея такую мощность солнечного света, солнечный коллектор площадью 2 кв.м. может нагреть до 100 л воды, причем не только на широте Сочи, но и в Приморье, Забайкалье и даже в Сибири. Даже с учетом того, что в зимнее время мощность солнечной энергии может снижаться в разы, использование солнечных коллекторов любых типов весьма эффективно и достаточно выгодно с точки зрения затрат на отопление своего загородного дома. Однако пока у нас в стране, в отличие от например Германии, Австрии, Кипра, Испании и США солнечные коллекторы для отопления домов почти не используются.

Наиболее эффективно использование солнечных коллекторов в паре с воздушным отоплением домов, например с системой воздушного отопления дома Антарес Комфорт. В этом случае мы получим солнечное воздушное отопление Антарес Комфорт для загородных домов.

Солнечное воздушное отопление Антарес Комфорт. Схема установки отопления.

Схема такого отопления показана на рисунке:

Солнечное воздушное отопление Антарес Комфорт работает следующим образом:

Нагреваемая солнечным светом вода постоянно перемещается (циркулирует по-научному) между солнечным коллектором (1) и баком-аккумулятором (13). Из бака-аккумулятора горячая вода с помощью циркуляционного насоса прогоняется через установленный в агрегате воздушного отопления АВН (9) водяной нагреватель-теплообменник НВ (10), где нагревает воздух, прогоняемый вентилятором (11) через водяной нагреватель. Нагретый воздух по жесткому магистральному воздуховоду (3) и гибким шумоглушащим воздуховодам (2,14) подается в комнаты дома. Остывший воздух по обратным гибким шумоглушащим воздуховодам (7) забирается из комнат, смешивается с небольшим количеством свежего воздуха с улицы, подаваемым по специальному воздуховоду для вентиляции (15), очищается фильтром (12) и снова прогонятся через водяной нагреватель-теплообменник НВ (10). Этот цикл непрерывно повторяется. Работает солнечное воздушное отопление Антарес Комфорт под управлением электронного программируемого термостата (4) и блока автоматики БА (5).

Кроме водяного нагревателя НВ (10) в агрегат воздушного отопления АВН (9) можно установить еще и электрический нагреватель НЭ (8). Если холодной зимней ночью или в пасмурный день мощности солнечного коллектора будет недостаточно для отопления дома, то электрический нагреватель догреет воздух до нужной температуры.

Использование солнечных коллекторов в системе воздушного отопления Антарес Комфорт может снизить стоимость отопления загородного дома электричеством примерно на 30%.

Если вы хотите более подробно узнать о том, что такое воздушное отопление дома – посмотрите соответствующий раздел (воздушное отопление дома). А в разделе система воздушного отопления дома Антарес Комфорт подробно рассказано о нашей системе воздушного отопления, ее основных преимуществах и особенностях.

Купить солнечное воздушное отопление Антарес Комфорт в Москве можно, либо позвонив в группу компаний Антарес, либо написав нам на электронную почту.

Как сделать солнечный коллектор

Блок: 12/12 | Кол-во символов: 803
Источник: http://www.solarsistem.ru/vozdyshniy_collector.php

Кол-во блоков: 31 | Общее кол-во символов: 36969
Количество использованных доноров: 6
Информация по каждому донору:

https://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/pechi-i-sistemy-otopleniya/solnechnyj-vozdushnyj-kollektor-svoimi-rukami.html: использовано 5 блоков из 7, кол-во символов 7214 (20%)
https://cotlix.com/kak-sdelat-solnechnyj-kollektor: использовано 3 блоков из 6, кол-во символов 4976 (13%)
https://AvtonomnoeTeplo.ru/altenergiya/762-vozdushnye-solnechnye-kollektory.html: использовано 5 блоков из 7, кол-во символов 5791 (16%)
https://techsad. com/oborudovanie/solnechnyj-kollektor-svoimi-rukami/: использовано 5 блоков из 9, кол-во символов 10037 (27%)
https://SolntsePek.ru/solnechnye-kollektory/vozdushnyj-solnechnyj-kollektor.html: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 2237 (6%)
http://www.solarsistem.ru/vozdyshniy_collector.php: использовано 11 блоков из 12, кол-во символов 6714 (18%)

Солнечные воздушные коллекторы применяются для дополнительного обогрева жилых или не жилых помещений в холодный период года, с помощью теплого воздуха, который нагревается за счет энергии солнца. В данном разделе вы узнаете, как сделать солнечный воздушный коллектор своими руками из подручных материалов и минимальными затратами.


Блок: 1/12 \| Кол-во символов: 539 Источник: http://www.solarsistem.ru/vozdyshniy_collector.php Что такое солнечный коллектор Задача солнечного коллектора – собрать тепловую энергию солнечного излучения и передать ее какому-либо веществу, которое далее передаст ее «адресату». Это вещество называется теплоносителем и в качестве которых могут выступать либо жидкости (чаще всего это вода), либо газы (почти всегда это воздух). Вода является более эффективным теплоносителем, так как ее теплоемкость гораздо выше, чем воздуха, но ее применение связано с определенными трудностями: сброс излишнего тепла летом или защита от замерзания зимой. Воздух не сможет передать такое количество энергии, зато конструкция воздушных коллекторов гораздо проще, они гораздо надежнее и безопасней. Да и сделать солнечный воздушный коллектор своими руками гораздо проще, чем водяной. Кстати, именно воздух является первым теплоносителем, который стал применять человек. Какие преимущества есть у воздуха, как у теплоносителя: Воздух не подвержен замерзанию и закипанию. Воздух не обладает токсичностью. Воздух не надо наделять какими-то особыми качествами (в водных системах добавляют антифризы), он всегда доступен. Воздушные солнечные коллекторы широко применяются в системах воздушного отопления как жилых зданий, так и подвалов, гаражей, хранилищ. В каких именно странах воздушные гелиоустановки применяются наиболее широко, очень красноречиво свидетельствует диаграмма. Использование воздушных солнечных коллекторов в различных странах мира Видно, что наиболее экономически развитые страны нисколько не пренебрегают возможностями Солнца по нагреву воздуха. А мы, увы, пока входим в число многих 4,3% прочих. Блок: 2/7 \| Кол-во символов: 1599 Источник: https://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/pechi-i-sistemy-otopleniya/solnechnyj-vozdushnyj-kollektor-svoimi-rukami.html Солнечный воздушный коллектор (теплогенератор) из пивных алюминиевых банок Материалы для изготовления солнечного воздушного коллектора (теплогенератора), могут быть весьма разнообразны, но наиболее дешевый и эффективный вариант, это использование алюминиевых банок из под пива или напитков. РїРѕРґСЂРѕР±РЅРµРµ…
Блок: 2/12 \| Кол-во символов: 489 Источник: http://www.solarsistem.ru/vozdyshniy_collector.php Как работает солнечный коллектор? Принцип действия коллектора основан на поглощении (абсорбции) тепловой энергии солнца специальным приемным устройством и передачей его с минимальными потерями теплоносителю. В качестве приемника используются медные или стеклянные трубки, окрашенные в черный цвет. Ведь известно, что лучше всего абсорбируют тепло предметы, имеющие темную или черную окраску. Теплоносителем чаще всего выступает вода, иногда – воздух. По конструкции солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения бывают таких видов: воздушные; водяные плоские; водяные вакуумные. Среди прочих воздушный солнечный коллектор отличается простотой конструкции и, соответственно, самой низкой ценой. Он представляет собой панель – приемник солнечной радиации из металла, заключенный в герметичный корпус. Стальной лист для лучшей теплоотдачи снабжен с задней стороны ребрами и уложен на дно с тепловой изоляцией. Спереди установлено прозрачное стекло, а по бокам корпуса имеются проемы с фланцами для подключения воздуховодов или других панелей, как показано на схеме: Воздух, поступающий через проем с одной стороны, проходит между стальными ребрами и, получив от них тепло, выходит с другой. Надо сказать, что установка солнечных коллекторов с нагревом воздуха имеет свои особенности. Из-за их невысокой эффективности для обогрева помещений нужно применять несколько подобных панелей, объединенных в батарею. Кроме того, обязательно понадобится вентилятор, поскольку нагретый воздух из коллекторов, находящихся на кровле, самостоятельно вниз не пойдет. Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке: Простое устройство и принцип работы позволяют выполнять изготовление коллекторов воздушного типа своими руками. Но потребуется много материала для нескольких коллекторов, а подогреть воду с их помощью все равно не получится. По этим причинам домашние умельцы предпочитают заниматься водяными нагревателями. Блок: 2/6 \| Кол-во символов: 1945 Источник: https://cotlix.com/kak-sdelat-solnechnyj-kollektor Устройство и принцип работы воздушного солнечного коллектора Солнечный воздушный коллектор состоит из нескольких основных частей: Схема работы воздушного солнечного коллектора Вся конструкция коллектора помещена в прочный и герметичный корпус, который обязательно снабжен тепловым изолятором. Тепло, попавшее внутрь коллектора не должно «утекать» наружу. Главная деталь любого коллектора – это солнцеприемная панель, которую еще называют поглотителем или абсорбером. Задача этой панели принять солнечную энергию, а затем передать ее воздуху, поэтому она должна быть изготовлена из материала с наибольшей теплопроводностью. Такими свойствами из доступных в быту являются медь и алюминий, реже сталь. Для лучшей теплоотдачи нижнюю часть абсорбера делают как можно большей площади, поэтому могут применяться ребра, волнистая поверхность, перфорация и другие способы. Для лучшего поглощения солнечной энергии приемная часть абсорбера окрашивается в темный матовый цвет. Верхняя часть коллектора герметично закрывается прозрачной изоляцией в качестве которой может применяться закаленное стекло или оргстекло, или поликарбонатное стекло. Солнечный коллектор ориентируют на юг и придают поверхности такой наклон, чтобы максимальное количество солнечной энергии попадало на поверхность. Как говорят специалисты – для максимальной инсоляции. Холодный наружный воздух естественно или принудительно попадает в приемную часть, проходит через ребра абсорбера и выходит с другой части, снабженную фланцем для стыковки с воздуховодом, ведущим внутрь отапливаемого помещения. Стоит отметить, что вариантов конструкций солнечных коллекторов существует масса и вышеописанная показана только для примера. Воздушное отопление при помощи солнечных коллекторов не может в нашей климатической зоне полностью заменить основное отопление, но оно будет очень хорошим подспорьем даже в морозные зимние солнечные дни. Блок: 3/7 \| Кол-во символов: 1892 Источник: https://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/pechi-i-sistemy-otopleniya/solnechnyj-vozdushnyj-kollektor-svoimi-rukami.html Использование солнечного воздушного коллектора для зимнего обогрева курятника Обогрев курятника должен быть эффективным и экономным, и при желании затраты на обогрев можно сократить используя энергию солнца. А всего-то на стенке курятника необходимо соорудить не сложный солнечный воздушный коллектор. РїРѕРґСЂРѕР±РЅРµРµ…
Блок: 3/12 \| Кол-во символов: 540 Источник: http://www.solarsistem.ru/vozdyshniy_collector.php Виды воздушных коллекторов Тип воздушного солнечного коллектора зависит от того, откуда берется воздух. Если в помещение он попадает снаружи, а по дороге его подогревают, то — это вентиляционная система. Если же воздух для нагревания берется внутри самого помещения и потом просто возвращается внутрь, то — это рециркуляционный вариант. Вентиляционные системы для отопления сейчас применяют в овощехранилищах, цехах, курятниках и тому подобное. То есть везде, где нужен постоянный доступ свежего воздуха. А рециркуляционная система известна нам с давних времен. Самый простой пример – камин или печь с воздуховодами для отопления. В современном варианте это нагревательный котел, встроенный в систему вентиляции. Но солнечный коллектор обойдется гораздо дешевле, чем вышеназванные варианты, в том числе и система водного отопления. Зимний обогрев своими руками Иногда необходимо организовать отопление курятника или любой другой хозяйственной постройки зимой. Но устанавливать печь для отопления – слишком дорого, затраты себя не окупят. Поэтому многие выбирают воздушный коллектор для обогрева курятника, это отличная схема. Сделать такое устройство можно и своими руками. Воздушный солнечный коллектор для обогрева курятника, сделанный своими руками Это более дорогая и эффективная конструкция, чем, например, коллектор из пивных банок, тут придется постараться. Такое устройство легко сделать, практически отсутствуют расходы на его содержание и коллектор очень удобен в использовании. Главное – вмонтировать его в стену курятника, тогда эффективность будет гораздо выше, и сделать защитное покрытие из поликарбоната. Конечно, солнечный коллектор не дает обогрева в хмурые дни. Но даже зимой очень часто выглядывает солнце, а в конце осени и в начале весны, когда постройку необходимо обогревать, так и вовсе много солнца. При необходимости такой коллектор может даже в минусовую температуру поддерживать в помещении приятный климат. Схема устройства воздушного коллектора для дома простая. Снизу нужно сделать своими руками отверстие, через которое из помещения будет поступать воздух для нагрева. Внутри коллектора сделана сетка, которая нагревается и отдает тепло воздуху. Потом через верхнее отверстие поток снова возвращается в помещение. Блок: 3/4 \| Кол-во символов: 2237 Источник: https://SolntsePek.ru/solnechnye-kollektory/vozdushnyj-solnechnyj-kollektor.html Солнечный коллектор — водяной или воздушный Каждый из нагревателей эффективен, отличается только основное предназначение и принцип работы: Водяной коллектор — применяется для обеспечения потребностей в ГВС и низкотемпературных систем теплых полов. Эффективность работы в зимний период существенно снижается. Вакуумные и панельные коллекторы косвенного нагрева, подсоединенные к буферной емкости, продолжают аккумулировать тепло в течение всего года. Главный недостаток, высокая стоимость гелиоколлектора, монтажа и обвязки. Воздушный вентиляционный коллектор — отличается простой конструкцией и устройством, которое при желании можно изготовить самостоятельно. Основное предназначение: обогрев помещений. Конечно, существуют схемы, позволяющие использовать полученное тепло для ГВС, но при этом эффективность воздушных коллекторов падает практически вдвое. Преимущества: низкая стоимость комплекта и установки. Солнечные воздушные системы отопления работают только днем. Нагрев воздуха начинается даже в пасмурную погоду, при сильной облачности и во время дождя. Работа воздухонагревателей зимой не прекращается. Блок: 4/7 \| Кол-во символов: 1112 Источник: https://AvtonomnoeTeplo.ru/altenergiya/762-vozdushnye-solnechnye-kollektory. html Компактный, оконный, солнечный воздушный коллектор При желании, можно сделать более практичный солнечный воздушный коллектор, который в любую минуту можно снять и отправить в кладовку, и с этим справится любая домохозяйка, не прибегая к помощи мужской силы. РїРѕРґСЂРѕР±РЅРµРµ…
Блок: 4/12 \| Кол-во символов: 456 Источник: http://www.solarsistem.ru/vozdyshniy_collector.php Как изготовить солнечный коллектор? Прежде чем приступить к работе, следует определиться с габаритами будущего водогрейного аппарата. Произвести точный расчет площади теплообмена непросто, многое зависит от интенсивности солнечного излучения в данном регионе, расположения дома, материала нагревательного контура и так далее. Правильным будет сказать, что чем больше тепловой коллектор, тем лучше. Однако, его размеры наверняка ограничиваются местом, где планируется его устанавливать. Значит, надо исходить из площади этого места. Корпус проще всего изготовить из древесины, проложив на дно слой пенопласта или минеральной ваты. Также для этой цели удобно использовать створки старых деревянных окон, где сохранилось хотя бы одно стекло. Выбор материала для приемника тепла неожиданно широк, чего только не используют мастера-умельцы, чтобы собрать коллектор. Вот перечень популярных вариантов: тонкостенные медные трубки; различные полимерные трубы с тонкими стенками, желательно черного цвета. Хорошо подойдет полиэтиленовая РЕХ труба для водопровода; наружный теплообменник старого холодильника; трубки из алюминия. Правда, соединять их сложнее, чем медные; стальные панельные радиаторы; черный садовый шланг. Примечание. Кроме перечисленных, существует масса экзотических версий. Например,воздушный солнечный коллектор из пивных банок или пластиковых бутылок. Подобные прототипы отличаются оригинальностью, но требуют значительного вложения труда при сомнительной отдаче. В собранный деревянный корпус или старую оконную створку с приделанным дном и уложенным утеплителем надо поместить металлический лист, накрывающий всю площадь будущего нагревателя. Хорошо, если найдется лист алюминия, но подойдет и тонкая сталь. Ее необходимо окрасить в черный цвет, а затем уложить трубы в виде змеевика. Без сомнения, коллектор для нагрева воды лучше всего получится из медных труб, они отлично передают тепло и прослужат долгие годы.Змеевик плотно прикрепляется к металлическому экрану скобами или любым другим доступным способом, наружу выводятся 2 штуцера для подачи воды. Поскольку это плоский, а не вакуумный коллектор, то поглотитель тепла нужно закрыть сверху светопрозрачной конструкцией – стеклом или поликарбонатом. Последний легче обрабатывается и надежнее в эксплуатации, не разобьется от ударов града. После сборки солнечный коллектор надо установить на место и подключить к накопительному баку для воды. Когда позволяют условия монтажа, то можно организовать естественную циркуляцию воды между баком и нагревателем, в противном случае в систему включается циркуляционный насос. Блок: 5/6 \| Кол-во символов: 2598 Источник: https://cotlix.com/kak-sdelat-solnechnyj-kollektor Подключение солнечного воздушного коллектора Воздушный солнечный коллектор может как интегрироваться в существующую систему вентиляции, так и работать совершенно отдельно. Даже при отсутствии принудительной вентиляции неумолимые физические законы все равно будут «продвигать» нагретый воздух через коллектор, но процесс этот будет идти довольно вяло, поэтому желателен вентилятор с производительностью не менее 150 кубических метров в час. Применение вентилятора обнажает два важных вопроса: Где вентилятор ставить: на входе или выходе коллектора? Если коллектор поднимет температуру на выходе до 60—70 °C (а такое вполне возможно), то вентилятор, стоящий там долго не протянет. С другой стороны – вентилятор, стоящий на улице подвергается атмосферным воздействиям и им сложнее управлять. В большинстве случаев его все-таки ставят внутри помещения, а в жаркие дни, когда воздух и так нагрет – вентилятор просто не включают либо подключают его через тепловое реле. Чаще всего вентилятор монтируют внутри помещения Применение вентилятора заставляет сомневаться некоторых скептиков в целесообразности воздушного отопления. Не проще ли электроэнергию, потраченную на вращение двигателя вентилятора, направить на подогрев помещения? Но практика показывает, что вышеописанная конструкция коллектора все равно эффективна и выгодна. Разница температур наружно воздуха и на выходе из коллектора может достигать 35 °C. При эксплуатации воздушного коллектора возникает еще один резонный вопрос: в ночное время, когда инсоляции коллектора нет, даже при неработающем вентиляторе холодный воздух будет проникать в помещение. Решение этого вопроса довольно простое. Среди комплектующих для вентиляционных систем можно найти специальные обратные клапаны, которые открываются только под напором воздушного потока. При неработающем вентиляторе клапан будет закрыт. Важно только правильно его установить, чтобы он не перекрывал воздуховод. Существуют и модели вентиляторов со встроенным клапаном, на которые следует обратить внимание. Обратный клапан исключит несанкционированный доступ в помещение холодного воздуха ночью Для быстрого прогрева теплым воздухом можно продумать систему рециркуляции, когда воздух из помещения проходит через коллектор и возвращается в то же помещение. В этом случае оправдано ставить вентилятор, который будет нагнетать воздух в коллектор, а не создавать в нем разрежение. Недостатком рециркуляции является отсутствие притока свежего воздуха. Блок: 5/7 \| Кол-во символов: 2456 Источник: https://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/pechi-i-sistemy-otopleniya/solnechnyj-vozdushnyj-kollektor-svoimi-rukami.html Как сделать оконный солнечный воздушный коллектор для обогрева квартир Не будем забывать, что конструкция солнечных воздушных коллекторов довольно гибкая, и их вполне можно приспособить для отопления квартир, всего, то, нужно установить его в оконный проем. Хотя не стоит обольщаться, применять такую конструкцию, можно, только если ваши окна выходят на юг РїРѕРґСЂРѕР±РЅРµРµ…
Блок: 5/12 \| Кол-во символов: 557 Источник: http://www.solarsistem.ru/vozdyshniy_collector.php Эксплуатация и уход за солнечным воздушным коллектором Чтобы коллектор служил долго и безотказно необходимо соблюдать два простых правила: Периодически надо очищать и промывать лицевое стекло солнечного коллектора. В жаркие летние дни, когда нет надобности в подогреве воздуха, лучше накрыть коллектор плотной светлой тканью во избежание перегрева поверхности абсорбера. Чтобы вентилятор не работал вхолостую, периодически стоит проверять плотность соединений воздуховодов и их целостность. Узнайте, как сделать солнечную батарею своими руками, а также рассмотрите принцип и порядок сборки, из нашей новой статьи. Блок: 6/7 \| Кол-во символов: 614 Источник: https://stroyday. ru/stroitelstvo-doma/pechi-i-sistemy-otopleniya/solnechnyj-vozdushnyj-kollektor-svoimi-rukami.html Солнечный воздушный коллектор из корпуса потолочного светильника Думаю, многие встречали, эти ужасные потолочные светильники (металлические короба), которые использовались на предприятиях. Даже сейчас их можно встретить в некоторых производственных помещениях. Но с другой стороны, предприятия модернизируются, делают ремонт, и эти светильники, десятками, а, то и сотнями выкидывают в металлолом, которые в свою очередь, под лозунгом «в хозяйстве пригодится» растаскивались работниками. Возможно, и в вашем хозяйстве завалялся подобный светильник, который так и не нашел своего применения. Но применение такому светильнику имеется, и он может послужить для обогрева вашего дома, хоз помещения или теплицы. РїРѕРґСЂРѕР±РЅРµРµ…
Блок: 6/12 \| Кол-во символов: 945 Источник: http://www.solarsistem. ru/vozdyshniy_collector.php Заключение Подводя итоги статьи, стоит обратить внимание на несколько пунктов: Предложенная в этой статье модель солнечного воздушного коллектора доказала на практике свою эффективность и успешно эксплуатируется во всем мире. По желанию можно изготовить более мощный солнечный коллектор или соединить их несколько последовательно. Воздушные солнечные коллекторы можно использовать периодически. Например, для подогрева воздуха в теплицах ранней весной или для сушки сельскохозяйственной продукции осенью. Видео: Как сделать воздушный солнечный коллектор (англ) Видео: Слайд-шоу об изготовлении солнечного коллектора из алюминиевых банок Блок: 7/7 \| Кол-во символов: 653 Источник: https://stroyday. ru/stroitelstvo-doma/pechi-i-sistemy-otopleniya/solnechnyj-vozdushnyj-kollektor-svoimi-rukami.html Строительство солнечного воздушного коллектора площадью 9кв.м При строительстве солнечных воздушных коллекторов есть одна простая закономерность, а именно, чем больше площадь коллектора, тем эффективнее он работает, а значит, способен отопить больше площадь. РїРѕРґСЂРѕР±РЅРµРµ…
Блок: 7/12 \| Кол-во символов: 411 Источник: http://www.solarsistem.ru/vozdyshniy_collector.php Как выбрать коллектор для себя Часто задают подобные вопросы те, кому предстоит определиться с параметрами солнечной системы получения горячей воды и отопления. Многое зависит от назначения и длительности использования в течение года. Если предусматривается проживание в течение только летнего сезона (дачный вариант), то создавать дорогое устройство или приобретать его для собственных нужд будет не обосновано. Лучше остановить свой выбор на простых установках, которые несложно изготовить своими руками. Другое дело, если проживание в индивидуальном доме происходит в течение всего года. Здесь стоит подумать о более дорогом устройстве. Например, вакуумном солнечном коллекторе. Но и тут имеются определенные ограничения. Для северных районов выше 55 ° северной широты эффективность применения подобной установки может оказаться недостаточно высокой. Она сумеет компенсировать не более 10-20 % затрат от потребностей системы отопления, хотя и такая экономия может оказаться весьма существенной. Для районов южнее указанных широт традиционная система отопления может быть только в качестве резервной, используемой только для нескольких самых холодных дней в году. В остальное время будет достаточно того теплового потока, который будет получен от солнечной радиации. Блок: 8/9 \| Кол-во символов: 1269 Источник: https://techsad.com/oborudovanie/solnechnyj-kollektor-svoimi-rukami/ 500 Вт солнечный воздушный коллектор из гофрированной воздуховодной трубы С приходом холодов, каждый задумывается об обогреве своего жилья, подсобных помещений, теплиц и т. д., однако с каждым годом цены на энергоносители постоянно растут, и наибольшая статья расходов в холодное время года как раз приходится на отопление. Однако эту статью расходов можно уменьшить, если в качестве дополнительного отопления использовать бесплатную энергию солнца, при помощи нехитрого устройства – солнечного воздушного коллектора, который можно изготовить своими руками. РїРѕРґСЂРѕР±РЅРµРµ…
Блок: 8/12 \| Кол-во символов: 711 Источник: http://www.solarsistem.ru/vozdyshniy_collector.php Преимущества и недостатки У любых типов установок имеются свои положительные и отрицательные характеристики. Для гелиоколлекторов тоже есть свои показатели. Плюсы: Система солнечного обогрева позволяет экономить энергию на получение горячей воды. Часть затрат на отопление в зимний период может быть снижена путем использования солнечной радиации. Минусы: Потребуется изготовление совершенно новой системы теплообеспечения, которую необходимо вмонтировать в традиционные отопительную установку и устройства получения горячей воды. Солнечные системы не могут гарантировать пиковые заморозки. Здесь понадобится применять устройства, сжигающие топливо или электрические установки для обогрева помещений. Блок: 9/9 \| Кол-во символов: 709 Источник: https://techsad.com/oborudovanie/solnechnyj-kollektor-svoimi-rukami/ Солнечный воздушный коллектор из старой двери Солнечный воздушный коллектор, это настолько гибкая конструкция, что если понимать его принцип действия, то его можно сделать из чего угодно, даже из старого хлама, о чем собственно и пойдет речь. И если внешний вид вас не смущает (например, будет использоваться для отопления теплицы), то для изготовления солнечного воздушного коллектора, можно использовать старую дверную коробку с дверью, которая возможно завалялась в закромах после ремонта. РїРѕРґСЂРѕР±РЅРµРµ…
Блок: 9/12 \| Кол-во символов: 656 Источник: http://www.solarsistem.ru/vozdyshniy_collector. php Как сделать солнечный воздушный коллектор из водосточных труб 2 Основной недостаток солнечного воздушного коллектора в том, что его необходимо устанавливать на стене дома с южной стороны, и часто бывает, что как раз южная сторона дома является лицевой. Соответственно, чтобы солнечный воздушный коллектор не портил фасад дома, нужно его сделать таким, чтобы он вписывался в экстерьер дома или был незаметным и сливался с фундаментом дома. РїРѕРґСЂРѕР±РЅРµРµ…
Блок: 10/12 \| Кол-во символов: 607 Источник: http://www.solarsistem.ru/vozdyshniy_collector.php Солнечный воздушный коллектор из профнастила своими руками Можно построить более простой вариант воздушного коллектора своими руками, который не отнимет у вас много времени, труда и денег. Для установки данного коллектора потребуется только одно отверстие в стене для выхлопа горячего воздуха, подача холодного (свежего) воздуха будет производиться с улицы. РїРѕРґСЂРѕР±РЅРµРµ…

Данный раздел постоянно пополняется новой информацией, по изготовлению солнечных воздушных коллекторов своими руками и если Вы желаете быть первыми в курсе новостей, подписывайтесь на бесплатную рассылку.

цены на устройства и реализация системы своими руками

Что могут предложить современные технологии

В среднем 1 м2 поверхности земли получает 161 Вт солнечной энергии в час. Разумеется, на экваторе этот показатель будет во много раз выше чем в Заполярье. Кроме того, плотность солнечного излучения зависит от времени года. В Московской области интенсивность солнечного излучения в декабре-январе отличается от мая-июля более чем в пять раз. Однако современные системы настолько эффективны, что способны работать практически всюду на земле.

Плюсы и минусы от использования энергии солнца

Самым очевидным плюсом использования энергии солнца является ее общедоступность. На самом деле даже в самую хмурую и облачную погоду солнечная энергия может быть собрана и использована.

Второй плюс — это нулевые выбросы. По сути, это самый экологически чистый и естественный вид энергии. Солнечные батареи и коллекторы не производят шума. В большинстве случаев устанавливаются на крышах зданий, не занимая полезную площадь загородного участка.

Недостатки, связанные с использованием энергии солнца, заключаются в непостоянстве освещенности. В темное время суток становится нечего собирать, ситуация усугубляется тем, что пик отопительного сезона приходится на самые короткие световые дни в году.

Существенный недостаток отопления, основанного на применении солнечных коллекторов, заключается в отсутствии возможности накапливать тепловую энергию. В схему включен только расширительный бак

Необходимо следить за оптической чистотой панелей, незначительное загрязнение резко снижает КПД.

Кроме того, нельзя сказать, что эксплуатация системы на солнечной энергии обходится полностью бесплатно, существуют постоянные затраты на амортизацию оборудования, работу циркуляционного насоса и управляющей электроники.

Открытые солнечные коллекторы

Открытый солнечный коллектор представляет собой незащищенную от внешних воздействий систему трубок, по которым циркулирует нагреваемый непосредственно солнцем теплоноситель. В качестве теплоносителя применяется вода, газ, воздух, антифриз. Трубки либо закрепляются на несущей панели в виде змеевика, либо присоединяются параллельными рядами к выходному патрубку.

Солнечные коллекторы открытого типа не способны справиться с отоплением частного дома. Из-за отсутствия изоляции теплоноситель быстро остывает. Их используют в летнее время в основном для нагрева воды в душевых или бассейнах

У открытых коллекторов нет обычно никакой изоляции. Конструкция очень простая, поэтому имеет невысокую стоимость и часто изготавливается самостоятельно.

Ввиду отсутствия изоляции практически не сохраняют полученную от солнца энергию, отличаются низким КПД. Применяются их преимущественно в летний период для подогрева воды в бассейнах или летних душевых. Устанавливаются в солнечных и теплых регионах, при небольших перепадах температуры окружающего воздуха и подогреваемой воды. Хорошо работают только в солнечную, безветренную погоду.

Самый простой солнечный коллектор с теплоприемником, сделанным из бухты полимерных труб, обеспечит поставку подогретой воды на даче для полива и бытовых нужд

Трубчатые солнечные коллекторы

Трубчатые солнечные коллекторы собираются из отдельных трубок, по которым курсирует вода, газ или пар. Это одна из разновидностей гелиосистем открытого типа. Однако теплоноситель уже намного лучше защищен от внешнего негатива. Особенно в вакуумных установках, устроенных по принципу термосов.

Каждая трубка подключается к системе отдельно, параллельно друг другу. При выходе из строя одной трубки ее легко поменять на новую. Вся конструкция может собираться непосредственно на кровле здания, что значительно облегчает монтаж.

Трубчатый коллектор имеет модульную структуру. Основным элементом является вакуумная трубка, количество трубок варьируется от 18 до 30, что позволяет точно подобрать мощность системы

Веский плюс трубчатых солнечных коллекторов заключается в цилиндрической форме основных элементов, благодаря которым солнечное излучение улавливается круглый световой день без применения дорогостоящих систем слежения за передвижением светила.

Специальное многослойное покрытие создает своего рода оптическую ловушку для солнечных лучей. На схеме частично показана внешняя стенка вакуумной колбы отражающая лучи на стенки внутренней колбы

По конструкции трубок различают перьевые и коаксиальные солнечные коллекторы.

Коаксиальная трубка представляет собой сосуд Дьаюра или всем знакомый термос. Изготовлены из двух колб между которыми откачан воздух. На внутреннюю поверхность внутренней колбы нанесено высокоселективное покрытие эффективно поглощающее солнечную энергию.

При цилиндрической форме трубки солнечные лучи всегда падают перпендикулярно поверхности

Тепловая энергия от внутреннего селективного слоя передается тепловой трубке или внутреннему теплообменнику из алюминиевых пластин. На этом этапе происходят нежелательные теплопотери.

Перьевая трубка представляет собой стеклянный цилиндр со вставленным внутрь перьевым абсорбером.

Свое название система получила от перьевого абсорбера, который плотно обхватывает тепловой канал из теплопроводящего металла

Для хорошей теплоизоляции из трубки откачан воздух. Передача тепла от абсорбера происходит без потерь, поэтому КПД перьевых трубок выше.

По способу передачи тепла есть две системы: прямоточные и с термотрубкой (heat pipe).

Термотрубка представляет собой запаянную емкость с легкоиспаряющейся жидкостью.

Поскольку легкоиспаряющаяся жидкость естественным образом стекает на дно термотрубки, минимальный угол наклона составляет 20°

Внутри термотрубки находится легкоиспаряющаяся жидкость, которая воспринимает тепло от внутренней стенки колбы или от перьевого абсорбера. Под действием температуры жидкость закипает и в виде пара поднимается вверх. После того как тепло отдано теплоносителю отопления или горячего водоснабжения, пар конденсируется в жидкость и стекает вниз.

В качестве легкоиспаряющейся жидкости часто применяется вода при низком давлении.

В прямоточной системе используется U-образная трубка, по которой циркулирует вода или теплоноситель системы отопления.

Одна половина U-образной трубки предназначена для холодного теплоносителя, вторая отводит нагретый. При нагреве теплоноситель расширяется и поступает в накопительный бак, обеспечивая естественную циркуляцию. Как и в случае систем с термотрубкой, минимальный угол наклона должен составлять не менее 20⁰.

При прямоточном подключении давление в системе не может быть высоким, так как внутри колбы технический вакуум

Прямоточные системы более эффективны так как сразу нагревают теплоноситель.

Если системы солнечных коллекторов запланированы к использованию круглый год, то в них закачивается специальные антифризы.

Плюсы и недостатки трубчатых коллекторов

Применение трубчатых солнечных коллекторов имеет ряд достоинств и недостатков. Конструкция трубчатого солнечного коллектора состоит из одинаковых элементов, которые относительно легко заменить.

Достоинства:

низкие теплопотери;
способность работать при температуре до -30⁰С;
эффективная производительность в течение всего светового дня;
хорошая работоспособность в областях с умеренным и холодным климатом;
низкая парусность, обоснованная способностью трубчатых систем пропускать сквозь себя воздушные массы;
возможность производства высокой температуры теплоносителя.

Конструктивно трубчатая конструкция имеет ограниченную апертурную поверхность. Обладает следующими недостатками:

не способна к самоочистке от снега, льда, инея;
высокая стоимость.

Несмотря на первоначально высокую стоимость, трубчатые коллекторы быстрее окупаются. Имеют большой срок эксплуатации.

Трубчатые коллекторы относятся к гелиоустановкам открытого типа, потому не подходят для круглогодичного использования в системах отопления

Цены и решения

Цена за 1 Вт мощности для типичных солнечных батарей, устанавливаемых на крышу, укладывается в рамки 4-8$. При этом поставщик часто обязуется вырезать элементы под заказ либо установить стандартный вариант. Вот набор типичных решений, предоставляемых солнечной энергией, выложенных фирмой на официальном сайте:

Снабжение энергией частного дома.
Оборудование для бесперебойной работы станций связи.
Точка Wi-Fi на солнечных батареях.
Отдельно стоящие фонари, питаемые лучами дневного светила.
Зарядные устройства для сотовых телефонов.
Рекламные щиты с огнями.
Оконные стекла, способные вырабатывать энергию.

Это вполне доступные пониманию проекты, разработаны и прочие. Инженер Скотт Брюсав предлагает сделать дорожные покрытия из солнечных батарей. Это по-настоящему грандиозный проект, но намного удивительнее смотрится сад из эко-деревьев. От «растений» легко заряжаются мобильные устройства.

Конструкции

Что предложат магазинные прилавки. Сегодня в наличии две конструкции:

каркасные;
бескаркасные.

Вдобавок приобретете фотоэлементы по отдельности. Сложность правильного использования устройств ложится на плечи покупателя.

Общие черты

Независимо от наличия каркаса каждая солнечная батарея составляется из модулей, образованных фотоэлементами, соединенными последовательно, параллельно или смешанным способом. Последнее позволит получить необходимые вольтаж и мощность. В пределах узла пристальное внимание уделяется характеристикам фотоэлементов. Суммарные свойства конструкции определяются наихудшим значением параметра. К примеру, в последовательной цепочке ток ограничен максимальным внутренним сопротивлением фотоэлемента.

Солнечные батареи на крыше дома состоят из мириадов модулей, упакованных способом из упомянутых выше. Обсудим различия.

Каркасные солнечные батареи

Подложка из закаленного стекла выступает надежной защитой для листовых солнечных батарей, нанесенных на одну сторону. Дождь, снег, град не повредят источнику автономного электроснабжения. Прозрачное стекло легко пропускает свет и препятствует механическому повреждению фотоэлементов. С внутренней стороны батареи защищены слоями ламината. Используется лавсан (полиэстер).

Для дополнительной герметизации фотоэлементы утоплены в пленку, схожую по свойствам с полиэтиленом. Торцы отделываются алюминиевым профилем, посаженным на герметик, препятствуя расслоению пирога, который — начиная с внешней поверхности — выглядит так:

Прочный слой закаленного стекла.
Фотоэлементы, утопленные в пленку.
Внутренние слои ламината.

Алюминиевый профиль имеет форму буквы F, поддерживает конструкцию на некотором расстоянии от поверхности кровли. Единственный элемент не обеспечит достаточного выходного напряжения, ряд штук соединяются последовательно. Каркасная конструкция дополняется элементами электрических соединений.

Бескаркасные солнечные батареи

В этом варианте исполнения каркас отсутствует. Подложкой выступит стеклотекстолит, либо подложка отсутствует окончательно. В последнем случае обе стороны покрываются лавсановой пленкой. Фотоэлементы тщательно загерметизированы.

Как сделать водонагреватель своими руками?

Самостоятельное изготовление солнечного водонагревателя позволяет сэкономить некоторое количество денег и получить возможность бесплатного нагрева воды для любых нужд. Нет смысла использовать дорогостоящие материалы, поскольку результат будет зависеть не столько от их, сколько от тщательности и аккуратности сборки, а также от площади нагрева. Браться за изготовление вакуумных или конденсационных установок нецелесообразно, проще сделать самые доступные и надежные панели. Рассмотрим наиболее популярные и распространенные варианты самостоятельного изготовления солнечных водонагревателей:

Из поликарбоната

Поликарбонат — прозрачный листовой пластик. Для изготовления коллектора нужен сотовый материал, представляющий собой двойной лист, соединенный поперечными полосками. Вся плоскость представляет собой множество каналов, разделенных друг с другом, но имеющих выход наружу с торцовой части.

Для изготовления надо взять два листа одинакового размера. Один будет абсорбером, т.е. получать солнечное тепло и отдавать его воде. Второй — наружный защитный слой, обеспечивающий безопасность рабочей пластины и способствующий сохранению тепловой энергии. Для утепления используется пенопластовый лист такого же размера, который будет наклеен на заднюю сторону.

В качестве манифольда (распределителя) будет использоваться полипропиленовая труба. Для каждой панели нужно 2 таких трубы. В них надо сделать продольный пропил, длина которого точно равна ширине листов поликарбоната. В эти пропилы вставляются торцы рабочих пластин (оба), после чего тщательно герметизируются с помощью клеевого пистолета.

Важно! Задняя сторона рабочей пластины красится в черный цвет, после чего на нее наклеивается пенопласт. Затем на лицевую сторону наклеивается внешний защитный слой.

На диагонально противоположные торцы полипропиленовых трубок наклеиваются штуцеры, с помощью которых коллектор будет присоединяться к остальной системе. Свободные торцы плотно герметизируются заглушками. После высыхания клея коллектор наполняют водой и проверяют наличие утечек, которые сразу же устраняют. После этого панель можно присоединять к системе и вводить в эксплуатацию.

Из пластиковых бутылок

Коллектор из пластиковых бутылок — один из вариантов самодельного трубчатого водонагревателя. Собственно, бутылки служат только для теплоизоляции, основную функцию выполняют черные пластиковые трубки, торцы которых вставлены в средние патрубки ПВХ тройников. Эти тройники соединяются в одну линию, образуя коллектор, который можно впоследствии увеличивать до любого размера, просто присоединяя дополнительные трубки. У бутылок отрезают дно, одевают их на трубку одну за другой так, чтобы горлышко плотно входило в заднюю част.

Получается внешняя прозрачная труба, прикрывающая трубку и создающая эффект парника внутри. Когда по трубкам пропускается вода, она нагревается от солнечного тепла и направляется в систему для использования по назначению.

Типичная схема автономной электрической сети

Солнечные батареи с номиналом 12 В работают на аккумуляторы и приборы, для которых вольтаж достаточен. Контроллер заряда чутко следит, чтобы оборудование эксплуатировалось согласно техническим нормам. При необходимости цепь между солнечной батареей и аккумуляторами размыкается.

Домашние приборы не работают напрямую с постоянного напряжения 12 В, используется специальный преобразователь — инвертор. Переменный ток частотой 50 Гц и номиналом 230 В уже поступает в дом. Питание обогревателя солнечными батареями ведется по опосредованной схеме — через инвертор.

А как же сетевое электроснабжение. Солнечные батареи во дворе позволят не платить государству, даже подзаработать.

Программы по развитию солнечной индустрии существуют в развитых государствах, даже в Монголии.

Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

Выделяют несколько принципиальных классификаций:

По типу коллектора

Панельный – наиболее простое исполнение. Трубки коллектора покрыты черной краской и установлены в панельном корпусе, который закрыт стеклом или прозрачным пластиком. Хотя конструкция очень простая, но и эффективность также небольшая, поскольку теплоноситель теряет часть тепла, находясь в коллекторе. Потери накопленного тепла могут быть значительными, потому что конструкция коллектора идентична радиатору. Такой тип солнечного коллектора подойдет для местности, где солнечное освещение регулярное или полученная подогретая вода будет использоваться как вспомогательная.
Вакуумный – в трубке находится теплоноситель. Сама же трубка помещена во внутрь вакуумной колбы, которая способна пропускать солнечное тепло.

Панельный тип водонагревателя

Такая конструкция практически полностью исключает потерю тепла, при этом водный теплоноситель нагревается до температуры кипения, а масляный – до 200-300 градусов, что дает возможность использовать полученное тепло для отопления здания. Закономерно, что такой коллектор дороже панельного, но полученный результат оправдает затраты.

По типу циркуляции

Естественная – в этом случае циркуляция протекает благодаря физическим свойствам воды. Нагретая жидкость, как известно, имеет меньшую плотность, но увеличивается в объеме. На основе этого происходит ее перемещение по трубкам в самый верх. На освободившееся место поступает новая порция воды.
Принудительная – для того, чтобы происходила естественная циркуляция, резервуар необходимо размещать над коллектором. Но такая схема монтажа не всегда целесообразна, и ее можно воплотить в жизнь, особенно, если резервуар большого объема.

Солнечный коллектор с принудительной циркуляцией

В случае солнечного водонагревателя при естественной циркуляции коллектор размещают на скате крыши и тут же устанавливают резервуар. Если последний имеет большой объем, то такая нагрузка для кровли может стать критической. Решением будет размещение резервуара в подвальной части здания, тогда в этом случае применяют принудительную циркуляцию специальными насосами.

При таком способе циркуляции в качестве теплоносителя можно использовать масла. Способности к естественной циркуляции у них практически нет, но с функцией теплоносителя справляются отлично.

По типу контура циркуляции

Разомкнутый – применяется для обеспечения горячей водой жилого помещения. Теплоносителем в этом случае выступает вода, которую используют для различных бытовых нужд и, соответственно, она уже не попадает обратно в контур.
Система с одним контуром – используют для отопления дома. Нагретый таким способом теплоноситель используют как добавку к теплоносителю, который подогрели традиционным методом. В этом случае нагретый теплоноситель переходит в отопительную систему, после которой опять переносится в приемный резервуар и в коллектор.
Двухконтурнаянагревательная система – самая универсальная. Есть возможность использования таковой для отопления зимой или для водоснабжения.

Двухконтурная система водоснабжения и отопления

Также можно выбрать один из возможных теплоносителей – вода, масло или антифриз. После коллектора теплоноситель проходит теплообменник, в котором происходит теплоотдача на второй контур. Второй используемый теплоноситель уже идет по назначению – для отопления или водоснабжения.

Для чего можно использовать?

С помощью таких водонагревателей можно решить вопрос не только о регулярном горячем водоснабжении, но и обеспечить теплом дом.

Водонагреватели помогут решить такие задачи:

Обеспечение круглый год горячей водой.
Поддержание отопительной системы.
Подогрев воды для бассейнов.
Нагрев воды для различных промышленных и сельскохозяйственных нужд.

Установка

Поскольку оборудование работает от солнечной энергии, то, соответственно, установка обогревателя будет проводиться на открытом воздухе. Монтаж рекомендуют проводить на крышах зданий, на балконах или других архитектурных выступах.

Экран водонагревателя должен быть направлен на юг. Установку проводят под определенным углом к горизонту, который эквивалентен географической широте местности.

Водонагреватель постоянно поглощает энергию и по понятным причинам источник энергии выключить нельзя, поэтому, в случае малого потребления воды, температура застоя может достигать до 300°С.

По этой причине не допускается использование пластиковых и стальных труб с цинковым покрытием. Оптимальными в эксплуатации станут трубопроводы, изготовленные из меди или нержавеющей стали.

Горячий контур солнечного водонагревателя должен иметь теплоизоляцию, это позволит избежать ожогов и возгораний. Следует учесть температурный режим работы оборудования при выборе теплоизоляции и крепежей.

Производители солнечных водонагревателей на корпусе своей продукции указывают точную температуру застоя.
Панели коллектора должны находиться на открытом пространстве, чтобы был открытый доступ к солнечному свету. Необходимо исключить наличие возможных преград.

Чаще всего углом наклона коллектора будет наклон ската крыши. Для того, чтобы эффективность работы водонагревателя приблизить к максимальной, лучше придерживаться рекомендаций и использовать специальный стеллаж, на который будет крепиться коллектор.

Т.е. залогом правильной и эффективной работы оборудования являются всего несколько правил:

направление на юг;
правильный угол наклона;
беспрепятственный доступ к солнечному свету;

Некорректная установка снизит качество работы водонагревателя, а вложенные средства не будут оправданы. Тип нагревателя также может играть роль в способе его установки. При монтаже учитывают тип используемого оборудования.

Различают такие системы:

Пассивная

Работа установки протекает полностью самостоятельно, без каких-либо дополнительных приспособлений. Получение и передача энергии происходит непосредственно на теплоноситель, который самотеком поступает в накопительную емкость. Примером пассивной установки может служить емкость для воды темного цвета для лучшего нагрева. Нагрев воды в ней происходит без дополнительной помощи, надо лишь поставить бак под лучи Солнца.
Циркуляция также естественная, теплые слои поднимаются вверх, уступая место холодным, которые, нагреваясь, в свою очередь, уступают место остывшим слоям. Простота и отсутствие необходимости в обслуживании таких установок привлекательны, но режим их работы крайне неустойчив, а эффективность составляет лишь малую часть от физически возможной.

Активная

Активная установка солнечной батареи для нагрева воды позволяет решить все проблемы с режимом циркуляции и получить максимальную эффективность теплопередачи. Обычно нагревательный контур имеет замкнутую конструкцию, в которой циркулирует вода или масло. В нормальном состоянии естественной циркуляции о масла получить невозможно, но, с помощью циркулярного насоса, можно получить высокую степень теплопередачи, свойственную маслу в силу физических особенностей.
Горячая вода от солнца, полученная подобным образом, может быть направлена в одно- или двухконтурные системы, для отопления и подачи ГВС. Результаты, полученные от активной установки, значительно выше, но и расходы на ее приобретение намного заметнее. Для пользователей, которые решили выбрать солнечные водонагреватели для дома, стоимость комплекта может оказаться слишком высокой, поэтому следует заранее узнать цену подобных комплексов.

Способы подключения к отопительной системе

Одним из недостатков солнечных коллекторов является невозможность постоянного снабжения энергией. Следовательно, при подключении важно подобрать систему, которая способна работать в ограниченном режиме.

В регионах средней части России солнечные коллекторы используются в качестве дополнительного источника тепла, так как не гарантируют постоянного потока энергии. Подключение солнечных коллекторов и батарей к функционирующей системе отопления и горячего водоснабжения имеет некоторые отличия, которые обязательно следует учитывать.

Подключение тепловых коллекторов

Схема подключения определяется прямым назначением конструкции, чаще всего применяется два варианта:

Для нагревания воды в летнее время.
Для нагревания теплоносителя зимой в системах отопления и горячего водоснабжения.

Первый вариант отличается своей простотой, его работа основана на естественном перемещении теплоносителя. Следовательно, такая схема использования солнечной энергии для частного дома может использоваться без циркуляционного насоса. Принцип работы выглядит следующим образом: при нагревании солнечными лучами вода в коллекторе расширяется и поступает в накопительный бачок. На место уходящей воды засасывается холодная жидкость.

Однако следует учитывать, что для большей эффективности работы системы с естественной циркуляцией необходимо создать определенный угол наклона. Кроме того важно расположить накопительный бак на более высоком уровне, чем солнечный коллектор.

Для поддержания высокой температуры теплоносителя аккумулирующий бак требует дополнительной теплоизоляции.

Максимально эффективная работа солнечного коллектора требует использования более сложной схемы подключения.

В систему заливают незамерзающий теплоноситель и врезают циркуляционный насос. Для управления его работой устанавливают контроллер и температурные датчики. Первый датчик показывает значения температуры воды в аккумулирующем бачке, второй датчик устанавливают на трубе, подающей горячий теплоноситель от солнечного коллектора. Такая схема работает по следующему принципу: при нагревании воды в баке выше заданных параметров происходит отключение циркуляционного насоса, и движение теплоносителя прекращается. Когда температура понижается до контрольных значений, контроллер включает котел отопления.

Обзор рынка: производители и модели

Наибольшее развитие и распространение технология получила в южных странах, где поток энергии находится в постоянном доступе. Покупателей, которые решили приобрести и установить солнечные батареи для нагрева воды, цена нередко интересует даже больше, чем технические и эксплуатационные характеристики.

Рассмотрим наиболее известные фирмы, занимающиеся производством этого оборудования:

Sunrain Solar Energy Co. , Ltd. Это китайская фирма, полностью изготавливающая водонагревательные системы на собственных предприятиях.
Buderus, Vaillant, Viessmann — три фирмы из Германии. Европейское оборудование славится своим качеством и возможностями, но немецкие установки являются эталоном среди всех альтернативных вариантов.
Ariston, Ferroli. Итальянские компании, обеспечивающие высокое качество и сравнительно низкие цены на отопительное оборудование.

Приобретая солнечные нагреватели воды, цена которых кажется весьма приемлемой, необходимо внимательно изучить паспорт и технические характеристики установки. Встречаются недобросовестные производители и продавцы, предлагающие поддельные устройства. Если есть сомнения, следует попросить сертификаты на оборудование. Если их не имеется в наличии, нужные устройства следует поискать в других магазинах.

Необходимо учесть, что данное оборудование может быть очень дорогим не столько из-за высокого качества, сколько в зависимости от страны-изготовителя. Так, российские установки могут стоить 20 тыс. руб., а европейские аналоги того же уровня будут стоить в 3-4 раза больше.

Как подключаются солнечные батареи

Схема подключения солнечного коллектора, при которой происходит накопление энергии солнечного излучения, не может использоваться для подключения солнечных батарей. В этом случае придется дополнительно устанавливать дорогостоящий блок аккумуляторов. Следовательно, необходимо воспользоваться другим вариантом.

Энергия с солнечных батарей передается контроллеру заряда, который предназначен для постоянной подачи энергии аккумуляторам и стабилизации напряжения. При поступлении электричества на инвертор постоянный ток преобразуется в переменный однофазный ток 220 В.

Получение универсального вида энергии для отопления дома от солнца делает солнечные батареи более выгодными, но не стоит забывать о меньшей эффективности этой системы. Также следует учесть, что солнечный коллектор не может накапливать энергию, как это делают солнечные батареи.

Расчет мощности

Чтобы выгодно использовать солнечные коллекторы, важно учитывать следующие рекомендации производителей:

Система должна обеспечивать горячее водоснабжение лишь на 70%.
В отопительную систему от солнечных коллекторов может поступать не больше 30% энергии.

Только в этом случае можно добиться экономии расходов на отопление и горячее водоснабжение почти на 40%.

При расчетах мощности коллектора для отопления дома солнечной энергией также следует учитывать расположение системы, угол наклона панелей и среднегодовую температуру в регионе.

Газовое отопление
Электрическое отопление
Теплый пол
Центральное отопление
Радиаторы, батареи
Твердотопливное отопление
Печи, камины
Альтернативное отопление
Монтаж, ремонт

Советы по эксплуатации

Эксплуатация солнечных нагревателей не представляет существенных сложностей. Если система правильно установлена и настроена, то от владельца потребуется лишь поддержание чистоты приемных панелей и целостности соединений. При необходимости надо менять вышедшие из строя узлы и элементы, восстанавливать герметичность трубок и прочих деталей. Никаких специальных рекомендаций не имеется, все действия производятся в соответствии с необходимостью и целесообразностью.

Отзывы пользователей

Все, кто решился на приобретение солнечного водонагревателя и в конечном итоге пришли к выводу, что альтернативные источники энергии – это отличный вариант экономии и остаются довольны полученным результатом.

В начале придется вложить определенную сумму на реализацию всего проекта, но в дальнейшем это позволит экономить бюджет и не зависеть от различных мировых энергетических кризисов и очередных подорожаний энергоносителей. Как показывает статистика, окупаемость вложенных средств пройдет в течении последующего года активной эксплуатации установки круглый год. Особенно это будет заметно, если работа оборудования будет направлена на обеспечение горячей водой и отоплением целого здания.

Залогом положительного результата также остается профессиональная установка и наладка приобретенного оборудования. Поэтому, чтобы избежать различных неприятных ситуаций, лучше обращаться за помощью к специалистам по данному вопросу.

Источники

https://econet.ru/articles/145361-solnechnoe-otoplenie-chastnogo-doma-varianty-i-shemy-ustroystva
https://VashTehnik.ru/obogrevateli/solnechnyj-obogrevatel-dlya-doma.html
https://Energo.house/sol/solnechnye-vodonagrevateli.html
https://slarkenergy.ru/solar/solnechnyj-vodonagrevatel.html
https://teplospec.com/alternativnoe-otoplenie/kakie-byvayut-solnechnye-sistemy-otopleniya-vidy-kharakteristiki-osobennosti-vybora.html

[свернуть]

Воздушное отопление частного загородного дома

Продвинутые Америка и Европа давно уже благополучно отапливают свои жилища воздухом, в то время как в России при проектировании системы отопления чаще всего традиционно выбирается водяная. Тогда как решившись на воздушное отопление загородного дома можно получить 90% КПД, а от водяной системы – максимум 60%. Чем же еще так привлекательно отопление при помощи воздуха? Давайте разбираться.

Как работает такая система?

Отопление воздухом очень практично. Счастливые владельцы, обогревающие свои дома таким способом, отмечают неоспоримые преимущества:

Абсолютная безопасность. Высокочувствительная автоматика четко контролирует все процессы. При малейшей угрозе утечки или другой опасности она моментально блокирует оборудование. Кроме того в системе отсутствуют наполненные теплоносителем трубы, следовательно в принципе невозможны их разрывы, подтекания и т.п. неприятности.
Высокая скорость обогрева. На полное прогревание помещения уходит от 20 до 40 минут, даже если начальная температура в доме была отрицательной.
Экономичность. Низкое энергопотребление, высокий КПД и отсутствие промежуточных теплоносителей делают воздушное отопление частного дома чрезвычайно выгодным.
Надежность и долговечность. При условии грамотного проектирования, монтажа, регулярном обслуживании и необходимом ремонте система прослужит минимум 20 лет.
Простота в эксплуатации. Автоматическое управление процессами запуска, остановки и сменой режимов позволяет без труда регулировать температуру в доме и одновременно страхует от возможных ошибок.
Доступная стоимость установки и достаточно быстрый срок окупаемости вложений.
Эстетичность. Отсутствие в помещении привычных батарей дает возможность устанавливать окна практически любого размера, освобождает пространство и открывает возможности для дизайнерских экспериментов.

Традиционно системы воздушного отопления предполагают использование теплогенератора. Нагнетаемый в теплообменник воздух прогревается до 45-60° и, двигаясь по воздуховодам, нагревает помещение. Остывший воздух через решетки в полу или по обратным воздуховодам возвращается в теплогенератор.

Основными частями теплогенератора являются теплообменник и направляющий воздух вентилятор

Разогрев воздуха можно осуществлять при помощи нескольких вариантов:

тепловым насосом;
газовой горелкой с использованием как баллонного, так и магистрального газа;
горячей водой из централизованной котельной;
дизельной горелкой.

О том, как устроен тепловой насос, и можно ли сделать его самостоятельно, читайте в нашем материале: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/teplovoj-nasos-vozdux-vozdux.html.

Средний расход воздуха в системе – от 1 000 до 3 800 куб. м в час, давление при этом составляет 150 Па. В больших помещениях могут появляться потери тепла из длинных воздуховодов. В таких случаях стоит подумать об обустройстве нескольких теплогенераторов, которые работают без воздуховодов. По подсчетам специалистов длина основного воздуховода не должна быть более 30, а ответвлений – 15 м.

Использование системы исключительно для обогрева помещений несколько нерационально, поэтому чаще всего в устройство внедряется блок охлаждения воздуха, от которого отводится внешний блок кондиционирования. Таким образом система совмещает в себе отопление и кондиционирование, позволяя поддерживать комфортную температуру в доме в любое время года. Кроме того можно использовать дополнительное оборудование: увлажнитель и стерилизатор воздуха, создавая в комнатах уникальный здоровый микроклимат.

Обустроить воздушное отопление коттеджа можно при помощи:

Естественной вентиляции. Самый простой вариант, когда воздух поднимается вследствие первоначального нагрева. В комнаты он попадает по воздуховодам, нагревает их и возвращается в теплообменник. Основные недостатки естественной вентиляции ярко проявляются в случае дополнительного поступления прохладного воздуха через двери или окна. В этом случае холодный воздух, которого оказывается больше, скапливается в нижней части помещения, создавая перекос температурного режима и мешая нормальному функционированию системы.
Принудительной вентиляции. Циркуляция воздуха обеспечивается вентилятором, создающим давление в системе. Помещение прогревается намного быстрее в силу большей скорости перемещения воздуха. Так же в устройствах с принудительной вентиляцией легче регулировать температуру в комнатах. Небольшим недостатком конструкции может считаться шум, доносящийся из воздуховодов.

Правила подбора основного оборудования

Тепловые генераторы для систем воздушного отопления могут функционировать на разном топливе. Важно подобрать для своего дома наиболее подходящий по всем параметрам вариант. Это может быть жидкое или сжиженное топливо, природный газ. Производители предусмотрели возможные переходы с одного вида топлива на другой. Для этого будет достаточно всего лишь заменить горелку, как в случае с дизельным топливом и газом, или установить сменную насадку с другим диаметром проходных отверстий при переходе со сжиженного газа на природный.

Целостная система состоит из огромного количества составных частей, которые нужно правильно подобрать для корректной работы друг с другом (нажмите на изображение для увеличения)

Система, работающая на жидком топливе, потребует дополнительной установки фильтров, бака для хранения топлива и трубопровода к нему. Дополнительное оборудование потребуется и для установки, работающей на сжиженном газе. Если предполагается использование баллонов, нужно будет обустроить помещение для их хранения. Как вариант можно рассмотреть устройство резервуара для газа, вкопанного в землю, так называемого газгольдера. Только системы на природном газе не потребуют дополнительных устройств.

Воздуховоды так же могут быть разными:

Круглые. Имеют небольшое аэродинамическое сопротивление, что несколько увеличивает общую эффективность системы. Скрепляются друг с другом при помощи хомутов и шпильки. Внутренний диаметр труб варьируется в пределах от 100 до 200 мм.
Прямоугольные. Чаще всего их устанавливают в воздуховодах с большим сечением. Более гармонично вписываются в интерьер, поэтому им отдается предпочтение при обустройстве отопительных систем жилых домов.

Оба вида конструкций закрепляются к потолку с помощью анкеров. В случае если воздуховоды приходится прокладывать через неотапливаемые участки, во избежание теплопотерь их обязательно утепляют. При установке конструкций между перекрытиями монтируется особый металлический чехол, размером больше, чем воздухопровод. Обязательно осуществляют теплоизоляцию системы. На участках выхода воздуховода в помещение устанавливаются воздухораспределители, а так же воздухозаборные устройства.

Воздухораспределители и воздухозаборы обязательно устанавливаются на местах вывода воздуховодов в помещение

Как выполнить предварительный расчет?

На самом деле, самостоятельный расчет воздушного отопления произвести очень сложно. Часто это под силу только специалистам. В расчете определяются:

тепловые потери по каждому помещению в отапливаемом доме;
тип нагревателя и его мощность, которая должна быть сопоставима с величиной теплопотерь;
необходимое количество прогретого воздуха с учетом мощности нагревателя;
нужный диаметр воздушных каналов;
потери напора в воздушной установке и т. д.

Правильным решением будет заказать пример расчета воздушного отопления дома у специалистов. Вероятно, что в результате инженеры предложат несколько вариантов, останется только выбрать из них наиболее приемлемый.

О преимуществах воздушной системы отопления перед другими читайте в нашем сравнительном обзоре: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/raschety/otoplenie-chastnogo-doma.html.

Отопление при помощи воздуха экономично, безопасно, чрезвычайно просто в использовании и при этом долговечно и надежно. Не удивительно, что оно завоевывает все большую популярность. Однако обустроить воздушное отопление своими руками достаточно сложно. Возможные ошибки могут привести к неприятным последствиям в виде сквозняка в комнатах, шума, перегрева оборудования и т.п. Тем, кто выбирает эту практичную систему, стоит обратиться за помощью к профессионалам. Грамотно спроектированная и качественно смонтированная система будет радовать теплом в доме не один десяток лет.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

NWS JetStream — Передача тепловой энергии

Источником тепла для нашей планеты является солнце. Энергия от солнца передается через космос и через атмосферу Земли к поверхности земли. Поскольку эта энергия нагревает поверхность Земли и атмосферу, часть ее является или становится тепловой энергией. Существует три способа передачи тепла в атмосферу и через нее:

радиация
проводимость
конвекция

Излучение

Если вы стояли перед камином или возле костра, вы почувствовали передачу тепла, известную как излучение.Сторона вашего тела, ближайшая к огню, нагревается, а другая сторона остается незатронутой жаром. Хотя вы окружены воздухом, воздух не имеет ничего общего с передачей тепла. По такому же принципу работают тепловые лампы, которые согревают пищу. Радиация — это передача тепловой энергии через пространство электромагнитным излучением.

Большая часть электромагнитного излучения, приходящего на Землю от Солнца, невидима. Только небольшая часть излучается видимым светом. Свет состоит из волн разной частоты.Частота — это количество случаев, когда событие повторяется в течение установленного времени. В электромагнитном излучении его частота — это количество электромагнитных волн, проходящих через точку каждую секунду.

Наш мозг интерпретирует эти разные частоты в цвета, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Когда глаз видит все эти разные цвета одновременно, он интерпретируется как белый. Волны от солнца, которые мы не можем видеть, — это инфракрасные волны, которые имеют более низкие частоты, чем красные, и ультрафиолетовые, которые имеют более высокие частоты, чем фиолетовый свет. [подробнее об электромагнитном излучении] Именно инфракрасное излучение вызывает ощущение тепла на нашем теле.

Большая часть солнечного излучения поглощается атмосферой, а большая часть того, что достигает поверхности Земли, излучается обратно в атмосферу, превращаясь в тепловую энергию. Объекты темного цвета, например асфальт, поглощают лучистую энергию быстрее, чем объекты светлого цвета. Однако они также излучают свою энергию быстрее, чем объекты более светлого цвета.

Урок: тает в сумке, а не в руке

Проводимость

Проводимость — это передача тепловой энергии от одного вещества к другому или внутри вещества.Вы когда-нибудь оставляли металлическую ложку в кастрюле с супом, разогретой на плите? Через короткое время ручка ложки нагреется.

Это происходит из-за передачи тепловой энергии от молекулы к молекуле или от атома к атому. Кроме того, когда объекты свариваются, металл нагревается (оранжево-красное свечение) за счет передачи тепла от дуги.

Это называется теплопроводностью и является очень эффективным методом передачи тепла в металлах. Однако воздух плохо проводит тепло.

Конвекция

Конвекция — это передача тепловой энергии в жидкости.Этот вид отопления чаще всего встречается на кухне с кипящей жидкостью.

Воздух в атмосфере действует как жидкость. Солнечное излучение падает на землю, нагревая скалы. Когда температура породы повышается за счет теплопроводности, тепловая энергия выделяется в атмосферу, образуя воздушный пузырь, который теплее окружающего воздуха. Этот пузырь воздуха поднимается в атмосферу. Когда он поднимается, пузырек охлаждается за счет тепла, содержащегося в пузыре, движущемся в атмосферу.

По мере того, как масса горячего воздуха поднимается, воздух заменяется окружающим более прохладным и более плотным воздухом, который мы ощущаем как ветер. Эти движения воздушных масс могут быть небольшими в определенном регионе, например, локальные кучевые облака или большие циклы в тропосфере, охватывающие большие участки земли. Конвекционные течения ответственны за многие погодные условия в тропосфере.

Быстрые факты

Это не тепло, которое вы чувствуете, а ультрафиолетовое излучение солнца, вызывающее солнечные ожоги, ведущие к раку кожи.Тепло солнца не приводит к солнечным ожогам.

Согласно данным Американской академии дерматологии, солнечный свет состоит из двух типов вредных лучей, которые достигают Земли — ультрафиолетовых лучей A (UVA) и ультрафиолетовых лучей B (UVB). Чрезмерное воздействие на них может привести к раку кожи. Каждый из этих лучей не только вызывает рак кожи, но и делает следующее:

UVA-лучи могут преждевременно состарить вашу кожу, вызвать появление морщин и возрастных пятен, а также могут проходить через оконное стекло.
UVB являются основной причиной солнечных ожогов и блокируются оконным стеклом.

Безопасного способа загара не существует. Это включает излучение от искусственных источников, таких как солярии и солнечные лампы. Каждый раз, загорая, вы повреждаете кожу. По мере нарастания этого повреждения вы ускоряете старение кожи и повышаете риск развития всех типов рака кожи.

Даже в пасмурные дни ультрафиолетовое излучение может проходить сквозь облака и вызывать солнечный ожог, если вы достаточно долго находитесь на улице.

Обзор викторины по теплообмену

A	B
Излучение	Прямая передача энергии электромагнитными волнами.
Проводимость	Прямая передача тепла между двумя соприкасающимися предметами.
Конвекция	Передача тепла движением жидкости.
Ощущение солнечного тепла на лице — пример какого типа теплопередачи?	Излучение
Какой вид теплообмена происходит, когда вы кладете грелку на поврежденное колено?	Проводимость
Какой вид теплообмена происходит, когда вы греете руки перед огнем?	Излучение
Какой тип теплопередачи — это закрутка горячей воды в поддоне?	Конвекция
Какой тип теплопередачи нагревает атмосферу Земли?	ВСЕ 3: Излучение, проводимость и конвекция
Через какой тип теплопередачи Солнце обеспечивает тепловую энергию?	Излучение
Когда теплая земля нагревает воздух, который касается ее, какой тип теплопередачи происходит?	Проводимость
Когда теплый, менее плотный воздух поднимается, затем охлаждается и опускается, какой тип теплопередачи происходит?	Конвекция
Когда солнечное излучение входит в атмосферу, какие две вещи могут произойти?	Он может ОТРАЖАТЬСЯ или ПОГЛОЩАТЬСЯ
Какой вид тепловой энергии заставляет теплый воздух подниматься и нагревать тропосферу?	Конвекция
Как нагретая земля нагревает воздух, которого она касается?	Сквозная проводимость

Солнечное тепло

Фото: Clipart.

com.

Назначение

Чтобы помочь студентам расширить свое понимание солнца, особенно его важной роли в нагревании земли, воздуха и воды вокруг нас.

Контекст

На этом раннем уровне для учащихся важно начать обращать внимание на мир вокруг них и усвоить как основные, так и общие концепции о структуре и ключевых процессах, из которых состоит Вселенная. На этом уроке учащиеся ближе познакомятся с солнцем и начнут осознавать его важнейшую функцию в нагревании и нагревании воздуха, земли и воды, которые поддерживают нашу жизнь.Это потребует привлечения их внимания к основам тепла вокруг них и к тому, что солнце является основным источником этого тепла. Затем они выполнят ряд мероприятий в помещении и на открытом воздухе, которые подтверждают эталонный уровень и помогут начать определение солнца как естественного универсального источника тепла в мире.

Во время преподавания рекомендуется не вводить научную концепцию энергии или какие-либо подробные объяснения тепловой энергии, чтобы не запутать учащихся и сэкономить время обучения. Однако, если дети используют термин «энергия», чтобы указать, сколько у них бодрости, это совершенно нормально, поскольку смысл ясен и не было сделано никаких технических проблем. С концепцией энергии в целом ученики 2-го класса должны быть знакомы с множеством способов заставить вещи работать и должны подумать «Что заставляет это работать?» Интересный вопрос. Как только они узнают, что батареи изнашиваются и в автомобилях заканчивается бензин, можно сказать, что отключение ненужных приборов «сэкономит на батареях» и «сэкономит бензин».«Идея, доступная в этом возрасте, состоит в том, что поддержание чего-либо требует определенных ресурсов. В целом учащиеся должны уйти от этого урока, сделав качественные приближения и базовое понимание концепций, связанных с тепловой энергией солнца. ( Контрольные показатели научной грамотности , стр. 81-83.)

Кроме того, полезно иметь в виду ряд проблемных областей, которые есть у учащихся всех возрастов в отношении энергии в целом. Например, значение энергии учащимися как до, так и после традиционного обучения значительно отличается от ее научного значения. В частности, студенты считают, что энергия связана только с людьми или движением, это количество, подобное топливу, которое расходуется, или что-то, что заставляет вещи происходить и расходуется в процессе. Студенты редко думают, что энергию можно измерить и измерить. ( Benchmarks for Science Literacy , p. 338.)

Подробнее

Планирование вперед

За несколько часов до урока наполните две кастрюли водой, поместив одну в затененном месте в классе, а другую на улице на солнце.

Примечание: Для достижения наилучших результатов важно проводить этот урок в теплый солнечный день.

Мотивация

Разбудите интерес студентов к основам работы тепла, задав простые, наводящие на размышления вопросы, подобные приведенным ниже. Примите все разумные ответы и побудите студентов размышлять и уточнить свои ответы.

Спросите студентов:

Когда вам холодно, какие вещи или занятия помогают вам согреться?
Что помогает вам сохранять тепло в помещении? На открытом воздухе?
Днем или ночью обычно теплее? Почему?

Теперь, когда учащиеся узнали о роли солнца в обогреве, задайте подобные вопросы, чтобы помочь им развить ориентированность на эталонные тесты и лучше подготовить их к занятиям в основной части урока:

Что такое солнце? Где это находится? (Чтобы не усложнять ответы: Солнце — это гигантская звезда около 4. 5 миллиардов лет. Это также самый большой объект в Солнечной системе.)
Что делает солнце? (Ответы будут разными. Среди прочего, Солнце обеспечивает землю и ее жителей светом и теплом, которые им необходимы для роста и выживания.)
Что солнце позволяет вам делать каждый день? (Ответы могут быть разными.)

Развитие

Продолжите урок, раздайте ученикам Таблицу тепла.Чтобы помочь им понять, внимательно прочитайте таблицу, а класс объяснит, что они пойдут в три разных места — в класс, в тени и на солнце, — и попытайтесь определить или почувствовать разницу в тепле в каждой из них. площадей. Для этого им понадобятся карандаши, и они должны будут обвести уровень тепла в каждой области — холодный, прохладный, теплый или горячий.

Начиная в классе, задайте учащимся эти основные вопросы, прежде чем они окончательно решат, что, по их мнению, является относительной теплотой или прохладой (температурой) в комнате.Для ясности задавайте одни и те же вопросы в каждой из трех внутренних / внешних зон.

Спросите студентов:

Насколько тепло или холодно в классе? В тени? На солнце?
Как вы думаете, почему он (холодный / холодный / теплый / горячий)?
Согревает ли солнечное тепло эту область? Почему или почему нет?

Поощряйте и принимайте все ответы студентов, чтобы они могли развить свои идеи и осведомленность о вариациях тепла по отношению к солнцу.Когда они закончат выражать свое мнение, закройте каждое из трех тематических обсуждений следующей директивой:

«Хорошо. Теперь пора обвести ответ в таблице теплоты, который, по вашему мнению, является правильным. _______ (класс / тень / солнечный свет) ________ (холодный / холодный / теплый / горячий)?»

Когда студенты завершат все три раздела, уделите несколько минут — пока все еще стоят на солнце — чтобы рассказать об окончательных результатах ваших учеников. Задайте им обобщающие вопросы, подобные этим:

Потратив время на то, чтобы высказать свои ответы, вы и ваши ученики должны согреться на солнышке. Чтобы перейти к разделу урока, посвященному водяной бане, тестированию и прикосновению, обратите внимание учащихся на то тепло, которое они сейчас испытывают, задав такие вопросы:

После того, как учащиеся установят эти типы более широких связей, проведите их к поддону с водой, который вы оставили на улице на солнце. Задайте им эти ориентировочные вопросы, прежде чем вы дадите им возможность коснуться воды руками:

По окончании попросите учащихся по очереди коснуться воды. (Сделайте это задание настолько научным, насколько это подходит вашим ученикам.Это может включать в себя предоставление вашим более опытным ученикам возможности использовать термометры для измерения степени тепла или прохлады воды.) Затем задайте такие вопросы:

Чтобы обсудить их собственные процессы согрева, когда они стоят на солнце, вы можете задать им подобные вопросы, прежде чем брать их обратно в класс:

Кстати, как ты себя сейчас чувствуешь? Вам теплее, чем час назад? Пять минут назад? Почему или почему нет?

Вернувшись в класс, обратите внимание студентов на другую емкость с водой. Задайте им те же вопросы, ориентированные на тепло, как вы делали с внешней кастрюлей. Также оцените и спросите их об их личных процессах охлаждения.

Чтобы лучше поддержать эталон, обязательно проведите дополнительные связи, которые — как вода и они сами — практически все, что находится вне прямой линии солнца, станет холоднее, будь то кексы, рюкзаки, земля или воздух. . Завершите урок, намеренно подчеркнув, как солнце согревает землю, воздух и воду вокруг нас.

Оценка

Предложите учащимся повторить то, что они узнали о солнце и его широко распространенном согревающем воздействии. Теперь они должны иметь возможность более ясно увидеть, насколько мощно и важно солнце согревает людей и практически все вокруг нас.

В рамках этого обсуждения и обзора предложите учащимся поразмышлять и ответить на такие вопросы, как эти:

Какой была бы жизнь, если бы не было солнца?
Как растения и животные полагаются на солнце?
Почему люди летом плавают в озерах и океанах? Почему не зимой?
Зачем людям кондиционеры? Какова жизнь тех, кто их не имеет или использует?

Расширения

Этот урок можно дополнить серией уроков «Небо» из четырех частей, в которых исследуются различные аспекты того, как изменяются объекты в дневном и ночном небе, и как тени образуются, движутся и развиваются.

Отправьте нам отзыв об этом уроке>

Отопление как передача энергии | Тепло: передача энергии

Отопление как передача энергии

В предыдущей главе мы рассмотрели тепловые системы. Тепловая энергия объекта — это количество энергии, которое он имеет внутри, другими словами, его внутренняя энергия. В тепловой системе тепловая энергия передается от одного объекта к другому. Тепло — это передача тепловой энергии от системы к ее окружению или от одного объекта к другому.Эта передача энергии происходит от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой.

Очень важно знать, что в науке тепло и температура — это не одно и то же.

Тепло — это передача тепловой энергии от системы к ее окружению или от одного объекта к другому в результате разницы температур. Теплота измеряется в джоулях (Дж). Это потому, что тепло — это передача энергии.
Температура — это мера того, насколько горячим или холодным является вещество, и измеряется в градусах Цельсия (° C). Температура — это мера средней кинетической энергии частиц в объекте или системе. Мы используем термометр для измерения температуры объекта или вещества.

Заполните следующую таблицу, чтобы суммировать разницу между теплом и температурой

	Тепло	Температура
Определение
Единица измерения
Символ для единицы

Вот заполненная таблица:

	Тепло	Температура
Определение	Передача энергии от более горячего объекта к более холодному объекту или от системы к ее окружению	Мера того, насколько горячим или холодным является вещество. Мера средней кинетической энергии частиц вещества.
Единица измерения	Джоулей	градусов Цельсия
Символ для единицы	Дж	° С

Тепло — это передача энергии.Во время передачи энергии энергия перемещается от более горячего объекта к более холодному. Это означает, что более горячий объект остынет, а более холодный — нагреется. Передача энергии будет продолжаться, пока оба объекта не достигнут одинаковой температуры.

Существует 3 способа передачи тепловой энергии от одного объекта / вещества к другому или от системы к ее окружению:

Проводимость
Конвекция
Радиация

Рэп-песня, которая познакомит вас (и поможет запомнить!) Проводимости, конвекции и излучения.

Давайте рассмотрим их подробнее.

Проводимость

проводимость
проводник
изолятор

Предлагаем ввести эту тему: спросить учащихся, что происходит с металлической чайной ложкой, когда они кладут ее в свой горячий напиток. Если возможно, кратко продемонстрируйте это в классе, даже используя стакан с горячей водой и металлический стержень.Кроме того, используйте пластиковую чайную ложку, чтобы продемонстрировать разницу, поскольку пластик является изолятором.

Вы замечали, что когда вы кладете холодную металлическую чайную ложку в чашку горячего чая, ручка чайной ложки также через некоторое время нагревается? Вы когда-нибудь задумывались, как это тепло «переместилось» от горячего чая к холодной чайной ложке и согрело ее? Это один из способов передачи энергии, который называется проводимостью , . Давайте узнаем, как это работает.

Как ручка металлической чайной ложки нагревается в чашке чая?

Когда энергия передается объекту, энергия частиц увеличивается. Это означает, что частицы обладают большей кинетической энергией, и они начинают двигаться и вибрировать быстрее. По мере того, как частицы движутся быстрее, они «натыкаются» на другие частицы и передают часть своей энергии этим соседним частицам. Таким образом, энергия передается через вещество на другой конец. Этот процесс называется проводимостью .Частицы проводят энергию через вещество, как показано на схеме.

Продемонстрируем это практически.

Установите эту демонстрацию перед классом, когда вы начнете говорить о дирижировании.

МАТЕРИАЛЫ:

Горелка Бунзена
металлический стержень
Вазелин
канцелярские скрепки, канцелярские кнопки или английские булавки
две деревянные подставки или стопка книг или деревянных блоков для создания двух подставок с обеих сторон
2 штифта

ИНСТРУКЦИЯ:

Установите устройство, как показано на схеме.
Покройте стержень вазелином и поместите его между двумя стойками с колышками, чтобы он не скатился, и удерживайте его на месте. Стержень должен выходить за левую стойку, и здесь должна быть размещена горелка Бунзена, чтобы вазелин не плавился из-за излучения горелки Бунзена, а проводился вдоль металлического стержня.
Прикрепите канцелярские скрепки или булавки к стержню, воткнув их в вазелин.
Зажгите горелку Бунзена и нагрейте один конец стержня.
Наблюдайте, как бумажные булавки или булавки одна за другой выпадают, когда энергия проходит через стержень.

ИНСТРУКЦИЯ:

Ваш учитель настроит демонстрацию, как показано на схеме ниже.
Понаблюдайте, что происходит с булавками или скрепками, когда зажигается горелка Бунзена и к одному концу металлического стержня прикладывается тепло.

В качестве упражнения на удлинение вы можете включить другое исследование, в котором вы измеряете скорость передачи энергии по металлическому стержню.Повторите эксперимент, поместив булавки для рисования с интервалом в 5 см на длинный металлический стержень. Зажмите металлический стержень и нагрейте один конец над горелкой Бунзена. Используйте секундомер, чтобы отследить, сколько времени требуется, чтобы каждая канцелярская кнопка упала, и запишите результаты на график. Это можно было бы еще больше расширить, используя разные металлы и поместив все результаты на один набор осей. Градиент графиков дает скорость теплопроводности.

ВОПРОСЫ:

Что происходит со стержнем над ней, когда горит горелка Бунзена?

Энергия передается металлу стержня прямо над ним. Тепловая энергия этой части стержня увеличивается, и стержень нагревается.

Какая булавка или скрепка упала с металлического стержня первой? Ближайший или самый дальний от горелки Бунзена?

Ближайший к горелке Бунзена упал первым.

Что это говорит нам о том, как тепло проходит по стержню?

Тепло передается от наиболее горячего к более холодному концу стержня.

Давайте снова подумаем о чайной ложке в чае. Чай горячий, а металлическая ложка холодная. Когда вы кладете металлическую чайную ложку в горячий чай, часть тепловой энергии чая передается металлическим частицам. Частицы металла начинают быстрее вибрировать и сталкиваются с соседними частицами. Эти столкновения распространяют тепловую энергию вверх через чайную ложку. От этого ручка чайной ложки становится горячей.

Проводимость — это передача тепловой энергии между соприкасающимися объектами. В примере с чайной ложкой частицы чая соприкасаются с частицами металлической ложки, которые, в свою очередь, соприкасаются друг с другом, и именно так тепло передается от одного объекта к другому.

Все ли материалы проводят тепло одинаково? Давай выясним.

Заблуждения о температуре. Как вы думаете, почему ваш ковер зимой теплее плитки? Посмотрите это видео, чтобы узнать.

В ответ на видео в поле на полях о том, почему ваш ковер зимой теплее, чем плитка, вы можете вернуться к этому вопросу после того, как проведете следующее расследование, а также посмотрите на пример формы для торта и торта. прямо из духовки.Вы можете вести обсуждение следующим образом:

Начните с того, что спросите учащихся, почему они предпочли бы стоять зимой на ковре, а не на плитке. Вероятно, они ответят, что ковер теплее.
Затем спросите их, какова, по их мнению, температура каждой поверхности. Учащиеся могут сказать, что, по их мнению, плитка имеет более низкую температуру, чем ковер, потому что она кажется более холодной. Это неверно, так как плитка и ковер будут иметь одинаковую температуру, поскольку они оба некоторое время находились в одной среде, и поэтому будут иметь одинаковую температуру.
Однако, если вы снова зададите этот вопрос учащимся после проведения следующего исследования, а также после просмотра примера с тортами и тортами, они могут тогда понять, что это еще один пример разницы в проводимости.
А именно, плитка и ковер имеют одинаковую температуру, но плитка лучше проводит энергию и поэтому отводит тепло от ваших ног быстрее, чем ковер, из-за чего плитка становится холоднее в помещении. на самом деле они находятся при одинаковой температуре.

Это исследование покажет учащимся, что металлы проводят тепло лучше, чем неметаллы. Если возможно, посмотрите видео Veritasium, представленное по ссылке для посещения, перед занятием о заблуждениях, связанных с температурой, и которое демонстрирует эту деятельность. Начните с того, что попросите учащихся почувствовать блоки и спросите, какой из них холоднее. Алюминиевый блок будет холоднее.Затем спросите их, какой блок, по их мнению, растопит кубик льда быстрее всего. Как и на видео, большинство людей думают, что кубик льда на пластиковом блоке тает быстрее, так как он кажется более теплым, чем алюминиевый блок. Однако это заблуждение, и на занятиях будет продемонстрировано, что на самом деле именно алюминиевый блок заставляет кубик льда плавиться быстрее, поскольку металлы являются лучшими проводниками тепла.

AIM: Исследовать, какие материалы являются лучшими проводниками тепла.

В этом исследовании мы поместим кубик льда на пластиковый блок и на алюминиевый блок и будем наблюдать, какой кубик льда тает быстрее всего.

ГИПОТЕЗА: Напишите гипотезу для этого исследования. Как вы думаете, какой блок растопит кубик льда быстрее всего?

Учащиеся могут предположить, что кубик льда тает на пластике быстрее, чем на алюминиевом блоке.Если они это сделают, убедитесь, что они вернутся, чтобы отвергнуть свою гипотезу и пересмотреть ее.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

пластиковый блок
алюминиевый блок
кубиков льда
пластиковое кольцо для удержания кубика льда на блоке

Вы можете использовать любой кусок пластика и алюминия (или другого металла), который сможете найти. по возможности используйте круглое кольцо, чтобы не пролить талую воду.

МЕТОД:

Сначала ощутите пластиковый блок и алюминиевый блок. Опишите, что они чувствуют.

Учащиеся заметят, что пластиковый блок на ощупь теплее металлического.

Поместите кубик льда на каждый блок и наблюдайте, что происходит.

НАБЛЮДЕНИЯ:

Какой кубик льда начинает таять первым и самым быстрым?

Сначала тает кубик льда на алюминиево-металлическом блоке.

Это то, что вы думали? Вернитесь к своей гипотезе.

Ответ, зависящий от учащегося. Большинство людей ошибочно полагают, что кубик льда тает быстрее на пластиковом блоке, чем на металлическом.

ВЫВОДЫ:

Как вы можете сделать вывод о том, какой материал (пластик или металл) лучше всего проводит тепло?

Металл лучше проводит тепло, чем пластик, так как кубик льда на металле плавится первым.

Мы обсудим это в следующем абзаце о том, почему это происходит.

Так как это работает? Это связано с теплопроводностью , скоростью, с которой тепло передается от одного объекта к другому.

Когда вы изначально почувствовали блоки, вы почувствовали, что пластиковый блок теплее.Но мы заметили, что алюминиевый или металлический блок растопил кубик льда быстрее. Это связано с тем, что металлический блок быстрее проводит тепло к кубику льда. Пластиковый блок является худшим проводником тепла, поэтому кубику льда передается меньше тепла, и он не тает так быстро.

Почему тогда алюминиевый блок холоднее пластикового?

Это связано с тем, что алюминий быстрее отводит тепло от руки, чем пластик. Поэтому алюминиевый блок кажется холоднее, а пластиковый — теплее. Когда вы касаетесь чего-либо, вы фактически не чувствуете температуру. Скорее вы ощущаете скорость, с которой тепло отводится от вас или к вам.

Давайте подумаем о другом примере выпечки торта. Представьте, что вы только что закончили печь пирог в духовке при температуре 180 ° C.

Выпечка торта в духовке в металлической жести.

Когда вы вынимаете торт из духовки, что с большей вероятностью обожжет вас, металлическая форма для выпечки или торт?

Скорее всего, форма для торта вызовет более серьезные ожоги.

В качестве следующего вопроса предложите учащимся поразмышлять о том, что они думают о температуре формы для торта и самой емкости. Многие люди ошибочно полагают, что олово горячее, чем торт, поскольку оно на на горячее. На самом деле они имеют одинаковую температуру, так как они оба выпекали при 180 ° C.

Вы думаете, что торт и форма имеют одинаковую температуру, когда вы вынимаете их из духовки? Почему?

Да, пирог и форма имеют одинаковую температуру, так как выпекались при 180 oC.Учащиеся могут быть склонны сказать, что олово имеет более высокую температуру, чем торт, поскольку оно кажется более горячим, а металлическое олово вызовет более серьезный ожог, чем настоящий торт. Это заблуждение, и вы должны это обсудить. Как и в случае с алюминиево-пластиковым блоком, форма для выпечки и пирог имеют одинаковую температуру. Но металлическое олово проводит тепло к вашей руке быстрее, чем торт. Таким образом, металлическая банка будет более горячей на ощупь и с большей вероятностью вызовет серьезный ожог, чем торт.Когда вы касаетесь чего-либо, вы фактически не чувствуете температуру. Скорее вы ощущаете скорость, с которой тепло отводится от вас или к вам.

Если у вас есть возможность, посмотрите видео в поле Visit , набрав ссылку в своем интернет-браузере, даже на мобильном телефоне. В этом видео демонстрируется пример формы для торта и торта.

То, что мы здесь видели, является еще одним примером теплопроводности.Форма будет проводить тепло к вашей руке намного быстрее, чем торт, поэтому форма обожжет вас, а торт — нет. Форма и пирог имеют одинаковую температуру.

Итак, что мы узнали? Металлы проводят тепло лучше, чем неметаллы.

Существуют вещества, через которые проходит тепловая энергия, поэтому они называются проводниками .
Существуют вещества, которые не позволяют проводить через них тепловую энергию, поэтому они называются изоляторами .

Это ссылка на то, что мы узнали из книги «Материя и материалы» о свойствах материалов и о том, как их свойства определяют их использование. Напомните учащимся о действиях, которые они выполняли в разделе «Вещество и материалы», особенно связанных с проводимостью.

Помните, что то, что материал кажется на холоднее, не означает, что он имеет более низкую температуру.Возможно, он быстрее отводит тепло от вашей руки.

Теперь, когда мы знаем, что металлы являются хорошими проводниками тепла, считаете ли вы, что все металлы одинаково хорошо проводят тепло? Давайте разберемся, какие металлы являются лучшими проводниками.

Посмотрим, какой металл лучше проводит тепловую энергию. Для этого посмотрим, какой металл нагревается первым.

Убедитесь, что вы знаете, как безопасно пользоваться горелкой Бунзена.

Теперь, когда мы установили, что металлы проводят тепловую энергию лучше, чем неметаллы, учащиеся будут исследовать, какие металлы являются лучшими проводниками тепла. Это исследование требует больше тепла, чем предыдущее, поэтому учащиеся не должны проверять проводимость пальцами.

Потратьте несколько минут, прежде чем учащиеся начнут, демонстрируя правильную процедуру зажигания горелки Бунзена.В Интернете есть много различных обучающих видео, например, тот, который указан в поле для посещения на полях. Вот список инструкций для вашей справки:

Убедитесь, что вы работаете на подходящей поверхности, например, на огнестойком коврике, и что она чистая и не загромождена.
Убедитесь, что газовая трубка в хорошем состоянии и не погибнет.
Надежно подсоедините горелку к выходному отверстию для газа и убедитесь, что она не откроется легко при перемещении горелки Бунзена.
Убедитесь, что воротник в основании горелки Бунзена и отверстие для воздуха закрыты.
Сначала зажгите спичку, держа ее подальше от горелки Бунзена.
Включите газ другой рукой и поднесите спичку к горелке Бунзена, чтобы зажечь ее.
Отрегулируйте отверстие для воздуха, открыв его так, чтобы пламя стало сильнее.
Отрегулируйте интенсивность пламени с помощью воротника внизу.

Вы можете попросить учащихся нарисовать плакаты, объясняющие, как зажечь горелку Бунзена, в качестве дополнительного упражнения, если вы чувствуете, что им нужна дополнительная практика и напоминания.

Помните, что штативы и металлические стержни, которые используют учащиеся, сильно нагреваются во время этого эксперимента. Обязательно дайте устройству остыть перед тем, как упаковать его.

AIM: Определить, являются ли некоторые металлы лучшими проводниками тепла, чем другие металлы.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ:

Прочтите метод и внимательно посмотрите на диаграмму исследования, чтобы определить различные требуемые переменные.

Какую переменную вы собираетесь изменить?

Тестируемый материал i.е. железо, медь, латунь или алюминий

Как мы называем переменную, которую вы собираетесь изменить?

Это будет независимая переменная

Какую переменную вы собираетесь измерять?

Время, необходимое для того, чтобы булавка упала.

Как мы называем переменную, которую вы собираетесь измерять?

Какие переменные должны оставаться неизменными?

Длина и толщина материала должны быть одинаковыми для каждого используемого материала.Расстояние канцелярской кнопки от источника тепла.

Как мы называем переменные, которые должны оставаться неизменными?

ГИПОТЕЗА:

Напишите гипотезу для этого расследования.

Ответ, зависящий от учащегося. Учащиеся могут предположить, какой металл, по их мнению, будет лучшим проводником, например, медный стержень будет лучшим проводником.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

Горелка Бунзена
Вазелин
пруток из меди, железа, латуни и алюминия
секундомер
канцелярские кнопки
штатив
картон или бумага
совпадений

Материалы, перечисленные здесь, являются рекомендациями.Вы можете использовать альтернативный аппарат, чтобы продолжить расследование. Например, для нагрева стержней можно использовать спиртовую горелку. Если у вас нет подставки для штатива, вы можете поместить металлические стержни на другую подставку, например на деревянный брусок, так чтобы их концы торчали с одной стороны, чтобы они по-прежнему доходили до горелки Бунзена. Скрепки также можно использовать вместо булавок для рисования. Тип металла не имеет значения, если у вас есть разные металлы одинаковой длины.

МЕТОД:

Приклейте плоский конец канцелярской кнопки к концу каждого из металлических стержней с помощью вазелина.Постарайтесь использовать одинаковое количество вазелина для каждой канцелярской кнопки.
Поместите картон на штатив.
Выровняйте металлические стержни на картоне так, чтобы один конец каждого находился над горелкой Бунзена.
Зажгите горелку Бунзена.
С помощью секундомера измерьте, сколько времени требуется, чтобы каждый штифт упал.
Запишите результаты в таблицу.
Нарисуйте гистограмму, чтобы проиллюстрировать ваши результаты.

Картон является изолятором и препятствует передаче тепла от стержней к штативу. Потеря тепла стержнями может повлиять на результаты.

РЕЗУЛЬТАТЫ И НАБЛЮДЕНИЯ:

Запишите результаты в следующую таблицу.

Металл	Время, необходимое для того, чтобы штифт отпал (секунды)
утюг
медь
латунь
алюминий

Теперь нарисуйте гистограмму, чтобы показать свои результаты. Не забудьте дать своему графику заголовок, чтобы описать, что он представляет.

Какая переменная должна быть на горизонтальной оси абсцисс?

Тип материала должен быть на горизонтальной оси. Это независимая переменная.

Какая переменная должна быть на вертикальной оси?

Время, необходимое для того, чтобы канцелярская булавка упала, должно относиться к вертикальной оси. Это зависимая переменная.

Как вы думаете, почему гистограмма подходит для этого расследования?

Независимая переменная / тип материала не является числовым значением, поэтому для него не требуется числовая строка.Гистограмма используется для представления нечисловых или прерывистых данных.

Независимая переменная всегда отображается по оси x, а зависимая переменная — по оси y. Обе оси должны быть помечены и показывать единицы измерения. График должен иметь заголовок.

Здесь приводится примерный набор данных с гистограммой для справки. Ваши результаты могут отличаться от представленных здесь.

Металл	Время, необходимое для того, чтобы штифт отпал (секунды)
утюг	60
медь	30
латунь	50
алюминий	40

АНАЛИЗ:

Какой столбец на вашем графике самый длинный?

Самым длинным стержнем должен быть утюг.

Какой столбик самый короткий?

Самым коротким стержнем должен быть медный стержень.

Запишите материалы в порядке отвода тепла от самого быстрого к самому медленному.

Ответ, зависящий от активности.

Почему тает вазелин?

Тепло передается посредством теплопроводности через металлический стержень к вазелину, вызывая повышение его температуры, а затем изменение состояния (твердое состояние на жидкое).

Как вы думаете, почему нужно было положить кусок картона или бумаги на штатив под металлические стержни? Подсказка: подставка для штатива также сделана из металла.

Картон действует как изолятор, предотвращая передачу тепла на подставку от стержней.В рамках этого эксперимента тепло должно передаваться только к различным металлическим стержням.

Как вы думаете, почему необходимо использовать одинаковое количество вазелина на концах каждого стержня?

Это сделано для того, чтобы тест был честным, иначе некоторые канцелярские кнопки могут застрять лучше, чем другие, что приведет к неточным результатам.

Как вы думаете, мы могли бы провести это расследование, если бы наши стержни были разной длины? Почему?

Нет, в противном случае это было бы нечестное испытание, так как нагревание одних стержней придется проводить дальше, чем других, что приведет к неточным результатам.

ОЦЕНКА:

Всегда важно оценивать наши исследования, чтобы увидеть, есть ли что-то, что мы могли бы изменить или улучшить.

Есть ли что-то, что пошло не так в вашем расследовании, что вы могли бы предотвратить?

Ответ, зависящий от учащегося.

Если бы вам пришлось повторить это расследование, что бы вы изменили?

Ответ, зависящий от учащегося. Примеры включают: повторение одного и того же эксперимента три раза и усреднение результатов, увеличение количества проверенных металлов.

ВЫВОДЫ:

Напишите заключение для этого исследования о том, какой металл является лучшим проводником тепла.

Этот ответ будет зависеть от результатов их экспериментов и конкретных металлов, которые вы использовали в исследовании.

В этом разделе мы рассмотрели, как тепло проходит через металлические стержни и другие предметы. Всего это были твердых объекта. Как энергия передается через жидкости или газы? Давайте узнаем в следующем разделе.

Конвекция

конвекция
конвекционный ток

В качестве введения к этому разделу вы можете смоделировать концепцию «сидения в ванне», наполнив прямоугольную пластиковую ванну или небольшой резервуар для воды холодной водой, а затем налив горячей водой с одной стороны.Предложите учащимся почувствовать холодную сторону ванны, а затем почувствовать ее через несколько минут.

Если вам удастся достать лавовую лампу, это может стать очень увлекательным вступлением к уроку. Вы можете выключить свет и поставить лавовую лампу на стол, когда ученики войдут в класс. Затем вы можете объяснить, что собираетесь выяснить, почему капли поднимаются, а затем падают обратно в лавовую лампу. Если у вас нет лавовой лампы, вы также можете посмотреть это видео:

Представьте горшок с водой на плите.Только дно кастрюли касается плиты, но вся вода внутри кастрюли, даже вода, не касающаяся стенок, становится теплее. Как энергия передается по воде в горшке? Передача энергии происходит из-за конвекции .

Давайте выполним упражнение, которое поможет нам визуализировать, как происходит конвекция.

Цветные конвекционные потоки (видео)

МАТЕРИАЛЫ:

Стеклянный стакан 200 мл
перманганат калия
Горелка Бунзена или спирта, штатив, проволочная сетка

Учтите, что вам нужно всего несколько зерен перманганата калия, иначе вы ничего не увидите.

Альтернативой вышеуказанным материалам является:

Отрежьте горлышко прозрачной емкости 4 или 5 л.
Наполните емкость на три четверти холодной водопроводной водой.
Налейте цветную горячую воду (может быть окрашена пищевым красителем) в небольшую бутылку с легко снимаемой крышкой. Закройте крышку.
Опустите маленькую бутылку в контейнер.
Сразу после опускания осторожно откройте его, затем осторожно вытащите руку из контейнера с крышкой.
Обратите внимание на то, что цветная горячая вода поднимается из маленькой бутылки через холодную воду, а затем снова падает вниз, охлаждая на своем пути вверх — наблюдайте за конвекционными потоками.

ИНСТРУКЦИЯ:

Учащиеся не должны просто бросать перманганат калия в воду. Важно, чтобы они осторожно поместили его на дно стакана с одной стороны, чтобы они могли видеть, как движутся потоки в воде.

Наполните стакан холодной водопроводной водой наполовину.
Осторожно нанесите небольшое количество перманганата калия на одну сторону стакана. НЕ РАЗМЕШАТЬ.
Нагрейте воду с перманганатом калия непосредственно под стенкой стакана с помощью бунзеновской / спиртовой горелки и наблюдайте, что произойдет.
Поставьте контрольный эксперимент и поместите несколько зерен перманганата калия на дно стакана, наполненного водой.Не нагревайте этот стакан и наблюдайте, что происходит.

ВОПРОСЫ:

Что вы увидели, когда вода в нагретом стакане начала нагреваться? Нарисуйте картинку, чтобы показать то, что вы видите.

Учащиеся должны видеть фиолетовый цвет растворенного перманганата калия, движущийся по кругу вверх через воду.

Что происходит с перманганатом калия в этом стакане?

По мере того, как перманганат калия растворяется в воде, он протаскивается через воду.

Вы можете объяснить узор, который вы видели?

Теплая вода поднимается и заменяется более холодной водой.

ПРИМЕЧАНИЕ:

На данный момент учащиеся не знакомы с теорией конвективных токов, поэтому их ответы будут довольно простыми.

Сравните это со стаканом, который не был нагрет. Что вы наблюдали в этом стакане?

Перманганат калия растворяется, но не образует восходящих токов.Он будет равномерно и плотно диффундировать по дну стакана. Через долгое время он равномерно распределится по воде.

Давайте теперь объясним, что мы наблюдали в последней активности. Конвекция — это передача тепловой энергии из одного места в другое за счет движения частиц газа или жидкости. Как это произошло?

При нагревании газа или жидкости вещество расширяется.Это связано с тем, что частицы в жидкостях и газах приобретают кинетическую энергию при нагревании и начинают двигаться быстрее. Поэтому они занимают больше места по мере того, как частицы отдаляются друг от друга. Это заставляет нагретую жидкость или газ двигаться вверх, а более холодную жидкость или газ — вниз. Когда теплая жидкость или газ достигают вершины, они снова охлаждаются и, следовательно, снова движутся вниз.

Затем мы говорим, что нагретая жидкость или газ менее плотны, так как те же частицы теперь занимают большее пространство.Мы узнаем больше о плотности в следующем году в Gr 8.

В последнем действии частицы воды приобрели кинетическую энергию и разошлись друг от друга, занимая больше места. Затем эта вода движется вверх, поскольку она менее плотная, чем холодная вода, то есть она легче, чем холодная вода. Мы могли наблюдать это, когда перманганат калия растворялся в воде и перемещался вместе с частицами воды, а затем снова перемещался вниз по мере охлаждения воды.

Это движение жидкости или газа называется конвекционным потоком , и энергия передается от одной области в жидкости или газе к другой. Взгляните на диаграмму, показывающую конвекционный ток.

Учащимся нужно быть осторожными с этим экспериментом. Т-образный картон легко зажечь свечой, и им следует быть осторожными, чтобы не обжечь пальцы, зажигая свечи.

МАТЕРИАЛЫ:

Картон Т-образный
свеча
скрученная бумага или шина
стакан
спичечный коробок

ИНСТРУКЦИЯ:

Вы можете капнуть немного воска на основу, а затем прикрепить к нему свечу, чтобы она стояла.

Зажгите свечу и поместите ее в стакан сбоку от стакана.
Поместите Т-образный картон в стакан так, чтобы между дном стакана и картоном оставался небольшой зазор.
Зажгите скрученный рулон бумаги и подержите его в стакане с противоположной стороны от свечи, как показано на рисунке.
Посмотрите, что происходит с дымом.

ВОПРОСЫ:

Что происходит с дымом от бумаги?

Дым идет вниз под картон и поднимается вверх рядом со свечой.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Некоторые частицы дыма могут двигаться вверх.

Как вы думаете, почему дым движется таким образом?

Свеча нагревает воздух над собой, что создает конвекционный поток, который втягивает более холодный воздух с другой стороны картона к свече.Это движение частиц воздуха увлекает за собой частицы дыма. Частицы дыма позволяют нам визуализировать конвекционное течение.

В последних двух действиях мы наблюдали конвекционные токи в жидкости и в газе. Конвекционные токи могут образовываться только в газах и жидкостях, поскольку эти частицы могут свободно перемещаться. Они не удерживаются в фиксированных положениях, как в твердом теле. Твердые частицы удерживаются вместе слишком плотно, чтобы они могли двигаться при нагревании. Твердые частицы будут вибрировать быстрее только при нагревании, но не сдвинутся со своих позиций.

Твердые частицы будут двигаться со своих позиций только тогда, когда они наберут достаточно кинетической энергии, чтобы произошло изменение состояния, и твердое тело расплавится и станет жидкостью.

Капли в лавовой лампе перемещаются в лампе вверх и вниз, сначала нагреваясь и расширяясь, а затем достигая поверхности и остывая, чтобы снова опускаться вниз.

Капли в лавовой лампе движутся вверх и вниз, показывая нам конвекционные токи, поскольку лампа обеспечивает источник тепла внизу.

Как работает лавовая лампа? (видео)

Теперь, когда мы узнали о конвекции, как мы можем применить это в мире вокруг нас? Интересно узнать о концепциях и теориях в науке, но еще интереснее, когда мы узнаем, как это влияет на нашу повседневную жизнь.

Представьте, что вашему учителю дали обогреватель и кондиционер для вашего класса. Обогреватель согреет ваш класс зимой, а кондиционер сохранит прохладу летом. Вы должны помочь своему учителю решить, где каждый предмет должен быть помещен в класс. Идти по стене у потолка или у пола? Стоит ли им подойти к окну?

Это фотография кондиционера.

ИНСТРУКЦИЯ:

Разделитесь на группы по 2 или 3 человека.

Обсудите, где в классе вы бы разместили обогреватель, чтобы он мог эффективно обогревать комнату. Нарисуйте схему, поясняющую ваш выбор.

Обогреватель следует ставить возле пола. По мере того, как он нагревает воздух вокруг себя, теплый воздух поднимается и заменяется холодным.Затем прохладный воздух нагревается и поднимается. Это создает конвекционный поток, который нагревает всю комнату. На диаграмме должна быть показана восходящая циркуляция теплого воздуха.

Обсудите, где в классе вы бы установили кондиционер, чтобы он мог эффективно охлаждать комнату. Нарисуйте схему, поясняющую ваш выбор.

Кондиционер следует ставить под потолком.По мере того, как он охлаждает теплый воздух у потолка, холодный воздух движется вниз к полу и заменяется теплым воздухом снизу. Затем теплый воздух охлаждается кондиционером. Это создает конвекционный поток, который охлаждает всю комнату. На диаграмме должна быть показана нисходящая циркуляция холодного воздуха.

Попытайтесь найти специалиста по кондиционерам или отоплению, с которым вы сможете пройти собеседование.Попросите их объяснить, как лучше всего установить кондиционер и обогреватель.

Теперь мы рассмотрели, как энергия передается через различные материалы, будь то твердые тела (проводимость) или жидкости и газы (конвекция). Но что делать, если нет частиц, передающих тепловую энергию? Есть ли еще способ передачи энергии?

Радиация

радиация
матовый
отражают
поглощает

Вы когда-нибудь задумывались, как Солнце может согреть нас, даже если оно так далеко? Энергия передается от Солнца всему на Земле. Солнцу не обязательно касаться Земли для передачи энергии. Кроме того, между Землей и Солнцем есть пространство. Энергия Солнца способна согреть нас, даже не касаясь нас.

Эта передача энергии называется излучением . Он отличается от теплопроводности или конвекции, поскольку не требует, чтобы объекты касались друг друга или движения частиц.

Радиация происходит от греческого слова , радиус , что означает луч света.

Солнце излучает тепло во всех направлениях. Энергия передается через космос на Землю

Свету требуется около 8 минут, чтобы добраться от Солнца до Земли.

Мы также можем видеть, как тепло передается радиацией здесь, на Земле, а не только между Солнцем и Землей. Продемонстрируем разницу между излучением и конвекцией с помощью свечи.

Предлагается сделать это в качестве демонстрации и разбить учащихся на небольшие группы. Затем вы можете контролировать, насколько близко они прикладывают руки к пламени. Обратите внимание, что тепло излучается во всех направлениях на вокруг источника тепловой энергии (включая верх свечи). То, что заставляет нас больше ощущать тепло наверху, — это эффект конвекционных потоков горячего воздуха, движущихся вверх. Сначала им следует подержать руки над пламенем, чтобы почувствовать тепло от конвекции. Затем им следует подержать руки рядом, чтобы почувствовать теплоотдачу от излучения. Наконец, вы также можете продемонстрировать проводимость, используя металлическую ложку и держа ее в огне.

МАТЕРИАЛЫ:

свеча в подсвечнике
металлическая ложка или металлический стержень
совпадений

ИНСТРУКЦИЯ:

Зажгите свечу и поместите ее в подсвечник. Ваш учитель может сделать это и попросить вас подходить к демонстрации целыми группами.
Сначала держите руку над свечой.
Затем возьмитесь за свечу рукой.
Ответьте на следующие вопросы.

ВОПРОСЫ:

Теперь мы знаем, что тепло от свечи передается воздуху вокруг нее. Они согреются. Куда уйдет этот воздух?

Частицы воздуха будут двигаться вверх.

Итак, когда вы держите руку над свечой, что вы чувствуете и почему?

Когда вы держите руку над свечой, частицы теплого воздуха передают энергию вашей руке, заставляя ее согреваться, и вы чувствуете повышение температуры.

Но как насчет того, чтобы держать руку за свечу? Чувствуете ли вы тепло от свечи?

Это не конвекция, поскольку частицы воздуха не перемещаются вбок, когда они нагреваются от пламени.Итак, как энергия передается вашей руке, когда вы чувствуете тепло на стороне свечи?

Энергия передается излучением.

Наконец, если ваш учитель поместит металлическую ложку в пламя свечи, и вы почувствуете конец, что бы вы почувствовали через некоторое время?

Как передавалась энергия от пламени на конец ложки?

Передача энергии проводилась.

На этой фотографии показаны все три формы передачи тепла. Объясните, какой тип теплопередачи представлен каждой рукой.

Энергия передается тремя способами.

Рука справа, держащая ложку, представляет собой теплопроводность, поскольку тепло передается от пламени через металл ложки.Рука над свечой представляет собой конвекцию, поскольку тепло передается от пламени движущимися частицами воздуха, которые нагреваются и поднимаются. Рука над свечой также будет получать тепло от излучения, поскольку тепло распространяется во всех направлениях. Рука слева рядом со свечой представляет излучение, когда энергия передается от источника через пространство к руке.

Как мы видели в предыдущем упражнении, энергия передается от свечи к вашей руке посредством конвекции и излучения.Вы когда-нибудь стояли рядом с огромным огнем? Вы почувствуете излучаемое тепло, даже если воздух может быть очень холодным. Это потому, что энергия передается вам посредством излучения через промежутки между частицами в воздухе.

Что если вы дотронетесь до черной или белой стены? Как вы думаете, есть ли разница в том, как разные поверхности поглощают и отражают излучение ? Давайте узнаем, проведя расследование.

В этом исследовании рассматривается, как различные материалы поглощают или отражают излучение.Важно, чтобы площадь поверхности каждого материала оставалась одинаковой, чтобы результаты были надежными. Это расследование лучше всего работает в жаркий солнечный день. Постарайтесь найти самое солнечное место на территории школы, чтобы провести расследование.

Мы собираемся исследовать, какие поверхности поглощают больше всего тепла, используя бумагу темного цвета, бумагу светлого цвета и блестящую бумагу, например, алюминиевую фольгу. Мы будем использовать температуру внутри конверта, сделанного из каждого вида бумаги, как меру количества тепла, поглощаемого бумагой.Как вы думаете, почему мы можем это сделать?

Обсудите это со своим классом, так как важно, чтобы они понимали, почему они проводят расследование. Когда бумажный конверт поглощает тепло, энергия передается воздуху внутри конвертов. Затем это вызовет повышение температуры, которое покажет термометр. Чем больше энергии поглощается, тем больше энергии передается внутрь и тем выше температура. Бумага, отражающая наибольшее количество энергии, покажет наименьшее повышение температуры.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ВОПРОС:

Какие поверхности будут поглощать больше всего солнечного излучения и, следовательно, быстрее всего увеличивать температуру?

ПЕРЕМЕННЫЕ

Какую переменную вы собираетесь измерять?

Температура вещества.

Как мы называем измеряемую вами переменную?

Какую переменную вы собираетесь изменить?

Как мы называем эту переменную?

Что должно быть одинаковым для всех различных материалов?

Площадь поверхности каждого вещества, подвергающегося воздействию Солнца, должна быть одинаковой (т. е.размер конверта). Продолжительность воздействия солнечных лучей на материалы.

ГИПОТЕЗА:

Напишите гипотезу для этого расследования.

Ответ, зависящий от учащегося. Гипотеза может быть такой: «Блестящая поверхность поглощает меньше всего тепла, а бумага черного / темного цвета — больше всего.’

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

черная матовая бумага
Белая книга
фольга алюминиевая
3 спиртовых термометра
секундомер или таймер
клей или скотч

Вы также можете расширить исследование, протестировав больше цветов, например красный и желтый, чтобы увидеть их сравнение.

МЕТОД:

Сложите каждый лист бумаги и алюминиевую фольгу в виде конверта.
Поместите термометр в каждый конверт и запишите начальную температуру.
Положите все конверты на солнце.
Проверяйте температуру на термометрах каждые 2 минуты в течение 16 минут.
Запишите результаты в таблицу.
Нарисуйте линейный график для каждого конверта на одном и том же наборе осей.

РЕЗУЛЬТАТЫ И НАБЛЮДЕНИЯ:

Результаты этого эксперимента зависят от размера бумажного конверта, который делают ученики, а также от количества солнечного света, падающего на конверты. Показания также могут время от времени колебаться в результате облачности.

Запишите результаты в следующую таблицу.

Время (минуты)	Температура в черном бумажном конверте (° C)	Температура в белом бумажном конверте (° C)	Температура в конверте из алюминиевой фольги (° C)
0
2
4
6
8
10
12
14
16

Нарисуйте линейный график для каждого конверта на пустом месте ниже. Не забудьте дать своему графику заголовок.

Время должно быть отложено по горизонтальной оси, а температура — по вертикальной оси. Нарисуйте три разных графика для трех разных материалов. Сравнение наклона трех графиков позволит учащимся определить, какой материал прогрелся быстрее всего. Быстрее всего прогрелась линия с самым крутым уклоном.

Черная бумага должна увеличиваться в температуре быстрее всех, и поэтому кривая будет самой крутой.Алюминиевый конверт должен нагреваться медленнее всего и иметь самый неглубокий изгиб с белой бумагой между ними.

График должен иметь заголовок. Примером подходящего заголовка может быть «Сравнение скорости повышения температуры различных поверхностей».

АНАЛИЗ:

Что вы замечаете в формах нарисованных вами графиков? Графики прямые или кривые?

Ответ, зависящий от активности. Полученные значения будут зависеть от размера конвертов, которые делают учащиеся, а также от количества солнечного света, на которое они попали. Важно, чтобы они видели растущую тенденцию в линиях графика.

Какая линия на вашем графике самая крутая? Что это говорит нам?

График, представляющий черную бумагу, должен быть самым крутым графиком.Это означает, что температура этого конверта увеличивалась быстрее всего. Это потому, что черный матовый цвет поглощает больше всего излучения.

Сравните ваши результаты для белой бумаги и блестящей поверхности. Что это вам говорит.

Конверт из алюминиевой фольги должен показывать минимальное повышение температуры, поскольку блестящие поверхности отражают тепло.

ОЦЕНКА:

Расследование прошло гладко? Или вы бы что-нибудь изменили?

Ответ, зависящий от учащегося.Учащимся следует обсудить качество своего метода и получили ли они ожидаемые результаты. Они могут предложить повторить эксперимент три раза и получить среднее увеличение с течением времени.

Были ли у вас результаты, которые не соответствовали общей схеме?

Ответ, зависящий от учащегося.Некоторые учащиеся могут получить выбросы, но другие могут иметь четкие результаты с четкими закономерностями.

ВЫВОД:

Напишите заключение для вашего расследования. Не забудьте вернуться к следственному вопросу, на который мы хотели ответить.

Учащиеся должны сделать вывод, что черные поверхности поглощают больше всего излучения и, следовательно, показывают самое большое и быстрое повышение температуры, тогда как блестящие поверхности поглощают меньше всего, поскольку они больше всего отражают.

Солнечное излучение необходимо для жизни на Земле, но ультрафиолетовое излучение Солнца также может сильно повредить нашу кожу. Не забывайте надевать солнцезащитный крем и головной убор на улице и избегать попадания прямых солнечных лучей с 11:00 до 14:00.

Исследование показало, что темная оболочка показала наибольшее повышение температуры. Более светлый конверт показал меньшее повышение температуры.Конверт из блестящего материала показал наименьшее повышение температуры.

Итак, что мы узнали? Кажется, что темные цвета поглощают больше солнечного излучения, чем светлые или отражающие цвета. Итак, если вы хотите согреться в холодный день, темная одежда будет поглощать больше доступного тепла солнечного излучения, чем светлые тона.

Средняя летняя температура в Хотазеле, городе на Северном мысе, составляет около 34 ° C. Если бы вы жили в Хотазеле и вам нужно было купить новую машину, вы бы купили машину светлого или темного цвета? Объяснить, почему.

Лучшим цветом для покупки будет белый автомобиль, потому что, как показало исследование, светлые цвета поглощают меньше тепла, чем темные. Так светлый автомобиль в идеале останется самым крутым внутри.

У вас есть возможность опрыскать автомобиль, чтобы сделать поверхность более блестящей. Как вы думаете, это поможет сохранить прохладу в жаркие летние месяцы? Объяснить, почему.

Да, это поможет, поскольку блестящие поверхности обладают большей отражающей способностью и поэтому больше лучистого тепла отражается, а не поглощается, сохраняя внутреннюю часть автомобиля более прохладной.

Как тепло от солнца может держать нас в прохладе

В отеле Star Sapphire в Давей, Мьянма, гости потягивают кокосовые орехи в прохладной комфортной обстановке с кондиционером, пока продолжается жаркая тропическая ночь. В семи тысячах километров к западу, в сухом Хартуме, Судан, пациенты отдыхают в больнице Организации Объединенных Наций, окруженные палящей жарой пустыни.

В обоих зданиях приятные условия обеспечиваются кондиционерами, которые частично зависят от трубок из темного стекла, которые превращают солнечный свет в охлаждающую силу. Это не привычные солнечные батареи, собирающие свет для производства электроэнергии. Вместо этого они используют солнечное тепло для охлаждения зданий с помощью хитрой термодинамической ловкости рук. Исследователи и некоторые эксперты в области энергетики говорят, что эта форма охлаждения, известная как солнечное тепловое, может помочь удовлетворить растущий мировой спрос на топливо для энергоемкого кондиционирования воздуха.Межправительственная группа экспертов по изменению климата прогнозирует, что к 2100 году потребность в электроэнергии для охлаждения вырастет более чем в 30 раз по сравнению с 2000 годом.

Надеясь, что солнечно-тепловая технология приближается к решающему поворотному моменту, исследовательские группы демонстрируют свои системы во все большем числе отелей, торговых центров и других зданий по всему миру. Сегодня насчитывается около 1200 установок — это более чем в 10 раз больше, чем десять лет назад. Компании, производящие гелиотермические чиллеры, говорят, что они потребляют на 30–90% меньше электроэнергии, чем обычные кондиционеры, которые работают в большинстве зданий, в зависимости от типа и размера установки.И исследователи работают над тем, чтобы сделать системы более эффективными и дешевыми.

Но технология сталкивается с серьезными препятствиями, и некоторые эксперты сомневаются, что она когда-либо станет чем-то большим, чем ниша в мире, ежегодно добавляющем 100 миллионов обычных кондиционеров, использующих компрессоры, работающие от электричества. Гелиотермические чиллеры слишком дороги и обычно стоят примерно в пять раз больше, чем обычные, — говорит Даниэль Мунье, инженер компании Tecsol, занимающейся солнечными технологиями, из Перпиньяна, Франция.По его словам, хотя цена снижается, технологии не хватает субсидий и инвестиций, необходимых для повышения ее конкурентоспособности.

Очень жаль, добавляет он, потому что тепловые системы имеют ряд преимуществ. Они могут снизить пиковый спрос на электрическую сеть, уменьшив отключение электроэнергии и необходимость использования более грязных источников энергии. Они также молчат и обычно используют экологически чистые хладагенты — вопрос, который приобрел новое значение в октябре, когда более 170 стран согласились поэтапно отказаться от фторуглеродов, используемых в большинстве кондиционеров и холодильников.А солнечное тепло доступно в больших количествах именно там, где потребность в охлаждении наиболее высока. «Это почти как брак, заключенный на небесах», — говорит Христос Маркидес, исследователь солнечной энергии из Имперского колледжа Лондона.

Все в фазе

Ключом к кондиционированию воздуха является испарение: охлаждение происходит, когда жидкость поглощает энергию из окружающей среды и меняет фазу на испарение в виде газа. Вот как пот охлаждает наши тела, и это также происходит почти в каждом кондиционере, от небольших оконных блоков до 8-метровых гигантов, используемых для охлаждения больших зданий в Катаре.

В современных электрических кондиционерах жидкий хладагент нагнетается через маленькое сопло в большую камеру. Это вызывает резкое падение его давления, поэтому он быстро испаряется и отводит тепло из воздуха в помещении. Затем газообразный хладагент перемещается в другую камеру, где механический компрессор, работающий от электричества, сжимает газ, чтобы еще больше повысить его температуру. Этот горячий газообразный хладагент затем проходит через конденсатор — часто змеевик из тонких трубок — где он снова превращается в жидкость и выводит тепло наружу.Затем жидкий хладагент впрыскивается обратно в испарительную камеру, и цикл повторяется.

Этап сжатия газа необходим, потому что для эффективного отвода тепла на открытом воздухе хладагент должен быть очень горячим, прежде чем он пройдет через конденсатор, — объясняет Колин Чиа, соучредитель сингапурской компании Ecoline, которая разработала систему кондиционирования воздуха для отеля Star Sapphire. . В электрических агрегатах это делается механически. Но есть другой способ — просто использовать тепло.

Один из старейших кондиционеров, построенных на этом принципе, сжигал древесину для подачи тепла и был представлен на Всемирной выставке в Париже в 1878 году.Это была «чудесная старая машина», — говорит Кристиан Холтер, исполнительный директор SOLID, компании из Граца, Австрия, которая специализируется на крупномасштабных солнечно-тепловых системах охлаждения и отопления. Эти устройства, называемые абсорбционными чиллерами, используют солнечное тепло для выкипания хладагента из раствора — обычно воды из солевого раствора или аммиака из воды. Затем газообразный хладагент проходит стадии конденсации и испарения, аналогичные таковым в системах сжатия.

Предоставлено: Nature, январь.31 2017, doi: 10.1038 / 542023a

Компрессия доминирует на рынке, потому что «ее легко купить, подключить и запустить», — говорит Холтер. Но еще в 1980-х годах растущее беспокойство по поводу озоноразрушающих хладагентов, используемых в компрессионных кондиционерах, возродило интерес к тепловым системам. Однако они так и не завоевали популярность, потому что не могли конкурировать с теми, кто работает на дешевой электроэнергии, и потому, что их источник тепла — сжигание биомассы или природного газа — трудно контролировать.

Heat from the Sun не имеет этих проблем.В современных гелиотермических системах специальные коллекторные трубы или пластины поглощают энергию солнечных лучей и затем передают это тепло в абсорбционный охладитель. На данный момент SOLID установила крупномасштабные системы в 18 школах, офисах и на складах в 10 странах. Одна из них, крупнейшая на сегодняшний день в мире солнечно-тепловая система охлаждения, с 2014 года охлаждала среднюю школу в Аризоне, где кондиционирование воздуха обычно составляет значительную часть годового счета за электричество.

Академические исследователи и компании также пытаются улучшить работу другими способами.Большинство абсорбционных чиллеров, включая SOLID, нагревают хладагенты примерно до 80 ° C. Если бы температуру можно было поднять до 120–170 ° C, тогда бы больше хладагента испарилось и циркулировало бы в виде газа в системе одновременно, что сделало бы агрегат более эффективным.

Это означает, что солнечный коллектор должен более эффективно концентрировать солнечное тепло. Некоторые специализированные коллекторы могут следовать за Солнцем и достигать температуры до 400 ° C, но они дороги. Чтобы разработать более дешевую альтернативу, группа под руководством инженера Роланда Уинстона из Калифорнийского университета в Мерседе совершенствует конструкцию коллекторных трубок.В трубках команды есть специальный металлический элемент, который быстро передает тепло гликолевой жидкости во внутренней медной трубе.

Команда

Уинстона также помещает изогнутые листы светоотражающего материала под внешние трубки, которые помогают им собирать солнечную энергию при движении Солнца по небу. Система может нагревать гликоль до 200 ° C и сейчас проходит испытания с различными охладителями.

Другие команды оставляют абсорбционные чиллеры и создают совершенно новые системы. Группа, возглавляемая Стивеном Уайтом из Организации научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO) в Ньюкасле, Австралия, разработала систему с осушающим колесом, которая с июня 2016 года охлаждает торговый центр в Балларате, штат Виктория.Сначала окружающий воздух проходит через медленно вращающееся колесо, содержащее материал, который адсорбирует влагу, оставляя воздух горячим и сухим. Этот сухой воздух попадает в камеру, где он вызывает испарение воды, тем самым понижая температуру. Холодный влажный воздух используется для охлаждения воздуха из здания, который проходит через отдельный канал. Затем этот влажный воздух выбрасывается наружу, а солнечное тепло используется для сушки адсорбирующего влагу материала в колесе.

Свежие подходы необходимы, потому что абсорбционные чиллеры дороги и сложны в изготовлении, — говорит Майк Деннис, частный консультант по солнечной энергии из Канберры.«В них нет никакого смысла», — говорит он. Легче использовать фотоэлектрические панели для преобразования солнечного света в электричество, которое затем может запускать стандартные компрессионные кондиционеры. Падение цен на фотоэлектрические элементы делает подобные системы все более привлекательными.

Фотоэлектрические системы теперь получают выгоду от эффекта масштаба, а также от огромных государственных субсидий и инвестиций, которых нет в солнечно-тепловых технологиях, — говорит Мунье. «Я опасаюсь, что конкуренция нечестная».

Другой подход — создать гибрид: обычную электрическую компрессорную машину, которая использует солнечное тепло для помощи потребляющему энергию компрессору.Примером тому служит система кондиционирования воздуха Ecoline в отеле Star Sapphire.

Чтобы создать систему, Чиа вставил U-образную медную петлю в каждую трубку солнечного коллектора, а затем соединил медные трубки в длинную ленту. Гликоль внутри трубок быстро передает тепло от трубок к резервуару с гликолем. Другой набор медных трубок, содержащих хладагент, змейками проходит через резервуар, нагревая хладагент. Затем хладагент проходит через компрессор. Он превращается в газ намного легче, чем в стандартной системе, потому что он уже очень горячий.

Компания установила более 1000 кондиционеров в 6 странах, а в середине 2018 года будет кондиционировать общежитие в Сингапурском технологическом университете Наньян. По словам Ecoline, в ходе параллельных испытаний ее кондиционер позволил сэкономить 35% энергии по сравнению со стандартным высокоэффективным кондиционером. По словам Чиа, гибридные системы стоят на 15% дороже в установке, но дешевле в эксплуатации и окупаются за 2 года, исходя из цен на электроэнергию в Сингапуре.

Сторонники

уверены, что расходы значительно снизятся, если рынок солнечной энергии расширится. Постдок Уинстона Лун Цзян отмечает, что в 1990-х годах эвакуированные трубы, используемые для солнечного нагрева воды, стоили более 100 долларов США за метр, но сейчас они стоят всего 2–3 доллара из-за массового производства, обусловленного широким использованием систем в Китае.

Другие говорят, что тепловые технологии могут использовать отработанное тепло, а фотоэлектрические, которые собирают только свет, не могут. Они могут убрать энергию, которая концентрируется в жарких городах, промышленных предприятиях и центрах обработки данных.Фактически, Ecoline сейчас работает с компанией по управлению центрами обработки данных в Индонезии, чтобы охлаждать объекты с использованием собственного отработанного тепла.

По словам Чиа, в таком подходе есть смысл. «Горячее лучше.»

Эта статья воспроизводится с разрешения и была впервые опубликована 31 января 2017 года.

Тепло на солнце — Scientific American

Ключевые концепции
Физика
Тепло
Вс
Материалы

Введение
Вы когда-нибудь гуляли по большой парковке солнечным летним днем и чувствовали себя так, словно жарились? Это потому, что асфальт очень сильно нагревается на солнце! Улицы, здания и автостоянки могут быть такими жаркими, что они повышают среднюю температуру в городских районах на несколько градусов по сравнению с прилегающими сельскими районами.Как вы думаете, природные материалы также нагреваются на солнце — или только материалы, созданные человеком? Попробуйте это занятие, чтобы узнать!

Фон
Солнце находится примерно в 150 миллионах километров от Земли. Но поскольку его поверхность очень горячая (около 10 000 градусов по Фаренгейту), мы на Земле извлекаем выгоду из света, который он излучает — без него люди не смогли бы выжить. Свет, излучаемый нашим солнцем, несет энергию, часть которой поглощается и превращается в тепло, когда достигает поверхности.Вот почему в местах на солнце кажется теплее, чем в тени. Другая часть света отражается. Эта часть делает поверхности светлее и ярче на солнце.

Земля покрыта водой, почвой, камнями, снегом и льдом, а также множеством искусственных материалов, таких как бетон. Когда эти поверхности подвергаются воздействию солнца, они нагреваются. Этот процесс требует времени — и некоторым материалам, таким как вода, нужно больше солнечного света, чтобы нагреться на несколько градусов, чем другим, например, почве или камням.После нагрева эти поверхности выделяют тепло, которое нагревает воздух над ними. Этот процесс также является постепенным, и некоторые материалы, включая воду, удерживают тепло дольше, чем другие, например, почва или камни. Эта разница, как правило, делает температуру прибрежного климата более умеренным, чем температура на суше. Но другие природные факторы, такие как деревья и растения, также влияют на температуру воздуха. Растения поглощают воду из земли и испускают ее (выпускают воду в воздух), что работает как естественный кондиционер.

Многие факторы определяют, насколько материалы нагреваются на солнце и как они выделяют эту энергию. В этом упражнении вы сами протестируете некоторые материалы.

Материалы

Солнечный день
Металлическая проволока (около одного метра)
Частично затененная территория снаружи, по крайней мере, с двумя разными почвенными покровами (грязь, трава, камни, бетон и т. Д.)

Препарат

Найдите линию на земле, где участок на солнце встречается с участком в тени.Поместите провод на эту линию.

Процедура

Сделайте большой шаг в тень. Что покрывает поверхность Земли в этом конкретном месте?
Найдите место на солнце, поверхность которого покрыта тем же материалом. Выберите тот, который находится хотя бы в одном большом шаге от затененной области. Пятно на солнце выглядит иначе, чем пятно в тени? Как вы думаете, почему это так?
Как вы думаете, ощущения от этих мест тоже будут другими?
Осторожно дотроньтесь рукой до обоих мест и сравните их ощущения. Один из них теплее другого? Если да, то какой из них теплее? Почему это так?
Если это возможно и у вас есть разрешение, выкопайте около дюйма поверхностного материала в каждом месте и ощупайте слой под ним. Это может не работать в некоторых местах или с некоторыми материалами. (Например, не следует копать ямы в общественном парке и нельзя копать ямы в бетоне.)
Для материала на солнце: Создается впечатление, что поверхность и нижний слой похожи или один теплее? Вы замечаете такие же находки для материала в тени?
Найдите другой материал. Сможете ли вы найти одно место, где поверхность покрыта этим материалом в тени, а другое — на солнце? Если да, то выглядят ли эти пятна по-другому? Они тоже чувствуют себя иначе?
Если можете, повторите это исследование с третьим материалом: водой, почвой или другим природным материалом!
Вы видите узор? Почему это могло произойти?
Вернитесь к проводу, который вы разместили на краю шторы. Вы видите, как переместился край тени? Если он не сдвинулся с места, подождите 10 минут и вернитесь. Почему край тени двигается?
В зависимости от того, как двигалась тень, теперь у вас есть новая область в тени, которая недавно была на солнце, или наоборот. Изучите, как эта область выглядит и ощущается по сравнению с областями, которые долгое время находились на солнце или в тени. Заметили ли вы различия?
Дополнительно: Если вы нашли узор, протестируйте его на других материалах в следующий раз, когда будете в парке, на детской площадке или спортивной площадке под открытым небом, или повторите процедуру внутри .Встречаются ли такие же различия? Почему или почему нет?
Extra: Ставьте чашки с водой, грязью и / или галькой в тени, а идентичные чашки на солнце. Изучите, как материалы выглядят и ощущаются на солнце по сравнению с материалами в тени. Обратите внимание, что вы не можете сравнивать температуру двух разных материалов (например, камней и грязи), ощущая их руками, потому что разные материалы при одинаковой температуре могут ощущаться очень разными. Вы можете сравнить одни и те же материалы, помещенные на солнце и в тень, или использовать инфракрасный термометр для сравнения температуры поверхности разных материалов.
Extra: Постарайтесь выяснить, есть ли корреляция между цветом и степенью нагрева материала при помещении на солнце. Темная почва или галька нагреваются больше, меньше или примерно так же, как светлая почва или галька? А как насчет более темного и светлого цемента?
Экстра: Найдите информацию об эффекте городского острова тепла и о том, как города пытаются с ним бороться. Можете ли вы разработать небольшой тест, чтобы проверить, работают ли эти идеи?

Наблюдения и результаты
На солнце материалы выглядели ярче и светлее? Они тоже почувствовали себя теплее?

Наше солнце излучает свет; некоторые из них достигают Земли.Когда этот свет попадает в почву, гальку, траву, цемент или любой другой материал, покрывающий нашу планету, его часть отскакивает обратно. Этот отраженный свет делает материал ярче и светлее. Другая часть света поглощается или засасывается материалом и нагревает его поверхность. Вот почему материалы на солнце кажутся теплее, когда вы к ним прикасаетесь. Теплые материалы нагревают окружающий их воздух, который тоже становится теплее.

Возможно, вы заметили, что материал стал немного теплее после того, как на него впервые попало солнце, а через некоторое время стал намного теплее.Нагревание — это процесс, который требует времени, точно так же, как когда материал на солнце перемещается в тень, он постепенно остывает.

Некоторые материалы, такие как цемент, темные камни или даже песок, могут сильно нагреваться, если оставить их на некоторое время на солнце. Вода тоже согревает, но ей нужно дольше оставаться на солнце, чтобы нагреться на столько же; он также остывает медленнее, чем грунт или цемент.

Больше для изучения
Наука на медленном огне: Может ли цвет вашего дома уменьшить ваш счет за летнюю энергию ?, от Scientific American
Что такое городской остров тепла ?, от NASA Climate Kids
Научная деятельность для всех возрастов !, от Science Buddies

Это задание предоставлено вам в сотрудничестве с Science Buddies

Дифференциальный нагрев суши и океана

вернуться к

Создание системы Земли
I

Классная деятельность:

Дифференциальное отопление и охлаждение земли и Ocean

Опыт учителя

Все, что вам нужно сделать в солнечный день, — это прогуляться по сухому пляжу в рано утром, чтобы узнать, что песок может стать намного теплее чем морская вода.Вода — медленный проводник тепла, поэтому ей необходимо получить больше энергии, чем песок или суша, чтобы поддерживать ее температуру увеличить. С другой стороны, почва намного быстрее теряет тепло. Но поджаренные пальцы на ногах, возможно, введут вас в заблуждение: океаны Земли гораздо важнее земли как источник тепловой энергии который управляет погодой. Мало того, что океаны покрывают более 2/3 поверхности Земли, они также поглощают больше солнечного света и хранят больше тепла.Кроме того, океаны дольше сохраняют тепло. Солнце лучи также проникают в океаны на многие метры, но только разогрейте верхний слой песка или почвы. Вода должна терять больше энергии, чем песок (суша), чтобы температура снижаться.

Летом земля намного теплее воды. Это состоит из множества различных материалов, поглощающих солнечные лучи иначе.Земля, покрытая лесом или снегом, очень нагревается и охлаждается. в отличие от города, покрытого асфальтовыми улицами и бетоном здания. Более темные материалы поглощают больше излучения, чем более легкие. Текстура тоже имеет значение. Более грубые и более сухие материалы поглощают больше излучения чем более гладкие и влажные материалы. Если вы когда-нибудь ходили босиком на улице или тротуаре вы вспомните, что они намного жарче, чем трава рядом с ними.

Это упражнение также можно адаптировать, чтобы побудить старшеклассников придумать свои собственные экспериментальные протоколы для проверки некоторых из этих фундаментальные и важные принципы. В качестве расширения вы можете пригласить учащимся предлагать различные материалы для тестирования, кроме указанных здесь.

Цели

Студенты будут исследовать, сравнивать и сопоставлять температурные режимы по стране / миру.
Ученики заметят, что почва быстрее нагревается и остывает. чем вода.
Ученики заметят, что разные цвета поглощают разные цвета. количество солнечного излучения.

Словарь

Дифференциал

Занять

Предоставьте каждой группе студентов температурные карты (см.3 из раздаточный материал для студентов). Дайте им время изучить карты и поделиться наблюдения друг с другом. Затем попросите каждую команду подготовить 3-5 обобщения, которые они собрали из карт. Предложите им «Обсудите наблюдаемые вами различные температурные режимы. Где самая высокая температура расположена? Где самые низкие температуры расположен? Сравните прибрежные температуры с температурами дальше внутри страны.Сравните температуру на разных широтах и над уровнем моря. Запишите эти наблюдения на прозрачную пленку, классную доску. или большая таблица для облегчения обсуждения всего класса.

Объяснить / исследовать

На основании того, что они наблюдали на температурных картах и имеющихся знаний, побудить студентов сформулировать гипотезу о том, нагреется ли почва или вода быстрее, а какая охладится Быстрее.

Материалы

Отражатель с лампой 100 Вт
2 стакана по 250 мл
150 мл почвы
150 мл воды
2 термометра
Секундомер
Карта температур (скачать текущий карты здесь или см. URL-адреса ниже)
Рабочий лист ученика 1.2 (Сторона 1 поддерживает основное действие и Сторона 2 — расширение «Спортивная рубашка».)

Процедура

Раздайте студенту Рабочий лист 1.2 и просмотрите процедуру с студенты. Убедитесь, что каждая группа имеет все необходимые материалы и понимает правила техники безопасности при использовании посуды и термометров. Иметь студенты помещают 150 мл почвы в один стакан и 150 мл воды в другом стакане.Затем они поместят термометр в каждый стакан и запишите начальную температуру. Убедитесь, что они занимают позицию лампа в 10 см от стаканов. Убедитесь, что оба стакана одинаково удалены от лампы, и оба получают одинаковое количество света. Студенты должны включить лампу и записать температуру. каждую минуту в течение 10 минут. Выключите лампу и запишите температуру каждую минуту в течение 10 минут.Затем студенты должны построить график своих результатов. (Почва будет быстрее нагреваться, а также быстрее остывать. Вода будет нагреваться медленнее, но также будет медленнее остывать.)

Предлагаемые URL-адреса

Температурная карта для этого занятия: http://www.comet.ucar.edu/dstreme/images/sfc_temp.gif

http://www.nssl.noaa.gov/edu/lessons/lesson3.html
Простое объяснение того, почему развиваются погодные системы, в основном из-за к неравномерному нагреву Земли.

http://www.oar.noaa.gov/k12/html/ocean_temps.html
Веб-страница Управления океанических и атмосферных исследований NOAA для студентов по температуре океана: включает хорошую справочную информацию, мероприятия и ссылки на дополнительные ресурсы.

Автор alexxlab

Просмотр всех записей alexxlab →

солнечные коллекторы и батареи, принцип действия и эффективность

Отопление от солнца: за и против

Солнечные коллекторы

Плоские солнечные коллекторы

Воздушный коллектор

Трубчатые коллекторы

Какой коллектор лучше для отопления

Солнечные батареи

Особенности отопления солнечным теплом

Итоги

стоимость и цена комплекта своими руками

Солнечное отопление

Устройство и принцип работы

Преимущества

Виды отопления

Открытые солнечные коллекторы

Трубчатые коллекторные разновидности

Плоские закрытые системы

Выбор солнечного коллектора и его монтаж

Схемы подключения к системе отопления

С водяным коллектором

С солнечной батареей

Советы по эксплуатации

Цена комплекта и где купить?

Как сделать солнечное отопление частного дома своими руками?

Система солнечного отопления

Система солнечного отопления

Система отопления с плоским коллектором

Система отопления с вакуумным коллектором

Система отопления с параболоцилиндрическим зеркалом

Солнечное воздушное отопление Антарес Комфорт

Статьи по теме

Солнечное воздушное отопление Антарес Комфорт.

Плоские солнечные коллекторы

Вакуумные солнечные коллекторы

Солнечное воздушное отопление Антарес Комфорт. Схема установки отопления.

Как сделать солнечный коллектор

Что такое солнечный коллектор

Солнечный воздушный коллектор (теплогенератор) из пивных алюминиевых банок

Как работает солнечный коллектор?

Использование солнечного воздушного коллектора для зимнего обогрева курятника

Виды воздушных коллекторов

Зимний обогрев своими руками

Солнечный коллектор — водяной или воздушный

Компактный, оконный, солнечный воздушный коллектор

Как изготовить солнечный коллектор?

Как сделать оконный солнечный воздушный коллектор для обогрева квартир

Солнечный воздушный коллектор из корпуса потолочного светильника

Видео: Как сделать воздушный солнечный коллектор (англ)

Видео: Слайд-шоу об изготовлении солнечного коллектора из алюминиевых банок

Строительство солнечного воздушного коллектора площадью 9кв.м

Как выбрать коллектор для себя

500 Вт солнечный воздушный коллектор из гофрированной воздуховодной трубы

Преимущества и недостатки

Солнечный воздушный коллектор из старой двери

Как сделать солнечный воздушный коллектор из водосточных труб 2

Солнечный воздушный коллектор из профнастила своими руками

цены на устройства и реализация системы своими руками

Что могут предложить современные технологии

Плюсы и минусы от использования энергии солнца

Открытые солнечные коллекторы

Трубчатые солнечные коллекторы

Плюсы и недостатки трубчатых коллекторов

Цены и решения

Конструкции

Общие черты

Каркасные солнечные батареи

Бескаркасные солнечные батареи

Как сделать водонагреватель своими руками?

Из поликарбоната

Из пластиковых бутылок

Типичная схема автономной электрической сети

Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

По типу коллектора

По типу циркуляции

По типу контура циркуляции

Для чего можно использовать?

Установка

Пассивная

Активная