Chauffe-eau solaire à thermosiphon/ar

Low-tech Lab

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Chauffe-eau_solaire_%C3%A0_thermosiphon/ar

Dernière modification le 04/07/2024

Difficulté

Easy Facile

Durée

4 hour(s) heure(s)

Coût

20 EUR (€)

Description

نظام بسيط للغاية لتسخين المياه باستخدام الطاقة الشمسية. يعمل هذا النظام بدون مضخة، باستخدام تأثير الترموسيفون الحراري فقط.

Sommaire

chauffe-eau, eau chaude, panneau solaire thermique, solar water heater, cellule solaire thermique, NomadeDesMers, récupération, thermosiphon

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Introduction

يمثل الماء الساخن المنزلي، المستخدم في الاحتياجات المنزلية والغسيل، استهلاكًا كبيرًا.

• في مياه (الشرب): يتأثر حجم المياه المستهلكة بشدة بسلوك المستخدم. فوفقًا لـ la revue la revue Plein soleil / C.N.R.S-EcoDev، في فرنسا، يستخدم المسكن القياسي من النوع 4 (ثلاث غرف نوم) من 100 إلى 150 لترًا من الماء الساخن (عند 60 [درجة مئوية]) يوميًا. ومع ذلك، فإن الحاجة إلى المياه، وخاصة الماء الساخن، تتزايد باستمرار، بحوالي 3 إلى 4% سنويًا (مسح شركة غاز دي فرانس).
• في الطاقة: يمثل تسخين المياه الساخنة المنزلية ما يقرب من 20% من الاستهلاك النهائي للطاقة في القطاع السكني (وفقًا لمرصد الطاقة).

تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية بسيط وفعال. فاللوح الشمسي الحراري الشمسي أكثر كفاءة من اللوح الكهروضوئي بـ 3 إلى 4 مرات. ومع ذلك يستخدم معظم الناس الكهرباء والوقود الأحفوري لتسخين المياه.

تستخدم أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية ألواحاً شمسية تُعرف باسم المجمعات. وهي تجمع حرارة الشمس وتستخدمها لتسخين المياه التي يتم تخزينها في خزان الماء الساخن.

هناك نوعان من مجمعات الطاقة الشمسية الحرارية لتسخين المياه:

• أنابيب تفريغ الهواء;
• حساسات ذات ألواح مسطحة يمكن تركيبها على الحائط أو السقف.

تشتهر المجمعات التي يتم تفريغها بأنها أكثر كفاءة من المجمعات ذات الألواح المسطحة لأنها تعاني من فقدان حرارة أقل (بفضل التفريغ في الأنابيب). ومع ذلك، فإن تصنيعها أكثر تعقيداً من حيث التقنية المنخفضة.

قررنا اختبار مجمّع مسطح اللوح المسطح الذي يعمل عن طريق السيفون الحراري، أي بدون نظام مضخة. بالإضافة إلى ذلك، اخترنا تسخين الماء مباشرة، دون استخدام سائل ناقل للحرارة لنقل حرارته إلى الماء في الخزان.

{{Tuto Step |Step_Title=نظرية الثيرموسيفون الحراري |Step_Content=لا يحتوي نظامنا على نظام ضخ. ويتم تدوير الماء فقط عن طريق ظاهرة ديناميكية حرارية تعرف باسم [[ ويكيبيديا:ثيرموسيفون]| ثيرموسيفون حراري]. thermosiphon.

مبدأ نظام الترموسيفون الحراري هو أن الماء البارد له كثافة أعلى من الماء الساخن، لأنه أكثر إحكاماً. وبالتالي فهو أثقل ويغرق. تميل جميع الأنظمة نحو حالة من التوازن الديناميكي الحراري. وبالتالي تنشأ حركة تسمى convection thermique لخلط الماء الساخن والبارد.

وهذا هو السبب في تركيب المجمّع الشمسي دائمًا تحت خزان تخزين المياه، بحيث يصل الماء البارد من الخزان إلى المجمّع عبر أنبوب مياه يتدفق إلى أسفل. عندما يسخن الماء في المجمّع، يرتفع الماء الساخن بشكل طبيعي، مدفوعًا بالماء البارد، ويعود إلى الخزان. تقوم دورة الخزان -> أنبوب الماء -> المجمّع بتسخين الماء حتى يصل إلى درجة حرارة متوازنة. يمكن للمستهلك بعد ذلك استخدام الماء الساخن من أعلى الخزان.

|Step_Picture_00=Chauffe-eau_solaire___thermosyphon_thermosiphon.JPG |Step_Picture_01=Chauffe-eau_solaire___thermosiphon_Sch_ma_chauffe_eau_solaire.JPG }}

Étape 1 - Construction du cadre

Les mesures sont données à titre indicatif. Celles-ci sont à adapter en fonction de la taille de votre vitre.

• Sur la plaque de contreplaqué de 85x85cm, visser deux tasseaux de 85cm et deux tasseaux de 72cm, de façon à former un cadre. Choisir de tasseaux d’environ 6 cm d’épaisseur afin d’avoir un peu de profondeur.
• Vérifie que votre vitre s’intègre bien à l’intérieur du cadre.
• Ajouter des cales à l’intérieur du cadre de façon à pouvoir faire reposer la vitre dessus.
• Percer deux trous de diamètre 6mm sur un côté du cadre. Ceux-ci serviront à faire sortir les tuyaux de cuivre vers l’extérieur.

Étape 2 - Isolation

Afin de conserver un maximum de chaleur à l’intérieur du chauffe-eau, il serait nécessaire de l'isoler correctement ! Ce n'est pas le cas pour ce prototype.

Par ailleurs, il est important que le cadre soit isolé au maximum. Il faut éviter les fuites d’air et les ponts thermiques. Nous avons donc isolé le fond du cadre.

·        Découper du carton (ou tout autre isolant) de façon à l’ajuster parfaitement au fond du cadre.

·        Recouvrir le carton de 2 couches de papier aluminium. Ceci a pour but de repartir la chaleur de façon bien homogène sur la surface en contact avec le tube de cuivre.  

Étape 3 - Circuit d'eau

Dans ce système, il n’y a pas d’échangeur thermique comme dans un ballon d’eau chaude classique. L’eau du ballon passe directement dans le tuyau de cuivre et se chauffe à son contact. Nous allons donc former un circuit de manière à maximiser la surface d’échange entre le tuyau et l’eau.

• A l’aide d’un outil à cintrer, former un circuit avec le tuyau de cuivre.

Remarque : Il est important d’utiliser un outil approprié pour réaliser une belle courbure et ne pas faire de pli dans le tuyau. A ce diamètre, le tuyau a vite tendance à se plier et finira par casser.

• Assurez-vous de garder une bonne longueur rectiligne aux extrémités et faite les sortir par les 2 trous prévus à cet effet dans le cadre.
• Afin de maximiser la surface d’échange entre le circuit et le fond du cadre recouvert de papier aluminium, fixer le circuit à l’aide de vis et de crochet (voir photos).

Étape 4 - Pose de la vitre

• Déposer la vitre sur les cales du cadre. Assurer-vous qu’elle est bien ajustée et bien hermétique. Au besoin, combler les interstices avec du carton, du tissu ou du silicone pour isoler.
• Pour fixer la vitre au cadre, visser des tasseaux sur les bords.

Étape 5 - Liaison avec le réservoir d'eau

Pour le réservoir d’eau, nous avons choisi une poubelle de 30L avec un couvercle. Dans l’idéal, il faudrait isoler le réservoir pour conserver la chaleur.

• Couper les tuyaux de cuivre en sortie du cadre en laissant dépasser 2-3cm.
• Fixer un tuyau de silicone ou latex sur chacune des sorties à l’aide de colliers de serrage. Assurer-vous que la liaison est bien hermétique en soufflant dans les tuyaux silicone/latex lorsque le circuit est rempli d’eau, par exemple.

Remarque : Attention à ne pas trop serrer les colliers de serrage qui finiront par déchirer les tuyaux en silicone/latex.

•  Plonger les deux tuyaux dans le réservoir.

Étape 6 - Fonctionnement

Notes et références

• Eau chaude et chauffage solaire R.Espic, J.P.Isoardi, M.Moreau Sedit
• Document théorique très complet sur l'eau chaude sanitaire et le chauffe-eau solaire thermique par Thierry Cabriol, Albert Pelissou et Daniel Roux
• Rapport du projet européen TAREB : http://www.new-learn.info/packages/tareb/docs/ecb/ecb_ch5_fr.pdf
• Rapport du projet Habitat Durable du Low-tech Lab

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