Riscaldamento solare, versione ardesia

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Tutorial de avatarLow-tech Lab | Categories : Housing, Energy

Introduction

L'ideazione di questo tipo di riscaldamento solare è stata fortemente influenzata dai progetti descritti da Guy Isabel nel suo libro Les capteurs solaires à air, edizioni Eyrolles.

Il sole trasmette l'energia alla terra mediante irraggiamento. All'equatore, questo fenomeno raggiunge la potenza di 1000 W/m², pari alla potenza di un piccolo riscaldatore elettrico.

L'energia solare è gratuita, intermittente e relativamente semplice da trasformare in modo efficace in calore (con un'efficienza superiore al 60%).

Questo sito, basandosi sulla stagione e sulla posizione geografica, permette di conoscere vari parametri quali la potenza massima per m² e l'angolazione del sole rispetto alla località in cui ci si trova.

Quest'altro consente di calcolare gli stessi valori quasi dappertutto nel mondo, tenendo conto della linea dell'orizzonte, dell'orientamento dei pannelli solari e di altri parametri. I valori predefiniti mostrati corrispondono all'energia fotovoltaica generata, ma è possibile vedere la radiazione in kwh/m2.

Il collettore ad aria

Si tratta, concretamente, di trasformare l'irraggiamento del Sole in calore grazie al cosiddetto corpo nero (per esempio l'asfalto bollente d'estate o ancora il cruscotto di un'auto parcheggiata in pieno sole).

Per le abitazioni, i sistemi più comuni basati su questo principio sono gli scaldacqua solari, spesso installati sulle pendenze dei tetti per fornire acqua calda per uso igienico in aggiunta ai sistemi tradizionali.

Meno conosciuto, il collettore ad aria permette di riscaldare l'aria di una stanza.

Questo tutorial illustra la realizzazione di un collettore ad aria di 2 m² strutturato per riscaldare l'aria di una stanza da 10 a 15 m² dai 5 ai 7 °C invernali in media, per la Francia. E' un supplemento al sistema di riscaldamento tradizionale, che permette significativi risparmi finanziari ed ecologici: il costo di circa 200€ è velocemente ammortizzato.

Principio:

D'inverno, il collettore aspira l'aria dell'abitazione dal basso, la scalda grazie al sole radente, poi la restituisce dall'uscita superiore, a una temperatura che può raggiungere i 70°C localmente (istantaneamente diluita nell'atmosfera ambiente).

D'estate, un portello esteriore permette di rigettare l'aria calda del collettore fuori, aspirando al contempo l'aria dell'abitazione, creando così una ventilazione naturale.

Una valvola collegata ad un cilindro termostatico permette la gestione dell'apertura della circolazione dell'aria in modo automatico e senza corrente elettrica, solo quando si raggiungono più di 25 ° C nel sensore.

In questo rapporto troverete un'analisi sull'uso di questo tipo di riscaldamento solare, così come di altre 11 low-tech sperimentate nel progetto "En quête d'un Habitat Durable".

Video overview

Materials

Il tutorial qui presentato richiede complessivamente 2,09 m x 1,09 m

Collettore:

  • Trave in legno di abete di Douglas (qui la sezione finale misura 95x45 mm)
    • 2 da 2,10 m
    • 2 da 1,10 m
  • 15 m di listelli in legno di abete di Douglas (20x53 mm)
  • Piastra rigida (qui in legno compensato filmato, 10 mm)
  • Isolante rigido (qui piastre Steico, 22 mm)
  • Bomboletta di sika
  • Bomboletta di silicone
  • Colla SGS per incollatura della parte esterna del legno
  • Colla per legno
  • Chiodi
  • Viti per legno, da 30 a 150 mm
  • Guarnizioni di tenuta Compriband
  • Olio di lino
  • Vernice per legno
  • 15 m di listelli in legno di abete di Douglas (30 x 16 mm)
  • Nastro adesivo in alluminio
  • Vetro temperato o piastra in policarbonato (1x2 m)
  • Griglia in lamiera stirata
  • 4 viti a doppio filetto (esempio)
  • Gocciolatoio in alluminio 1x0,1 m (esempio)
  • Nastro biadesivo
  • Isolante sottile (qui isolante di parquet)
  • 30-35 pezzi di ardesia 32x22 cm, spessore 3,5 mm
  • 8 staffe angolari rinforzate, larghe minimo 40 mm
  • 1 tubo del diametro di 100 mm, della lunghezza della parete, in PVC/alluminio/inox per l'entrata in basso

Sistema valvola:

Facoltativo:

  • Parapioggia
  • Nastro adesivo sigillante

Tools

  • Sega per legno
  • Avvitatore/Trapano e trivella legno/metallo
  • Spillatrice da parete
  • Pennelli
  • Martello
  • Taglierino
  • Smerigliatrice e dischi diamantati/metallizzati

Step 1 - Scarica i disegni CAD

I progetti dettagliati e i CAD sono stati realizzati da Enerlog, Sono disponibili in open source qui.

Questi disegni sono serviti alla realizzazione di una prima versione costruita nell'atelier e sono stati condivisi qui al fine di rispettare uno degli obiettivi di Enerlog: sostenere la riappropriazione dei saperi da parte dei cittadini condividendo la conoscenza e favorendone la trasmissione.




Step 2 - Telaio

Nota: qui il telaio è strutturato per contenere una finestra di 1x2m per 6mm di spessore, un fondo in legno compensato filmato di 10mm e uno strato isolante di 22mm in STEICO. Le dimensioni dovranno, quindi, essere adattate in funzione della disponibilità di ciascuno.

  • Preparare 2 travi di 93x45mm e 209 cm di lunghezza.
  • Preparare 2 travi di 93x45mm e 109 cm di lunghezza.
  • Preparare 2 listelli di 20x53mm e 209 cm di lunghezza.
  • Preparare 2 listelli di 20x53mm e 109 cm di lunghezza.
  • Applicare la colla SGS e avvitare i listelli sulle travi associate, sul lato spesso 93 mm, a 32 mm da uno dei bordi.

Osserva: Quei 32mm corrispondono allo spessore del materiale isolante + il legno compensato filmato. Rimangono 8mm sull'altro bordo, al fine di contenere lo spessore della finestra e di una guarnizione di tenuta Compriband.

  • Tagliare gli angoli di ogni profilato in legno così ottenuto a 45 °, facendo attenzione al verso del taglio. Il taglio viene eseguito sulla lunghezza di 93 mm.

Osserva: Questo taglio permette di ricavare la dimensione 1x2m della finestra all'interno del telaio.

  • Assemblare il telaio utilizzando la colla SGS e le lunghe viti per legno in ciascuno dei 4 angoli.


Step 3 - Fondo e isolamento del telaio

  • Preparare una superficie di 1x2m per il fondo scelto (qui si tratta di legno compensato filmato di 10mm di spessore).
  • Preparare una superficie di 1x2m per l'isolante scelto (qui piastre STEICO di 22mm di spessore).
  • Applicare la colla per legno sui listelli del telaio, dal lato dello spessore di 32 mm.
  • Posizionare prima il fondo, quindi assicurare la placcatura con chiodatura regolare.
  • Applicare delle strisce di sika sul fondo poi depositare l'isolante. Si tratta dello strato più esterno del telaio.


Step 4 - Apertura dell'entrata e dell'uscita del collettore

Nota: Qui, la valvola di ventilazione scelta è di 100mm di diametro, esattamente come la misura dell'entrata e dell'uscita.

  • Sull'asse centrale del collettore, disegnare e poi tagliare il buco d'entrata dell'aria, a 30 mm dal listello, nella parte bassa del telaio.
  • Sull'asse centrale del collettore, disegnare e poi tagliare il buco di uscita dell'aria, a 30 mm dal listello, nella parte alta del telaio.



Step 5 - Facoltativo: Protezione parapioggia

Nota: a seconda dell'isolante scelto, l'installazione di un parapioggia sul retro non è necessaria se esso è ben impermeabile all'acqua.

  • Posizionare il parapioggia sullo strato isolante, lasciando una sporgenza di 2 cm sul telaio in abete di Douglas.
  • Pinzare il parapioggia.
  • Aprire il parapioggia all'ingresso e all'uscita dell'aria.
  • Attaccare un nastro adesivo impermeabile tra il telaio e il parapioggia.



Step 6 - Portello "estivo"

  • Sulla parte superiore del telaio, aprire un portello lungo 300 x 30 mm di larghezza. Da fare a livello del pavimento.
  • Fissare la griglia antiroditore dall'interno.
  • Usando il nastro biadesivo, centrare e incollare un rettangolo di isolante per parquet sul lato inferiore del gocciolatoio, che qui funge da copertura.
  • Posizionare 4 viti a doppio filetto attorno al portello, avendo cura di controllare che l'isolante del parquet si inserisca nel rettangolo formato dalle viti.
  • Forare il gocciolatoio in modo che possa adattarsi alle viti a doppio filetto.
  • Metterlo da parte, verrà aggiunto alla fine del montaggio.

Step 7 - Superficie riflettente

Nota: Al fine di ridurre la perdita di energia nel collettore, il fondo in legno compensato filmato è ricoperto da uno strato di alluminio che consente la riflessione delle radiazioni infrarosse nel collettore.

  • Rivestire la parte inferiore del collettore con adesivo in alluminio.



Step 8 - Guarnizioni di tenuta Compriband per finestre

  • Posizionare uno strato di guarnizioni di tenuta Compriband sui listelli del telaio a 1 mm dal bordo, lungo tutto il telaio. Servirà per ospitare la finestra.




Step 9 - Circuito di deflettori

  • Avvitare i listelli da 30 x 16 mm sul fondo riflettente secondo lo schema del deflettore.
  • I deflettori, da 675 mm, coprono 3/4 della larghezza del pannello.

Nota: Qui, lo spazio di scarto che include 2 tacchetti è di 220 mm. Questa è la larghezza delle ardesie utilizzate successivamente. Questa spaziatura consentirà una leggera ricopertura di ogni ardesia.



Step 10 - Installazione delle ardesie

  • Posizionare la prima fila di listelli di ardesia sul livello più basso del deflettore.
  • Segnare 2 fori, quindi forare con una punta da 4 mm. È possibile fresare leggermente il foro con una punta più grande in modo che la testa della vite sia integrata nello spessore dell'ardesia.
  • Se necessario, tagliare le ardesie con la smerigliatrice a disco diamantato, un seghetto per metalli può eventualmente andare bene.
  • Completare il telaio in ardesia, avendo cura di sollevare le ardesie sui deflettori più vicini all'uscita (vedi foto).

Nota: La fila di ardesia è rialzata in prossimità dell'uscita in modo da poter liberare l'aria contenuta davanti e dietro le ardesie, sia d'inverno che d'estate attraverso il "portello estivo".

Step 11 - Oliatura e verniciatura

  • Oliare il telaio con l'olio di lino.
  • Lasciare asciugare, poi verniciare.




Step 12 - Installazione del vetro

Nota: Qui viene utilizzato un vetro temperato di 6 mm di spessore. È anche possibile utilizzare il policarbonato.

  • Pulire il vetro.
  • Preparare i "fermavetri" nel resto dei listelli da 53 x 20 mm. Viene realizzata una smussatura per una buona uscita dell'acqua e un taglio a 45° come per il telaio. Oliare e verniciare i fermavetri.

Nota: I fermavetri servono a trattenere il vetro nella sua sede comprimendo la guarniione Compriband. Devono quindi sia coprire il bordo della finestra che appoggiarsi al telaio.

  • Applicare una guarnizione in silicone tra la guarnizione Compriband e il telaio.
  • Posizionare la finestra.
  • Applicare nuovamente una guarnizione in silicone sul bordo del vetro e sul telaio.
  • Posizionare e avvitare i fermavetri.
  • Applicare un filo di silicone sul bordo del fermavetro.


Step 13 - Sistema valvola, parte fissa

Nota: Il cilindro termostatico funziona senza elettricità. Contiene un materiale calibrato che si espande da 25°C e si restringe al di sotto.

  • Limare il puntamento interno delle guaine in rame da 12 e 14 mm.
  • Tagliare la guaina di 14 mm su una lunghezza.
  • Inserire il cilindro nella guaina da 12 mm, quindi il tutto nel manicotto da 14 mm.
  • Inserire questo gruppo nel nipplo in ottone 15/21.
  • Chiudere il lato inferiore del cilindro puntando un bullone filettato sul nipplo.
  • Avvitare il bullone filettato sull'altro lato del nipplo.


Step 14 - Sistema valvola, parte mobile

  • Tagliare 100 mm di tubo in ottone da 4 mm di diametro.
  • Inserire una vite e una rondella a un'estremità.
  • Forare al centro un dado in ottone 15/21 con un trapano da 4 mm.
  • Inserire la molla e il dado forato sul tubo.
  • Rimuovere la parte in plastica di un connettore da 4 mm di diametro, quindi avvitarlo sull'estremità libera del tubo di ottone.
  • Preparare una forcella in filo di rame spesso e posizionarla sul connettore.
  • Un tubo filettato in ottone 15/21 viene utilizzato per contenere la parte mobile così realizzata. Tagliare questo tubo in modo che una volta avvitato nella parte fissa, la molla venga leggermente compressa quando il cilindro viene retratto (freddo).
  • Assemblare il tutto senza dimenticare di passare 2 dadi attorno al tubo filettato.
  • Incollare la parte fissa del cricchetto a sfera sul lato piatto dei 2 dadi del tubo filettato.

Step 15 - Sistema valvola, assemblaggio

  • Preparare un tubo in acciaio inox della larghezza della parete dove verrà installato il sensore. (qui viene utilizzato un tubo da 100 mm di diametro)
  • Posizionare la valvola ad un'estremità del tubo, l'apertura verso l'esterno.
  • Segnare la posizione dell'installazione del cilindro, caldo e completamente uscito, in modo che la forcella in rame spinga le alette alla massima apertura.
  • Rivettare la parte a sfera del cricchetto in questa posizione.
  • Posizionare il tubo nella parete, a livello dell'uscita dell'aria del sensore, la valvola verso l'habitat.


Step 16 - Installazione

  • Incollare una guarnizione di tenuta Compriband attorno ai fori di entrata e uscita sull'habitat.
  • Posizionare le staffe di supporto del sensore sulla parete, in basso e in alto, quindi avvitare saldamente il sensore alla parete in modo da sollecitare le guarnizioni Compriband.



Step 17 - Utilizzo

Inverno:

  • Lasciare il portello estivo chiuso correttamente.
  • Il basso sole invernale risplende sulle lastre che riscalderanno l'involucro del sensore.
  • Per effetto "termosifone", l'aria calda salirà naturalmente, creando così un prelievo che risucchia l'aria dell'abitazione dal fondo del sensore.
  • La circolazione sarà consentita solo attraverso la valvola quando la temperatura nel sensore supera i 25 ° C.

Estate:

  • Aprire il portello estivo sulla parte superiore del sensore.
  • Il sole splende sulle lastre che riscalderanno il sistema.
  • L'aria si alzerà e uscirà naturalmente attraverso il portello estivo.
  • L'aspirazione attraverso il foro inferiore del sensore consentirà l'evacuazione dell'aria dall'abitazione, creando così una ventilazione estiva naturale.
  • Un'apertura a nord dell'habitat consente l'ingresso di aria fresca.




Step 18 - Contenuto didattico da scaricare

È possibile scaricare una scheda didattica realizzata da Low-tech Lab in occasione della mostra "En Quête d'un Habitat Durable" nella parte "File" del tutorial (scheda nella sezione "Strumenti-Materiali")




Notes and references

  • Guy Isabel, Les capteurs solaires à air, édition Eyrolles.
  • Tutorial realizzato da Camille Duband e Pierre-Alain Lévêque nell'ambito di Low-tech Tour, febbraio 2018.
  • Ringraziamenti a Jean Daniel Blanchet per la sperimentazione su una di queste micro-case di Penty-Cosy, a Langolen, Bretagna.
  • Ringraziamenti a Benjamin e Mickaël per l'aiuto.
  • Corps noir, wikipedia.
  • I feedback sugli esperimenti e l'elenco delle apparecchiature utilizzate da Jerome Sacha Philippe (vedi commenti) sono disponibili per il download nella scheda "File" (nella sezione "Strumenti-Materiali").

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