グリーン住宅の建設、設計、改造のための完全な情報源

Zak Vetterが寄稿したこの記事は、もともとHome Energy誌に掲載されたものです。

1978年に戻って、私は最初の太陽熱温水システムを設置しました。 1986年に税額控除が終了するまで太陽熱温水システムを続け、新しいシステムを設置し、その後何年もほぼすべての地域のシステムを稼働させ続けました。 太陽熱温水器の耐久性と長寿命化には、シンプルであることが不可欠であることが痛感させられた。 複雑なシステムは早死にしますからね。 当時、太陽熱発電の聖杯は1,000ドルのシステムを開発することだったが、誰もそれを実現することはできなかった。 最近では、太陽熱温水システムの設置に6,000ドルから10,000ドルを支払うことが予想されます。

友人のMartin Holladayは、2012年3月に「Solar Thermal Is Dead」という記事を発表しました。 彼はその記事で反対意見も含めて多くの議論を巻き起こしたので、2014年12月に “Solar Thermal Is Really, Really Dead “というタイトルの別の記事を発表しました。 マーティンは太陽熱の価格を調べ、同じ仕事をするためにPVとヒートポンプ給湯器を使う場合と比較しました。 計算の結果、PVとヒートポンプは給湯のために太陽熱を打ち負かすように見えました。

しかし、あなたが得る答えはしばしばあなたの仮定に依存し、このシステムを設計し構築するにあたって、我々はそれらの一般的に保持された仮定のいくつかに挑戦することを選びました。 ひとつは、ヒートポンプ給湯機は新しいので、いつまで使えるかわからないということです。 また、凍結防止機能はないものの、凍結しても壊れないシステムを導入することには、大きなメリットがあります。

プロジェクト

Zak Vetterの登場です。 ザックさんは、カリフォルニア州カーメルの近くにある彼の家の太陽熱温水システムの設計と設置を私に依頼してきました。 居住スペースと店舗を兼ねた建物の屋根に設置するシステムです。

• 望むすべての温水を供給するためのオフサイト エネルギーの必要性を大幅に削減または排除する。
• 理想的とはいえない条件でもうまく機能するシステムを構築する。 つまり、曇りの日でも、温水需要のほとんど（あるいはすべて）が、システムに収集・蓄積された太陽エネルギーによって満たされるのです。
• メンテナンスがほぼゼロのシステムを構築する

これほど厳しいリストを扱って仕事をしたことはありません。 従来の太陽熱システムの設計・施工には多くの前提条件がありますが、Zakの目標によって、これらの前提条件が覆されました。

• 太陽熱は、せいぜい給湯の 75% を提供できます。
• 凍結防止機能により、太陽熱は複雑です。
• Installing solar thermal is tricky.
• Solar-thermal systems need annual maintenance.

Design rules also involve assumptions:

• We want the most efficient collectors.私たちは、最も効率的なコレクターが欲しいです。
• 冬のためにシステムを大きくすると、夏にオーバーヒートする。
• 平行配管は最もBtuを集める。
• 貯蔵タンクは、これが停滞問題を引き起こすので大きくしてはいけない。
• 凍結防止はシステム設計を決定する。 なぜなら、最終的に私たちは、私が知っているどの太陽熱システムよりも低コストで性能のよいシステムを構築できたからです。 このシステムのコストは約4,000ドルで、ザックの家族が年間に必要とする温水の95％をまかなうことができる。 手先の器用な人なら、自分のコレクターを作れば、同じ仕事を3000ドル前後でできるだろう。
  

  コレクター

  以下は、私たちをそこに導いた考え方である。 効率的な集熱器を作ろうとすれば、凍結や過熱を防ぐために、より複雑で高価なシステムを構築せざるを得なかったでしょう。 だから代わりに、私たちは本当に非効率的なコレクターを使いました これらはアクリルの艶出しの下の3/4インチのポリエチレン管のちょうどコイルである(イメージ#2、次を見なさい).

  コレクターの絶縁材がない、従ってそれらは凍結によって過熱し、損なわれることはまずない。 私達が水流無しで夏に測定した上の温度はコレクターの 170°F であり、問題無しで何回も凍りました。 このタイプのコレクターは16年間カリフォルニア州サンノゼで、テストされ、悩みは浮上しなかった。 本質的に、それらは艶出しを加えることによって国内熱湯を単に作り出すために変更されるプールのコレクター、である。 彼らは商業的にカリフォルニア州サンノゼのガル産業によって作られる。

  各コイルは26平方フィートを測定します。 非能率的な」コレクターの使用のもう一つの利点は私達がPEXの管の実行によってそれらへのそしてからの銅の管を、代りに動かす必要性を除去したことである。 400°Fまでで夏の太陽で停滞できる従来の銅のコレクターによって、PEXの管はかなり速く溶ける。 しかし、私たちはほとんどすべてのものにポリ管とPEXを使用することができ、作業をさらに簡素化することができました（下の画像3参照）。 また、あえてオーバーサイズにすることで、太陽がない期間も惰性で使用でき、太陽が戻ってきたときに素早く回復できるようにしました

  タンク

  タンクも考慮すべき点でした。 通常、ガラス張りのタンク（米国ではほぼすべてのタンク型ヒーターがガラス張りです）では、淀みや臭いの問題を防ぐために、毎日タンクの容量を切り替えます。 ところが、グラスライニングのタンクに付属する陽極から水素ガスが発生し、この水素ガスがバクテリアに好まれていることがわかりました。 そこで、Rheem社の105ガロンのMarathonタンク（下の画像4参照）を設置し、この問題を回避しました。 このタンクは非金属製で陽極を必要としないため、水の回転が遅くても老朽化したり、汚染されたりすることがない。 これだけの貯水量があれば、日の当たらない日でもお湯を出し続けることができます。

  マラソン・タンクのもうひとつの利点は、その断熱性です。 3インチの発泡スチロールを使用しており、文献によると24時間で5°Fしか失われないとあります。 私たちのデータロギングによると、私たちの状況では6～8°F程度になるようですが、それでも悪くはないでしょう。

  

  パイプの断熱材が本当に厚いことはめったにありませんが、熱損失を抑えることで実際の太陽割合を増やし、必要な予備エネルギーの量を減らすことができました。 そこで、可能な限り断熱材を二重にすることにしました。

  これは、3/4 インチ PEX パイプに断熱材を 2 層重ねて、合計 1.5 インチの壁厚にしたものです。 これは、インストール時に1つの大きなパイプのように見えます。

  太陽熱温水器は、通常、1つまたは2つのタンクシステムとして設計されています。 あなたがそれを動作させることができれば、1つのタンクは、熱を失うためにそこからより少ない機器があるとして、優れています。 最近は、電気のバックアップがなければ、このようなことはできません。 そこでもうひとつ、1槽式では下段のエレメントを外し、上段のエレメントだけをバックアップに使っています。 こうすることで、電気の熱源とソーラーの熱源が競合することを防いでいるのです。 240ボルトではなく120ボルトで配線したので、プラグを差し込むだけで、それ以上のことをする必要はありません。 しかし、ザックさんはソーラーをしっかり試したかったのです。 システムは2014年11月に設置され、彼はまだバックアップを使用していません！

  コントローラ

  システムは、既製のGoldline GL-30ソーラーコントローラ（下の画像5参照）で簡単に管理されています。 それはソーラーコレクタとタンクの底で温度を測定する。 2つを比較し、コレクタが十分に熱いとき、ポンプを始動させる。 制御は、このセットポイントを微調整するための調整を持っています。 幸い、凍結や過熱を防ぐ制御は必要ありません。

  システムの設置は簡単でした。 設置時間だけを見ると、わずか6人時間で完了し、非常に早い。 昔は、3人がかりで1日がかり、24人がかりでやっていたんですよ。 このシステムはいくつかの理由のためにとても速く入った:

  • 私達はPEXおよびポリエチレン管を使用した.
  • 私達はSharkbiteの押し付属品が付いている露出した関係を組み立てた.
  • 集じん器の製造業者は作り付けの制御局を私達に与えた.
  • 屋根に単一の中央ボルトだけを使用して集じん器は取付けられた.
  • 私達は屋根の下側への容易なアクセスを有した。
  • コレクターは幾分適用範囲が広く、軽い。
  • 105ガロンのタンクは軽く、動くこと容易。

  システム性能

  ずっと性能はよいあった。 私たちは、それがどのように動作しているかを理解するために、システム全体の複数のポイントでデータロギングしています。

  用語ソーラー割合は、お湯の何パーセントが太陽によって加熱されるかを示すために使用されています。 正しい方法で太陽熱割合を決定するには、総温水使用量を測定し、太陽熱で温められなかった分を差し引きます。

  私たちはその代わりに、太陽熱で温められた水がいつシャワーに使えるほど熱くなったかに注目することにしました。 貯湯された水が105°F前後であれば、シャワーを浴びるには十分です。 システムが 95% の温水を生成していると言うことは、ザックが 95% の時間、許容可能な温度のシャワーを浴びていることを意味します。 これは、システムがどのように機能しているかを大まかに理解するための、非数学的な方法なのです。 もし、正確な測定を行って太陽熱発電の割合を決定すれば、95％より高くなるはずです。

  下の画像#6 のグラフは、システムが家庭の温水供給に立派に貢献している春の最初の数日間のシステムを示しています。 縦の黄色い棒は日照時間を、縦の青い棒は夜間を表しています。 21日から22日にかけては、雨も見えますね しかし、23日に冬の日差しが数時間入るだけで、水槽の温度が20°F近くも上昇することに注目してください。

  画像#8 に示す他の2つのグラフは、12月と3月の違いを示しています。 これらのグラフでは、4つすべてが有用な出力を提供するかどうかを確認するために、各コレクタからの出力を測定しました。 それは最初の2つのコレクターがより多くのBtuを集めたことが分るが、第2 2コレクターはそれぞれより高く温度をぶつけた、従ってそれらは実際に-年のより冷たい時の間に助けた

  この設計の関連性

  明らかにこの種類のシステムが首尾よく取付けることができるところで制限がある。 これらのコレクターが雪で覆われている場合、彼らはあまりにもよく機能しないかもしれないので、それは時間の長時間のための氷点下の滞在領域を避けるために理にかなっているであろう。 しかし、このシステムは金属製の配管がないため、たまに凍結しても大丈夫なのです。 また、太陽熱温水器を導入する動機が税制優遇であれば、このシステムはまだソーラー評価認証機構の認証を受けていないため、無理がある。 それでも、このシステムは、税額控除の恩恵がなくても、他のほとんどのシステムよりもコストが低いはずです。

  太陽熱温水器に新しい視点をもたらすのは、明らかに良いことです。 古いアイデアに知的な疑問を投げかけ、マラソン・タンク、PEX配管、ポリエチレン・コレクターといった新しい材料やハードウェアを使用することで、ザックは、私が可能だと信じていた以上のことをするよう私たちを後押ししてくれました」

  Larry Weingartenはカリフォルニア州のモントレー半島で育ち、仕事人生の大半を自営業で過ごしています。 1982年にゼネコンのライセンスを取得。 ラリーは、さまざまな業界誌に水加熱とエネルギーに関する記事を書き、PG&E、カリフォルニア州立公園、Affordable Comfort などでこれらのテーマについて教えています。 2006年には、高効率で快適、かつ安価なオフグリッド住宅を完成させ、超高効率住宅を競う「1000ホームチャレンジ」で13番目の住宅となった。 796>

  Zak Vetterがこの記事を寄稿しました。 彼もまたモントレー海岸で育ち、10年以上前から自営業でコンピュータの修理や指導をしています。 2008年からは、自身の所有地を改良しながら、エネルギー効率の幅広い世界について学んでいます。 この記事にある太陽熱温水システムは、ラリーのオフグリッド住宅を訪問した際に、太陽光発電でどれだけのことが可能かを実証したことに端を発しています

  。