Варианты создания воздушного солнечного коллектора своими руками
Изготовление традиционного воздушного солнечного коллектора для отопления дома своими руками начинается с создания каркаса из деревянных досок. Заднюю и торцевые стенки следует утеплить минватой. Корпус закрепляется на стене. Все зазоры необходимо заизолировать монтажной пеной. По боковым сторонам выполняются отверстия под патрубки для входа и выхода воздушных масс. Наружные элементы надежно обматываются теплоизоляционным материалом.
В качестве абсорбера используется перфорированный металлический лист из алюминия, который характеризуется высокой теплопроводностью и низкой стоимостью. Для увеличения селективных качеств он покрывается черной краской. Сверху укладывается лист из стекла или поликарбоната.
Самодельный воздушный солнечный коллектор из гофротрубы
Абсорбер может быть выполнен из водопроводных труб прямоугольного сечения, которые устанавливаются на лист из алюминия и фиксируются к нему с помощью монтажной ленты и саморезов. Задняя стенка деревянного корпуса утепляется минеральной ватой, а боковые – пенополистиролом. Трубы окрашиваются в черный цвет и покрываются листом закаленного стекла или поликарбоната.
Еще более простая конструкция изготавливается из профнастила. Каркас выполняется из деревянных брусков. В дне проделывается выходное отверстие. На брус укладывается профнастил со множеством отверстий по всей площади изделия, которые обеспечат приток воздуха.
Хорошим решением является сооружение воздушного коллектора на окне. Это довольно эффективный вариант, позволяющий неплохо обогреть помещение. Каркас изготавливается из алюминиевых рамок и крепится к окну в виде москитной сетки. Задняя стенка выполняется из листа алюминия, в котором проделываются отверстия в нижней, (для забора холодного воздуха) и в верхней (для отведения теплого воздуха) частях. Роль абсорбера может также выполнять черная фольга, которая покрывается защитной пленкой ПВХ.
Специфика использования солнечных коллекторов
Главной особенностью гелиоколлекторов, отличающей их от теплогенераторов других типов, является цикличность их работы. Нет солнца – нет и тепловой энергии. Как следствие, в ночное время подобные установки пассивны.
Среднесуточная выработка тепла напрямую зависит от продолжительности светового дня. Последняя же определяется, во-первых, географической широтой местности, и во-вторых, временем года. В летний период, на который в северном полушарии приходится пик инсоляции, коллектор будет работать с максимальной отдачей. Зимою же его продуктивность падает, достигая минимума в декабре-январе.
В зимний период эффективность гелиоколлекторов снижается не только из-за уменьшения продолжительности светового дня, но и из-за изменения угла падения солнечных лучей. Колебания производительности солнечного коллектора в течение года следует учитывать при расчетах его вклада в систему теплоснабжения.
Еще один фактор, который может повлиять на продуктивность солнечного коллектора, – климатические особенности региона. На территории нашей страны есть немало мест, где 200 и более дней в году солнце скрыто за толстым слоем туч или за пеленой тумана. В пасмурную погоду производительность гелиоколлектора не падает до нуля, поскольку он способен улавливать рассеянные солнечные лучи, но существенно снижается.
Защита от замерзания
Поскольку в солнечном контуре используется вода, то в приведенных схемах реализована система защиты от замерзания. Основана она том, что датчик, установленный в гелиоколлекторе постоянно контролирует температуру поступающей воды. И если она опускается до 2 ºС, автоматически включается насос. Он подает воду из нижней части буферной емкости, до тех пор, пока не будет достигнут безопасный уровень. Учитывая, что объем коллекторов довольно небольшой – всего несколько литров, – подобная работа практически не отражается на деятельности всей системы ГВС и отопления. На защиту от замерзания расходуется всего порядка 2–4% от производимой гелиоколлектором тепловой энергии за год.
На случай, если система все-таки даст сбой, в самом гелиоколлекторе и на выходе из него для компенсации линейного расширения льда предусматривают гофрированные вставки в самом коллекторе.
Стоит отметить, что морозоустойчивость системы, а также и ее эффективность, зависят от длины наружного трубопровода. Чем это значение меньше, тем лучше. В любом случае длина трассы должна быть с максимальной точностью внесена в программу работы солнечного регулятора.
В настоящее время на украинском рынке представлены солнечные системы, которые стабильно работают при длине наружной трассы до 15 м и температуре воздуха до –34 ºС. (исходя из опыта прошлой зимы)
С целью исключения сбоев в работе гелиосистемы в последствии отключения електричества, обязательно должен быть установлен источник бесперебойного электропитания гелионасоса.
Сферы применения и требования к установке
Итак, где применяются солнечные водонагреватели?
- Горячее водоснабжение частного дома;
- Отопление;
- Подогрев воды для дачных бассейнов;
- Горячая вода для нужд сельского хозяйства и промышленности.
Солнечный водонагреватель для отопления дома
Рекомендации по установке важно учитывать, поскольку от этого целиком и полностью будет зависеть эффективность работы водонагревателя. Перечислим некоторые рекомендации специалистов:
- Местом монтажа могут служить крыша дома, фасад, балкон;
- Панель водонагревателя обязательно должна смотреть на юг;
- При установке панели следует сделать угол наклона, равный широте вашего региона;
- Поскольку водонагреватель постоянно принимает солнечную энергию, при небольшом потреблении воды может образоваться застой, где теплоноситель вполне может нагреться до 300 градусов. Поэтому запрещено использовать трубы из пластмассы и оцинкованного железа. Лучше всего выполнять змеевик из меди или нержавейки;
- Обязательно нужно сделать изоляцию нагревающихся элементов водонагревателя, чтобы случайно не обжечься;
- При выборе крепежа и изоляции также следует учитывать возможность застоя теплоносителя и его сильный разогрев. То есть, материалы лучше выбирать с запасом прочности. Многие солидные производители температуру застоя пишут в спецификациях или на корпусе устройства. Ориентируйтесь на это значение;
- Панели солнечного водонагревателя должны располагаться на открытом месте с максимальным освещением солнцем. Вокруг не должно быть никаких высоких предметов, отбрасывающих тень;
- Для увеличения эффективности водонагревателя нужно проводить его крепёж на специальном стеллаже, если такую схему установки предлагает производитель;
- При установке каждый вид нагревателя может иметь свои особенности. Тут нужно ориентироваться на рекомендации производителя.
Как и из чего сделать воздушный коллектор
Главное достоинство солнечных воздухонагревателей, в простоте конструкции. При желании можно сделать самодельное солнечное воздушное отопление частного дома, затратив на это минимум средств.
Для начала потребуется сделать расчеты производительности, затем подобрать тип конструкции и выбрать материалы для изготовления. Корпус и абсорберы можно изготовить из подручных средств, существенно сэкономив бюджет.
Как сделать расчёты коллектора
Вычисления выполняются следующим образом:
- каждый м² от площади коллектора даст 1,5 кВт/час тепловой энергии, при условии, что будет солнечная погода;
для полноценного обогрева помещения требуется 1 кВт тепловой энергии на 10 м².
Приблизительный расчет мощности покажет, что для отопления жилого дома на 100 м² необходимо установить коллекторы общей площадью 7-8 м².
Для обеспечения максимальной производительности надо определить сторону дома с максимальной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Практика показывает, что оптимальное место для установки — это скат кровли или южная стена здания.
Типы конструкции коллектора
Классификация осуществляется по различиям корпуса коллекторов. Заводской воздухонагреватель обычно имеет надувной каркас, с двумя съемными панелями. При необходимости модуль легко демонтируется, разбирается и переносится на другое место. Сделать своими руками конструкцию надувного типа навряд ли получится.
В домашних условиях выполняют сборку неразборного корпуса. Это деревянный ящик с абсорбером, радиатором и верхним прозрачным экраном. При изготовлении используют подручные средства: профнастил, алюминиевые пивные банки, обычное стекло.
Материалы для изготовления коллектора
Для изготовления модулей для нагрева жилого или хозяйственного здания потребуются несколько комплектующих:
- Внешний блок — собирается из фанеры, ДСП и деревянных брусков. По внешнему виду напоминает обыкновенный коробок.
Дно — изготавливают из профнастила. Лист металла обрабатывают специальной черной краской с высоким коэффициентом светопоглащения. Абсорбирующую поверхность можно сделать из разрезанных алюминиевых банок. Дно обшивают изоляционным материалом, чтобы избежать тепловых потерь.
Ребра радиатора — используются для лучшей абсорбции тепла. При изготовлении используют тонкие листы алюминия, меди. Можно установить уже готовый радиатор из старого холодильника.
Крышка коллектора — делается из сотового поликарбоната, отличающегося хорошей светопропускной способностью и одновременно удерживающая тепло внутри коллектора. Чтобы сэкономить, в качестве покрытия можно использовать обычное стекло. Теплоэффективность при этом будет нижем чем у коллекторов, закрытых поликарбонатом.
Теплоизоляция корпуса — по периметру каркас обшивают пенополистиролом.
Для нагнетания воздуха в отапливаемые помещения устанавливают 2-4 вентилятора. Подойдут кулеры, снятые со старого компьютера.
Как устроен воздушный коллектор
Принцип работы основан на простых физических законах. Солнечные лучи проникая в атмосферу земли практически не отдают тепла. Нагрев воздуха происходит после того как ультрафиолет попадает на твердые поверхности. Под действием солнечных лучей грунт и другие предметы нагреваются. Происходит теплообмен.
Устройство воздушных солнечных коллекторов использует описанное явление, аккумулируя тепло и направляя его в помещение. В конструкции присутствуют следующие детали:
- корпус с теплоизоляцией;
нижний экран, абсорбер;
радиатор с аккумулирующими ребрами;
верхняя часть из обычного стекла или поликарбоната.
В конструкцию коллектора входят вентиляторы. Основное предназначение: нагнетание нагретого воздуха в жилые помещения. В процессе работы вентиляторов создается принудительная конвекция, за счет которой холодные воздушные массы поступают в блок коллектора.
Последовательность монтажа гелиосистемы для отопления от солнца
После покупки или изготовления своими руками солнечного коллектора для отопления дома можно приступать к его установке.
Монтаж начинается с установки накопительного бака емкостью 20-40 л. Можно также использовать несколько небольших резервуаров, которые соединены в последовательную цепочку с помощью труб. Бак следует утеплить во избежание быстрой потери тепловой энергии. Накопительная емкость располагается в самой высокой точке. При этом следует учитывать, что при заполнении системы жидкостью конструкция будет иметь значительный вес, что потребует усиления перекрытия в месте ее расположения.
Далее выполняется монтаж своими руками солнечного коллектора для нагрева воды, который располагается на южной стороне здания под углом относительно линии горизонта в 35-45°. Затем система обвязывается трубами, что необходимо для получения замкнутого гидравлического контура. Для этого используются дюймовые или полудюймовые элементы. Детали меньшего диаметра применяются для организации напорной части системы. Трубы должны быть заизолированы, что снизит вероятность тепловых потерь.
Чтобы коллектор качественно работал необходимо правильно произвести сборку и монтаж конструкции
По завершении монтажа выполняется испытание системы. Ее наполнение происходит через патрубок в нижней части коллектора, что исключит вероятность образования воздушных пробок. Теплоноситель поступает в накопительную емкость до достижения оптимального уровня, что регулируется с помощью поплавкового клапана. Нагретая жидкость будет подниматься в аванкамере и поступать в систему отопления. Естественная циркуляция происходит до тех пор, пока не выровняется температура жидкости, поступающей в радиатор, и той, что выходит из коллектора.
При обустройстве гидравлической системы предусматривается установка запорной арматуры, которая препятствует обратной циркуляции теплоносителя в накопитель из коллектора. Такое явление происходит при снижении температуры окружающей среды, что характерно для вечернего или ночного времени суток.
Характеристика вакуумного солнечного коллектора для отопления дома зимой
Вакуумный солнечный коллектор является довольно сложным устройством. Главный рабочий элемент представлен дорогостоящей светопоглощающей колбой с прозрачной поверхностью, в которой располагается трубка. В основу работы положен принцип термоса. Вакуумная колба пропускает солнечный свет во внутреннюю трубку, где отсутствует воздух, что позволяет сохранить до 95% тепла.
Вакуумные солнечные коллекторы. Дороже, но работают даже зимой
Нижнюю часть внутренней вакуумной трубки для солнечного коллектора занимает антифриз, который переходит в газообразное состояние при нагревании. В верхней ее части выполняется передача тепла коллектору с теплоносителем. Антифриз при этом охлаждается и конденсирует, возвращаясь в первоначальное состояние.
Вакуумный солнечный коллектор характеризуется высоким значением КПД при плохой освещенности и температуре ниже -37 °С. Он был специально разработан для северных широт и может функционировать при отсутствии прямого солнечного излучения. Для эффективной работы конструкция нуждается в постоянном уходе, который заключается в очищении ее поверхности от загрязнения.
Главным недостатком является высокая стоимость конструкции. При выходе из строя хотя бы одной трубки ремонт будет проблематичным, поскольку все изделия смонтированы последовательно.
Фотогальваника в доме: регулятор контроля нагрева воды
Для использования избыточной энергии следует использовать еще один элемент фотоэлектрической установки, который является регулятором потребления энергии. Благодаря возможности плавного регулирования он позволяет эффективно использовать избыточную фотоэлектрическую энергию и передавать ее на выбранные приемники в домашнем хозяйстве. Это позволяет, например, запускать инфракрасные обогреватели или сушилки для полотенец.
Одной из возможностей использования избыточной энергии из фотогальваники является нагрев воды, например, в бойлерах и буферных резервуарах. Для односемейного дома со средним уровнем потребления воды для его нагрева в период с апреля по октябрь достаточно только солнечной энергии. Когда фотоэлектрическая установка генерирует больше энергии, чем в настоящее время используется, регулятор направляет доступный избыток на нагревательный элемент или другой приемник, выбранный пользователем. Это позволяет достичь максимального уровня самодостаточности, сократить выбросы CO2 домохозяйством и снизить потребление энергии в основной системе подачи тепла в здание в летние месяцы. Это также способствует продлению срока его службы-в первую очередь это касается твердотопливных котлов (пеллет, экогорошок), которые после использования электрического водонагревателя с регулятором могут оставаться выключенными почти на половину года. При этом стоит иметь в виду, что эти типы отопительных приборов работают не экономично, если они предназначены только для нагрева бытовой воды.
Количество вырабатываемой энергии, которое используется непосредственно для удовлетворения собственных энергетических потребностей, составляет ок. 25-30%. Это означает, что оставшиеся 70-75% энергии отдается в сеть.
В современных теплоизолированных резервуарах для горячей воды бытового назначения нет существенного момента для получения энергии для нагрева воды, так как полученная температура сохраняется в течение нескольких десятков часов. Достижение заданной температуры контролируется регулятором с датчиком температуры. Вся система также может использоваться для регулярного нагрева воды до температуры выше 70°C, то есть термической дезинфекции, которая проводится в системе горячей воды для борьбы с бактериями Legionella.
Регулятор дополнительно защищает электрическую систему-благодаря беспрепятственному и надежному запуску приемников. Его установка и настройка не сложны. Его можно выполнить через веб-сайт.
Краткое описание конструкции
Конструкция базового корпуса выполнена из фанерного листа толщиной 12 мм, ближний экран сделан из органического стекла. Помимо этого, допускается использование обычного стекла толщиной 2,5 мм. На задней панели корпуса крепится обшивка (пенопласт или минвата толщиной 25 мм). Воздухоприемник собирается из пустой алюминиевой тары из-под пива или разных напитков. Материал перед сборкой требуется покрасить темным цветом. В результате, для этого используется матовая термоустойчивая эмаль. А вот, сторона банки (крышка) вырезается согласно технологии для улучшения эффективности теплообмена между стенками емкости и атмосферой.
Поэтому, в солнечные дни даже и при падении температуры внутри банок воздух прогревается быстро. С помощью вентилятора производится циркуляция теплых воздушных масс в помещении.
Виды
В зависимости от работы можно выделить следующие вид гелиоустановок — плоская, вакуумная, воздушная. Рассмотрим подробнее каждый их них.
Плоские
Панель является воздухонепроницаемой и состоит из нескольких элементов:
- Поглощающая пластина или абсорбер напрямую связан с теплопроводящей системой. Покрыт черной краской или специальным покрытием.
- Прозрачное покрытие сделано из поликарбоната или из закаленного стекла с низкой содержанием металлов.
- Термоизолирующий слой. Трубки теплоносителя изготавливают из меди или сшитого полиэтилена.
Принцип работы простой — абсорбер нагревается и передает тепло змеевику, в котором находится теплоноситель. Установка простая в монтаже и использовании.
Преимущества:
- невысокая стоимость;
- возможность устанавливать систему под любым углом;
- высокий КПД в теплое время года;
- не нужно вручную очищать установку от снега и инея.
Единственным весомый минус системы — высокий уровень тепловых потерь. Чтобы минимизировать потери используют утеплители, например, винвату. Однако и это не лучший способ, если температура внутри корпуса и снаружи сильно отличается. Поэтому такие установки малоэффективны для работы в холодное время года.
Вакуумный
Вакуумный или трубчатый коллектор имеет более сложную конструкцию. Панель представляет собой много стеклянных трубок, внутри которых вставлен абсорбер. Каждая трубка полностью вакуумированная, поэтому сохраняет до 97% тепла. Такие коллекторы используют круглый год, они способны эффективно работать при температуре до -37 градусов.
Преимущества:
- низкие теплопотери;
- работа при низким температурах;
- низкая парусность конструкции;
- легкий монтаж.
Недостатки:
- рабочий угол установки 20 градусов;
- необходимо чистить гелиосистемы от снега и инея.
Воздушный
- быстрый нагрев воздуха;
- не нужно использования электричества и газа.
Недостатки:
- Коллекторы работают только при солнечной погоде. При пасмурной погоде эффективность практически нулевая.
- При монтаже необходимо будет высверливать отверстия в стене или крыше, в зависимости от места установки.
Воздушные солнечные коллекторы сейчас получили широкое применение среди владельцев частных домов. Их использование является дополнительным источником отопления и вентиляции воздуха.
Готовые решения нагрева воды солнцем и их цена
Экономическое обоснование приобретения гелиосистемы зависит от нескольких критериев:
- полной стоимости, включая установку;
- теплоотдачи;
- периода окупаемости;
- срока службы.
Не все гелиосистемы одинаково эффективно работают. При использовании коллекторов, сделанных из дешевых и некачественных материалов можно столкнуться с проблемами во время эксплуатации: недостаточной производительностью и быстрым выходом оборудования из строя. Чтобы не испытать разочарования, следует покупать только проверенное временем оборудование.
Ниже приводятся несколько моделей популярных солнечных водонагревателей, которые, судя по отзывам потребителей, сделаны качественно и считаются лучшим выбором в соотношении стоимость/теплоотдача:
- Atmosfera — на базе украинской компании производителя, изготавливаются вакуумные и панельные коллекторы для всесезонного нагрева ГВС и поддержки систем отопления. Водонагреватели Атмосфера подходят для систем с принудительной циркуляцией, имеют улучшенную теплоизоляцию. В корпусе предусмотрено место для установки регулирующих датчиков.
- Особенность гелиоколлекторов Atmosfera в высокой производительности в пасмурную погоду и зимнее время года. Приобрести водонагреватель можно начиная от 20 тыс. руб.
- Sidite — китайская компания, наладившая выпуск гелиосистем и всего, что необходимо для их обслуживания и подключения. Выпускаются трубчатые и панельные солнечные водонагреватели. В ассортименте продукции присутствует огромное количество готовых решений для оснащения: коммерческих зданий, бассейнов, хостелов, многоквартирных домов, больниц и др. Водонагреватели Sidite только приобретают популярность среди отечественного потребителя.
- Vaillant auroSTEP plus — гелиоколлекторы с безупречным немецким качеством сборки и такой же традиционной ценой. За систему, достаточную чтобы обеспечить горячей водой семью на 2-3 человека, придется заплатить не меньше 200 тыс. руб. За эти деньги покупателю предоставляется полностью готовая система ГВС Vaillant auroSTEP plus, включая бойлер косвенного нагрева и контроллер.
- SunRain — еще одна модель от китайского производителя. Согласно заявленным техническим характеристикам гелиоколлекторы смогут работать при снижении температуры до –50°С. Допускается горизонтальная и наклонная установка. Водонагреватели способны работать в течение всего года. Подключаются к выносному баку. Стоимость трубчатых гелиоколлекторов SunRain от 40 тыс. руб.
- Viessmann Vitosol — линейка немецкого производителя, основная деятельность которого связана с производством водогрейного оборудования. Главные отличия от аналогичной продукции других изготовителей: безупречное качество сборки, полное соответствие заявленным характеристикам. В Viessmann Vitosol присутствует антивандальная и противоградовая системы. Поверхность стекла самоочищающаяся. Стоимость от 200 тыс. руб.
- ЯSolar — российская компания, выпускающая системы горячего водоснабжения «под ключ». В комплектацию входит: накопительный бак, контроллер, датчики нагрева, насосная станция, воздухоотводчик. Выпускаемые солнечные коллекторы ЯSolar предназначены для подключения в системы с принудительной циркуляцией. Полная стоимость комплекта от 430 тыс. руб.
Заявленный срок службы каждой из представленных моделей 35-50 лет. На первые 15 лет эксплуатации дается гарантия производителя. При всесезонной эксплуатации, в условиях коммерческого применения гелиосистема окупится за несколько лет. Если планируется использовать коллектор только летом, окупаемость наступит через 7-8 лет. Расчет экономической эффективности можно выполнить по следующему графику, показывающему зависимость теплоотдачи от времени года:
Расчет солнечного коллектора для нагрева воды осуществляется по коэффициенту потребления ГВС, используемому в СНиП. Для обеспечения потребности одного человека в горячей воде требуется от 2-4 кВт/час. В технической документации на приобретаемую гелиосистему указывается предполагаемая мощность конвектора, по которой можно узнать подходит ли понравившееся оборудование под конкретные условия эксплуатации.
Перед покупкой желательно изучить отзывы о солнечных коллекторах для нагрева воды. Из комментариев можно узнать о некоторых недостатках гелиосистем и их преимуществах, подобрать подходящую модель гелиоколлектора.
