Гелиоколлектор своими руками


Солнечный коллектор для нагрева воды своими руками: как сделать коллектор для отопления дома

Удорожание традиционных источников энергии побуждает собственников частных домов подыскивать альтернативные варианты обогрева жилья и нагрева воды. Согласитесь, финансовая составляющая вопроса отыграет не последнюю роль при выборе отопительной системы.

Один из наиболее перспективных способов энергообеспечения – преобразование солнечного излучения. Для этого задействуют гелиосистемы. Понимая принцип их устройства и механизм работы, сделать солнечный коллектор для отопления своими руками не составит большого труда.

Мы расскажем вам о конструктивных особенностях гелиосистем, предложим простую схему сборки и опишем материалы, которые можно задействовать. Этапы работ сопровождаются наглядными фотографиями, материал дополнен видео-роликами о создании и вводе в эксплуатацию самодельного коллектора.

Принцип работы и конструкционные особенности

Современные гелиосистемы – один из видов альтернативных источников получения тепла. Они применяются в качестве вспомогательного отопительного оборудования, перерабатывающего солнечное излучение в полезную владельцам дома энергию.

Они способны полностью обеспечить горячее водоснабжение и отопление в холодное время года только в южных регионах. И то, если занимают достаточно большую площадь и установлены на открытых, не затененных деревьями площадках.

Несмотря на большое количество разновидностей, принцип работы у них одинаковый. Любая гелиосистема представляет собой контур с последовательным расположением приборов, и поставляющих тепловую энергию, и передающих ее потребителю.

Основными рабочими элементами являются солнечные батареи на фотоэлементах или солнечные коллекторы.  Технология сборки солнечного генератора на фотопластинах несколько сложнее, чем трубчатого коллектора.

В этой статье мы рассмотрим второй вариант – коллекторную гелиосистему.

Солнечные коллекторы пока служат вспомогательными поставщиками энергии. Полностью переключать отопление дома на гелиосистему опасно из-за невозможности прогнозировать четкое количество солнечных дней

Коллекторы представляют собой систему трубок, соединенных последовательно с выходной и входной магистралью или выложенных в виде змеевика. По трубкам циркулирует техническая вода, воздушный поток или смесь воды с какой-либо незамерзающей жидкостью.

Циркуляцию стимулируют физические явления: испарение, изменение давления и плотности от перехода из одного агрегатного состояния в другое и др.

Принцип действия солнечных коллекторов основан на получении и накапливании солнечной энергии, сообщаемой теплоносителю (+)

Сбор и аккумуляция солнечной энергии производится абсорберами. Это либо сплошная металлическая пластина с зачерненной наружной поверхностью, либо система отдельных пластин, присоединенных к трубкам.

Для изготовления верхней части корпуса, крышки, используются материалы с высокой способностью к пропусканию светового потока. Это может быть оргстекло, подобные полимерные материалы, закаленные виды традиционного стекла.

Для того чтобы исключить потери энергии с тыльной стороны прибора в короб укладывается теплоизоляция

Надо сказать, что полимерные материалы довольно плохо переносят влияние ультрафиолетовых лучей. Все виды пластика имеют достаточно высокий коэффициент теплового расширения, что часто приводит к разгерметизации корпуса. Поэтому использование подобных материалов для изготовления корпуса коллектора стоит ограничить.

Вода в качестве теплоносителя может применяться только в системах, предназначенных для поставки дополнительного тепла в осенне/весенний период. Если планируется круглогодичное использование гелиосистемы перед первым похолоданием техническую воду меняют на смесь ее с антифризом.

В воздушных гелиосистемах в качестве теплоносителя используется воздух. Каналы для его движения можно сделать из обычного профлиста (+)

Если солнечный коллектор устанавливается для обогрева небольшого строения, не имеющего связи с автономным отоплением коттеджа или с централизованными сетями, сооружается простейшая одноконтурная система с нагревательным прибором в начале ее.

В цепочку не включают циркуляционные насосы и нагревательные устройства. Схема предельно проста, но работать она может лишь солнечным летом.

При включении коллектора в двухконтурное техническое сооружение все гораздо сложнее, но и диапазон пригодных для применения дней существенно увеличен. Коллектор обрабатывает только один контур. Преобладающая нагрузка возлагается на основной отопительный агрегат, работающий на электроэнергии или любом виде топлива.

Для изготовления солнечного коллектора можно воспользоваться готовой схемой, можно построить собственную пилотную модель и опробовать ее на практике (+)

Несмотря на прямую зависимость производительности солнечных приборов от количества солнечных дней, они востребованы, и спрос на солнечные устройства стабильно повышается. Популярны они среди народных умельцев, стремящихся направить все виды природной энергии в полезное русло.

Классификация по температурным критериям

Существует достаточно большое количество критериев, по которым классифицируют те или иные конструкции гелиосистем. Однако для приборов которые можно сделать своими руками и использовать для горячего водоснабжения и отопления, наиболее рациональным будет разделение по виду теплоносителя.

Так, системы могут быть жидкостными и воздушными. Первый вид чаще применим.

Кроме этого часто используют классификацию по температуре, до которой могут нагреваться рабочие узлы коллектора:

  1. Низкотемпературные. Варианты, способные нагревать теплоноситель до 50ºС. Применяются для подогрева воды в емкостях для полива, в ванных и душевых в летнее время и для повышения комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.
  2. Среднетемпературные. Обеспечивают температуру теплоносителя в 80ºС. Их можно использовать для обогрева помещений. Эти варианты наиболее подходят для обустройства частных домов.
  3. Высокотемпературные. Температура теплоносителя в таких установках может доходить до 200-300ºС. Используются в промышленных масштабах, устанавливаются для обогрева производственных цехов, коммерческих зданий и др.

В высокотемпературных гелиосистемах используется довольно сложный процесс передачи тепловой энергии. К тому же они занимают внушительное пространство, чего не может позволить себе большинство наших любителей загородной жизни.

Процесс изготовления их трудоемок, реализация требует специализированного оборудования. Самостоятельно сделать подобный вариант гелиосистемы практически невозможно.

Высокотемпературные солнечные батареи на фотоэлектрических преобразователях в домашних условиях сделать довольно сложно

Собственноручное изготовление коллектора

Изготовление солнечного прибора собственными руками – увлекательный процесс, приносящий массу выгод. Благодаря ему можно рационально применять бесплатное солнечное излучение, решить несколько важных хозяйственных задач. Разберем специфику создания плоского коллектора, поставляющего в отопительную систему нагретую воду.

Поглощающая панель сделана из сотового поликарбоната, покрытого черной краской. Верхний и нижний края панели, т.е. отрытые торцы каналов поликарбонатного листа, вставлены в разрезанные вдоль канализационные трубы К краям труб приклеены уголки, необходимые для подключения трубопровода. В идеале их лучше приварить утюгом – сварочным аппаратом для полимерных труб. Продольные разрезы по трубам залиты клеевым пистолетом Аккумулирующие трубки, выполненные из канализационных труб, оснащаются теплоизоляцией. Перед этим клей по швам и вокруг уголков разравнивается либо паяльником, либо строительным феном Поглощающая панель вместе с приклеенными к ней трубками укладывается на пенопласт или другой жесткий утеплитель. Сверху конструкция перекрыта поликарбонатом, загнутым по краю Для сборки рамы закупается металлический профиль подходящего размера. При расчете ширины учитывается толщина жесткой теплоизоляции В заготовках для сборки рамы, раскроенных из профиля по размеру поглощающей панели, прорезаются отверстия для вывода точек подключения коллектора Сборка деталей рамы производится шурупами, предназначенными для работы с этим профилем Для того чтобы коллектор был направлен под оптимальным углом к солнцу, сооружается стойка из пиломатериалов или металлопроката Шаг 1: Поглощающая панель самодельного солнечного коллектораШаг 2: Способ подключения к аккумулирующей трубкеШаг 3: Теплоизоляция для аккумулирующих трубок коллектораШаг 4: Сборка прибора для использования солнечной энергииШаг 5: Металлический профиль для устройства рамыШаг 6: Отверстия для выхода точек подключения к водопроводуШаг 7: Соединение элементов рамы солнечного коллектораШаг 8: Изготовление стойки для собранного солнечного коллектора

Материалы для самостоятельной сборки

Наиболее простой и доступный материал для самостоятельной сборки корпуса солнечного коллектора – деревянный брусок с доской, фанерой, плитами ОСП или подобными вариантами. В качестве альтернативы можно применить стальной или алюминиевый профиль с аналогичными листами. Металлический корпус обойдется несколько дороже.

Материалы должны соответствовать требованиям, которые предъявляются к конструкциям, используемым на открытом воздухе. Срок эксплуатации солнечного коллектора варьируется от 20 до 30 лет.

А значит, материалы должны обладать определенным набором эксплуатационных характеристик, которые позволят использовать конструкцию в течении всего срока.

Самый недорогой и простой вариант материалов для изготовления корпуса – применение пиломатериалов и стружечных плит

Если корпус выполнять из дерева, то долговечность материала можно обеспечить путем пропитки водно-полимерными эмульсиями и покрытием лакокрасочными материалами.

Основным принципом, которым следует руководствоваться при проектировании и сборке солнечного коллектора, является доступность материалов в отношении цены и возможности приобрести. То есть, их можно либо найти в свободной продаже, либо самостоятельно изготовить из доступных подручных средств.

Нюансы устройства теплоизоляции

Для предотвращения потерь тепловой энергии на дно короба монтируется изоляционный материал. Это может быть пенопласт либо минеральная вата. Современная промышленность выпускает достаточно обширную номенклатуры изоляционных материалов.

Для утепления короба можно использовать фольгированные варианты утеплителей. Таким образом можно обеспечить и теплоизоляцию и отражение солнечных лучей от фольгированной поверхности.

Если в качестве изоляционного материала используется жесткая плита пенопласта или пенополистирола, для укладки змеевика или системы труб можно вырезать канавки. Обычно абсорбер коллектора укладывается на теплоизоляцию сверху и накрепко фиксируется к днищу корпуса способом, зависящим от использованного в изготовлении корпуса материала.

Теплоизоляция служит для уменьшения потерь тепловой энергии через дно корпуса. Прибор в металлическом корпусе изготавливать без теплоизоляции нерационально (+)

Теплоприемник солнечного коллектора

Это абсорбирующий элемент. Он представляет собой систему труб, в которых происходит нагрев теплоносителя, и деталей, выполненных чаще всего из листовой меди. Оптимальным материалов для изготовления теплоприемника считаются медные трубы.

Домашние мастера изобрели более дешевый вариант – спиральный теплообменник из полипропиленовых труб.

Интересное бюджетное решение – абсорбер гелиосистемы из гибкой полимерной трубы. Для соединения с устройствами на входе и выходе применяются подходящие фитингиВыбор подручных средств, из которых можно изготовить теплообменник солнечного коллектора, достаточно широк. Это может быть теплообменник старого холодильника, полиэтиленовые водопроводные трубы, стальные панельные радиаторы и пр.

Важным критерием эффективности выступает теплопроводность материала, из которого изготовлен теплообменник.

Для самостоятельного изготовления оптимальным вариантом является медь. Она обладает теплопроводностью, которая составляет 394 Вт/м². У алюминия этот параметр варьируется от 202 до 236 Вт/м².

Медные трубы считаются наиболее оптимальным вариантом для изготовления теплоприемника по теплотехническим качествам и износоустойчивости

Однако большая разница в параметрах теплопроводности между медными и полипропиленовыми трубами вовсе не означает, что теплообменник с медными трубами будет выдавать в сотни раз большие объемы горячей воды.

При равных условиях производительность теплообменника из медных труб будет на 20% эффективнее, нежели производительность металлопластиковых вариантов. Так что теплообменники, изготовленные из полимерных труб, имеют право на жизнь. К тому же такие варианты обойдутся гораздо дешевле.

Вне зависимости от материала труб, все соединения как сварные, так и резьбовые, должны быть герметичны. Трубы можно располагать как параллельно друг к другу, так и в виде змеевика.

Схема по типу змеевика уменьшает количество соединений – это снижает вероятность протечек и обеспечивает более равномерное движение потока теплоносителя.

Верх короба, в котором находится теплообменник, закрывается стеклом. В качестве альтернативы можно использовать современные материалы, типа акрилового аналога или монолитного поликарбоната. Светопрозрачный материал может быть не гладким, а рифленым или матовым.

В классическом варианте короб с коллектором закрывается закаленным стеклом, оргстеклом, поликарбонатом или подобным материалом. Народные умельцы приноровились вместо стекла использовать полиэтилен

Такая обработка снижает отражающие способности материала. Кроме того, этот материал должен выдерживать значительные механические нагрузки.

В промышленных образцах подобных гелиосистем используется специальное солярное стекло. Такое стекло характеризуется низким содержанием железа, что обеспечивает меньшие потери тепловой энергии.

Накопительный бак или аванкамера

В качестве накопительного бака можно использовать любую емкость с объемом от 20 до 40 литров. Подойдет ряд несколько меньших по объему резервуаров, соединенных трубами в последовательную цепочку. Накопительный бак рекомендовано утеплять, т.к. нагретая на солнце вода в емкости без изоляции будет быстро терять тепловую энергию.

По сути, теплоноситель в отопительной гелиосистеме должен циркулировать без аккумуляции, т.к. полученную от него тепловую энергию нужно расходовать в период получения. Накопительная емкость скорее выполняет функцию распределителя нагретой воды и аванкамеры, поддерживающей стабильность давления в системе.

Накопительная емкость в гелиосистемах работает в качестве распределителя воды и резервуара, поддерживающего давление (+)

Этапы сборки гелиосистемы

После изготовления коллектора и подготовки всех составляющих конструкционных элементов системы можно приступать к непосредственному монтажу.

Один из вариантов устройства змеевика из полипропиленовых труб с фитингами и тройниками поможет быстро собрать солнечный коллектор (+)

Работа начинается с установки аванкамеры, которую, как правило, размещают в самой высокой из возможных точке: на чердаке, отдельно стоящей вышке, эстакаде и т.д.

При монтаже следует учесть, что после заполнения жидким теплоносителем системы, эта часть конструкции будет иметь внушительный вес. Поэтому следует убедиться в надежности перекрытия или усилить его.

После установки емкости приступают к установке коллектора. Этот конструкционный элемент системы располагают на южной стороне. Угол наклона относительно линии горизонта должен составлять от 35 до 45 градусов.

После установки всех элементов их обвязывают трубами, соединяя в единую гидравлическую систему. Герметичность гидравлической системы является важным критерием, от которого зависит эффективная работа солнечного коллектора.

По схеме сборки гелиосистемы для поставки воды в летний душ можно соорудить конструкцию, чтобы подогревать воду для полива или создавать комфортные условия прохладными вечерами (+)

Для соединения конструктивных элементов в единую гидравлическую систему используются трубы с диаметром дюйм и полдюйма. Меньший диаметр используется для устройства напорной части системы.

Под напорной частью системы понимается ввод воды в аванкамеру и вывод нагретого теплоносителя в систему отопления и горячего водоснабжения. Остальная часть монтируется при помощи труб большего диаметра.

Для предотвращения потерь тепловой энергии трубы следует тщательно изолировать. Для этой цели можно использовать пенопласт, базальтовую вату либо фольгированные варианты современных изоляционных материалов. Накопительная емкость и аванкамера также подлежат процедуре утепления.

Наиболее простым и доступным вариантом теплоизоляции накопительной емкости является сооружение вокруг нее короба из фанеры или досок. Пространство между коробом и емкостью следует заполнить утепляющим материалом. Это может быть шлаковата, смесь соломы с глиной, сухие опилки и пр.

Гелисистема устанавливается так, чтобы солнечные коллекторы были расположены на самой освещенной стороне дома или участка (+)

Испытание перед вводом в эксплуатацию

После монтажа всех элементов системы и утепления части конструкций можно приступать к заполнению системы жидким теплоносителем. Первоначальное наполнение системы следует производить через патрубок, расположенный в нижней части коллектора.

То есть, наполнение осуществляют снизу в верх. Благодаря таким действиям можно избежать вероятного образования воздушных пробок.

Вода или другой жидкий теплоноситель поступает в аванкамеру. Процесс наполнения системы заканчивается тогда, когда из дренажной трубы аванкамеры начинает литься вода.

При помощи поплавкового клапана можно отрегулировать оптимальный уровня жидкости в аванкамере. После наполнения системы теплоносителем он начинает нагреваться в коллекторе.

Процесс повышения температуры происходит даже в пасмурную погоду. Нагретый теплоноситель начинает подниматься в верхнюю часть накопительного бака. Процесс естественной циркуляции происходит до тех пор, пока температура теплоносителя, который поступает в радиатор, не выровняется с температурой носителя, выходящего из коллектора.

При расходе воды в гидравлической системе будет срабатывать поплавковый клапан, находящийся в аванкамере. Таким образом, будет поддерживаться постоянный уровень. При этом холодная вода, поступающая в систему, будет находится в нижней части емкости накопителя. Процесс перемешивания холодной и горячей воды практически не происходит.

В гидравлической системе надо предусмотреть установку запорной арматуры, которая будет препятствовать обратной циркуляции теплоносителя из коллектора в накопитель. Это происходит в том случае когда температура окружающей среды опускается ниже, чем температура теплоносителя.

Такую запорную арматуру, как правило, используют в ночное и вечернее время.

Подводку к местам потребления горячей воды осуществляют при помощи стандартных смесителей. Обычные одинарные краны лучше не использовать. В солнечную погоду температура воды может доходить до 80°С – пользоваться такой водой напрямую неудобно. Таким образом, смесители позволят существенно сэкономить горячую воду.

Производительность такого солнечного водонагревателя можно повысить путем добавления дополнительных секций коллекторов. Конструкция вполне позволяет монтировать от двух до неограниченного количества штук.

Производительность гелиосистемы увеличивается путем установки большего количества солнечных коллекторов

В основе такого солнечного коллектора для отопления и горячего водоснабжения лежит принцип парникового эффекта и так называемый термосифонный эффект. Парниковый эффект используется в конструкции нагревательного элемента.

Солнечные лучи беспрепятственно проходят через прозрачный материал верхней части коллектора и преобразуются в тепловую энергию.

Тепловая энергия оказывается в замкнутом пространстве благодаря герметичности короба секции коллектора. Термосифонный эффект используется в гидравлической системе, когда нагретый теплоноситель поднимается вверх, при этом вытесняя холодный теплоноситель и заставляя его двигаться в зону нагрева.

Благодаря термосифонному эффекту в системе происходит стабильная и непрерывная естественная циркуляция теплоносителя

Производительность солнечного коллектора

Основным критерием, который влияет на производительность гелиосистем, является интенсивность солнечного излучения. Количество падающего на определенную территорию потенциально полезного солнечного излучения называется инсоляцией.

Величина инсоляции в разных точках земного шара варьируется в достаточно широких пределах. Для определения средних показателей этой величины существуют специальные таблицы. Они отображают среднюю величину солнечной инсоляции для того или иного региона.

Данные по солнечной инсоляции в определенном регионе можно получить из специальных карт и таблиц (+)

Кроме величины инсоляции на производительность системы влияет площадь и материал теплообменника. Еще одним фактором, влияющим на производительность системы, является объем накопительного бака. Оптимальная емкость бака рассчитывается, исходя из площади адсорберов коллектора.

В случае с плоским коллектором это общая площадь труб, которые находятся в коробке коллектора. Эта величина, в среднем значении, равняется 75 литрам объема бака, на один м² площади трубок коллектора. Накопительная емкость является своеобразным тепловым аккумулятором.

Цены на заводские приборы

Львиная доля финансовых затрат на сооружение подобной системы приходится на изготовление коллекторов. Это не удивительно, даже в промышленных образцах гелиосистем около 60% стоимости приходится на этот конструкционный элемент. Финансовые затраты будут зависеть от выбора того или иного материала.

Надо отметить, что подобная система не в состоянии отопить помещение, она лишь поможет сэкономить на затратах, помогая подогреть воду в системе отопления. Учитывая довольно большие затраты энергии, которые расходуются на нагрев воды, солнечный коллектор, интегрированный в систему отопления, существенно снижает подобные издержки.

Солнечный коллектор довольно просто интегрируется в систему отопления и горячего водоснабжения (+)

Для ее изготовления используются довольно простые и доступные материалы. К тому же подобная конструкция является полностью энергонезависимой и не нуждается в техническом уходе. Уход за системой сводится к периодическому осмотру и очистке стекла коллектора от загрязнений.

Дополнительная информация по организации солнечного отопления в доме представлена в этой статье.

Выводы и полезное видео по теме

Процесс изготовления элементарного солнечного коллектора:

Как собрать и ввести в эксплуатацию гелиосистему:

Естественно, самостоятельно сделанный солнечный коллектор не сможет конкурировать с промышленными моделями. Используя подручные материалы, довольно сложно добиться высокого КПД, которым обладают промышленные образцы. Но и финансовые затраты будут гораздо меньше по сравнению с приобретением готовых установок.

Тем не менее, самодельная солнечная система отопления существенно повысит уровень комфорта и сократит расходы на энергию, которая вырабатывается традиционными источниками.

Имеете опыт в сооружении солнечного коллектора? Или остались вопросы по изложенному материалу? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями. Оставлять комментарии можно в форме, расположенной ниже.

sovet-ingenera.com

Своими руками: Солнечный коллектор для дачи

Нажмите «Вставить», чтобы добавить статью на ваш сайт или блог.

Многие из нас главным неудобством жизни на даче считают отсутствие централизованной подачи горячей воды: ни помыться с комфортом, ни посуду помыть… Выход, конечно, есть — приобрести оборудование для нагрева воды. Но большинство таких устройств требуют либо электроэнергии, либо газа, либо другого топлива, и их эксплуатация обходится недешево. Для домика «летнего проживания», где мы бываем исключительно в выходные несколько месяцев в году — трата сомнительная.

Однако на каждой даче есть бесплатный источник энергии

— это солнце. А коллектор для его использования можно сделать своими руками.

Что такое гелиоколлектор Гелиоколлектор — это прибор для преобразования солнечной энергии в тепловую. Многие путают солнечную батарею и гелиоколлектор. Однако отличаются они принципиально: первая преобразовывает солнечную электроэнергию в электрическую, а второй — в тепловую. Часто оба устройства используют вместе — как, например, в новозеландском доме на фото выше.

Гелиоколлекторы, конечно же, продаются: если покупка вписывается в ваш бюджет дачника, не нужно «городить огород» — просто купите и подключите прибор. Стоимость простейшего солнечного нагревателя начинается примерно от 30 тысяч рублей и зависит от многих факторов, разобраться в которых вы можете самостоятельно.

На фото: солнечный вакуумный коллектор SCH-14-20 для круглогодичного применения. Фото с сайта gelioservice.ruЭтот материал мы адресуем тем, кто не подумал о покупке заранее и уехал из города на дальнюю дачу в н-скую глушь. А теперь пытается решить вопрос при помощи подсобных материалов и хозяйственного магазина из ближайшего городка.

Технических параметров заводского оборудования гелиоколлектор-самоделка вряд ли достигнет, но польза от него очевидна: вода на вашей даче станет теплой почти даром.

На фото: в этом австралийском энергосберегающем доме гелиоколлектор используется для нагрева воды

Солнечный нагреватель для воды

Солнечная энергия нагревает пластину-абсорбер, которая передает тепло воде, протекающей по трубкам. С помощью гелиоколлектора можно нагреть воду до 50 градусов и выше, что достаточно для мытья посуды или гигиенических процедур.

Из чего состоит:

Плата абсорбера. Чем больше площадь абсорбера, тем больше тепла можно получить. Обычно в самодельных приборах площадь абсорбера составляет 2–3 кв.м. Плату лучше делать из материала с большой теплопроводностью — меди, можно алюминия или стали.

Для эффективного теплосъема важен контакт трубок с платой. Лучше всего использовать пайку, но можно и просто хорошо прижать элементы с помощью крепежа.

Трубки. Лучше — из теплопроводных материалов (медь, латунь, алюминий), но можно использовать и полимерные, правда, результат будет хуже.

Иллюстрация с сайта isolar.ru

Теплоизоляция дна и стенок коллектора снижает тепловые потери в атмосферу. Ее задача — передать максимальное количество тепла воде в трубках. В качестве теплоизоляции обычно используют традиционные стеновые утеплители толщиной 20-50 мм.

Стекло. Можно нагреть плату с трубками, но прохладный ветер осенью или весной сдует большую часть полученного тепла (вспомним автомобильный радиатор с вентилятором). Прозрачная изоляция, то есть собственно стекло, уменьшает тепловые потери.

Кожух. Для изготовления рамы по периметру коллектора применяют самые разные материалы — антисептированные доски, пластиковые и деревянные рамы от старых окон, алюминиевые профили и т.д. Для днища используют многослойную фанеру, ОСБ, доски и другие подручные материалы.

Иллюстрация с сайта du-alex.ru

Важно: Физика процесса нагрева платы и трубок такова, что многое зависит от их поверхности. Часть солнечной энергии поглощается (это хорошо для дальнейшей передачи ее воде), но затем часть полученного тепла за счет излучения (эмиссии) теряется (это плохо для нагрева воды). Поэтому при изготовлении гелиоколлектора своими руками лучше не поскупиться на селективную черную краску или даже специальное покрытие. Конечно, эффект от обычной термостойкой черной краски тоже будет, но меньше (помните, в советские времена таким образом красили автомобильные баки на крышах летнего душа?).

Иллюстрация с сайта specsiz.wordpress.com

Как нагреть воду в баке?

Итак, с помощью абсорбера мы получаем в коллекторе тепло. Как передать его в накопительный бак, чтобы использовать воду для мытья посуды и принятия душа? Для этого используют различные системы циркуляции воды.

Контур — один или два:

  • В одноконтурной системе нагретая вода сама (она легче холодной) поднимается в бак (он должен быть выше) и она же отбирается для бытовых нужд. Простейшая автоматика в виде поплавка туалетного бачка доливает холодную воду.
Это самая простая схема с высоким КПД, но при минусовых температурах появляются проблемы с замерзанием воды.
  • В системах с двумя контурами в контуре солнечного коллектора находится специальный теплоноситель (обычно незамерзающая нетоксичная жидкость с антикоррозионными и антивспенивающими присадками), а тепловая энергия от теплоносителя передается воде в баке-накопителе с помощью теплообменника (спиральная труба — «змеевик»).
Такие системы могут работать при минусовых температурах, но периодически, как в автомобиле, надо менять «незамерзайку». Иллюстрация с сайта hdinterior.ru

Циркуляция — естественная или принудительная:

  • Для движения воды (теплоносителя) от коллектора к баку может использоваться естественная циркуляция — простая и дешевая, но у нее целый ряд минусов: малая эффективность в пасмурные дни, потери тепла из-за низкой скорости движения воды, необходимость размещения бака-накопителя выше коллектора, неуправляемая работа с возможностью перегрева бака.
  • Более совершенны системы с принудительной циркуляцией теплоносителя с помощью циркуляционных насосов. При такой схеме увеличивается эффективность работы системы, бак может устанавливаться в любом удобном месте, возможны круглогодичная работа и применение элементов автоматики в управлении. Но все это — дополнительные расходы на оборудование и электропитание насоса.
Совет: Для максимального эффекта плоскость гелиоколлектора должна находиться перпендикулярно лучам солнца. В средней полосе России гелиоколлекторы обычно наклоняют на 50–60 градусов.

На фото: автор этого гелиоколлектора подошел к его созданию основательно. Он использовал медные трубки, медную фольгу, пайку соединений и чернение меди путем создания на поверхности слоя оксида меди 2 (CuO) c помощью небезопасных химических растворов. Такой гелиоколлектор, конечно, не бесплатный и делается не за один день, но и послужит, скорее всего, не один год. Фото с сайта solar-battery.com.ua

На фото: механическое соединение трубок вместо пайки значительно ускорит производство коллектора. Фото с сайта avtonomny-dom.ru

На фото: тот же прибор с покрывным стеклом. Гелиоколлектор используется для подогрева воды в плавательном бассейне. Фото с сайта morevdome.com

Фото с сайта techsad.com

Теплообменник можно сделать не только из металлических трубок, подойдут и пластины из сотового полипропилена с уже готовыми каналами для воды между двумя плоскостями. Для подачи воды снизу и отбора нагретой воду сверху используются полипропиленовые трубы диаметра дюйм с четвертью. Главное в такой конструкции — качественная склейка специальными клеями и герметизация всех узлов.

Фото с сайта avtonomny-dom.ru

На фото — пример гелиоколлектора из шланга. Любой дачник знает, что на солнце вода в поливочном шланге нагревается до приличной температуры. Особенно если купить шланг черного цвета или покрасить его термостойкой черной краской.

Для справки: Шланг диаметром 16 мм и длиной 150 метров вмещает около 30 литров воды.

На фото: гелиоколлектор из пластиковых шлангов и бутылок. Шланги красят черной краской, бутылки создают «парниковый эффект» и увеличивают эффективность системы. Фото с сайта recn.ru

Иллюстрация с сайта handmadehome.ru

Солнечный нагреватель для воздуха

Солнечную энергию можно использовать для подогрева не только воды, но и воздуха. Такой подогретый воздух можно подавать в теплицу, закрытый бассейн или в жилой дом — как дополнение к основной системе отопления.

На рисунке ниже — схема применения воздушного гелиоколлектора для частичного отопления дома. Важно понимать, что объемная теплоемкость воздуха несравнима с теплоемкостью воды, и для переноса ощутимого количества тепла потребуются гораздо большие сечения труб.

Иллюстрация выше — с сайта chordoma.ru; слева — с сайта avtonomny-dom.ruИз чего состоит:Воздушный гелиоколлектор состоит практически из тех же частей, что и водный. Здесь также важны покрывные стекла, черный цвет абсорбера и его максимальная площадь. Только вместо воды здесь, как понятно из названия, нагревается воздух.

Факт: При качественном изготовлении и соответствующих габаритах солнечный коллектор может производить в среднем около 1

–2 кВт энергии для отопления. В основном это зависит от того, насколько солнечная погода в данный момент.

Фото с сайта trinixy.ru

При изготовлении самодельного воздушного солнечного коллектора для отопления дома можно использовать цепочки из склеенных между собой алюминиевых банок с пробитыми донышками для прохода воздуха.

Такая конструкция из-за малой массы не может накапливать тепловую энергию, которую она производит. Если ночью прохладно, то коллектор лучше закрыть, иначе дом будет остывать. Сделать это можно с помощью заслонок.

На фото — еще один вариант воздушного коллектора: на основе гибких армированных вентиляционных воздуховодов, окрашенных соответствующим способом. Фото с сайта solarsistem.ru

ВАША ОЧЕРЕДЬ…

Возможно, вам приходилось использовать покупной плоский или вакуумный солнечный коллектор для отопления дома зимой? А может, вы изготовили для дачи солнечный коллектор своими руками? Расскажите (и покажите), что у вас получилось — поделитесь своим опытом в разделе комментариев

www.houzz.ru

Гелиоколлектор: что это такое, как сделать своими руками?

Гелиоколлектор своими руками

Многие мечтают отапливать свой дом нескончаемой энергией солнца. Однако из-за дорогой стоимости гелиосистем, мечты так и остаются мечтами. А ведь при правильном подходе, можно сделать гелиоколлектор  своими руками. Конечно же, он не сможет отапливать дом зимой, но вот работать для подогрева воды 5-7 месяцев в году, вполне способен.

Самодельный гелиоколлектор состоит из нескольких частей: абсорбера, циркуляционного насоса, накопительной емкости для аккумулирования тепла. В конструкции буфера имеется отдельный змеевик, не соединённый с системой отопления и ГВС. Именно ему тепло и передаётся от солнечного коллектора, а потом и теплоносителю.

Что такое гелиоколлектор и из чего он состоит?

Гелиоколлектор — он же солнечный коллектор, специальное устройство, которое даёт возможность использовать солнечную энергию для отопления дома или нагревания воды. Заводские солнечные коллекторы, в отличие от самодельных, умеют работать даже в пасмурную погоду из-за особой конструкции.

На сегодняшнее время существует несколько разновидностей солнечных коллекторов: трубчатые, воздушные и плоские. Солнечный коллектор является основным элементом гелиосистемы, которая состоит из:

  1. Гелиоколлектора — солнечного коллектора;
  2. Накопительной емкости — буфера для сбора и хранения тепла;
  3. Циркуляционных насосов — чтобы принудительно осуществлять перекачку теплоносителя в системе;
  4. Контроллера управления — «мозгов» гелиосистемы, которые следят за температурой теплоносителя и другими параметрами её работы.

Выше были перечислены основные конструктивные элементы гелиосистем.

При изготовлении самодельного солнечного коллектора, от некоторых из них, можно смело отказаться.

Из чего сделать солнечный коллектор

Чтобы сделать самодельный солнечный коллектор, потребуется подготовить следующее:

  • Старый водонагревательный бак на 100 л;
  • Медную трубу, 10-15 метров длиной, диаметром не менее 12 мм;
  • Кусок листовой стали, которая будет использоваться в качестве абсорбера для сбора солнечного тепла;
  • Обрезную доску 25 мм и фанеру для изготовления корпуса солнечного коллектора;
  • Кусок стекла, толщиной 4-5 мм.

Из инструментов для сборки солнечного гелиоколлектора, потребуются:

  • Ножовка по дереву;
  • Болгарка;
  • Диск по металлу;
  • Стеклорез;
  • Саморезы по дереву;
  • Кусок тонкой жести.

Также, чтобы утеплить солнечный коллектор, понадобится такой утеплитель, как минеральная вата. Ее можно заменить листами пенопласта или пенополистирола.

Обязательно понадобится и силиконовый герметик с монтажной пеной, которые придется использовать для заделки стыков в корпусе солнечного коллектора.

Как сделать гелиоколлектор своими руками

Итак, в первую очередь понадобится собрать корпус солнечного коллектора в виде прямоугольника с небольшими бортами, около 10 см высотой. Корпус должен иметь двойное дно, для укладки теплоизоляционного материала, который поможет предотвратить остывание гелиоколлектора.

Затем по размерам корпуса вырезается кусок листовой стали 1-2 мм. Наружная поверхность листа окрашивается в черный цвет. Кусок стали, как было сказано выше, будет выполнять роль абсорбера солнечного коллектора. Перед тем, как укладывать лист стали в каркас, на его поверхности следует закрепить змеевик из медной трубки.

Для крепления трубы к листу металла лучше всего использовать самодельные клипсы или проволоку. При этом очень важно, чтобы труба максимально плотно прилегала к поверхности листа, Таким образом, теплоотдача всегда будет хорошей. Медную трубу для изготовления солнечного коллектора своими руками, можно заменить профильной трубой из стали, тогда её нужно будет прихватить при помощи электросварки прямо к листу.

После изготовления абсорбера для солнечного коллектора, его можно укладывать в заранее утепленный каркас, после чего следует накрыть всю конструкцию толстым стеклом. О том, как резать стекло правильно, читайте в предыдущем выпуске строительного журнала samastroyka.ru. Сверху и снизу солнечного коллектора нужно не забыть и предусмотреть монтаж резьб, к которым будут подключены трубы гелиосистемы.

Соединять трубы с резьбами лучше всего низкотемпературным способом пайки медных труб с использованием мягкого припоя. После того, как солнечный коллектор собран, можно приступать к решению, не менее важного вопроса — переделывать водонагреватель под гелиоколлектор.

Переделка водонагревателя под солнечный коллектор

Передача солнечной энергии в гелиоколлекторе осуществляется через теплоноситель, который попадая в теплообменник буферной емкости, подогревает находящуюся в ней воду. Такой подход имеет массу достоинств, поскольку, только так возможно использовать в гелиоколлекторе не обычную воду, а специальную жидкость (антифриз), а трубы теплообменника меньше всего подвержены засорам.

Чтобы переделать водонагреватель на 100 литров под солнечный коллектор, потребуется снять фланец и вытянуть трубчатый нагреватель. Затем из медной трубы, по диаметру входного отверстия, следует намотать теплообменник из медной трубы. Определенная сложность в переделке водонагревателя, может возникнуть лишь с уплотнением отверстий, через которые будут выходить медные трубы теплообменника. Для их герметизации можно воспользоваться «холодной сваркой» или подобным ей средством.

Итак, солнечный коллектор почти готов. Осталось лишь подсоединить трубы идущие от него к водонагревателю (буферной емкости), после чего установить циркуляционный насос между ними и гелиоколлектором. Теперь, при наполнении водой гелиосистемы, насос беспрерывно будет перекачивать теплоноситель по кругу, отбирая тепло от абсорбера солнечного коллектора, и передавая его теплообменнику, который в свою очередь, начнёт нагревать воду в бойлере.

samastroyka.ru

Виды, возможности применения и изготовление гелиоколлектора своими руками

Гелиоколлектор представляет собой ключевой элемент системы, преобразующей солнечную энергию в тепло. В основу функционала узла заложена возможность поглощения энергии инфракрасного и видимого диапазона солнечных лучей и передачи теплоносителю. Последний позволяет направить полученную энергию на бытовые нужды.

Конструктивные особенности и принцип работы

Гелиосистемы воплощаются как набор оборудования, предназначенного для добычи тепловой энергии из солнечной. Рабочими компонентами являются:

  • солнечные коллекторы;
  • насос;
  • аккумулирующий бак;
  • управляющий контроллер.

Теплообменник заключен в бак-аккумулятор, заполненный водой, здесь происходит передача тепла от нагретой рабочей жидкости. Во время монтажа аккумулятора следует предусмотреть возможность дополнительного нагрева, например, посредством газового котла. Эта мера позволит восполнить недостаток мощности коллектора при пасмурной погоде.

Насос обеспечивает циркуляцию теплоносителя (рабочей жидкости) между баком и гелиоколлектором. Управляющий контроллер координирует деятельность основных узлов и защищает схему от перегрева.

Входящая в конструкцию медная панель укреплена высокоселективным материалом. Для изготовления корпуса чаще всего используется алюминий. Ударопрочное стекло, предусмотренное в современных моделях, содержит в составе минимум металла.

Виды гелиоколлекторов, их плюсы и минусы

Основными конструктивными типами оборудования являются плоские, воздушные и вакуумные.

Плоские

Данный вид солнечных коллекторов получил самое широкое распространение, он представлен тонкими прямоугольными панелями. Изделия имеют основу в виде несущего каркаса, на который со стороны нижней стенки и боковин нашита теплоизоляция, также присутствует абсорбер, поглощающий солнечную энергию, он объединен с теплопроводом. Последний собирается из медных трубок (выбор материала обусловлен высокой теплопроводностью данного металла). Снаружи абсорбер защищен с помощью закаленного стекла. Конструкция предусматривает патрубки, обеспечивающие ввод и вывод теплоносителя.

Плоский гелиоколлектор

Инфракрасные и видимые солнечные лучи активно нагревают абсорбер. Образуемая в процессе энергия направляется в теплоноситель, последний впоследствии отходит к рабочим элементам системы. Чаще всего в качестве проводника используется вода. В тех регионах, где температура опускается ниже нуля, помимо воды применяются и другие жидкости, устойчивые к замерзанию в суровых климатических условиях.

Плюсы решения:

  • универсальность использования;
  • эффективность эксплуатации;
  • возможность применения круглогодично;
  • высокая надежность;
  • неприхотливость к условиям установки и обслуживанию;
  • длительный рабочий ресурс.

Среди недостатков приводят низкий КПД и непригодность к локальному ремонту: при повреждении придется заменить панель новой.

Вакуумные

Также относятся к числу популярных вариаций, представлены в виде плоских и трубчатых изделий. Главным рабочим элементом здесь служит тепловая труба, образуемая двумя цилиндрами с разными диаметрами. Они помещены один в другой так, чтобы образовался вакуумный зазор.

Вакуумный гелиоколлектор имеет корпус с несколькими тепловыми трубами, они объединены в верхнем сегменте с теплопроводом. Солнечные лучи нагревают наружные абсорбирующие трубки, что приводит к повышению температуры специальной жидкости, заключенной в узкие медные трубки. После достижения определенной отметки жидкость испаряется, газообразные массы при этом движутся вверх, энергия в итоге передается теплоносителю. Далее пар конденсируется и по мере охлаждения жидкость перемещается вниз. Процедура циклична.

Преимущества вакуумных устройств:

  • круглогодичная работоспособность;
  • универсальность;
  • высокий КПД.

Слабые стороны:

  • небольшой эксплуатационный ресурс – требуется время от времени заменять трубки;
  • массивность агрегата;
  • уязвимость перед механическими воздействиями – герметичность трубок может быть нарушена в результате попадания под град, к примеру.
Вакуумный гелиоколлектор

Подобная система не предназначена для эксплуатации в регионах, климат в которых предполагает минусовые температуры, так как на приемной поверхности возникает иней, накапливается снег.

Воздушные

Считаются недостаточно эффективными, так как они не способны самостоятельно удовлетворять нужды коттеджей. Принцип их действия основывается на перемещении наружного воздуха через щели в коллекторе, предусмотренные снаружи абсорбера, в результате потоки нагреваются, далее воздух через отверстия во внутреннем слое корпуса проникает в помещение. Нагревание абсорбера происходит благодаря окружающей температуре.

Достоинства варианта:

  • отсутствие необходимости в профилактических работах;
  • примитивная конструкция;
  • длительный эксплуатационный ресурс.

Большие габариты являются существенным недостатком, также нужно принимать во внимание низкий КПД решения. Чтобы увеличить производительность, рекомендуется внедрить в схему подачи воздуха вентилятор. Но и в этом случае невозможно добиться 100% удовлетворения потребности дома в тепловой энергии.

Критерии выбора

Инженерный расчет базируется на следующих факторах:

  • площадь и толщина стен дома, их географическая ориентированность;
  • роза ветров;
  • жилая и общая площадь строения;
  • размещение жилых зон;
  • климатические условия;
  • тип внедренной сантехники;
  • количество потребителей горячей воды.

Оптимальное решение – если солнечный нагреватель для воды будет способен обеспечить хотя бы 75% запросов жилого строения. Обычно для семьи из 3-4 человек приобретают плоский гелиоколлектор с рабочей площадью 5-6 кв. м или вакуумный в пределах 2,5-3,5 кв. м. Данный показатель увеличивается, если в доме есть бассейн.

Современные модели рассчитаны на создание не более 50% энергии для обогрева в холодные месяцы и до 80% потребностей в дежурном отоплении (поддержание минимальной температуры в период отсутствия владельцев). Чтобы микроклимат в доме всегда был комфортным, придется на 100-150% увеличить площадь солнечной системы, но даже при этом коллектор нагреет воду не сильнее 35-40°С. Поэтому его обычно используют в тандеме с низкотемпературным отоплением в виде теплых полов или специальных радиаторов.

Также следует учитывать фактор целесообразности: солнечный коллектор оправдает себя лишь в том случае, если коттедж находится в значительном отдалении от магистральных линий электро- и газоснабжения. Покупка и монтаж гелиоколлектора повлекут значительные финансовые траты, превышающие стоимость подключения к близлежащим сетям.

Особенности эксплуатации устройств

Существующие типы гелиоколлекторов способствуют использованию солнечной энергии круглогодично. Но производительности агрегатов будет достаточно для отопления дома только в периоды межсезонья. Зимой придется дополнительно воспользоваться традиционными источниками тепла (печами и котлами на жидком, твердом топливе, электричестве). Тем не менее, гелиоколлекторы помогут уменьшить расходы на энергоносители.

Устройства объединяются в группы в зависимости от потребностей.

Следует учитывать, что температура и объем горячего водоснабжения и отопления зависят от уровня потребления воды, погоды, то есть интенсивность нагрева будет каждый день разной.

В качестве теплоносителя специалисты рекомендуют использовать нетоксичные антифризы, позволяющие эксплуатировать оборудование в холодные месяцы, увеличить рабочий ресурс схемы.

Как собрать гелиоколлектор своими руками

Для самостоятельного изготовления солнечного коллектора могут пригодиться такие материалы, как оконные рамы, зеркала или медные трубы. Вне зависимости от технологии самоделки первым этапом всегда является определение оптимальных габаритов оборудования.

Расчет площади гелиоколлектора

Все вычисления можно свести к следующему алгоритму:

  1. Зафиксировать на бумаге количество потенциальных потребителей тепла и горячего водоснабжения.
  2. Рассчитать примерный объем горячей воды, который будет использован каждым жильцом.
  3. Полученные цифры будут равнозначны объему накопительного бака, который будет внедрен в систему.

Дальнейшие действия зависят от того, в северном или южном регионе расположено строение – в соответствии с этим выбирают угол наклона панелей. Также при расчете учитывают, что солнечная активность не является постоянной величиной: в пасмурные и облачные дни продуктивность гелиоколлектора будет ниже.

Вариация из плоских зеркал

Здесь нецелесообразно применение обычных стеклянных зеркал ввиду их тяжеловесности и хрупкости. Подойдут алюминиевые листы, прошедшие полировку, или тонкая, аналогично обработанная нержавейка. Каркас собирают из алюминиевого уголка (он легкий и достаточно прочный), также необходимо предусмотреть систему слежения за солнечной активностью на двигателе. Из уголка собирают решетку, с помощью болтов прикручивают зеркала. На штангах фиксируют теплообменник.

Коллектор с теплообменником из меди

В этом случае используются медные трубки, флюс, газовая горелка, свинцово-оловянный припой. Решение оптимально в том случае, когда крыша покрыта темной битумной черепицей или черным рубероидом – они служат абсорбером. Изготавливается рама, на которой фиксируется стекло, такой каркас создает свободное воздушное пространство между крышей и теплообменником.

На трубы наносится разметка, по которой нарезают куски, формируют отверстия. При соединении медных элементов их оснащают фитингами и заглушками. Теплообменник проверяют на отсутствие протечек и подключают к водопроводу. Конструкцию красят в черный и покрывают прозрачным защитным шифером.

Гелиоколлектор своими руками

Изделие из оконной рамы

Деревянная рама послужит корпусом для гелиоколлектора, в одной части вместо стекла его забивают фанерой. Конструкцию открывают книжкой и покрывают теплоизолятором слоем не менее 3 см, по периметру устанавливают утеплительную резинку. Изолятор накрывают оцинковкой, выкрашенной в черный, которая послужит абсорбером.

Сверху устанавливают с помощью хомутов змеевидный теплообменник. Далее изделие накрывают второй частью, в которой осталось стекло, и затягивают винтами. Чтобы увеличить КПД, изделие монтируют на крышу перпендикулярно падению солнечных лучей, со сменой времен года угол наклона регулярно меняют. Весной и осенью солнце не поднимается высоко, поэтому можно разместить раму вертикально.

Варианты подключения системы

Схемы монтажа бывают летними и зимними. Первая категория подразумевает использование коллектора для обеспечения горячего водоснабжения на основе естественной циркуляции. Это самая простая возможность подключения самодельного оборудования, оптимальная для летнего душа, но ее можно использовать и дома, если установить бак внутри. При естественной циркуляции горячая жидкость движется вверх, поэтому коллектор должен находиться ниже бака, расстояние между ними не должно превышать 1 м. Рабочие элементы объединяются с помощью труб с диаметром от ¾ дюйма.

Зимняя схема может быть использована для горячего водоснабжения, отопления или комбинированного решения. Теплообменники заполняют антифризом, в систему внедряют бак косвенного нагрева с медным змеевиком и утеплением. При обустройстве горячего водоснабжения применяют расширительный бак.

pechiexpert.ru


Смотрите также

 
ООО "ЭлитСтрой" - производство и продажа пеноблоков
Карта сайта.XML.