Системы вентиляции и кондиционирования
Назад

Солнечный коллектор своими руками для отопления – водяной и воздушный

Опубликовано: 21.03.2020
Время на чтение: 17 мин
0
3

Принцип работы солнечных нагревателей

Прежде чем браться за изготовление самодельной гелиосистемы, стоит изучить устройство солнечных коллекторов заводского изготовления – воздушных и водяных. Первые используются для прямого отопления помещений, вторые применяются в качестве нагревателей воды либо незамерзающего теплоносителя — антифриза.

Главный элемент гелиосистемы – сам солнечный коллектор, предлагаемый в 3 вариантах исполнения:

  1. Плоский водяной нагреватель. Представляет собой герметичный короб, утепленный снизу. Внутри расположен тепловой приемник (абсорбер) из металлического листа, на котором закреплен медный змеевик. Сверху элемент закрыт прочным стеклом.
  2. Конструкция воздухонагревательного коллектора аналогична предыдущему варианту, только по трубкам вместо теплоносителя циркулирует воздух, нагнетаемый вентилятором.
  3. Устройство трубчатого вакуумного коллектора кардинально отличается от плоских моделей. Аппарат состоит из прочных стеклянных колб, куда помещены медные трубки. Их концы подсоединяются к 2 магистралям – подающей и обратной, воздух из колб откачан.

Дополнение. Существует и другая разновидность вакуумных водяных нагревателей, где стеклянные колбы наглухо запаяны и наполнены специальным веществом, испаряющимся при невысокой температуре. При испарении газ поглощает большое количество теплоты, передаваемое воде. В процессе теплообмена вещество снова конденсируется и стекает на дно колбы, как показано на картинке.

Как работает вакуумный коллектор
Устройство вакуумной трубки прямого нагрева (слева) и колбы, работающей за счет испарения / конденсации жидкости

Перечисленные типы коллекторов используют принцип прямой передачи теплоты солнечного облучения (иначе – инсоляции) протекающей жидкости или воздуху. Плоский водонагреватель работает так:

  1. Через медный теплообменник со скоростью 0.3—0.8 м/с движется вода либо антифриз, прокачиваемый циркуляционным насосом (хотя бывают и самотечные модели для уличного душа).
  2. Лучи солнца разогревают абсорбирующий лист и плотно соединенную с ним трубу змеевика. Температура протекающего теплоносителя поднимается на 15—80 градусов в зависимости от сезона, времени суток и уличной погоды.
  3. Чтобы исключить тепловые потери, дно и боковые поверхности корпуса утеплены пенополиуретаном либо экструзионным пенополистиролом.
  4. Прозрачное верхнее стекло выполняет 3 функции: защищает селективное покрытие абсорбера, не позволяет ветру обдувать змеевик и создает герметичную воздушную прослойку, удерживающую тепло.
  5. Горячий теплоноситель поступает в теплообменник накопительного бака – буферной емкости или бойлера косвенного нагрева.

Поскольку температура воды в контуре аппарата колеблется вместе с изменением времен года и суток, солнечный коллектор не может использоваться для отопления и ГВС напрямую. Полученная от солнца энергия передается основному теплоносителю через змеевик бака — аккумулятора (бойлера).

Эффективность трубчатых аппаратов повышена за счет вакуума и внутренней отражающей стенки в каждой колбе. Лучи солнца свободно проходят сквозь безвоздушную прослойку и греют медную трубку с антифризом, но тепло не может преодолеть вакуум и выйти наружу, поэтому потери минимальны. Другая часть излучения попадает в отражатель и фокусируется на водяной магистрали. По заверениям производителей, КПД установки достигает 80%.

Устройство гелиосистемы в загородном коттедже
Когда вода в баке нагрета до нужной температуры, солнечные теплообменники переключаются на бассейн с помощью трехходового клапана

Отопление воздушной гелиосистемой

Солнечный коллектор своими руками для отопления – водяной и воздушный

Установка подогрева воздуха делается аналогичным образом, только теплообменник выполняется из труб большего диаметра, а нагнетание обеспечивает вентилятор. Приемник излучения умельцы изготавливают из таких материалов:

  • алюминиевая гофра для вентиляции;
  • пластиковые бутылки, вставленные одна в другую;
  • пивные банки с вырезанным дном.

Для начала следует разобраться в том, какой принцип работы использует солнечный водонагреватель. Во внутреннем устройстве блока присутствуют следующие узлы:

  • корпус;
  • абсорбер;
  • теплообменник, внутри которого будет циркулировать теплоноситель;
  • отражатели для фокусировки солнечных лучей.

Заводской коллектор для нагрева воды от солнца работает следующим образом:

  • Абсорбция тепла — солнечные лучи проходят сквозь стекло, расположенное поверх корпуса, либо через вакуумные трубки. Внутренний абсорбирующий слой, контактирующий с теплообменником окрашен селективной краской. При попадании солнечных лучей на абсорбер выделяется большое количество тепла, которое собирается и используется для нагрева воды.
  • Теплопередача — абсорбер расположен в тесном контакте с теплообменником. Аккумулируемое абсорбером и передаваемое теплообменнику тепло нагревает жидкость, движущуюся по трубкам к змеевику внутри бака теплонакопителя. Циркуляция воды в водонагревателе осуществляется принудительным или естественным способом.
  • ГВС — используется два принципа подогрева горячей воды:
    1. Прямой нагрев — горячая вода после нагрева попросту сбрасывается в теплоизолированную емкость. В моноблочной гелиосистеме в качестве теплоносителя используется обычная бытовая вода.
    2. Второй вариант — обеспечение ГВС с пассивным водонагревателем по принципу косвенного нагрева. Теплоноситель (часто антифриз) под давлением направляется в теплообменник гелиоколлектора. После нагрева разогретая жидкость подается в накопительный бак, внутри которого встроен змеевик (играющий роль нагревательного элемента), окруженный водой для системы горячего водоснабжения.
      Теплоноситель разогревает змеевик, посредством чего и передает тепло воде, находящейся в емкости. При открытии крана нагретая вода из теплоаккумулирующей ёмкости поступает к точке водоразбора. Особенность гелиосистемы с косвенным нагревом в способности работать в течение всего года.

Принцип работы, используемый в дорогостоящих заводских гелиосистемах, копируется и повторяется в коллекторах, изготавливаемых своими руками.

Рабочие конструкции солнечных водонагревателей имеют схожее устройство. Только изготавливаются из подручных материалов. Существуют схемы производства коллекторов из:

  • поликарбоната;
  • вакуумных трубок;
  • ПЭТ бутылок;
  • пивных банок;
  • радиатора холодильника;
  • медных трубок;
  • ПНД и ПВХ труб.

Солнечный коллектор своими руками для отопления – водяной и воздушный

Судя по схемам, современные «Кулибины» отдают предпочтение самодельным системам с естественной циркуляцией, термосифонного типа. Особенность решения в том, что накопительную емкость располагают в верхней точке ГВС. Вода самотеком циркулирует в системе и подается потребителю.

Изготавливают из сотовых панелей, отличающихся хорошими теплоизоляционными свойствами. Толщина листов от 4 до 30 мм. Выбор толщины поликарбоната зависит от необходимой теплоотдачи. Чем толще лист и ячейки в нем, тем больше воды сможет нагреть установка.

Чтобы самому сделать гелиосистему, в частности самодельный солнечный водонагреватель из поликарбоната, понадобятся следующие материалы:

  • две штанги с нарезанной резьбой;
  • пропиленовые уголки, на фитингах должно быть наружное резьбовое соединение;
  • пластиковые трубы ПВХ: 2 шт, длина 1,5 м, диаметр 32;
  • 2 заглушки.

Трубы укладывают в корпус параллельно. Подключают к ГВС через отсекающие краны. Вдоль трубы делают тонкий надрез, в который можно вставить лист поликарбоната. Благодаря принципу термосифона вода будет самостоятельно поступать в желобки (ячейки) листа, нагреваться и уходить в накопитель, расположенный вверху всей системы нагрева. Для герметизации и фиксации листов, вставленных в трубу, используют силикон, стойкий к термическому воздействию.

Чтобы увеличить теплоэффективность коллектора из сотового поликарбоната, лист покрывают любой селективной краской. Нагрев воды после нанесения селективного покрытия ускоряется приблизительно в два раза.

В этом случае не получится обойтись исключительно подручными средствами. Для изготовления солнечного коллектора придется купить вакуумные трубки. Их продают компании, занимающиеся обслуживанием гелиосистем и непосредственно производители гелиоводонагревателей.

Для самостоятельного производства лучше выбирать колбы с перьевыми стержнями и тепловым каналом heat-pipe. Трубки легче монтировать и менять в случае необходимости.

Также нужно приобрести блок-концентратор для вакуумного солнечного коллектора. При выборе обращают внимание на производительность узла (определяется по количеству трубок, которые можно одновременно подключить к устройству). Раму изготавливают самостоятельно, собирая деревянный каркас. Экономия при изготовлении в домашних условиях, с учетом приобретения готовых вакуумных трубок, составит не менее 50%.

Солнечный коллектор своими руками для отопления – водяной и воздушный

Для приготовления потребуется около 30 шт. ПЭТ бутылок. При сборке удобнее использовать тару одинакового размера на 1 или 1,5 л. На подготовительном этапе с бутылок снимают этикетки, поверхность тщательно промывают. Кроме пластиковой тары понадобится следующее:

  • 12 м шланга для полива растений, диаметром 20 мм;
  • 8 Т-образных переходников;
  • 2 колена;
  • рулон тефлоновой пленки;
  • 2 шаровых крана.

При изготовлении солнечных коллекторов из пластиковых бутылок внизу основания делают отверстие, равное диаметру горлышка, куда вставляют резиновый шланг, либо ПВХ трубу. Коллектор собирают в 5 рядов по 6 бутылок на каждой линии.

В ясный день уже через 15 мин. вода нагреется до температуры 45°С. Учитывая высокую производительность солнечный водонагреватель из пластиковых бутылок имеет смысл подключить к накопительной емкости в 200 л. Последнюю хорошо утепляют для предотвращения теплопотерь.

Алюминий отличается хорошими теплотехническими характеристиками. Не удивительно, что металл используют для изготовления радиаторов отопления.

Алюминиевые банки можно применять при изготовлении самодельных гелиосистем. Для производства не подойдут банки из жести и любого другого металла.

Для одной гелиопанели будут необходимы следующие комплектующие:

  • банки, около 15 шт. на линию, в корпус вмещается 10-15 рядов;
  • теплообменник — используется коллектор из резинового шланга, или пластиковых труб;
  • клей для склеивания банок между собой;
  • селективная краска.

Поверхность банок окрашивается в темный цвет. Короб накрывают толстым стеклом или поликарбонатом.

Солнечный коллектор из алюминиевых банок чаще изготавливают для воздушного отопления. При использовании водяного теплоносителя снижается теплоэффективность устройства.

Еще одно популярное решение, требующее минимальных затрат времени и средств. Солнечный коллектор делают из радиатора старого холодильника. Змеевик уже окрашен в черный цвет. Достаточно только уложить решетку в деревянный корпус с изоляцией и подключить его к ГВС, при помощи пайки.

"Летний" вариант подключения коллектора

Существует вариант изготовления из конденсатора кондиционера. Для этого несколько радиаторов соединяют в единую сеть. Если существует возможность приобрести дешево около 8 шт. конденсаторов, изготовление коллектора вполне возможно.

Медь отличается хорошими теплотехническими свойствами. При изготовлении медного солнечного коллектора используют:

  • трубы диаметром 1 1/4", используемые при монтаже систем отопления и горячего водоснабжения;
  • трубы на 1/4", используемые в системах кондиционирования;
  • газовая горелка;
  • припой и флюс.

Корпус радиаторной решетки собирается из медных труб с большим диаметром. В поверхности просверливают отверстия равные 1/4". В полученные пазы вставляют трубы соответствующего диаметра. Радиатор закрывают стеклом или поликарбонатом. Медь окрашивают селективной краской.

При производстве гелиосистем используют практически любой подручный материал. Существуют решения, позволяющие изготовить коллектор из гофрошланга, резинового шланга, используемого для полива растений.

Из металлопластиковой трубы гелиосистемы не делают из-за резиновых уплотнителей фитингов, не выдерживающих сильного нагрева. При интенсивном солнечном излучении нагрев в коллекторе достигает 300°С. При перегреве уплотнительные прокладки обязательно дадут течь.

Существует возможность изготовления солнечного коллектора из гофрированной нержавеющей трубы. Популярность решения обусловлена скоростью и простотой монтажа. Гофротруба из нержавейки укладывается кольцами или змейкой. Недостаток, относительная дороговизна нержавеющей гофрированной трубы.

Несмотря на существующие варианты, описанные выше, наиболее популярными остаются солнечные коллекторы из пропиленовых и ПНД труб. У каждого варианта есть свои преимущества:

  • Солнечный коллектор из ПНД трубы — для изготовления выбирают материал, устойчивый к нагреванию. Продается большое количество фитингов, облегчающих сборку теплоаккумулирующего радиатора. Трубы из полиэтилена низкого давления изначально имеют черный или темно-синий цвет, поэтому не требуют окрашивания.
  • Солнечный коллектор из ПВХ труб — популярность решения в простоте монтажа конструкции, осуществляемого с помощью пайки. Наличие большого количества уголков, тройников, американок и других фитингов облегчает процесс сборки. С помощью пайки можно создать теплообменник коллектора любой конфигурации.

Все описанные трубы с той или иной эффективностью используются в качестве сердечника при изготовлении самодельного гелиоколлектора из пластиковых бутылок и алюминиевых банок.

Высокоэффективный коллектор имеет высокую степень поглощения солнечной энергии. Лучи попадают на темную поверхность, после чего нагревают ее. Чем меньше излучения отталкивается от абсорбера солнечного коллектора, тем больше тепла остается в гелиосистеме.

Изготавливаем водяной коллектор

Водонагреватель вакуумного типа сделать в домашних условиях не выйдет по понятным причинам. Поэтому беремся за плоскую конструкцию с теплообменником и собирающим солнечные лучи абсорбером. В идеале нужно рассчитать площадь приемника и температуру воды на выходе, зависящую от многих факторов:

  • регион проживания и уровень инсоляции;
  • температура окружающей среды, особенно в зимний период;
  • площадь теплообменной поверхности, воспринимающей облучение солнцем;
  • материал и покрытие змеевика;
  • температура теплоносителя на входе;
  • угол наклона панели по отношению к солнечным лучам;
  • скорость течения воды по трубам теплообменника.

Пример. За основу принимается факт: в ясный день на 1 м² поверхности попадает 500—800 Вт энергии солнца. Дальше по школьной формуле m = Q / 1.163 х Δt определяем массу воды, нагретую на 40 °С теплообменником 1 м²: 500 / 1,163 х 40 = 10.7 литра в час. При инсоляции 800 Вт/м² удастся нагреть 17.2 л/ч.

Коллектор из шланга и оконных рам
Приемник тепла из ПНД труб (слева) и бухт садового шланга, помещенных внутрь оконных рам (справа)

Мы предлагаем упрощенный подход к вопросу, изложенный в пошаговой инструкции:

  1. Определите место и площадь, которую вы готовы отдать под коллектор.
  2. Ориентируясь по ценам на материалы, выберите подходящий вариант для сборки змеевика и корпуса.
  3. Изготовьте опытный образец, подключите к отоплению либо водоснабжению по правильной схеме. Способы обвязки мы покажем в следующих разделах данной статьи.
  4. Испытайте греющий контур в домашних условиях и сделайте дальнейшие выводы о наращивании / уменьшении мощности, изменении конструкции и так далее.

Теперь пройдем каждый этап по отдельности, заостряя внимание на подводных камнях.

Собственно, вариантов расположения самодельного коллектора всего два: на крыше здания либо открытой площадке придомового участка. Выбирая место, соблюдайте простые правила:

  1. Площадка должна быть максимально освещена в течение дня, не затеняться деревьями и другими хозяйственными постройками.
  2. При установке на крышу выбирается более пологий скат, куда всегда попадает солнечное излучение. Понятно, что крутая часть ломаной мансардной кровли не подойдет.Расположение солнечных батарей
  3. Водогрейную установку, предназначенную для отопления либо горячего водоснабжения, не относите далеко от жилища. Увеличится длина подающих трубопроводов, теплопотери и стоимость монтажа.
  4. Наземный коллектор ориентируйте таким образом, чтобы солнце, визуально движущееся с востока на запад, постоянно освещало теплоприемник. Угол установки панели – 60±15°.

Солнечные установки, рассчитанные на подогрев воды в летнем душе, располагаются на крыше этого строения и присоединяются по самотечной схеме. Устройства для нагрева бассейнов размещаются рядом с чашей резервуара.

Выбор материалов

Зимняя схема с использованием принципа косвенного нагрева

Подборку комплектующих для изготовления солнечных водонагревателей своими руками мы сделали на основании отзывов и тем, обсуждаемых на популярном форуме Forumhouse. Итак, прямоугольный короб приемника обычно делается из деревянного бруса либо готовых рам старых окон. Задняя стенка корпуса утепляется базальтовой ватой, пенопластом или экструдированным пенополистиролом.

Теплообменники домашние умельцы изготавливают из разнообразных труб:

  • полиэтиленовые черные (ПНД);
  • гофрированная нержавейка;
  • медные и алюминиевые;
  • полипропилен и металлопластик;
  • сшитый полиэтилен;
  • панельные стальные радиаторы.
Как собрать раму теплоприемника
Примеры самодельных теплоприемников из медных и стальных профильных труб

С точки зрения эффективности и долговечности лучше применять трубки из алюминия, меди и нержавеющей стали, обладающие наилучшей теплопроводностью. Недостаток материала – высокая цена.

Пластиковые трубы значительно дешевле металлических и проще в монтаже. Но при использовании полимеров нужно учитывать ряд нюансов:

  • любые пластмассы постепенно разрушаются под воздействием ультрафиолетового излучения;
  • стенки труб ППР слишком толстые, плохо проводят тепло;
  • качественный металлопластик слишком дорог для наших целей, а дешевый нередко расслаивается на изгибах и быстро разрушается на солнце;
  • сшитый полиэтилен «запоминает» первоначальный изгиб в бухте, из него удобно делать кольцевой змеевик, а выпрямить непросто;
  • трубы ПНД нужно покупать пищевой серии (с синей полосой), она лучше защищена от ультрафиолета.
Теплоприемник из сотового поликарбоната
Сквозь соты поликарбоната можно пропустить воду, нагреваемую солнцем. К торцу листа припаивается коллектор – полимерная труба

Тонкостенные трубы ПНД – отличный выбор по соотношению цена/качество. Черная поверхность хорошо поглощает солнечное тепло, соединительные фитинги стоят недорого. К абсорберу трубопровод крепится пластиковыми хомутами либо жестяной полосой на саморезах.

В качестве абсорбирующего листа можно применить обычную или нержавеющую сталь, окрашенную в черный цвет. Идеальный вариант – листовой алюминий либо медь.

Верх короба закрывается следующими прозрачными материалами на выбор:

  • обычное или армированное стекло;
  • прозрачная полиэтиленовая пленка;
  • тонкий сотовый поликарбонат.
Как обтянуть водонагреватель пленкой
Пленка — самый дешевый вариант покрытия. Одна беда: тонкий полиэтилен разрушается на морозе

Процесс изготовления солнечного коллектора настолько очевиден, что расписывать пошаговые инструкции не имеет смысла. Задача – смастерить максимально герметичную камеру, установив внутри теплообменник на металлическом абсорбере. Мы просто дадим ряд советов, дабы уберечь вас от ошибок:

  1. Трубы теплообменника можно укладывать продольно либо спиралью (улиткой). Расстояние между соседними линиями (витками) делайте небольшим – от 1 до 4 см.
  2. Воздухонепроницаемость корпуса достигается промазыванием стыков силиконовым герметиком либо прокладыванием резиновых уплотнителей.Сборка теплообменника из медных трубок
  3. Трубки крепятся к основанию любым удобным способом – пластмассовыми хомутиками, металлической полосой либо просто фиксируются по бокам саморезами.
  4. Вся внутренняя полость окрашивается термостойкой эмалью черного цвета (продается в аэрозольных баллончиках).
  5. Толщина теплоизоляционного слоя на задней стенке водонагревателя – минимум 50 мм.
  6. Сверху проще всего натянуть прозрачную пленку — это лучший вариант для опытного экземпляра. Впоследствии ее нетрудно заменить стеклом.Покраска абсорбера черным термостойким составом

После сборки панели теплоприемника заполните змеевик водой и проверьте на герметичность. Затем проведите испытания солнечного коллектора — подключите вывода к баку, установите панель на солнце и периодически измеряйте температуру воды, учитывая время нагрева. На основе реальных показателей несложно выяснить производительность водонагревателя.

Предлагаем ознакомиться  Как правильно обвязать батарею отопления
, , , , ,
Поделиться
Похожие записи
Комментарии:
Комментариев еще нет. Будь первым!
Имя
Укажите своё имя и фамилию
E-mail
Без СПАМа, обещаем
Текст сообщения
Adblock detector