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

Рост стоимости традиционных источников энергии подталкивает частных домовладельцев к поиску альтернативных вариантов отопления своих домов и нагрева воды. Согласитесь, финансовая составляющая проблемы сыграет немаловажную роль при выборе системы отопления.

Одним из наиболее перспективных методов энергоснабжения является преобразование солнечной радиации. Для этого используются солнечные системы. Разобравшись в принципе их устройства и механизме работы, сделать солнечный коллектор для отопления своими руками не составит труда.

Мы расскажем об особенностях конструкции солнечных систем, предложим простую схему сборки и опишем материалы, которые можно использовать. Этапы работы сопровождаются наглядными фотографиями, материал дополнен видеороликами о создании и вводе в эксплуатацию самодельного коллектора.

Принцип работы и особенности конструкции

Современные солнечные системы являются одним из видов альтернативных источников генерации тепла. Они используются как дополнительное отопительное оборудование, преобразующее солнечное излучение в полезную энергию для домовладельцев.

Полностью обеспечить горячей водой и отоплением в холодное время года они способны только в южных регионах. И тогда, если они занимают достаточно большую площадь и устанавливаются на открытых участках, не затененных деревьями.

Несмотря на большое количество разновидностей, принцип работы у них одинаковый. Любая солнечная система – это схема с последовательным расположением устройств, которые подают тепловую энергию и передают ее потребителю.

Основные рабочие элементы – солнечные батареи с фотоэлементами или солнечные коллекторы. Технология сборки солнечного генератора на фотопластинках немного сложнее, чем у трубчатого коллектора.

В этой статье мы рассмотрим второй вариант – коллекторную солнечную систему.

Солнечные коллекторы по-прежнему служат вспомогательными поставщиками энергии. Полностью переключать отопление дома на солнечную систему опасно из-за невозможности прогнозировать четкое количество солнечных дней

Коллекторы представляют собой систему труб, последовательно соединенных с подающей и всасывающей сетью или расположенных в виде змеевика. По трубам циркулирует техническая вода, воздушный поток или смесь воды с любым антифризом.

Циркуляция стимулируется физическими явлениями: испарением, изменениями давления и плотности при переходе от одного агрегатного состояния к другому и т.д.

Принцип работы солнечных коллекторов основан на приеме и хранении солнечной энергии, подаваемой в теплоноситель (+)

Сбор и хранение солнечной энергии происходит через поглотители. Это цельная металлическая пластина с почерневшей внешней поверхностью или система отдельных пластин, прикрепленных к трубам.

Для изготовления верхней части корпуса, крышки используются материалы с высокой способностью пропускать световой поток. Это может быть оргстекло, аналогичные полимерные материалы, закаленное традиционное стекло.

Для исключения потерь энергии с тыльной стороны устройства в короб помещается теплоизоляция

Надо сказать, что полимерные материалы плохо переносят воздействие ультрафиолетовых лучей. Все виды пластиков имеют достаточно высокий коэффициент теплового расширения, что часто приводит к разгерметизации корпуса. Поэтому использование таких материалов для изготовления корпуса коллектора должно быть ограничено.

Воду в качестве теплоносителя можно использовать только в системах, предназначенных для дополнительного тепла осенью / весной. Если планируется использовать гелиосистему круглый год, перед первой волной холода техническую воду меняют на ее смесь с антифризом.

Солнечные воздушные системы используют воздух в качестве теплоносителя. Каналы для его перемещения можно сделать из обычного профлиста (+)

Если солнечный коллектор устанавливается для обогрева небольшого здания, не имеющего подключения к автономному отоплению коттеджа или к централизованным сетям, строится простая одноконтурная система с отопительным прибором вначале.

В цепочку не входят циркуляционные насосы и отопительные приборы. Схема предельно простая, но работать она может только солнечным летом.

Когда коллектор входит в двухконтурную техническую конструкцию, все намного сложнее, но значительно увеличивается диапазон подходящих для использования дней. Коллектор обрабатывает только один контур. Преобладающая нагрузка возлагается на основной отопительный агрегат, работающий на электричестве или на любом виде топлива.

Для изготовления солнечного коллектора можно использовать готовую схему, можно построить собственный опытный образец и опробовать его на практике (+)

Несмотря на прямую зависимость производительности солнечных устройств от количества солнечных дней, они востребованы, и спрос на солнечные устройства постоянно растет. Они популярны у народных мастеров, которые стремятся направить все виды природной энергии в одно полезное русло.

Температурная классификация

Существует достаточно большое количество критериев, по которым классифицируется та или иная конструкция солнечных систем. Однако для устройств, которые можно изготовить своими руками и использовать для горячего водоснабжения и отопления, наиболее рациональным будет разделение по типам теплоносителя.

Следовательно, системы могут быть жидкостными и воздушными. Чаще всего применяется первый тип.

Галерея изображенийФото из Элементарный воздухосборник можно сделать из гофрированной трубы. Вам также понадобится жесткая изоляция, покрытая пленкой и фанерой или OSB для корпуса. На дно коробки, сжатое вместе размером примерно 0,9 x 0,9 м, укладывается теплоизоляция фольгой по направлению к высоте. Затем вся система покрывается черной краской из пульверизатора, в торцевых стенках ящика просверливаются отверстия для выхода вентиляционных отверстий. Трубу можно прокладывать с любым количеством витков, это занимает около 10 м. Конструкция должна быть защищена от атмосферной пыли и воды: для изготовления крышки коллектора из гофрированной трубы подходит обычное стекло, поликарбонат, оргстекло или другой аналогичный материал. Шаг 2: Покраска солнечного устройства в черный цвет Шаг 3: Установка воздухозаборников Шаг 4: Изготовление крышки для солнечного устройства

Кроме того, часто используется классификация, основанная на температуре, до которой могут нагреваться рабочие узлы коллектора:

  1. Низкая температура. Опции, способные нагревать теплоноситель до 50 ° С. Применяются для нагрева воды в емкостях для орошения, ванных комнат и душевых в летнее время, а также для повышения комфортности прохладными весенне-осенними вечерами.
  2. Средняя температура. Обеспечивают температуру теплоносителя 80 ° С. Их можно использовать для обогрева помещений. Эти варианты больше подходят для обустройства частных домов.
  3. Высокая температура. Температура теплоносителя в таких установках может достигать 200-300 ° С. Используется в промышленных масштабах, устанавливается для обогрева производственных цехов, коммерческих зданий и т.д.

В солнечных системах при высоких температурах используется довольно сложный процесс передачи тепловой энергии. К тому же они занимают внушительное пространство, которое не по карману большинству наших любителей загородной жизни.

Процесс изготовления трудоемкий, для их выполнения требуется специализированное оборудование. Самостоятельно изготовить подобный вариант солнечной системы практически невозможно.

сделать высокотемпературные солнечные панели на фотоэлектрических преобразователях в домашних условиях довольно сложно

Ручная работа коллекционера

Изготовление солнечного прибора своими руками – увлекательный процесс, который приносит много пользы. Благодаря ему можно рационально использовать бесплатное солнечное излучение, решить несколько важных экономических задач. Разберем специфику создания плоского коллектора, подающего нагретую воду в систему отопления.

Галерея изображенийФото из Впитывающая панель изготовлена ​​из альвеолярного поликарбоната, покрытого черной краской. Верхний и нижний края панели, т.е открытые концы каналов из листа поликарбоната, вставляются в разрезанные по длине канализационные трубы, к краям труб приклеиваются углы, необходимые для подключения трубопровода. В идеале их лучше паять утюгом – сварочным аппаратом для полимерных труб. Продольные разрезы вдоль труб заполняются клеевым пистолетом. Накопительные трубы из канализационных труб снабжены теплоизоляцией. Перед этим клей по швам и по углам разравнивается паяльником или строительным феном. Впитывающая плита вместе с приклеенными к ней трубами укладывается на пенопласт или другой жесткий утеплитель. Верхняя часть конструкции обшивается поликарбонатом, загибается по краю. Для сборки каркаса приобретается металлический профиль подходящего размера. При расчете ширины учитывается толщина жесткой теплоизоляции. В заготовках для сборки каркаса, вырезанных из профиля по размеру впитывающей панели, просверливаются отверстия для выхода мест соединения монтируется коллектор солнце, стеллаж из дерева или металлического ламината Шаг 1: Абсорбционная панель самодельного солнечного коллектора Шаг 2: Способ подключения к накопительной трубе Шаг 3: Теплоизоляция накопительных труб коллектора Шаг 4 : Сборка устройства для использования солнечной энергии Шаг 5: Металлический профиль для каркасного устройства Шаг 6: Отверстия для отвода воды Точки подключения воды Шаг 7: Соединение элементов каркаса солнечного коллектора Шаг 8: Изготовление опоры для собранного солнечного коллектора

Материалы для самостоятельной сборки

Самый простой и дешевый материал для самостоятельной сборки корпуса солнечного коллектора – брусок с доской, фанера, панели OSB или аналогичные варианты. В качестве альтернативы можно использовать стальной или алюминиевый профиль с аналогичными листами. Металлический корпус будет стоить немного дороже.

Материалы должны соответствовать требованиям, предъявляемым к конструкциям, используемым на открытом воздухе. Срок службы солнечного коллектора от 20 до 30 лет.

Это означает, что материалы должны обладать определенным набором эксплуатационных характеристик, которые позволят использовать конструкцию в течение всего периода.

Самый дешевый и простой вариант материалов для изготовления кузова – это использование бруса и ДСП

Если корпус из дерева, долговечность материала может быть обеспечена пропиткой эмульсиями полимеров на водной основе и покрытием лакокрасочными покрытиями.

Главный принцип, которым следует руководствоваться при проектировании и сборке солнечного коллектора, – это доступность материалов по отношению к цене и доступности. То есть их можно найти в свободной продаже или их можно изготовить независимо от имеющихся под рукой инструментов.

Галерея изображенийФото из Есть много импровизированных средств, подходящих для изготовления змеевика солнечного коллектора, например, трубы из ПВХ или ПП с угловыми фитингами. При строительстве старого холодильника Медная труба – дорогой, но эффективный выбор. Его нужно гнуть, чтобы не создавать лишнего гидравлического сопротивления в коленях. Из использованных металлических банок выйдет практически бесплатный и довольно эффективный воздухосборник Классика жанра для экономных хозяев – пластиковые бутылки, которые в изобилии встречаются в любом загородном доме. Используйте темные пластиковые бутылки в вашем солнечном коллекторе, они будут намного лучше нагревать охлаждающую жидкость. Наиболее трудоемким и материалоемким вариантом является змеевик из алюминиевых или стальных труб, который требует осторожного сгибания и сварки. Трубка из жесткого ПВХ с фитингами в производстве из гибкой трубы ПНД Теплоприемник от теплообменника старого холодильника Гнутая медная труба Нет в банке солнечного коллектора Пластиковые бутылки в конструкции коллектора Устройство для отвода лучей от темных пластиковых бутылок Теплоприемник из гнутой металлической трубки или

Нюансы устройства теплоизоляции

Во избежание потерь тепловой энергии на дно ящика монтируется изоляционный материал. Это может быть пенополистирол или минеральная вата. Современная промышленность выпускает достаточно широкий ассортимент изоляционных материалов.

Для утепления коробки можно использовать варианты изоляционной пленки. Следовательно, можно обеспечить как теплоизоляцию, так и отражение солнечного света от поверхности фольги.

Если в качестве изоляционного материала используется жесткий пенопласт или пенополистирол, можно сделать канавки для размещения змеевика или системы труб. Обычно коллектор-поглотитель помещается поверх теплоизоляции и надежно прикрепляется к нижней части корпуса в зависимости от материала, из которого изготовлен корпус.

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

Радиатор солнечного коллектора

это абсорбирующий элемент. Это система труб, в которых нагревается теплоноситель, и детали, чаще всего из медного листа. Медные трубы считаются лучшим материалом для изготовления радиатора.

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

Интересное недорогое решение – поглотитель солнечной системы, состоящий из гибкого полимерного шланга. Для подсоединения к приточным и выводным устройствам используются соответствующие фитинги. Выбор доступных инструментов, из которых может быть изготовлен теплообменник солнечного коллектора, довольно широк. Это может быть теплообменник старого холодильника, полиэтиленовые водопроводные трубы, стальные панельные радиаторы и т.д.

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

Для самостоятельного изготовления медь – лучший вариант. Его теплопроводность составляет 394 Вт / м². Для алюминия этот параметр составляет от 202 до 236 Вт / м².

Медные трубы считаются наиболее оптимальным вариантом изготовления радиатора с точки зрения тепловых характеристик и износостойкости

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

При прочих равных условиях теплообменник из медных трубок будет на 20% эффективнее, чем у металлопластиковых вариантов. Так что теплообменники из полимерных труб имеют право на жизнь. К тому же такие варианты намного дешевле.

Независимо от материала трубы все соединения, как сварные, так и резьбовые, должны быть затянуты. Трубки могут быть размещены как параллельно друг другу, так и в виде спирали.

Схема змеевика уменьшает количество соединений – это снижает вероятность протечек и обеспечивает более плавный поток охлаждающей жидкости.

Верх ящика, где расположен теплообменник, покрыт стеклом. Как вариант, можно использовать современные материалы, например акриловый аналог или монолитный поликарбонат. Полупрозрачный материал может быть не гладким, а волнистым или матовым.

В классическом варианте коробка с коллектором закрывается закаленным стеклом, оргстеклом, поликарбонатом или подобным материалом. Мастера привыкли использовать полиэтилен вместо стекла

Эта обработка снижает отражательную способность материала. Кроме того, этот материал должен выдерживать значительные механические нагрузки.

В промышленных образцах таких солнечных систем используется специальное солярное стекло. Это стекло отличается низким содержанием железа, что гарантирует меньшее рассеивание тепла.

Танк или цевье

В качестве накопительной емкости можно использовать любую емкость объемом от 20 до 40 литров. Подойдет серия резервуаров несколько меньшего размера, соединенных последовательно трубами. Накопительный бак желательно утеплить, ведь нагретая на солнце вода в емкости без утеплителя быстро теряет тепловую энергию.

Действительно, теплоноситель в солнечной системе отопления должен циркулировать без накопления, потому что полученная от него тепловая энергия должна расходоваться в период приема. Накопительный бак, с другой стороны, действует как распределитель нагретой воды и как камера подачи, которая поддерживает стабильность давления в системе.

Накопительный бак в солнечных системах работает как распределитель воды и бак, поддерживающий давление (+)

Этапы сборки солнечной системы

После изготовления коллектора и подготовки всех составляющих конструктивных элементов системы можно переходить к непосредственному монтажу.

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

Работа начинается с установки передовой камеры, которая, как правило, размещается на максимально высоком уровне: на чердаке, в отдельной башне, эстакаде и т.д.

При установке следует учитывать, что после заполнения системы теплоносителем эта часть конструкции будет иметь внушительный вес. Поэтому следует убедиться в надежности перекрытия или укрепить его.

После установки канистры приступайте к установке коллектора. Этот структурный элемент системы расположен с южной стороны. Угол наклона к горизонту должен составлять от 35 до 45 градусов.

После установки всех элементов их обвязывают трубами, соединяют в единую водопроводную систему. Герметичность гидросистемы – важный критерий эффективной работы солнечного коллектора.

По схеме монтажа гелиосистемы для подачи воды в летний душ можно построить конструкцию для нагрева воды для полива или создания комфортных условий прохладными вечерами (+)

Для соединения элементов конструкции в единую водопроводную систему используются трубы диаметром полтора дюйма. Меньший диаметр используется для устройства напорной части системы.

Напорная часть системы предназначена для входа воды в переднюю камеру и выхода нагретого теплоносителя в систему отопления и горячего водоснабжения. Остальное монтируется при помощи труб большего диаметра.

Во избежание потерь тепла трубы необходимо тщательно изолировать. Для этого можно использовать пенопласт, базальтовую вату или варианты современных изоляционных материалов с пленочным покрытием. Накопление и передняя часть также подлежат термоизоляции.

Самый простой и дешевый вариант теплоизоляции накопительного бака – соорудить вокруг него фанерный ящик или доски. Пространство между коробкой и емкостью необходимо заполнить изоляционным материалом. Это может быть шлак, смесь соломы и глины, сухие опилки и т.д.

Солнечная система установлена ​​так, чтобы солнечные коллекторы находились на более светлой стороне дома или на земле (+)

Испытание перед вводом в эксплуатацию

После монтажа всех элементов системы и утепления части конструкций можно переходить к заполнению системы жидким теплоносителем. Первоначальное наполнение системы необходимо производить через трубку, расположенную в нижней части коллектора.

То есть заливка осуществляется снизу вверх. Это предотвращает возможное образование воздушных карманов.

В переднюю камеру попадает вода или другой жидкий теплоноситель. Процесс заполнения системы заканчивается, когда вода начинает стекать из дренажной трубки камеры продвижения.

Поплавковый клапан можно использовать для регулировки оптимального уровня жидкости в форкамеру. После заполнения системы охлаждающей жидкостью она начинает нагреваться в коллекторе.

Температура повышается даже в пасмурную погоду. Нагретый теплоноситель начинает подниматься к верху накопительного бака. Процесс естественной циркуляции продолжается до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости, поступающей в радиатор, не сравняется с температурой жидкости, выходящей из коллектора.

Когда вода попадает в водопроводную систему, срабатывает поплавковый клапан, расположенный в передней камере. Поэтому будет поддерживаться постоянный уровень. В этом случае холодная вода, поступающая в систему, будет находиться в нижней части накопителя. Практически отсутствует смешивание холодной и горячей воды.

в гидросистеме необходимо предусмотреть установку запорной арматуры, которая предотвратит обратную циркуляцию теплоносителя из коллектора в гидроаккумулятор. Это происходит, когда температура окружающей среды опускается ниже температуры охлаждающей жидкости.

Такие запорные вентили обычно используют ночью и вечером.

Подача горячей воды к местам потребления осуществляется стандартными смесителями. Обычные одиночные отводы лучше не использовать. В солнечную погоду температура воды может достигать 80 ° C – пользоваться такой водой напрямую неудобно. Таким образом, смесители существенно сэкономят горячую воду.

Производительность такого солнечного водонагревателя можно увеличить, добавив дополнительные секции коллектора. Конструкция позволяет монтировать от двух до неограниченного количества штук.

Производительность солнечной системы увеличивается за счет установки большего количества солнечных коллекторов

Этот солнечный коллектор для отопления и горячего водоснабжения основан на принципе парникового эффекта и так называемого радиаторного эффекта. В конструкции нагревательного элемента использован парниковый эффект.

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

Тепловая энергия появляется в узком пространстве из-за герметичности коробки секции коллектора. В водопроводной системе используется эффект радиатора, когда нагретый теплоноситель поднимается вверх, вытесняя холодный теплоноситель и заставляя его двигаться в зону нагрева.

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

Производительность солнечного коллектора

Основным критерием, влияющим на работу солнечных систем, является интенсивность солнечной радиации. Количество потенциально полезной солнечной радиации, падающей на определенную область, называется инсоляцией.

Уровень инсоляции в разных частях земного шара колеблется в довольно широком диапазоне. Для определения средних показателей этого значения существуют специальные таблицы. Они отображают среднюю солнечную инсоляцию для определенного региона.

Данные о солнечной инсоляции в данном регионе можно получить из специальных карт и таблиц (+)

Помимо количества излучения, на производительность системы влияют площадь и материал теплообменника. Еще одним фактором, влияющим на производительность системы, является объем резервуара для хранения. Оптимальная емкость бака рассчитывается исходя из площади адсорберов коллектора.

В случае плоского коллектора это общая площадь труб, находящихся в коллекторной коробке. В среднем это значение равно 75 литрам объема резервуара на квадратный метр коллекторных труб. Емкость хранения – это своего рода аккумулятор тепла.

Заводские цены на устройства

Львиная доля финансовых затрат на создание такой системы приходится на изготовление коллекторов. Неудивительно, что даже при проектировании промышленных солнечных систем около 60% стоимости приходится на этот структурный элемент. Финансовые затраты будут зависеть от выбора того или иного материала.

Следует отметить, что такая система не способна обогреть помещение, она поможет только сэкономить на расходах, помогая нагреть воду в системе отопления. Учитывая довольно высокие затраты энергии на нагрев воды, встроенный в систему отопления солнечный коллектор значительно снижает эти затраты.

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

Для его изготовления используются довольно простые и доступные материалы. К тому же такая конструкция полностью энергонезависима и не требует технического обслуживания. Техническое обслуживание системы сводится к периодическому осмотру и очистке стекла коллектора от загрязнений.

Более подробная информация об организации солнечного отопления в доме представлена ​​в этой статье.

Выводы и полезные видео по теме

Процесс изготовления простейшего солнечного коллектора:

Как собрать и ввести в эксплуатацию солнечную систему:

Конечно, самодельный солнечный коллектор не сможет составить конкуренцию промышленным образцам. Используя подручные материалы, довольно сложно добиться той высокой эффективности, которую имеют промышленные проекты. Но финансовые затраты будут намного ниже, чем покупка готовых установок.

Однако самодельная солнечная система отопления значительно повысит уровень комфорта и снизит стоимость энергии, вырабатываемой из традиционных источников.

Специалист по строительству солнечных коллекторов? Или у вас есть вопросы по представленному материалу? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями. Вы можете оставлять комментарии в форме ниже.

Источник – https://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/solnechnyj-kollektor-dlya-otopleniya-svoimi-rukami.html
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: