Воздушный солнечный отопительный коллектор

Среди разновидностей альтернативной энергетики воздушное солнечное отопление индивидуального жилья занимает особое место. Вам не потребуются сложные монтажные работы или разрешение региональной энергетической инспекции. Всё, что нужно — это как можно больше солнца и неиспользуемой площади кровли/стен. Остальное доступно для изготовления своими руками.

Бак для нагрева воды своими руками

Схема солнечных модулей.

Наиболее распространенный солнечный нагреватель – это летний душ. Сконструировать такую систему горячего водоснабжения можно своими руками. Это совершенно несложно. Основой ее является бак для воды, который нагревается солнечным излучением. Несмотря на свою примитивность, такое сооружение вполне способно удовлетворить потребность в горячей воде в теплое время года.

Самым большим недостатком такого способа нагрева является то, что, несмотря на достаточно высокую температуру воды в баке днем (порой до 45ºС), за ночь она опускается. Для того чтобы сократить потери тепла в ночное время, необходимо либо утеплять бак на ночь, либо сливать остатки горячей воды в утепленный резервуар. Таким резервуаром могут служить газовые или электрические бойлеры, широко используемые в домашних хозяйствах. Выбор бойлера в качестве накопителя является оправданным еще и потому, что в пасмурный день вода в баке не прогреется выше 30ºС, и ее в любом случае приходится подогревать.

Такой нагреватель, сделанный своими руками, послужит надежным и экономичным способом подогрева летом и быстро окупит себя.

Выбирая данный вид солнечного нагревателя, необходимо учитывать несколько его недостатков:

  • необходимость ежедневно наполнять и сливать бак;
  • в пасмурный день вода в баке не нагревается выше 30ºС.

Монтаж водонагревательного бака

Схема водонагревательной гелиосистемы.

Для сооружения солнечного водонагревательного бака своими руками нам понадобится:

  • нагревательный резервуар;
  • бойлер;
  • водопровод с тремя кранами;
  • датчик уровня воды.

В качестве нагревательного резервуара можно использовать любую емкость для воды: стальную бочку, куб или даже трубы большого диаметра. Однако наиболее удобным для монтажа и использования является специальный полиэтиленовый бак для летнего душа объемом до 300 л. Он имеет плоскую форму, легкий вес, окрашен в черный цвет, не ржавеет. Все это обеспечивает рациональное теплопоглощение и несложный монтаж своими руками. Для водопровода следует выбирать металлопластиковые или полипропиленовые трубы для холодной воды. Датчик уровня воды крепится на крышке бака и используется для контроля уровня его наполнения. Схема монтажа и работы данной системы изображена на рисунке.

Для наполнения нагревательного бака водой необходимо закрыть кран 3. Кран 1 и 2 остаются в открытом положении. После заполнения емкости напорный водопровод перекрывается краном 1. В конце дня подогретая вода сливается в бойлер путем открытия крана 3. Если использовать нагреватель нет необходимости, следует перекрыть кран 3 и использовать бойлер в обычном режиме.

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.

Справка. Воздушные установки не слишком популярны из-за ограниченной функциональности. Водонагревательные гелиоколлекторы более востребованы, поскольку могут обеспечивать работу отопления, ГВС, поднимать температуру в открытых бассейнах.

Принцип работы солнечных нагревателей

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.

Принцип работы солнечных нагревателей

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.
Принцип работы солнечных нагревателей

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).

Читайте также:  Выбор водонагревателя: для квартиры, частного дома, ванны

Исключение – гелиоустановки для бассейнов, нагревающие воду резервуара напрямую либо через простой теплообменник.

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%.

Принцип работы солнечных нагревателей

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

Виды солнечных коллекторов

Ну начнем с того, что нагреватели воды делятся на 2 группы: по способу хранения и по методу нагрева. В первом варианте подключение происходит к выносному бачку, который устанавливается рядом с коллектором ну или же внутри дома. Во втором варианте используется встроенный тепловой аккумулятор.

Перед покупкой отопительного солнечного бойлера, очень важно уделять внимание емкости аккумулятора, ведь между ними есть и отличия конструктивного плана, и что сразу заметно во время работы прибора.

Коллектор со встроенной емкостью

Данный вид моноблоков создан специально для весеннего и летнего времени, а в зимний период его специально отключают и производят слив. Заниматься ремонтом коллектора со встроенной емкостью гораздо проще. А чтобы данное устройство функционировало, необходимо присоединить сам солнечный водонагреватель к системе подаче горячей воды. Глянем чуть подробнее, как происходит нагрев воды:

  1. Прибор ловит все солнечные лучи, которые на него попадают.
  2. Всю полученную энергию он отправляет в змеевик, который находится в самой емкости теплового аккумулятора.
  3. Происходит передача тепла от нагревательного элемента, тем самым и происходит нагревание воды, которую потом используют.

Есть и такие варианты, когда в теплоносителе уже встроен ТЭН, на тот случай, если коллектор не смог набрать нужный объем воды. Обычно все эти недоборы и плохие нагревания бывают лишь в плохую погоду.

При необходимых нормальных условиях, коллектор спокойно нагревает 200 литров в сутки. Устройство будет прекрасно функционировать и со встроенной емкостью без наличия давления с применением естественной циркуляции.

Данный вид обогревателя всегда фиксируется в высоком месте, чтобы добиться нужного напора воды. А сами емкости выдерживают не более 0.2 атм. После того, как вода нагрелась, она сама стекает в водоразборною.

Отметим так же несколько основных сильных сторон водонагревателя со встроенной емкостью:

  • При солнечной погоде вода нагревается за 2 – 3 часа.
  • Получение необходимости в ГВС, как минимум от 3, 4 человек.
  • Монтаж вполне простой.
  • Цена на данное устройство не велика.

Коллектор с выносной емкостью

А вот как раз коллектор, который имеет при себе выносную емкость тепло-накопителя, принадлежит группе нагревателей, которые могут работать круглый год.

Суть в том, что это устройство может в любое время года нагревать воду, но только при одном условии. Неважно сколько на улице будет градусов, главное, чтобы светило солнце.

Этого будет достаточно, чтобы прогревать нужный объем воды. В целом, чтобы прогревать воду, потребуется наружный бойлер, который будет располагаться не рядом с коллектором. Каким же образом происходит процесс нагрева в данной системе?

  1. Коллектор производит сбор солнечных лучей, тепла и затем передает это все самому теплоносителю.
  2. Под давлением антифриз сразу же попадает в теплообменник.
  3. И при активном движении через змеевик, идет прогревание воды.

Есть еще вариант, когда можно увеличить работоспособность солнечного водонагревателя – присоединение к насосной группе. Получается так, что процесс циркуляции будет принужденным, а скорость подогрева и давления будут регулироваться самой системой. И тут же образовывается самый главный плюс – возможность использовать в любое время года.

Читайте также:  Как выбрать и подключить ТЭН для радиатора отопления

Но и без минусов нельзя обойтись. И единственным минусом будет необходимость присоединения дорого оборудования, который необходим для работы. Так же есть недостаток в том, что если отключат электричество, то насосы сразу перестанут функционировать, а значит, в скором времени будет перегрев теплоносителя.

Из композитных труб

Для того, чтобы сделать самодельное нагревательное устройство из металлопластиковых труб нам понадобится:

  • Брус из дерева 50*50 мм 20 м.
  • Листовая фанера 15 мм 2,5 кв.м.
  • Труба металлопластиковая 55 м.
  • Крепежи для труб 80 шт.
  • Уголок «папа-мама» 30 шт.
  • Уголок «мама-мама» 31 шт.
  • Переход на штуцер 53 ед.
  • Выпускной клапан 1 ед.
  • Тройник 3 ед.
  • Кран для слива 2 ед.
  • Обратный клапан 1 шт.
  • Листовой металл 2,5 кв.м
  • Профиль из алюминия 1300 мм 4 шт.
  • Уголок металлический 65 ед.
  • Стекло.
  • Черная матовая краска.
  • Доска 25*100 4,5 м
  • Гидроизоляция 5
  • Песок.
  • Плотная уличная плитка 5
Из композитных труб

Выбирая место установки нагревателя воды, необходимо учесть тот факт, что расположение должно быть южным, таким образом, продолжительность нагрева жидкости днем будет максимальной. На выбранном месте снимите верхний слой почвы, и сделайте подушку из песка и гравия, утрамбуйте её, затем положите плитку.

При помощи бруса постройте каркас, соедините его металлическими уголками. Затем сбейте раму из бруса, лицевую сторону обшейте листовой фанерой, заднюю стену для надежности конструкции укрепите брусом набив его продольно и поперечно, скрепив между собой уголками. С помощью специальных уголков крепятся доски с прорезями для стекла.

Установите его на каркасе. На основание из фанеры прикрепите металлические листы, затем произведите покраску всей конструкции черной матовой краской. Сделайте разметку для труб, необходимо соблюсти расстояние 40 мм. Установите крепления и произведите сборку (трубы необходимо заранее разрезать), при помощи штуцеров и уголков собирается змеевик.

Из композитных труб

Просверлите два технологических отверстия для труб и на концах установите тройники, подсоедините полностью все схему водовода и проведите испытания. Если течи нигде не обнаружено, покройте трубы краской. В случае обнаружения течи, устраните её при помощи ленты герметика.

Изготовление и монтаж

Ниже рассматривается бюджетный вариант получения солнечного нагревательного коллектора, с применением микровентилятора, пустых банок от пепси-колы, металлических корпусов отработанных осветительных приборов (лучше всего от люминесцентных ламп), закалённого стекла и чёрной краски. Потребуются также стеклорез, силиконовый герметик (с пистолетом), алюминиевая лента, термометр с температурным датчиком, ножницы по металлу, саморезы, электродрель, молоток, отвёртка и маркёр. Собирать и изготавливать узлы надо в защитных перчатках. Потребуется всего 7 этапов:

Изготовление и монтаж
  1. Изготовление корпуса: коробку светильника разрезаем по предварительно установленному размеру и обматываем её алюминиевой лентой.
  2. Герметизация корпуса: скрепляем углы саморезами и тщательно герметизируем силиконом все щели, пазы и возможные трещины. Всю конструкцию окрашиваем в чёрный цвет.
  3. Размечаем маркёром и вырезаем предохранительные стёкла (можно вместо стекла использовать подходящий по прозрачности полимерный листовой материал).
  4. Обрезаем и устанавливаем банки в корпус, соединяем между собой и герметизируем. Торцы труб выводим за герметизированный корпус, согласовав при этом способ подключения входных отверстий микровентилятора. Окрашиваем банки чёрной краской.
  5. С противоположной стороны корпуса получаем вентиляционные отверстия. Предусматриваем возможность сделать дополнительные отверстия, если тестировании коллектора покажет недоработку. Расположение отверстий должно учитывать габаритные размеры вентилятора.
  6. Герметизируем щели между защитным стеклом и корпусом.
  7. Присоединяем микровентилятор к задним отверстиям корпуса. Перед этим необходимо убедиться в том, что подключение вентилятора правильное, и он будет работать на всасывание.
  8. Проверяем эффективность собранного коллектора. Для этого располагаем незакреплённый блок на выбранном участке стены или на крыше, включаем (через некоторое время) вентилятор и, используя термометр, выясняем температуру нагреваемого солнцем воздуха.

Испытания проводят на протяжении всего светового дня, через равные промежутки времени (летом, например, от до , через каждый час). Если регистрируемые датчиком температуры воздуха составляют от 45 °С до 70 °С, то коллектор изготовлен верно, в противном случае количество блоков следует увеличить. Готовую конструкцию устанавливают вблизи вентиляционных отверстий дома.

Изготовление и монтаж

Конструкция электрического проточного водонагревателя

Чтобы сделать электрический водонагреватель своими руками, необходимо четко представлять, из чего он состоит, и чем это можно заменить на практике, подбирая запасные части. Сердцем прибора является спираль. Иногда их бывает две, разные по мощности, и это позволяет задать три режима нагрева. Обе помещаются в герметичном медном баллоне, который имеет два отверстия:

  • входное;
  • выходное.

Это тривиальная информация, но она дает понять, что ТЭН из прибора не извлекается, как правило. Медная емкость запаяна, можно ее вскрыть искусственно, и это потребует немалых усилий. Следует решить, будем ли внедрять в конструкцию термостат и гидрозащиту. Последнее нам представляется излишним: если уж проточный водонагреватель своими руками собрали, то использовать его правильно тем более сможем.

Когда первый раз глядишь на все это, возникает желание скопировать конструкцию в точности. А это выглядит примерно так: берем медный баллон, режем горелкой, вживляем спирали… запаиваем, долго и сложно. Предлагается вместо этого купить в магазине за 430 рублей ТЭН для проточного водонагревателя. В чем здесь соль? Мы сэкономим порядка 2000 рублей. Если читатели считают, что это достаточный стимул, то мы приступаем к созданию прибора. Он будет выдавать порядка 2-х литров горячей воды в минуту, этого с горем пополам хватит, чтобы помыться. Но и любой другой электрический водонагреватель данного типа работает в схожем стиле. А если нет разницы, то зачем платить больше?

Эффективность работы

Солнечные коллекторы, или гелиосистемы, способны работать круглый год без перерыва.

Даже в условиях облачности до поверхности земли доходит больше половины излучения. Кроме того, их эксплуатация абсолютно безопасна для человека и окружающей среды. Любой гелио комплект прост в обслуживании, выглядит эстетично, облагораживает внешний облик частного дома. К плюсам устройств также можно отнести:

  • автономность горячего водоснабжения зимой, летом, при перебоях и ремонтных работах;
  • срок службы до 30 лет, окупаемость с выгодой от трат на отопление через 3-5 лет;
  • отсутствие тарификации, ежемесячный расчет независим от повышения цен на электричество;
  • возможность одновременного использования для обогрева бассейнов, теплиц, хозяйственных помещений;
  • легкая интеграция в существующий комплект отопления;
  • отсутствие грязи, отходов;
  • снижение суммарной нагрузки на электро- и теплосеть дома;
  • оптимизация под собственные нужды.

Отрицательные моменты использования солнечных коллекторов не столь многочисленны:

  • высокая стоимость первичной покупки и установки. В зависимости от производителя, масштабности и комплектации вся гелиосистема может обойтись до 10 тысяч долларов. Даже модели попроще обходятся в крупную сумму, которую необходимо заплатить единовременно;
  • на эффективность работы коллекторов могут влиять не только климатические условия, но и особенности ландшафта, форма крыши, типичная длина светового дня и прочие факторы. От подобных показателей зависит период окупаемости.

Пассивная циркуляция внутри солнечного коллектора обусловит меньшую производную эффективность. При принудительном управлении вода и энергия расходуются более продуктивно. Второй вариант требует усложненного обслуживания, но больше подходит для условия средней полосы проживания. Для южных регионов введение в обиход гелиосистемы нередко сокращает расчет за электроэнергию вдвое.

КПД солнечного коллектора достигает 95%. Края с суровым климатом проявляют показатель пониже, но также оправдывают использование. Чтобы произвести расчет годовой эффективности коллектора, требуется перемножить величину инсоляции в регионе за год (существуют специальные таблицы), площадь поглощения системы и его КПД. Расчет дневной выгоды проводится таким же образом, но с учетом соответственного (дневного) показателя инсоляции.

Рассказ о коллекторе зимой

Сборка индукционного нагревателя

Работы по изготовлению нагревателя производятся в несколько этапов:

  1. Порезать проволоку из нержавейки на части длиной примерно 5-7 мм. На дно трубы из пластика поместить металлическую сетку и наполнить все свободное пространство внутри нарезанными кусочками проволоки. Затем закрыть трубу с той и другой стороны.
  2. Далее нужно сделать индукционную катушку. Для этого подготовленную трубу аккуратно и с равными промежутками обмотать медной проволокой. Должно получиться не менее 90-100 витков проволоки.
  3. Подготовленное устройство можно встроить в любом месте системы отопления. Устройство подключается к инвертору внешней обмоткой из медной проволоки. Для прокачки воды встраивается циркулирующий насос. Обязательно нужно произвести работы по электроизоляции устройства. Не стоит забывать и о тепловой изоляции нагревателя специальным материалом. Без теплоизоляции КПД системы будет значительно ниже.

Себестоимость самодельного индукционного котла довольно небольшая. Но все же для его изготовления необходим опыт подобных работ, а также хотя бы небольшие технические знания в данной области. Если же все работы проводятся аккуратно и в соответствии с рекомендациями, такое устройство будет работать бесперебойно, с неплохой отдачей тепла. Возможно, что оно получится несколько неказистым на вид, но от этого нагреватель не станет функционировать хуже.