Рост цен на традиционные источники энергии заставляет владельцев частных домов искать другие способы обогреть дома и подогреть воду. Стоимость решения сыграет существенную роль в выборе отопительной системы.
Преобразование солнечного излучения — один из самых перспективных способов снабжения энергией. Для этого применяют гелиосистемы. Понимая принцип их устройства и механизм работы, сделать солнечный коллектор для отопления своими руками не будет проблемой.
Ознакомимся с конструкцией гелиосистем, рассмотрим простую схему сборки и перечень применяемых материалов. Каждое рабочее действие сопровождается фотографиями, а также видео демонстрацией создания и запуска собственного коллектора.
Принцип работы и конструкционные особенности
Современные гелиосистемы — один из видов альтернативных источников Солнечные панели используются в качестве дополнительного источника тепла, преобразуя солнечный свет в энергию для домов.
Возможно полное обеспечение горячей водой и теплом в зимний период исключительно в южных районах при условии достаточной площади и расположения на открытых, освещенных солнцем участках.
Несмотря на многообразие видов, принцип функционирования у всех схож. Любое гелиосистема Система, состоящая из устройств, обеспечивающих нагрев и передачу тепла потребителям, имеет последовательное расположение элементов.
Основными рабочими элементами являются солнечные батареи на фотоэлементах или солнечные коллекторы. Технология сборки солнечного генератора Изображения на фотопластинках создаются с большей сложностью, чем у трубчатого коллектора.
В данной публикации рассматривается второй тип солнечной системы – коллекторная.
Коллекторы — это трубы, соединенные последовательно с входом и выходом или уложенные зигзагообразно. Через них движется техническая вода, воздух или смесь воды с незамерзающим веществом.
Физические процессы, такие как испарение, а также изменение давления и плотности при переходе между агрегатными состояниями, способствуют циркуляции.
Солнечную энергию собирают и накапливают абсорберы. Это может быть цельная металлическая пластина с матовой наружной поверхностью или набор пластинок, соединённых с трубками.
Для изготовления верхней части корпуса и крышки применяются материалы с большой прозрачностью.
Полимерные материалы чувствительны к ультрафиолетовому излучению. У всех видов пластика высок коэффициент теплового расширения, из-за чего корпус часто может разгерметизироваться. Использование таких материалов для изготовления корпуса коллектора следует ограничить.
Воду можно использовать теплоносителем только в системах, обеспечивающих дополнительное тепло осенью и весной. Для круглогодичной работы гелиосистем перед началом холодов техническую воду заменяют смесью с антифризом.
При установке солнечного коллектора для обогрева небольших построек без связи с отопительными системами коттеджей или центральных сетей строят самую базовую одноконтурную систему с нагревательным устройством в начале цикла.
В систему не входят циркуляционные насосы и нагреватели. Схема незамысловата, но функционирует только в летний период при солнечном освещении.
Включение коллектора в двухконтурное сооружение усложняет работу, но расширяет диапазон пригодных для его применения дней. Коллектор обслуживает только один контур. Основная нагрузка ложится на основной отопительный агрегат, работающий на электроэнергии или другом топливе.
Несмотря на прямую зависимость производительности солнечных приборов от количества солнечных дней, солнечные устройства востребованы, и спрос на них стабильно повышается. Популярны такие устройства среди народных умельцев, стремящихся направить все виды природной энергии в полезное русло.
Классификация по температурным критериям
Существует много критериев для классификации конструкций гелиосистем. Для самодельных устройств, предназначенных для горячего водоснабжения и отопления, наиболее практичным является разделение по виду теплоносителя.
Системы бывают двух видов: жидкостные и воздушные. Жидкостные применяют чаще.
Также распространена классификация коллекторов по максимальной температуре нагрева рабочих элементов.
- Низкотемпературные. Способы нагрева теплоносителя до температуры 50°C. Используются для подогрева воды в емкостях для полива, а также в ваннах и душевых летом и для создания более комфортной атмосферы в прохладные весенне-осенние вечера.
- Среднетемпературные. Нагревают теплоноситель до температуры 80°C и применяются для отопления комнат. Такие решения предпочтительны при создании системы отопления в частных домах.
- Высокотемпературные. В этих системах температура теплоносителя достигает 200-300 градусов Цельсия. Разрабатываются и применяются в промышленном масштабе для отопления производственных помещений, офисных зданий и т. д.
В высокотемпературных гелиосистемах передача тепловой энергии весьма сложна. Кроме того, системы занимают значительную площадь, что не всегда подходит дачникам.
Изготовление данного вида гелиосистем трудоемко, для реализации требуется специализированное оборудование. Самостоятельный выпуск такого варианта гелиосистемы практически невозможен.
Собственноручное изготовление коллектора
Самостоятельное создание солнечного прибора — увлекательный процесс с множеством преимуществ. С помощью него можно рационально использовать бесплатное солнечное излучение для решения хозяйственных задач. рассмотрим особенности изготовления плоского коллектора, подающего в отопительную систему нагретую воду.
Прорези по длине труб заделываются клеем из строительного пистолета.
Материалы для самостоятельной сборки
Для самостоятельного изготовления корпуса солнечного коллектора лучше всего подходит деревянный брусок с доской, фанерой или плитами ОСП. В качестве альтернативы можно использовать стальной или алюминиевый профиль вместе с подобными листами. Металлический корпус будет стоить дороже.
Материалы должны удовлетворять условиям, применяемым к сооружениям для наружной установки. Продолжительность службы солнечного коллектора составляет двадцать до тридцати лет.
Материалы должны иметь свойства, обеспечивающие использование конструкции в течение всего срока службы.
Для продления срока службы деревянного корпуса необходимо обработать его водно-полимерными эмульсиями и покрыть лакокрасочными материалами.
При проектировании и сборке солнечного коллектора необходимо выбирать материалы, которые легкодоступны по цене и возможностям приобретения: можно купить их или изготовить самостоятельно из подручных средств.
Нюансы устройства теплоизоляции
Чтобы не терять тепловую энергию в короб, используют утеплитель. Такими утеплителями могут быть пенопласт или минеральная вата. Промышленность предлагает большой выбор изоляционных материалов.
Для утепления короба можно применять фольгированный утеплитель, обеспечивая как теплоизоляцию, так и отражение солнечных лучей от его поверхности.
При использовании жесткой плиты пенопласта или пенополистирола в качестве изоляции для змеевика или системы труб можно вырезать канавки. Абсорбер коллектора обычно укладывается поверх теплоизоляции и крепко фиксируется к днищу корпуса способом, определенным материалом изготовления корпуса.
Теплоприемник солнечного коллектора
Это абсорбирующий элемент, представляющий собой систему труб с нагреваемым теплоносителем и деталями из листовой меди. медные трубы.
Любители рукоделия придумали доступную альтернативу — спиральный теплообменник из… полипропиленовых труб.
В качестве бюджетного решения для абсорбера гелиосистемы можно использовать гибкую полимерную трубу. Для соединения с устройствами на входе и выходе применяются соответствующие фитинги. Из подручных средств, из которых можно изготовить теплообменник солнечного коллектора, достаточно широкое разнообразие: это может быть теплообменник старого холодильника, полиэтиленовые водопроводные трубы, стальные панельные радиаторы и другие аналогичные элементы.
Эффективность работы теплообменника во многом зависит от теплопроводности используемого для его изготовления материала.
Для самостоятельного изготовления лучшим выбором будет медь: её теплопроводность равна 394 Вт/м², в то время как у алюминия она находится в диапазоне от 202 до 236 Вт/м².
Значительная разница теплопроводности меди и полипропилена не говорит о том, что теплообменник с медными трубами даст существенно больше горячей воды.
При одинаковых параметрах эффективность медного теплообменника превышает эффективность из металлопластика на 20%. Тем не менее, полимерные варианты сохраняют своё значение, так как стоят значительно дешевле.
Независимо от используемого материала, все соединения труб, будь то сварные или резьбовые, обязаны быть герметичными. Расположение труб возможно как параллельно, так и зигзагообразно.
Схема типа змеевика сокращает число соединений, что понижает риск протечек и способствует более равномерному движению теплоносителя.
Крышку ящика с теплообменником закрывают стеклом. В качестве замены можно применять современные материалы: например, акриловый аналог или монолитный поликарбонат. Светопрозрачный материал может быть не гладким, а рифленым или матовым.
Такое воздействие уменьшает способность материала отражать. Материал также должен противостоять значительным механическим нагрузкам.
В промышленных модификациях таких гелиосистем применяют специальное солярное стекло с низким содержанием железа для снижения потерь тепловой энергии.
Накопительный бак или аванкамера
В качестве накопительного бака подходит любая емкость объемом от 20 до 40 литров. Можно использовать ряд резервуаров меньшего объема, соединенных трубами в последовательность. Накопительный бак желательно утеплить, так как нагретая на солнце вода в неизолированной емкости быстро теряет тепловую энергию.
Теплоноситель в отопительной гелиосистеме должен циркулировать без аккумуляции: полученную тепловую энергию нужно использовать сразу же. Емкость накопления скорее распределяет нагретую воду и служит аванкамерой, поддерживающей давление в системе.
Этапы сборки гелиосистемы
После создания коллектора и готовности всех элементов конструкции возможно начать сборку системы.
Работу начинают с установкой аванкамеры в наивысшей доступной точке: на чердаке, отдельной вышке или эстакаде.
В процессе монтажа нужно учитывать, что после заливки теплоносителя система станет значительно тяжелее. Проверьте прочность перекрытия и, если нужно, укрепите его.
После размещения накопителя устанавливают коллектор, который расположен на южной стороне системы. Угол наклона его по отношению к горизонту составляет от 35 до 45 градусов.
После монтажа всех элементов их соединяют трубами, формируя единую гидравлическую систему.
Для создания единой гидравлической системы соединительные элементы скрепляют трубами, имеющими диаметры дюйм и полдюйма. Трубы меньшего диаметра применяют в напорной системе.
Под напорной частью системы подразумевается подача воды в аванкамеру и отвод нагретого теплоносителя в систему отопления и горячее водоснабжение. Остальные элементы монтируются с помощью труб большего диаметра.
Чтобы избежать потерь тепла, трубы необходимо хорошо утеплить. Для этого применяют пенопласт, базальтовую вату или современные фольгированные изоляционные материалы. Необходимо утеплить и накопительную емкость, и аванкамеру.
Для теплоизоляции накопительной емкости можно соорудить вокруг неё короб из фанеры или досок. Между коробом и емкостью укладывают утеплитель: шлаковату, смесь соломы с глиной, сухие опилки и тому подобное.
Испытание перед вводом в эксплуатацию
После установки всех компонентов и утепления некоторых частей конструкции можно заливать систему теплоносителем. Изначально заполните систему через штуцер, находящийся на нижней части коллектора.
Наполнение происходит снизу вверх. Это исключает возможность образования воздушных пробок.
В аванкамеру подаётся вода или иной жидкой теплоноситель. Завершение процесса наполнения системы происходит при появлении воды в дренажной трубе аванкамеры.
Поплавковый клапан позволяет задать оптимальную высоту жидкости в аванкамере. После заполнения системы теплоносителем она начнёт нагреваться в коллекторе.
Температура повышается даже при облачной погоде. Горячий теплоноситель поднимается в верхнюю часть накопительного бака. Естественная циркуляция продолжается до тех пор, пока температура поступающего в радиатор теплоносителя не сравняется с температурой носителя, выходящего из коллектора.
При расходе воды гидросистема задействует поплавковый клапан в аванкамере для поддержания постоянного уровня. Холодная вода, подающаяся в систему, размещается в нижней части накопительной емкости. Смешивание холодной и горячей воды практически отсутствует.
В гидравлической системе необходимо установить запорную арматуру, чтобы предотвратить обратный поток теплоносителя из коллектора в накопитель при понижении температуры окружающего воздуха до значений ниже температуры теплоносителя.
Запорная арматура такого типа обычно применяется ночью и вечером.
Для подвода горячей воды в места её потребления используют стандартные смесители. Лучше не применять обычные одинарные краны. В солнечную погоду температура воды может достигать 80°С, пользоваться такой водой напрямую неудобно. Смесители позволят существенно сэкономить горячую воду.
Улучшить производительность данного солнечного водонагревателя возможно, увеличив количество секций коллекторов. Конструкцией предусмотрено размещение от двух и более штук.
Солнечный коллектор для отопления и горячего водоснабжения построен на принципах парникового эффекта и термосифонного эффекта. Парниковый эффект применен в конструкции нагревательного элемента.
Солнце освещает прозрачную верхнюю часть коллектора, превращая солнечное излучение в тепловую энергию.
Замкнутое пространство короба секции коллектора удерживает тепловую энергию благодаря герметичности. В гидравлической системе термосифонный эффект приводит к тому, что нагретый теплоноситель поднимается вверх, вытесняя холодный и заставляя его двигаться в зону нагрева.
Производительность солнечного коллектора
Производительность гелиосистем напрямую зависит от количества солнечной энергии, попадающей на определённую территорию.
Величина инсоляции на разных участках Земли различается значительно. Специальные таблицы позволяют определить средние показатели этой величины, отображая среднесуточную солнечную инсоляцию для различных регионов.
Производительность системы зависит не только от солнечной радиации, но и от площади и материала теплообменника, а также объема накопительного бака. Оптимальный объем бака определяется площадью адсорберов коллектора.
Площадь труб внутри плоского коллектора представляет собой общую площадь труб, расположенных в его коробке. В среднем это значение равняется 75 литрам объема бака на каждый метр квадратный площади трубок коллектора. Накопительная емкость выступает как своеобразный тепловой аккумулятор.
Цены на заводские приборы
Большая часть расходов на создание такой системы идёт на изготовление коллекторов. Не удивительно, что даже в промышленных гелиосистемах около 60% стоимости занимают эти конструкции. Расходы будут варьироваться в зависимости от выбранного материала.
Такая система не способна полностью обогреть помещение, но позволяет сэкономить на энергоресурсах, разогревая воду в системе отопления. Из-за значительных расходов на нагрев воды солнечный коллектор, встроенный в систему отопления, существенно снижает эти издержки.
Изготовление данного устройства возможно с использованием сравнительно простых и доступных материалов. Конструкция, являясь полностью энергонезависимой, не требует технического обслуживания. За системой ухода необходимо лишь периодическое осматривание и очистка стекла коллектора от загрязнений.
Более подробные сведения о внедрении солнечного отопления в жилище можно найти в… этой статье.
Выводы и полезное видео по теме
Изготовление базового солнечного коллектора.
Как собрать и ввести в эксплуатацию гелиосистему:
Самодельный солнечный коллектор не сравнится с промышленными по эффективности. Из доступных материалов достичь высоких показателей работы сложно. Финансовая нагрузка будет значительно ниже, чем при покупке готовых систем.
Тем не менее, самодельная солнечная система отопления Значительно улучшит удобство жизни и уменьшит затраты на энергию, получаемую из обычных источников.
Опыт в изготовлении солнечных коллекторов имеется? Есть неясности по тексту? Поделитесь мнениями с читателями. Комментарии оставляйте в форме ниже.