4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как сделать солнечный коллектор для обогрева воды на даче

Солнечный коллектор своими руками

Идеи о том, как сэкономить, но при этом иметь все блага цивилизации на приусадебном участке без централизованного электро- и водообеспечения, не дают «самоделкиным» покоя. Но зачастую, когда речь заходит об инженерном оборудовании, работающем на «зелёной» энергии, то застройщики от него отмахиваются. Мол, всё это не подходит для наших широт и суровых природных условий с коротким летом, частыми дождями и небольшим количеством по-настоящему жарких дней. Однако опыт пользователей FORUMHOUSE говорит об обратном.

Из этой статьи вы узнаете:

  • Как своими руками собрать недорогой гелиоколлектор.
  • Есть ли экономическая выгода от солнечного коллектора, установленного в Подмосковье.

Как своими руками собрать бюджетный солнечный коллектор

Если за границей солнечные батареи, а также гелиоколлекторы давно стали привычным оборудованием инженерной системы загородного дома, то у нас это всё ещё экзотика. Сказывается высокая цена на фирменные установки, а также скепсис домовладельцев, которые не хотят вкладывать деньги в дорогую «игрушку».

Именно желание сэкономить и при этом получить на даче источник горячей воды для летнего душа натолкнуло пользователя портала с ником izhur на мысль: а почему бы не попробовать сделать гелиоколлектор самостоятельно. А заодно — на практике проверить, будет ли толк от этой системы в средней полосе России (Подмосковье).

izhur (Участник FORUMHOUSE): Думаю, что мысль использовать энергию солнца для нагрева воды приходила не только мне. Но покупать дорогой гелиоколлектор «от фирмы» для эксплуатации на даче мне не хотелось. Тем более, распространено мнение, что толку от него в нашем климате мало. Поэтому я решил засучить рукава и сделать солнечный коллектор самостоятельно и заодно проверить эффективность его работы. Тем более, что старый «народный» летний душ, изготовленный на базе двух полиэтиленовых баков, честно прослужив 4 года, пришёл в негодность.

Чтобы сравнить «было» и «стало», вначале расскажем о старой системе. Летний душ пользователя представлял собой два бака по 40 литров каждый, установленных на крыше «помывочного домика». Первый бак — для горячей воды, второй — для холодной. Вода накачивалась в ёмкости из колодца при помощи электрического насоса. Уровень жидкости контролировался «на глаз».

Душ работал так: вода в первом баке нагревалась электрическим нагревателем и подавалась через обычный садовый шланг к смесителю. Если вода перегревалась (даже при наличии терморегулятора), к ней подмешивалась холодная вода из второго бака, которая также поступала к смесителю через садовый шлаг. Но за четыре года активной эксплуатации баки, под влиянием УФ излучения, потрескались и пришли в негодность.

izhur: Можно сказать, всё, что не делается — к лучшему. Наступил черёд модернизации системы. Я сделал плоский алюминиевый гелиоколлектор, с поликарбонатным покрытием, площадью 2 кв. м. Мощность установки примерно 1.5 кВт. Вес – 7 кг.

Пользователь остановился на этой конструкции ( плоский гелиоколлектор ), т.к. второй тип солнечного коллектора — т.н. «вакуумник», хотя и имеет больший КПД, более дорогой и сложный для изготовления в домашней мастерской.

Кстати, большая часть гелиоколлекторов для домашнего использования, даже промышленного изготовления, имеют площадь до 2 кв. м. Опыт показал, что такие системы проще изготовить и смонтировать даже в одиночку. Мощность системы (при необходимости) наращивается путём объединения нескольких солнечных коллекторов в одну группу.

После тщательного изучения FORUMHOUSE пользователь остановился на плоском варианте гелиоколлектора. Для этого потребовалось освоить пайку алюминиевых трубок твёрдым припоем. Стоимость трубок составила около 450 руб. Также гелиоколлекторы собирают на базе полипропиленовых труб, трубок из меди или гофрированной нержавейки.

112691 (Участник FORUMHOUSE): Я сделал гелиоколлектор из нержавеющей гофрированной «пятнадцатой» трубы. Её цена — 78 руб. за 1 погонный метр. Площадь коллектора — около 1 кв. м. Вода поступает в бочку на 160 литров, утеплённую пенофолом толщиной в 1 см. Перепад высоты точки забора воды и входа в коллектор — 2 метра. Себестоимость всей системы — менее 1500 руб.

«Поколдовав» с точкой сброса воды (перенеся её из верхней в нижнюю треть гелиоколлектора), пользователь добился естественного и более комфортного перемешивания слоёв холодной и горячей воды. К вечеру вода в бочке, смешавшись, нагревается до рабочей температуры в 40-45 °C. В пасмурные дни — до 30-35 °C.

Читать еще:  Открытка на 9 мая: «Букет гвоздик»

Кроме этого, есть вариант солнечного коллектора, когда в листе ЭППС вольфрамовой нитью, согнутой в виде буквы «П», присоединённой к трансформатору т.н. электрическим терморезаком, «фрезеруются» канавки в виде змейки. В корпус гелиоколлектора врезаются штуцеры для подводящей и отводящей воду магистрали. Далее на лист экструзионного пенополистирола, на «жидкие гвозди», наклеивается тонкий оцинкованный железный лист или лист алюминия. Затем металл красится в чёрный цвет, и бюджетный и вполне работоспособный вариант гелиоколлектора практически готов. Остаётся только установить его, присоединить магистрали к подводящему баку (ёмкости, где находится холодная вода), накопительному (хорошо утепленному) баку для аккумулирования нагретой воды и заполнить систему водой.

Выбирая схему солнечного коллектора, следует ориентироваться на доступность материалов и свое умение работать с тем или иным инструментом.

Возвращаемся в гелиоколлектору izhur. В качестве ёмкостей для воды пользователь приобрёл две полиэтиленовые бочки по 160 литров, по цене 700 руб. за каждую (здесь и далее цены указаны за 2012-2013 годы). Бочки обвязываются при помощи полипропиленовых труб. Такие трубы проще монтировать (паять специальным паяльником) и, в отличие от металлопластиковых, в местах соединений (в фитингах) сохраняется одинаковое сечение.

Это важно для свободной и естественной циркуляции воды из коллектора в бочку, т.к. вся система работает на термосифонном эффекте. Т.е. идёт процесс конвекции — горячая вода поднимается вверх, а холодная – опускается вниз. Поэтому для работы гелиоколлектора не требуется циркуляционный насос и электричество.

Процесс монтажа солнечного коллектора наглядно демонстрируют следующие фотографии. Из профильной трубы сваривается рама под гелиоколлектор. Угол наклона рамы 45 градусов. Коллектор ориентируется строго на юг.

Как сделать плоский солнечный коллектор для отопления

Использование бесплатной энергии солнца – хороший метод сэкономить топливо и электричество, расходуемое на отопление частного дома. Массовому применению гелиосистем мешает высокая цена теплоприемников и сопутствующего оборудования – накопительного бака, циркуляционного насоса, электронного блока управления и прочей арматуры. Единственный способ снизить затраты – сделать солнечный коллектор своими руками из недорогих материалов и собрать стандартную схему обвязки.

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.

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.

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).

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

Читать еще:  Прочнейшее соединение проводов большого сечения без утолщения скруткой

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%.

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

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.

В интернете нетрудно отыскать расчеты производительности солнечного коллектора, но предупреждаем — вычисления весьма неточные.

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. Но дьявол кроется в деталях: изначальный показатель 0.5—0.8 кВт на квадратный метр – цифра очень приблизительная.

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.

Размещение тепловой установки

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.
  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°.

Примечание. Эффективность греющего элемента можно повысить с помощью параболического солнечного концентратора, собирающего лучи в единый пучок, который направляется на абсорбер. Конструкция и способы сборки вогнутого зеркала показаны на видео.

Как сделать плоский солнечный коллектор для отопления

Использование бесплатной энергии солнца – хороший метод сэкономить топливо и электричество, расходуемое на отопление частного дома. Массовому применению гелиосистем мешает высокая цена теплоприемников и сопутствующего оборудования – накопительного бака, циркуляционного насоса, электронного блока управления и прочей арматуры. Единственный способ снизить затраты – сделать солнечный коллектор своими руками из недорогих материалов и собрать стандартную схему обвязки.

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.

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.

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

Читать еще:  «Пальцы ведьмы» - готовим печенье на Хэллоуин

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).

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%.

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

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.

В интернете нетрудно отыскать расчеты производительности солнечного коллектора, но предупреждаем — вычисления весьма неточные.

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. Но дьявол кроется в деталях: изначальный показатель 0.5—0.8 кВт на квадратный метр – цифра очень приблизительная.

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.

Размещение тепловой установки

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.
  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°.

Примечание. Эффективность греющего элемента можно повысить с помощью параболического солнечного концентратора, собирающего лучи в единый пучок, который направляется на абсорбер. Конструкция и способы сборки вогнутого зеркала показаны на видео.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector