Солнечный воздушный коллектор для отопления дома

Солнечный коллектор, или гелиоустановка, устройство для сбора энергии Солнца, которая переносится видимым светом и ближним инфракрасным излучением. Солнечные коллекторы для отопления дома зимой отличаются от батарей. Второе устройство производит электричество, а первое греет материал-теплоноситель. Как правило, коллекторы используются для того, чтобы отапливать помещения и снабжать их горячей водой.

Устройство и принцип работы

Принцип работы основан на простых физических законах. Солнечные лучи проникая в атмосферу земли практически не отдают тепла. Нагрев воздуха происходит после того как ультрафиолет попадает на твердые поверхности. Под действием солнечных лучей грунт и другие предметы нагреваются. Происходит теплообмен.

В оборудовании есть теплоноситель, в качестве которого может использоваться вода, антифриз, масло, воздух. Он нагревается, циркулируя в коллекторе, после чего передает тепловую энергию в бак-аккумулятор. Там накапливается вода для бытовых нужд. В простом оборудовании циркуляция жидкости идет за счет разницы температур. Это существенно повышает эффективность установки, ведь при нагреве теплоносителя наблюдается низкий КПД. Есть и более сложные конструкции солнечных установок. В них нет отдельного бака аккумулятора. Подогретая вода хранится в самом коллекторе.

Оборудование собирает солнечную радиацию, преобразует ее в тепловую энергию, передает циркулирующему носителю, а потом воде, содержащейся в баке. В резервуаре вода хранится и используется на отопление и бытовые нужды. Жидкость в гелиоустановке может циркулировать естественным или принудительным способом. Отопление солнечными коллекторами имеет свои особенности в зависимости от модификации оборудования.

В конструкцию коллектора входят вентиляторы. Основное предназначение: нагнетание нагретого воздуха в жилые помещения. В процессе работы вентиляторов создается принудительная конвекция, за счет которой холодные воздушные массы поступают в блок коллектора.

Типы

Есть несколько разновидностей коллекторов в зависимости от конструкции, принципа работы, выполняемых задач. Выделяют такие типы солнечных гелиоустановок:

• Конструкция плоского типа. Состоит из абсорбера – элемента для поглощения солнечных лучей, прозрачного покрытия, слоя термоизоляции. Солнечные лучи проходят через верхнее защитное стекло и нагревают поглотитель. Тепло сохраняется внутри панели и греет теплообменные трубки, в которых происходит циркуляция теплоносителя. Плоские коллекторы надо размещать под углом 90 градусов к падающим солнечным лучам.
• Вакуумный коллектор. Содержит определенное количество коаксиальных или перьевых трубок. Первые по строению напоминают термос. Каждая коаксиальная трубка состоит из двух герметично спаянных между собой колб. Между их стенками вакуум и поглощающий слой. Перьевая трубка – это одна колба с толстыми стенками. Внутри тепловой канал с пластиной из абсорбирующего материала и вакуум.
• Воздушный. Состоит из двух пластин. Между ними по лабиринту проходит воздух и нагревается. Потом он через отверстие в стене попадает в помещение. устройство может работать с вентилятором, насосом и автономно.
• Концентратор. Многофункциональное оборудование, состоящее из комплекса устройств.

Чем отличается воздушный коллектор

Вполне очевидно, что главным отличием коллектора является используемый им в работе теплоноситель – в данном случае обыкновенный атмосферный воздух. В принципе, такое устройство выполняется сегодня в двух вариантах:

• в виде плоской перфорированной или гофрированной панели ;
• в виде системы металлических труб. хорошо проводящих тепло.

Воздух здесь подогревается при контакте с металлом, а ребра на поверхности панели при этом лишь увеличивают теплоотдачу. Всю конструкцию желательно установить на южной стене здания, а также качественно теплоизолировать. Характерно то, что циркуляция теплоносителя бывает естественной и принудительной (с использованием вентиляторов).

Воздушные коллекторы могут работать при значительно меньшей температуре, чем жидкостные. К примеру, в обычной гелиосистеме оптимальная температура для работы коллектора – 50°С и выше, в то время как воздушным хватит и 25°С. Это позитивно сказывается на эффективности описываемых нами устройств, ведь чем ниже температура, тем меньшие теплопотери.

Воздушные коллекторы на крыше дома

Плюсы и минусы

Как у любого технического устройства, так и у солнечного коллектора, есть свои плюсы и минусы, как по возможности использования и эксплуатации, так и по иным параметрам и показателям. В зависимости от конструкции устройства, плюсы и минусы, разнятся, поэтому необходимо их рассмотреть в отдельности друг от друга.

Коллекторы для отопления частного дома могут располагаться и прямо на тротуаре или специальной площадке

Плоские солнечные коллекторы

Достоинства использования:

1. При использовании в южных регионах с теплым климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
2. При осадках в виде снега, имеют способность к самоочищению;
3. Обладают высоким КПД, при использовании в летний период;
4. Относительно низкая стоимость, в сравнении с аналогами другой конструкции.

Недостатками являются:

1. Значительные тепловые потери, вызванные конструктивными особенностями устройства;
2. Низкий КПД при работе в осенне-весенний период;
3. Сложность транспортировки и монтажа готовых изделий;
4. Высокая парусность конструкции, создает опасность повреждения ее элементов, в процессе эксплуатации;
5. Сложность и трудозатратность выполнения ремонтных работ.

Вакуумные солнечные коллекторы

Достоинства использования:

1. При использовании в регионах с холодным и умеренным климатом, наилучшие показатели в соотношении цена – производительность;
2. Незначительные тепловые потери, в процессе эксплуатации, в сравнении с аналогами другой конструкции;
3. Способность работать при низких и отрицательных температурах окружающего воздуха;
4. Способность работать при низкой солнечной активности в утренние и вечерние часы, а также при отсутствии прямых солнечных лучей (пасмурная погода);
5. Легкий и удобный монтаж, транспортабельность конструкций;
6. Надежность в процессе эксплуатации.

Недостатками являются:

1. Относительно высокая стоимость;
2. Жесткие требования к монтажу, определяющие расположение коллектора в пространстве по отношению к поверхности земли.

Поэтапное руководство по сборке агрегата

Схема циркуляции теплоносителя

Первый этап – установка накопителя и аванкамеры.Упомянутые агрегаты размещаются на чердаке дома. Убедитесь, что потолок в месте установки сможет выдержать вес емкостей с водой. Установите аванкамеру рядом с накопителем. Сделайте это так, чтобы уровень жидкости в аванкамере был выше уровня воды в накопительной емкости примерно на 100 см.

Второй этап – выбор места для установки солнечного обогревателя. Агрегат закрепляется на южной стене строения

Важно выдержать правильный уклон обогревателя к горизонту. Оптимальным считается значение в 45 градусов

Коллектор необходимо прикрепить к дому так, чтобы солнечные панели выглядели как продолжение кровли.

Третий этап – соединение отдельных элементов. Для выполнения этой задачи вам нужно купить дюймовые и полудюймовые стальные трубы. Полудюймовые вы будете использовать для соединения высоконапорных элементов системы – от места ввода воды до аванкамеры. Дюймовые трубы применяются в низконапорной части.

Важно, чтобы соединения были герметичными, воздушные пробки в данном случае недопустимы.

Предварительно трубы необходимо покрасить в белый или другой светлый цвет. Поверх краски закрепляется слой теплоизоляционного материала. В данном случае оптимально подойдет поролон. Поверх утеплителя наматывается слой полиэтилена, а затем тканой ленты. В завершении трубы снова окрашиваются в белый цвет.

Четвертый этап – заполнение системы жидкостью. Воду нужно подавать через специальные дренажные вентили, установленные внизу радиаторов. Это позволит избежать образования воздушных заторов. Когда из дренажа начнет течь вода, операцию можно считать завершенной.

Пятый этап – подключение аванкамеры. Данный агрегат необходимо подключить к водопроводному вводу. После подсоединения следует открыть расходный вентиль. Вы увидите, что количество воды в аванкамере начнет уменьшаться.

Преимуществом подобного солнечного коллектора, собранного своими руками, является то, что он сможет подогревать воду даже при пасмурной погоде.

Ночью температура воздуха становится ниже температуры подогретой воды. В подобных условиях коллектор начнет обогревать окружающую среду и в целом работать в обратном режиме. Чтобы этого избежать, система комплектуется вентилем, позволяющим предупреждать возможность обратной циркуляции. Достаточно будет попросту перекрыть этот вентиль вечером, и энергия сохранится в системе.

При недостаточно высокой теплопроводности коллектора ее можно повысить путем добавления секций. Конструкция позволит вам сделать это безо всяких затруднений.

Можно конечно искусственно регулировать направление солнечных панелей по отношению к Солнцу, подкладывая под коллектор дополнительные конструкции

Таким образом, в самостоятельной сборке солнечного обогревателя нет ничего сложного. Больших денежных вложений такая работа тоже не требует, однако настоятельно рекомендуется покупать только высококачественные материалы от известных производителей. Подойдите к работе с максимальной ответственностью, не нарушайте приведенные рекомендации, и вы получите отличный источник тепла и горячей воды, работающий на бесплатной энергии. Удачной работы!

Подключение коллекторов к системе отопления

От того, какой тип циркуляции используется в той или иной системе, зависит то, как будет производиться подключение к отопительной системе. Подключение к системе с естественной циркуляцией — один из самых простых способов. Здесь главным принципом становится только нагрев воды в системе отопления.

Выше уровня коллектора подключается накопительный бак. Верхний вывод, таким образом, должен подключаться ко входу горячей воды в систему отопления, а нижний к обратке. На входе в солнечный коллектор для отопления в таком случае могут возникнуть воздушные пробки. Потому такие системы стоят дешевле, чем вариант с использованием насосов.

С использованием автоматики можно подключить солнечный коллектор к системе с принудительной циркуляцией. Эти системы обладают своими особенностями:

1. Контроллер управляет насосом на основе показаний специальных датчиков.
2. Когда по этим датчикам температура достигает заданного значения, обогрев прекращается
3. Бак-накопитель, обратка и выход коллектора — места, где обязательно устанавливаются такие датчики
4. Вместе с такой системой лучше использовать дополнительные источники тепла. Например, твердотопливные или газовые котлы.

На степень нагрева воды в системе в таких случаях влияет местоположение коллектора по отношению к солнцу, а так же уровень его наклона. Лучше с самого начала устанавливать коллекторы так, чтобы под прямыми солнечными лучами они находились большую часть дня. Объём бака в морозный период лучше выбирать около 40 см³, если не планируется подключать дополнительные источники тепла. Иначе в пасмурные дни система будет работать не совсем эффективно.

Довольно сложно рассчитать количество квадратных метров, которые необходимы для той или иной системы коллекторов. Здесь важны не только наклон крыши и сторона, значение приобретают уровень солнечной радиации в данном регионе, объём накопителя. Потому все расчёты лучше доверить квалифицированным специалистам.

Сейчас производством солнечных коллекторов занимаются разные производители. Выбирая ту или иную марку, надо обязательно обратить внимание на её производительность. В перерасчёте на м2 у каждой торговой марки она может быть своя. И в некоторых случаях разница становится действительно заметной.

Какими бывают солнечные коллекторы, собранные самостоятельно

Прежде чем приступить к самостоятельному изготовлению гелиоустановки, потребуется заранее подготовить некоторые материалы. Список их в зависимости от выбранного вида и типа может отличаться, но в любом случае потребуются:

• готовый змеевик или металлические трубки, предпочтительнее из меди или стали;
• материал для теплоизоляции конструкции и накопительного бака с водой;
• стекло или другой светопрозрачный материал. Например, можно сделать солнечный коллектор из поликарбоната своими руками, который обладает некоторыми преимуществами перед стеклянными образцами: имеет меньший вес, что актуально при установке на крыше дома, и более устойчив перед механическими повреждениями. Но при этом по светопропускной способности не уступает стеклу, к которому предъявляются повышенные требования по прочности (как правило, рекомендуется изготавливать крышку из ударопрочного материала), а это значит, что и по цене поликарбонат имеет перед ним преимущества;
• лист OSB, оргалита или металла;
• материал для изготовления каркаса (подойдут различные пиломатериалы, в том числе даже рамы старых деревянных окон);
• бак для накопительной емкости;
• хомуты, заглушки и другие изделия для монтажа и крепления установки;
• краска или другой химический материал для нанесения селективного покрытия для теплоприемника.

Самым главным элементом солнечного коллектора является теплоприемник, или абсорбер, который при самостоятельном изготовлении установки может иметь самый разнообразный, в некоторых случаях даже экзотический внешний вид:

• Самый простой и доступный вариант — использовать для него змеевик вышедшего из строя холодильника.
• Коллектор можно изготовить и из обычного полипропиленового шланга, но такой вариант более подходящим является в условиях дачи, так как вполне способен обеспечить горячей водой в летнее время.

Но изготовление солнечного коллектора из подручных средств, среди которых можно назвать и пластиковые бутылки, способно лишь в некоторой степени решить проблему с производством горячей воды.

Для того чтобы гелиоустановка могла быть использована в качестве альтернативного источника ГВС дома или отопления, ее конструкция, хоть и не отличающаяся особой сложностью, требует большего внимания и, главное, трудозатрат при изготовлении.

Далее рассмотрим наиболее популярные модели.

Как сделать солнечный коллектор из старого холодильника

Подготовка

Солнечная панель на участке

В первую очередь для создания данной системы отопления вам понадобится найти старый холодильник со змеевиком. Потом вам нужно его извлечь. Если же старого холодильника под рукой нет, то змеевик можно сделать своими руками из медных или стальных трубок.

Для создания полноценного самодельного коллектора вам также понадобятся такие материалы:

• коврик из резины,
• фольга,
• рейка,
• стекло.

Также понадобится ёмкость для воды. Лучше всего использовать бочку достаточной для вашей системы ёмкости. Также нельзя упускать из вида трубы для слива и подачи.

Внимание! Подберите для конструкции надёжные и удобные вентили.

С помощью всех этих нехитрых материалов, которые можно добыть в гараже, вы сделаете надёжный самодельный солнечный коллектор для отопления дома. Он сможет обеспечить необходимую вам температуру внутри помещения.

Делаем коллектор

Стенка старого холодильника

Чтобы сделать самодельное отопление необходимо чётко следовать инструкции. Это позволит получить ожидаемый результат с наименьшими трудозатратами. Алгоритм создания конструкции состоит из следующих действий:

1. Промойте змеевик. Внутри конструкции не должно остаться антифриза.
2. Вокруг самодельного змеевика соорудите каркас. Его основой могут выступить обычные рейки. Габариты конструкции напрямую зависят от параметров устройства.
3. Коврик должен соответствовать, сделанному вами каркасу. Очень важно, чтобы змеевик был установлен не впритык, а имел некоторое пространство для работы.
4. На резиновый коврик необходимо положить фольгу.
5. После того как фольга будет положена самодельный змеевик фиксируется посредством хомутов. Их можно добыть с того же холодильника.
6. Закрепить хомуты лучше всего посредством винтов.
7. В самодельной конструкции необходимо сделать несколько отверстий. Через них будут выходить трубки змеевика
8. Крайне важно укрепить дно. С этой задачей идеально справятся рейки. Лучше всего их зафиксировать с обратной стороны.
9. Установите сверху стекло. В качество исходного материала можно использовать старое окно. В крайнем случае его можно приобрести в строительном магазине.
10. Для фиксации стекла подойдёт обычный скотч. Для большей надёжности периметр можно укрепить парочкой шурупов.

Теперь самодельный солнечный коллектор сделан. Как результат вы получаете полноценное отопление дома, позволяющее вам самостоятельно регулировать температуру внутри. Главным его достоинством является высокая степень автономности.

Панель с отводящими трубками

Но чтобы собранная самодельная конструкция для отопления дома показала достаточную эффективность, её ещё необходимо правильно установить. Панель должна быть обращена к югу. Нормальным считается наклон в 15-20 градусов.

Внимание! Идеальным считается угол наклона, составляющий 35 градусов.

Относительно места установки. Идеально для самодельной конструкции подходит крыша дома. Но возможны и альтернативы, к примеру, панели можно установить на участке. Но эффективность такого отопления будет намного ниже.

Если же вы решите установить самодельный коллектор во дворе дома, то необходимо позаботиться о наклонных опорах. В противном случае отопление будет неэффективным. Угол не менее чем в 15 градусов нужен для того, чтобы на стекле не скапливались осадки. Из-за них происходит преломление света, и устройство хуже работает.

Изготовление абсорберов

Трубки собираем следующим образом:

1. Стенка, закрывающая банку сверху (в которой имеется отверстие) разрезается ножницами по металлу на «лепестки», которые загибаются внутрь. Отгибать «лепестки» удобно путем насаживания банки на пластиковую трубу максимально возможного диаметра (чтобы проходила внутрь банки).
2. В донышке каждой банки коническим сверлом нужно выполнить 3 отверстия диаметром 20 мм, так чтобы их центры находились в вершинах равностороннего треугольника.
3. Теперь из банок можно собирать трубки — по 8 шт. в каждой. Места соединений банок следует проклеивать высокотемпературным герметиком для дымоходов, например, марки High Heat Mortar. Данный состав следует наносить на предварительно обезжиренную и увлажненную поверхность. Состав разравнивают пальцами, надев резиновые перчатки, которые также следует смочить водой.

Чтобы трубки получались идеально ровными, банки при сборке следует укладывать в шаблон, сбитый из двух досок и имеющий форму равнополочного уголка. Он устанавливается под небольшим углом к вертикали (можно опереть о стену).

На только что собранную трубку, находящуюся в шаблоне, сверху до полного отвердения герметика нужно установить груз.

Металлический лист в помощь

Еще одним простым вариантом установки для подогрева воздуха является коллектор, в котором роль поглотителя играет обычный профнастил. Это ребристый, волнообразный лист, который также, как и банки в прошлом примере помещается в деревянный корпус. Под ним также укладывается слой изоляции, например, минеральной ваты. С внешней стороны крепится прозрачное стекло. Поверхность листа также придется покрыть термостойкой, матовой и обязательно черной краской. Достоинством такого воздушного коллектора является отсутствие необходимости дополнительного оребривания. Кроме того, здесь не нужно использовать в качестве материала дорогостоящие алюминий или медь. Аналогично баночному варианту используются режимы циркуляции – естественной или принудительной.

Оба упомянутых выше варианта воздушных коллекторов при правильной эксплуатации позволяют повысить температуру в отапливаемом помещении до 20…30°С по сравнению с окружающей средой. Кроме того, несомненным преимуществом является постоянное поступление свежего воздуха внутрь, улучшение микроклимата.

На что следует обратить внимание

Любые гелиоустановки характеризуются номинальной мощностью, которая обозначается в киловаттах. Это количество энергии, которое вырабатывается при ярком солнце в зените. Это означает, что эффективность системы будет снижаться утром и вечером. Ночью, скорее всего, можно будет использовать горячую воду только из бойлера, где вода копилась на протяжении целого дня.

Выбирая модель коллектора, обратите внимание на то, можно ли его использовать в зимний период. И на то, какая мощность должна быть у системы, к которой коллектор подключается. Установка коллекторов обычно осуществляется на крышу или на каркас, который монтируется отдельно.

Эффективность зимой

Эффективно ли отопление дома солнечными коллекторами зимой?

Ну что же, теперь посмотрим, как различные виды солнечных коллекторов работают в условиях зимы. Напомним, что противники внедрения таких установок выдвигают следующие аргументы:

• Засыпка панели снегом: данная проблема актуальна только для плоско-пластинчатых коллекторов. На трубках вакуумных установок, как показала практика, снег задерживается только в тех редких случаях, когда в силу особых погодных условий на их поверхности образуется изморозь. Если же во время снегопада дует хотя бы слабый ветер (от 3 м/с), панель точно останется чистой.
• Из-за того, что коллектор окружен холодным воздухом, все тепло с коллектора улетучивается: этот аргумент опять же справедлив только в отношении плоско-пластинчатых коллекторов. Действительно, зимой производительность такой установки в сравнении с летней уменьшается пятикратно. В более совершенных вакуумных моделях прослойка вакуума позволяет сберечь до 95% усвоенного тепла. Самые современные модели даже в сильный мороз способны довести воду до кипения.
• Коллектор легко может быть поврежден градом: в заводских условиях коллекторы изготавливаются из высокопрочных материалов. В Сети можно найти видеоролики, снятые во время испытаний панелей на ударную прочность. Коллекторы обстреливают стальными шариками и нетрудно заметить, что удар они держат очень хорошо.

Как видно, солнечные коллекторы зимой вполне работоспособны. Хотя, конечно, производительность их в сравнении с летним периодом ощутимо снижается.

Используемые источники:

avtonomnoeteplo.ru, www.tproekt.com, teplo.guru, ogon.guru, oventilyacii.ru