Как сделать солнечный коллектор для отопления своими руками: пошаговое руководство
Удорожание традиционных источников энергии побуждает собственников частных домов подыскивать альтернативные варианты обогрева жилья и нагрева воды. Согласитесь, финансовая составляющая вопроса отыграет не последнюю роль при выборе отопительной системы.
Один из наиболее перспективных способов энергообеспечения — преобразование солнечного излучения. Для этого задействуют гелиосистемы. Понимая принцип их устройства и механизм работы, сделать солнечный коллектор для отопления своими руками не составит большого труда.
Мы расскажем вам о конструктивных особенностях гелиосистем, предложим простую схему сборки и опишем материалы, которые можно задействовать. Этапы работ сопровождаются наглядными фотографиями, материал дополнен видео-роликами о создании и вводе в эксплуатацию самодельного коллектора.
Принцип работы и конструкционные особенности
Современные гелиосистемы — один из видов альтернативных источников получения тепла. Они применяются в качестве вспомогательного отопительного оборудования, перерабатывающего солнечное излучение в полезную владельцам дома энергию.
Они способны полностью обеспечить горячее водоснабжение и отопление в холодное время года только в южных регионах. И то, если занимают достаточно большую площадь и установлены на открытых, не затененных деревьями площадках.
Несмотря на большое количество разновидностей, принцип работы у них одинаковый. Любая гелиосистема представляет собой контур с последовательным расположением приборов, и поставляющих тепловую энергию, и передающих ее потребителю.
Основными рабочими элементами являются солнечные батареи на фотоэлементах или солнечные коллекторы. Технология сборки солнечного генератора на фотопластинах несколько сложнее, чем трубчатого коллектора.
В этой статье мы рассмотрим второй вариант — коллекторную гелиосистему.
Солнечные коллекторы пока служат вспомогательными поставщиками энергии. Полностью переключать отопление дома на гелиосистему опасно из-за невозможности прогнозировать четкое количество солнечных дней
Коллекторы представляют собой систему трубок, соединенных последовательно с выходной и входной магистралью или выложенных в виде змеевика. По трубкам циркулирует техническая вода, воздушный поток или смесь воды с какой-либо незамерзающей жидкостью.
Циркуляцию стимулируют физические явления: испарение, изменение давления и плотности от перехода из одного агрегатного состояния в другое и др.
Принцип действия солнечных коллекторов основан на получении и накапливании солнечной энергии, сообщаемой теплоносителю (+)
Сбор и аккумуляция солнечной энергии производится абсорберами. Это либо сплошная металлическая пластина с зачерненной наружной поверхностью, либо система отдельных пластин, присоединенных к трубкам.
Для изготовления верхней части корпуса, крышки, используются материалы с высокой способностью к пропусканию светового потока. Это может быть оргстекло, подобные полимерные материалы, закаленные виды традиционного стекла.
Для того чтобы исключить потери энергии с тыльной стороны прибора в короб укладывается теплоизоляция
Надо сказать, что полимерные материалы довольно плохо переносят влияние ультрафиолетовых лучей. Все виды пластика имеют достаточно высокий коэффициент теплового расширения, что часто приводит к разгерметизации корпуса. Поэтому использование подобных материалов для изготовления корпуса коллектора стоит ограничить.
Вода в качестве теплоносителя может применяться только в системах, предназначенных для поставки дополнительного тепла в осенне/весенний период. Если планируется круглогодичное использование гелиосистемы перед первым похолоданием техническую воду меняют на смесь ее с антифризом.
В воздушных гелиосистемах в качестве теплоносителя используется воздух. Каналы для его движения можно сделать из обычного профлиста (+)
Если солнечный коллектор устанавливается для обогрева небольшого строения, не имеющего связи с автономным отоплением коттеджа или с централизованными сетями, сооружается простейшая одноконтурная система с нагревательным прибором в начале ее.
В цепочку не включают циркуляционные насосы и нагревательные устройства. Схема предельно проста, но работать она может лишь солнечным летом.
При включении коллектора в двухконтурное техническое сооружение все гораздо сложнее, но и диапазон пригодных для применения дней существенно увеличен. Коллектор обрабатывает только один контур. Преобладающая нагрузка возлагается на основной отопительный агрегат, работающий на электроэнергии или любом виде топлива.
Для изготовления солнечного коллектора можно воспользоваться готовой схемой, можно построить собственную пилотную модель и опробовать ее на практике (+)
Несмотря на прямую зависимость производительности солнечных приборов от количества солнечных дней, они востребованы, и спрос на солнечные устройства стабильно повышается. Популярны они среди народных умельцев, стремящихся направить все виды природной энергии в полезное русло.
Классификация по температурным критериям
Существует достаточно большое количество критериев, по которым классифицируют те или иные конструкции гелиосистем. Однако для приборов которые можно сделать своими руками и использовать для горячего водоснабжения и отопления, наиболее рациональным будет разделение по виду теплоносителя.
Так, системы могут быть жидкостными и воздушными. Первый вид чаще применим.
Галерея изображений
Элементарный воздушный коллектор можно сделать из гофрированной трубы. Еще понадобится фольгированный жесткий утеплитель и фанера или ОСП для корпуса
На дно ящика, сколоченного по размерам примерно 0,9 х 0,9 м, укладывается теплоизоляция фольгой вверх. Затем вся система покрывается черной краской из балончика
В торцевых стенках ящика выпиливаются отверстия для выхода отводов для воздуха. Трубу можно уложить с любым количеством витков, понадобится ее около 10 м
Конструкцию надо защитить от атмосферной пыли и воды: для изготовления крышки подойдет обычное стекло, поликарбонат, оргстекло или другой подобный материал
Шаг 1: Сборка коллектора из гофрированной трубы
Шаг 2: Окрашивание солнечного прибора в черный цвет
Шаг 3: Установка подводов для воздуха
Шаг 4: Изготовление крышки для солнечного прибора
Кроме этого часто используют классификацию по температуре, до которой могут нагреваться рабочие узлы коллектора:
- Низкотемпературные. Варианты, способные нагревать теплоноситель до 50ºС. Применяются для подогрева воды в емкостях для полива, в ванных и душевых в летнее время и для повышения комфортных условий в прохладные весенне-осенние вечера.
- Среднетемпературные. Обеспечивают температуру теплоносителя в 80ºС. Их можно использовать для обогрева помещений. Эти варианты наиболее подходят для обустройства частных домов.
- Высокотемпературные. Температура теплоносителя в таких установках может доходить до 200-300ºС. Используются в промышленных масштабах, устанавливаются для обогрева производственных цехов, коммерческих зданий и др.
В высокотемпературных гелиосистемах используется довольно сложный процесс передачи тепловой энергии. К тому же они занимают внушительное пространство, чего не может позволить себе большинство наших любителей загородной жизни.
Процесс изготовления их трудоемок, реализация требует специализированного оборудования. Самостоятельно сделать подобный вариант гелиосистемы практически невозможно.
Высокотемпературные солнечные батареи на фотоэлектрических преобразователях в домашних условиях сделать довольно сложно
Собственноручное изготовление коллектора
Изготовление солнечного прибора собственными руками — увлекательный процесс, приносящий массу выгод. Благодаря ему можно рационально применять бесплатное солнечное излучение, решить несколько важных хозяйственных задач. Разберем специфику создания плоского коллектора, поставляющего в отопительную систему нагретую воду.
Галерея изображений
Поглощающая панель сделана из сотового поликарбоната, покрытого черной краской. Верхний и нижний края панели, т.е. отрытые торцы каналов поликарбонатного листа, вставлены в разрезанные вдоль канализационные трубы
К краям труб приклеены уголки, необходимые для подключения трубопровода. В идеале их лучше приварить утюгом – сварочным аппаратом для полимерных труб. Продольные разрезы по трубам залиты клеевым пистолетом
Аккумулирующие трубки, выполненные из канализационных труб, оснащаются теплоизоляцией. Перед этим клей по швам и вокруг уголков разравнивается либо паяльником, либо строительным феном
Поглощающая панель вместе с приклеенными к ней трубками укладывается на пенопласт или другой жесткий утеплитель. Сверху конструкция перекрыта поликарбонатом, загнутым по краю
Для сборки рамы закупается металлический профиль подходящего размера. При расчете ширины учитывается толщина жесткой теплоизоляции
В заготовках для сборки рамы, раскроенных из профиля по размеру поглощающей панели, прорезаются отверстия для вывода точек подключения коллектора
Сборка деталей рамы производится шурупами, предназначенными для работы с этим профилем
Для того чтобы коллектор был направлен под оптимальным углом к солнцу, сооружается стойка из пиломатериалов или металлопроката
Шаг 1: Поглощающая панель самодельного солнечного коллектора
Шаг 2: Способ подключения к аккумулирующей трубке
Шаг 3: Теплоизоляция для аккумулирующих трубок коллектора
Шаг 4: Сборка прибора для использования солнечной энергии
Шаг 5: Металлический профиль для устройства рамы
Шаг 6: Отверстия для выхода точек подключения к водопроводу
Шаг 7: Соединение элементов рамы солнечного коллектора
Шаг 8: Изготовление стойки для собранного солнечного коллектора
Материалы для самостоятельной сборки
Наиболее простой и доступный материал для самостоятельной сборки корпуса солнечного коллектора — деревянный брусок с доской, фанерой, плитами ОСП или подобными вариантами. В качестве альтернативы можно применить стальной или алюминиевый профиль с аналогичными листами. Металлический корпус обойдется несколько дороже.
Материалы должны соответствовать требованиям, которые предъявляются к конструкциям, используемым на открытом воздухе. Срок эксплуатации солнечного коллектора варьируется от 20 до 30 лет.
А значит, материалы должны обладать определенным набором эксплуатационных характеристик, которые позволят использовать конструкцию в течении всего срока.
Самый недорогой и простой вариант материалов для изготовления корпуса — применение пиломатериалов и стружечных плит
Если корпус выполнять из дерева, то долговечность материала можно обеспечить путем пропитки водно-полимерными эмульсиями и покрытием лакокрасочными материалами.
Основным принципом, которым следует руководствоваться при проектировании и сборке солнечного коллектора, является доступность материалов в отношении цены и возможности приобрести. То есть, их можно либо найти в свободной продаже, либо самостоятельно изготовить из доступных подручных средств.
Галерея изображений
Существует масса подручных средств, подходящих для изготовления змеевика солнечного коллектора, например, ПВХ или ПП труба с угловыми фитингами
В приоритете гибкие сантехнические трубы ПНД или ПВХ, из которых можно собрать приемник солнечной энергии без применения фитингов
Оригинальное и весьма экономное решение — теплообменник от вышедшего из строя старого холодильника
Медная трубка — недешевый, но эффективный выбор. Согнуть ее нужно так, чтобы не создавать лишнее гидравлическое сопротивление в коленях
Практически бесплатный и достаточно действенный воздушный коллектор выйдет из использованных металлических банок
Классика жанра для экономных хозяев — пластиковые бутылки, в изобилии появляющиеся в любом загородном доме
Если в устройстве солнечного коллектора использовать темные пластиковые бутылки, нагревать теплоноситель они будут гораздо лучше
Самый трудоемкий и материалоемкий вариант — змеевик из алюминиевой или стальной трубы, нуждающейся в аккуратной гибке и сварке
Жесткая ПВХ труба с фитингами в изготовлении
Приемник солнечной энергии из гибкой ПНД трубы
Теплоприемник из теплообменника старого холодильника
Гнутая медная трубка в солнечном коллекторе
Нетривиальное использование алюминиевых банок
Пластиковые бутылки в деле сооружения коллектора
Притягивающий лучи прибор из темных пластиковых бутылок
Приемник тепла из гнутой металлической трубы
Нюансы устройства теплоизоляции
Для предотвращения потерь тепловой энергии на дно короба монтируется изоляционный материал. Это может быть пенопласт либо минеральная вата. Современная промышленность выпускает достаточно обширную номенклатуры изоляционных материалов.
Для утепления короба можно использовать фольгированные варианты утеплителей. Таким образом можно обеспечить и теплоизоляцию и отражение солнечных лучей от фольгированной поверхности.
Если в качестве изоляционного материала используется жесткая плита пенопласта или пенополистирола, для укладки змеевика или системы труб можно вырезать канавки. Обычно абсорбер коллектора укладывается на теплоизоляцию сверху и накрепко фиксируется к днищу корпуса способом, зависящим от использованного в изготовлении корпуса материала.
Теплоизоляция служит для уменьшения потерь тепловой энергии через дно корпуса. Прибор в металлическом корпусе изготавливать без теплоизоляции нерационально (+)
Теплоприемник солнечного коллектора
Это абсорбирующий элемент. Он представляет собой систему труб, в которых происходит нагрев теплоносителя, и деталей, выполненных чаще всего из листовой меди. Оптимальным материалов для изготовления теплоприемника считаются медные трубы.
Домашние мастера изобрели более дешевый вариант — спиральный теплообменник из полипропиленовых труб.
Интересное бюджетное решение — абсорбер гелиосистемы из гибкой полимерной трубы. Для соединения с устройствами на входе и выходе применяются подходящие фитингиВыбор подручных средств, из которых можно изготовить теплообменник солнечного коллектора, достаточно широк. Это может быть теплообменник старого холодильника, полиэтиленовые водопроводные трубы, стальные панельные радиаторы и пр.
Важным критерием эффективности выступает теплопроводность материала, из которого изготовлен теплообменник.
Для самостоятельного изготовления оптимальным вариантом является медь. Она обладает теплопроводностью, которая составляет 394 Вт/м². У алюминия этот параметр варьируется от 202 до 236 Вт/м².
Медные трубы считаются наиболее оптимальным вариантом для изготовления теплоприемника по теплотехническим качествам и износоустойчивости
Однако большая разница в параметрах теплопроводности между медными и полипропиленовыми трубами вовсе не означает, что теплообменник с медными трубами будет выдавать в сотни раз большие объемы горячей воды.
При равных условиях производительность теплообменника из медных труб будет на 20% эффективнее, нежели производительность металлопластиковых вариантов. Так что теплообменники, изготовленные из полимерных труб, имеют право на жизнь. К тому же такие варианты обойдутся гораздо дешевле.
Вне зависимости от материала труб, все соединения как сварные, так и резьбовые, должны быть герметичны. Трубы можно располагать как параллельно друг к другу, так и в виде змеевика.
Схема по типу змеевика уменьшает количество соединений — это снижает вероятность протечек и обеспечивает более равномерное движение потока теплоносителя.
Верх короба, в котором находится теплообменник, закрывается стеклом. В качестве альтернативы можно использовать современные материалы, типа акрилового аналога или монолитного поликарбоната. Светопрозрачный материал может быть не гладким, а рифленым или матовым.
В классическом варианте короб с коллектором закрывается закаленным стеклом, оргстеклом, поликарбонатом или подобным материалом. Народные умельцы приноровились вместо стекла использовать полиэтилен
Такая обработка снижает отражающие способности материала. Кроме того, этот материал должен выдерживать значительные механические нагрузки.
В промышленных образцах подобных гелиосистем используется специальное солярное стекло. Такое стекло характеризуется низким содержанием железа, что обеспечивает меньшие потери тепловой энергии.
Накопительный бак или аванкамера
В качестве накопительного бака можно использовать любую емкость с объемом от 20 до 40 литров. Подойдет ряд несколько меньших по объему резервуаров, соединенных трубами в последовательную цепочку. Накопительный бак рекомендовано утеплять, т.к. нагретая на солнце вода в емкости без изоляции будет быстро терять тепловую энергию.
По сути, теплоноситель в отопительной гелиосистеме должен циркулировать без аккумуляции, т.к. полученную от него тепловую энергию нужно расходовать в период получения. Накопительная емкость скорее выполняет функцию распределителя нагретой воды и аванкамеры, поддерживающей стабильность давления в системе.
Накопительная емкость в гелиосистемах работает в качестве распределителя воды и резервуара, поддерживающего давление (+)
Этапы сборки гелиосистемы
После изготовления коллектора и подготовки всех составляющих конструкционных элементов системы можно приступать к непосредственному монтажу.
Один из вариантов устройства змеевика из полипропиленовых труб с фитингами и тройниками поможет быстро собрать солнечный коллектор (+)
Работа начинается с установки аванкамеры, которую, как правило, размещают в самой высокой из возможных точке: на чердаке, отдельно стоящей вышке, эстакаде и т.д.
При монтаже следует учесть, что после заполнения жидким теплоносителем системы, эта часть конструкции будет иметь внушительный вес. Поэтому следует убедиться в надежности перекрытия или усилить его.
После установки емкости приступают к установке коллектора. Этот конструкционный элемент системы располагают на южной стороне. Угол наклона относительно линии горизонта должен составлять от 35 до 45 градусов.
После установки всех элементов их обвязывают трубами, соединяя в единую гидравлическую систему. Герметичность гидравлической системы является важным критерием, от которого зависит эффективная работа солнечного коллектора.
По схеме сборки гелиосистемы для поставки воды в летний душ можно соорудить конструкцию, чтобы подогревать воду для полива или создавать комфортные условия прохладными вечерами (+)
Для соединения конструктивных элементов в единую гидравлическую систему используются трубы с диаметром дюйм и полдюйма. Меньший диаметр используется для устройства напорной части системы.
Под напорной частью системы понимается ввод воды в аванкамеру и вывод нагретого теплоносителя в систему отопления и горячего водоснабжения. Остальная часть монтируется при помощи труб большего диаметра.
Для предотвращения потерь тепловой энергии трубы следует тщательно изолировать. Для этой цели можно использовать пенопласт, базальтовую вату либо фольгированные варианты современных изоляционных материалов. Накопительная емкость и аванкамера также подлежат процедуре утепления.
Наиболее простым и доступным вариантом теплоизоляции накопительной емкости является сооружение вокруг нее короба из фанеры или досок. Пространство между коробом и емкостью следует заполнить утепляющим материалом. Это может быть шлаковата, смесь соломы с глиной, сухие опилки и пр.
Гелисистема устанавливается так, чтобы солнечные коллекторы были расположены на самой освещенной стороне дома или участка (+)
Испытание перед вводом в эксплуатацию
После монтажа всех элементов системы и утепления части конструкций можно приступать к заполнению системы жидким теплоносителем. Первоначальное наполнение системы следует производить через патрубок, расположенный в нижней части коллектора.
То есть, наполнение осуществляют снизу в верх. Благодаря таким действиям можно избежать вероятного образования воздушных пробок.
Вода или другой жидкий теплоноситель поступает в аванкамеру. Процесс наполнения системы заканчивается тогда, когда из дренажной трубы аванкамеры начинает литься вода.
При помощи поплавкового клапана можно отрегулировать оптимальный уровня жидкости в аванкамере. После наполнения системы теплоносителем он начинает нагреваться в коллекторе.
Процесс повышения температуры происходит даже в пасмурную погоду. Нагретый теплоноситель начинает подниматься в верхнюю часть накопительного бака. Процесс естественной циркуляции происходит до тех пор, пока температура теплоносителя, который поступает в радиатор, не выровняется с температурой носителя, выходящего из коллектора.
При расходе воды в гидравлической системе будет срабатывать поплавковый клапан, находящийся в аванкамере. Таким образом, будет поддерживаться постоянный уровень. При этом холодная вода, поступающая в систему, будет находится в нижней части емкости накопителя. Процесс перемешивания холодной и горячей воды практически не происходит.
В гидравлической системе надо предусмотреть установку запорной арматуры, которая будет препятствовать обратной циркуляции теплоносителя из коллектора в накопитель. Это происходит в том случае когда температура окружающей среды опускается ниже, чем температура теплоносителя.
Такую запорную арматуру, как правило, используют в ночное и вечернее время.
Подводку к местам потребления горячей воды осуществляют при помощи стандартных смесителей. Обычные одинарные краны лучше не использовать. В солнечную погоду температура воды может доходить до 80°С — пользоваться такой водой напрямую неудобно. Таким образом, смесители позволят существенно сэкономить горячую воду.
Производительность такого солнечного водонагревателя можно повысить путем добавления дополнительных секций коллекторов. Конструкция вполне позволяет монтировать от двух до неограниченного количества штук.
Производительность гелиосистемы увеличивается путем установки большего количества солнечных коллекторов
В основе такого солнечного коллектора для отопления и горячего водоснабжения лежит принцип парникового эффекта и так называемый термосифонный эффект. Парниковый эффект используется в конструкции нагревательного элемента.
Солнечные лучи беспрепятственно проходят через прозрачный материал верхней части коллектора и преобразуются в тепловую энергию.
Тепловая энергия оказывается в замкнутом пространстве благодаря герметичности короба секции коллектора. Термосифонный эффект используется в гидравлической системе, когда нагретый теплоноситель поднимается вверх, при этом вытесняя холодный теплоноситель и заставляя его двигаться в зону нагрева.
Благодаря термосифонному эффекту в системе происходит стабильная и непрерывная естественная циркуляция теплоносителя
Производительность солнечного коллектора
Основным критерием, который влияет на производительность гелиосистем, является интенсивность солнечного излучения. Количество падающего на определенную территорию потенциально полезного солнечного излучения называется инсоляцией.
Величина инсоляции в разных точках земного шара варьируется в достаточно широких пределах. Для определения средних показателей этой величины существуют специальные таблицы. Они отображают среднюю величину солнечной инсоляции для того или иного региона.
Данные по солнечной инсоляции в определенном регионе можно получить из специальных карт и таблиц (+)
Кроме величины инсоляции на производительность системы влияет площадь и материал теплообменника. Еще одним фактором, влияющим на производительность системы, является объем накопительного бака. Оптимальная емкость бака рассчитывается, исходя из площади адсорберов коллектора.
В случае с плоским коллектором это общая площадь труб, которые находятся в коробке коллектора. Эта величина, в среднем значении, равняется 75 литрам объема бака, на один м² площади трубок коллектора. Накопительная емкость является своеобразным тепловым аккумулятором.
Цены на заводские приборы
Львиная доля финансовых затрат на сооружение подобной системы приходится на изготовление коллекторов. Это не удивительно, даже в промышленных образцах гелиосистем около 60% стоимости приходится на этот конструкционный элемент. Финансовые затраты будут зависеть от выбора того или иного материала.
Надо отметить, что подобная система не в состоянии отопить помещение, она лишь поможет сэкономить на затратах, помогая подогреть воду в системе отопления. Учитывая довольно большие затраты энергии, которые расходуются на нагрев воды, солнечный коллектор, интегрированный в систему отопления, существенно снижает подобные издержки.
Солнечный коллектор довольно просто интегрируется в систему отопления и горячего водоснабжения (+)
Для ее изготовления используются довольно простые и доступные материалы. К тому же подобная конструкция является полностью энергонезависимой и не нуждается в техническом уходе. Уход за системой сводится к периодическому осмотру и очистке стекла коллектора от загрязнений.
Дополнительная информация по организации солнечного отопления в доме представлена в этой статье.
Выводы и полезное видео по теме
Процесс изготовления элементарного солнечного коллектора:
Как собрать и ввести в эксплуатацию гелиосистему:
Естественно, самостоятельно сделанный солнечный коллектор не сможет конкурировать с промышленными моделями. Используя подручные материалы, довольно сложно добиться высокого КПД, которым обладают промышленные образцы. Но и финансовые затраты будут гораздо меньше по сравнению с приобретением готовых установок.
Тем не менее, самодельная солнечная система отопления существенно повысит уровень комфорта и сократит расходы на энергию, которая вырабатывается традиционными источниками.
Имеете опыт в сооружении солнечного коллектора? Или остались вопросы по изложенному материалу? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями. Оставлять комментарии можно в форме, расположенной ниже.
Делаем солнечный коллектор для душа своими руками
Солнечный коллектор для летнего душа своими руками создать на даче, в загородных домах, в подобных условиях сможет каждый — есть много способов и все они не слишком сложные, используются подручные, доступные материалы. Главное для самоделки — соорудить систему, эффективно аккумулирующую солнечную энергию, адсорбер, и магистраль с минимальными теплопотерями. Опишем самые распространенные методы самостоятельной сборки летней душевой, на основании которых пользователь сможет сооружать также и свои модификации.
Общее понятие о гелиоколлекторах
Для кустарного солнечного коллектора можно использовать любые трубы, шланги, б/у или ненужные радиаторы с внутренними полостями и даже секции отопительных батарей.
Преимущество самоделки в том, что она чрезвычайно слабо подвержена поломкам, в ней ничего не перегорает, все детали можно набрать даже со свалок.
Что такое гелиоколлектор
Солнечные коллекторы — это секции с системой трубок, секций нагревающихся солнцем, аккумулирующие его тепловую энергию и передающие ее воде. Заводские приборы данного типа могут быть сложными — специальные вакуумные трубки или плоские вакуумные блоки, наполненные особой жидкостью — теплоносителем.
Вверху (наконечники) — медные колбы теплообменники, указанное нагретое вещество поднимается из полости трубок/секций в них, концентрирует там тепло. Эти элементы объединяются частью (строго говоря — коллектором), в которую поступает обрабатываемая вода, она омывает их, происходи передача ей тепла. Сверху секция может накрываться материалом (характерно для плоских моделей), способствующим притяжению и концентрированию солнечных лучей или же трубки могут оставаться не накрытыми (достаточно свойств их материала).
Не только летний душ обеспечит солнечный коллектор, для душа повседневного, хорошо теплого он тоже подойдет.
Заводская продукция, конечно же, сложнее, но в основе всех таких систем аналогичный принцип: циркуляция воды по солнечному абсорберу или его теплообменнику.
Есть более простые конструкции: вода движется в системе трубок (змеевике) в секции, накрытой притягивающем солнечные лучи материалом. Внутри обычно устанавливают черный материал, часто используют зеркальное покрытие (фольгу) — лучи будут отражаться и еще раз нагревать внутреннее пространство. Такой блок имеет определенную степень герметичности — кроме того, что нагреваются трубки, в самой среде там концентрируется тепло (как в духовке).
В самом элементарном виде солнечный коллектор — это горизонтальная плоская спираль из черного резинового шланга, накрытая притягивающем солнце темным прозрачным матовым полотном. Часто добавляют небольшой насос и фильтр. Модификаций может быть много: система ПВХ трубок, небольших пластиковых/резиновых секций — но принцип аналогичный.
Надо отличать 2 системы: душ с солнечным коллектором и на солнечных батареях. Это разное оборудование нагрева. Солнечная панель предназначена для сбора тепла, которое передается специальным узлам (инверторам, генераторам), преобразующим его в электричество, аккумулирующееся АКБ и использующееся затем на разные потребности, включая нагрев воды ТЭНами. Гелиоколлекторы же изначально предназначены для отопления, это самодостаточные модули, напрямую подготавливающие жидкость, которая протекает по их змеевикам, по секциям с теплообменниками, их невозможно применить по иному назначению.
Принцип работы самодельного солнечного коллектора с душем
Циркуляция основывается на естественной конвекции: более теплое вещество внутри змеевика коллектора расширяясь, приобретая меньшую плотность, поднимается, через выходной патрубок поступает в верхнюю часть цистерны-аккумулятора. Более холодный слой у днища вытесняется, перемещается по другой трубе в нижний сегмент змеевика, нагревается, снова поднимается.
Пока солнце светит, жидкость постоянно движется по описанному контуру, причем с каждым циклом внутрь змеевика она попадает уже не совсем холодная, таким образом, все более нагреваясь. Бак приподнят над солнечным абсорбером, поэтому циркуляции при ночном охлаждении теплоносителя не опрокидывается — холодный слой просто скапливается на нижней точке схемы (дно коллектора), а теплая — остается в бочке.
В среднем коллекторы выдают +50…+60° C, особо удачные конструкции — +70, качественные изделия из металла в южных районах (ниже рассмотрен медный абсорбер) могут обеспечить температуру кипения.
Как располагаются трубы, необходимость насоса
- горячая труба от коллектора — присоединяется на верхнюю часть цистерны, холодный сброс в него — внизу;
- питающая труба на случай, если бочка будет наполняться помпой, дворовым или домашним краном — с противоположной стороны вверху;
- внутри бака для подачи на душевую лейку устанавливают вертикальный отрезок трубы верхний конец оканчивается вначале верхней трети бака, чтобы забирать поступающую горячую воду, которая на верхних слоях. Можно его заменить более эффективным гибким шлангом с поплавком. Приспособить его так, чтобы конец всегда был погруженным, но сам шланг находился около поверхности — так при снижении уровня жидкости он всегда будет ее отбирать.
В систему можно добавить небольшой маломощный насос, он обязательный, если элементы расположены так, что не обеспечивают естественную циркуляцию. Если есть помпа, то бочку и коллектор по отношению друг к другу можно ставить на любой высоте.
Классическая схема душа с бочкой и гелиоколлектором с пластиковым змеевиком
Все методы рассматриваемых самоделок несложные: обобщенно, это утепленный корпус с трубками (металл, пластик), бочка на верху кабинки под прямыми солнечными лучами и магистраль циркуляции. Все остальные способы — модификации описанной конструкции. Под ультрафиолетом пластик утрачивает прочность, трескается, поэтому металлический бак тоже хорошо подойдет. Впрочем, можно использовать любой материал, даже деревянную бочку, если она не будет рассыхаться.
Не обязательно также делать сложную конструкцию выхода воды, предусматривать возможность смешивания ее с холодной жидкостью. Можно обойтись и простым гибким перекрывающимся шлангом с душевой насадкой. Если бочка будет наполняться бытовым насосом, вручную ведрами из колодца, то также отпадает необходимость сооружать магистраль до питающего крана (наш пример с ним).
- Каркас для кабинки: металлические профили, полосы (подойдут даже со свалки), трубы ПВХ, дерево, любой материал, из которого можно соорудить устойчивую конструкцию Можно обойтись без каркаса, если есть где закрепить бочку, но место должно быть открытым со всех сторон, подойдут, например, незатеняемые крыши пристроек, иных сооружений. В роли стенок можно применить драпировку тканью, непрозрачный полиэтилен.
- Бочка. Объем и материал выбирает пользователь по своему усмотрению, наш случай — 120 л, пластик.
- Подвод воды, обвязка: садовый шланг, пластиковые трубы (25 мм) с фитингами, быстросъемные соединения.
- Дренаж: траншея и яма.
Для кабинки использовались железные рамы от старых пружинных кроватей. Применялась сварка. На каркасе сделаны перемычки и сверху посадочное место под бочку.
Дренаж — яма на отдалении от душа с канавками, постепенно углубляющимися в сторону от него. Углубления заполнены крупной щебенкой, гравием строительным мусором.
Далее, сделаны ручным буром скважины под ножки каркаса, который установили в них и забетонировали (по ведру на каждую опору).
Порядок сооружения летнего душа с иллюстрациями
Подготовка элементов: бочка, трубы, душевая лейка, шланг, поплавковый клапан для подачи воды.
Подача будет осуществляться по выделенному каналу гибким шлангом (10 м ¾ дюйма). Также приобретено 5 м трубки потоньше ½ дюйма для раздела потоков — на кран душа и на заполнение.
Для начала необходимо сделать настил, чтобы не наступать на грязь во время принятия душа. Этот элемент обработан антисептической пропиткой, покрашен яхтным лаком.
Размечаем бочку, чтобы правильно поставить магистраль подачи/наполнения. С восточной стороны, слева от входа в душ — впуск воды (для наполнения от дворового крана). Там наметим место сверления отверстия под обычный поплавковый клапан от бачка унитаза. Сверлим шуруповертом со ступенчатым сверлом.
Клапан (поплавковый) вставляется, фиксируется гайкой. Устанавливаем кран отверстием вниз, так шланг не будет заламываться. Применяем паклю и герметизирующую смазку «Унипак».
Далее, применяем для подключения к шлангу быстросъмные соединения. А также в бочку можно вставить термометр.
Устанавливаем 2 штуцера. Сначала обозначаем уровень наполнения, выход холодной воды (внизу), вход горячей (вверху).
Врезаем на днище еще 2 штуцера — для душа и для слива на всякий случай. К первому присоединяем кран. В нашем случае он с тройником с вентилем для подмешивания холодной воды. Можно обойтись и более простой конструкцией — одним краном. На сливной патрубок ставим заглушку. На питающий шланг приделываем грузило.
Бочка сверху накрывается крышкой, там сверлят несколько небольших отверстий для «дыхания». Бак заполняется дворовым краном через гибкую подводку. Но также воду заливать можно ведрами, насосом через верх без отдельной подводки.
Бочка сама выступает своеобразным солнечным коллектором, термосом, нагреваясь на солнце.
Солнечный коллектор
Из обычных пластиковых труб (внешний диаметр 20 мм) и фитингов собирают решетку (змеевик). На верхних и нижних концах по диагонали приваривают заглушки. Сверху, снизу приваривается коллектор из тройников 25–20–25 мм.
Следующий этап — корпус: рама из бруса 50х50 мм с бортиками:
Делаем теплоизоляцию, чтобы пойманное солнечное тепло аккумулировалось внутри короба. Применяем экструдированный фольгированный пенополистирол 30 мм:
Разметка под держатели для труб и их установка:
Устанавливаем гелиоколлектор чуть ниже бочки, для конструкции соорудили металлический каркас, но также можно сделать попроще: из дерева или просто закрепив с опорой на подходящей поверхности.
Дальше — важные «мелочи»: на короб стекло, оргстекло или толстая пленка, прозрачный/полупрозрачный пластик, герметизация монтажной пеной. Последняя мера крайне желательная, так как даже небольшое отверстие может привести к критической потери тепла. Крышка прозрачная, чтобы воздействие лучей усиливалось: они попадают внутрь и еще раз нагревают трубы отражаясь от фольгированного покрытия. Вся магистраль утепляется пенофолом.
Такая система обеспечивает нагрев до +51° C. Циркуляция естественная: вода, нагреваясь внутри коллектора, периодически из него выплескивается в бочку, забирается с верхнего сегмента на душ, а холодный слой однвременно снизу вытесняется на змеевик.
Недостатки
Причина сравнительно слабого нагрева: теплопроводность полипропилена (из него сделан змеевик) очень низкая, сравнимая с керамзитом и древесиной, то есть он лучше подходит для изоляции, а не для теплообмена. Если использовать металл (особенно почерненную медь), в том числе и в роли внутренней оббивки короба, то температуру можно поднять вплоть до точки кипения при жарком климате.
Заменить полипропилен можно также гофрированными нержавеющими трубками как от шланга душа. В роли отражателей внутрь поставить дюралевые пластины.
Совет: не используйте пластиковый клапан с поплавком — он треснет, так как не рассчитан на теплую воду, поставьте латунную конструкцию.
Возможные вариации узлов
Бочку можно утеплить полиэтиленом и подобными материалами, если они будут черными, то эффективность улучшится.
Принцип смесителя: если есть линия подачи холодной воды, ее можно использовать как для наполнения бака, так и для разбавления горячего душа. То есть должно быть питание от дворового крана или еще один бак для холодной воды, обвязанный с «горячей» бочкой.
Вариант с двумя бочками
Что потребуется для гелиоколлектора (в данном примере площадь 1 кв. м):
- гофрированная «пятнадцатая» труба;
- вода будет поступать в цистерну на 160 л с утеплением пенофолом в 1 см.
Перепад между точкой забора и входа в коллектор — 2 м.
Точка сброса воды перенесена из верхней на нижнюю треть бака. Так теплый и холодный слой лучше перемешиваются. Достигается +45… +50° в солнечные дни, в пасмурные — +35° C.
Две бочки по 160 л обвязываются полипропиленовыми трубами — с ними легче работать, чем с металлопластиковыми. Система работает на термосифонном принципе, конвекции: горячая жидкость идет вверх, холодная вниз. Насос, соответственно топливо или электричество, не требуется, циркуляция происходит сама собой.
Сооружают раму из трубы для гелиоколлектора, наклон 45°, ориентация — строго на юг. Делают подставки для бочек.
Бочку для горячей воды можно оснастить ТЭНом, чтобы не остаться без воды в пасмурные дни. На дне этой емкости 3 выхода: 2 для магистрали от солнечного коллектора (теплую воду закачивает в бак, холодная возвращается в него). Третий вывод — для смесителя душа. Трубы, дополнительно утепленные, соединены американками, то есть их можно разъединить при потребности, не повредив элементы, простым откручиванием. А также так удобнее собирать систему прямо на месте.
От баков к смесителю проложены обычные садовые шланги, утепленные вспененным полиэтиленом, они зафиксированные на штуцерах обычными хомутами. Перед смесителем эти шланги объединяются: ставят шунт с шаровым краном. Этот элемент — для комфорта: если закончится теплая вода, на шунте можно открыть вентиль и уровень жидкости в цистернах выравнивается, а при ее подаче обе бочки заполняются одинаково, отпадает потребность в раздельном наполнении.
Кран после наполнения баков перекрывается. Дальше система функционирует так: холодная жидкость поступает в коллектор через его нижний патрубок, расширяется при нагреве в нем, поднимается и посредством верхнего патрубка идет к накопительной цистерне, а оттуда в душ. Важно, чтобы бочки были расположены на 0.5–1.5 м выше коллектора. Надо организовать забор воды из теплых верхних слоев, для чего заборный гофрированный шланг (можно взять от стиральной машины) снабжают поплавком из пенопласта.
Для мониторинга количества жидкости в бак для теплой воды (теплоаккумулятор) врезается прозрачная трубка с черным поплавком. Цистерны утепляют пенофолом — 2 слоя по 5 мм. Теплую емкость накрыли кругом из ЭППС толщиной в 5 см.
Указанное выше утепление не особо эффективное, его можно применить на период подготовки более основательной отделки, состоящей из минваты 100 мм, пенопласта 5 см. Данный элемент чрезвычайно важен: бочка будет работать по принципу термоса, за сутки охладится всего на несколько градусов, что даст возможность использовать теплую жидкость ночью.
Как функционирует система: пример из реального опыта
Описанная выше система солнечного коллектора с душем отлично показала себя даже не в особо теплом, сравнительно с Югом, климате Подмосковья. С вечера баки наполняются 120–130 литрами. Солнце начинает нагревать их и гелиоколлектор в 8:30 или раньше. В нашем случае до этого времени падала тень от дома. К 18:00 лучи начинают ложиться по касательной – КПД снижается.
Итог: 120 л, заливаемых из колодца с t° +8 при t° воздуха в +22…+24, к 15:00 прогреваются до +45° C. К 17:00 — до +52° C. В облачные дни при t° среды 18–20° C достигается +35° C. Нагрева вполне хватает для хорошо теплого душа. Надо учесть, что утепление можно улучшить. За 5 мес. экономия на счете за электроэнергию достигает 3500 руб.
Из радиатора холодильника
В сети есть описание самодельного гелиоколлектора с радиатором холодильника. Процесс изготовления в целом описан нами выше, напомним кратко основные моменты:
- Во внутреннею поверхность плотно закрытого утепленного короба можно ставить отражающий материал (фольгу), но тут он закрепляется на черном резиновом коврике. Это также эффективный вариант, так как темный цвет лучше притягивает лучи, аккумулирует тепло.
- Внутрь корпуса помещаем змеевик, накрываем стеклом (можно использовать шурупы как упоры), размещаем так, чтобы лучи падали под прямым углом.
- Подключаем ПП трубами ввод для холодной и выход к баку душа для теплой воды. А также подводка может быть самой элементарной — из гибких, резиновых шлангов.
- Бак душа — любая подходящая емкость.
Из медных трубок
Коллектор с медным змеевиком, оббитый изнутри листами из этого же материала чрезвычайно эффективный. Пожалуй, самый эффективных из найденных нами в сети. Трубки и полосы спаиваются специальным паяльником-автогеном на швах, стыках, поэтому медный абсорбер — это был самый трудоемкий этап, занявший 2 дня.
Медь почернили, поместив ее в ванну с персульфатом калия:
Корпус утеплили, на заднюю стенку прикрепили фольгу для отражения тепла. Все зазоры тщательно уплотнили:
Конструкцию перенесли на место, для этого ее обернули обычной пищевой пленкой, и только после транспортировки и подключения установили стекло:
Результат: в жарком южном климате под прямыми лучами медь раскалилась, вода нагрелась до кипения, были даже заметные следы плавления полимерных элементов конструкции. Целесообразно в душ с солнечным абсорбером такого типа подмешивать холодную жидкость, для чего предусмотреть отдельную бочку с ней или подачу от крана.
Самые простые варианты гелиоколлекторов для летнего душа
Элементарность самых непритязательных вариантов солнечных коллекторов не означает их неэффективность. Несмотря на порой хлипкую не привлекательную конструкцию, часто собранную из хлама, они свои функции выполняют.
- абсорбер желательно поместить в герметичный корпус, как минимум обернуть полиэтиленом;
- передняя крышка должна быть прозрачной, а если она является частью абсорбера, то можно применять темный или матовый материал, рекомендованный и для других частей;
- задняя стенка должна обрабатываться особо — на нее ставят черный материал или фольгу отражающие свет, сохраняющие тепло внутри;
- лучший материал для змеевика, корпуса, деталей — металл. На солнце он будет не просто нагреваться, а раскаляться.
Впрочем, даже если не придерживаться некоторых указанных выше советов, коллектор будет выполнять свои функции. Рассмотрим яркие примеры.
Простой резиновый шланг, полипропиленовые трубы в герметичном корпусе:
Выше на последнем фото отличное решение — черное ограниченное пространство создает эффект духовки, змеевик толстый, его стенки тонкие, нагревается быстро.
Из ПЭТ бутылок, бутылей
Элементарный способ — гелиоколлекторы из пластиковых бутылок. Конечно же, их крайне рекомендовано выкрасить в черный цвет, подойдет даже обычный баллончик с краской. В одном из вариантов бутылки используются как кожух для труб змеевика.
Схема системы с ПЭТ бутылками:
Тут пластиковые бутылки с черным уплотнителем выступают кожухом для змеевика:
Видео по теме
Источник https://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/solnechnyj-kollektor-dlya-otopleniya-svoimi-rukami.html
Источник https://profazu.ru/elektrooborudovanie/samodelki-oborud/solnechnyj-kollektor-dlya-dusha-svoimi-rukami.html
Источник
