Привычные источники тепловой энергии постепенно истощаются, попутно загрязняя окружающую среду при горении. Поэтому человечество много внимания уделяет возобновляемой солнечной энергии. Естественно, полноценные, автоматизированные системы на базе гелиоустановок - удовольствие не дешевое, но простой воздушный солнечный коллектор для дачи или подсобного хозяйства вполне можно соорудить самому. О том, как он работает, из чего состоит, что нужно для его сборки, поговорим далее.
Как это работает
Выйдя летним знойным днем на улицу можно на личном примере убедиться, что солнечные лучи не только освещают все вокруг, но также обладает приличным запасом тепла, нагревая окружающий воздух. В отличие от традиционных источников (газа, угля, древесины), эта энергия неограниченная - нужно просто взять да воспользоваться ею. Для этого придется задействовать элементы разных гелиоустановок, например, воздушный или вакуумный коллектор. Но, как уже оговаривалось выше, подобные серийно производимые системы имеют сложную конструкцию и достаточно высокую цену, чтобы претендовать на массовое использование.
Если анализировать их на примере систем отопления или горячего водоснабжения, то нужно признать, что панельный или вакуумный солнечный коллектор - это такой же теплообменник, как обобщенно бытовой котел (газовый, мазутный, угольный). То есть его конструкция предусматривает возможность циркуляции теплоносителя (воды, воздуха). Последний греется за счет поглощенного внешним селективным покрытием (поверхность адсорбера) видимого/инфракрасного излучения. В серийных образцах воздушного или водяного коллектора для этого используется напыление из никеля или оксида титана черного цвета. Он впитывает весь спектр солнечного света - все семь цветов радуги, каждый из которых имеет запас внутренней энергии. То есть, главной задачей солнечной установки в целом, а коллектора в частности, является максимальное поглощение лучей видимого спектра и превращение их в тепло, которое затем передается циркулирующему в системе/корпусе теплоносителю.
Интересно ! У серийных образцов солнечного коллектора степень эффективности поглощения лучей и теплопередачи достигает 95 %, а при отсутствии разбора они могут нагреть воду в системе отопления или ГВС до 200°С.
Конструкция и принцип действия воздушного аппарата довольно просты: попадая внутрь солнечного коллектора, воздух постепенно нагревается под действием солнечных лучей, становится легче и поднимается вверх. Сама циркуляция в корпусе аппарата может быть организована по естественному и принудительному пути. В первом случае горячий воздух, отдав тепло по назначению, остынет и опустится вниз, выталкивая более легкий греющийся вверх. Для принудительной циркуляции нужно задействовать вентиляционное оборудование солнечного теплообменника.
Вода или воздух
Большая стоимость солнечного коллектора для традиционных водяных систем отопления связана косвенно со свойствами используемого теплоносителя. Вода обладает высокой теплоемкостью, то есть при охлаждении отдает намного больше тепла окружающему пространству, нежели воздух. Но ее функционирование связано с рядом проблем, которые следует учитывать в процессе эксплуатации системы с солнечным коллектором:
- Как и любая жидкость, вода практически не сжимается, но при этом расширяется с ростом температуры, а значит, нужно контролировать давление, особенно в закрытых системах;
- Вода меняет свое агрегатное состояние, то есть зимой нужно следить, чтобы она не замерзла, разрушив корпус, трубопроводы, арматуру;
- В ней содержится кислород, вызывающий коррозию труб, а значит, придется позаботиться о дополнительной защите.
Теплоемкость воздуха в 4 раза ниже, нежели у воды. Расчеты показывают, что при одном и том же объеме, воздушный коллектор выделяет в окружающую среду до 8 ккал тепла, по сравнению с 300 ккал у водяного. Но это также значит, что для нагрева кубометра воздуха нужно вчетверо меньше тепла. Газообразная среда обладает прекрасной подвижностью, позволяя наладить естественную циркуляцию в корпусе аппарата и системе, она не токсична, не может замерзнуть или закипеть и, что главное, воздуха много вокруг. Для его применения в системах отопления не требуется масса специальных инженерных решений.
Из этого можно заключить, что воздушный коллектор имеет более простую конструкцию, порядок эксплуатации. Он не так прихотлив в плане эксплуатации. Кроме того, его легко изготовить своими руками.
Конструктивные особенности
Естественно, существует масса технических решений, но обобщенно устройство, конструкцию, схему действия воздушного солнечного коллектора можно изобразить следующим образом:
Из иллюстрации следует, что основными его частями являются:
- Герметичный корпус. Служит для удобства монтажа системы и размещения основных действующих компонентов солнечного воздушного коллектора;
- Адсорбер/поглотитель. Обычно это оребренная панель, располагающаяся внутри корпуса. Главной ее задачей является поглощение солнечных лучей с последующей теплоотдачей воздуху, который циркулирует в коллекторе. Для этого внешняя сторона адсорбера должна быть черного цвета с матовой структурой (в этом случае отражающая способность будет ниже). Материалом служит обычно алюминий или медь, обладающие высокой теплопроводностью. Ребра главным образом используются в конструкции для увеличения площади теплоотдачи, обеспечения требуемого режима движения воздушного потока внутри корпуса;
- Внешняя изоляция. Это прозрачный материал (закаленное стекло), главной задачей которого является защита адсорбера солнечного воздушного коллектора от механических повреждений и обеспечение максимальной пропускной способности для лучей;
- Тепловая изоляция. Слой материала, расположенный между адсорбером и стенкой корпуса. Устраняет теплопотери при циркуляции потока воздуха в окружающую среду.
При установке, воздушный коллектор направляют на юг, под наклоном к горизонту. Так делают, чтобы обеспечить максимальную нагрузку поверхности поглотителя в течение дня и сезона. Влияние ориентации места установки в пространстве на степень инсоляции (продолжительность и площадь падения солнечных лучей) можно оценить на следующей иллюстрации.
Круговая диаграмма слева показывает степень/интенсивность потока солнечных лучей, а макет справа - эффективность воздушных коллекторов в зависимости от ориентации стен относительно сторон света.
Также следует учитывать, что вся конструкция в корпусе должна быть расположена максимально близко к объекту обогрева, иначе теплопотери в воздушной магистрали системы сведут на нет весь эффект.
Нагрев воздуха за счет пивных банок
Когда стоит задача спроектировать и собрать воздушный солнечный коллектор своими руками, первое, что принимается во внимание - максимальная простота итоговой конструкции. Использование подручных материалов ускорит процесс сборки и удешевит его, но не следует пренебрегать их свойствами.
Выше уже упоминалось, что лучшим вариантом для адсорбера воздушного солнечного агрегата является медь или алюминий, ввиду их высокой теплоемкости, но в розничной сети такой листовой металл имеет высокую стоимость. Заменить его в конструкции можно, как оказывается, простой банкой из-под пива или Кока-Колы - кто сказал, что адсорбер солнечного коллектора с воздушной циркуляцией должен быть плоским. Для их изготовления используют марганцево-алюминиевый сплав, а все размеры стандартизированные и одинаковые.
Интересно ! Прибегнув к простым расчетам, окажется, что если выложить на площадке и соединить между собой 64 банки (квадрат 8х8), то их площадь будет равна площади листа 1400х670 мм.
Кроме самих банок, придется изготовить корпус воздушного солнечного коллектора, для чего целесообразно использовать листовую фанеру или ДСП. Для обеспечения достаточной жесткости и прочности толщина плит солнечного теплообменника должна быть примерно 16-20 мм. Для отрезания деталей в размер нужно использовать дисковую пилу вместе с шаблоном - так поверхность реза досок получится более ровной.
Важно ! При разметке нужно оставлять припуск на отрезку и будущую обработку порядка 3-5 мм на сторону.
Между собой доски корпуса воздушного коллектора крепятся шурупами или конфирматами с обязательной прослойкой герметика. Если используется фанера, то нужно всю конструкцию обработать защитным лаком или пропиткой.
Внутренние стенки корпуса воздушного солнечного теплообменника утепляют. Проще всего для этих целей использовать плиточный пенополистирол (ППС, ЭППС), который садится на любой клеящий состав. Поверх них укладывается рулонная алюминиевая фольга, как отражающий слой. Ее стыки проклеиваются алюминизированным скотчем.
Банки крепятся между собой встык - дно вставляется в горлышко, которое предварительно подрезается ножницами по металлу и вдавливается внутрь корпуса. В дне банки проделывается несколько отверстий сверлом для организации циркуляции воздуха, а при соединении стыки обязательно обрабатываются герметиком. Чтобы собранные колонны (8 штук по 8 банок) надежно располагались в деревянном корпусе, для них следует изготовить направляющие - трубные решетки, отверстия под которые проделываются корончатыми сверлами.
Когда конструкция воздушного коллектора готова, следует провести ее окрашивание. Для этого можно использовать автомобильную матовую (это важно!) краску в баллончиках. С внешней стороны банки закрываются каленым или оргстеклом. Оно обеспечивает высокую степень прохождения лучей и защиту для воздуховодов внутри корпуса.
На задней стенке предварительно проделываются отверстия для обеспечения циркуляции воздуха. Для придания более эстетичного внешнего вида, готовую конструкцию можно облагородить, для чего использовать облицовку из вагонки или мебельных профилей.
Перед началом эксплуатации также придется продумать схему работы воздушного коллектора. Возможно, будет задействована естественная циркуляция или придется устанавливать вентилятор, чтобы гонять воздух принудительно.
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.
Использование созданных своими руками воздушных коллекторов дает возможность владельцам частных домов решить проблемы с отоплением и обогревом воды, которая может использоваться для технических нужд. Самодельное оборудование отличается эффективностью и простотой конструкции. Оно позволяет частично или полностью обеспечить строение теплом и сократить расходы на проживание в собственном доме.
Описание технологии
Солнечные воздушные коллекторы - это специальные приспособления, позволяющие преобразовывать световую энергию в тепло. Такие установки могут использоваться для отопления помещений и нагрева технической воды. Существующие на сегодняшний день разновидности оборудования отличаются своим принципом работы, конструкцией, показателями эффективности и предназначением. Можно подобрать такие установки для дачного строения или полноценного загородного дома. Преимущества коллекторов:
При правильном планировании устройства и его грамотном изготовлении солнечные воздушные коллекторы для отопления дома смогут функционировать круглый год, гарантируя сокращение расходов на обогрев помещения и решая проблемы с горячим водоснабжением. Производительность и эффективность функционирования оборудования будут во многом зависеть от его габаритов. Многие домовладельцы выполняют небольшие по своим размерам воздушные коллекторы, предназначенные для дополнительного обогрева частного дома.
Воздушный солнечный коллектор своими руками
Конструкционные особенности
Гелиосистемы, которые используются в качестве вспомогательного отопительного оборудования, отличаются простотой конструкции, надежностью и долговечностью. Простейшие воздушные коллекторы позволяют перерабатывать в тепло солнечное излучение, используя полученную энергию для подогрева воды и отопления частных строений.
В южных регионах, где зимой отмечаются плюсовые температуры, такие устройства можно использовать в качестве основного способа отопления дома, решая одновременно проблему с горячим водоснабжением. В средней полосе гелиосистемы отлично дополняют газовые, твердотопливные и электрические котлы, существенно сокращая расходы домовладельцев на проживание в частном доме в зимнее время года.
Эффективность работы воздушно-солнечных коллекторов будет напрямую зависеть от размеров устройства и климатических условий в регионе. Гелиосистемы имеют стандартную конструкцию, отличаясь лишь своими габаритами, а также наличием одного или нескольких контуров, которые отвечают за подогрев воды и отопление частного дома.
В замкнутом контуре воздушного солнечного коллектора располагаются специальные приборы, которые преобразуют в тепло световое излучение. По системе трубок движется теплоноситель, разогреваемый адсорберами, после чего вода самотёком или циркуляционными насосами прогоняется по замкнутому контуру с радиаторами отопления или накапливается в утепленном расширительном баке.
Важнейшей составляющей гелиоколлектора являются адсорберы, имеющие вид металлической пластины с чёрной наружной поверхностью. Также в качестве нагревающих элементов могут использоваться небольшие полости, непосредственно соединённые с трубками, по которым циркулирует теплоноситель.
Замкнутый контур с адсорберами устанавливается внутри ящика с прозрачной крышкой, изготовленной из полимерных материалов, силикатного или органического стекла. Используемый корпус должен одновременно отличаться прочностью, сохранять на протяжении многих лет свои показатели прозрачности, обеспечивая правильную работу гелиоколлектора. Предпочтительно для изготовления крышки использовать закалённое стекло, так как полимеры и органические материалы со временем выгорают под воздействием ультрафиолетовых лучей, теряют свою прозрачность, что отрицательно сказывается на показателях эффективности работы оборудования.
При использовании коллекторов исключительно в тёплое время года в качестве теплоносителя может применяться обычная вода. Если же предполагается функционирование устройства зимой, то необходимо заливать антифриз, который предупредит промерзание системы при отрицательных температурах.
Все используемые сегодня солнечные коллекторы для воздуха можно разделить на две основных категории: одно- и двухконтурные. Первые отличаются простотой конструкции и являются прекрасным решением для небольших строений, где требуется использовать такие установки исключительно для горячего водоснабжения или нагрева помещения. Двухконтурные гелиосистемы эффективны, способны работать зимой и летом, однако по причине сложности конструкции изготовить их самостоятельно не представляется возможным.
Солнечный коллектор и контроллер своими руками
Основным критерием, по которому выделяют различные типы гелиосистем, является температура нагретого теплоносителя. На сегодняшний день наибольшее распространение получили три следующих типа воздушных коллекторов:
Благодаря простоте конструкции выполнить своими руками низко- и среднетемпературные гелиоколлекторы сможет каждый дачник и владелец частного дома. Нужно лишь подобрать качественную схему изготовления оборудования и в последующем выполнять всю работу в полном соответствии с имеющейся технической документацией.
Сделав своими руками простейший воздушный солнечный коллектор, можно не только снизить расходы на отопление загородного строения, но и бесплатно получать горячую воду для технических нужд. Простую конструкцию реально изготовить самостоятельно любому домовладельцу, при этом не требуется приобретать и использовать какие-либо сложные и дорогостоящие детали.
Этапы работы
Подготовив необходимые материалы и выполнив все конструкционные элементы, приступают к сборке оборудования. Вся работа проводится в несколько этапов. Соблюдая их, можно существенно упростить изготовление солнечного коллектора. Сборка оборудования выполняется в следующей последовательности:
После завершения сборки коллектора проводят его пробный пуск, осматривая устройство на предмет выявления протечек. Контур с теплоносителем должен быть герметичным, что является одним из условий правильной работы оборудования.
Солнечный коллектор своими руками - обзор, обвязка.
Корпус самодельного гелиоколлектора может выполняться из досок, фанеры или OSB плит. Для повышения прочности и долговечности конструкций рекомендуется использовать каркас из стального и алюминиевого профиля с оцинковкой . Сваренный остов обшивается деревом, а для изготовления крышки используют полностью прозрачные прочные материалы. При условии применения надежных элементов солнечный гелиоколлектор сможет прослужить 20-30 лет, даже при условии постоянного пребывания на открытом воздухе.
Вес гелиоколлектора может составить 50 килограмм и более, соответственно, необходимо использовать прочную и долговечную опору, к которой будет крепиться корпус устройства. Устанавливать аппарат следует на южной стороне. Солнечная часть участка будет максимально долго освещаться солнцем, что позволяет повысить показатели коэффициента полезного действия гелиоколлекторов.
Теплоизоляция корпуса коллектора позволит существенно повысить эффективность работы устройства. Для утепления могут использоваться пенопласт, пенополистирол, минеральная вата и другие качественные изоляторы.
Предпочтительно выбирать фольгированные материалы, которые отличаются хорошей теплоизоляцией, способны отражать солнечные лучи, что позволяет им ещё больше нагревать адсорберы, повышая общую эффективность работы гелиоколлектора.
Сборка адсорберов
Адсорберы воздушного коллектора состоят из многочисленных трубок, по которым циркулирует теплоноситель. Теплоприемник следует изготавливать из меди или других материалов, отличающихся устойчивостью к коррозии. Для сокращения затрат на выполнение самодельного коллектора используемый адсорбер можно создать из полипропиленовых шлангов, теплообменника от старого холодильника и другого аналогичного оборудования.
Для хранения нагретой гелиоколлектором воды может использоваться пластиковый или металлический накопительный бак
. В средне- и высокотемпературных системах необходимы также расширительные бачки, которые позволяют решить проблему увеличения давления теплоносителя при его нагреве.
В каждом конкретном случае размер накопительного бака будет различаться. В низкотемпературных системах, которые используются для нагрева воды, будет достаточно 40-литрового пластикового резервуара. Не помешает дополнительно утеплить накопительный бак, для чего используют минеральную вату и аналогичные материалы. Ёмкость подключается к системе при помощи фитингов и пластиковых труб. Качеству соединения и отсутствию протечек необходимо уделить должное внимание, так как от этого будет напрямую зависеть беспроблемность функционирования воздушного коллектора.
Воздушный солнечный коллектор для отопления представляет собой довольно простое устройство, которое способно аккумулировать солнечный свет, преобразуя его в тепло. В последующем нагретый теплоноситель можно использовать для отопления дома или получения горячего водоснабжения. Благодаря простоте конструкции изготовить гелиосистему своими руками не составит труда. Потребуется лишь качественная схема, в полном соответствии с которой и выполняются самодельные устройства.
Используя недорогие подручные материалы и простое оборудование, можно собрать эффективный воздушный солнечный коллектор для обогрева дома .
Устройство работает по простому принципу: черная поверхность поглощает солнечное тепло и отдает его воздуху. Пока на коллектор светит солнце, абсорбер нагревает нагнетаемый вентиляторами холодный домашний воздух. В помещение возвращается уже нагретый воздух - благодаря такой вентиляции температура в помещении постепенно повышается.
Воздушный солнечный коллектор обычно устанавливают на крышу или на южную стену дома, предварительно сделав четыре отверстия диаметром около 10 см, объясняет кандидат технических наук, автор многочисленных публикаций об энергосбережении и книги «Энергосберегающие коттеджи» Юрий Дудикевич.
«Через нижние отверстия в стене прохладный домашний воздух будет подаваться на коллектор, нагреваться и возвращаться обратно в помещение через верхние отверстия, - объясняет специалист. - На выходе коллектора устанавливаются обратные клапаны, которые блокируют движение воздуха при отключенных вентиляторах».
Согласно подсчетам эксперта, воздушный солнечный коллектор позволяет получать 1,5 кВт*ч тепловой энергии на один квадратный метр площади. «Например, 10 коллекторов, площадью два метра каждый, могут давать 30 кВт*ч в солнечный день, - объясняет украинский инженер. - В декабре, когда температура воздуха на улице достигала -6 ° С, суммарная выходная тепловая энергия коллектора в течение солнечного дня (7:00) составила 6 кВт*ч, а эффективность - не менее 50%, а в октябре коэффициент полезного действия устройства повысился до 75 %».
Теплый воздух из солнечного нагревателя лучше направить под пол, советует эксперт. «Устроить это можно посредством плоских прямоугольных воздуховодов шириной 30 и высотой 5 сантиметров, - объясняет Юрий Дудикевич. - Их можно изготовить своими руками из оцинкованной жести, к тому же они имеют большую площадь поверхности, чем круглые трубы, и поэтому лучше отдают тепло».
При этом необходимо обязательно обернуть в теплоизоляцию каналы и пол, отмечает специалист, добавляя, что отличными свойствами обладает природный утеплитель из извести и костры льна или конопли.
Воздушный солнечный коллектор может использоваться не только для обогрева дома, но и для отопления парников, сушки неотапливаемых помещений, сушки фруктов и овощей, а также древесины весной, летом и осенью.
По словам эксперта, воздушный коллектор – самым дешевым средством обогрева дома. «За водяную солнечную систему надо отдать не менее 4 тыс. евро, а воздушный аналог, который не уступает по эффективности, можно сделать собственноручно за 100 евро, - отмечает Юрий Дудикевич. - Такие устройства благодаря доступным материалам можно собирать даже на уроках труда в школе».
Для изготовления воздушного солнечного коллектора нужны базовые знания, а также материалы и инструменты, которые можно купить в ближайшем магазине или найти в собственном хозяйстве.
Чтобы смастерить солнечный воздушный обогреватель, который может работать и зимой, понадобится деревянная рама с фанерным дном, изоляционная и рефлектирующая пленка, металлический лист, зачерненная сетка и лист прозрачного поликарбоната. К тому же нужны два вентилятора, и два обратных клапана, которые устанавливаются на выходе из коллектора.
Фанерное днище размером 1500х1500 мм нужно раскроить на две части: 1050х1500 мм и 450х1050 мм (соединяются между собой планкой сечением 20х40 мм) и вырезать четыре отверстия для движения вентилируемого воздуха (можно использовать форматно-раскроечный станок).
В днище устланном изоляционной пленкой с теплоотражающим свойствам необходимо просверлить снизу два отверстия диаметром 10 см для забора холодного домашнего воздуха и два отверстия сверху - для отвода горячего воздуха из коллектора. «В нижние отверстия мы будем монтировать вентиляторы, с помощью которых холодный воздух будет втягиваться в коллектор, а на верхние позже установим обратные клапаны, которые будут блокировать движение воздуха при отключенных вентиляторах», - объясняет Юрий Дудикевич.
Утепление фанерного днища рамы изоляционной и рефлектирующой пленкой помогает уменьшить теплопотери коллектора. Алюминизированная пленка отражает тепловые лучи, которые поступают от нагретого абсорбера.
Основной элемент коллектора - абсорбер – окрашенный в черный цвет металлический лист.
К внутренней стороне абсорбера прибивается металлическая сетка, которая меняет структуру воздушного потока, создаваемого вентиляторами, и вся эта конструкция монтируется к раме коллектора.
«Втянутый в коллектор холодное домашний воздух движется вдоль сетки, прогревается и становится температурно однородным», - объясняет Юрий Дудикевич.
«Два вентилятора Домовент ВКО-100 создают воздушный поток скоростью 200 м3/ч, - объясняет эксперт. - Мощность одного вентилятора составляет 14 Вт при дневных солнечных поступлениях на коллектор от 3 кВт*ч и больше».
Для установки воздушного коллектора необходимо просверлить в стене четыре отверстия диаметром 10 см.
И наконец - для уменьшения теплопотерь абсорбер накрываем листом прозрачного поликарбоната, который имеет защитную пленку от губительного ультрафиолетового излучения.
Панельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома - это источник дополнительной тепловой энергии. Модули подходят для жилых домов, теплиц, дач, коттеджей, турбаз. Один блок в среднем вырабатывает около 1,5 кВт/час, чего более чем достаточно для поддержания комфортной температуры в весенне-осенний период.
Воздушные коллекторы в зимнее время года сокращают расход топлива (газа, электричества), на котором работает котёл до 52%. Летом модуль работает на поддержание влажностного микроклимата и кондиционирование помещений.
Как устроен воздушный коллектор
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.Устройство воздушных солнечных коллекторов использует описанное явление, аккумулируя тепло и направляя его в помещение. В конструкции присутствуют следующие детали:
- корпус с теплоизоляцией;
- нижний экран, абсорбер;
- радиатор с аккумулирующими ребрами;
- верхняя часть из обычного стекла или поликарбоната.
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.
Принцип обогрева и его эффективность
Абсорберы воздушных коллекторов делают черного цвета, для увеличения интенсивности нагрева под воздействием солнечного излучения. Температура воздуха в коллекторе достигает 70-80°С. Тепла с избытком хватает для полноценного обогрева помещений небольшой площади.Принцип действия воздухонагревателя следующий:
- воздух закачивается с улицы в корпус коллектора принудительным способом;
- внутри блока установлены абсорберы, отражающие тепло, поднимающие температуру внутри ящика до 70-80°С;
- происходит нагрев воздуха;
- разогретые воздушные массы принудительно нагнетаются в отапливаемые помещения.
В заводских моделях обеспечение циркуляции воздуха осуществляется при помощи вентиляторов, подключенных к солнечным батареям. Как только ультрафиолетовое излучение становится достаточно интенсивным, чтобы выработать некоторое количество электроэнергии, турбины включаются. Коллекторы начинают работать на обогрев. Зимой интенсивность излучения Солнца снижается.
Дом не сможет полностью функционировать на солнечном воздушном отоплении. Воздухонагреватели используются как дополнительный источник тепла. При правильных расчетах одна установка (данные взяты из технических характеристик воздушных солнечных коллекторов Solar Fox) обеспечит следующую экономию, за отопительный сезон:
- газ до 315 м³;
- дрова до 3,9 м³.
Система солнечного воздушного обогрева компенсирует около 30% необходимого для здания тепла. Полная окупаемость достигается в течение 2-3 лет. Если учесть, что принцип работы связан с использованием установки и для кондиционирования воздуха, а в течение года вырабатывается около 4000 кВт, целесообразность использования становится еще очевиднее.
В странах ЕС широкое распространение получило конструкторское решение «солнечная стена». Конструкция заключается в следующем:
- в здании одна из стен изготавливается из аккумулирующего материала;
- перед панелью устанавливается стеклянная перегородка;
- в течение дня тепло аккумулируется, после чего отдается в помещение ночью.
На КПД воздушного коллектора существенно влияет время года. Так, в декабре коэффициент полезного действия поддерживается на уровне 50%, в октябре и марте увеличивается до 75%.
Солнечный коллектор - водяной или воздушный
Каждый из нагревателей эффективен, отличается только основное предназначение и принцип работы:- - применяется для обеспечения потребностей в ГВС и низкотемпературных систем теплых полов. Эффективность работы в зимний период существенно снижается. Вакуумные и панельные коллекторы косвенного нагрева, подсоединенные к буферной емкости, продолжают аккумулировать тепло в течение всего года. Главный недостаток, высокая стоимость гелиоколлектора, монтажа и обвязки.
- Воздушный вентиляционный коллектор - отличается простой конструкцией и устройством, которое при желании можно изготовить самостоятельно. Основное предназначение: обогрев помещений. Конечно, существуют схемы, позволяющие использовать полученное тепло для ГВС, но при этом эффективность воздушных коллекторов падает практически вдвое. Преимущества: низкая стоимость комплекта и установки.
Как и из чего сделать воздушный коллектор
Главное достоинство солнечных воздухонагревателей, в простоте конструкции. При желании можно сделать самодельное солнечное воздушное отопление частного дома, затратив на это минимум средств.Для начала потребуется сделать расчеты производительности, затем подобрать тип конструкции и выбрать материалы для изготовления. Корпус и абсорберы можно изготовить из подручных средств, существенно сэкономив бюджет.
Как сделать расчёты коллектора
Вычисления выполняются следующим образом:- каждый м² от площади коллектора даст 1,5 кВт/час тепловой энергии, при условии, что будет солнечная погода;
- для полноценного обогрева помещения требуется 1 кВт тепловой энергии на 10 м².
Для обеспечения максимальной производительности надо определить сторону дома с максимальной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Практика показывает, что оптимальное место для установки - это скат кровли или южная стена здания.
Типы конструкции коллектора
Классификация осуществляется по различиям корпуса коллекторов. Заводской воздухонагреватель обычно имеет надувной каркас, с двумя съемными панелями. При необходимости модуль легко демонтируется, разбирается и переносится на другое место. Сделать своими руками конструкцию надувного типа навряд ли получится.В домашних условиях выполняют сборку неразборного корпуса. Это деревянный ящик с абсорбером, радиатором и верхним прозрачным экраном. При изготовлении используют подручные средства: профнастил, алюминиевые пивные банки, обычное стекло.
Материалы для изготовления коллектора
Для изготовления модулей для нагрева жилого или хозяйственного здания потребуются несколько комплектующих:- Внешний блок - собирается из фанеры, ДСП и деревянных брусков. По внешнему виду напоминает обыкновенный коробок.
- Дно - изготавливают из профнастила. Лист металла обрабатывают специальной черной краской с высоким коэффициентом светопоглащения. Абсорбирующую поверхность можно сделать из разрезанных алюминиевых банок. Дно обшивают изоляционным материалом, чтобы избежать тепловых потерь.
- Ребра радиатора - используются для лучшей абсорбции тепла. При изготовлении используют тонкие листы алюминия, меди. Можно установить уже готовый радиатор из старого холодильника.
- Крышка коллектора - делается из сотового поликарбоната, отличающегося хорошей светопропускной способностью и одновременно удерживающая тепло внутри коллектора. Чтобы сэкономить, в качестве покрытия можно использовать обычное стекло. Теплоэффективность при этом будет нижем чем у коллекторов, закрытых поликарбонатом.
- Теплоизоляция корпуса - по периметру каркас обшивают пенополистиролом.
Для нагнетания воздуха в отапливаемые помещения устанавливают 2-4 вентилятора. Подойдут кулеры, снятые со старого компьютера.
Установка и подключение воздушного коллектора
Для монтажа воздухонагревателей нужно подготовить поверхность стены, сделав 4 отверстия под воздуховоды. Внутри здания гофрированные трубы разводят по комнатам, направляя в сторону пола.Самодельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома подключаются к электросети, через трансформатор. При наличии навыков в качестве источника питания можно установить аккумулятор на солнечных батареях.
Теплоэффективность изготовленных своими руками воздухонагревателей существенно ниже, чем у заводской продукции. При отсутствии специальных навыков лучше использовать готовые модули. Как показывают реальные отзывы о коллекторах, оптимальный вариант для покупки из представленных на отечественном рынке: Solar Fox, Солнцедар и ЯSolar-Air.
Воздухонагреватели не используются в качестве основного источника тепла и выполняют исключительно вспомогательную функцию. В домах с солнечными воздушными коллекторами изначально устанавливают котел, покрывающий потребности в отоплении на 100%.
При грамотных расчетах и интенсивной эксплуатации, вложения окупятся в течение 1-2 лет. В случае самостоятельного изготовления коллектора, затраты вернутся уже в середине первого отопительного сезона.
Пошаговая инструкция изготовления воздушного коллектора
Изготовление воздушного солнечного коллектора из алюминиевых банок:
В наше время, когда исчерпываются природные ресурсы, люди все чаще ищут альтернативные источники энергии. А что может быть лучше энергии солнца – общедоступной, неисчерпаемой и, если можно так выразиться, дармовой?
И вот совсем недавно при изучении возможного применения солнечного света учеными был изобретен воздушный коллектор – прибор, поглощающий солнечную энергию и превращающий ее в тепло, которое впоследствии передается теплоносителю. Зачастую теплоносителем выступает жидкость, но нередко используется и воздух – более того, бывают ситуации, когда воздушные приборы даже более эффективны.
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.
Сферы применения
Столь низкая популярность приборов объясняется очень просто: у воздуха достаточно низкая теплопроводность. Тем не менее, гелиосистемы воздушного типа широко используются:
- в системах рекуперации воздуха;
- в осушительных системах;
- в воздушном обогреве дома.
Получается, что воздушные коллекторы вряд ли можно считать полноценной заменой жидкостных, но благодаря им вполне можно сократить коммунальные расходы.
Преимущества и недостатки
У воздушных гелиосистем, как и у всех творений рук человека, есть свои сильные и слабые стороны. К преимуществам можно отнести:
- эффективность в воздушной сушке;
- небольшую стоимость;
- простую конструкцию.
Но есть и недостатки:
- воздушными коллекторами нельзя нагревать воду;
- они весьма габаритны (ввиду незначительной теплоемкости);
- у них скромный КПД.
Обратите внимание! Чтобы повысить эффективность воздушных гелиосистем, их устанавливают в стены (южные, как мы помним) еще при строительстве здания.
Вы можете сделать такой прибор самостоятельно, благо конструкция его, как уже отмечалось, достаточно простая. Для этого потребуются дешевые и доступные материалы (некоторые даже умудряются использовать жестяные банки).
Но помните: такие коллекторы достаточно габаритны, поэтому вполне вероятно, что придется соорудить конструкцию на всю стену.
Изготовление прибора из водосточных труб
Такой прибор уж точно лучше сделать на всю стену. Осенью и весной он поможет вам существенно сэкономить на отоплении. Материалы подбирайте, учитывая габариты будущей конструкции.
Что потребуется в работе
Технология изготовления
Для создания коллектора выполните следующие процедуры.
Первый этап. Сначала сделайте небольшой деревянный короб в виде открытого ящика. Его глубина должна быть чуть больше высоты водопроводных труб.
Второй этап. Надежно изолируйте заднюю и торцевые стенки. Поверх минеральной ваты уложите алюминиевый лист, к которому, в свою очередь, хомутами прикрепите трубы.
Обратите внимание! Для улучшения циркуляции воздуха с одной стороны короба трубы должны отступать приблизительно на 15 см от торца.
По краям трубы фиксируйте деревянной перегородкой, где предварительно проделайте крепежные отверстия в соответствующих местах.
Третий этап. Ввиду того что входное и выходное отверстия будут находиться с одной стороны конструкции, проделайте на противоположной стороне несколько деревянных перегородок для того, чтобы разделять потоки воздуха.
Четвертый этап. После монтажа окрасьте коллектор в черный цвет. Для передней панели отлично подойдет сотовый поликарбонат.
Помните: воздушный коллектор в собранном виде весит достаточно много, поэтому для монтажа вам понадобится несколько помощников. При установке используйте прочные и устойчивые опоры.
Затем подключите коллектор к вентиляции здания посредством утепленных воздуховодов. Также позаботьтесь о канальном вентиляторе, который будет нагнетать воздух в помещение.
Изготовления прибора из профнастила
Это еще более простая конструкция солнечного коллектора. Вы соорудите ее гораздо быстрее.
Первый этап. Сначала сделайте деревянный короб так же, как в предыдущем варианте. Далее по периметру тыльной стенки проложите брус (приблизительно 4х4 см), а на дно уложите минеральную вату.
Второй этап. Проделайте выходное отверстие в дне.
Третий этап. Уложите на брус профнастил и перекрасьте последний в черный цвет. Разумеется, если изначально он был другого цвета.
Четвертый этап. Сделайте перфорацию по всей площади профнастила для притока воздуха.
Пятый этап. При желании можете остеклить всю конструкцию поликарбонатом – это повысит температуру нагрева абсорбера. Но не забывайте о том, что нужно предусмотреть еще и выходное отверстие для притока воздуха извне.
Изготовление коллектора из пивных банок
Это практичная и дешевая альтернатива описанным выше моделям гелиосистем. Она характеризуется низкой себестоимостью, ведь главное – запастись достаточным количеством жестяных банок (это будет нетрудно для любителей «коки» или баночного пива).
Обратите внимание! Банки обязательно должны быть из алюминия – этот металл обладает высоким теплообменом и устойчивостью к коррозии. Поэтому при подготовке проверьте каждую банку с помощью магнита.
Технология изготовления
Первый этап. Сначала проделайте в дне каждой банки по три отверстия, каждое размером с ноготь. Сверху сделайте вырез в форме звезды и отогните края наружу – это улучшит турбулентность подогретого воздуха.
Второй этап. Далее обезжирьте банки и сложите их в трубы соответствующей длины (в зависимости от размеров стены). Дно и крышка будут почти идеально прилегать друг к другу, а незначительные зазоры между ними обработайте силиконом.
Обратите внимание! Силикон должен выдерживать перманентно высокую температуру, иначе ваша конструкция рассыплется в процессе эксплуатации.
Не смещайте банки, пока силикон полностью не высохнет. Можете использовать для этого самодельные шаблоны – две доски, сбитые под углом (своего рода желоб). Это обезопасит трубы от боковых смещений.
Третий этап. Далее приступите к сборке корпуса. Для задней стенки используйте лист обычной фанеры необходимого размера. Можете сверху и снизу короба установить специальные деревянные планки с отверстиями под трубы – так вы добьетесь более надежной фиксации.
Четвертый этап. Уложите трубы в короб и закрепите все тем же силиконовым герметиком. Потом выкрасите их черной краской – темные цвета, как известно, притягивают солнечные лучи. Между трубами проложите минеральную вату. Когда краска высохнет, закройте коллектор листом сотового поликарбоната.
В качестве заключения
В итоге хотелось бы отметить, что описанные нами конструкции гелиосистем позволяют добиться внушительного прироста температуры – зачастую в солнечный день в помещении на 25–30°С теплее, чем снаружи. Вместе с тем существенно улучшается и микроклимат в помещении, поскольку обеспечивается перманентное поступление свежего воздуха.
И еще один важный момент: такая конструкция не накапливает тепло, поэтому ночью она будет не нагревать, а охлаждать воздух в помещении. Эту проблему можно решить укрыванием коллектора после захода солнца.
Видео – Солнечный коллектор из алюминиевых банок
