- Принцип роботи та конструкційні особливості
- Класифікація за температурним критеріям
- Власноручне виготовлення колектора
- Матеріали для самостійної збірки
- Нюанси пристрою теплоізоляції
- Теплоприемник сонячного колектора
- Накопичувальний бак або Аванкамера
- Етапи складання геліосистеми
- Випробування перед введенням в експлуатацію
- Продуктивність сонячного колектора
- Ціни на заводські прилади
- Висновки і корисне відео по темі
Подорожчання традиційних джерел енергії спонукає власників приватних будинків підшукувати альтернативні варіанти обігріву житла і нагріву води. Погодьтеся, фінансова складова питання відіграє не останню роль при виборі опалювальної системи.
Один з найбільш перспективних способів енергозабезпечення - перетворення сонячного випромінювання. Для цього задіють геліосистеми. Розуміючи принцип їх пристрою і механізм роботи, зробити сонячний колектор для опалення своїми руками не складе великих труднощів.
Ми розповімо вам про конструктивні особливості геліосистем, запропонуємо просту схему зборки і опишемо матеріали, які можна задіяти. Етапи робіт супроводжуються наочними фотографіями, матеріал доповнений відео-роликами про створення і введення в експлуатацію саморобного колектора.
Принцип роботи та конструкційні особливості
Сучасні геліосистеми - один з отримання тепла. Вони застосовуються в якості допоміжного опалювального обладнання, переробного сонячне випромінювання в корисну власникам будинку енергію.
Вони здатні повністю забезпечити гаряче водопостачання і опалення в холодну пору року тільки в південних регіонах. І то, якщо займають досить велику площу і встановлені на відкритих, що не затінених деревами майданчиках.
Незважаючи на велику кількість різновидів, принцип роботи у них однаковий. Будь-яка представляє собою контур з послідовним розташуванням приладів, і постачають теплову енергію, і передають її споживачеві.
Основними робочими елементами є або сонячні колектори. Технологія на фотопластиной дещо складніше, ніж трубчастого колектора.
У цій статті ми розглянемо другий варіант - колекторну геліосистему.
Сонячні колектори поки служать допоміжними постачальниками енергії. Повністю перемикати опалення будинку на геліосистему небезпечно через неможливість прогнозувати точну кількість сонячних днів
Колектори являють собою систему трубок, з'єднаних послідовно з вихідний і вхідний магістраллю або викладених у вигляді змійовика. По трубках циркулює технічна вода, повітряний потік або суміш води з будь-якої незамерзаючої рідиною.
Циркуляцію стимулюють фізичні явища: випаровування, зміна тиску і щільності від переходу з одного агрегатного стану в інше і ін.
Принцип дії сонячних колекторів заснований на отриманні та накопичення сонячної енергії, що повідомляється теплоносія (+)
Збір і акумуляція сонячної енергії виробляється абсорберами. Це або суцільна металева пластина з зачерненной зовнішньою поверхнею, або система окремих пластин, приєднаних до трубок.
Для виготовлення верхній частині корпусу, кришки, використовуються матеріали з високою здатністю до пропускання світлового потоку. Це може бути оргскло, подібні полімерні матеріали, загартовані види традиційного скла.
Для того щоб виключити втрати енергії з тильного боку приладу в короб укладається теплоізоляція
Треба сказати, що полімерні матеріали досить погано переносять вплив ультрафіолетових променів. Всі види пластика мають досить високий коефіцієнт теплового розширення, що часто призводить до розгерметизації корпусу. Тому використання подібних матеріалів для виготовлення корпусу колектора варто обмежити.
Вода як теплоносій може застосовуватися тільки в системах, призначених для постачання додаткового тепла в осінньо / весняний період. Якщо планується цілорічне використання геліосистеми перед першим похолоданням технічну воду міняють на суміш її з антифризом.
У повітряних геліосистемах в якості теплоносія використовується повітря. Канали для його руху можна зробити зі звичайного профлиста (+)
Якщо сонячний колектор встановлюється для обігріву невеликого будови, що не має зв'язку з автономним опаленням котеджу або з централізованими мережами, споруджується найпростіша одноконтурна система з нагрівальним приладом на початку її.
У ланцюжок не включають циркуляційні насоси і нагрівальні пристрої. Схема дуже проста, але працювати вона може лише сонячним літом.
При включенні колектора в двоконтурне технічна споруда все набагато складніше, але і діапазон придатних для застосування днів істотно збільшений. Колектор обробляє тільки один контур. Переважна навантаження покладається на основний опалювальний агрегат, який працює на електроенергії або будь-якому виді палива.
Для виготовлення сонячного колектора можна скористатися готовою схемою, можна побудувати власну пілотну модель і випробувати її на практиці (+)
Незважаючи на пряму залежність продуктивності сонячних приладів від кількості сонячних днів, вони затребувані, і попит на сонячні пристрої стабільно підвищується. Популярні вони серед народних умільців, які прагнуть спрямувати всі види природної енергії в корисне русло.
Класифікація за температурним критеріям
Існує досить велика кількість критеріїв, за якими класифікують ті чи інші конструкції геліосистем. Однак для приладів які можна зробити своїми руками і використовувати для гарячого водопостачання та опалення, найбільш раціональним буде поділ по виду теплоносія.
Так, системи можуть бути рідинними і повітряними. Перший вид частіше застосуємо.
Галерея зображень
фото з
Крок 1: Збірка колектора з гофрованої труби
Крок 2: Фарбування сонячного приладу в чорний колір
Крок 3: Установка підведень для повітря
Крок 4: Виготовлення кришки для сонячного приладу
Крім цього часто використовують класифікацію за температури, до якої можуть нагріватися робочі вузли колектора:
- Низькотемпературні. Варіанти, здатні нагрівати теплоносій до 50ºС. Застосовуються для підігріву води в ємностях для поливу, в ванних і душових в літню пору і для підвищення комфортних умов в прохолодні весняно-осінні вечори.
- Середньотемпературні. Забезпечують температуру теплоносія в 80ºС. Їх можна використовувати для обігріву приміщень. Ці варіанти найбільш підходять для облаштування приватних будинків.
- Високотемпературні. Температура теплоносія в таких установках може доходити до 200-300ºС. Використовуються в промислових масштабах, встановлюються для обігріву виробничих цехів, комерційних будівель і ін.
У високотемпературних геліосистемах використовується досить складний процес передачі теплової енергії. До того ж вони займають значний простір, чого не може дозволити собі більшість наших любителів заміського життя.
Процес виготовлення їх трудомісткий, реалізація вимагає спеціалізованого обладнання. Самостійно зробити подібний варіант геліосистеми практично неможливо.
Високотемпературні сонячні батареї на фотоелектричних перетворювачів в домашніх умовах зробити досить складно
Власноручне виготовлення колектора
Виготовлення сонячного приладу власними руками - захоплюючий процес, який приносить самі масу вигод. Завдяки йому можна раціонально застосовувати безкоштовне сонячне випромінювання, вирішити кілька важливих господарських завдань. Розберемо специфіку створення плоского колектора, яке постачає в опалювальну систему нагріту воду.
Галерея зображень
фото з
Поглинаюча панель зроблена з стільникового полікарбонату, покритого чорною фарбою. Верхній і нижній краї панелі, тобто відриті торці каналів полікарбонатного листа, вставлені в розрізані вздовж каналізаційні труби
До країв труб приклеєні куточки, необхідні для підключення трубопроводу. В ідеалі їх краще приварити праскою - зварювальним апаратом для полімерних труб. Поздовжні розрізи по трубах залиті клейовим пістолетом
Акумулюють трубки, виконані з каналізаційних труб, оснащуються теплоізоляцією. Перед цим клей по швах і навколо куточків розрівнюється або паяльником, або будівельним феном
Поглинаюча панель разом з приклеєними до неї трубками укладається на пінопласт або інший жорсткий утеплювач. Зверху конструкція перекрита полікарбонатом, загнутим по краю
Для складання рами закуповується металевий профіль відповідного розміру. При розрахунку ширини враховується товщина жорсткої теплоізоляції
У заготовках для збірки рами, розкроєних з профілю за розміром поглинаючої панелі, прорізаються отвори для виведення точок підключення колектора
Складання деталей рами проводиться шурупами, призначеними для роботи з цим профілем
Для того щоб колектор був направлений під оптимальним кутом до сонця, споруджується стійка з пиломатеріалів або металопрокату
Крок 1: Поглинаюча панель саморобного сонячного колектора
Крок 2: Підключення до акумулюючої трубці
Крок 3: Теплоізоляція для акумулюють трубок колектора
Крок 4: Збірка приладу для використання сонячної енергії
Крок 5: Металевий профіль для пристрою рами
Крок 6: Отвори для виходу точок підключення до водопроводу
Крок 7: З'єднання елементів рами сонячного колектора
Крок 8: Виготовлення стійки для зібраного сонячного колектора
Матеріали для самостійної збірки
Найбільш простий і доступний матеріал для самостійної збірки корпусу сонячного колектора - дерев'яний брусок з дошкою, фанерою, плитами ОСП або подібними варіантами. В якості альтернативи можна застосувати сталевий або алюмінієвий профіль з аналогічними листами. Металевий корпус обійдеться трохи дорожче.
Матеріали повинні відповідати вимогам, які пред'являються до конструкцій, що використовуються на відкритому повітрі. Термін експлуатації сонячного колектора варіюється від 20 до 30 років.
А значить, матеріали повинні володіти певним набором експлуатаційних характеристик, які дозволять використовувати конструкцію на протязі всього терміну.
Найдешевший і простий варіант матеріалів для виготовлення корпусу - застосування пиломатеріалів і стружкових плит
Якщо корпус виконувати з дерева, то довговічність матеріалу можна забезпечити шляхом просочення водно-полімерними емульсіями і покриттям лакофарбовими матеріалами.
Основним принципом, яким слід керуватися при проектуванні і збірці сонячного колектора, є доступність матеріалів щодо ціни і можливості придбати. Тобто, їх можна або знайти у вільному продажу, або самостійно виготовити з доступних підручних засобів.
Галерея зображень
фото з
Жорстка ПВХ труба з фітингами у виготовленні
Приймач сонячної енергії з гнучкою ПНД труби
Теплоприемник з теплообмінника старого холодильника
Гнута мідна трубка в сонячному колекторі
Нетривіальне використання алюмінієвих банок
Пластикові пляшки в справі спорудження колектора
Притягає промені прилад з темних пластикових пляшок
Приймач тепла з гнутих металевої труби
Нюанси пристрою теплоізоляції
Для запобігання втрат теплової енергії на дно короба монтується ізоляційний матеріал. Це може бути пінопласт або мінеральна вата. Сучасна промисловість випускає досить велику номенклатури ізоляційних матеріалів.
Для утеплення короба можна використовувати фольговані варіанти утеплювачів. Таким чином можна забезпечити і теплоізоляцію і відображення сонячних променів від фольгованої поверхні.
Якщо в якості ізоляційного матеріалу використовується жорстка плита пінопласту або пінополістиролу, для укладання змійовика або системи труб можна вирізати канавки. Зазвичай абсорбер колектора укладається на теплоізоляцію зверху і міцно фіксується до днища корпусу способом, що залежить від використаного у виготовленні корпусу матеріалу.
Теплоізоляція служить для зменшення втрат теплової енергії через дно корпуса. Прилад в металевому корпусі виготовляти без теплоізоляції нераціонально (+)
Теплоприемник сонячного колектора
Це абсорбуючий елемент. Він являє собою систему труб, в яких відбувається нагрів теплоносія, і деталей, виконаних найчастіше з листової міді. Оптимальним матеріалів для виготовлення теплоприемника вважаються.
Домашні майстри винайшли більш дешевий варіант - спіральний теплообмінник з.
Цікаве бюджетне рішення - абсорбер геліосистеми з гнучкою полімерної труби. Для з'єднання з пристроями на вході і виході застосовуються відповідні фітінгіВибор підручних засобів, з яких можна виготовити теплообмінник сонячного колектора, досить широкий. Це може бути теплообмінник старого холодильника, поліетиленові водопровідні труби, сталеві панельні радіатори та ін.
Важливим критерієм ефективності виступає теплопровідність матеріалу, з якого виготовлений теплообмінник.
Для самостійного виготовлення оптимальним варіантом є мідь. Вона має теплопровідність, яка становить 394 Вт / м². У алюмінію цей параметр варіюється від 202 до 236 Вт / м².
Мідні труби вважаються найбільш оптимальним варіантом для виготовлення теплоприемника по теплотехнічних якостям і зносостійкості
Однак велика різниця в параметрах теплопровідності між мідними і поліпропіленовими трубами зовсім не означає, що теплообмінник з мідними трубами буде видавати в сотні разів більші обсяги гарячої води.
При рівних умовах продуктивності теплообмінника з мідних труб буде на 20% ефективніше, ніж продуктивність металопластикових варіантів. Так що теплообмінники, виготовлені з полімерних труб, мають право на життя. До того ж такі варіанти обійдуться набагато дешевше.
Незалежно від матеріалу труб, всі з'єднання як зварні, так і нарізні, повинні бути герметичні. Труби можна розташовувати як паралельно один до одного, так і у вигляді змійовика.
Схема по типу змійовика зменшує кількість з'єднань - це знижує ймовірність протікання і забезпечує більш рівномірне рух потоку теплоносія.
Верх короба, в якому знаходиться теплообмінник, закривається склом. В якості альтернативи можна використовувати сучасні матеріали, типу акрилового аналога або монолітного полікарбонату. Світлопрозорий матеріал може бути не гладким, а рифленим або матовим.
У класичному варіанті короб з колектором закривається загартованим склом, оргстеклом, полікарбонатом або подібним матеріалом. Народні умільці пристосувалися замість скла використовувати поліетилен
Така обробка знижує відображають здатності матеріалу. Крім того, цей матеріал повинен витримувати значні механічні навантаження.
У промислових зразках подібних геліосистем використовується спеціальне солярне скло. Таке скло характеризується низьким вмістом заліза, що забезпечує менші втрати теплової енергії.
Накопичувальний бак або Аванкамера
Як накопичувального бака можна використовувати будь-яку ємність з об'ємом від 20 до 40 літрів. Підійде ряд кілька менших за обсягом резервуарів, з'єднаних трубами в послідовний ланцюжок. Накопичувальний бак рекомендовано утеплювати, тому що нагріта на сонці вода в ємності без ізоляції буде швидко втрачати теплову енергію.
По суті, теплоносій в опалювальній геліосистемі повинен циркулювати без акумуляції, тому що отриману від нього теплову енергію потрібно витрачати в період отримання. Накопичувальна ємність скоріше виконує функцію розподільника нагрітої води і аванкамери, що підтримує стабільність тиску в системі.
Накопичувальна ємність в геліосистемах працює в якості розподільника води і резервуара, що підтримує тиск (+)
Етапи складання геліосистеми
Після виготовлення колектора і підготовки всіх складових конструкційних елементів системи можна приступати до безпосереднього монтажу.
Один з варіантів пристрою змійовика з поліпропіленових труб з фітингами і трійниками допоможе швидко зібрати сонячний колектор (+)
Робота починається з установки аванкамери, яку, як правило, розміщують в найвищій з можливих точці: на горищі, що стоїть окремо вишці, естакаді і т.д.
При монтажі слід врахувати, що після заповнення рідким теплоносієм системи, ця частина конструкції буде мати значну вагу. Тому слід переконатися в надійності перекриття або посилити його.
Після установки ємності приступають до установки колектора. Цей конструкційний елемент системи мають у своєму розпорядженні на південній стороні. Кут нахилу щодо лінії горизонту повинен складати від 35 до 45 градусів.
Після установки всіх елементів їх обв'язують трубами, поєднуючи в єдину гідравлічну систему. Герметичність гідравлічної системи є важливим критерієм, від якого залежить ефективна робота сонячного колектора.
За схемою складання геліосистеми для поставки води в літній душ можна спорудити конструкцію, щоб підігрівати воду для поливу або створювати комфортні умови прохолодними вечорами (+)
Для з'єднання конструктивних елементів в єдину гідравлічну систему використовуються труби з діаметром дюйм і півдюйма. Менший діаметр використовується для пристрою напірної частини системи.
Під напірної частиною системи розуміється введення води в аванкамер і висновок нагрітого теплоносія в систему опалення та гарячого водопостачання. Інша частина монтується за допомогою труб більшого діаметра.
Для запобігання втрат теплової енергії труби слід ретельно ізолювати. Для цієї мети можна використовувати пінопласт, базальтову вату або фольговані варіанти сучасних ізоляційних матеріалів. Накопичувальна ємність і Аванкамера також підлягають процедурі утеплення.
Найбільш простим і доступним варіантом теплоізоляції накопичувальної ємності є спорудження навколо неї короба з фанери або дощок. Простір між коробом і ємністю слід заповнити утеплювачем. Це може бути шлаковата, суміш соломи з глиною, суха тирса та ін.
Гелісістема встановлюється так, щоб сонячні колектори були розташовані на самій освітленій стороні будинку або ділянки (+)
Випробування перед введенням в експлуатацію
Після монтажу всіх елементів системи і утеплення частини конструкцій можна приступати до заповнення контуру рідким теплоносієм. Початкове наповнення системи слід проводити через патрубок, розташований в нижній частині колектора.
Тобто, наповнення здійснюють знизу в верх. Завдяки таким діям можна уникнути ймовірного утворення повітряних пробок.
Вода або інший рідкий теплоносій надходить в аванкамер. Процес наповнення системи закінчується тоді, коли з дренажної труби аванкамери починає литися вода.
За допомогою поплавкового клапана можна відрегулювати оптимальний рівня рідини в аванкамер. Після наповнення системи теплоносієм він починає нагріватися в колекторі.
Процес підвищення температури відбувається навіть в похмуру погоду. Нагрітий теплоносій починає підніматися у верхню частину накопичувального бака. Процес природної циркуляції відбувається до тих пір, поки температура теплоносія, який надходить в радіатор, що не вирівняється з температурою носія, що виходить з колектора.
При витраті води в гідравлічній системі буде спрацьовувати поплавковий клапан, що знаходиться в аванкамер. Таким чином, буде підтримуватися постійний рівень. При цьому холодна вода, що надходить в систему, буде знаходиться в нижній частині ємності накопичувача. Процес перемішування холодної та гарячої води практично не відбувається.
У гідравлічній системі треба передбачити установку запірної арматури, яка буде перешкоджати зворотної циркуляції теплоносія з колектора в накопичувач. Це відбувається в тому випадку коли температура навколишнього середовища опускається нижче, ніж температура теплоносія.
Таку запірну арматуру, як правило, використовують в нічний і вечірній час.
Підведення до місць споживання гарячої води здійснюють за допомогою стандартних змішувачів. Звичайні одинарні крани краще не використовувати. У сонячну погоду температура води може доходити до 80 ° С - користуватися такою водою безпосередньо незручно. Таким чином, змішувачі дозволять істотно заощадити гарячу воду.
Продуктивність такого сонячного водонагрівача можна підвищити шляхом додавання додаткових секцій колекторів. Конструкція цілком дозволяє монтувати від двох до необмеженої кількості штук.
Продуктивність геліосистеми збільшується шляхом встановлення більшої кількості сонячних колекторів
В основі такого сонячного колектора для опалення та гарячого водопостачання лежить принцип парникового ефекту і так званий термосифонний ефект. Парниковий ефект використовується в конструкції нагрівального елементу.
Сонячні промені безперешкодно проходять через прозорий матеріал верхньої частини колектора і перетворюються в теплову енергію.
Теплова енергія виявляється в замкнутому просторі завдяки герметичності короба секції колектора. Термосифонний ефект використовується в гідравлічній системі, коли нагрітий теплоносій піднімається вгору, при цьому витісняючи холодний теплоносій і змушуючи його рухатися в зону нагріву.
Завдяки термосифонного ефекту в системі відбувається стабільна і безперервна природна циркуляція теплоносія
Продуктивність сонячного колектора
Основним критерієм, який впливає на продуктивність геліосистем, є інтенсивність сонячного випромінювання. Кількість падаючого на певну територію потенційно корисного сонячного випромінювання називається інсоляцією.
Величина інсоляції в різних точках земної кулі варіюється в досить широких межах. Для визначення середніх показників цієї величини існують спеціальні таблиці. Вони відображають середню величину сонячної інсоляції для того чи іншого регіону.
Дані по сонячної інсоляції в певному регіоні можна отримати зі спеціальних карт і таблиць (+)
Крім величини інсоляції на продуктивність системи впливає площа і матеріал теплообмінника. Ще одним фактором, що впливає на продуктивність системи, є обсяг накопичувального бака. Оптимальна ємність бака розраховується, виходячи з площі адсорберов колектора.
У випадку з плоским колектором це загальна площа труб, які знаходяться в коробці колектора. Ця величина, в середньому значенні, дорівнює 75 літрам обсягу бака, на один м² площі трубок колектора. Накопичувальна ємність є своєрідним тепловим акумулятором.
Ціни на заводські прилади
Левова частка фінансових витрат на спорудження подібної системи доводиться на виготовлення колекторів. Це не дивно, навіть в промислових зразках геліосистем близько 60% вартості припадає на цей конструкційний елемент. Фінансові витрати будуть залежати від вибору того чи іншого матеріалу.
Треба відзначити, що подібна система не в змозі обігріти приміщення, вона лише допоможе заощадити на витратах, допомагаючи підігріти воду в системі опалення. З огляду на досить великі витрати енергії, які витрачаються на нагрів води, сонячний колектор, інтегрований в систему опалення, істотно знижує подібні витрати.
Сонячний колектор досить просто інтегрується в систему опалення та гарячого водопостачання (+)
Для її виготовлення використовуються досить прості і доступні матеріали. До того ж подібна конструкція є повністю незалежною і не потребує технічного обслуговування, відсутні. Догляд за системою зводиться до періодичного огляду та очищення скла колектора від забруднень.
Додаткова інформація по організації сонячного опалення в будинку представлена в.
Висновки і корисне відео по темі
Процес виготовлення елементарного сонячного колектора:
Як зібрати і ввести в експлуатацію геліосистему:
Природно, самостійно зроблений сонячний колектор не зможе конкурувати з промисловими моделями. Використовуючи підручні матеріали, досить складно домогтися високого ККД, яким володіють промислові зразки. Але і фінансові витрати будуть набагато менше в порівнянні з придбанням готових установок.
Проте, істотно підвищить рівень комфорту і скоротить витрати на енергію, яка виробляється традиційними джерелами.
Чи маєте досвід у спорудженні сонячного колектора? Або залишилися питання по викладеному матеріалу? Будь ласка, поділіться інформацією з нашими читачами. Залишати коментарі можна в формі, розташованої нижче.
Чи маєте досвід у спорудженні сонячного колектора?Або залишилися питання по викладеному матеріалу?
