Воздушный солнечный коллектор для отопления дома. Воздушные солнечные коллекторы: их особенности и способы изготовления Самый эффективный солнечный воздушный коллектор

Все любят погреться на солнышке летом. Но мало кто знает, что зимой солнце может согревать ничуть не хуже. Для этого нужно только правильно применять энергию солнца. И современные технологии позволяют это сделать.

Воздушный солнечный коллектор - лучший помощник в этом вопросе. Он согревает проходящий через него воздух, при этом работая совершенно автономно. И что самое главное - ему не важны показания столбика термометра, он эффективен даже в холодную погоду, создавая в помещении комфортные условия.

Принцип действия солнечного коллектора

Светочувствительный элемент с фотоэлектрическими свойствами запускает вентилятор, который затягивает воздух с улицы. По пути воздух проходит через фильтр, благодаря чему согревается и очищается. В результате в помещение всегда сухо и тепло.

Воздушный коллектор позволяет:

поддерживать оптимальное значение влажности в помещении;

избавиться от грибка и плесени на стенах, полах и потолке;

поддерживать комфортную температуру помещения;

насыщать помещение свежим воздухом, а следовательно и кислородом.

Небольшая по площади панель позволяет поддерживать комфортный микроклимат в помещениях большого объема. Поэтому очень выгодно использовать воздушный солнечный коллектор для отопления дома. Это существенно экономит средства на оплате счетов за централизованное электроснабжение.

Плюсы вентиляции и отопления на солнечной энергии:

Такая система работает совершенно автономно. Вентилятор включается от выработанного под действием солнца электричества, циркуляция воздуха происходит без участия дополнительных приспособлений.

Солнечная энергия бесплатна, экологична и доступна абсолютно всем.

Уменьшаются расходы на отопление, а в некоторых случаях и это и вовсе позволяет отключиться от центрального отопления. После того, как система себя окупает (около 3-4 лет), она начинает работать бесплатно, не тратя никаких ресурсов, кроме солнечного излучения.

Купить воздушный солнечный коллектор может любой желающий, это не требует серьезных финансовых затрат.

Для поддержания комфортной атмосферы одноквартирного дома достаточно одной небольшой панели, установленной на южную стену постройки.

Этот способ использования энергии солнца активно применяется в Европе уже не одно десятилетие. Наиболее передовые в области солнечной энергетики страны (Германия, Франция) применяют воздушные коллекторы в промышленных масштабах: для поддержания требуемой влажности воздуха на складах с продукцией и в цехах, для вентиляции помещений; фермеры используют технологию для создания оптимального климата в хлевах и зернохранилищах.

Самыми популярными направлениями применения воздушных коллекторов в России являются:

вентиляция и отопление частных домов;

вентиляция бань и банных помещений;

поддержание необходимой влажности в зимних садах и оранжереях.

Сейчас на российском рынке большой выбор воздушных коллекторов от отечественных и зарубежных производителей. Широкий модельный ряд позволяет выбрать наиболее отвечающую индивидуальным требованиям каждого покупателя систему, которая будет эффективно работать именно в его условиях.

Если у вас дополнительные вопросы по солнечному отоплению и ГВС, пожалуйста обращайтесь к куратору направления "коллекторы, тепловые насосы" Владимиру: т. моб..soldatov9

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

Что такое солнечный коллектор

Задача солнечного коллектора – собрать тепловую энергию солнечного излучения и передать ее какому-либо веществу, которое далее передаст ее «адресату». Это вещество называется теплоносителем и в качестве которых могут выступать либо жидкости (чаще всего это вода), либо газы (почти всегда это воздух).

Вода является более эффективным теплоносителем, так как ее теплоемкость гораздо выше, чем воздуха, но ее применение связано с определенными трудностями: сброс излишнего тепла летом или защита от замерзания зимой. Воздух не сможет передать такое количество энергии, зато конструкция воздушных коллекторов гораздо проще, они гораздо надежнее и безопасней. Да и сделать солнечный воздушный коллектор своими руками гораздо проще, чем водяной. Кстати, именно воздух является первым теплоносителем, который стал применять человек. Какие преимущества есть у воздуха, как у теплоносителя:

• Воздух не подвержен замерзанию и закипанию.
• Воздух не обладает токсичностью.
• Воздух не надо наделять какими-то особыми качествами (в водных системах добавляют антифризы), он всегда доступен.

Воздушные широко применяются в системах воздушного отопления как жилых зданий, так и подвалов, гаражей, хранилищ. В каких именно странах воздушные гелиоустановки применяются наиболее широко, очень красноречиво свидетельствует диаграмма.

Видно, что наиболее экономически развитые страны нисколько не пренебрегают возможностями Солнца по нагреву воздуха. А мы, увы, пока входим в число многих 4,3% прочих.

Устройство и принцип работы воздушного солнечного коллектора

Солнечный воздушный коллектор состоит из нескольких основных частей:

• Вся конструкция коллектора помещена в прочный и герметичный корпус, который обязательно снабжен тепловым изолятором. Тепло, попавшее внутрь коллектора не должно «утекать» наружу.
• Главная деталь любого коллектора – это солнцеприемная панель, которую еще называют поглотителем или абсорбером. Задача этой панели принять солнечную энергию, а затем передать ее воздуху, поэтому она должна быть изготовлена из материала с наибольшей теплопроводностью. Такими свойствами из доступных в быту являются медь и алюминий, реже сталь. Для лучшей теплоотдачи нижнюю часть абсорбера делают как можно большей площади, поэтому могут применяться ребра , волнистая поверхность, перфорация и другие способы. Для лучшего поглощения солнечной энергии приемная часть абсорбера окрашивается в темный матовый цвет.
• Верхняя часть коллектора герметично закрывается прозрачной изоляцией в качестве которой может применяться закаленное стекло или оргстекло, или поликарбонатное стекло.

Ориентируют на юг и придают поверхности такой наклон, чтобы максимальное количество солнечной энергии попадало на поверхность. Как говорят специалисты – для максимальной инсоляции. Холодный наружный воздух естественно или принудительно попадает в приемную часть, проходит через ребра абсорбера и выходит с другой части, снабженную фланцем для стыковки с воздуховодом, ведущим внутрь отапливаемого помещения. Стоит отметить, что вариантов конструкций солнечных коллекторов существует масса и вышеописанная показана только для примера.

Воздушное отопление при помощи солнечных коллекторов не может в нашей климатической зоне полностью заменить основное отопление, но оно будет очень хорошим подспорьем даже в морозные зимние солнечные дни.

Цены на популярные модели солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы

Определение места установки и доступной площади

Прежде всего, надо определиться с местом установки солнечного воздушного коллектора, так как это сильно может повлиять на его производительность. При этом следует учесть несколько факторов:

• Воздушный солнечный коллектор следует располагать как можно ближе к тому месту, куда будет поступать подогретый воздух, так как потери в воздуховодах могут стать такими, что применение коллектора окажется нецелесообразным.
• Коллектор следует располагать на южной стороне дома или другого строения и по возможности под определенным наклоном, обеспечивающим максимальную инсоляцию. Если это недоступно, то надо стараться установить как можно ближе к южной стороне. Зависимость инсоляции от азимута и угла установки показана на диаграмме.

• Окружающие предметы, здания строения и растения не должны мешать естественному освещению поверхности коллектора.

В выбранном месте, отвечающим всем условиям, следует посмотреть какой площади солнечный коллектор можно разместить. Очевидно, что чем больше будет площадь коллектора – тем он будет производительней.

Выбор конструкции абсорбера коллектора

Абсорбер (поглотитель) – важнейшая часть любого солнечного коллектора и от его конструкции во многом будет зависеть производительность. У заводских моделей применяются детали из специальных сплавов, имеющих особое высокоселективное покрытие, но это в основном и определяет высокую цену. Наша же задача – найти такой материал, который доступен и, тем не менее, будет хорошо справляться со своей функцией – улавливать солнечное тепло и передавать его воздуху.

И таким доступным материалом является обычная алюминиевая банка из-под Кока-Колы, пива или других напитков. Как собрать нужное количество пустой тары мы описывать не будем, а лучше сосредоточимся на тех замечательных свойствах, которые позволяют использовать алюминиевые банки в качестве абсорбера:

Алюминиевая банка для напитков — идеальный материал для абсорбера коллектора

• Во-первых, банки изготовлены из алюминия (очень редко встречаются стальные), а он имеет очень высокую теплопроводность.
• Во-вторых, все банки из-под любых напитков имеют одинаковые размеры: нижний диаметр 66 мм, верхний диаметр 59 мм, высота у банки 0,5 л – 168 мм.
• В-третьих, банки сделаны таким образом, чтобы в упаковке они размещались друг над другом , то есть они замечательно стыкуются.
• И, наконец, тонкий алюминий, из которого сделаны банки, легко обрабатывается доступным инструментом .

По мере накопления нужного количества алюминиевых банок их надо тщательно отмывать с моющим средством и просушивать. Иначе в дальнейшем они будут источать неприятный запах, с которым будет справиться сложнее.

Изготовление корпуса коллектора и его теплоизоляция

В зависимости от доступной площади размещения коллектора рассчитываются его габаритные размеры. В данной статье предлагается сделать солнечный воздушный коллектор размером 8 на 8 алюминиевых банок 0,5 л, что по габаритным размерам составит примерно 1400*670 мм. Одного листа фанеры толщиной 21 мм стандартного размера 1525*1525 мм хватит на изготовление всего солнечного коллектора, а толщина фанеры обеспечит необходимую прочность и жесткость конструкции.

Для изготовления корпуса необходимо:

Тщательно разметить лист фанеры. Для коллектора понадобится:

• Задняя стенка размером 1400 *670 мм.
• Две боковые стенки 1400*116 мм.
• Две торцевые стенки 630*116 мм.
• Две направляющие для банок 630*116 мм.

При разметке стоит учесть то, что для дальнейшей обработки краев деталей надо давать припуск по 3-5 мм с каждой стороны. Чтобы нарезка происходила без сбоев лучше линии прочерчивать ярким маркером.

Резать фанеру лучше всего дисковой пилой, причем чем меньше будут зубья у диска – тем лучше. Для более ровного реза можно воспользоваться направляющей, в качестве которой можно использовать лист ДСП с заводской кромкой. Направляющую можно притянуть к листу фанеры струбцинами.

Если рез будет идти поперек волокон, то лучше предварительно острым ножом по металлической линейке прорезать верхний слой, так меньше будет сколов. После раскроя листа на детали если кромки неровные – их можно обработать фрезерной машиной по шаблону до идеально ровных и перпендикулярных.

Пришло время собирать каркас. Для этого надо:

• К задней стенке коллектора прикрепить две боковые стенки. Крепить можно мебельными шурупами 6,3*50 мм – их еще называют конфирматами . Только перед этим обязательно надо предварительно пройтись сверлом диаметром 4 мм. Для крепления можно использовать и обычные шурупы, и различные уголки. Коллектор должен иметь герметичный корпус, поэтому целесообразно промазывать скрепляемые поверхности силиконовым герметиком.

• К задней стенке, а затем и к боковым крепятся торцевые стенки. После этого проверяется правильность сборки и размеры.

Задние и боковые стенки коллектора необходимо обязательно утеплить и для этого как нельзя лучше подходит экструдированный пенополистирол (ЭППС) толщиной 2 см. Перед тем как приклеивать утеплитель к стенкам, необходимо обработать фанеру антисептическим средством или просто покрасить, так как в этих местах может конденсироваться влага.

Листы ЭППС можно приклеить к поверхности фанеры монтажной пеной, акриловыми «жидкими гвоздями», клеем «Мастер», клеем «Момент», - в любом случае он будет надежно держаться. Главное, чтобы в описании клея пенопласт был указан в качестве одной из склеиваемых поверхностей. Во время клейки утеплителя надо добиться того, чтобы все стыки были полностью закрыты. При необходимости в дальнейшем они могут «задуваться» монтажной пеной.

После того как вся внутренняя поверхность коллектора будет утеплена, ее можно обклеить отражающей теплоизоляцией, которая представляет собой основу из стеклоткани или вспененного полиэтилена и алюминиевую фольгу. Очень часто эти материалы имеют клеящую основу, что очень удобно, а если нет, то можно приклеить на любой подходящий для этого состав. Стыки обязательно надо проклеить алюминиевым скотчем.

Изготовление направляющих для абсорбера

Чтобы колонны из алюминиевых банок точно держали свою геометрию, необходимо изготовить для них направляющие. Для этого ранее были вырезаны два куска фанеры 630*116 мм, которые надо разметить и высверлить следующим образом:

• От верхней части отступить 53 мм и прочертить линию параллельную длинной стороне.
• Полученную линию разделить на 9 равных отрезков, то есть по 70 мм, поставить метки. Они будут центрами отверстий.
• Сверлом для дерева коронка-чашка диаметром 57 мм надо высверлить отверстия в фанере. Но перед этим лучше померить в нижней части банки диаметр опорного кольца устойчивости, так как размеры могут варьироваться. При необходимости выбрать другое сверло. Банка должна входить в отверстие достаточно плотно. При работе на сверло сильно не нажимают и периодически дают ему отдохнуть.

• Аналогично делается разметка на верхней направляющей. Диаметр головной части банки немного больше (57,4), чем заднего опорного кольца, поэтому перед высверливанием лучше померить его штангенциркулем и подобрать соответствующую коронку-чашку, а после примерить верх банки.

Изготовление абсорберов

Для подготовки банок к монтажу следует выполнить ряд операций:

• Все банки надо проверить постоянным магнитом. Очень редко, но встречаются банки из стали, которые надо отсортировать.
• В верхней части банки ножницами по металлу делаются надрезы от от верстия к краям, а затем эти «язычки» заправляются внутрь. Работать следует в перчатках, чтобы избежать порезов от острых краев алюминия. Направить острые язычки внутрь банки и выровнять края отверстия поможет кусок полимерной трубы, зажатой в тисках. Подобным образом обрабатываем все 64 банки.

• Настало время заняться нижней частью. Для этого коническим сверлом по металлу в донышке просверливаются три отверстия диаметром примерно 20 мм расположенные под 120° друг к другу. Для того чтобы не помять банку, ее надо поместить в упругую оправку (например, кусок трубной изоляции) и не сжимать сильно руками. Так обрабатываются все банки.

• Для склеивания банок лучше всего воспользоваться высокотемпературным клеем-герметиком High Heat Mortar на основе силикатного цемента . Его применяют для герметизации печей, каминов, дымоходов. Возможно, его огнестойкость для коллектора будет избыточной, но «запас карман не тянет».

• Для того чтобы банки во время склеивания выдерживали линию, надо изготовить шаблон из двух ровных досок, скрепленных между собой под углом в 90°. Для прилегания банок к поверхности шаблон ставят наклонно и опирают о стену.

• Перед склеиванием банки обезжиривают любым доступным растворителем (ацетон, № 646, 647). Эту работу лучше делать на улице.
• Перед началом следующего этапа на руки надо надеть резиновые перчатки, а рядом иметь емкость с водой. Склеиваемые поверхности увлажняются, из пистолета выдавливается ровной «колбаской» клей-герметик на нижнюю часть банки, а затем она стыкуется с верхней частью банки, находящейся ниже.

• Увлажненным пальцем в перчатке разравнивается выдавившийся клей так, чтобы весь стык и поверхность рядом с ним была укрыта клеем. Затем все эти операции повторяются для всех банок одного столбика (8 штук). После этого все банки ставятся в шаблон, выравниваются и прижимаются сверху грузом.
• После того как к лей затвердеет, столбик снимают и аккуратно укладывают на горизонтальную поверхность. Подобным образом собирают другие столбики из банок.

• Пока полностью высыхают заготовки можно окрасить заднюю стенку солнечного коллектора и направляющие для банок в черный матовый цвет. В хороших автомагазинах всегда можно найти такую краску, предназначенную для глушителей или тормозных барабанов.

• Боковые стенки коллектора окрашивать не надо, поэтому их надо закрыть газетами, прикрепленными малярным скотчем. После обезжиривания поверхностей краску наносят в два слоя.

Сборка воздушного солнечного коллектора

• Пора начать сборку батареи абсорбера. Для этого каждый столбик укладывается в соответствующую направляющую вначале снизу, а затем сверху. Перед стыковкой банки промазываются герметиком, а потом увлажненным пальцем герметик разравнивается. На этом этапе надо быть особенно внимательным. Собирать лучше на горизонтальной поверхности. После сборки и проверки всех соединений можно аккуратно стянуть две направляющие резиновым жгутом и оставить высыхать.
• Когда вся конструкция поглотителя высохнет ее можно аккуратно поднять и поместить поверх короба так, чтобы расстояния сверху и снизу были одинаковыми. После этого делается разметка положения направляющих, ведь для их монтажа в короб придется вырезать канавку в утеплителе так, чтобы они плотно сели и уперлись в фанерный лист задней стенки. После монтажа направляющие планки крепятся с торцов через боковины мебельными шурупами-конфирматами . После этого все стыки заделываются герметиком.

• Для входа и выхода воздуха сразу надо предусмотреть отверстия, которые лучше всего сделать в задней стенке. Лучше всего для этого воспользоваться готовыми решениями в системе пластиковых вентиляционных каналов, а именно пластины настенные с фланцем, которые можно легко вмонтировать в заднюю стенку в местах входа и выхода не занятых адсорбером. Для этого в фанерном листе и утеплителе прорезается прямоугольное отверстие по размерам пластины, а затем она крепится к стенке на шурупы через слой герметика.

• Если возникнет необходимость перейти на круглый воздуховод, вмонтировать канальный вентилятор, сделать поворот и т. д., то в ассортименте производителей есть любые трубы и фасонные части, которые следует подгонять уже по месту.
• Верхнюю и нижнюю лицевую часть солнечного коллектора в местах входа и выхода воздуховодов необходимо облицевать. Для этого очень хорошо подходит вагонка, но ее сначала надо обрезать точно по размеру, а потом подрезать утеплитель на боковых и торцевых стенках коллектора ровно на толщину вагонки. После этого она приклеивается на герметик, им же обрабатываются все стыки.

• Для покраски коллектор ставится на упоры в положение близкое к вертикальному. Перед окраской поверхности обезжириваются и высушиваются. Краска наносится в несколько слоев до тех пор, пока она не укроет всю видимую поверхность. Каждый слой наносится так, чтобы не образовывались потеки. Поверхность должна получиться насыщенно-черной и матовой.

• После высыхания краски самое время смонтировать переднее стекло. Для этих целей лучше всего подойдёт акриловое оргстекло или поликарбонатное стекло. Вначале лист ст екла прикладывается к поверхности, намечаются его размеры, а после уже он вырезается. Края сразу надо обработать наждачной бумагой и подогнать точно по размеру. Перед монтажом его надо тщательно очистить, особенно нижнюю поверхность и поместить в отсек с адсорбером несколько пакетиков с силикагелем. Он предотвратит появление конденсата на внутренней поверхности стекла.
• Перед тем как к репить стекло, надо все примыкающие к нему части: периметр короба и направляющие обработать герметиком. Причем необязательно герметик наносить на всю поверхность, достаточно только на торцы фанерных листов. Крепить лучше всего шурупами с пресс-шайбой, предварительно высверлив перед этим отверстия. Желательно еще и прикрыть кромку стекла специальным угловым мебельным профилем.

• Для крепления воздушного солнечного коллектора, к нему можно прикрутить кронштейны на заднюю стенку. На этом сборка самого коллектора закончена.

Подключение солнечного воздушного коллектора

Воздушный солнечный коллектор может как интегрироваться в существующую систему вентиляции, так и работать совершенно отдельно. Даже при отсутствии принудительной вентиляции неумолимые физические законы все равно будут «продвигать» нагретый воздух через коллектор, но процесс этот будет идти довольно вяло, поэтому желателен вентилятор с производительностью не менее 150 кубических метров в час.

Применение вентилятора обнажает два важных вопроса:

1. Где вентилятор ставить: на входе или выходе коллектора? Если коллектор поднимет температуру на выходе до 60-70 °C (а такое вполне возможно ), то вентилятор, стоящий там долго не протянет. С другой стороны – вентилятор, стоящий на улице подвергается атмосферным воздействиям и им сложнее управлять. В большинстве случаев его все-таки ставят внутри помещения, а в жаркие дни, когда воздух и так нагрет – вентилятор просто не включают либо подключают его через тепловое реле.

1. Применение вентилятора заставляет сомневаться некоторых скептиков в целесообразности воздушного отопления. Не проще ли электроэнергию, потраченную на вращение двигателя вентилятора, направить на подогрев помещения? Но практика показывает, что вышеописанная конструкция коллектора все равно эффективна и выгодна. Разница температур наружно воздуха и на выходе из коллектора может достигать 35 °C.

При эксплуатации воздушного коллектора возникает еще один резонный вопрос: в ночное время, когда инсоляции коллектора нет, даже при неработающем вентиляторе холодный воздух будет проникать в помещение. Решение этого вопроса довольно простое. Среди комплектующих для вентиляционных систем можно найти специальные обратные клапаны , которые открываются только под напором воздушного потока. При неработающем вентиляторе клапан будет закрыт. Важно только правильно его установить, чтобы он не перекрывал воздуховод. Существуют и модели вентиляторов со встроенным клапаном, на которые следует обратить внимание.

Для быстрого прогрева теплым воздухом можно продумать систему рециркуляции, когда воздух из помещения проходит через коллектор и возвращается в то же помещение. В этом случае оправдано ставить вентилятор, который будет нагнетать воздух в коллектор, а не создавать в нем разрежение. Недостатком рециркуляции является отсутствие притока свежего воздуха.

Эксплуатация и уход за солнечным воздушным коллектором

Чтобы коллектор служил долго и безотказно необходимо соблюдать два простых правила:

• Периодически надо очищать и промывать лицевое стекло солнечного коллектора.
• В жаркие летние дни, когда нет надобности в подогреве воздуха, лучше накрыть коллектор плотной светлой тканью во избежание перегрева поверхности абсорбера.
• Чтобы вентилятор не работал вхолостую, периодически стоит проверять плотность соединений воздуховодов и их целостность.

Узнайте, как , а также рассмотрите принцип и порядок сборки, из нашей новой статьи.

Заключение

Подводя итоги статьи, стоит обратить внимание на несколько пунктов:

• Предложенная в этой статье модель солнечного воздушного коллектора доказала на практике свою эффективность и успешно эксплуатируется во всем мире.
• По желанию можно изготовить более мощный солнечный коллектор или соединить их несколько последовательно.
• Воздушные солнечные коллекторы можно использовать периодически. Например, ранней весной или для сушки сельскохозяйственной продукции осенью.

Видео: Как сделать воздушный солнечный коллектор (англ)

Видео: Слайд-шоу об изготовлении солнечного коллектора из алюминиевых банок

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.

В качестве теплоносителя в системе солнечного отопления используется воздух. Солнечные коллекторы нагревают его и направляют для отопления дома или нагрева теплоаккумулятора. Воздушный тип системы солнечного отопления – самый простой и дешевый способ реализации солнечного обогрева дома.

Основные черты системы воздушного отопления:

• Тип системы отопления – воздушная солнечная раздельная, т.е. технический воздух не смешивается с воздухом помещений
• Воздушный подогрев пола первого этажа
• Воздушные солнечные коллекторы, интегрированные в кровлю и южный фасад дома.
• Водяной сезонный теплоаккумулятор большой теплоемкости.
• Вспомогательный источник тепла – камин и инфракрасное пленочное отопление в санузлах.
• Запас мощности – 30 % для самых холодных зимних месяцев – декабря и января.

Основные компоненты системы солнечного отопления:

• Солнечные водушные коллекторы, интегрированные в кровлю и южный фасад
• Водяной теплоаккумулятор
• Система распределения воздуха

Особенностью системы солнечного воздушного отопления является то, что все ее элементы встроены в здание и являются его неотъемлемой частью. Это сводит к минимуму количество воздуховодов и теплопотери при хранении и перемещении тепловой энергии. Важным преимуществом системы отопления является то, что она раздельная, т.е. воздух в комнатах не смешивается с техническим воздухом, используемым в качестве теплоносителя и циркулирующим через солнечные коллекторы, теплоаккумулятор и подполье.

• Движущийся воздух не переносит и не накапливает пыль, бактерии и микроорганизмы, имеющиеся в каждом доме.
• Движение воздуха не причиняет дискомфорта находящимся в доме людям дополнительным шумом и ощущением сквозняка.
• Устройство раздельной системы отопления не предусматривает устройство множества воздушных каналов, особенно горизонтальных, в которых со временем возможно скопление пыли.
• Единственный воздушный горизонтальный канал, который находится под самым коньком крыши, имеет достаточный размер для обслуживания и проведения уборки.

Солнечные воздушные коллекторы

• в зимние месяцы интенсивность солнечной радиации на вертикальную поверхность выше, чем на поверхность кровли с наклоном 38о;
• в случае выпадения снега, когда солнечный коллектор на кровле полностью закрыт, вертикальные коллекторы остаются чистыми и нагревают воздух с первыми лучами утреннего солнца. Теплый воздух поднимается и поступает в наклонный солнечный коллектор на кровле, подогревает его, растапливает снег, и коллектор начинает работать. Любые другие плоские коллекторы или вакуумные трубки, установленные на наклонной кровле, лишены такого преимущества и начинают работу намного позже.

Наклонный солнечный коллектор для отопления представляет собой многослойную кровлю. Основным элементом, поглощающим солнечную тепловую энергию является перфорированный оцинкованный металлический лист цвета «антрацит», закрытый светопрозрачным материалом.

Сезонный теплоаккумулятор

• воздушным потоком
• через свои стены непосредственно в помещения

Система движения воздушных потоков спроектирована таким образом, что при зарядке теплоаккумулятора горячий воздух движется сверху вниз, а при разрядке – в обратном направлении. Это обеспечивает хорошую температурную стратификацию по всей высоте теплоаккумулятора: т.е. в верней части он всегда горячий, в нижней – прохладный. Именно в верхней части находится бак предварительного нагрева горячей воды, и из верхней части производится забор горячего воздуха для отопления. А нижняя прохладная часть обеспечивает максимальный отбор тепловой энергии у горячего воздуха, поступающего из солнечных коллекторов. Таким образом, повышается эффективность всей системы.

Система распределения тепла

Система солнечного отопления полностью автоматизирована и работает в четырех основных режимах:

• Нагрев дома в солнечный день
• Нагрев теплоаккумулятора
• Отопление дома от теплоаккумулятора
• Летний режим охлаждения

1. Нагрев дома в солнечный день.

2. Нагрев теплоаккумулятора.

Когда помещения уже достаточно прогреты, теплый воздух начинает нагревать теплоаккумулятор. Этот режим работает в основном осенью и во второй половине зимнего солнечного дня, когда в доме тепло и требуется накопление тепла на будущее. Горячий воздух, проходя через теплоаккумулятор, нагревает его. Опускаясь вниз, воздух постепенно отдает свою энергию и внизу максимально охлаждается. Из нижней части теплоаккумулятора воздух направляется опять к солнечным коллекторам. Цикл повторяется. При этом движение воздушных потоков организовано так, что избыточного нагрева бетонного пола первого этажа не происходит. Следует также отметить, что оба потока воздуха, для нагрева теплоаккумулятора и отопления первого этажа, могут протекать одновременно. Они могут также плавно менять свою скорость и перераспределять тепловой поток в зависимости от температуры помещений, теплоаккумулятора и горячего воздуха на выходе из солнечного коллектора. Если, скажем, температура поступающего воздуха 600С, то подача всего воздуха на отопление быстро приведет к перегреву жилых помещений. В тоже время неразумно терять драгоценное тепло, поэтому часть воздуха направляется в теплоаккумулятор. Контроль этого процесса полностью автоматизирован, и не требуется никакого вмешательства человека. На основании показаний температурных датчиков дифференциальный термостат плавно регулирует скорость вращения вентиляторов, направляющих теплые воздушные потоки в том или ином направлении.

3. Отопление дома от теплоаккумулятора.

Этот режим работает ночью и в пасмурные зимние дни. В ночном режиме или при затяжной облачной погоде, когда нет поступления солнечного тепла или оно незначительно, теплый воздух для отопления дома поступает из теплоаккумулятора для нагрева бетонного пола первого этажа. При этом поток воздуха в теплоаккумуляторе меняется на противоположный тому, который протекал при его зарядке теплом. Это также поддерживает хорошую температурную стратификацию по всей высоте теплоаккумулятора, сохраняя его верхнюю часть всегда горячей.

4. Режим охлаждения.

охлажденный свежий воздух из грунтового теплообменника подаётся в помещения через решетки в полу первого этажа, охлаждает первый этаж, и, нагреваясь, поднимается на второй этаж, вытесняя теплый воздух. Отток теплого воздуха происходит из верхней части каждой комнаты мансардного этажа через воздухозаборники, откуда он попадает в солнечные коллекторы. Нагреваясь в коллекторах, воздух движется вверх, создавая естественную тягу, и, в конце концов, выходит наружу через щель в верхней части кровли. Таким образом, система солнечного отопления превращается в систему солнечного охлаждения, при этом она работает полностью автоматически без электричества и каких-либо механических движущихся частей, только за счет солнечной энергии и законов физики. Как только восходит солнце и коллекторы начинают нагреваться, в них возникает тяга и воздух выходит из них, создавая в доме некоторое разряжение. При закрытых окнах и дверях, воздуху неоткуда поступать в дом, он втягивается через грунтовый теплообменник и распределяется по этажам.

холодный свежий воздух подается в верхнюю часть комнат второго этажа, а отток воздуха – из нижней части первого этажа, и далее – в солнечные коллекторы и наружу. Для подачи свежего воздуха в этой схеме уже потребуется вентилятор, т.к. мощности коллекторов для вентилирования всего дома недостаточно. Коллекторы работают только для вытяжки теплого воздуха, а для подачи холодного воздуха используется вентилятор системы отопления, работающий летом в реверсном режиме.

Следует отметить, что первый вариант проще по устройству и экономичнее в эксплуатации, но уступает второму в плане комфорта. В первом варианте при поступательном движении воздуха снизу вверх и его постепенном нагреве первый этаж всегда прохладнее второго. Во втором варианте холодный воздух при подаче сверху постепенно опускается и перемешиваться с теплым воздухом, расположенным ниже. Постепенно перемещаясь вниз, он равномерно охлаждает оба этажа, и в конце концов уходит из нижней части помещений первого этажа через специальные воздухозаборники.

Система солнечного нагрева воды

В верхней части теплоаккумулятора, где всегда максимальная температура, расположен металлический бак предварительного нагрева горячей воды. Бак устроен без изоляции для непосредственного нагрева воды горячим воздухом, поступающим из солнечных коллекторов.

Бак служит для предварительного нагрева воды до температуры 40-500С, что в большинстве случаев достаточно для бытовых нужд. В дополнение к этому после бака установлен резервный проточный электрический водонагреватель.

Солнечное водушное отопление, солнечный воздушный коллектор

воздушная система солнечного отопления, солнечные коллекторы для отопления дома, солнечный воздушный коллектор