Сонячний водяний колектор з гофрованої нерж труби. Як зробити сонячний колектор для опалення своїми руками: покрокове керівництво

Подорожчання традиційних джерел енергії спонукає власників приватних будинків підшукувати альтернативні варіанти обігріву житла та нагріву води. Погодьтеся, фінансова складова питання відіграє не останню роль у виборі опалювальної системи.

Один із найперспективніших способів енергозабезпечення – перетворення сонячного випромінювання. Для цього задіяні геліосистеми. Розуміючи принцип їх влаштування та механізм роботи, зробити сонячний колектор для опалення своїми руками не складе особливих труднощів.

Ми розповімо вам про конструктивні особливості геліосистем, запропонуємо просту схемускладання та опишемо матеріали, які можна задіяти. Етапи робіт супроводжуються наочними фотографіями, матеріал доповнений відео-роликами про створення та введення в експлуатацію саморобного колектора.

Сучасні геліосистеми – один із отримання тепла. Вони застосовуються як допоміжне опалювальне обладнання, що переробляє сонячне випромінювання на корисну власникам будинку енергію.

Вони здатні повністю забезпечити гаряче водопостачання та опалення в холодну пору року лише у південних регіонах. І те, якщо займають досить велику площу та встановлені на відкритих, не затінених деревами майданчиках.

Незважаючи на велику кількість різновидів, принцип роботи у них однаковий. Будь-яка являє собою контур з послідовним розташуванням приладів, що поставляють теплову енергіюі передають її споживачеві.

Основними робочими елементами є або сонячні колектори. Технологія на фотопластинах дещо складніша, ніж трубчастого колектора.

У цій статті ми розглянемо другий варіант – колекторну геліосистему.

Сонячні колектори поки що служать допоміжними постачальниками енергії. Повністю перемикати опалення будинку на геліосистему небезпечно через неможливість прогнозувати чітку кількість сонячних днів.

Колектори є системою трубок, з'єднаних послідовно з вихідною і вхідною магістраллю або викладених у вигляді змійовика. По трубках циркулює технічна вода, повітряний потік або суміш води з будь-якою незамерзаючою рідиною.

Циркуляцію стимулюють фізичні явища: випаровування, зміна тиску та щільності від переходу з одного агрегатного стану в інший та ін.

Збір та акумуляція сонячної енергіїпровадиться абсорберами. Це суцільна металева пластина із зачорненою зовнішньою поверхнею, або система окремих пластин, приєднаних до трубок.

Для виготовлення верхньої частини 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 унеможливити втрати енергії з тильного боку приладу в короб укладається теплоізоляція

Треба сказати, що полімерні матеріали досить погано переносять вплив ультрафіолетових променів. Усі види пластику мають досить високий коефіцієнт теплового розширення, що часто призводить до розгерметизації корпусу. Тому використання таких матеріалів для виготовлення корпусу колектора варто обмежити.

Вода як теплоносій може застосовуватися тільки в системах, призначених для постачання додаткового тепла в осінній/весняний період. Якщо планується цілорічне використання геліосистеми перед першим похолоданням, технічну воду змінюють на суміш її з антифризом.

Якщо сонячний колектор встановлюється для обігріву невеликої 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 та нагрівальні пристрої. Схема дуже проста, але працювати вона може лише сонячним літом.

При включенні колектора у двоконтурне технічна спорудавсе набагато складніше, але і діапазон придатних для застосування днів суттєво збільшено. Колектор обробляє лише один контур. Переважне навантаження покладається на основний опалювальний агрегат, який працює на електроенергії чи будь-якому виді палива.

Домашні фахівці винайшли більш дешевий варіант - спіральний теплообмінник з .

Цікаве бюджетне рішення – абсорбер геліосистеми із гнучкої полімерної труби. Вибір 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 є теплопровідність матеріалу, з якого виготовлений теплообмінник.

Для самостійного виготовлення оптимальним варіантомє мідь. Вона має теплопровідність, яка становить 394 Вт/м². У алюмінію цей параметр варіюється від 202 до 236 Вт/м2.

Однак велика різниця в параметрах теплопровідності між мідними та поліпропіленовими трубами зовсім не означає, що теплообмінник з мідними трубами видаватиме в сотні разів більші обсяги гарячої води.

За рівних умов продуктивність теплообмінника з мідних труб буде на 20% ефективнішою, ніж продуктивність металопластикових варіантів. Отже, теплообмінники, виготовлені з полімерних труб, мають право на життя. До того ж такі варіанти коштуватимуть набагато дешевше.

Незалежно від матеріалу труб, всі з'єднання як зварні, так і різьбові повинні бути герметичні. Труби можна розташовувати як паралельно друг до друга, і у вигляді змійовика.

Схема за типом змійовика зменшує кількість сполук – це знижує ймовірність протікання та забезпечує більш рівномірний рух потоку теплоносія.

Верх коробки, в якому знаходиться теплообмінник, закривається склом. Як альтернативу можна використовувати сучасні матеріали, типу акрилового аналога або монолітного полікарбонату. Світлопрозорий матеріал може бути не гладким, а рифленим чи матовим.

Висновки та корисне відео на тему

Процес виготовлення елементарного сонячного колектора:

Як зібрати та ввести в експлуатацію геліосистему:

Звичайно, самостійно зроблений сонячний колектор не зможе конкурувати з промисловими моделями. Використовуючи підручні матеріали, досить складно досягти високого ККД, яким володіють промислові зразки. Але й фінансові витратибудуть набагато меншими порівняно з придбанням готових установок.

Описана нижче конструкція - термосифонний сонячний колектор, заснований на мідній трубі та алюмінієвому ребра. Мідне ребра має трохи більш ефективну тепловіддачу, але вартість мідних листів збільшує ціну колектора в 3-4 рази. Паяння ребер до труб - теж непросте завдання. Продуктивність способу перенесення тепла від алюмінієвих пластин мідним трубам полягає у забезпеченні хорошого теплового контакту. Як це реалізується – читайте нижче. За посиланням доступні цей прототип.

Яка мета саморобної термосифонної системи:

• Продуктивність близька до комерційних колекторів.
• Низька вартість (до 1/4 від ціни за покупну систему).
• Тривалий термін служби.
• Легкість виконання своїми руками із доступних кожному матеріалів.

Сонце нагріває воду, знижує її густину і вода піднімається в резервуар. Нагріта вода виходить з колектора, її поступово заміщає холодна, що подається природною циркуляцією з резервуара колектор через нижнє з'єднання. Насос у цій конструкції не потрібен. Контроль здійснюється автоматично, оскільки рух води зупиняється, як тільки колектор остигає нижче за температуру накопичувального бака. Принцип термосифону детально розглянуто у статті.

Цей варіант термосифонного колектора не передбачає використання за мінусових температур, тому при перших заморозках систему необхідно зливати.

Як приклад взято два прототипи колектора однакової конфігурації, тому фото можуть відрізнятися в деяких несуттєвих деталях.

Термосифонна система своїми руками

З чого зібраний термосифонний сонячний колектор:

• Гофрований полікарбонатний лист SunTuf.
• Рама з пиломатеріалів.
• Фанера чи ОСБ для основи.
• Жорстка теплоізоляція (утеплювач може бути будь-яким, від цього залежатимуть «шари» підкладки — з жорсткою ізоляцією в даній конструкцією задню частину колектора більше нічим не закривали).
• Алюміній листовий для абсорбера 0,5 мм.
• Труби мідні.
• Фітинги мідні.
• Термостійкий силікон.
• Гвинти, фарба, хвилясті рейки для кріплення полікарбонату (їх можна виготовити з дощок лобзиком).

Дана конструкція термосифонного сонячного колектора ґрунтується на алюмінієвому абсорбері. Ребра збільшують площу передачі тепла від пластини до труби і мають паз формою цієї труби.

2 способи зробити абсорбер мідної труби з алюмінію

Використання листового алюмінію у зв'язці з мідними трубами часто використовується канадцями, американцями, австралійцями. У нас це непопулярне рішення (наскільки мені відомо). Хтось займається, хтось просто фарбує труби.

Пристосування для згинання листового алюмінію виготовляється з фанери товщиною 19 мм і довжиною близько метра, в якій є канавка квадратної форми 16Х16 мм. Для формування заглиблення під трубу взятий сталевий стрижень діаметром 16 мм (труба у більшості колекторів береться півдюймова).

«Гніздо» для формування алюмінію виготовлене з двох брусків фанери 16 мм, так приклеєних і пригвинчених до основи, щоб утворити квадратну канавку. Листовий алюміній деяких брендів вже має невеликий згин рівно по середині аркуша, а якщо його немає - потрібно бути уважнішим при згинанні.

Метод пресування молотком здається непереконливим на перший погляд, але на практиці чудово працює. Процес згинання алюмінію за допомогою прута та кувалди зрозумілий з фото: покладіть метал на фанеру точно над пазом, встановіть стрижень, притримуйте його і без надусиль бийте вертикально поставленим молотком по конструкції. Такий спосіб не дає ребрам загинатися нагору.

Як тільки ви «наб'єте руку», згинання одного абсорбера займатиме не більше 20 секунд.

Не забувайте перевіряти густину прилягання абсорбера до труби.

Фанерку для згинання завжди можна вдосконалити тримачами для стрижня, обмежувачем по одній стороні для того, щоб лист алюмінію не ковзав фанерою.

Не варто робити занадто довгі ребра, так як мідь та алюміній розширюються з різною швидкістю і короткі ребра (60-70 см) справляться з цим краще. Ребра необхідно вирівняти, опресувати.

Існує спосіб повністю обернути трубу алюмінієм. Покрокові фотоцього процесу дивіться нижче.

Цей метод дозволяє досягти повного контакту абсорбера з мідною трубою, що покращує продуктивність колектора, але й ускладнює процес створення абсорбера.

Звичайно, описані тут способи не межа фантазії. Під час підготовки статті мені зустрічалися і високотехнологічні для домашнього використання рішення, такі як:

Як вирівняти алюмінієві ребра абсорбера

Ймовірно, можна вигадати безліч варіантів, як вирівняти абсорбер після згинання. У даному випадкуавтор конструкції спорудив прес, який ви бачите на фото. Йому потрібно було обробити багато алюмінію для теплої підлоги і цей прес працював швидше та акуратніше способу з молотком.

Прес продавлює алюміній закріпленим сталевим стрижнем. Ця конструкція цілком стерпно працює завдяки довгим важелям, що збільшують масу тіла.

Навіть якщо ребра ідеально збігається з формою труби, силікон обов'язково потрібен для оптимізації зчеплення між металами.

Як оптимізувати зчеплення між металами

У канавку наноситься тонкий шар термостійкого силікону. Силікон має теплопровідність у 10 разів більшу, ніж повітря, тому навіть при дуже хорошому зчепленні він не завадить. Крім теплопровідності силікон зменшує ризик гальванічної корозії шляхом герметизації від можливої ​​вологи. Докладніше про поліпшення зчеплення між абсорбером я розповім у статті.

Укладання додаткової смуги алюмінію під трубу

У деяких зразках колекторів ставлять ще одну пластину алюмінію під кожною мідною трубою. Це додаткова зона контакту між міддю та абсорбером, що допомагає уникнути втрати тепла на зовнішньому краї ребра. Для ефективності алюмінієвого абсорбера готую окремий матеріал.

Виготовлення труб для колектора

Розмір колектора повинен бути таким, щоб якнайменше залишилося відходів від різання мідної труби:). На фото розмір фанери 238Х117 см (перекладаю дюйми в сантиметри, тому цифри виглядають трохи дивно). Параметри основи залежать від розміру матеріалу, який накриє колектор (скло або полікарбонат).

Так виглядатимуть мідні грати. Вода надходитиме в нижньому правому кутку, проходитиме весь шлях і виходитиме у верхньому лівому.

Вирізаємо труби потрібної довжини. Після різання необхідно зачистити місця зрізу, особливо з внутрішньої сторони. На спеціальному інструменті для різання труб передбачено лезо для цього. На фото очищення перехідників та труб від залишків різання.

Приміряємо алюмінієві ребра, підганяємо до ідеального дотику між окремими деталями абсорбера. Ріжемо відрізки труби під з'єднання. Нагадую, всі виміри повинні бути ідеальними - відстань між трубами повинна дорівнювати ширині ребер абсорберів.

Перший стояк отримує Т-подібний фітинг (на прийом води), а останній стояк отримує колінчасте з'єднання. На іншому кінці колектора коліно йде до першої труби, а трійник до останньої (вихід гарячої води). Така обв'язка забезпечує приблизно однакову циркуляцію.

Припаюємо всі деталі ґрат.

Після того, як грати охолоне, її потрібно буде ретельно відмити від флюсу рідиною для миття посуду.

Спаяні труби повинні пройти випробування на герметичність. На фото показано найпростіший спосіб, який чудово працює. Необхідно закрити випускний отвір у нижньому кінці та повільно наповнити сітку водою. Якщо у вас є можливість використовувати невеликий тиск, це взагалі відмінно.

Як зробити раму для сонячного колектора

Рама повинна мати такий розмір, щоб у ній стала фанера з абсорбером. Кути скріплені шурупами та клеєм. Рама в даному випадку була загрунтована та пофарбована епоксидною фарбою.

Встановлення трубної сітки

Притискаємо труби до фанери, додаємо фітинги до подачі та обернення. У цій конструкції виходи передбачені в задню частину колектора. Можна припаяти впускний та випускний клапан відразу.

Прокладаємо смуги алюмінію під труби. Вище я вже звертав увагу, навіщо це робиться. Смуга силікону заповнює порожнечі між трубою і пластиною. Далі наносимо силікон на всю пластину.

Силікон залишається гнучким за тих температур, у яких доведеться працювати колектору. Це дуже гарний спосібзбереження та передачі тепла від абсорбера до ґрат. У продажу є термостійкі силікони з наповнювачами, які підвищують теплопровідність.

Встановлення абсорберів

У канавку ребра наносимо смужкою герметик. Шар має бути дуже тонким. Щільно прибиваємо ребра до фанери за допомогою степлера скобами із нержавіючої сталі. В одному із прототипів використовуються шурупи.

Встановлення алюмінієвого абсорбера
Закріплення ребер степлером

На абсорбер необхідно нанести. У гаражних умовах дуже зручно скористатися фарбою для камінів та барбекю, у продажу є селективні фарби для колекторів.

Потрібно очистити поверхню алюмінію та міді від герметика та інших забруднень за допомогою ацетону або іншого відповідного розчинника. Абсорбер має бути абсолютно сухим перед фарбуванням.

Встановлення ізоляції на сонячний колектор

У разі використовується жорстка ізоляційна плита. Полістирол брати небажано через високі температури. На фото ізоляція приклеюється поліуретановою піною. На плиту обов'язково потрібно встановити вантаж, оскільки піна намагатиметься розширитись.

Не обов'язково використовувати полікарбонат, як у даному випадку. Але саме гофрований полікарбонат найпопулярніший у саморобках у американців. Він забезпечує високу теплопередачу, міцний і гнучкий, фільтрує ультрафіолет (так стверджує автор прототипу, але ПК, що зустрічався мені, був УФ-пропускаючим). Для колектора це добрі показники.

Листи полікарбонату цієї конфігурації з'єднані шляхом накладання гофру на гофр і склеєні прозорим силіконом.

Встановлюємо опори для скління. Тут використовується тонкостінна оцинкована металева трубка кабелепровід. Потрібно просвердлити отвір у рамі, як на фото. Проклеїти паз. До речі, на фотографіях один з варіантів - все робиться так само, як і з міддю.

На ребро рами потрібно накласти смужку деревини. Висота смужки має відповідати висоті «хвилі» полікарбонату. Покладіть лист так, щоб ребра полікарбонату можна було герметично прикрутити до рами. ПК вгорі та внизу встановлюється на спеціальну хвилясту смугу, використовуйте силікон для герметизації швів.

Над листом полікарбонату необхідно встановити смуги деревини, які рівномірно притискатимуть його у верхній і нижній частині. На фото добре видно, що я.

На фото видно зовнішні сантехнічні деталі. Резервуар знаходиться прямо за стіною над колектором. У холодному кліматі труби необхідно теплоізолювати. Гофроване підведення передбачене на випадок будь-яких пересувань колектора. Зливний клапан для скидання води на зиму.

Бак для колектора та сантехнічні роботи

Як резервуар для води використовується старий газовий бак. Встановлювати бак необхідно вище за колектор, щоб працювала природна циркуляція. Якщо відкрити запірні крани, гаряча вода надходитиме з резервуара з холодного боку електричного бака. Холодна вода надходить у колектор зі старого зливу газового бака, гаряча вода з колектора виходить у старий випускний клапан. Випускний клапан встановлений у резервуар та колектор. Термодатчик також встановлений на бак і сонячну панель.

На фото бак для збирання гарячої води з колектора. Сонячна панель знаходиться за стіною на виході двох труб.

На фото новий електричний нагрівач для резервного підігріву. Гаряча вода з колектора надходить у вхідний отвір для холодної води у цьому баку.

Існують різні варіанти резервуарів для сонячного колектора, наприклад.

Виміри температури

При температурі близько 60 градусів вода надходить у резервуар. Бак чудово тримає температуру всю ніч, електричний нагрівач не вмикали. Воду з колектора використовують на прання, душ та миття посуду. За бортом температура повітря була не вищою за 30 градусів (травень 2010 року). Випробування продуктивності у деталях у наступній статті.

Варіант кріплення системи:

Альтернативні джерела відновлюваної енергії мають величезну популярність. У деяких країнах ЄС автономне теплопостачання покриває понад 50% потреб енергії. У РФ сонячні колектори поки що не набули широкого поширення. Одна з основних причин: дорожнеча обладнання. За геліопанель вітчизняного виробника потрібно віддати щонайменше 16-20 тис. крб. Продукція європейських брендів коштуватиме ще дорожче, починаючи з 40-45 тис. руб.

Виготовлення сонячного колектора своїми руками буде дешевшим, принаймні о пів на половину. Саморобний геліоколектор забезпечить достатньою кількістю тепла для нагріву душової води на 3-4 особи. Для виготовлення знадобляться будівельні інструменти, кмітливість та підручні засоби.

З чого можна зробити геліосистему

Спочатку слід розібратися в тому, який принцип роботи використовує сонячний водонагрівач. У внутрішньому пристрої блоку є такі вузли:

• корпус;
• абсорбер;
• теплообмінник, усередині якого циркулюватиме теплоносій;
• відбивачі для фокусування сонячних променів.

Заводський колектор для нагрівання води від сонця працює так:

• Абсорбція тепла – сонячні промені проходять крізь скло, розташоване поверх корпусу, або через вакуумні трубки. Внутрішній абсорбуючий шар, що контактує з теплообмінником, пофарбований селективною фарбою. При попаданні сонячних променів на абсорбер виділяється велика кількість тепла, яке збирається та використовується для нагрівання води.
• Теплопередача - абсорбер розташований тісному контактііз теплообмінником. Акумульоване абсорбером і теплообміннику, що передається тепло, нагріває рідину, що рухається по трубках до змійовика всередині бака теплонакопичувача. Циркуляція води у водонагрівачі здійснюється примусовим чи природним способом.
• ГВП - використовується два принципи підігріву гарячої води:
  1. Пряме нагрівання - гаряча вода після нагрівання просто скидається в теплоізольовану ємність. У моноблочній геліосистемі як теплоносій використовується звичайна побутова вода.
  2. Другий варіант - забезпечення ГВП з пасивним водонагрівачем за принципом непрямого нагріву. Теплоносій (часто антифриз) під тиском направляється в теплообмінник геліоколектора. Після нагрівання розігріта рідина подається в накопичувальний бак, усередині якого вбудований змійовик (гравець, що грає, нагрівального елемента), оточений водою для системи гарячого водопостачання.
     Теплоносій розігріває змійовик, за допомогою чого передає тепло воді, що знаходиться в ємності. При відкритті крана нагріта вода з теплоакумулюючої ємності надходить до точки водорозбору. Особливість геліосистеми з непрямим нагріванням здатність працювати протягом усього року.

Принцип роботи, що використовується в дорогих заводських геліосистемах, копіюється і повторюється в колекторах, що виготовляються своїми руками.

Робочі конструкції сонячних водонагрівачів мають схожий пристрій. Тільки виготовляються із підручних матеріалів. Існують схеми виробництва колекторів із:

• полікарбонату;
• вакуумні трубки;
• ПЕТ пляшок;
• пивних банок;
• радіатора холодильника;
• мідних трубок;
• ПНД та ПВХ труб.

Судячи з схем, сучасні «Кулібіни» віддають перевагу саморобним системам з природною циркуляцією, термосифонного типу. Особливість рішення в тому, що накопичувальну ємність розташовують у верхній точці ГВП. Вода самопливом циркулює у системі і подається споживачеві.

Колектор із полікарбонату

Виготовляють із стільникових панелей, що відрізняються хорошими теплоізоляційними властивостями. Товщина листів від 4 до 30 мм. Вибір товщини полікарбонату залежить від потрібної тепловіддачі. Чим товстіший лист і осередки в ньому, тим більше води зможе нагріти установка.

Щоб зробити геліосистему, зокрема саморобний сонячний водонагрівач з полікарбонату, знадобляться такі матеріали:

• дві штанги з нарізаним різьбленням;
• пропіленові куточки, на фітингах має бути зовнішнє різьбове з'єднання;
• пластикові труби ПВХ: 2 шт., довжина 1,5 м, діаметр 32;
• 2 заглушки.

Труби укладають у корпус паралельно. Підключають до ГВП через крани, що відсікають. Уздовж труби роблять тонкий надріз, який можна вставити лист полікарбонату. Завдяки принципу термосифону вода самостійно надходитиме в жолобки (комірки) листа, нагріватиметься і йтиме в накопичувач, розташований вгорі всієї системи нагрівання. Для герметизації та фіксації листів, вставлених у трубу, використовують силікон, стійкий до термічної дії.

Щоб збільшити теплоефективність колектора із стільникового полікарбонату, лист покривають будь-якою селективною фарбою. Нагрівання води після нанесення селективного покриття прискорюється приблизно вдвічі.

Колектор із вакуумних трубок

У цьому випадку не вийде обійтися виключно підручними засобами. Для виготовлення сонячного колектора доведеться придбати вакуумні трубки. Їх продають компанії, що займаються обслуговуванням геліосистем та безпосередньо виробники геліоводонагрівачів.

Для самостійного виробництва краще вибирати колби з перовими стрижнями та тепловим каналом heat-pipe. Трубки легше монтувати та міняти у разі потреби.

Також необхідно придбати блок-концентратор для вакуумного сонячного колектора. При виборі звертають увагу на продуктивність вузла (визначається за кількістю трубок, які можна одночасно підключити до пристрою). Раму виготовляють самостійно, збираючи дерев'яний каркас. Економія при виготовленні в домашніх умовах з урахуванням придбання готових вакуумних трубок складе не менше 50%.

Геліосистема із пластикових пляшок

Для приготування потрібно близько 30 шт. ПЕТ пляшок. При збиранні зручніше використовувати тару однакового розміру на 1 або 1,5 л. На попередньому етапі з пляшок знімають етикетки, поверхню ретельно промивають. Крім пластикової тари знадобиться таке:

• 12 м шланга для поливу рослин діаметром 20 мм;
• 8 Т-подібних перехідників;
• 2 коліна;
• рулон тефлонової плівки;
• 2 кульові крани.

При виготовленні сонячних колекторів із пластикових пляшок внизу основи роблять отвір, що дорівнює діаметру шийки, куди вставляють гумовий шланг, або ПВХ трубу. Колектор збирають у 5 рядів по 6 пляшок на кожній лінії.

У ясний день вже за 15 хв. вода нагріється до температури 45°С. Враховуючи високу продуктивністьсонячний водонагрівач із пластикових пляшок має сенс підключити до накопичувальної ємності у 200 л. Останню добре утеплюють для запобігання тепловтратам.

Колектор із алюмінієвих пивних банок

Алюміній відрізняється добрими теплотехнічними характеристиками. Не дивно, що метал використовують для виготовлення опалювальних радіаторів.

Алюмінієві банки можна використовувати під час виготовлення саморобних геліосистем. Для виробництва не підійдуть банки з жерсті та будь-якого іншого металу.

Для однієї геліопанелі будуть необхідні наступні комплектуючі:

• банки, близько 15 прим. на лінію, корпус вміщується 10-15 рядів;
• теплообмінник - використовується колектор із гумового шланга, або пластикових труб;
• клей для склеювання банок між собою;
• селективна фарба

Поверхня банок забарвлюється у темний колір. Короб накривають товстим склом чи полікарбонатом.

Сонячний колектор з алюмінієвих банокчастіше виготовляють для повітряного опалення. При використанні водяного теплоносія знижується теплоефективність пристрою.

Геліосистема з холодильника

Ще одне популярне рішення, яке вимагає мінімальних витратчасу та коштів. Сонячний колектор роблять із радіатора старого холодильника. Змійовик вже пофарбований у чорний колір. Достатньо лише укласти ґрати в дерев'яний корпус із ізоляцією та підключити його до ГВП, за допомогою паяння.

Існує варіант виготовлення із конденсатора кондиціонера. Для цього кілька радіаторів з'єднують у єдину мережу. Якщо є можливість придбати дешево близько 8 шт. конденсаторів, виготовлення колектора цілком можливе.

Колектор із мідних трубок

Мідь відрізняється добрими теплотехнічними властивостями. При виготовленні мідного сонячного колектора використовують:

• труби діаметром 1 1/4", що використовуються при монтажі систем опалення та гарячого водопостачання;
• труби на 1/4", що використовуються в системах кондиціювання;
• газова горілка;
• припій та флюс.

Корпус решітки радіатора збирається з мідних труб з великим діаметром. У поверхні просвердлюють отвори рівні 1/4". В отримані пази вставляють труби відповідного діаметра. Радіатор закривають склом або полікарбонатом. Мідь забарвлюють селективною фарбою.

Сонячний бойлер із ПНД труб та ПВХ шлангів

Під час виробництва геліосистем використовують практично будь-який підручний матеріал. Існують рішення, що дозволяють виготовити колектор із гофрошланга, гумового шланга, що використовується для поливу рослин.

З металопластикової труби геліосистеми не роблять через гумові ущільнювачі фітинги, що не витримують сильного нагріву. При інтенсивному сонячному випромінюванні нагрівання у колекторі досягає 300°С. При перегріві прокладки ущільнювачів обов'язково дадуть текти.

Існує можливість виготовлення сонячного колектора із гофрованої нержавіючої труби. Популярність рішення обумовлена ​​швидкістю та простотою монтажу. Гофротруба з нержавіючої сталі укладається кільцями або змійкою. Недолік, відносна дорожнеча нержавіючої гофрованої труби.

Незважаючи на існуючі варіанти, описані вище, найбільш популярними залишаються сонячні колектори з пропіленових та ПНД труб. Кожен варіант має свої переваги:

• Сонячний колектор із ПНД труби- Для виготовлення вибирають матеріал, стійкий до нагрівання. Продається велика кількість фітингів, що полегшують збирання теплоакумулюючого радіатора. Труби з поліетилену низького тиску мають чорний або темно-синій колір, тому не вимагають фарбування.
• Сонячний колектор із ПВХ труб- популярність рішення у простоті монтажу конструкції, що здійснюється за допомогою паяння. Наявність великої кількості куточків, трійників, американок та інших фітингів полегшує процес збирання. За допомогою паяння можна створити теплообмінник колектора будь-якої конфігурації.

Виготовлення сонячного водогрійного колектора із PEX труби:

Всі описані труби з тією чи іншою ефективністю використовуються як осердя при виготовленні саморобного геліоколектора з пластикових пляшок та алюмінієвих банок.

Як зробити селективне покриття

Високоефективний колектор має високий рівень поглинання сонячної енергії. Промені потрапляють на темну поверхню, після чого її нагрівають. Чим менше випромінювання відштовхується від абсорбера сонячного колектора, тим більше тепла залишається геліосистемі.

Щоб забезпечити достатню акумуляцію тепла, потрібно створити селективне покриття. Варіантів виробництва кілька:

• Саморобне селективне покриття колектора- Використовують будь-які чорні фарби, які після висихання залишають матову поверхню. Є рішення, коли як абсорбер колектора застосовують непрозору темну клейонку. На труби теплообмінника, поверхню банок та пляшок наносять чорну емаль, з матовим ефектом.
• Спеціальні абсорбуючі покриття- можна піти іншим шляхом, придбавши для колектора спеціальну селективну фарбу. До складу селективних ЛКМ входять полімерні пластифікатори та присадки, що забезпечують хорошу адгезію, теплостійкість та високий ступінь поглинання сонячних променів.

Геліосистеми, що використовуються виключно для нагрівання води влітку, можуть обійтися забарвленням абсорбера в чорний колір за допомогою звичайної фарби. Саморобні сонячні колектори для опалення будинку взимку повинні мати якісне селективне покриття. Заощаджувати на фарбі не можна.

Саморобна або заводська геліосистема – що краще

Виготовити в домашніх умовах сонячний колектор, здатний по технічним характеристикамта показниками порівнятися із заводською продукцією неможливо. З іншого боку, якщо потрібно просто забезпечити достатню кількість води для літнього душу, сонячної енергії буде достатньо роботи найпростішого саморобного водонагрівача.

Що стосується рідинних колекторів, що працюють взимку, то навіть не всі заводські геліосистеми можуть працювати при низьких температурах. Всесезонні системи, це найчастіше устрою з вакуумними тепловими трубками, з підвищеним ККД, здатні працювати до температури –50°С.

Заводські геліоколектори часто укомплектовуються поворотним механізмом, що автоматично підлаштовує кут нахилу і спрямованість панелі по сторонах світла, залежно від розташування Сонця.

Ефективний сонячний водонагрівач той, що повністю відповідає поставленим перед ним завданням. Для підігріву води на 2-3 чоловік влітку, можна обійтися звичайним геліоколектором, виготовленим своїми руками з підручних засобів. Для опалення взимку, незважаючи на початкові витрати, краще встановити заводську геліосистему.

Відеокурс з виготовлення панельного сонячного водонагрівача

Сонячні повітряні колектори (Рис.1) набувають все більшої кількості прихильників. Це рішення, яке відкриває хороші можливостіза порівняно невеликі гроші для покращення атмосфери у приміщеннях. Вони дійсно заслуговують на те, щоб на них звернули більш пильну увагу.

Сонячний повітряний колектор, стосовно приватного домоволодіння, виконує три функції. Перша – додаткове обігрів приміщення. Друга - вентиляція та фільтрація повітря в приміщенні. Третя – осушення приміщення під час періодичного опалення його в холодну пору.

У роботі сонячних повітряних колекторів практично немає обмежень - електрики та газу не потрібно, повітря як теплоносій не закипає і не замерзає. Такого поняття як «стагнація геліосистеми» як у рідинних колекторах просто немає.

Швидке прогрівання повітря в приміщенні до потрібної температури – теж одна з особливостей сонячних повітряних колекторів. Незважаючи на те, що повітря має меншу теплопровідність у 28 разів і меншу питому теплоємність у 4 рази, ніж вода, він як теплоносій рухливий, добре регулюється (за температурою та кількістю). Повітря забезпечує швидку зміну температури та більш рівномірний розподіл тепла всередині приміщень. Він безпечний у пожежному відношенні. Нагріте повітря можна розподіляти існуючими каналами вентиляційної системи.

Принцип дії.

Сонячний повітряний колектор (СВК) – це тепловий абсорбер, в якому як робоче тіло (теплоносій) використовується повітря, а як джерело тепла – сонячне випромінювання. Холодне повітря потрапляє в систему каналів, де він нагрівається контактуючи з поверхнею абсорбера, нагрітої сонячним теплом, і потім надходить в приміщення, що обігрівається.

Сонячні повітряні колектори поділяються на три основні групи за системою циркуляції повітря: внутрішня циркуляція/рециркуляція(забір холодного повітря відбувається всередині опалювального приміщення) (Рис.2б), зовнішня циркуляція(забір холодного повітря здійснюється з вулиці) (Рис.2а), комбінована циркуляція(забір холодного повітря може здійснюватися з обох джерел по черзі або одночасно) (Рис.2в).

За способом організації теплового потоку в сонячному повітряному колекторі ці пристрої поділяються на два типи: з природною циркуляцією(пасивний тип) та з примусовою циркуляцією(Активний тип). У першому типі, в організації руху повітря діють закони конвекції та гравітації, у другому типі рух повітря здійснюється за допомогою вентилятора.

У сучасних сонячних колекторах встановлюють мініатюрну фотоелектричну (сонячну) панель, від якої відбувається живлення вентилятора 12В/12Вт постійного струму. Це знижує пожежну небезпеку системи до нуля, в порівнянні з живленням вентилятора від 220В домашньої мережі.

Пристрій.

Сонячні повітряні колектори, що продаються на ринку в Росії, являють собою плоскі коробчаті пристрої (схожі на плоскі водяні колектори), що складаються з: алюмінієвої рами, фронтального прозорого скла, абсорбера (металева пластина пофарбована в чорний або темно-синій колір, іноді гофрованої та/ або з перфорацією), коробчатих повітроводів, утеплювача (плита зі скляної або базальтової вати), пластикової задньої стінки, вентилятора, фотоелектричної міні-панелі, зворотного повітряного клапана, вимикача та дроту, витяжного блоку та кріпильних елементів (Рис.3).

Призначення.

Перша функція сонячних повітряних колекторів – це обігрів приміщення. Холодне повітря, що знаходиться в нижній частині приміщення або зовні, потрапляє в колектор, де нагрівається і через верхній витяжний блок повертається в приміщення (Рис.4).

Одночасно з виконанням обігріву приміщення під час використання зовнішнього повітря повітряний сонячний колектор виконує другу функцію – вентиляцію приміщення та приплив свіжого повітря. На виході з повітроводу колектора в приміщення встановлюється фільтр, тоді навіть при рециркуляційному режимі можна отримати очищення повітря в приміщенні.

Тепер розглянемо третю функцію сонячного повітряного колектора, внаслідок чого його полюбили дачники та інші власники будівель, у яких проживання здійснюється який завжди.

Сонячний повітряний колектор не дає відволожувати приміщення, система опалення в яких працює періодично. Цю проблему не вирішити простим провітрюванням приміщень, так як вологість холодного повітря вища, а його вологоабсорбційні властивості нижчі. Досить поглянути на Психометричну діаграму Молье і ми побачимо, що коли повітряний колектор забирає з вулиці повітря з температурою -10°С та вологістю 70%, він нагріває повітря на 15°С-40°С, хай до температури +10°С, то вологість цього повітря зменшується до 15%, а вологоабсорбційні властивості повітря, що подається в приміщення, збільшуються в 7-9 разів (Рис.5).

Відповідно СВК оберігає будинок від появи плісняви, неприємного запаху, від промерзання і відповідно передчасного руйнування конструктивних елементів, що відволожилися.

Дуже актуальна ця функція повітряного сонячного колектора для бань (Мал.6) і критих басейнів (Мал.7).

Необхідно згадати і про ще одну функцію повітряних сонячних колекторів, яка не дуже актуальна для приватного домоволодіння в наших широтах, але все ж таки.

Окрім генерації тепла сонячний повітряний колектор може виконувати бар'єрні та теплозахисні функції.

У цьому випадку колектор займає всю поверхню стіни чи даху. Зовнішня поверхня колектора та стіна будівлі утворюють так званий фасад із подвійною оболонкою. Таким шляхом можна «накрити» стіни, дахи та похилі елементи будівель (Рис.8).

Зовнішня частина такого фасаду виконує з одного боку бар'єрну функцію (захист внутрішньої частини - тобто власне стіни будівлі від намокання), з іншого - це поверхня, що поглинає тепло, добре пропускає тепло на свою внутрішню сторону. Її зазвичай виконують гофрованою з дрібною перфорацією.

Такий фасад із подвійною оболонкою всередині розділений на вертикальні секції. Зовнішня поверхня фасаду нагрівається сонячним теплом та передає це тепло повітрю між зовнішньою та внутрішньою стінками. Нагріте повітря активно піднімається нагору, де його відбирають усередину приміщень для підігріву будівлі. Дуже часто, як і у звичайних сонячних повітряних колекторах, гаряче повітря тут використовується у поєднанні із системою вентиляції – безпосередньо чи опосередковано. Висхідний потік гарячого повітря в порожнині фасаду з подвійною оболонкою одночасно підсушує стіну будівлі та покращує її теплоізоляційні характеристики.

Ці властивості високо оцінили у країнах з холодним та/або сирим кліматом. Сонячний повітряний колектор типу «сонячна стіна» тут не так використовується для опалення або підігріву повітря в системі вентиляції, скільки виконує енергозберігаючі функції.

У нас в країні поширення набули індивідуальні сонячні повітряні колектори невеликої площі у застосуванні до сезонних, періодично відвідуваних і тому не завжди опалюваних об'єктів: дачі, лазні, гаражі, майстерні, студії, склади.

Наприкінці тексту слід сказати трохи про недоліки сонячного повітряного колектора:

• повітряний сонячний колектор працює тільки за наявності сонця, ефективність його в похмурі дні буде близько нульової.
• при низькій температурі, навіть у сонячний день, краще перемикати колектор на режим внутрішньої циркуляції.
• при установці колектора необхідно свердлити один-два великі отвори в несучій стініабо в даху (залежно від місця встановлення).

Рис.9 Приклади різних варіантівкріплення колекторів на стіні будинку.

Однак, застосовуючи повітряний сонячний колектор, ми можемо вирішити такі проблеми (Рис.9):

• Вентиляція та фільтрація повітря у приміщеннях.
• Підтримка сухої атмосфери в приміщеннях, в яких не завжди працює опалення.
• Додаткове опалення приміщень.

Використовувати безкоштовну сонячну енергію для опалення та гарячого водопостачання будинку досить привабливо. Зробити це можна за допомогою геліоустановки, головним елементом якої є сонячний колектор. Але одним із стримувальних факторів використання геліоустановок є їхня відносно велика вартість. Але їх можна зробити самостійно. Тому, в цій статті ми розповімо про принцип їхньої роботи, види, а також як зібрати та виготовити сонячний колектор своїми руками для опалення будинку та забезпечення його гарячою водою з різних підручних матеріалів.

Принцип роботи та види сонячних колекторів

Сонячні колектори є теплообмінниками, які вловлюють енергію Сонця і перетворюють її, залежно від їх виду, на теплову енергію рідини або повітря, що циркулюють в них. Нагріті в колекторі рідина або повітря використовуються для гарячого водопостачання або опалення будинку безпосередньо або через додаткові теплообмінники, наприклад, бойлери непрямого нагріву. Головне завдання будь-якого такого колектора: якнайбільше «зловити» сонячну енергію і з найменшими втратами передати його теплоносію, що циркулює в ньому.

Види геліоколекторів

По виду теплоносія, що циркулює і нагрівається в них, сонячні колектори можуть бути:

• Рідинними;
• Повітряними.

за конструктивним особливостямта виду теплообмінної поверхні вони можуть бути:

• у вигляді ємності;
• Трубними;
• Плоськими;
• Вакуумні.

Рідиннісонячні колектори, як випливає з їхньої назви, у робочому стані заповнені рідиною, яка циркулює та нагрівається в них. Це може бути звичайна вода або рідина, що незамерзає (антифриз). У першому випадку, нагріта вода може подаватися безпосередньо в систему гарячого водопостачання, накопичувальну ємність або в бойлер непрямого нагріву, а в другому випадку - тільки в бойлер. Такі колектори можуть використовуватися для забезпечення будинку гарячою водою, так і для його опалення. Все залежить від потужності геліоустановки.

ПовітряніГеліоколектори використовуються, головним чином, для опалення будинку. Холодне повітря з приміщення подається до такого колектора, нагрівається там і подається назад у приміщення за допомогою природної або примусової циркуляції.

Більшість із цих видів сонячних колекторів можна виготовити самостійно. Виявивши фантазію, їх виготовлення можна використовувати різні підручні матеріали: пластикові чи металеві ємності, труби, шланги, б/у радіатори і навіть пивні банки. Нижче ми розглянемо кілька конструкцій сонячних колекторів, які можна виготовити своїми руками, використовуючи ці та інші підручні матеріали.

Сонячний колектор із металевої або пластикової ємності

Найпростіший сонячний колектор можна виготовити своїми руками із металевої або пластикової ємності об'ємом 50-100 л. Це так званий літній душ, який досить поширений у сільскої місцевостіта на дачах.

Сонячний колектор для нагрівання води з металевих бочок

Найкращим металевим варіантом такого колектора буде ємність із нержавіючої сталі, пофарбована зовні у чорний колір. Щоправда, вартість такої нової ємності є досить високою. Тому можна використовувати б/в ємності. Наприклад, зварити бак із двох нержавіючих ємностей від старих пральних машин. Можна використовувати і ємності із чорного металу, оцинковані або забарвлені водостійкою фарбою. Пластикові ємності хороші тим, що мають невелику вагу і не піддаються корозії, але вони недовговічні, оскільки пластик погано переносить ультрафіолетове випромінювання.

Бочка встановлюється на південній стороні даху будинку або над літнім душем. Якщо бочка не герметична, то підведення холодної та забір нагрітої здійснюється знизу. Тиск теплої води в точці забору визначатиметься висотою установки та рівнем води у бочці. Вона наповнюється холодною водою, яка протягом деякого часу нагрівається, а потім використовується.

Якщо бочка герметична, подача холодної води здійснюється знизу, а паркан теплої — вгорі. Така ємність підключається до системи холодного водопостачання (насосної станції) і при заборі нагрітої води в бочку надходить із системи холодна, витісняючи теплу у верхню частину.

Перевага такого сонячного колектора у простоті. Його нескладно зробити своїми руками. Якщо бочка циліндричної форми, вона добре освітлюється сонячними променями протягом усього дня.

Недоліки цієї конструкції:

• Використовувати можна тільки в теплий часроку;
• малоефективна у вітряну погоду та коли сонце закрите хмарами;
• Велика інерційність - відносно тривале нагрівання води;
• Нагріта вдень вода вночі остигає.

Як виготовити та зібрати сонячний колектор з металевих труб

Простий та ефективний сонячний колектор можна виготовити своїми руками із тонкостінних металевих трубок: сталевих, мідних чи алюмінієвих. Він є трубчастим теплообмінником (радіатором), який поміщається в теплоізольовану коробку з дощок, фанери або ДСП.

Кращим матеріаломдля виготовлення радіатора геліоколектора безумовно є мідь. Вона має відмінну теплопередачу і не схильна до корозії. Але цей матеріал досить дорогий. Алюмінієві трубки, хоча дешевші за мідні, але можуть виникнути труднощі при їх зварюванні.

Дешевше і найпростіше виготовити теплообмінник із сталевих труб. Їх можна зварити за допомогою звичайного зварювального апарату. Для виготовлення такого радіатора можуть бути використані сталеві труби діаметром? - 1″. При цьому, для підведення холодної та відведення нагрітої води використовуються труби більшого діаметру і з більшою товщиною стінок, а для самого теплообмінника – меншого діаметра та з меншою товщиною стінок.

Схема радіатора сонячного колектора із труб

Розміри радіатора сонячного колектора, а отже, довжина труб залежить від необхідної потужності. Але якщо зробити його занадто великим і громіздким, то можуть виникнути труднощі з його збиранням та встановленням. Тому, найкраще, якщо його розміри будуть у межах: ширина – 0,8-1 м, а висота 1,5-1,6 м. Потужність такого колектора буде в межах 1,2-1,4 кВт. Якщо вам необхідно збільшити потужність геліоустановки, то можна виготовити кілька таких колекторів і з'єднати їх між собою.

У цьому випадку для виготовлення радіатора сонячного колектора нам знадобляться дві товстостінні труби діаметром ? - 1? довжиною 0,8-1м і 12-18 тонкостінних трубок діаметром? -? і довжиною 1,5-1,6 м.

У товстостінних трубах, які будуть служити для підведення та відведення води, свердляться отвори під тонкостінні труби меншого діаметру з кроком 3-4,5 см. Один кінець такої труби глушиться, а до іншого приварюється або нарізається в ньому різьблення.

Труби зварюються в одну конструкцію радіатора та фарбуються чорною матовою фарбою.

Тепер потрібно виготовити теплоізольований короб для радіатора. Для цього можна використовувати стійку вологостійку фанеру, плити ДСП, OSB або обрізні дошки. Але найкраще підійшла б водостійка фанера (ФСФ).

Розміри короба розраховуються з урахуванням розмірів радіатора, шару утеплювача та зазорів між ними. Висота бортів короба повинна враховувати товщину утеплювача, самих труб, а також відстань їх від днища і короб скла, що закриває, або полікарбонату (10-12 мм). У верхньому торці бортів проводиться вибірка (паз) під скло або полікарбонат. В одному з бічних бортів робляться отвори для труб підведення та відведення води. Елементи короба в одну конструкцію з'єднуються за допомогою шурупів.

Як утеплювач можна взяти пінополістирол, звичайний (пінопласт) або екструдований, а також мінеральну вату щільністю не менше 25. Шар утеплювача (не менше 5 см) монтується зсередини на днищі та з боків короба. Зверху на нього укладається лист оцинкованого металу або шар товстої фольги, які також фарбуються у чорний матовий колір.

Радіатор кріпиться у коробі за допомогою хомутів або затискачів, наявність яких необхідно передбачити ще на етапі виготовлення короба. Місце розташування та розміри хомутів залежать від конструкції радіатора та розміру труб.

Зверху короб накривається склом чи полікарбонатом. Накриття укладається в пази (вибірку) та надійно кріпиться. Усі стики герметизуються.

Сонячний колектор готовий. Його необхідно встановити на південній стороні будинку із нахилом до горизонту 35-45⁰. На його базі можна виготовити геліоустановку, яка включає теплоізольований накопичувач теплої води ємністю 100-200 літрів або бойлер непрямого нагріву.

Встановлення готового сонячного колектора

Колектор із пластикових або металопластикових труб

Сонячний колектор своїми руками можна виготовити також використовуючи пластикові ПНД або ПП труби. Теплопередача пластику хоча і менше, ніж у металевих на 13-15%, зате він набагато дешевше міді і не схильний до корозії, як чорна сталь.

Для виготовлення простого сонячного колектора своїми руками труби ПНД діаметром 13-20 мм можна укласти у коробі у вигляді спіралі, закріпити за допомогою хомутів та пофарбувати у чорний колір.

Варіант сонячного колектора із пластикових ПНД труб

Поліпропіленові труби гнуться погано, але їх просто з'єднувати за допомогою паяння, використовуючи спеціальні фітинги. Підводні труби (горизонтальні колектори) можна виготовити з ПП труб діаметром 25 мм, а сам теплообмінник із труб діаметром 20 мм. Готовий радіатор сонячного колектора фарбуємо в чорний колір і монтуємо в короб, який виготовляється так само, як у варіанті з металевими трубами.

Можна також виготовити радіатор для сонячного колектора із металопластикових труб. При цьому їх можна з'єднати за допомогою фітингів, за тією ж схемою, що і ПП-труби або укласти зигзагами («змійкою») або у вигляді спіралі. Другий варіант простіше. Але необхідно пам'ятати, що радіус вигину металопластикових труб не повинен бути меншим за 7 діаметрів труби.

Варіант сонячного колектора із металопластикових труб

Сонячний колектор із радіатора холодильника

Якщо у вас є радіатор від старого холодильника, його також можна використовувати для виготовлення своїми руками сонячного колектора. Для цього необхідно його ретельно промити, щоб очистити залишки фреону. Під час промивання слід також перевірити його герметичність - чи немає протікання. Якщо вони є, ці місця необхідно загерметизувати холодним зварюванням або запаяти.

Радіатор від старого холодильника

Сам радіатор потрібно пофарбувати чорною матовою фарбою.

Необхідно передбачити також спосіб з'єднання вхідної та вихідної трубок з накопичувальним баком геліоустановки або іншими елементами, залежно від виду. Для цього, наприклад, можна припаяти на кінцях трубок різьблення необхідного розміру або натягнути шланги гумові, закріпивши їх хомутами.

Підготовлений таким чином радіатор сонячного колектора кріпиться за допомогою хомутів у теплоізольованому коробі, зробленому з урахуванням його розмірів. Сам короб може бути виготовлений так само, як і в попередніх випадках.

Повітряні сонячні колектори для опалення будинку

Крім вищеописаних сонячних колекторів, у яких за допомогою сонячної енергії нагрівається рідина, можна виготовити своїми руками конструкції, в яких нагрівається повітря. Такий сонячний колектор можна використовувати для додаткового опалення будинку. Холодне повітря з приміщення подається в теплообмінник, нагрівається там і подається назад в приміщення.

Теплообмінник для такої геліоустановки може бути виготовлений з листового металу, металевих тонкостінних труб, а також навіть з банок від пива або інших напоїв. Самі конструкції таких колекторів ми розглянемо в іншій статті цієї рубрики.

Як я зробив сонячний колектор своїми руками: Відео