Воздушный солнечный коллектор для отопления дома

  • автор:

Сегодня всё больше владельцев частных домов по всему миру выбирают воздушный солнечный коллектор для отопления. От солнечной аккумуляторной батареи устройство отличается тем, что не накапливает тепловую энергию солнца, а сразу же пускает её на обогрев строения. Кроме того, подобное приспособление может быть собрано не только в заводских, но и домашних условиях.

Что это такое

Назначение воздушного солнечного коллектора – сбор солнечной энергии и передача её теплоносителю, в нашем случае – воздуху.

Наиболее востребованы такие устройства в Швейцарии, Японии, Канаде и Австралии.

В России воздушное отопление с применением солнечных коллекторов используется лишь как дополнение к основному. Это объясняется климатическими особенностями нашей страны.

Общие принципы нагрева воздуха ультрафиолетовыми солнечными лучами

Солнечное отопление относится к возобновляемой энергетической системе, которая собирает энергию от солнца в форме тепла, а не использует её для производства электроэнергии, например, при помощи солнечных фотоэлектрических элементов.

Такие нагревательные системы используются для местного подогрева воды и воздуха. Технологии обогрева обеспечивают циркуляцию нагретого воздуха или жидкости в системе лучистого отопления через трубопроводы в стенах или полах, чтобы тепло могло естественным образом обогреть внутренние помещения.

Известны два типа систем, использующих энергию ультрафиолетовых солнечных лучей:

  • Активные нагреватели. Здесь энергия Солнца используется для привода тепловых насосов, которые, в свою очередь, обеспечивают циркуляцию воды или иного теплоносителя. Такие нагреватели конструктивно более сложные, поскольку предполагают наличие механических подвижных узлов;
  • Пассивные нагреватели. Нагревая наружный воздух, который затем циркулирует в помещениях, эти системы обеспечивают обогрев комнат дома с использованием возобновляемых источников энергии. В пассивных солнечных отопительных системах механических частей нет.

Пассивные нагреватели могут иметь два варианта исполнений — коллекторы и пластины. Пластины генерируют энергию при помощи фотополупроводниковых элементов, которая используется для привода насоса, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя. Воздушный солнечный коллектор нагревает воздух в трубах, откуда он за счёт разницы в объёмах перемещается в теплообменник и бак. Далее нагретый воздух естественным или принудительным путём поступает в помещения.

Немного из использование систем на практике

Решил добавить этот раздел так как появились данные реального использования. Мой хороший знакомый установил ее 3 года назад (Украина, Киевская область).

Используется гелиосистема для отопления дома 100 кв м и горячей воды на 6 человек. Расходы на газ составляли для отопления и горячей воды 33 400 грн в год. Было принято решение приобрести солнечный коллектор.

В комплекте собраны 6 плоских коллекторов и накопительный бак на 1000 литров. Результат:

  • — 100% в течение 6 «теплых» месяцев по нагрузке на ГВС (температура 55 градусов),
  • — 50% в течение 6 «холодных» месяцев по нагрузке на ГВС,
  • — 25% в течение 6 «холодных» месяцев по нагрузке на отопление в поддерживающем режиме.

Итоговая сумма экономии за год составила 11 300 грн (в пересчете на рубли сумму нужно умножить на 2.2).

Вся система стояла 94000 грн. При такой стоимости газа она окупится за 8.4 года. Производители дают гарантию 15 лет, так что 7 лет минимум будет идти чистая прибыль.

Эффективность системы можно было значительно увеличить, купив вакуумные модели. Также, низкотемпературные системы отопления, такие как теплые полы, которые работают на температуре 30-40 градусов, будут более производительные.

Принцип действия и конструкционные особенности

Как видно на фото воздушного солнечного коллектора, в его конструкции нет ничего сложного. Основной элемент – солнцеприёмная панель или поглотитель. Она принимает энергию солнца и передаёт её воздуху.

Чаще всего её делают алюминиевой или медной. Всё устройство находится в прочном и герметичном теплоизолированном корпусе, сверху его закрывает особое стекло.

Конструкцию направляют к югу и наклоняют так, чтобы добиться наибольшей инсоляции. Попадание холодных воздушных масс в приёмную часть происходит в естественном или принудительном порядке.

Далее они, проходя через рёбра адсорбента, оказываются в воздуховоде, идущем внутрь дома. При этом в процессе передвижения они нагреваются от солнечной энергии.

Типы воздушных коллекторов

Главный критерий классификации – откуда заимствуется воздух. Если он берётся с улицы, пройдя подогрев, то это вентиляционная вариация. Её используют сегодня для обогрева складских помещений, птицеводческих ферм, заводских цехов и пр.

Если воздух попадает в устройство из самой комнаты, а затем просто возвращается обратно – это рециркуляционная система. Она применяется человечеством не одну сотню лет. Простейшим примером является камин.

Однако гелиосистема потребует меньших денежных трат, чем оба вышеописанных варианта. Цена на Солнечный воздушный коллектор вполне приемлема даже для человека не самого высокого социального положения.

Особенности изготовления устройства в домашних условиях

Рассмотрим краткую инструкцию создания воздушного солнечного коллектора своими руками:

  • Определяемся с местом монтажа аппарата.
  • Выбираем конструкционное решение абсорбера устройства.
  • Делаем корпус и его изоляцию.
  • Мастерим направляющие для поглотителя.
  • Изготавливаем сами солнцеприёмные панели.
  • Собираем коллектор.

Гелиосистему нужно размещать в зоне, наиболее близкой к точке поступления воздуха. Оптимальное место – южная сторона здания.

Для создания поглотителя или адсорбера подойдут обычные жестяные пивные банки.

Пример расчёта солнечного воздушного коллектора можно отыскать в Интернете.

Такой агрегат может работать как часть вентиляционной системы дома, или отдельно от вентиляции здания.

Лучше всего использовать при подобной системе отопления достаточно мощный вентилятор – так нагретый воздух будет более интенсивно перемещаться через коллектор.

Изготовление и монтаж

Ниже рассматривается бюджетный вариант получения солнечного нагревательного коллектора, с применением микровентилятора, пустых банок от пепси-колы, металлических корпусов отработанных осветительных приборов (лучше всего от люминесцентных ламп), закалённого стекла и чёрной краски. Потребуются также стеклорез, силиконовый герметик (с пистолетом), алюминиевая лента, термометр с температурным датчиком, ножницы по металлу, саморезы, электродрель, молоток, отвёртка и маркёр. Собирать и изготавливать узлы надо в защитных перчатках. Потребуется всего 7 этапов:

  1. Изготовление корпуса: коробку светильника разрезаем по предварительно установленному размеру и обматываем её алюминиевой лентой.
  2. Герметизация корпуса: скрепляем углы саморезами и тщательно герметизируем силиконом все щели, пазы и возможные трещины. Всю конструкцию окрашиваем в чёрный цвет.
  3. Размечаем маркёром и вырезаем предохранительные стёкла (можно вместо стекла использовать подходящий по прозрачности полимерный листовой материал).
  4. Обрезаем и устанавливаем банки в корпус, соединяем между собой и герметизируем. Торцы труб выводим за герметизированный корпус, согласовав при этом способ подключения входных отверстий микровентилятора. Окрашиваем банки чёрной краской.
  5. С противоположной стороны корпуса получаем вентиляционные отверстия. Предусматриваем возможность сделать дополнительные отверстия, если тестировании коллектора покажет недоработку. Расположение отверстий должно учитывать габаритные размеры вентилятора.
  6. Герметизируем щели между защитным стеклом и корпусом.
  7. Присоединяем микровентилятор к задним отверстиям корпуса. Перед этим необходимо убедиться в том, что подключение вентилятора правильное, и он будет работать на всасывание.
  8. Проверяем эффективность собранного коллектора. Для этого располагаем незакреплённый блок на выбранном участке стены или на крыше, включаем (через некоторое время) вентилятор и, используя термометр, выясняем температуру нагреваемого солнцем воздуха.

Испытания проводят на протяжении всего светового дня, через равные промежутки времени (летом, например, от 9.00 до 17.00, через каждый час). Если регистрируемые датчиком температуры воздуха составляют от 45 °С до 70 °С, то коллектор изготовлен верно, в противном случае количество блоков следует увеличить. Готовую конструкцию устанавливают вблизи вентиляционных отверстий дома.

Изготовление отопительных солнечных коллекторов возможно и доступно в домашних условиях. При использовании подобной установки в тёплое время года можно добиться снижения расхода электроэнергии и сэкономить на установке газовых водонагревателей.

Видео по теме

Материалы

Для сборки абсорбера потребуются следующие материалы:

  1. Лист меди размером 60 х 150 см и толщиной 0,4 мм. – 1 шт.
  2. Медная трубка ᴓ22 мм и толщиной стенки 1 мм. – 24 м.
  3. Латунная труба ᴓ70 мм и толщиной стенки 1 мм – 3,2 м.
  4. Лист фанеры 90 на 170 см и толщиной 18-20 мм.
  5. Базальтовый картон или вата толщиной 10 мм и площадью 2 м2.
  6. К-стекло необходимой площади.
  7. Брусок 25 на 100 мм общей длиной 4 м.

В этой конструкции мы изначально исключаем использование пластиковых труб. Причина здесь кроется в низкой теплопроводности и высокой теплоёмкости ПВХ (материала труб). Медь быстрее нагревается и лучше проводит тепло.

Для получения максимального эффекта сам абсорбер для солнечного коллектора должен иметь чёрный матовый цвет. Но температура воды будет подниматься до 100°С, и к покрытию предъявляются повышенные требования.

Есть два выхода из этой ситуации:

  1. Специальная чёрная матовая краска с температурой эксплуатации до 120°С
  2. Химическое покрытие.

Поглощающая и отражающая способности различных покрытий

Для химического чернения необходимо изготовить «Серную печень». Своими руками она делается за 15-20 минут, но для этого требуется:

  • Порошковая сера – 0,2 кг.
  • Кальцинированная сода – 0,2 кг (не путать с пищевой).

Использование К-стекла не принципиально, но для максимизации КПД – желательно.

Расходные материалы: легкоплавкий припой, саморезы.

Последовательность работ

Распиливаем латунную трубу на две части и глушим в каждой половине один конец. Проще всего это сделать, если припаять медную заглушку. Затем фиксируем одну трубу, отступаем от заглушки 5 см и через каждые 45 мм делаем 33 отверстия ᴓ22мм. К другой стороне трубы фиксируется диффузор (переходник), подходящий под вашу водопроводную систему.

Важно: cледите, чтобы все отверстия были на одной прямой.

Медную трубку надо напилить отрезками по 62 см. Всего требуется 33 трубки. Каждую из них необходимо вставить в просверленные отверстия латунной трубы на 1 см и опаять по кругу.

Важно: контролируйте глубину вхождения медной трубки в латунную. Удобнее это делать, если вставить в латунную трубу черенок от лопаты.

Свободные концы медных трубок вставляются в другую латунную трубу на 1 см. и также опаиваются. Но на этом этапе требуется больше внимания уделить расстоянию между близлежащими поверхностями латунной трубы. Оно должно быть равно 60 см. Для удобства можно зафиксировать эти концы труб между двумя брусками требуемой длины. И уже ориентируясь на них, контролировать расстояние.

После этих процедур необходимо проверить герметичность системы, залив в неё воду.

Затем наступает этап фиксации медного листа. Вся сложность процесса заключается в том, что каждая медная трубка должна быть припаяна к листу по всей длине. Это необходимо для эффективной передачи тепла от подложки к теплоносителю. Облегчить работу можно при наличии припоя-проволоки и газового паяльника. Достаточно отрезать припой требуемой длины, положить его в месте прилегания листа к трубке и прогреть газовой горелкой.

Важно: пропаивать следует с обеих сторон трубки.

Обратите внимание на то, что при правильной подгонке медный лист должен прилегать к латунной трубе. В этом месте их тоже следует спаять.

Окраска или чернение

Если вам удалось найти термоустойчивую краску, то вопросов не возникнет. А для химического чернения требуется сделать «Серную печень». Для этого в равных количествах следует смешать соду и серу, а затем на медленном огне сплавить их в железной посуде.

Работу необходимо проводить на открытом воздухе или при хорошей вытяжке. Смесь постоянно помешивают. Вся реакция занимает примерно четверть часа. Готовый реактив должен быть оранжево-жёлтого цвета. Его следует охладить и сразу же растворить в 4-х литрах воды.

Важно: работу проводить в защитных очках и резиновых перчатках!

Раствор «Серной печени» сохраняется плохо, поэтому использовать его необходимо сразу. Для этого обезжириваем ацетоном поверхность листа и труб и располагаем её в горизонтальной плоскости. Теперь заливаем раствор между трубками и обрабатываем кисточкой, при необходимости. Реакция образования чёрного сульфида меди должна пройти в течение 4-6 минут.

Для обработки всей площади сразу 4-х литров не хватит. Поэтому чернение следует проводить в 3-4 захода.

После окончания работ конструкцию необходимо промыть под проточной водой и высушить. Образовавшаяся на поверхности плёнка сульфида меди не смывается и выдерживает нагрев до 230°С.

Достоинства и недостатки

Изучив отзывы о воздушном солнечном коллекторе, можно сделать вывод о следующих положительных качествах приспособления:

  • эффективность в воздушной сушке;
  • финансовая доступность;
  • простота конструкционного решения.

Недостатками являются:

  • неспособность нагрева воды;
  • большие размеры;
  • малый КПД.

Как ухаживать

Чтобы продлить время службы, надо следовать следующим советам:

  • Очистка и промывка наружной прозрачной изоляции солнечного коллектора должны проводиться на регулярной основе.
  • Летом, когда нет нужды в обогреве комнат, чтобы устройство не перегревалось, его необходимо накрыть плотным светлым текстилем.
  • Проверка качества соединений воздуховодов обязана иметь систематический характер.

В заключение отметим, что перед тем, как принять решение установить у себя солнечный воздушный коллектор, необходимо внимательно изучить всю доступную информацию о подобных устройствах и по возможности проконсультироваться со специалистом.

Фото воздушного солнечного коллектора

Дополнительные расходы, связанные с эксплуатацией

Использование этого не подразумевает какого либо ухода или обслуживания, кроме как периодической чистки от загрязнения и снега зимой (если сам не оттает). Однако будут и некоторые попутные расходы:

  • Ремонт, все что можно поменять по гарантии, производитель без проблем заменить, важно покупать официального дилера и иметь гарантийные документы.
  • Электричество, его расходуется совсем немного на насос и контроллер. Для первого можно поставить всего 1 солнечную панель на 300 Вт и ее вполне будет достаточно (подойдет даже без аккумуляторная система).
  • Промывка змеевиков, ее нужно будет делать один раз в 5-7 несколько лет. Все зависит от качества воды (если она используется как теплоноситель).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *