Як зібрати і виготовити сонячний колектор для опалення та нагріву води своїми руками

Поновлювані джерела енергії дозволяють власникам приватних будинків значно знижувати витрати на утримання своїх осель. В наші дні це питання цікавить багатьох людей. Розберемося, як можна самостійно виготовити просту установку для перетворення безкоштовної сонячної енергії в теплову.

Геліосистема – основні частини і особливості

Зміст приватного будинку вимагає чималих фінансових витрат. Левова частка витрат при цьому припадає на оплату спожитих енергоресурсів. Заощадити останні дозволяє сонячний колектор (СК). Він являє собою геліосистему, з допомогою якої можна отримати безкоштовну теплову енергію та використовувати її для опалення житла та підігріву води. СК для приватного будинку має досить просту конструкцію. При бажанні його нескладно зібрати і запустити в роботу своїми руками.

Всі побутові сонячні водонагрівачі функціонують за одним принципом. Вони захоплюють енергію сонця і передають її теплоносія:

  • повітрю;
  • воді;
  • суміші води і незамерзаючого рідкого складу.

Повітряний колектор має малу експлуатаційну ефективність і показник корисної дії. Пов’язано це з тим, що газ погано проводить тепло. А ось водяні конструкції користуються чималою популярністю. Такі геліосистеми складаються з теплового акумулятора, корпусу та спеціального контуру, в якому відбувається теплообмін. Під першим розуміють ємність для теплоносія. Контур колектора складається з трубок, які викладаються у формі змійовика. Іноді вони послідовно з’єднуються з вхідною і вихідною магістралями системи. Теплоносій циркулює по трубках за рахунок природних физявлений (перепади тиску, випаровування рідини, зміна агрегатного стану і щільності води або повітря).

Сонячні водонагрівачі експлуатуються в декількох діапазонах температури. З цієї точки зору вони бувають високо-, середньо — і низькотемпературними. Перші в побуті не використовуються. Теплоносій в них може нагріватися до позначки вище 80 °С. Зазвичай вони встановлюються в комерційних будівлях і на промислових об’єктах. Середньотемпературні пристрої здатні виробляти енергію, якої достатньо для нагрівання теплоносія до 50-80°. Такі системи для опалення та нагріву води реально зробити самостійно. Найпростіше виготовити низькотемпературний колектор. Він застосовується виключно для нагріву води до 30°. В якості опалювальної системи низькотемпературний СК не використовується.

Робимо колектор – перші кроки

Простий і при цьому цілком ефективний геліонагреватель нескладно зробити з доступних і недорогих матеріалів. Корпус колектора ми можемо виготовити з бруска деревини з ОСП-плитою, фанерним листом або звичайною дерев’яною дошкою. Існує і більш дорогий варіант збірки. Він передбачає застосування алюмінієвого або сталевого профілю та металевих листів. Такий корпус вийде довговічніше. Але і повозитися з ним доведеться довше. З дерев’яними виробами працювати простіше. Збільшити термін їх експлуатації можна за допомогою обробки деревини лакофарбовими складами, емульсіями на водно-полімерній основі.

Дивіться також:  Діелектрична вставка (муфта) для газу: для чого потрібна?

Збираємо корпус з обраних матеріалів. На його дно встановлюємо теплоізоляційний шар – мінвату, плити пінополістиролу, пінопласту. Замість них дозволяється використовувати і більш сучасні утеплювачі, наприклад, фольговані. Але в цьому разі витрати на виготовлення конструкції збільшаться. На утеплювач укладаємо абсорбер (теплоприемник, тепловий контур). Якісно кріпимо його до днища корпусу. Абсорбер найкраще робити з мідних труб. Замість них застосовуються і менш дорогі матеріали. Народні умільці виготовляють тепловий контур з поліпропіленового шланга, панельних радіаторів з металу, поліетиленових труб, теплообмінника старого холодильного агрегату та інших конструкцій.

Давайте зробимо елементарний абсорбер. Використовуємо для цього 100 метрів поліпропіленового шланга перерізом 2 див. Такий теплообмінник дозволяє нагрівати близько 15-20 л води. При бажанні збільшити обсяг гарячої рідини доведеться брати більш довгий шланг або підключати до саморобної системі циркуляційний насос. Згинаємо поліпропіленове виріб спіраллю. Укладаємо одержаний змійовик в корпус, фіксуємо його. Додатково рекомендується закріпити між собою кільця спіралі. Тоді наш абсорбер не буде деформуватися в процесі експлуатації.

Аналогічні дії виконуємо і при використанні мідних труб. Їх, до речі, необов’язково монтувати у вигляді змійовика. Допускається укладати труби по відношенню один до одного паралельно. При цьому варто розуміти, що спіральні конструкції мають менше з’єднань, а значить, у них теплоносій переміщується максимально рівномірно. Та й ризик протікання в таких випадках зводиться практично до нуля.

Після того, як всі трубки змонтовані і закріплені, накриваємо корпус нашої системи, використовуючи скло, монолітний полікарбонат, акриловий лист або інший світлопрозорий матеріал. Він може бути і рифленим, і абсолютно гладким. Залишається пофарбувати в короб чорний колір. Темна поверхня стане більш активно поглинати тепло від сонячних променів.

Утеплюємо накопичувальну ємність і збираємо систему – все просто!

Функцію накопичувального бака для теплоносія, званого професіоналами аванкамерой, може виконувати будь-який резервуар об’ємом 20-40 л. Купувати його додатково. Якщо велику ємність в господарстві знайти не вдається, беремо два-три резервуара поменше і послідовно з’єднуємо їх між собою. Утеплюємо бак. Резервуар без теплоізоляції дуже швидко втрачає теплову енергію, що призводить до зниження ефективності колектора. Оснащуємо аванкамеру поплавковим клапаном.

Тепер нам потрібно зібрати геліосистему. Схема виконання робіт наступна:

  • 1. Встановлюємо утеплений накопичувальний резервуар на естакаді, вишці, горищі будинку (тобто, на максимально можливому підвищенні). Важливо! Після заповнення бака водою його маса збільшиться. Враховуємо це, вибираючи місце для установки резервуара. Монтуємо його на міцне і надійне підгрунтя.
  • 2. Ставимо колектор. Його бажано розміщувати на південній стороні даху будинку, витримуючи нахил 35-45° по відношенню до лінії горизонту.
  • 3. З’єднуємо бак з колектором, використовуючи відповідні по діаметру труби. Ми повинні отримати повністю герметичну гідросистему. Це має величезне значення. Якщо конструкція буде негерметична, саморобний колектор не зможе працювати з очікуваним показником корисної дії.
  • Дивіться також:  Підбір циркуляційного насоса системи опалення

    Гідравлічну систему формуємо за допомогою труб різних перетинів. Зазвичай використовуються вироби діаметром в дюйм і півдюйма. Труби меншого перерізу підходять для облаштування ділянок введення теплоносія в накопичувальний бак і виведення підігрітої води в опалювальну систему будинку. Цю частину конструкції називають напірної. Дюймові вироби використовуємо для з’єднання інших ділянок.

    Всі труби підлягають теплоізоляції. Виконуємо її фольгированными утеплювачами, базальтової ватою або пінопластом.

    Також слід добре заізолювати і накопичувальний резервуар, щоб він не втрачав тепло. Цю операцію простіше всього здійснити шляхом зведення навколо бака коробки з дощок або фанерних листів. Вільний простір між цією конструкцією і резервуаром наповнюємо сухими тирсою, глиною, змішаною з соломою, шлаковатою.

    Введення системи в експлуатацію – діємо по інструкції

    Після того як процес виготовлення, складання і утеплення сонячного водонагрівача завершено, можна заповнити систему водою. Важливий момент! Теплоносій подаємо в конструкцію знизу вгору через патрубок, який слід заздалегідь облаштувати в нижній частині СК. Робиться це для того, щоб в системі не з’явилися повітряні пробки. Подачу води завершуємо, коли вона починає виливатися з накопичувального бака (з його дренажної труби). Потім коригуємо рівень теплоносія в аванкамери за допомогою поплавкового пристрою.

    Наш колектор починає нагрівати воду. Причому відбувається це не тільки, коли сонце яскраво світить, але і в похмуру погоду. Підігріта вода піднімається в накопичувальній ємності вгору. Відбувається природна циркуляція рідини. Процес триває до моменту, коли температури що поступає в колектор і виходить з нього теплоносія стають однаковими. Поплавковий клапан стане автоматично підтримувати рівень води в баці на необхідному рівні. Причому холодна рідина завжди буде розташовуватися в нижній частині накопичувального резервуара. З підігрітим теплоносієм вона не перемішується.

    Потім нам необхідно змонтувати запірну арматуру. Вона виключить ймовірність того, що в гідросистемі станеться зворотне перетікання води з колектора в бак. Подібні випадки спостерігаються, коли температура теплоносія стає вище температури навколишнього повітря. До точок забору підігрітої води в будинку колектор під’єднується за допомогою звичайних сантехнічних змішувачів. Зверніть увагу! Поодинокі крани застосовувати небажано. У дні, коли сонце світить особливо яскраво, вода стане нагріватися до 60-70°. Використовувати таку гарячу рідину, що тече з крана, небезпечно, та й просто незручно. Набагато розумніше перемішувати її в змішувачі.

    Дивіться також:  Пристрій і ремонт циркуляційного насоса опалення своїми руками, як розібрати?

    От і все. З мінімальними фінансовими затратами ми спорудили ефективну теплову систему. Повноцінне опалення будинків такими сонячними колекторами не виробляють. Їх можна використовувати виключно в якості додаткового джерела обігріву, а також як повноцінні конструкції для забезпечення житла гарячою водою. При бажанні можна збільшити продуктивність нашого саморобного пристрою. Для цього слід встановити додаткові трубки (створити додаткові секції). Їх кількість нічим не обмежується. Ми можемо поставити і 2-3, і 20-30 допсекций.

    Вакуумний колектор – реально виготовити самостійно?

    Вакуумний колектор – це досить складний пристрій. У ньому процес перетворення сонячного світла в теплову енергію відбувається в спеціальних трубках із скла, з яких повністю відкачується повітря. У кожному скляному абсорбері, крім того, передбачений тепловий канал. Його функцію виконує патрубок, зроблений з міді. Саме в ньому і знаходиться теплоносій. З’єднання труб здійснюється за допомогою спеціальних елементів.

    Особлива конструкція вакуумних геліосистем обумовлює їх високу ефективність. У подібних колекторах майже немає втрат тепла. Тому вони можуть застосовуватися для автономного опалення житлових будівель в зимовий час, коли інтенсивність сонячного світла мінімальна. Саморобні вакуумні системи зустрічаються вкрай рідко. Щоб виготовити їх в домашніх умовах, потрібно володіти спеціальними знаннями і вміннями. Якщо ми хочемо мати вакуумним колектором, залишається один вихід – придбання готового комплекту обладнання. Зібрати і встановити заводський набір можна і своїми руками. Схема робіт буде такою:

  • 1. Встановлюємо на обраному ділянці даху раму вакуумного колектора. Кріплення виконуємо строго по інструкції виробника системи, використовуючи рекомендовані кріпильні елементи. Наприклад, на бетонних покрівлях фіксація рами здійснюється анкерами, на шиферних – товстими шурупами. Заповнюємо герметиком місця, де конструкція прикріплюється до даху.
  • 2. Піднімаємо на покрівлю накопичувальну ємність. Якщо вона має більшу масу, використовуємо трос. Прикріплюємо резервуар до рами.
  • 3. Підключаємо всі наявні в комплекті додаткові елементи (автоматизовані повітроводи, електронагрівачі – Тени, датчики температури і так далі).
  • 4. Підводимо до системи водопровідні труби. Бажано використовувати поліпропіленові вироби. Вони не бояться низьких температур повітря на вулиці і здатні витримувати нагрівання зсередини до 95 °С.
  • 5. Заповнюємо теплоносієм бак-накопичувач.
  • 6. Перевіряємо систему на відсутність протікання.
  • 7. Монтуємо в раму вакуумні трубки. Ця частина операції утруднень не викликає. Всі трубки оснащені спеціальними гумовими прокладками і фіксаторами.
  • Завершальні етапи робіт – підключення до гелиоконструкции блоку управління, підведення електрики та приєднання контролера. Останній дозволяє налаштовувати роботу колектора з дому.