Как да направите слънчев колектор за отопление със собствените си ръце: ръководство стъпка по стъпка

Поскъпването на традиционните енергийни източници насърчава собствениците на частни домове да търсят алтернативни възможности за отопление на домовете си и затопляне на вода.Съгласете се, финансовият компонент на въпроса ще играе важна роля при избора на отоплителна система.

Един от най-обещаващите методи за доставка на енергия е преобразуването на слънчевата радиация. За тази цел се използват соларни системи. Разбирането на принципа на техния дизайн и механизма на работа, правенето на слънчев колектор за отопление със собствените си ръце няма да бъде трудно.

Ще ви разкажем за конструктивните характеристики на слънчевите системи, ще предложим проста монтажна схема и ще опишем материалите, които могат да се използват. Етапите на работа са придружени от визуални снимки, материалът е допълнен от видеоклипове за създаването и пускането в експлоатация на домашен колектор.

Принцип на работа и конструктивни характеристики

Съвременните слънчеви системи са едни от видове алтернативни източници получаване на топлина. Те се използват като спомагателно отоплително оборудване, което преобразува слънчевата радиация в енергия, полезна за собствениците на жилища.

Те са в състояние напълно да осигурят топла вода и отопление през студения сезон само в южните райони. И само ако те заемат достатъчно голяма площ и са инсталирани на открити площи, които не са засенчени от дървета.

Въпреки големия брой разновидности, принципът на действие е един и същ. Всякакви слънчева система Това е верига с последователно подреждане на устройства, които доставят топлинна енергия и я предават на потребителя.

Основните работни елементи са слънчеви панели на базата на фотоклетки или слънчеви колектори. технология монтаж на слънчев генератор на фотографски плаки е малко по-сложно, отколкото на тръбен колектор.

В тази статия ще разгледаме втория вариант – слънчева колекторна система.

Слънчевите колектори все още служат като спомагателни доставчици на енергия. Опасно е изцяло да се премине отоплението на дома към соларна система поради невъзможността да се предвиди ясен брой слънчеви дни

Колекторите са система от тръби, свързани последователно към изходните и входните линии или разположени под формата на намотка. Процесна вода, въздушен поток или смес от вода и някакъв вид незамръзваща течност циркулира през тръбите.

Циркулацията се стимулира от физически явления: изпарение, промени в налягането и плътността от прехода от едно агрегатно състояние в друго и др.

Принципът на работа на слънчевите колектори се основава на получаването и натрупването на слънчева енергия, предавана на охлаждащата течност (+)

Събирането и акумулирането на слънчевата енергия се осъществява чрез абсорбери. Това е или твърда метална плоча с почерняла външна повърхност, или система от отделни плочи, прикрепени към тръби.

За производството на горната част на тялото, капака, се използват материали с висока способност за пропускане на светлина. Това може да бъде плексиглас, подобни полимерни материали, закалени видове традиционно стъкло.

За да се елиминират загубите на енергия, в кутията от задната страна на устройството е поставена топлоизолация

Трябва да се каже, че полимерните материали не понасят много добре влиянието на ултравиолетовите лъчи.Всички видове пластмаса имат доста висок коефициент на топлинно разширение, което често води до намаляване на налягането на корпуса. Следователно използването на такива материали за производството на тялото на колектора трябва да бъде ограничено.

Водата като охлаждаща течност може да се използва само в системи, предназначени да доставят допълнителна топлина през есенно-пролетния период. Ако планирате да използвате слънчевата система през цялата година, преди първото застудяване сменете технологичната вода със смес от нея и антифриз.

Въздушните соларни системи използват въздух като охлаждаща течност. Каналите за неговото движение могат да бъдат направени от обикновени вълнообразни листове (+)

Ако е инсталиран слънчев колектор за отопление на малка сграда, която няма връзка с автономното отопление на вилата или с централизираните мрежи, се изгражда проста едноконтурна система с отоплително устройство в началото.

Веригата не включва циркулационни помпи и отоплителни уреди. Схемата е изключително проста, но може да работи само през слънчево лято.

Когато колекторът е включен в двуконтурна техническа структура, всичко е много по-сложно, но диапазонът от дни, подходящи за използване, значително се увеличава. Колекторът обработва само една верига. Преобладаващото натоварване се поставя върху основния отоплителен агрегат, работещ на електричество или друг вид гориво.

За да направите слънчев колектор, можете да използвате готова схема, можете да изградите свой собствен пилотен модел и да го тествате на практика (+)

Въпреки пряката зависимост на работата на слънчевите устройства от броя на слънчевите дни, те са търсени и търсенето на слънчеви устройства непрекъснато нараства. Те са популярни сред народните занаятчии, които се стремят да насочат всички видове естествена енергия в полезни канали.

Класификация по температурни критерии

Има доста голям брой критерии, по които се класифицират определени проекти на слънчеви системи. Въпреки това, за устройства, които могат да бъдат направени със собствени ръце и използвани за захранване с топла вода и отопление, най-рационалният вариант би бил да ги разделите по вид охлаждаща течност.

И така, системите могат да бъдат течни и въздушни. Първият тип е по-често приложим.

Освен това често се използва класификация въз основа на температурата, до която могат да се нагреят работните компоненти на колектора:

1. Ниска температура. Опции, способни да загряват охлаждащата течност до 50ºС. Използват се за загряване на вода в резервоари за напояване, във вани и душове през лятото и за подобряване на комфортните условия в прохладните пролетно-есенни вечери.
2. Средна температура. Осигурете температура на охлаждащата течност 80ºС. Те могат да се използват за отопление на помещения. Тези опции са най-подходящи за обзавеждане на частни домове.
3. Висока температура. Температурата на охлаждащата течност в такива инсталации може да достигне до 200-300ºС. Използват се в промишлен мащаб, инсталирани за отопление на производствени цехове, търговски сгради и др.

Високотемпературните соларни системи използват доста сложен процес на пренос на топлинна енергия. Освен това те заемат впечатляващо пространство, което повечето от нашите любители на селския живот не могат да си позволят.

Процесът на изработка е трудоемък, а изпълнението изисква специализирано оборудване. Почти невъзможно е да направите сами такава версия на слънчева система.

Доста трудно е да се направят високотемпературни слънчеви панели с фотоволтаични преобразуватели у дома

Ръчно изработен колектор

Създаването на слънчево устройство със собствените си ръце е завладяващ процес, който носи много ползи. Благодарение на него можете рационално да използвате безплатната слънчева радиация и да решите няколко важни икономически проблеми. Нека да разгледаме спецификата на създаването на плосък колектор, който доставя нагрята вода към отоплителната система.

Направи си сам материали

Най-простият и достъпен материал за самостоятелно сглобяване на тяло на слънчев колектор е дървен блок с дъска, шперплат, OSB плочи или подобни опции. Като алтернатива можете да използвате стоманен или алуминиев профил с подобни листове. Метален калъф ще струва малко повече.

Материалите трябва да отговарят на изискванията за конструкции, използвани на открито. Срокът на експлоатация на слънчевия колектор варира от 20 до 30 години.

Това означава, че материалите трябва да имат определен набор от експлоатационни характеристики, които ще позволят конструкцията да се използва през целия й живот.

Най-евтиният и най-простият вариант за материали за производството на тялото е използването на дървен материал и ПДЧ

Ако тялото е изработено от дърво, тогава издръжливостта на материала може да се осигури чрез импрегниране с водно-полимерни емулсии и покритие с бои и лакове.

Основният принцип, който трябва да се спазва при проектирането и монтажа на слънчев колектор е достъпността на материалите по отношение на цена и наличност. Тоест те могат да бъдат намерени на свободния пазар или направени самостоятелно от наличните материали.

Нюанси на топлоизолация

За да се предотврати загубата на топлинна енергия, в долната част на кутията е монтиран изолационен материал. Това може да бъде пенополистирол или минерална вата. Съвременната индустрия произвежда доста широка гама от изолационни материали.

За да изолирате кутията, можете да използвате опции за изолация от фолио. По този начин е възможно да се осигури както топлоизолация, така и отразяване на слънчевата светлина от повърхността на фолиото.

Ако като изолационен материал се използва плоча от твърда пяна или експандиран полистирол, могат да се изрежат жлебове, за да се побере системата от намотки или тръби. Обикновено колекторният абсорбер се поставя върху топлоизолацията и се фиксира здраво към дъното на корпуса по начин, който зависи от материала, използван при производството на корпуса.

Топлоизолацията служи за намаляване на загубата на топлинна енергия през дъното на корпуса. Нерационално е да се произвежда устройство в метален корпус без топлоизолация (+)

Слънчев колектор радиатор

Това е абсорбиращ елемент. Това е система от тръби, в които се нагрява охлаждащата течност, и части, изработени най-често от листова мед. Оптималните материали за производството на радиатор се считат за медни тръби.

Домашните занаятчии са измислили по-евтин вариант - спирален топлообменник, изработен от полипропиленови тръби.

Интересно бюджетно решение е абсорбатор за соларна система, изработен от гъвкава полимерна тръба. За свързване към устройствата на входа и изхода се използват подходящи фитинги.Изборът на наличните материали, от които може да се изработи топлообменник на слънчев колектор, е доста широк. Това може да е топлообменник на стар хладилник, полиетиленови водопроводни тръби, стоманени панелни радиатори и др.

Важен критерий за ефективност е топлопроводимостта на материала, от който е направен топлообменникът.

За самостоятелно производство медта е най-добрият вариант. Има топлопроводимост от 394 W/m². За алуминия този параметър варира от 202 до 236 W/m².

Медните тръби се считат за най-оптималния вариант за производство на радиатор по отношение на термичните свойства и устойчивостта на износване

Въпреки това, голямата разлика в параметрите на топлопроводимост между медните и полипропиленовите тръби не означава, че топлообменник с медни тръби ще произвежда стотици пъти по-големи обеми топла вода.

При равни условия производителността на топлообменник, изработен от медни тръби, ще бъде с 20% по-ефективна от производителността на металопластични опции. Така че топлообменниците, изработени от полимерни тръби, имат право на живот. Освен това такива опции ще бъдат много по-евтини.

Независимо от материала на тръбите, всички връзки, както заварени, така и резбови, трябва да бъдат запечатани. Тръбите могат да бъдат поставени успоредно една на друга или под формата на намотка.

Веригата тип бобина намалява броя на връзките - това намалява вероятността от течове и осигурява по-равномерен поток на охлаждащата течност.

Горната част на кутията, в която се намира топлообменника, е покрита със стъкло.Като алтернатива можете да използвате съвременни материали, като акрилен аналог или монолитен поликарбонат. Полупрозрачният материал може да не е гладък, а набразден или матов.

В класическия вариант кутията с колектора се затваря със закалено стъкло, плексиглас, поликарбонат или подобен материал. Занаятчиите са се научили да използват полиетилен вместо стъкло

Тази обработка намалява отразяващата способност на материала. В допълнение, този материал трябва да издържа на значителни механични натоварвания.

В промишлени образци на такива слънчеви системи се използва специално соларно стъкло. Това стъкло се характеризира с ниско съдържание на желязо, което осигурява по-ниски загуби на топлинна енергия.

Резервоар за съхранение или предна камера

Всеки контейнер с обем от 20 до 40 литра може да се използва като резервоар за съхранение. Поредица от малко по-малки резервоари, свързани с тръби в последователна верига, ще свърши работа. Препоръчително е да изолирате резервоара за съхранение, т.к Водата, загрята от слънцето в контейнер без изолация, бързо губи топлинна енергия.

Всъщност охлаждащата течност в слънчевата отоплителна система трябва да циркулира без натрупване, т.к Получената от него топлинна енергия трябва да бъде консумирана през периода на получаване. Резервоарът за съхранение служи по-скоро като разпределител на нагрята вода и предна камера, която поддържа стабилност на налягането в системата.

Резервоарът за съхранение в слънчеви системи работи като разпределител на вода и резервоар, който поддържа налягане (+)

Етапи на сглобяване на слънчевата система

След производството на колектора и подготовката на всички съставни конструктивни елементи на системата можете да започнете директен монтаж.

Един от вариантите за изграждане на намотка от полипропиленови тръби с фитинги и тройници ще ви помогне бързо да сглобите слънчев колектор (+)

Работата започва с инсталирането на предна камера, която по правило се поставя на възможно най-високата точка: в тавана, свободностояща кула, надлез и др.

По време на монтажа трябва да се има предвид, че след пълнене на системата с течна охлаждаща течност тази част от конструкцията ще има впечатляващо тегло. Затова трябва да се уверите, че таванът е надежден или да го укрепите.

След като инсталирате контейнера, започнете да инсталирате колектора. Този структурен елемент на системата е разположен от южната страна. Ъгълът на наклон спрямо хоризонта трябва да бъде от 35 до 45 градуса.

След инсталирането на всички елементи те се свързват с тръби, свързвайки ги в една хидравлична система. Херметичността на хидравличната система е важен критерий, от който зависи ефективната работа на слънчевия колектор.

Според монтажната схема на слънчева система за подаване на вода към летен душ можете да изградите конструкция за загряване на вода за напояване или да създадете комфортни условия в хладни вечери (+)

За свързване на структурни елементи в една хидравлична система се използват тръби с диаметър от инч и половин инч. По-малкият диаметър се използва за изграждане на частта под налягане на системата.

Частта под налягане на системата се отнася до входа на вода в предната камера и изхода на нагрятата охлаждаща течност в системата за отопление и захранване с топла вода. Останалата част е монтирана с помощта на тръби с по-голям диаметър.

За да се предотврати загубата на топлинна енергия, тръбите трябва да бъдат внимателно изолирани.За тази цел можете да използвате полистиролова пяна, базалтова вата или фолиеви версии на съвременни изолационни материали. Резервоарът за съхранение и предната камера също са обект на процедурата за изолиране.

Най-простият и достъпен вариант за топлоизолация на резервоар за съхранение е изграждането на кутия от шперплат или дъски около него. Пространството между кутията и контейнера трябва да бъде запълнено с изолационен материал. Това може да бъде шлакова вата, смес от слама и глина, сухи дървени стърготини и др.

Соларната система е инсталирана така, че слънчевите колектори да са разположени от най-осветената страна на къщата или обекта (+)

Тествайте преди пускане в експлоатация

След като инсталирате всички елементи на системата и изолирате част от конструкциите, можете да започнете да пълните системата с течна охлаждаща течност. Първоначалното пълнене на системата трябва да се извърши през тръбата, разположена в долната част на колектора.

Тоест, пълненето се извършва отдолу нагоре. Благодарение на такива действия може да се избегне възможното образуване на въздушни задръствания.

Вода или друга течна охлаждаща течност навлиза в предната камера. Процесът на пълнене на системата завършва, когато водата започне да тече от дренажната тръба на предната камера.

С помощта на поплавъчен клапан можете да регулирате оптималното ниво на течността в предната камера. След напълване на системата с охлаждаща течност, тя започва да се нагрява в колектора.

Процесът на повишаване на температурата се случва дори при облачно време. Нагрятата охлаждаща течност започва да се издига до горната част на резервоара за съхранение. Процесът на естествена циркулация възниква, докато температурата на охлаждащата течност, която влиза в радиатора, е равна на температурата на охлаждащата течност, напускаща колектора.

Когато водата потече в хидравличната система, ще се активира поплавъчният клапан, разположен в предната камера. По този начин ще се поддържа постоянно ниво. В този случай студената вода, влизаща в системата, ще бъде разположена в долната част на резервоара за съхранение. Процесът на смесване на студена и топла вода практически не се случва.

В хидравличната система е необходимо да се предвиди инсталирането на спирателни вентили, които ще предотвратят обратната циркулация на охлаждащата течност от колектора към резервоара за съхранение. Това се случва, когато температурата на околната среда падне под температурата на охлаждащата течност.

Такива спирателни вентили обикновено се използват през нощта и вечер.

Подаването на топла вода до точките на потребление се извършва с помощта на стандартни смесители. По-добре е да не използвате конвенционални единични кранове. При слънчево време температурата на водата може да достигне до 80°C - неудобно е да се използва директно такава вода. По този начин миксерите значително ще спестят топла вода.

Производителността на такъв слънчев бойлер може да се увеличи чрез добавяне на допълнителни колекторни секции. Дизайнът ви позволява да монтирате от две до неограничен брой части.

Производителността на слънчевата система се увеличава чрез инсталиране на повече слънчеви колектори

Този слънчев колектор за отопление и топла вода е базиран на принципа на парниковия ефект и така наречения термосифонен ефект. Парниковият ефект се използва при проектирането на нагревателния елемент.

Слънчевите лъчи преминават безпрепятствено през прозрачния материал на горната част на колектора и се преобразуват в топлинна енергия.

Топлинната енергия завършва в затворено пространство поради херметичността на кутията на колекторната секция. Термосифонният ефект се използва в хидравлична система, когато нагрятата охлаждаща течност се издига нагоре, измества студената охлаждаща течност и я принуждава да се премести в нагревателната зона.

Благодарение на термосифонния ефект в системата се осъществява стабилна и непрекъсната естествена циркулация на охлаждащата течност

Производителност на слънчевия колектор

Основният критерий, който влияе върху работата на слънчевите системи, е интензитетът на слънчевата радиация. Количеството потенциално полезна слънчева радиация, попадаща на определена територия, се нарича инсолация.

Количеството слънчева светлина в различните части на земното кълбо варира доста широко. Има специални таблици за определяне на средните показатели на тази стойност. Те показват средната слънчева инсолация за определен регион.

Данните за слънчевата инсолация в даден регион могат да бъдат получени от специални карти и таблици (+)

В допълнение към количеството слънчева светлина, работата на системата се влияе от площта и материала на топлообменника. Друг фактор, който влияе върху работата на системата, е обемът на резервоара за съхранение. Оптималният капацитет на резервоара се изчислява въз основа на площта на колекторните адсорбери.

В случай на плосък колектор това е общата площ на тръбите, които са в колекторната кутия. Тази стойност средно се равнява на 75 литра обем на резервоара на m² площ на колекторната тръба. Резервоарът за съхранение е вид топлинен акумулатор.

Цени за фабрични устройства

Лъвският дял от финансовите разходи за изграждането на такава система пада върху производството на колектори. Това не е изненадващо; дори в индустриалните модели на соларни системи около 60% от цената идва от този структурен елемент. Финансовите разходи ще зависят от избора на конкретен материал.

Трябва да се отбележи, че такава система не е в състояние да затопли стаята, тя само ще помогне да се спестят разходи, като помогне за загряване на водата в отоплителната система. Като се имат предвид доста големите енергийни разходи, изразходвани за отопление на вода, слънчевият колектор, интегриран в отоплителната система, значително намалява тези разходи.

Слънчевият колектор се интегрира доста лесно в системата за отопление и топла вода (+)

За производството му се използват доста прости и достъпни материали. В допълнение, този дизайн е напълно енергонезависим и не изисква техническа поддръжка. Грижата за системата се свежда до периодична проверка и почистване на колекторното стъкло от мръсотия.

Допълнителна информация за организиране на слънчево отопление в къщата е представена в тази статия.

Изводи и полезно видео по темата

Производствен процес на основен слънчев колектор:

Как да сглобите и пуснете в експлоатация соларна система:

Естествено, самостоятелно направеният слънчев колектор няма да може да се конкурира с индустриалните модели. Използвайки наличните материали, е доста трудно да се постигне високата ефективност, която имат индустриалните дизайни. Но финансовите разходи ще бъдат много по-ниски в сравнение със закупуването на готови инсталации.

Въпреки това, домашна слънчева отоплителна система значително ще повиши нивото на комфорт и ще намали разходите за енергия, генерирана от традиционни източници.

Имате ли опит в изграждането на слънчев колектор? Или все още имате въпроси относно представения материал? Моля, споделете информация с нашите читатели. Можете да оставяте коментари във формата по-долу.