Воздушный коллектор из гофрированной трубы. Солнечный коллектор своими руками — как собрать гелиоколлектор. Солнечный воздушный коллектор из старой двери
В наше время, когда исчерпываются природные ресурсы, люди все чаще ищут альтернативные источники энергии. А что может быть лучше энергии солнца – общедоступной, неисчерпаемой и, если можно так выразиться, дармовой?
И вот совсем недавно при изучении возможного применения солнечного света учеными был изобретен воздушный коллектор – прибор, поглощающий солнечную энергию и превращающий ее в тепло, которое впоследствии передается теплоносителю. Зачастую теплоносителем выступает жидкость, но нередко используется и воздух – более того, бывают ситуации, когда воздушные приборы даже более эффективны.
Вполне очевидно, что главным отличием коллектора является используемый им в работе теплоноситель – в данном случае обыкновенный атмосферный воздух. В принципе, такое устройство выполняется сегодня в двух вариантах:
- в виде плоской перфорированной или гофрированной панели ;
- в виде системы металлических труб , хорошо проводящих тепло.
Воздух здесь подогревается при контакте с металлом, а ребра на поверхности панели при этом лишь увеличивают теплоотдачу. Всю конструкцию желательно установить на южной стене здания, а также качественно теплоизолировать. Характерно то, что циркуляция теплоносителя бывает естественной и принудительной (с использованием вентиляторов).
Воздушные коллекторы могут работать при значительно меньшей температуре, чем жидкостные. К примеру, в обычной гелиосистеме оптимальная температура для работы коллектора – 50°С и выше, в то время как воздушным хватит и 25°С. Это позитивно сказывается на эффективности описываемых нами устройств, ведь чем ниже температура, тем меньшие теплопотери.
Сферы применения
Столь низкая популярность приборов объясняется очень просто: у воздуха достаточно низкая теплопроводность . Тем не менее, гелиосистемы воздушного типа широко используются:
- в системах рекуперации воздуха;
- в осушительных системах;
- в воздушном обогреве дома.
Получается, что воздушные коллекторы вряд ли можно считать полноценной заменой жидкостных, но благодаря им вполне можно сократить коммунальные расходы.
Преимущества и недостатки
У воздушных гелиосистем, как и у всех творений рук человека, есть свои сильные и слабые стороны. К преимуществам можно отнести:
- эффективность в воздушной сушке;
- небольшую стоимость;
- простую конструкцию.
Но есть и недостатки:
- воздушными коллекторами нельзя нагревать воду;
- они весьма габаритны (ввиду незначительной теплоемкости);
- у них скромный КПД.
Обратите внимание! Чтобы повысить эффективность воздушных гелиосистем, их устанавливают в стены (южные, как мы помним) еще при строительстве здания.
Вы можете сделать такой прибор самостоятельно, благо конструкция его, как уже отмечалось, достаточно простая. Для этого потребуются дешевые и доступные материалы (некоторые даже умудряются использовать жестяные банки).
Но помните: такие коллекторы достаточно габаритны , поэтому вполне вероятно, что придется соорудить конструкцию на всю стену.
Изготовление прибора из водосточных труб
Такой прибор уж точно лучше сделать на всю стену. Осенью и весной он поможет вам существенно сэкономить на отоплении. Материалы подбирайте, учитывая габариты будущей конструкции.
Что потребуется в работе
Технология изготовления
Для создания коллектора выполните следующие процедуры.
Первый этап. Сначала сделайте небольшой деревянный короб в виде открытого ящика. Его глубина должна быть чуть больше высоты водопроводных труб.
Второй этап . Надежно изолируйте заднюю и торцевые стенки. Поверх минеральной ваты уложите алюминиевый лист, к которому, в свою очередь, хомутами прикрепите трубы.
Обратите внимание! Для улучшения циркуляции воздуха с одной стороны короба трубы должны отступать приблизительно на 15 см от торца.
По краям трубы фиксируйте деревянной перегородкой, где предварительно проделайте крепежные отверстия в соответствующих местах.
Третий этап . Ввиду того что входное и выходное отверстия будут находиться с одной стороны конструкции, проделайте на противоположной стороне несколько деревянных перегородок для того, чтобы разделять потоки воздуха.
Четвертый этап . После монтажа окрасьте коллектор в черный цвет. Для передней панели отлично подойдет сотовый поликарбонат.
Помните: воздушный коллектор в собранном виде весит достаточно много , поэтому для монтажа вам понадобится несколько помощников. При установке используйте прочные и устойчивые опоры.
Затем подключите коллектор к вентиляции здания посредством утепленных воздуховодов. Также позаботьтесь о канальном вентиляторе, который будет нагнетать воздух в помещение.
Изготовления прибора из профнастила
Это еще более простая конструкция солнечного коллектора. Вы соорудите ее гораздо быстрее.
Первый этап . Сначала сделайте деревянный короб так же, как в предыдущем варианте. Далее по периметру тыльной стенки проложите брус (приблизительно 4х4 см), а на дно уложите минеральную вату.
Второй этап . Проделайте выходное отверстие в дне.
Третий этап . Уложите на брус профнастил и перекрасьте последний в черный цвет. Разумеется, если изначально он был другого цвета.
Четвертый этап . Сделайте перфорацию по всей площади профнастила для притока воздуха.
Пятый этап . При желании можете остеклить всю конструкцию поликарбонатом – это повысит температуру нагрева абсорбера. Но не забывайте о том, что нужно предусмотреть еще и выходное отверстие для притока воздуха извне.
Изготовление коллектора из пивных банок
Это практичная и дешевая альтернатива описанным выше моделям гелиосистем. Она характеризуется низкой себестоимостью, ведь главное – запастись достаточным количеством жестяных банок (это будет нетрудно для любителей «коки» или баночного пива).
Обратите внимание! Банки обязательно должны быть из алюминия – этот металл обладает высоким теплообменом и устойчивостью к коррозии. Поэтому при подготовке проверьте каждую банку с помощью магнита.
Технология изготовления
Первый этап. Сначала проделайте в дне каждой банки по три отверстия, каждое размером с ноготь. Сверху сделайте вырез в форме звезды и отогните края наружу – это улучшит турбулентность подогретого воздуха.
Второй этап . Далее обезжирьте банки и сложите их в трубы соответствующей длины (в зависимости от размеров стены). Дно и крышка будут почти идеально прилегать друг к другу, а незначительные зазоры между ними обработайте силиконом.
Обратите внимание! Силикон должен выдерживать перманентно высокую температуру, иначе ваша конструкция рассыплется в процессе эксплуатации.
Не смещайте банки, пока силикон полностью не высохнет. Можете использовать для этого самодельные шаблоны – две доски, сбитые под углом (своего рода желоб). Это обезопасит трубы от боковых смещений.
Третий этап . Далее приступите к сборке корпуса. Для задней стенки используйте лист обычной фанеры необходимого размера. Можете сверху и снизу короба установить специальные деревянные планки с отверстиями под трубы – так вы добьетесь более надежной фиксации.
Четвертый этап . Уложите трубы в короб и закрепите все тем же силиконовым герметиком. Потом выкрасите их черной краской – темные цвета, как известно, притягивают солнечные лучи. Между трубами проложите минеральную вату. Когда краска высохнет, закройте коллектор листом сотового поликарбоната.
В качестве заключения
В итоге хотелось бы отметить, что описанные нами конструкции гелиосистем позволяют добиться внушительного прироста температуры – зачастую в солнечный день в помещении на 25–30°С теплее, чем снаружи. Вместе с тем существенно улучшается и микроклимат в помещении, поскольку обеспечивается перманентное поступление свежего воздуха.
И еще один важный момент: такая конструкция не накапливает тепло, поэтому ночью она будет не нагревать, а охлаждать воздух в помещении. Эту проблему можно решить укрыванием коллектора после захода солнца.
Видео – Солнечный коллектор из алюминиевых банок
Удорожание традиционных источников энергии побуждает собственников частных домов подыскивать альтернативные варианты обогрева жилья и нагрева воды. Согласитесь, финансовая составляющая вопроса отыграет не последнюю роль при выборе отопительной системы.
Один из наиболее перспективных способов энергообеспечения – преобразование солнечного излучения. Для этого задействуют гелиосистемы. Понимая принцип их устройства и механизм работы, сделать солнечный коллектор для отопления своими руками не составит большого труда.
Мы расскажем вам о конструктивных особенностях гелиосистем, предложим простую схему сборки и опишем материалы, которые можно задействовать. Этапы работ сопровождаются наглядными фотографиями, материал дополнен видео-роликами о создании и вводе в эксплуатацию самодельного коллектора.
Современные гелиосистемы – один из получения тепла. Они применяются в качестве вспомогательного отопительного оборудования, перерабатывающего солнечное излучение в полезную владельцам дома энергию.
Они способны полностью обеспечить горячее водоснабжение и отопление в холодное время года только в южных регионах. И то, если занимают достаточно большую площадь и установлены на открытых, не затененных деревьями площадках.
Несмотря на большое количество разновидностей, принцип работы у них одинаковый. Любая представляет собой контур с последовательным расположением приборов, и поставляющих тепловую энергию, и передающих ее потребителю.
Основными рабочими элементами являются или солнечные коллекторы. Технология на фотопластинах несколько сложнее, чем трубчатого коллектора.
В этой статье мы рассмотрим второй вариант – коллекторную гелиосистему.
Солнечные коллекторы пока служат вспомогательными поставщиками энергии. Полностью переключать отопление дома на гелиосистему опасно из-за невозможности прогнозировать четкое количество солнечных дней
Коллекторы представляют собой систему трубок, соединенных последовательно с выходной и входной магистралью или выложенных в виде змеевика. По трубкам циркулирует техническая вода, воздушный поток или смесь воды с какой-либо незамерзающей жидкостью.
Циркуляцию стимулируют физические явления: испарение, изменение давления и плотности от перехода из одного агрегатного состояния в другое и др.
Сбор и аккумуляция солнечной энергии производится абсорберами. Это либо сплошная металлическая пластина с зачерненной наружной поверхностью, либо система отдельных пластин, присоединенных к трубкам.
Для изготовления верхней части корпуса, крышки, используются материалы с высокой способностью к пропусканию светового потока. Это может быть оргстекло, подобные полимерные материалы, закаленные виды традиционного стекла.
Для того чтобы исключить потери энергии с тыльной стороны прибора в короб укладывается теплоизоляция
Надо сказать, что полимерные материалы довольно плохо переносят влияние ультрафиолетовых лучей. Все виды пластика имеют достаточно высокий коэффициент теплового расширения, что часто приводит к разгерметизации корпуса. Поэтому использование подобных материалов для изготовления корпуса коллектора стоит ограничить.
Вода в качестве теплоносителя может применяться только в системах, предназначенных для поставки дополнительного тепла в осенне/весенний период. Если планируется круглогодичное использование гелиосистемы перед первым похолоданием техническую воду меняют на смесь ее с антифризом.
Если солнечный коллектор устанавливается для обогрева небольшого строения, не имеющего связи с автономным отоплением коттеджа или с централизованными сетями, сооружается простейшая одноконтурная система с нагревательным прибором в начале ее.
В цепочку не включают циркуляционные насосы и нагревательные устройства. Схема предельно проста, но работать она может лишь солнечным летом.
При включении коллектора в двухконтурное техническое сооружение все гораздо сложнее, но и диапазон пригодных для применения дней существенно увеличен. Коллектор обрабатывает только один контур. Преобладающая нагрузка возлагается на основной отопительный агрегат, работающий на электроэнергии или любом виде топлива.
Домашние мастера изобрели более дешевый вариант – спиральный теплообменник из .
Интересное бюджетное решение – абсорбер гелиосистемы из гибкой полимерной трубы. Для соединения с устройствами на входе и выходе применяются подходящие фитингиВыбор подручных средств, из которых можно изготовить теплообменник солнечного коллектора, достаточно широк. Это может быть теплообменник старого холодильника, полиэтиленовые водопроводные трубы, стальные панельные радиаторы и пр.
Важным критерием эффективности выступает теплопроводность материала, из которого изготовлен теплообменник.
Для самостоятельного изготовления оптимальным вариантом является медь. Она обладает теплопроводностью, которая составляет 394 Вт/м². У алюминия этот параметр варьируется от 202 до 236 Вт/м².
Однако большая разница в параметрах теплопроводности между медными и полипропиленовыми трубами вовсе не означает, что теплообменник с медными трубами будет выдавать в сотни раз большие объемы горячей воды.
При равных условиях производительность теплообменника из медных труб будет на 20% эффективнее, нежели производительность металлопластиковых вариантов. Так что теплообменники, изготовленные из полимерных труб, имеют право на жизнь. К тому же такие варианты обойдутся гораздо дешевле.
Вне зависимости от материала труб, все соединения как сварные, так и резьбовые, должны быть герметичны. Трубы можно располагать как параллельно друг к другу, так и в виде змеевика.
Схема по типу змеевика уменьшает количество соединений – это снижает вероятность протечек и обеспечивает более равномерное движение потока теплоносителя.
Верх короба, в котором находится теплообменник, закрывается стеклом. В качестве альтернативы можно использовать современные материалы, типа акрилового аналога или монолитного поликарбоната. Светопрозрачный материал может быть не гладким, а рифленым или матовым.
Выводы и полезное видео по теме
Процесс изготовления элементарного солнечного коллектора:
Как собрать и ввести в эксплуатацию гелиосистему:
Естественно, самостоятельно сделанный солнечный коллектор не сможет конкурировать с промышленными моделями. Используя подручные материалы, довольно сложно добиться высокого КПД, которым обладают промышленные образцы. Но и финансовые затраты будут гораздо меньше по сравнению с приобретением готовых установок.
Я писал, что можно подсоединить большой солнечный коллектор своей конструкции. И использовать его на нагрев теплоносителя пола и контура ГВС. Например как здесь:
Так вот, пришла идея поэкспериментировать с такими типами коллекторов. Для этого я решил собрать один модуль и пока еще солнце низко поднимается над горизонтом - сделать замеры и вынести решение о применимости данной технологии. Материалы своих экспериментов я буду постепенно выкладывать здесь.
Как известно, абсорбер самодельных Солнечных коллекторов бывает трубчатый или полимерный. Трубчатый - делать трудно, но у него теплопроводность большая, а полимерный вроде делать легче, но теплопроводность меньше. И это всегда была делема. Вот представьте себе протяженный Солнечный Коллектор, как на фото выше, сделанный (сваренный) из труб. Это еще кроме больших трудозатрат и большой вероятности протекания - большой вес. Делать полимерный вариант мне как-то тоже не совсем нравилось - тоже велика вероятность разгерметизации и пр... В общем дело стояло у меня год. Качественную основу коллектора я сделал, а до абсорбера смелости не хватило.
И вот в связи с рассмотрением водяного пола, я вышел на интересный вариант трубы для теплого пола, которая уникально подходит и для создания Солнечного коллектора. Это - ГОФРИРОВАННАЯ ТРУБА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ. Её можно гнуть сколько угодно и как угодно в любом направлении, хоть узлы завязывай. И главное - она стальная и нержавеющая. Обеспечивающая высокую теплоотдачу и длительный срок эксплуатации, и не требует никаких уголков и прочего.
Преимущества:
* Долговечность: срок службы высоколегированной нержавеющей трубы и латунных фитингов не ограничен, срок службы уплотнительных колец не менее 30 лет.
* Гофрированная труба сочетает в себе пластичность и жесткость в отношении к внешним и внутренним механическим воздействиям (не боится гидроудара, до 65 а.т.м).
* Трубопровод очень легко гнется без всяких приспособлений, не нарушая своего проходного сечения, не вызывая микротрещин и механических напряжений в металле.
* Труба изготовляется из высоколегированной полированной стальной ленты, поэтому она не подвергается коррозии и на ее стенках не задерживаются осадочные материалы, также данный трубопровод экологичен по сравнению с другими трубопроводами.
* Труба не боится «разморозки» в зимнее время, отогревается как обычная стальная труба.
* Смонтированный трубопровод для питьевой воды не требует специальной очистки и готов сразу же к применению. Для уменьшения «отпотевания» для трубопровода холодной воды предлагается внешнее покрытие из полиэтилена.
* Трубопровод не требует за собой наблюдения после монтажа, поэтому его можно укладывать в бетонные стяжки и под штукатурку на стене.
* Гофротруба сама компенсирует линейные расширения и сжатия под циклическим воздействием температур, поэтому не требует специальных мер для их компенсации.
* Труба незаменима для изготовления «теплого пола» или «теплых стен». Из-за высокой теплоотдачи при использовании этого трубопровода можно обойтись и без радиаторов отопления, используя саму трубу в качестве радиатора.
* Трубопровод незаменим в подвалах. Ему не страшны грызуны, грибок, плесень.
* Простота монтажа: трубопровод очень легко монтировать в стесненных условиях, на его монтаж уходят считанные минуты, при высокой надежности и качестве работ. Не требуется никакого специального инструмента.
* Благодаря гибкости трубопровода монтаж сложных трасс осуществляется с минимальным количеством фитингов.
* Многофункциональность.
Исходя из всего этого ко мне вернулась идея доделать Солнечный Коллектор и провести "полевые испытания".
Нашел я у нас в городе такую трубу, приобрел и приступил к монтажу. Что из этого получилось, можете увидеть на фото.
Далее я планирую взять пластиковую емкость. Теплоизолировать её и присоединить к Солнечному коллектору. Проводя замеры температуры теплоносителя начиная с конца февраля, я думаю можно решить поставленную задачу.
Концепция проекта
Суть солнечного коллектора заключается в том, что холодная вода из резервуара поступает самотеком в коллектор. Нагретая вода поднимается по каналам вверх и поступает обратно в резервуар. Таким образом, создается естественная циркуляция в замкнутой системе.Коллектор изготавливается из листа поликарбоната или другого пластика с полыми квадратами внутри, идущими вдоль. Чтобы увеличить поглощение солнечного света и повысить производительность коллектора (скорость нагревания воды), пластик можно выкрасить в черный цвет. Но здесь важно помнить, что лист изготовлен из довольно тонкого поликарбоната, поэтому при сильном нагреве при отсутствии циркуляции, он может размягчиться или деформироваться, что повлечет за собой протечки воды.
Также стоит отметить, что данное приспособление не подходит для установки в жилых помещениях с целью горячего водоснабжения. Этот экспериментальный проект скорее подходит для оборудования летнего душа на дачном участке.
Инструменты и материалы
Из инструментов потребуется:- Дисковая и ручная пила.
- Электродрель.
- Рулетка.
- Отвертка.
- Пистолет для силиконового клея.
- Строительный степлер.
- Лист поликарбоната с полыми каналами.
- Трубка из АБС-пластика.
- 4 заглушки на трубки.
- 2 ½ дюймовых пластиковых ниппеля с резьбой и штуцером для шланга.
- Туба силиконового герметика.
- Баллончик с краской, если планируется окрашивание.
Материалы для рамы:
- 1 лист фанеры.
- Лист пенополистирола. Также можно использовать квадраты пенопласта.
- Деревянный брус сечением 100×100 мм.
- Полиэтиленовая пленка, скотч.
- Болты, гайки, шайбы, скобы для крепления.
- Подходящий резервуар или емкость для воды.
- Для подключения резервуара потребуется садовый шланг, длина которого зависит от удаленности емкости с водой от самого коллектора.
- Несколько хомутов для подсоединения шланга.
Пошаговая технология сборки солнечного коллектора
Прежде всего, нужно разрезать лист поликарбоната под необходимые размеры. Я запланировал сделать коллектор размером 1×2 метра, и исходил из этого факта. Очередность работ следующая:
Чтобы герметик хорошо высох, собранную конструкцию нужно оставить в неподвижном состоянии примерно на сутки, после чего можно приступать к проверке герметичности. Для этого к входящему и выходящему переходнику подсоединяются шланги, один их которых подключается к водопроводу. После того, как коллектор полностью наполнен водой, проверяются все швы и соединения на предмет протечек. Если обнаружено подтекание, вода сливается и после высыхания проблемное соединение герметизируется заново.
Чтобы была возможность рассчитать производительность и эффективность коллектора, нужно узнать его объем. Для этого воду из коллектора нужно слить в какую-либо емкость. Например, моя панель содержит 7,2 литра (вместе со шлангами).
Изготовление рамки и сборка панели
В принципе, коллектор уже можно использовать, уложив его на крышу или другую ровную неподвижную поверхность. Но я решил сделать для пластиковой панели своеобразный корпус, чтобы снизить вероятность повреждения при подъеме/спускании с крыши сарая, в котором решил обустроить летний душ, так как на зиму думаю его снимать.Поэтапная сборка корпуса описана ниже:
Таким образом, я получил тепловой коллектор в надежном «корпусе», благодаря которому пластиковая панель защищена от механического воздействия.
Обратите внимание! Я использовал обычный прозрачный полиэтилен, но на фото выглядит, как будто он белого цвета – это блики.
Заполнение системы
Теперь можно заполнять коллектор водой и тестировать работоспособность системы. Я установил его под наклоном, а резервуар (пустой) – немного выше. Один шланг подключается к нижнему фитингу, второй – к верхнему. Для заполнения системы водой нижний шланг я подключил к водопроводу и немного открыл вентиль, чтобы система наполнялась водой постепенно. Это нужно для того, чтобы вода постепенно вытеснила весь воздух. Когда со второго шланга пошла вода (коллектор полностью заполнился), я открыл вентиль на всю, чтобы остатки воздуха вышли под давлением воды. Также я наполнил емкость для воды.
Когда в протоке воды, выходящей из выходного шланга, перестали наблюдаться пузырьки воздуха, я перекрыл воду, а оба конца шланга погрузил в воду в резервуаре (они всегда должны быть под водой, чтобы воздух не попал в систему).
Тестирование и испытание солнечного водонагревателя
Когда система наполнена, под действием солнечного тепла вода, находящаяся в тонких каналах пластиковой панели нагревается и постепенно движется вверх, образуя естественную циркуляцию. Холодная вода поступает из емкости по нижнему шлангу, а нагретая в коллекторе поступает в этот же резервуар по верхнему шлангу. Постепенно вода в емкости нагревается.
Для наглядности эксперимента я использовал цифровой термометр с выносным датчиком температуры. Сначала я измерил температуру воды в емкости – она составляла 23 °C. Затем я вставил датчик в выходной шланг, по которому в резервуар поступает нагретая в коллекторе вода. Термометр показал 50 °C. Система солнечного подогрева воды работает!
Заключение
По результатам тестирования работоспособности коллекторной системы в течение 1 часа, я получил нагрев 20,2 литров воды (7,2 литра в самом коллекторе и 13 литров я набрал в емкость для эксперимента) с 23 до 37 °C.Конечно, производительность и эффективность системы зависит от солнечной активности: чем ярче светит солнце, тем сильнее нагреется вода и можно нагреть больший объем за меньшее время. Но для летнего душа, я думаю, этого коллектора вполне хватит.
