Солнечный коллектор – обеспечим дом бесплатной горячей водой

Возобновляемые источники энергии позволяют владельцам частных домов значительно снижать расходы на содержание своих жилищ. В наши дни этот вопрос интересует многих людей. Разберемся, как можно самостоятельно изготовить простую установку для преобразования солнечной бесплатной энергии в тепловую.

Гелиосистема – основные части и особенности

Содержание частного дома требует немалых финансовых затрат. Львиная доля расходов при этом приходится на оплату потребленных энергоресурсов. Сэкономить последние позволяет солнечный коллектор (СК). Он представляет собой гелиосистему, с помощью которой можно получить бесплатную тепловую энергию и использовать ее для отопления жилища и нагрева воды. СК для частного дома имеет достаточно простую конструкцию. При желании его несложно собрать и запустить в работу своими руками.

Все бытовые солнечные водонагреватели функционируют по одному принципу. Они захватывают энергию солнца и передают ее теплоносителю:

• воздуху;
• воде;
• смеси воды и незамерзающего жидкого состава.

Воздушный коллектор имеет малую эксплуатационную эффективность и показатель полезного действия. Связано это с тем, что газ плохо проводит тепло. А вот водяные конструкции пользуются немалой популярностью. Такие гелиосистемы состоят из теплового аккумулятора, корпуса и специального контура, в котором происходит теплообмен. Под первым понимают емкость для теплоносителя. Контур коллектора состоит из трубок, которые выкладываются в форме змеевика. Иногда они последовательно соединяются с входной и выходной магистралями системы. Теплоноситель циркулирует по трубкам за счет естественных физявлений (перепады давления, испарение жидкости, изменение агрегатного состояния и плотности воды либо воздуха).

Солнечные водонагреватели эксплуатируются в нескольких диапазонах температуры. С этой точки зрения они бывают высоко-, средне- и низкотемпературными. Первые в быту не используются. Теплоноситель в них может нагреваться до отметки выше 80 °С. Обычно они устанавливаются в коммерческих зданиях и на промышленных объектах. Среднетемпературные устройства способны вырабатывать энергию, которой достаточно для нагрева теплоносителя до 50–80°. Такие системы для отопления дома и нагрева воды реально сделать самостоятельно. Проще всего изготовить низкотемпературный коллектор. Он применяется исключительно для нагрева воды до 30°. В качестве отопительной системы низкотемпературный СК не используется.

Делаем коллектор – первые шаги

Простой и при этом вполне эффективный гелионагреватель несложно сделать из доступных и недорогих материалов. Корпус коллектора мы можем изготовить из бруска древесины с ОСП-плитой, фанерным листом или обычной деревянной доской. Существует и более дорогой вариант сборки. Он предполагает применение алюминиевого либо стального профиля и металлических листов. Такой корпус получится долговечнее. Но и повозиться с ним придется подольше. С деревянными изделиями работать проще. Увеличить срок их эксплуатации можно посредством обработки древесины лакокрасочными составами, эмульсиями на водно-полимерной основе.

Собираем корпус из выбранных материалов. На его дно устанавливаем теплоизоляционный слой – минвату, плиты пенополистирола, пенопласта. Вместо них разрешается использовать и более современные утеплители, например, фольгированные. Но в этом случае расходы на изготовление конструкции увеличатся. На утеплитель укладываем абсорбер (теплоприемник, тепловой контур). Качественно крепим его к днищу корпуса. Абсорбер лучше всего делать из медных труб. Вместо них применяются и менее дорогие материалы. Народные умельцы изготавливают тепловой контур из полипропиленового шланга, панельных радиаторов из металла, полиэтиленовых труб, теплообменника старого холодильного агрегата и других конструкций.

Давайте сделаем элементарный абсорбер. Используем для этого 100 метров полипропиленового шланга сечением 2 см. Такой теплообменник позволяет нагревать около 15–20 л воды. При желании увеличить объем горячей жидкости придется брать более длинный шланг либо подключать к самодельной системе циркуляционный насос. Изгибаем полипропиленовое изделие спиралью. Укладываем получившийся змеевик в корпус, фиксируем его. Дополнительно рекомендуется закрепить между собой кольца спирали. Тогда наш абсорбер не будет деформироваться в процессе эксплуатации.

Аналогичные действия выполняем и при использовании медных труб. Их, кстати, необязательно монтировать в виде змеевика. Допускается укладывать трубы по отношению друг к другу параллельно. При этом стоит понимать, что спиральные конструкции имеют меньше соединений, а значит, в них теплоноситель перемещается максимально равномерно. Да и риск протечек в подобных случаях сводится практически к нулю.

После того, как все трубки смонтированы и закреплены, накрываем корпус нашей системы, используя стекло, монолитный поликарбонат, акриловый лист или иной светопрозрачный материал. Он может быть и рифленым, и абсолютно гладким. Остается покрасить короб в черный цвет. Темная поверхность станет более активно поглощать тепло от солнечных лучей.

Утепляем накопительную емкость и собираем систему – все просто!

Функцию накопительного бака для теплоносителя, называемого профессионалами аванкамерой, может выполнять любой резервуар объемом 20–40 л. Покупать его необязательно. Если большую емкость в хозяйстве найти не удается, берем два-три резервуара поменьше и последовательно соединяем их между собой. Утепляем бак. Резервуар без теплоизоляции очень быстро утрачивает тепловую энергию, что приводит к снижению эффективности коллектора. Оснащаем аванкамеру поплавковым клапаном.

Теперь нам нужно собрать гелиосистему. Схема выполнения работ следующая:

1. Устанавливаем утепленный накопительный резервуар на эстакаде, вышке, чердаке дома (то есть, на максимально возможном возвышении). Важно! После заполнения бака водой его масса увеличится. Учитываем это, выбирая место для установки резервуара. Монтируем его на прочное и надежное основание.
2. Ставим коллектор. Его желательно размещать на южной стороне крыши дома, выдерживая наклон в 35–45° по отношению к линии горизонта.
3. Соединяем бак с коллектором, используя подходящие по диаметру трубы. Мы должны получить полностью герметичную гидросистему. Это имеет огромное значение. Если конструкция будет негерметичной, самодельный коллектор не сможет работать с ожидаемым показателем полезного действия.

Гидравлическую систему формируем при помощи труб разных сечений. Обычно используются изделия диаметром в дюйм и полдюйма. Трубы меньшего сечения подходят для обустройства участков ввода теплоносителя в накопительный бак и вывода подогретой воды в отопительную систему дома. Эту часть конструкции называют напорной. Дюймовые изделия используем для соединения остальных участков.

Все трубы подлежат теплоизоляции. Выполняем ее фольгированными утеплителями, базальтовой ватой или пенопластом.

Также следует хорошо заизолировать и накопительный резервуар, чтобы он не терял тепло. Эту операцию проще всего осуществить путем возведения вокруг бака коробки из досок либо фанерных листов. Свободное пространство между этой конструкцией и резервуаром наполняем сухими опилками, глиной, смешанной с соломой, шлаковатой.

Ввод системы в эксплуатацию – действуем по инструкции

После того как процесс изготовления, сборки и утепления солнечного водонагревателя завершен, можно заполнять систему водой. Важный момент! Теплоноситель подаем в конструкцию снизу вверх через патрубок, который следует заранее обустроить в нижней части СК. Делается это для того, чтобы в системе не появились воздушные пробки. Подачу воды завершаем, когда она начинает выливаться из накопительного бака (из его дренажной трубы). Затем корректируем уровень теплоносителя в аванкамере при помощи поплавкового устройства.

Наш коллектор начинает нагревать воду. Причем происходит это не только, когда солнце ярко светит, но и в пасмурную погоду. Подогретая вода поднимается в накопительной емкости вверх. Происходит естественная циркуляция жидкости. Процесс длится до момента, когда температуры поступающего в коллектор и выходящего из него теплоносителя становятся одинаковыми. Поплавковый клапан станет автоматически поддерживать уровень воды в баке на требуемом уровне. Причем холодная жидкость всегда будет располагаться в нижней части накопительного резервуара. С подогретым теплоносителем она не перемешивается.

Затем нам необходимо смонтировать запорную арматуру. Она исключит вероятность того, что в гидросистеме произойдет обратное перетекание воды из коллектора в бак. Подобные случаи наблюдаются, когда температура теплоносителя становится выше температуры окружающего воздуха. К точкам забора подогретой воды в доме коллектор подсоединяется посредством обычных сантехнических смесителей. Обратите внимание! Одиночные краны применять нежелательно. В дни, когда солнце светит особенно ярко, вода станет нагреваться до 60–70°. Использовать такую горячую жидкость, текущую из крана, небезопасно, да и просто неудобно. Намного разумнее перемешивать ее в смесителе.

Вот и все. С минимальными финансовыми затратами мы соорудили эффективную тепловую систему. Полноценное отопление домов такими солнечными коллекторами не производят. Их можно использовать исключительно в качестве дополнительного источника обогрева, а также как полноценные конструкции для обеспечения жилища горячей водой. При желании можно увеличить производительность нашего самодельного устройства. Для этого следует установить в него дополнительные трубки (создать добавочные секции). Их количество ничем не ограничивается. Мы можем поставить и 2–3, и 20–30 допсекций.

Вакуумный коллектор – реально ли изготовить самостоятельно?

Вакуумный коллектор – это достаточно сложное устройство. В нем процесс преобразования солнечного света в тепловую энергию происходит в специальных трубках из стекла, из которых полностью откачивается воздух. В каждом стеклянном абсорбере, кроме того, предусмотрен тепловой канал. Его функцию выполняет патрубок, сделанный из меди. Именно в нем и находится теплоноситель. Соединение трубок осуществляется при помощи специальных элементов.

Особая конструкция вакуумных гелиосистем обуславливает их высокую эффективность. В подобных коллекторах почти нет потерь тепла. Поэтому они могут применяться для автономного отопления жилых строений в зимнее время, когда интенсивность солнечного света минимальная. Самодельные вакуумные системы встречаются крайне редко. Чтобы изготовить их в домашних условиях, нужно обладать специальными знаниями и умениями. Если мы хотим обзавестись вакуумным коллектором, остается один выход – приобретение готового комплекта оборудования. Собрать и установить заводской набор можно и своими руками. Схема работ будет такой:

1. Устанавливаем на выбранном участке крыши раму вакуумного коллектора. Крепление выполняем строго по инструкции производителя системы, используя рекомендованные крепежные элементы. Например, на бетонных кровлях фиксация рамы осуществляется анкерами, на шиферных – толстыми шурупами. Заполняем герметиком места, где конструкция прикрепляется к крыше.
2. Поднимаем на кровлю накопительную емкость. Если она имеет большую массу, используем трос. Прикрепляем резервуар к раме.
3. Подключаем все имеющиеся в комплекте дополнительные элементы (автоматизированные воздуховоды, электронагреватели – ТЭНы, датчики температуры и так далее).
4. Подводим к системе водопроводные трубы. Желательно использовать полипропиленовые изделия. Они не боятся низких температур воздуха на улице и способны выдерживать нагрев изнутри до 95 °С.
5. Заполняем теплоносителем бак-накопитель.
6. Проверяем систему на отсутствие протечек.
7. Монтируем в раму вакуумные трубки. Эта часть операции затруднений не вызывает. Все трубки оснащены специальными резиновыми прокладками и фиксаторами.

Завершающие этапы работ – подключение к гелиоконструкции блока управления, подвод электричества и подсоединение контроллера. Последний позволяет настраивать работу коллектора из дома.