Сделать солнечный коллектор для нагрева воды. Солнечные коллекторы для нагрева воды: сравнение моделей, цены и все, что нужно знать перед установкой

Солнечный водонагреватель ещё называют солнечным коллектором. Служит он для нагревания проточной воды.
Самый простой солнечный нагреватель - это бочка, выкрашенная в черный цвет и наполненная водой. Черный цвет поглощает солнечную энергию лучше остальных цветов и преобразует её в тепловую. В результате чего вода в бочке будет нагреваться.

Естественно, это самый примитивный способ сбора тепловой энергии солнца. Я покажу вам как сделать переносной солнечный водонагреватель, простой конструкции из доступных деталей, которые запросто можно купить в любом строительном магазине. Этот водонагреватель будет эффективен и очень просто в изготовлении.

Что из себя представляет солнечный водонагреватель?

Солнечный коллектор представляет из себя медную трубку, закрученную по спирали, заключенную в прямоугольный корпус с одной прозрачной стенкой. Водонагреватель имеет небольшой вес и размер, поэтому легко транспортируется, для чего с боку привинчена ручка для переноски.

Какое предназначение у этого солнечного водонагревателя?

Солнечный водонагреватель лично я использую для быстрого нагрева воды в бассейне. Так как он может работать и зимой, то его можно использовать даже для отопления в дневное время.

Плюсы нагрева воды солнечной энергией

- Все бесплатно, помогает экономить энергию.
- Солнечный коллектор работает и зимой, но с меньшей эффективностью.
- Не требует особых затрат на изготовление оборудования.
- Насосы, прогоняющие воду можно так же питать от солнца, используя солнечные батареи.

Процесс изготовления солнечного коллектора

Нам понадобиться:
- Моток медной трубки длинной 15 метров и диаметром 6 мм.
- Пластиковые кабельные хомуты (нейлоновые стяжки).
- Фанера для задней стенки.
- Деревянные бруски и рейки для боковых стенок и крепления стекла.
- Плексиглас или органическое стекло.
- Черная краска аэрозоль.
- Крепеж (гвозди, шурупы, саморезы).
- Переходной фитинг для медной трубки.
Возможно ещё что-то упустил.

Итак, ном необходимо разложить трубку в один слой с небольшим отступом, чтобы прикинуть размеры будущего солнечного коллектора. А можно взять сразу определенный размер короба, а лишнюю трубку потом отрезать.

После того как размер был выбран чертим карандашом линии вдоль и поперек. Это будут линии крепления трубки. Раскладываем трубку. Сверлим отверстия по диаметру хомутов и крепим ими трубку, смотрите фото.

Так постепенно закрепляем весь моток. Затем, торчащие части хомутов отрезаем кусачками. Фанера, на которой сейчас расположен наш змеевик, это не задняя часть корпуса. Корпус мы будем делать отдельно, а эту панель мы будем туда вкладывать.

Собираем короб под панель со змеевиком.

В этот короб вкладываем нашу фанеру со змеевиком. Если вы планируете использовать коллектор в зимнее время, то рекомендую положить утеплитель между задней стенкой и фанерой со змеевиком.

Сверлим отверстия в боковых брусках для вывода трубки.

Прибиваем рейки по внутренней стороне, на которой будет лежать стекло.

Мерим стекло, чтобы все было вровень, без лишних пазов.

Прикручиваем переходники под садовый шланг.

Прикручиваю ручку для переноски и транспортировки.

Аэрозольной краской красим внутреннюю поверхность.

Закрываем стеклом.

Подсоединяем шланг с водой и даем небольшой напор.

В солнечный день выходящая вода при среднем напоре может нагревать около 75 градусов по Цельсию.

Итог работы

Солнечный водонагреватель хорошо нагревает воду без лишней сложности, поэтому я советую его повторить.
Такие панели можно компоновать в группы, тогда эффективность такой системы будет в разы больше.
В больших садовых бассейнах имеется автономная система фильтрации воды, которая работает постоянно. Включив водонагреватель в эту систему вы нечего не потеряете, а вода в бассейне всегда будет теплой. Да и вообще весь бассейн может находиться в тени, а солнечный коллектор на солнце.

Видео постройки солнечного водонагревателя своими руками

Нагрев несколькими панелями, с использованием не медной трубки, а садового резинового шланга. Эффективность конечно ниже, из-за плохой проводимости тепла садовым шлангом.

Этот солнечный коллектор был сконструирован автором самостоятельно на основе старого радиатора отопления. Солнечный коллектор позволяет в летнее время использовать горячую воду, которая нагревается за счет естественного тепла от солнечных лучей. Такая конструкция будет особенно полезной в дачном доме, куда обычно не идет подача горячей воды.

Для создания солнечного коллектора были задействованы следующие материалы:

1) Старые плоские радиаторы отопления в количестве двух штук.
2) листы металла или жести
3) метало-пластиковые трубы
4) краны
5) фитинги
6) стекла оконные
7) две бочки емкостью в 160 литров

Рассмотрим основные этапы создания солнечного коллектора на базе старого радиатора отопления.

Для начала необходимо познакомиться с основным принципом работы данной модели водонагревателя. В бак закачивается холодная вода из колодца, для этого автор установил насосную станцию. Вода подается в бак через кран, что позволяет регулировать уровень воды в баке.

После нагрева горячая вода напрямую без краника спускается в ванну, так как вода в баке находится не под давлением. Таким образом горячая вода сама стекает в ванну при открытии крана.

На крыше дома автор установил два радиатора так, чтобы верх радиатора был на уровень ниже чем бак-накопитель. Так же в целях естественной циркуляции воды трубы ее подвода от бака-накопителя установлены под углом, в сторону радиаторов.

Благодаря тому, что трубка, по которой поступает нагретая вода в бак была подключена чуть выше середины бака, самая нагретая и горячая вода скапливается всегда вверху бака-накопителя.

Таким образом в летнее время, когда средняя температура воздуха в тени равна 25+ градусам, вода в баке за день может нагреться до 50-60 градусов.

Так же автор сделал простую манипуляцию с бочкой, для того чтобы она сохраняла тепло на протяжении ночи и утром вода еще была теплой. Для этого бочка была обернута минеральной ватой и фольгой, после чего бак-накопитель стал своего рода большим термосом.

Теперь о конструкции самой системы нагрева воды.
Два плоских радиатора были помещены на крышу дома автора.

Для удобства крепления были сделаны два металлических короба их жести и листов металла, в которые радиаторы и были помещены. Сверху радиаторы в коробах были закрыты стеклом для защиты от ветра и грязи. Автор использовал сразу два радиатора для того, чтобы уменьшить время нагрева воды, соответственно чем больше радиаторов, тем быстрее будет нагреваться вода от солнечного тепла.

Верх радиаторов установленных на крыше находится ниже уровня бака-накопителя, поэтому нагретая на солнце вода естественным путем поступает в бак. Как и полагается трубки подвода воды от бака сделаны с уклоном вниз в сторону радиаторов.

Тут видно фотографии изготовления металлических коробов для радиаторов:

Вот так был размещен радиатор в самом коробе:

А вот фотография бака расположенного на чердаке дома:

Так как автор использовал достаточно старые радиаторы отопления, которые долгое время валялись без дела, то при первом запуске системы довольно долго шла ржавая вода, но после того как радиаторы промылись качество воды пришло в норму.

Так же автор коллектора данной конструкции напоминает, что в зимнее время воду из системы нагрева необходимо слить. Поэтому стоит предусмотреть специальные дренажные краны внизу радиатора. Лучшая возможность слить воду с бака-накопителя, это перекрыть насосную станцию, а затем открыть кран подачи холодной воды. Таким образом вся находящаяся вода в баке стечет сама. В случае, если вы не сольете воду из солнечного коллектора на зиму, то в морозы конструкция деформируется и придет в негодность. Хотя сам коллектор и сделан из достаточно дешевых материалов, но при должном обслуживании сможет проработать достаточно долгое время.

Энергоресурсы. Бесплатная солнечная энергия сможет как минимум 6-7 месяцев в году обеспечивать теплую воду для хозяйственных нужд. А в остальные месяцы – еще и помогать системе отопления.

Но самое главное, что простой солнечный коллектор (в отличии, например, от ) можно изготовить самостоятельно. Для этого вам понадобятся материалы и инструменты, которые можно купить в большинстве строительных магазинов. В некоторых случаях будет достаточно даже того, что найдется в обычном гараже.

Представленная ниже технология сборки солнечного нагревателя использовалась в проекте "Включи солнце - живи комфортно" . Она была разработана специально для проекта немецкой компанией Solar Partner Sued , которая профессионально занимается продажей, монтажом и сервисом солнечных коллекторов и фотоэлектрических систем.

Главная идея – все должно получиться дешево и сердито. Для изготовления коллектора используются довольно простые и распространенные материалы, но его эффективность получается вполне приемлемого уровня. Она ниже, чем у фабричных моделей, но разница в цене полностью компенсирует этот недостаток.

Солнечные лучи проходят через стекло и нагревают коллектор, а остекление предотвращает утечку тепла. Стекло также препятствует движению воздуха в абсорбере без него коллектор быстро терял бы тепло из-за ветра, дождя, снега или низких внешних температур.

Раму следует обработать антисептиком и краской для наружных работ.

В корпусе делаются сквозные отверстия для подачи холодной и отвода нагретой жидкости из коллектора.

Сам абсорбер красят жаростойким покрытием. Обычные черные краски при высоких температурах начинают шелушиться или испаряться, что приводит к потемнению стекла. Краска должна полностью высохнуть, прежде чем вы закрепите стеклянное покрытие (для предотвращения конденсации).

Под абсорбером закладывается утеплитель. Чаще всего используется минеральная вата. Главное, чтобы он выдерживал довольно высокие температуры в течение лета (иногда более 200 градусов).

Снизу раму закрывают ОСБ плитой, фанерой, досками и т.п. Основное требование к этому этапу - убедиться, что низ коллектора надежно защищен от попадания влаги внутрь.

Для закрепления стекла в раме делают пазы, или крепят планки по внутренней стороне рамы. При расчете размеров рамы следует учитывать, что при изменении погоды (температуры, влажности) в течение года ее конфигурация будет немного меняться. Поэтому на каждой стороне рамы оставляют несколько миллиметров запаса.

На паз или планку крепится резиновый оконный уплотнитель (D- или Е-образный). На него кладется стекло, на которое таким же образом наносится уплотнитель. Сверху это все закрепляется оцинкованной жестью. Таким образом, стекло надежно закреплено в раме, уплотнитель защищает абсорбер от холода и влаги, а именно стекло не повредится, когда деревянная рама будет "дышать".

Стыки между листами стекла изолируются уплотнителем или силиконом.

Чтобы организовать солнечное отопление дома понадобиться накопительный бак. Здесь хранится нагретая коллектором вода, поэтому стоит позаботиться о его термоизоляции.

В качестве бака можно использовать:

неработающие электрические бойлеры
различные баллоны для газов
бочки для пищевого использования

Главное - помнить, что в герметичном баке будет создаваться давление в зависимости от давления водопроводной системы, к которой он будет подключен. Не каждая емкость способна выдерживать давление в несколько атмосфер.

В баке делают отверстия для входа и выхода теплообменника, ввода холодной воды, и забора нагретой.

В баке размещается спиральный теплообменник. Для него используют медь, нержавеющую сталь или пластик. Нагретая через теплообменник вода будет подниматься вверх, поэтому его следует поместить в нижней части бака.

Коллектор соединяется с баком с помощью труб (например, металлопластиковых или пластиковых), проведенных от коллектора к баку через теплообменник и обратно в коллектор. Здесь очень важно предотвратить утечку тепла: путь от бака до потребителя должен быть максимально коротким, и трубы должны быть очень хорошо изолированными.

Расширительный бачок - это очень важный элемент системы. Он представляет собой открытый резервуар, расположенный в крайней верхней точке контура циркуляции жидкости. Для расширительного бачка можно использовать как металлическую, так и пластиковую емкость. С ее помощью контролируется давление в коллекторе (из-за того, что жидкость от нагрева расширяется, могут треснуть трубы). Для снижения потерь тепла бачок также необходимо изолировать. Если в системе присутствует воздух, то он также может выходить через бачок. Через расширительный бачок происходит также наполнения коллектора жидкостью.

Уровень развития современных технологий и материалов настолько высок, что не использовать энергию солнца - это неразумно с финансовой стороны и преступно по отношению к окружающей среде. К сожалению, приобретение промышленных установок для получения электроэнергии и тепла иррационально ввиду их высокой стоимости. Тем не менее выход есть: сделать производительный гелиоколлектор собственноручно из материалов, которые можно найти в ближайшем строительном магазине.

Назначение гелиоколлектора, его достоинства и недостатки

Солнечный водонагреватель (жидкостной гелиоколлектор) - это устройство, которое с помощью энергии Солнца нагревает теплоноситель. Он применяется для отопления помещений, организации горячего водоснабжения, подогрева воды в бассейнах и т. д.

Солнечный коллектор обеспечит дом горячей водой и теплом

Предпосылками для использования экологичного водонагревателя является тот факт, что солнечное излучение падает на Землю круглый год, хоть и отличается интенсивностью зимой и летом. Так, для средних широт суточное количество энергии в холодное время года достигает 1–3 кВт*ч на 1 кв.м, тогда как в период с марта по октябрь эта величина варьируется от 4 до 8 кВт*ч/м 2 . Если же говорить о южных регионах, то цифры можно смело увеличивать на 20–40%.

Как видно, эффективность работы установки зависит от региона, но даже на севере нашей страны гелиоколлектор обеспечит потребность в горячей воде - главное, чтобы на небе было поменьше туч. Если же говорить о средней полосе и южных областях, то работающая от Солнца установка сможет заменить бойлер и перекрыть потребности теплоносителя отопительной системы в зимнее время. Разумеется, речь идёт о производительных водонагревателях в несколько десятков квадратных метров.

Экономить средства из семейного бюджета поможет солнечная батарея. Изготовить её самостоятельно поможет следующий материал:

Таблица: распределение солнечной энергии по регионам

Средняя дневная сумма солнечной радиации,кВт*ч/м 2
Мурманск	Архангельск	Санкт-Петербург	Москва	Новосибирск	Улан-Удэ	Хабаровск	Ростов-на-Дону	Сочи	Находка
2,19	2,29	2,60	2,72	2,91	3,47	3,69	3,45	4,00	3,99
Средняя дневная сумма солнечной радиации в декабре, кВт*ч/м 2
0	0,05	0,17	0,33	0,62	0,97	1,29	1,00	1,25	2,04
Средняя дневная сумма солнечной радиации в июне, кВт*ч/м2
5,14	5,51	5,78	5,56	5,48	5,72	5,94	5,76	6,75	5,12

Гелиоколлекторы, построенные в домашних условиях, не идут ни в какое сравнение с устройствами заводского изготовления, но и самодельная солнечная установка сократит расходы на подогрев воды в бытовых целях и сэкономит электричество при подключении к стиральной и посудомоечной машине.

Достоинства солнечных водонагревателей:

относительно простая конструкция;
высокая надёжность;
эффективная эксплуатация независимо от времени года;
длительный срок службы;
возможность экономии газа и электроэнергии;
не требуется разрешение на установку оборудования;
небольшая масса;
простота монтажа;
полная автономность.

Что касается отрицательных моментов, то без них не обходится ни одна установка для получения альтернативной энергии. В нашем случае к минусам относятся:

высокая стоимость заводского оборудования;
зависимость КПД гелиоколлектора от времени года и географической широты;
подверженность градобитию;
дополнительные затраты на установку теплоаккумулирующей ёмкости;
зависимость энергетической эффективности прибора от облачности.

Рассматривая плюсы и минусы солнечных водонагревателей, не стоит забывать и об экологической стороне вопроса - подобные установки безопасны для человека и не наносят вреда нашей планете.

Заводской гелиоколлектор напоминает конструктор, с помощью которого можно быстро собрать установку требуемой производительности

Виды солнечных водонагревателей: выбор конструкции для самостоятельного изготовления

В зависимости от температуры, которую развивают гелионагреватели, различают:

низкотемпературные устройства - рассчитанные на подогрев жидкости до 50 °C;
среднетемпературные гелиоколлекторы - повышают температуру воды на выходе до 80 °C;
высокотемпературные установки - нагревают теплоноситель до температуры кипения.

В домашних условиях можно построить солнечный водонагреватель первого или второго типа. Для изготовления коллектора высоких температур понадобится промышленное оборудование, новые технологии и дорогостоящие материалы.

По конструкции все жидкостные гелиоколлекторы разделяются на три вида:

плоские водонагреватели;
вакуумные термосифонные устройства;
гелиоконцентраторы.

Плоский солнечный коллектор представляет собой невысокий теплоизолированный короб. Внутри установлена светопоглощающая пластина и трубчатый контур. Поглощающая панель (абсорбер) имеет повышенную теплопроводность. За счёт этого удаётся достичь максимальной передачи энергии теплоносителю, циркулирующему по контуру водонагревателя. Простота и эффективность плоских установок нашла отражение в многочисленных конструкциях, разработанных народными умельцами.

Внутри плоского гелиоколлектора - светопоглощающая пластина и трубчатый контур

Принцип действия вакуумных солнечных водонагревателей основан на эффекте термоса. В основе конструкции лежат десятки двойных стеклянных колб. Внешняя трубка изготавливается из ударопрочного, закалённого стекла, которое противостоит граду и ветру. Внутренняя трубка имеет специальное напыление для увеличения светопоглощающей способности. Из пространства между элементами колбы откачан воздух, что позволяет избежать тепловых потерь. В центре конструкции проходит медный тепловой контур, заполненный легкокипящим теплоносителем (фреоном) – он и является нагревателем вакуумного гелиоколлектора. В процессе технологическая жидкость испаряется и передаёт тепловую энергию рабочей жидкости главного контура. В этом качестве чаще используется антифриз. Такая конструкция обеспечивает работоспособность системы при температурах до -50 °C. В домашних условиях построить подобную установку сложно, поэтому самодельных конструкций вакуумного типа насчитываются единицы.

В основе конструкции вакуумного гелиоколлектора - множество двойных стеклянных колб

Гелиоконцентратор в основе имеет сферическое зеркало, способное фокусировать солнечное излучение в точку. Нагрев жидкости происходит в спиральном металлическом контуре, который размещают в фокусе установки. Достоинством гелиоконцентраторов является способность развивать высокую температуру, но необходимость в системе слежения за Солнцем снижает их популярность у самодельщиков.

Построить производительный гелиоконцентратор в домашних условиях - задача непростая

Для изготовления в домашних условиях лучше всего подходят плоские солнечные нагреватели, построенные с использованием теплоизоляционных материалов, стекла с высокой пропускающей способностью и медных абсорберов.

Устройство и принцип действия плоского гелиоколлектора

Самодельный солнечный водонагреватель состоит из плоской деревянной рамы (короба) с глухой задней стенкой. На дне размещается главный элемент устройства - абсорбер. Чаще всего он изготавливается из металлического листа, присоединённого к трубчатому коллектору. От контакта пластины абсорбера с трубами теплообменника зависит эффективность передачи энергии, поэтому эти детали приваривают или припаивают непрерывным швом.

Сам жидкостной контур представляет собой массив из вертикально установленных трубок. В верхней и нижней части они присоединяются к горизонтальным трубам увеличенного диаметра, которые предназначаются для подачи и отбора теплоносителя. Входное и выходное отверстие для жидкости располагают диагонально - за счёт этого обеспечивается полный отъём тепла от элементов теплообменника. В качестве теплоносителя используется антифриз для систем отопления или другие незамерзающие растворы.

Абсорбер покрывается светопоглощающей краской, сверху кладут стекло, а короб защищают слоем теплоизоляции. Для упрощения задачи площадь остекления делят на части, а чтобы увеличить производительность, применяют стеклопакеты. Закрытая конструкция создаёт в гелиоколлекторе эффект термоса и одновременно предотвращает потери тепла из-за ветра, дождя и других внешних факторов.

Солнечный водонагреватель работает так:

Нагретая в гелиоколлекторе незамерзающая жидкость поднимается по трубкам и через ветку отбора теплоносителя попадает в теплоаккумулирующую ёмкость.
Перемещаясь по теплообменнику, установленному внутри бака-аккумулятора, антифриз отдаёт тепло воде.
Охлаждённая рабочая жидкость поступает в нижнюю часть контура солнечного водонагревателя.
Нагретая в баке вода поднимается и отбирается для нужд горячего водоснабжения. Пополнение жидкости в теплоаккумулирующей ёмкости происходит за счёт водопровода, подключённого к нижней части. Если же гелиоколлектор работает как нагреватель системы отопления, то для кругообращения воды в замкнутом вторичном контуре применяют циркуляционный насос.

Постоянное движение теплоносителя и наличие теплового аккумулятора позволяет накопить энергию за то время, пока светит солнце, и постепенно расходовать её даже тогда, когда светило скрывается за горизонтом.

Схема подключения солнечного коллектора к накопительной ёмкости не так сложна

Варианты самодельных солнечных установок

Особенностью солнечных водонагревателей, построенных своими руками, является то, что практически все устройства имеют одинаковую конструкцию теплоизолированного короба. Часто каркас собирается из пиломатериалов и покрывается минеральной ватой и теплоотражающей плёнкой. Что же касается абсорбера, то для его производства используют металлические и пластиковые трубы, а также готовые узлы от ненужного бытового оборудования.

Из садового шланга

Сложенный улиткой садовый шланг или водопроводная ПВХ-труба имеет большую площадь поверхности, что позволяет использовать подобный контур в качестве водонагревателя для нужд летнего душа, кухни или подогрева бассейна. Разумеется, для этих целей лучше брать материалы чёрного цвета и обязательно использовать накопительную ёмкость, иначе в пик летней жары абсорбер будет перегреваться.

Плоский коллектор из садового шланга - простейший способ подогревать воду в бассейне

Из конденсатора старого холодильника

Внешний теплообменник отслужившего свой срок холодильника или морозильной камеры является готовым абсорбером гелиоколлектора. Всё, что остаётся сделать - дооборудовать его теплопоглощающим листом и установить в корпус. Конечно, производительность такой системы будет маленькой, но в тёплое время года водонагреватель из деталей холодильного оборудования перекроет потребности в горячей воде небольшого загородного дома или дачи.

Теплообменник старого холодильника представляет собой практически готовый абсорбер для небольшого гелионагревателя

Из плоского радиатора системы отопления

Изготовление гелиоколлектора из стального радиатора не потребует даже монтажа абсорбирующей пластины. Достаточно покрыть устройство чёрной жаростойкой краской и смонтировать его в герметичный кожух. Производительности одной установки с лихвой хватит для системы горячего водоснабжения. Если же сделать несколько водонагревателей, то можно сэкономить на отоплении дома в холодную солнечную погоду. К слову, собранная из радиаторов гелиоустановка обогреет подсобные помещения, гараж или теплицу.

Стальной радиатор системы отопления послужит основой для постройки экологичного водонагревателя

Из полипропиленовых или полиэтиленовых труб

Трубы из металлопластика, полиэтилена и полипропилена, а также фитинги и приспособления для их монтажа позволяют строить контуры гелиосистем любой площади и конфигурации. Такие установки обладают хорошей производительностью и используются для обогрева помещений и получения горячей воды на хозяйственные нужды (кухня, ванная и т. д.).

Достоинство гелиоколлектора из пластиковых труб - невысокая стоимость и простота монтажа

Из медных трубок

Абсорберы, построенные из медных пластин и трубок, обладают самой высокой теплоотдачей, поэтому с успехом применяются для подогрева теплоносителя отопительных систем и в горячем водоснабжении. К недостаткам коллекторов из меди относятся большие трудозатраты и стоимость материалов.

Применение медных труб и пластин для изготовления абсорбера гарантирует высокую производительность гелиоустановки

Методика расчёта гелиоколлектора

Расчёт производительности солнечного гелиоколлектора ведут исходя из того, что на 1 кв.м установки в ясный день приходится от 800 до 1 тыс. Вт тепловой энергии. Потери этого тепла на обратной стороне и стенках сооружения рассчитываются по коэффициенту теплоизоляции используемого утеплителя. Если применять пенополистирол, то для него коэффициент теплопотерь равняется 0,05 Вт/м × °C. При толщине материала в 10 см и разности температур внутри и снаружи конструкции 50 °C потери тепловой энергии составляют 0,05/0,1 × 50 = 25 Вт. С учётом боковых стенок и труб эту величину удваивают. Таким образом, суммарное количество уходящей энергии составит 50 Вт с 1 кв.м поверхности солнечного нагревателя.

Для нагрева 1 л воды на один градус потребуется 1,16 Вт тепловой энергии, поэтому для нашей модели гелиоколлектора площадью 1 кв.м и температурного перепада 50 °C удастся получить условный коэффициент производительности 800/1,16 = 689,65/кг × °C. Эта величина показывает, что установка площадью 1 кв.м в течение часа подогреет 20 литров воды на 35 °C.

Расчёт необходимой производительности солнечного водонагревателя ведут по формуле W = Q × V × δT, где Q - теплоёмкость воды (1,16 Вт/кг × °C); V - объём, л; δT - разность температур на входе и выходе из установки.

Статистика говорит, что для одного взрослого человека требуется 50 л горячей воды в сутки. В среднем, для горячего водоснабжения достаточно поднять температуру воды на 40 °C, что при расчёте по этой формуле требует затрат энергии W = 1,16 × 50 × 40 = 2,3 кВт. Чтобы узнать площадь гелиоколлектора, это значение нужно разделить на количество солнечной энергии, приходящееся на 1 кв.м поверхности на данной географической широте.

Расчёт требуемых параметров гелиоустановки

Изготовление солнечного водонагревателя с медным абсорбером

Предлагаемый к изготовлению гелиоколлектор в зимний солнечный день разогревает воду до температуры выше 90 °C, а в пасмурную погоду - до 40 °С. Этого хватит, чтобы обеспечить дом горячей водой. Если же вы хотите отапливать солнечной энергией жилище, то потребуется несколько таких установок.

Необходимые материалы и инструмент

Для изготовления водонагревателя понадобятся:

листовая медь толщиной не менее 0,2 мм размерами 0,98×2 м;
медная трубка Ø10 мм длиной 20 м;
медная трубка Ø22 мм длиной 2,5 м;
резьба 3/4˝ - 2 шт;
заглушка 3/4˝ - 2 шт;
припой мягкий SANHA или ПОС-40 - 0,5 кг;
флюс;
химреактивы для чернения абсорбера;
плита OSB толщиной 10 мм;
уголки мебельные - 32 шт;
базальтовая вата толщиной 50 мм;
листовой теплоотражающий утеплитель толщиной 20 мм;
рейка 20х30 - 10м;
дверной или оконный уплотнитель - 6 м;
оконное стекло толщиной 4 мм или стеклопакет 0,98х2,01 м;
саморезы;
краска.

Кроме этого, подготовьте такие инструменты:

электрическая дрель;
набор свёрл по металлу;
«коронка» или фреза для работы по дереву Ø20 мм;
труборез;
газовая горелка;
респиратор;
малярная кисть;
набор отвёрток или шуруповёрт;
электрический лобзик.

Для опрессовки контура также понадобится компрессор и манометр, рассчитанный на давление до 10 атмосфер.

Для пайки мягким припоем подойдёт простая газовая горелка

Инструкция по ходу работ

При помощи трубореза медную трубку нарезают на куски. Получатся 2 части Ø22 мм длиной 1,25 м и 10 элементов Ø10 мм длиной 2 м.
В толстых трубах делают отступ от края 150 мм и выполняют по 10 сверлений Ø10 мм через каждые 100 мм.
В полученные отверстия вставляют тонкие трубки так, чтобы они выступали внутрь не более чем на 1–2 мм. В противном случае в радиаторе будут появляться излишние гидравлические сопротивления.
Используя газовую горелку, термофен и припой, все части радиатора соединяют между собой.
Контур гелиоколлектора работает под давлением, поэтому особое внимание уделяют герметичности соединений

Для сборки радиатора можно использовать специальные фитинги, но в таком случае значительно увеличится стоимость гелиосистемы. Кроме того, разборные соединения не гарантируют герметичность конструкции при переменных термодинамических нагрузках.
По диагоналям радиатора к трубам 3/4˝ попарно припаивают заглушки и резьбы.
Закрыв выходную резьбу заглушкой, на вход собранного коллектора навинчивают штуцер и присоединяют компрессор.
Компрессор присоединяют при помощи штуцера
Помещают радиатор в ёмкость с водой и компрессором нагнетают давление 7–8 атм. По поднимающимся в местах стыков пузырькам судят о герметичности паяных соединений.
Если подходящую ёмкость для проверки коллектора найти не удалось, то можно собрать её своими руками. Для этого из подручных средств (обрезки пиломатериалов, кирпич и т. д.) делают короб или простейшее заграждение и застилают его полиэтиленовой плёнкой.
После проверки герметичности радиатор сушат и обезжиривают. Затем приступают к припаиванию медного листа. Паять полотно абсорбера к трубкам следует сплошным швом по всей длине каждого элемента медного контура.
Пайка полотна абсорбера выполняется сплошным швом
Поскольку абсорбер гелиоколлектора изготавливается из меди, то вместо покраски можно использовать химическое чернение. Это позволит получить на поверхности настоящее селективное покрытие, наподобие того, что получают в заводских условиях. Для этого в ёмкость для проверки герметичности наливают нагретый химический раствор и укладывают абсорбер лицевой стороной вниз. Во время реакции поддерживают температуру реактивов любым доступным способом (например, постоянной прокачкой раствора через ёмкость с кипятильником).
Чернение меди - один из наиболее ответственных этапов изготовления абсорбера

В качестве жидкости для химического чернения можно использовать раствор едкого натра (60 г) и персульфата калия или надсернокислого аммония (16 г) в воде (1 л). Помните о том, что эти вещества представляют опасность для человека, а сам процесс окисления меди связан с выделением вредных газов. Поэтому обязательно применение защитных средств - респиратора, очков и резиновых перчаток, а сами работы лучше проводить на открытом воздухе или в хорошо вентилируемом помещении.
Из листа OSB вырезают детали для сборки корпуса гелиоколлектора - днище 1х2 м, боковые стороны 0,16х2 м, верхнюю 0,18х1 м и нижнюю 0,17х1 м панели, а также 2 опорные перегородки 0,13х0,98 м.
Рейку 20х30 мм нарезают на части: 1,94 м - 4 шт. и 0,98 м - 2 шт.
В боковых стенках делают отверстия Ø20 мм для входного и выходного патрубков, а в нижней части коллектора выполняют 3–4 сверления Ø8 мм для микровентиляции.
Отверстия необходимы для микровентиляции
В перегородках делают вырезы под трубки абсорбера.
Из реек 20х30 мм собирают опорную раму.
Воспользовавшись мебельными уголками и саморезами, раму обшивают панелями OSB. При этом боковые стенки должны опираться на днище - это позволит предотвратить прогиб корпуса. Нижнюю панель опускают на 10 мм от остальных, чтобы перекрыть её стеклом. Это не даст осадкам попадать внутрь рамы.
Устанавливают внутренние перегородки.
При сборке корпуса обязательно используют строительный угольник, иначе конструкция может получиться кособокой
Днище и бока корпуса утепляют минеральной ватой и укрывают рулонным теплоотражающим материалом.
Лучше использовать минеральную вату с влагоотталкивающей пропиткой
Абсорбер укладывают на подготовленное пространство. Для этого демонтируют одну из боковых панелей, которую затем ставят на место.
Схема внутреннего «пирога» гелиоколлектора
На расстоянии 1 см от верхнего края короба внутренний периметр сооружения обшивают деревянной рейкой 20х30 мм так, чтобы стенок касалась её широкая сторона.
По периметру проклеивают уплотнительную резинку.
Для герметичности используют обычный оконный уплотнитель
Укладывают стекло или стеклопакет, контур которого также обклеивают оконным уплотнителем.
Прижимают конструкцию алюминиевым уголком, в котором предварительно сверлят отверстия для саморезов. На этом этапе сборку коллектора считают завершённой.
В собранном виде тощина гелиоколлектора составляет около 17 см

Чтобы предотвратить попадание влаги и утечку тепла, на всех этапах стыки и места сопряжений деталей обрабатывают силиконовым герметиком. Для защиты конструкции от осадков древесину покрывают специальным составом и окрашивают эмалью.

Особенности установки и эксплуатации жидкостных нагревательных коллекторов

Для размещения гелиоколлектора выбирают просторное место, которое не затеняется весь световой день. Монтажный кронштейн или подрамник изготавливают из деревянных реек или металла с таким расчётом, чтобы наклон водонагревателя регулировался в пределах от 45 до 60 градусов от вертикальной оси.

Схема подключения гелионагревателя в системе с принудительным движением теплоносителя

Накопительный бак для уменьшения тепловых потерь размещают как можно ближе к установке. В зависимости от условий организуют естественную или принудительную циркуляцию теплоносителя. В последнем случае используют контроллер с термодатчиком, врезанным в выходной патрубок. Прокачка рабочей жидкости по контуру будет включаться, когда её температура достигнет запрограммированного значения.

Сезонно-работающую систему заправляют водой, тогда как круглогодичное использование солнечного водонагревателя требует применения незамерзающей жидкости. Идеальный вариант -специальный антифриз для гелиосистем, но для экономии используют и жидкости, предназначенные для автомобильных радиаторов или бытовых отопительных систем.

Видео: солнечный водонагреватель своими руками

Постройка гелиоколлектора - не только интересное и захватывающее занятие. Солнечный водонагреватель будет экономить ваш семейный бюджет и станет доказательством того, что защищать окружающую среду можно не только на словах, но и реальными делами.

Благодаря разносторонним увлечениям пишу на разные темы, но самые любимые - техника, технологии и строительство. Возможно потому, что знаю множество нюансов в этих областях не только теоретически, вследствие учебы в техническом университете и аспирантуре, но и с практической стороны, так как стараюсь все делать своими руками.

Горячая вода на даче или в частном доме - желанная роскошь, которой до сих пор похвастаться могут далеко не все. К счастью, можно своими руками с минимумом затрат создать солнечный водонагреватель, который обеспечит необходимым количеством горячей воды и при этом будет бесплатным в эксплуатации. Приятным бонусом является экологическая чистота такого оборудования.

Что такое солнечный нагреватель воды?

Для солнечных водонагревателей давно существует термин - гелиоколлектор. Но так как подобная техника заводского производства стоит в районе $300-400, она не получила распространения и используется лишь единицами. Однако сделать солнечный нагреватель под силу практически каждому. При этом размер экономии колоссальный, самодельный прибор будет стоить раз в 10 меньше.

Принцип работы солнечного нагревателя воды невероятно прост: его темная (желательно, черная) поверхность нагревается, то есть поглощает тепло, а затем отдает его воде. Чаще всего такие конструкции используются в летних душах, а также устанавливаются на крышах домов, подводятся к рукомойнику на кухне или к ванной комнате, если таковая имеется.

Примечательно, что работа самодельного гелиоколлектора не требует наличия насоса, не запитывается от электрической сети, то есть она полностью автономна. Для нагрева воды необходимо лишь наличие солнца, а оно в России исправно ярко светит 5-7 месяцев в году. Даже зимой самодельная солнечная батарея сможет неплохо нагреть воду.

Заводской коллектор - это прямоугольная черная пластина с пластиковой или стеклянной поверхностью, внутри которой находится металлическая пластина (плоский коллектор) или теплообменник - металлические/пластиковые трубочки с жидкостью (жидкостный коллектор). Так как нам необходим именно нагреватель воды, последний вариант подходит идеально, и мы будем рассматривать именно способ его изготовления.

С помощью солнечного водонагревателя можно нагреть воду в баке до 50 градусов, и этого более чем достаточно для мытья посуды или гигиенических процедур.

Конструкция солнечного водонагревателя

Структура солнечного водонагревателя невероятно проста:

Уточним, что при правильной установке солнечного водонагревателя нет необходимости в использовании насоса. Движение воды осуществляется благодаря конвекции. Теплая жидкость сама поднимается вверх по системе, уступая место холодной воде из бака.

Создание корпуса для водонагревателя

Справедливости ради уточним, что наличие корпуса в принципе не обязательно, если водонагреватель предполагается установить в одном определенном месте навечно. Но так как ничего вечного не существует, а в разные периоды года требуется устанавливать гелиоколлектор под разными углами, чтобы его поверхность была перпендикулярна солнечным лучам, лучше создать модель с корпусом. Это требует не так много усилий, а пользы будет больше.

Если в хозяйстве имеется ненужная оконная рама - она является готовым корпусом для солнечного водонагревателя. Если же рамы нет, ее можно быстро сделать своими руками.

Первое, с чем необходимо определиться - это размер корпуса. Вариантов множество, но чаще всего ширина составляет 40-80 см, а высота - 60-200 см. Но можно выбрать любые другие параметры, лучше подходящие к предполагаемым условиям использования.

Раму удобно выполнить из пластика, металла или дерева. Сгодится все, что есть под рукой. При этом высота профиля должна быть 3-6 см, чтобы внутри осталось достаточно место для закрепления теплообменника.

Когда рама готова, к ней прикрепляется дно: лист металла, пластика, фанеры и т. д. на выбор.

Создание абсорбера

Абсорбер или поглотитель - это по сути дно нашего корпуса. У него две задачи: удерживать теплообменник на месте и поглощать солнечное тепло. Чтобы задача поглощения выполнялась лучше, стоит проделать такие действия:

на дно уложить слой теплоизоляционного материала;
на теплоизоляцию уложить лист оцинковки (лучше медный лист, но это намного дороже);
окрасить металл матовой черной краской для наилучшего поглощения тепла.

Когда краска высохнет, переходим к созданию теплообменника.

Варианты теплообменника для солнечного водонагревателя

Существует несколько вариантов теплообменников при создании гелиоколлектора:

медный (металлический) радиатор;
«змейка» из пластиковой трубы;
сотовый полипропилен с продольными ячейками.

Наиболее высокий КПД имеет медный радиатор, состоящий из двух медных труб дюймового диаметра, между которыми параллельного друг другу расположено много труб меньшего диаметра (на подобие лестницы).

Но у такого теплообменника немало минусов: дороговизна меди, сложность создания (приходится все трубочки припаивать самостоятельно или оплачивать работу сварщика).

Для создания теплообменника из полипропилена необходим экструдер, поэтому в итоге изделие также будет стоить дорого.

Поэтому для бытового использования гораздо удобнее использовать черную пластиковую или металлопластиковую трубу 1/2 дюйма в диаметре. PEX или PEX-Al-PEX-труба укладывается «змейкой» вдоль абсорбера, закрепляясь скобами. Такую укладку с фиксацией можно выполнить всего за несколько минут.

Концы труб выводятся за пределы корпуса, на них устанавливаются соединительные муфты, с помощью которых будет осуществляться подсоединение к трубам, ведущим к баку.

Стекло для солнечного водонагревателя

Желательно, но не обязательно, закрыть корпус нагревателя стеклом, законопатить раму. Герметизация удержит больше тепла. Если нет борьбы за каждый градус, этот пункт можно опустить.

Вот и все: солнечный нагреватель своими руками сделан!

Выбор места для установки гелиоколлектора

Чтобы получить наилучший результат, необходимо правильно установить солнечный водонагреватель.

Место установки должно в любое время светового дня находиться под прямыми солнечными лучами, не попадать в тень.
Поверхность гелиоколлектора должна находиться под прямым углом к солнцу. Летом угол наклона = широта местности + 15. Зимой угол наклона = широта местности – 15. Зимой и весной, когда солнце низко ходит над горизонтом, допускается вертикальная установка.

Если же греть воду нужно непостоянно, солнечный водонагреватель легко демонтируется и убирается.

Когда все необходимые материалы под рукой, создание займет буквально пару часов. Удачи!

Солнечные нагреватели воды своими руками: делаем гелиоколлектор

Нефть значительно подешевела, это процесс политический, а не объективный. В бывших советских республиках рост курса доллара настолько высокий, что плата за отопление, горячую воду, цены на бензин и прочее растут. И конца этому процессу не видно. Будущее только за гелиоэнергетикой и возобновляемыми источниками тепла.

Солнце греет землю каждый день и совершенно бесплатно. Простой расчёт показывает, что при месячном расходе воды для мытья 100 литров на одного человека, то на её подогрев нужно затратить около 90 кВт*час в месяц или 1080 кВт*час за год.

При этом летним днём в Киеве при ясной погоде на площадку площадью 1 м2 солнце за час посылает 1 кВт*час энергии или в среднем 8 кВт*час за день. Очевидно, что если суметь использовать хотя бы часть этой бесплатной солнечной энергии для горячего водоснабжения, то можно получить значительную экономию.

Самой простой системой для солнечного водоснабжения дома является нагревательный бак. Это просто ёмкость для воды, которая греется днём солнечными лучами.

внешние черные коллекторы из пластиковых труб для нагревания воды

Тем не менее, такой простейший солнечный нагреватель очень эффективен для снабжения тёплой водой в летнее время и получил широкое применение для так называемого «летнего душа».

Карта солнечной радиации для Украины

Понятие солнечной активности в современной науке связано с термином «солнечная инсоляция». Под инсоляцией понимается количество радиации, полученное в течение одного светового дня, или, попросту говоря, степень «облучения» 1 м.кв. земли за конкретный промежуток времени. В данном контексте не стоит пугаться термина «радиация», поскольку здесь солнечное облучение является потенциально полезным энергетическим ресурсом а не источником опасности.

Специфика измерения уровня солнечной активности

Необходимые для просчета солнечной инсоляции данные отправляются со спутников NASA. Полученные величины сводятся к некоторому среднему показателю, что позволяет систематизировать информацию. Сложность заключается в том, что точно измерить количество попавшего на землю света невозможно, ведь процесс радиационного облучения подвергается воздействию множества факторов, например:

высота участка над уровнем моря и, соответственно, удаленность солнца от данной местности;
время года (также вносит коррективы в величину расстояния солнца от земли);
погодные условия (облачность, туманы и пр.);
угол падения солнечных лучей (различается по времени суток).

Даже при учете всех перечисленных факторов получаемую величину нельзя считать универсальной. Любая поверхность, препятствующая прямому попаданию солнечных лучей на поверхность земли, повлияет на точность полученных данных об уровне солнечной активности. Значение имеют даже такие мелкие детали, как наличие на территории ограждений.

С этой точки зрения наиболее привлекательны Запорожье, Днепропетровская и Луганская области, а также курортные Одесса, Херсон и Симферополь. Высоким уровнем активности считаются показатели в 5 kWh/m2/day, а на перечисленных территориях в летний период коэффициент зачастую превышает отметку в 6 единиц (рекордсмены здесь – Николаев и Херсон с показателями 6.03 и 6.04 соответственно). Но и в более холодные периоды монтаж солнечных коллекторов не будет лишним: средняя степень облучения за год варьируется от 3.34 единиц в Луганске до 3,58 в Симферополе.

Солнечные батареи , тем не менее, будут менее эффективны за пределами прибрежной зоны. Средние показатели по Украине сравнимы с коэффициентом солнечной активности в северном Хельсинки: 2.8 против 2.41 kWh/m2/day. Самыми неблагоприятными регионами для развития «солнечной» энергетики являются Ивано-Франковск и Черновцы, где средний показатель за год не превышает 2.99 kWh/m2/day.

Солнечный водонагреватель своими руками из подручных средств

Если нагревательный бак укомплектовать резервуаром для хранения теплой воды, то можно получить ещё более эффективную солнечную нагревательную установку, которая будет снабжать Вас тёплой водой летом и окупится за пару сезонов. Рассмотрим такой солнечный водонагреватель подробнее.

Самой важной частью солнечной системы, конечно, является сам нагревательный бак. Это может быть любая емкость для воды, например, стальной куб, бочка или несколько труб большого диаметра.

Лучше всего использовать для этой цели специальный бак для летнего душа из полиэтилена объёмом 200-300 литров. Такой бак имеет рациональную для нагрева плоскую форму, не ржавеет, окрашен в чёрный цвет для лучшего теплопоглощения и ввиду небольшого веса легко монтируется на крышу.

Если такой бак просто положить под прямые солнечные лучи, то в жаркий солнечный день вода в нём нагревается к концу дня до 40-45 ºС, чего вполне достаточно для бытовых нужд. Но если теплую воду не израсходовать вечером, то за ночь, к утру она остынет. Таким образом, тёплую воду невозможно использовать круглосуточно. Очевидно, для устранения этого недостатка нужно «остановить» потери тепла от нагретой воды. Это можно сделать либо утеплением нагревательного бака в конце дня, либо сливом тёплой воды в утеплённую ёмкость.

Учитывая, что большинство частных домашних хозяйств используют газовые и электрические бойлеры, то выгодно использовать их для хранения тёплой воды из нагревательного бака. Так же в отличие от утепления нагревательного бака, процесс слива менее трудоёмкий, не нужно подниматься к месту установки бака. Более того, поскольку в пасмурный день вода в нагревательном баке нагревается лишь до 25-30 ºС, её в любом случае придётся догревать.

На рисунке изображена схема работы простейшей системы для подогрева воды солнцем, которую можно собрать своими руками. Водонагревательная система состоит из нагревательного бака, бойлера, а так же водопровода с тремя кранами. Сначала закрывается кран (3), кран (1) и (2) открыты. Вода из напорного водопровода (синий цвет) подаётся в нагревательный бак. После наполнения бака, напорный водопровод закрывается краном (1). В конце дня, когда вода в нагревательном баке нагреется и её нужно будет слить в бойлер, для этого открывается кран (3). Если же нагревательный бак не нужно использовать, то можно просто закрыть кран (2) и бойлер используется в обычном режиме.

Степень наполнения бака удобно контролировать датчиком уровня воды, который можно закрепить на крышке бака. Для водопровода хорошо подойдут металлопластиковые или полипропиленовые трубы для холодной воды (поскольку в системе низкое давление).

Такой способ подогрева воды чрезвычайно прост, но у него есть два серьёзных недостатка:

– необходимо ежедневно наполнять и сливать нагревательный бак;

– получить подогретую воду можно только при тёплой погоде, при температуре воздуха выше +20 ºС.

Пассивный солнечный водонагреватель

Чтобы подогревать воду солнечным теплом не только в теплую погоду, но и в более прохладное межсезонье (март, апрель, сентябрь, октябрь), нагревательный бак не может быть использован из-за слишком высоких теплопотерь. Для этого его придётся заменить более эффективным солнечным коллектором. В интернете можно найти немало описаний эффективных активных солнечных систем, требующие использования автоматики. Но рассмотрим максимально простую и удобную пассивную систему солнечного водонагревателя, то есть такую, которая работает сама по себе без использования насоса.

Прежде всего, нужно сделать солнечный коллектор. Если проанализировать множество известных конструкций солнечных коллекторов, то можно прийти к выводу, что определяющим фактором для надёжности, стоимости и простоты сборки солнечного коллектора является материал его теплообменника. Самыми надёжными считаются металлические трубы, например, тонкостенные медные или стальные, но они стоят дорого, а их сборка трудоёмка. К тому же теплообменник с металлическими трубами обладает значительным весом, что требует прочного короба и усложняет установку.

Более удобны и дешевы теплообменники из полипропиленовых и металлопластиковых труб, но термические деформации при нагревании солнцем и большое количество соединений, увеличивает вероятность протечки и так же повышает трудоёмкость при сборке.

Всех этих недостатков лишен теплообменник из садового шланга. Его сборка заключается лишь в том, что шланг нужно скурить в виде спирали. Отсутствие соединений и гибкость шланга гарантирует отсутствие протечек, а длина шланг позволяет подвести воду непосредственно от коллектора к трубопроводу внутри дома без промежуточных соединений.

Простейший солнечный коллектор из садового шланга изображен на рисунке. Он состоит из оконного стекла (1), шланга (2) и пенопласта в качестве теплоизоляции и основы (3). Принцип его работы очень прост – коротковолновое солнечное излучение проходит через стекло, нагревает шланг с водой. От нагретого шланга начинается излучение уже длинноволнового спектра, которое значительно отражается стеклом. Таким образом, солнечные лучи попадают в так называемую «тепловую ловушку». При установке солнечного коллектора оптимальный угол наклона будет 35º летом и 40º весной-осенью.

На рисунке изображена схема подключения солнечного коллектора к бойлеру. Перед началом нагревания воды солнечным коллектором необходимо заполнить шлангу водой и вытеснить из него воздух. Для этого закрывается кран (2) и для слива воды открывается горячий кран сантехнического прибора (6). Вода из напорного водопровода (1) начинает поступать в солнечный коллектор (4). После того как в сливной воде перестанут подмешиваться пузырьки воздуха, значит – в коллекторе воздушных пробок нет. Далее открывается кран 2 и холодная вода из бойлера под действием термосифонного эффекта (при нагревании коллектора солнцем) начинает перетекать в коллектор. Для отключения солнечного коллектора и использования нагретой воды или работы бойлера в обычном режиме нужно закрыть кран (3).

Как видим, работа этого бойлера не требует сложного и дорого оборудования, единственный минус такой простой системы это то, что нужно периодически включать и отключать подачу воды в солнечный коллектор краном (3). При пасмурной погоде нагрев воды таким солнечным коллектором происходит частично, остальную часть будет «догревать» бойлер, что всё равно даёт экономию. Учитывайте при этом, что при пасмурной погоде или в межсезонье бойлер должен будет включаться на нагрев в конце дня, то есть когда вода в коллекторе уже не нагревается. Иначе при нагревании воды в коллекторе ТЭН’ом она перестанет циркулировать.

Для расчёта необходимой производительности солнечного нагревателя нужно учитывать, что 1 метр шланга наружным диаметром 25 мм ясным днём при +25 ºС нагревает 3,5 литра горячей (до + 45 ºС) воды. А при +32 ºС нагревает 3,5 литра горячей до + 50 ºС. Количество средних солнечных часов на протяжении года для г. Киев указанно в таблице 1.

Например, при длине шланга в коллекторе 10 м в мае производительность солнечного коллектора составит 3,5л*10м*8ч=280 литров горячей воды в день.

Нижняя граница наружной температуры воздуха, при которой наблюдается экономия при ясной погоде, будет +5 до +8 ºС. При заморозках воду из коллектора лучше всего слить, хотя данная конструкция устойчива к замораживанию.

Шланг для такого солнечного водонагревателя подойдёт из резины или армированный из ПВХ. Внутренний диаметр шланга не должен быть менее 19 мм, можно и больше. Но если диаметр будет меньше, то значительно повышается гидравлическое сопротивление системы, что замедляет естественное перемешивание воды за счёт термосифонного эффекта. Так же, пишет iBud.ua, не желательно выбирать шланг с толщиной стенки менее 2,5 мм, так как шланг с тонкими стенками плохо держит форму и часто перегибается. Садовый шланг не дорог. Так, армированный шланг из ПВХ с внутренним диаметром 19 мм и толщиной стенки 3 мм в зависимости от производителя стоит от $2 до $3 за метр.

Предпочтительно выбирать шлаг черного цвета или темных тонов для лучшего теплоусвоения. Разница, правда, не сильно большая. Например, белый шланг усваивает солнечное тепло примерно на 5% хуже, чем черный. Но дополнительные 5% лишними не будут.

Для перемешивания воды с помощью термосифонного эффекта сама форма шланга не имеет значения, поскольку вода в шланге равномерно прогрета, важна разница уровней между холодной водой в бойлере и горячей водой в коллекторе. Поэтому для возникновения устойчивого термосифонного эффекта бойлер должен быть приподнят над верхней частью солнечного коллектора по крайне мере на 60 см. Так же нужно стараться максимально уменьшить длину подводящего трубопровода, поскольку, чем длиннее трубы, тем больше сила трения, которая препятствует перетеканию воды из коллектора в накопитель (бойлер).

Чтобы снизить теплопотери конвенцией, задняя часть шланга утеплена пенопластом. Так же надо загерметизировать зазор между стеклом и пенопластом. Для этого можно подложить между стеклом и пенопластом мягкую прокладку из поролона или склеить стекло и пенопласт клеем на водной основе (клеи с органическим растворителем могут растворить пенопласт). Например, можно использовать клей для пенопласта или клей ПВА.

Для фиксирования формы шланга солнечного нагревателя в виде спирали, он привязывается к какой либо трубке или бруску. Чтобы закрепить его на пенопласте его достаточно просто привязать.

Стекло обязательно нужно использовать оконное. Органическое стекло или полимерная плёнка не подойдут, так как они очень плохо задерживают длинноволновое излучение. Между стеклом и поверхностью шланга должен быть зазор 12-20 мм. На стекле не должно быть отражающих селективных покрытий (i-стекло), такое стекло отражает значительную часть солнечного излучения.

Что касается выбора между одинарным и двойным остеклением, то тут нужно учитывать два фактора. При двойном остеклении меньше теплопотери, но больше коэффициент отражения солнечного света. А поскольку чем выше температура окружающего воздуха, тем меньше теплопотери, то получается:

– если солнечный нагреватель будет использоваться преимущественно в тёплое время года, то лучше одинарное остекления;

– если же в прохладное, то тогда выгоднее становится двойное.

Выводы шланга, которые выходят наружу, для снижения теплопотерь нужно теплоизолировать. Для теплоизоляции внутри отапливаемого помещения и при протяжении водопроводов не более 3 м достаточно использовать обычную мягкую теплоизоляцию из пенополиэтилена для труб.

Для более протяженных участков, а так же для теплоизоляции наружных трубопроводов нужно использовать более мощную жесткую теплоизоляцию для труб из фольгированного пенополиуретана.

Подсоединять шланг к трубопроводу можно с помощью хомута для резиновых труб, для этого шланг туго надевается на трубу и зажимается хомутом. Оптимально, чтобы внутренний диаметр шланга был равен диаметру трубы, на которую он будет надеваться.

Описанная конструкция пассивного солнечного нагревателя с коллектором может сэкономить до 80% энергии для горячего водоснабжения летом и до 40% весной и осенью, что за год составит около 400 кВт*час сэкономленной энергии на одного человека.

Приблизительно на 80% территории Украины уровень инсоляции не опускается ниже 3 единиц, что в сравнении с другими странами Европы является очень перспективным результатом. А значит, установка солнечных коллекторов может стать новым витком в развитии энерготехнологий как Украины, так и других южно-европейских областей.

Солнечный водонагреватель своими руками, Зеленый Путь

Дом, Семья – скачать книги или читать онлайн, 20 тысяч аудиокниг всех рубрик бесплатно Зарубежная прикладная и научно-популярная литература (1127

Солнечный водонагреватель своими руками

Как сделать солнечный водонагреватель своими руками

Традиционные источники энергии, такие как газ, уголь, электричество, ежегодно дорожают. Энергия солнца бесплатна, неисчислима и неисчерпаема. Необходимо только разобраться с тем, как это устроено и как работает. Подсчитать выгоду и уяснить достоинства установки солнечных батарей или коллекторов. В данной статье мы и попытаемся разобрать все эти моменты, рассмотрим работу солнечного коллектора и расскажем о том, как самостоятельно сделать солнечный водонагреватель.

Установка в загородном доме солнечного коллектора, вполне может обеспечить проживающих в нем людей горячей водой на протяжении всего года. Гелиосистема - это комплекс, который включает в свою конструкцию два идентичных блока солнечных коллекторов, а так же аванкамеру и, конечно же, накопительный бак. В работе гелиосистемы заложен принцип парника. То есть, энергия солнца, беспрепятственно проходит через стекло и попадает в темное пространство. Таким образом, солнечная энергия преобразуется в энергию тепловую и не в состоянии выйти из гелиоустановки наружу. Находящаяся внутри вода нагревается под действием этой самой энергии и по законам физики поднимается вверх по системе, вытесняя при этом более холодную воду и двигая ее в место нагревания. Особого внимания заслуживает система термоизоляции, благодаря которой тепловая энергия может не только накапливаться внутри установки, но и сохраняться в ней в течение достаточно длительного периода времени.

Надо сказать, что существует множество разнообразных конструкций и вариантов водонагревателей данного типа. Однако в качестве примера рассмотрим не самую сложную и даже напротив, более простую модель, которую можно без особого труда выполнить своими руками. В основе такого водонагревателя заложен специальный коллектор, выполненный в виде радиатора из U-образных стальных трубок. Выполнен данный радиатор внутри деревянной конструкции и имеет вид короба, верхняя часть которого закрыта прозрачным стеклом. Для подвода к водонагревателю воды, используются дюймовые трубы. Для решетки используются трубы более маленького диаметра. К примеру, можно выполнить радиатор из пятнадцати трубок, длина каждой из которых будет составлять около полутора метров. Доски для сооружения короба радиатора должны быть около пятнадцати сантиметров шириной и иметь толщину не менее трех сантиметров. Днище короба можно выполнить из оргалита, а так же других подобных ему материалов. Укрепляется конструкция короба при помощи деревянных реек. Помните, что для более эффективной работы водонагревателя необходимо как можно качественнее выполнить его теплоизоляцию. Для этого можно использовать любые находящиеся у вас под рукой материалы. Теплоизоляция укладывается непосредственно на дно короба, после чего, сверху закрепляется жестяной лист или же лист оцинкованного железа. Сверху устанавливается сам радиатор, который необходимо жестко зафиксировать. Трубы и лист, которые находятся на дне короба, будет правильно окрасить в черную краску. С наружной же стороны, короб лучше окрасить серебрянкой, сократив этим потери на излучении тепла. Стеклянную поверхность короба необходимо посадить на герметик. Повышенное внимание, при сборке конструкции, необходимо уделять всем соединениям и стыкам, герметичности которых можно добиться при помощи специальных герметиков, пеньки и краски.

Накопителем может послужить любая вместительная емкость, будь то большой бак, бочка или прочая тара. Можно так же использовать несколько таких емкостей, при условии, что все они будут объединены в одну единственную общую конструкцию. Емкости, как и основная установка, должны быть окрашены серебрянкой. Оптимальная вместительность накопительного бака в каждом случае разная, однако, в среднем она составляет около трехсот литров.

Для того чтобы в системе водоснабжения загородного дома было давление, потребуется аванкамера, которая будет нести функцию расширительного бачка. Изготовить примитивную аванкамеру можно при помощи любой удобной емкости, вместительность которой составляет около 30-40 литров. Ее автоматическая работа должна обеспечивается путем обустройства в ней поплавково-клапанной системы, которая работает по принципу сливного бачка.

Самое удобное и рациональное место для размещения накопителя и аванкамеры на чердаке загородного дома. Емкости должны находиться в специальном теплоизолирующем коробе. Прежде чем преступить к установке емкостей на чердак, убедитесь, что потолочные перекрытия смогут выдержать вес полного воды бака. Аванкамера устанавливается в непосредственной близости с накопителем и монтируется так, чтобы уровень воды в ней был выше уровня воды в накопителе сантиметров на 80-100. Сами же солнечные коллекторы, необходимо расположить на южной стороне крыши загородного дома под углом около 30-45 градусов к горизонту.

Как уже говорилось выше, элементы самодельной гелиоустановки соединяются в единое целое при помощи дюймовых и полудюймовых труб. Трубы в пол дюйма используются для монтажа частей системы, которые отвечают за ввод холодной воды, соединения с аванкамерой, а так же вывод уже нагретой воды из накопителя. Дюймовые трубы применяются для монтажа низконапорных частей солнечного водонагревателя. Выполнять монтаж системы, необходимо уделяя особое внимание ее герметичности и обеспечивая отсутствие в ней воздушных пробок.

После выполнения монтажа всей системы, трубы необходимо обмотать каким либо практичным и современным теплоизоляционным материалом, после чего их необходимо покрыть серебрянкой. Собранная система заполняется водой через через специально оборудованные внизу радиаторов дренажные вентили. Система заполняется пока вода не станет литься из дренажной трубы аванкамеры. Такой вариант заполнения системы исключает появления в ней воздушных пробок.

На следующем этапе необходимо выполнить подключение аванкамеры к вводу холодной воды и открытия расходного вентиля. Если система собрана верно, то уровень воды в аванкамере должен начать снижаться, тем самым открыв поплавковый клапан. Необходимого уровня воды в аванкамере можно добиться, выгнув стержень поплавка небольшой дугой.

Как только система полностью заполнится водой, радиаторы начнут ее нагревать. Нагрев и соответственно циркуляция в системе воды происходит постоянно, пока температура во всей системе не уровняется и не станет такой же, как на выходе из радиаторов. По мере расходования теплой воды, будет срабатывать клапан, открывая тем самым забор новой партии холодной воды, которая тут же начнет циркулировать и нагреваться. Интересно, что недавно поступившая в систему холодная вода, никоим образом не перемешивается с теплой нагретой водой.

Когда на небе нет солнца, то есть в ночное время или же пасмурные дни, для того чтобы избежать потери тепла, необходимо заранее предусмотреть специальный вентиль, закрывая который, можно препятствовать оттоку теплой воды в обратную сторону.

Если температуры нагреваемой воды не достаточно, то можно попытаться увеличить производительность системы, путем ввода в радиаторы дополнительных секций трубок.

Какие преимущества дает солнечный водонагреватель и как изготовить его своими руками?

Использование солнечного тепла для нагрева воды – далеко не новое изобретение, которое широко используется и в наше время.

Наверное, любому известен «летний душ», установленный на огромном количестве дачных участков.

Но по каким-то непонятным причинам мало кто из владельцев подобных «солнечных водонагревателей» задумывается об усовершенствовании этого устройства.

Ведь даже обычная полиэтиленовая пленка, натянутая на каркас вокруг бочки с водой создаст своеобразный «парник» и заметно увеличит скорость нагрева.

Да и в течение дня может погода может кардинально измениться.

Получается, что нагретая в бочке вода остынет, не принеся никакой пользы.

Существует несколько вариантов изготовления, но принцип действия у них идентичен.

Рассмотрим одну из наиболее простых вариаций.

Схема установки солнечного водонагревателя изображена на рисунке.

Основные элементы конструкции водонагревателя - солнечный коллектор и накопительный бак для воды.

Их можно устанавливать как в единичном экземпляре, так и создать цепь из 2-3 коллекторов или такого же количества бочек.

Вода, нагретая в радиаторе, в результате тепловой конвекции поднимается в накопитель, откуда ее можно брать для бытовых нужд.

Коллектор представляет собой теплоизолированный короб, застекленный с одной стороны.

Внутри него располагаются трубы теплообменника.

Радиатор может быть изготовлен двумя способами: в виде решетки или змеевика.

Самостоятельно согнуть трубу в форме змеевика достаточно проблематично, но если у вас имеется старый ненужный холодильник, можно снять с него уже изогнутые трубки.

Если вы будете изготавливать решетку самостоятельно, то следует учитывать теплопроводность труб.

Лучше всего использовать тонкостенные трубы (толщина материала до 1,5 мм) диаметром 15-20 мм.

Общее количество труб на одну решетку – 15-21, длина – 1,6 м.

Для их соединения используются подходящие по размеру тройники.

В качестве подводящих труб оптимальными будут водопроводные, диаметром дюйм или ¾.

В связи с тем, что общая площадь поверхности труб совсем невелика, большое количество солнечных лучей попросту не используется.

Для увеличения КПД применяют тонкие металлические пластины, примыкающие к решетке радиатора.

Трубы и абсорбер должни прилегать друг к другу максимально плотно.

Хорошим вариантом будет использование термопасты.

Для большей эффективности листы металла и трубы окрашивают темной краской.

Короб коллектора изготавливается из досок, имеющих толщину 25-30 мм, а для дна подойдет лист влагостойкой фанеры или оргалита.

Также для изготовления можно использовать алюминиевые листы.

Трубы в коробе закрепляются с помощью хомутов.

Сверху короб закрывается стеклом или поликарбонатом, а все швы герметизируются.

В качестве накопителя подходит 200-300-литровый бак.

Для снижения теплопотерь его желательно утеплить.

Например, можно соорудить вокруг бака фанерный или деревянный короб, а межстеночное пространство заполнить любым теплосберегающим материалом.

Для этой цели подойдет все что угодно – от соломы до минеральной ваты.

Так как в ночное и вечернее время температура на улице заметно понижается, тепло от бака будет уходить в окружающую среду, а вода начнет опускаться обратно в радиатор.

Чтобы этого избежать, необходимо установить запорный вентиль и перекрывать его в прохладное время.

Вода в баке может иметь температуру до 70°С, поэтому рекомендуется установить смеситель, к которому подсоединены труба с холодной водой и теплой водой из бака.

Сборка всей системы осуществляется следующим образом.

Соединяются все элементы коллектора: в короб укладывается слой утеплителя, затем листы абсорбера и трубы радиатора.

Последний этап – остекление и герметизация швов.

Оптимальный угол наклона конструкции по отношению к Солнцу – 10-30°.

На крыше дома или специальном каркасе-стойке закрепляется водосборник водонагревателя с подведенными к нему трубами для лучшего нагрева от солнечной энергии.

Обе части конструкции соединяются, обеспечивается поступление холодной воды в солнечный коллектор.

Все резьбовые соединения обрабатываются герметиком.

Примерные цены на элементы конструкции солнечного водонагревателя:

3 тюбика силиконового герметика – 150 рублей.
Лист оцинковки для абсорбера – 300 рублей.
Утеплитель – от 150 рублей в зависимости от вида.
Трубы медные – от 100 рублей, змеевик от холодильника – бесплатно.

Таким образом, потратив день-два на изготовление конструкции, а также небольшую сумму на покупку материалов, можно изготовить солнечный водонагреватель для дома на даче, которому позавидуют многие соседи.

Использование солнечного водонагревателя, сделанного своими руками, на даче

Летом как никогда велика потребность освежиться и принять душ. Но на дачном участке сделать это бывает несколько проблематично. Для таких случаев будет о