Използването на безплатна слънчева енергия е добър начин да спестите гориво и електроенергия, изразходвани за отопление на частен дом. Масовото използване на слънчеви системи е възпрепятствано от високата цена на топлинните приемници и свързаното с тях оборудване - резервоар за съхранение, циркулационна помпа, електронен блок за управление и други фитинги. Единственият начин за намаляване на разходите е да направите слънчев колектор със собствените си ръце от евтини материали и да сглобите стандартна схема за обтягане.
Принципът на работа на слънчевите нагреватели
Преди да започнете производството на домашна слънчева система, струва си да проучите устройството на фабрично направени слънчеви колектори - въздух и вода. Първите се използват за директно отопление на помещения, вторите се използват като бойлери или охлаждаща течност без замръзване - антифриз.
Референтен. Въздушните инсталации не са много популярни поради ограничената функционалност. Слънчевите бойлери са по-търсени, тъй като могат да осигурят отопление, топла вода и повишаване на температурите във външните басейни.
Основният елемент на слънчевата система е самият слънчев колектор, предлаган в 3 версии:
- Плосък бойлер. Това е запечатана кутия, изолирана отдолу. Вътре е радиатор (абсорбер), изработен от метален лист, върху който е фиксирана медна намотка. Горната част е покрита с трайно стъкло.
- Дизайнът на колектора на въздушния нагревател е подобен на предишния вариант, само въздухът, циркулиран от вентилатора, циркулира през тръбите вместо охлаждащата течност.
- Устройството на тръбния вакуум колектор е коренно различно от плоските модели. Апаратът се състои от трайни стъклени колби, в които се поставят медни тръби. Краищата им са свързани с 2 магистрали - захранване и връщане, въздухът от колбите се изпомпва.
Добавяне. Има и друг вид вакуумни бойлери, при които стъклените колби са плътно затворени и се пълнят със специално вещество, което се изпарява при ниска температура. По време на изпаряването газът абсорбира голямо количество топлина, прехвърлена във вода. В процеса на пренос на топлина веществото се кондензира отново и тече към дъното на колбата, както е показано на снимката.
Изброените видове колектори използват принципа на директен пренос на топлината на слънчевата радиация (в противен случай - инсолация) към течащата течност или въздух. Плоският бойлер работи така:
- Вода или антифриз се движи през меден топлообменник със скорост 0,3-0,8 m / s, изпомпвана от циркулационна помпа (въпреки че има гравитационни модели за външни душове).
- Слънчевите лъчи нагряват абсорбиращия лист и тръбата на намотката, плътно свързана с него. Температурата на течащата охлаждаща течност се повишава с 15-80 градуса, в зависимост от сезона, времето на деня и времето на улицата.
- За да се изключат загубите на топлина, долната и страничните повърхности на тялото са изолирани с полиуретанова пяна или екструдирана пенополистирол.
- Прозрачното горно стъкло има 3 функции: предпазва селективното покритие на абсорбера, не позволява на вятъра да духа намотката и създава запечатана въздушна междина, която задържа топлината.
- Горещият топлоносител влиза в топлообменника на резервоара за съхранение - буферен резервоар или котел за индиректно отопление.
Тъй като температурата на водата във веригата на апарата се колебае с променящите се сезони и дни, слънчевият колектор не може да се използва за отопление и топла вода директно. Енергията, получена от слънцето, се прехвърля към основния топлоносител през намотката на резервоара - батерията (котела).
Изключение правят слънчевите инсталации за басейни, които загряват водата в резервоара директно или чрез обикновен топлообменник.
Ефективността на тръбния апарат се повишава чрез вакуум и вътрешна отразяваща стена във всяка колба. Слънчевите лъчи свободно преминават през безвъздушния слой и затоплят медната тръба с антифриз, но топлината не може да преодолее вакуума и да излезе навън, така че загубите са минимални. Друга част от радиацията влиза в рефлектора и се фокусира върху водната линия. Според производителите ефективността на инсталацията достига 80%.
Ние правим колектор за вода
Водонагревател тип вакуум не може да се направи у дома по очевидни причини. Следователно ние заемаме плосък дизайн с топлообменник и абсорбиращ колектор, събиращ слънчева светлина. В идеалния случай трябва да изчислите площта на приемника и температурата на изходящата вода, което зависи от много фактори:
- регион на пребиваване и ниво на инсолация;
- температура на околната среда, особено през зимата;
- площта на топлообменната повърхност, възприемаща излагане на слънце;
- материал намотка и покритие;
- температура на входящата охлаждаща течност;
- ъгълът на панела спрямо слънцето;
- дебит на водата през топлообменните тръби.
В интернет не е трудно да намерите изчисления на работата на слънчевия колектор, но ви предупреждаваме - изчисленията са много неточни.
Пример. Фактът е взет за основа: в ясен ден 500-800 W слънчева енергия попада на 1 m² повърхност. Освен това, използвайки училищната формула m = Q / 1.163 x Δt, ние определяме масата на водата, загрята на 40 ° C, с топлообменник от 1 м²: 500 / 1,163 х 40 = 10,7 литра на час. С инсулация от 800 W / m², 17,2 l / h може да се нагрее. Но дяволът е в детайлите: първоначалната цифра от 0,5-0,8 кВт на квадратен метър е много приблизителна цифра.
Ние предлагаме опростен подход към проблема, описан в инструкциите стъпка по стъпка:
- Определете мястото и района, които сте готови да дадете на колекционера.
- Въз основа на цените на материалите изберете подходящата опция за сглобяване на бобината и корпуса.
- Направете прототип, свържете се с отопление или водоснабдяване съгласно правилната схема. Ще покажем методите на свързване в следващите раздели на тази статия.
- Изпробвайте отоплителния кръг у дома и направете допълнителни заключения за увеличаване / намаляване на мощността, промяна на дизайна и т.н.
Сега ще преминем през всеки етап поотделно, като се съсредоточим върху клонките.
Поставяне на топло инсталация
Всъщност има само две възможности за местоположението на домашния колектор: на покрива на сградата или на откритата площ на къщата. Когато избирате място, следвайте прости правила:
- Мястото трябва да бъде осветено възможно най-много през деня, да не е затъмнено от дървета и други стопански постройки.
- Когато се монтира на покрива, се избира по-нежен наклон, където винаги се получава слънчева радиация. Ясно е, че стръмната част на счупения мансарден покрив няма да работи.
- Не вземайте инсталация за топла вода, предназначена за отопление или захранване с топла вода далеч от дома ви. Дължината на захранващите тръбопроводи, загубите на топлина и разходите за монтаж ще се увеличат.
- Ориентирайте земния колектор, така че слънцето, визуално движещо се от изток на запад, постоянно осветява радиатора. Ъгълът на монтаж на панела е 60 ± 15 °.
Забележка. Ефективността на нагревателния елемент може да се увеличи с помощта на параболичен слънчев концентратор, който събира лъчи в един лъч, който се изпраща към абсорбера. Методите за изграждане и сглобяване на вдлъбнатото огледало са показани във видеото.
Слънчевите инсталации, предназначени за загряване на вода в летен душ, са разположени на покрива на тази сграда и са свързани чрез гравитация. Устройствата за отопление на басейни са разположени до купата на резервоара.
Избор на материал
Направихме подбор на аксесоари за производството на слънчеви бойлери на базата на рецензии и теми, обсъдени в популярния форум Forumhouse. Така че, правоъгълната кутия на приемника обикновено е направена от дървена греда или готови рамки от стари прозорци. Задната стена на корпуса е изолирана с базалтова вата, пенополистирол или екструдирана пенополистирол.
Бакшиш. Дъното на кутията може да бъде направено от фолио изолация от полимер. Металният слой ще служи като абсорбатор - не е необходимо да поставяте допълнителен лист.
Домашните майстори правят топлообменници от най-различни тръби:
- черен полиетилен (HDPE);
- гофрирана неръждаема стомана;
- мед и алуминий;
- полипропилен и метална пластмаса;
- омрежен полиетилен;
- панелни стоманени радиатори.
От гледна точка на ефективността и издръжливостта е по-добре да се използват тръби, изработени от алуминий, мед и неръждаема стомана, които имат най-добрата топлопроводимост. Липсата на материал е високата цена.
Пластмасовите тръби са много по-евтини от металните тръби и са по-лесни за инсталиране. Но когато използвате полимери, трябва да се вземат предвид редица нюанси:
- всякакви пластмаси постепенно се влошават под въздействието на ултравиолетовото лъчение;
- стените на PPR тръбите са прекалено дебели, лошо провеждат топлина;
- висококачествената пластмаса е твърде скъпа за нашите цели и евтината често стратифицира на завои и бързо се срива на слънце;
- омрежен полиетилен „помни“ първоначалния завой в залива, удобно е да се направи пръстеновидна намотка от него и изправянето не е лесно;
- HDPE тръби, които трябва да закупите хранителна серия (със синя ивица), тя е по-добре защитена от ултравиолетово лъчение.
Референтен. Най-простата версия на топлообменника в басейна е черен градински маркуч, положен с "охлюв". Минусът на материала е напукване на каучук от продължително излагане на слънце.
HDPE тръбите с тънки стени са отличен избор по отношение на съотношението цена / качество. Черната повърхност абсорбира добре слънчевата топлина, свързващите фитинги са евтини. Тръбопроводът е прикрепен към абсорбера с пластмасови скоби или калаена лента на винтовете.
Като абсорбиращ лист може да се използва обикновена или неръждаема стомана, боядисана в черно. Идеалният вариант е листов алуминий или мед.
Горната част на кутията е затворена със следните прозрачни материали за избор:
- обикновено или подсилено стъкло;
- прозрачна пластмасова обвивка;
- тънък клетъчен поликарбонат.
Бакшиш. Не използвайте готови прозорци с двоен стъклопакет от пластмасови прозорци като полупрозрачен елемент. През зимата, с голяма температурна разлика между уличния въздух и затворената колекторна камера, двуслойният пакет не издържа и се напуква.
Препоръки за монтаж
Процесът на производство на слънчев колектор е толкова очевиден, че няма смисъл да рисувате стъпка по стъпка инструкции. Задачата е да се направи възможно най-херметичната камера чрез инсталиране на топлообменник върху метален абсорбатор вътре. Просто ще дадем някои съвети, за да ви предпазим от грешки:
- Топлообменните тръби могат да се поставят надлъжно или със спирала (охлюв). Направете разстоянието между съседни линии (завои) малко - от 1 до 4 cm.
- Въздушната плътност на кутията се постига чрез смазване на фугите със силиконов уплътнител или чрез полагане на гумени уплътнения.
- Тръбите са прикрепени към основата по всякакъв удобен начин - с пластмасови скоби, метална лента или просто фиксирани отстрани с самонарезни винтове.
- Цялата вътрешна кухина е боядисана с топлоустойчив черен емайл (продава се в аерозолни кутии).
- Дебелината на изолационния слой на гърба на бойлера е най-малко 50 мм.
- Най-лесно е да издърпате прозрачен филм отгоре - това е най-добрият вариант за прототип. Впоследствие не е трудно да се замени стъклото.
Още една препоръка. Дървените части трябва да бъдат третирани с антисептик.Покрийте рамката, заварена от стоманени профили, с грунд и 2 слоя лека боя.
След сглобяване на панела на радиатора, напълнете бобината с вода и проверете за течове. След това тествайте слънчевия колектор - свържете изхода към резервоара, инсталирайте панела на слънце и периодично измервайте температурата на водата, като вземете предвид времето за отопление. Въз основа на реални индикатори е лесно да се определи работата на бойлер.
Електрическа схема
Колектор, предназначен за загряване на вода под душа, е свързан към резервоар за съхранение чрез гравитационен поток. Важно условие: слънчевата инсталация трябва да бъде разположена под основния резервоар, така че горещата вода с по-ниска плътност да се издига през тръбата и да измества студената. Дизайнът на такава система е показан на чертежа.
Когато е свързан към котел или топлинен акумулатор, слънчевият колектор действа като пълноценен източник на топлина. Производителите на слънчевата система предлагат използването на двутръбна схема за налягане, която включва необходимите свързващи елементи:
- циркулационна помпа, развиваща налягане от 0,4 бара;
- тип мембрана за разширителен резервоар;
- автоматичен отдушник;
- предпазен клапан, проектиран да работи при налягане от 2 бара;
- манометър;
- термометър;
- спирателни вентили, допълващ клапан;
- контролер с два сензора за температура;
- топлоизолация за захранващи тръбопроводи.
Важен момент. Ако към буферния резервоар е свързана батерия от няколко колектора, капацитетът на помпата и обемът на разширителния резервоар трябва да се увеличат. Минималният капацитет на мембранния резервоар е 10% от общото количество охлаждаща течност във веригата.
Схемата работи така:
- Радиаторът се закрепва към долната намотка на буферния резервоар, където водата е по-студена.
- Контролерът с помощта на сензори сравнява температурата на водата (антифриз) в захранващата тръба и топлинния акумулатор.
- Електронният блок спира помпата, когато температурата на водата в резервоара е равна или по-висока от температурата на потока.
- Въздухът, който влиза във веригата, се изпуска през автоматичен клапан, инсталиран в горната част на системата.
- В случай на прегряване на охлаждащата течност поради спиране на помпата (невъзможно е да изключите слънцето), предпазният клапан ще работи и ще освободи излишното налягане.
Най-скъпият верижен елемент е електронен блок за управление. Как мога да направя без контролер:
- купувайте на Aliexpress по-евтин термостат, задействан от температурна разлика;
- задайте таймер за ден и нощ и механичен термостат, за да изключите помпата, когато буферният резервоар е на максимална топлина.
Как работи евтиният китайски блок за управление (цена - 15 долара), вижте във видео ревюто:
Слънчево отопление
Монтирането на въздушно отопление се извършва по подобен начин, само топлообменникът е направен от тръби с по-голям диаметър, а вентилаторът се осигурява от вентилатора. Приемникът за радиация е изработен от майстори от следните материали:
- алуминиево гофриране за вентилация;
- пластмасови бутилки, поставени една в друга;
- издълбани кутии бира.
В кутията са направени 2 дупки за въздушни тръби, вътре е положена фина мрежа, което елиминира проникването на насекоми. Вентилаторът - охладител от компютъра - е инсталиран на един от отворите, топлообменната част е боядисана в черно. Захранващите тръби са изолирани и поставени в отопляемо помещение. Алгоритъмът за сглобяване на въздушния колектор е показан във видеото:
Заключение
Атрактивността на слънчевите колектори се дължи на нарастващите цени на енергията. Въпреки че работата на бойлерите намалява през зимата, слънчевата топлина осигурява значителни икономии на разхода на гориво от основния източник - котела. Ако искате да отоплявате вашата селска къща възможно най-много с безплатна слънчева енергия, съветваме ви да обърнете внимание на инсталации с огледални концентратори.Тези изключително ефективни устройства се използват широко в Европа и Америка.