Сонячний колектор для опалення будинку: розрахунок повітряної конструкції, вакуумний варіант для використання взимку своїми руками, відгуки

На сьогоднішній день з’явилася можливість скоротити витрати на опалення. Все це реально завдяки сонячним колекторам, які представляють собою унікальні системи, що дозволяють безкоштовно отримувати екологічний джерело чистої енергії. Їх можна активно використовувати як для опалення невеликих дачних будиночків, так і котеджів.


Особливості та пристрій

Сонячний колектор – це сучасна конструкція, яка здатна накопичувати сонячну енергію і перетворювати її в джерело тепла. Пристрій виготовляють з металевих пластин, пофарбованих у чорний колір і укладених в корпус зі скла. Таке обладнання можна встановлювати для опалення будинку, а також для забезпечення систем гарячою водою.

Завдяки встановленню колектора можна економити від 30 до 60% енергоносіїв, а це означає, що витрати на електрику і газ значно знижуються і експлуатація будинку здешевлюється. Підключений до системи теплопостачання пристрій відіграє роль теплового носія, який цілодобово підтримує температуру відповідно до санітарних і технологічних норм.

Конструкція сонячного колектора представлена ??у вигляді системи трубок, послідовно з’єднаних між собою і мають вхідну і вихідну магістраль. По трубках може проходити як повітряний потік, так і технічна вода. Під час циркуляції речовини спостерігається його перехід з одного агрегатного стану в інше, в результаті чого відбувається виділення тепла. Тобто, принцип дії батареї полягає в накопиченні енергії фотоелементами, її концентрації і передачі.


Крім трубок, конструкція також має спеціальний бак, де зберігається вода в нагрітому стані. Щоб рідина не охолоджувалася, бак додатково обшивають якісної теплоізоляцією. Крім це, в ємність монтують і дублюючий електронагрівач, який автоматично включається в зимовий період або при похмурій погоді. Корпус колектора, як правило, виготовляють зі скла, так як використання полімерних матеріалів не рекомендується. Вони володіють високим показником теплового розширення, нестійкі до променів ультрафіолету, що може привести до розгерметизації корпусу.

В якості теплоносія зазвичай вибирають воду, але якщо планується цілорічна експлуатація системи, то потрібно до настання холодів технічну рідину заміняти антифризом. Часто теплоносієм в колекторах виступає і повітря, канали для його переміщення роблять з профлистов.

Для опалення невеликих будівель застосовують звичайні конструкції, для автономних і централізованих систем в схему додають не тільки нагрівальне обладнання, але і циркуляційні насоси.


До головних переваг сонячних агрегатів можна віднести:

  • можливість безперебійного обігріву будівель круглий рік;
  • довгий термін експлуатації, що досягає 30 років;
  • економія енергоресурсів;
  • можливість одночасного обігріву приміщень, теплиць, прибудов та басейнів;
  • відсутність відходів;
  • швидкий монтаж;
  • оптимізація під індивідуальні проекти.

Що ж стосується недоліків, то їх небагато:

  • висока вартість установки;
  • низька ефективність роботи пристрою, обумовлена ??кліматичними умовами і особливостями ландшафту;
  • примусова циркуляція води.


види

    Існує безліч видів сонячних колекторів, всі вони відрізняються між собою особливістю конструкцій, але однаково виконують роль теплоносія і використовуються для обігріву будинків. На сьогоднішній день розрізняють наступні типи пристроїв:

    плоский

    Вважається найпоширенішим варіантом для установки в сучасних системах геліоенергетики. Він складається з абсорбера, термоізолюючого покриття, прозорого шару і теплоносітельной трубки. Популярність цього виду обумовлена ??простотою монтажу і доступною ціною, але на відміну від інших колекторів для нього характерне невелике ККД. Зовні пристрій має вигляд сталевої або алюмінієвої панелі площею від 2 до 2,5 м2.


    Зовні панель покривають листами з геліосклом, це дозволяє максимально поглинати енергію сонця і поставляти її з мінімальними втратами. Під склом розташовується спеціальний поглинач у вигляді плоскої трубки, його виготовляють із сплавів алюмінію або міді. Трубка оснащена радіальним ребрами, тому під час робочого процесу спостерігається високий ККД.

    Плоский колектор годиться тільки для обігріву приватного будинку, так як з його допомогою взимку можна опалити невелику площу.


    вакуумний

    Це дорогий пристрій, яке має відмінні експлуатаційні характеристики. Батарея являє собою ряд, що складається з парних скляних трубок. З простору між ними відкачують повітря і виконують спайку, утворений таким чином вакуум служить хорошим теплоізолятором і знижує втрати енергії. Верхні трубки вставляються в розподільник, де циркулює сам теплоносій. Залежно від розподілу тепла такі колектори бувають прямоточні і з плоскою трубкою.


    повітряний

    Цей пристрій призначений для топки будівель за рахунок нагріву повітряних мас. Потоки повітря надходять в систему через поглинач і природним шляхом або примусово поставляються в теплообмінник. Недоліком колектора вважається те, що на відміну від рідких видів, в ньому тепло проводиться не так добре. Але подібна система характеризується нескладної конструкцією і легко управляється. Якщо дотримуватися всіх правил експлуатації, то колектор справно прослужить більше 20 років.


    водяний

    Зовні має схожість з вакуумним пристроєм, але в його конструкції в трубках під певним кутом розташовується рідина. Трубки приєднуються до баку, з якого гаряча вода передається в систему і повертається. Головним достоїнством агрегату є, то що для його монтажу не потрібно застосовувати додаткові елементи. Деякі моделі таких колекторів можуть також працювати і без бака. Під час експлуатації водяного колектора при температурному режимі нижче -10 С необхідно заливати рідину, що не.

    Як вибрати?

    Перед тим як зайнятися установкою сонячного колектора, необхідно правильно підібрати відповідний вигляд пристрою, так як від цього буде залежати ефективність його роботи і коефіцієнт теплообміну.

    Тому, відправляючись за покупкою, варто врахувати наступні нюанси:

    • Найкраще віддавати перевагу плоским моделям, так як вони вважаються найміцнішими і мають позитивні відгуки споживачів. Їх агрегат здатний нагрівати воду понад 40 С, але якщо батарея виходить з ладу, то доведеться замінювати всю систему адсорбції. Вакуумні види пристроїв характеризуються швидким пошкоджень трубок і дуже чутливі до зовнішніх впливів. Але варто зауважити, що ремонт вироби виконується просто, так як замінюється лише конкретна колба. Зате в зимову пору року такі батареї добре підтримують температуру, в цьому їх плюс.


    • Що ж стосується повітряних колекторів, то вони рідко виходять з ладу і не вимагають ремонту. Крім цього, вони надійно витримують низьку температуру і довговічні у використанні. Єдине, що подібні пристрої не підійдуть для опалення великих будівель, так як слабо прогрівають приміщення.
    • Важливим показником для вибору є і розмір трубок, від якого залежить ефективність перетворення сонячної енергії. Трубка дрібного діаметра знижує процес вироблення енергії. Тому бажано купувати колектори, які мають в конструкції кілька великих колб шириною до 6 см і довжиною до 2 м.


    • Особливу увагу слід приділяти потужності батарей. Системи з низьким збереженням тепла можна використовувати при низькій температурі. Зокрема, це стосується моделей з водяною тепло подачею.
    • Монтаж установки повинен виконуватися після попереднього проектування. Для цього потрібно знати розміри батарей, які б підходили для кріплення до даху.
    • Можна купувати колектори як з вертикальним, так і горизонтальним розташуванням. При цьому вертикальні конструкції видавати від проблем з очищенням від снігу, але їх ККД буде низьким. Щоб цього уникнути, потрібно до установки передбачити місце для результату опадів.


    розрахунок

    Сонячна енергія є ідеальним джерелом для опалення будівель. Щоб її максимально перетворити в тепло, необхідно точно розрахувати витрати ресурсів і потужність установок, враховуючи тип агрегату і його місце розташування. В першу чергу потрібно знати яка кількість енергії потрапляє на поверхню панелі. Як відомо, на 1 м2 поверхні потрапляє близько 1 367 Вт сонячної енергії, але проходячи крізь шари атмосфери, потужність втрачається до 500 Вт. У зв’язку з цим для середніх розрахунків береться умовне значення 800 Вт.


    Сонячний колектор є робочою станцією, основа якої захищено антибліковим покриттям і склом. Завдяки тому, що підстава покрито чорною фарбою, спостерігається 100% поглинання енергії. Так як до складу батарей входить теплоізоляція, то можна визначити коефіцієнт втрати тепла. Для кожного матеріалу він різний, але ізоляцію колекторів часто виконують на основі мінеральної вати, тому для простих розрахунків береться показник 0,045. Припускаючи те, що температурна різниця між зовнішнім і внутрішнім шаром теплоізоляції не перевищує 50 С, втрати енергії складуть: 0,045: 0,1? 50 = 22,5 Вт.


    Аналогічні будуть втрати і для труб, тому сумарний показник вийде 45 Вт. Тому щоб нагріти 1 л води на 1 С, буде потрібно потужність енергії в 1,16 Вт. Визначивши ці величини, можна легко дізнатися обсяг рідини, який можна нагріти батареєю з робочою площею 1 м2 за одну годину: 800: 1,16 = 689,65. Щоб поліпшити теплопередачу, агрегати найкраще розміщувати з орієнтацією на південь.

    Важливим розрахунком вважається, і робоча площа батареї. Для цього кількість потрібної енергії потрібно розділити на 800 Вт і вийде шукане значення. Але варто звернути увагу, що даний показник відповідає площі агрегату, розрахованого на обслуговування однієї людини. Тому якщо в будинку проживає сім’я, що складається з двох, трьох і більше осіб, то значення слід збільшити.


    виготовлення

    Сонячний агрегат можна не тільки самостійно встановити, але і виготовити своїми руками. Саморобний колектор може бути як вакуумний, так і повітряний або плоский.

    Що виконати монтаж пристрою знадобляться наступних елементи:

    • датчики температурного режиму;
    • перехідники провідні до системи підключення холодного і гарячого водопостачання;
    • водостік для виходу гарячої води;
    • регулятор сонячної енергії;
    • ємність або бак;
    • циркуляційний насос;
    • датчики контролю підігріву води.


      Підключення та складання всіх складових конструкції слід виконувати згідно з проектом, дотримуючись інструкції:

      • На першому етапі визначаються з розмірами майбутнього колектора. Для цього точно розраховують площа його розміщення і інтенсивність сонячної енергії. Важливо звернути увагу на розташування будівлі, де планується установка системи, в залежності від отриманих показників вибирається матеріал для нагрівального контуру.


      • Наступним кроком буде складання пристрою, під час якої виготовляється короб, радіатор, накопичувач і теплообмінник. Коробку можна зробити з обрізної дошки товщиною не менше 5 мм, її днище вкривають оцинкований листом і додатково укладають пінопласт, який послужить хорошою теплоізоляцією. Для теплообмінника використовують трубки довжиною 1,6 м, їх повинно бути 15 шт., Їх збирають в цільну конструкцію, дотримуючись крок 4,5 см. Щоб поліпшити поглинання променів, дно коробки фарбують в темний колір, потім встановлюють в якості перегородок скло і стики герметизують.




      В якості основного накопичувача можна застосовувати як посудину об’ємом від 140 до 380 л, так і інші зварені конструкції або бочки. Ємність повинна бути добре ізольована від втрат тепла, тому аванкамер обладнають додатково шарнірним краном. Спочатку монтується Аванкамера і тепло накопичувач, потім отриману конструкцію розміщують під кутом 35-40.

      Між накопичувачем і теплообмінником робиться відстань в 70 см, інакше втрати теплової енергії будуть значні.


      • Завершальним етапом вважається введення обладнання в експлуатацію. Отриману конструкцію приєднують до водопроводу. Для цього потрібно запірна арматура. Пристрій заповнюють водою і приєднують аванкамер. Потім важливо перевірити рівень рідини і відсутність витоків води. Після контролю, саморобний колектор готовий до експлуатації.


      Поради

        Установка сонячних систем дозволяє економити електроенергію, забезпечуючи будинок «безкоштовним» теплом і гарячою водою. Але вибираючи даний вид пристроїв, потрібно пам’ятати, що ефективність системи буде значно знижуватися ввечері і вранці, так як основний обсяг енергії виробляється при яскравому сонці. Щоб сонячні колектори надійно прослужили багато років і безперебійно забезпечували будівлю теплом, при їх виборі та монтажу необхідно врахувати наступні рекомендації фахівців:

        • Купуючи батарею, слід уточнити чи можна її експлуатувати взимку і яка потужність системи.

        • Якщо колектор збирається самостійно, то нижню частину його теплообмінника потрібно забезпечувати грошовими вентилями і теплоізоляцією, яка дозволити зберегти якість розігрітій рідини. При цьому труби можна також обмотати щільною тканиною або поліетиленом.
        • У конструкції повинен обов’язково бути присутнім вентиль, що запобігає циркуляцію від теплоносія. Якщо спостерігається різке зниження температури, то вентиль потрібно закрити.
        • Перед тим як спорудити сонячні установки, слід зробити детальний розрахунок площі батарей, а також максимальну вироблення енергії.


        Про те, як зробити сонячний колектор своїми руками з алюмінієвих банок, дивіться в наступному відео.