Солнечный водонагреватель, также называемый гелиоколлектор — используют для обеспечения горячего водоснабжения, нагрева воды в бассейнах и отопления помещений.
Принцип работы такого коллектора заключается в применении энергии солнца для нагрева теплоносителя. Не смотря на то, что интенсивность солнца зимой и летом разная, все равно есть возможность круглогодичного подогрева воды.
В северных регионах активно используются гелионагреватели, они помогают в решении проблемы с подачей горячей воды и отопления. Использование солнечного коллектора в южных регионах и средней полосе, может полностью обеспечить дом горячей водой и теплом, но прибор должен быть большой, на несколько квадратных метров.
Солнечный водонагреватель своими руками: инструкции
Общие сведения
Достоинства системы:
- высокий уровень надежности;
- простота конструкции;
- большой срок эксплуатации;
- легкость установки;
- небольшая масса;
- автономная работа;
- эффективная эксплуатация;
- разрешение на установку не обязательно;
- экономичность.
Недостатки системы:
- высокая стоимость заводского оборудования;
- прямая зависимость КПД от территориального расположения и времени года;
- эффективность агрегата зависит от солнечного света и облачности;
- панели подвержены градобитию;
- необходимость установки емкости для теплоаккумулирования.
Типы солнечных водонагревателей
Коллекторы такого типа по температурным характеристикам можно разделить на:
- Низкотемпературные. Функционируют при 50 градусах;
- Среднетемпературные. Работает при температуре 80−90 градусов;
- Высокотемпературные. Могут довести теплоноситель до состояния кипения.
Существуют устройства высокотемпературного типа, способные функционировать при температуре 200−300 градусов, но они используются лишь в производственных целях. Солнечный водонагреватель своими руками можно сделать только низкотемпературного и среднетемпературного типа. Производство коллекторов высокотемпературного типа требует дорогого и профессионального оборудования.
Конструктивно гелиоколлекторы делятся на три типа:
- Системы с плоским коллектором. Является самой простой системой солнечного нагрева воды. Эта система представляет собой один или несколько плоских коллекторов и в нее входит бак-расширитель. Коллекторы должен располагаться ниже бака. Вода, нагретая в коллекторе поднимается в бак, а охлажденная вода из бака опускается в коллектор. Этот процесс называется безнапорным принципом горячего водоснабжения. Но так как в большинстве случаев гелиоколлекторы устанавливаются выше бака, то в этом случае конвекционная циркуляция воды не работает. Поэтому в такой системе необходимо устанавливать водяной насос для подачи холодной воды в зону нагрева.
- Гелиоколлектор на вакуумных трубках. Является наиболее эффективной системой подогрева воды. Вакуумная трубка являет собой систему из двух трубок, вставленных одна в другую. Наружная трубка стеклянная, внутренняя медная. Верхняя часть медной трубки чуть шире основной, запаяна, и покрыта черной термостойкой краской. Из промежутка между этими трубками выкачивается воздух. Это делается для того, чтобы обеспечить качественную термоизоляцию. Во внутренней трубке располагается легкокипящая жидкость. Солнечные лучи нагревают медную трубку, провоцируя испарение в ней жидкости, образовавшийся пар поднимается вверх нагревает наконечник трубки. Температура наконечника может достигать 250 градусов. Наконечник нужно вставить в трубу, по которой двигается теплоноситель. Нагревая теплоноситель, в медной трубке происходит процесс конденсации пара, и охлажденная жидкость стекает по стенкам вниз. Этот процесс происходит непрерывно. Теплоноситель поступая в теплообменник бака, нагревает находящуюся в нем воду.
- Система на параболоцилиндрических концентраторах. В таких системах зона нагрева находится в фокусе длинного параболического зеркала. Температура в них достигает до 300 градусов. Нагретый и циркулирующей в системе теплоноситель, следует в теплообменник бака-расширителя, и там нагревает находящуюся в нем воду. К минусам такой системы нагрева воды можно отнести необходимость позиционирования параболического зеркала на солнце. В промышленном использовании системы необходимо снабдить устройствами слежения за солнцем и механизмами поворачивающим зеркало.
Все системы в настоящее время выпускаются промышленностью. Принцип действия у всех один.
Устройство и принцип действия
Плоский водонагреватель представляет собой деревянную раму с плотно прошитой задней стенкой. На дно устанавливается основной нагревательный элемент — абсорбер. Его производят из металлического листа. На этот металлический лист крепится коллектор из трубок в виде змеевика или в параллельном положении. Трубки к пластине должны привариваться с особой тщательностью, шов не должен быть прерывистым. Это необходимо для максимальной теплопередачи.
Жидкостный контур состоит из вертикально расположенных трубок, которые присоединяются к горизонтальному контуру с большим диаметром. Входные и выходные отверстия должны располагаться диагонально. Данная схема дает возможность максимально эффективно забирать тепло с теплообменника. Основным видом теплоносителя часто выступает антифриз, но не возбраняется выбор и других незамерзающих веществ.
Абсорбер нужно покрыть светопоглощающей краской. Производят работы по утеплению короба изоляционными материалами, сверху устанавливается закаленное стекло (оргстекло). Для упрощения задачи можно разделить площадь остекления на две части. Для достижения более высокой производительности часто используют стеклопакеты. Данная система создает эффект термоса — это способствует уменьшению теплопотерь от ветра, дождя и других различных погодных явлений.
Принцип работы:
- Прогретый от солнечных лучей антифриз начинает свое движение по трубкам и через ветку отбора оказывается в аккумулирующей емкости.
- При движении жидкости по теплообменнику тепло передается воде.
- Как только антифриз охлаждается, он вновь оказывается в нижний части контура для повторного нагрева.
- Нагретая вода движется в верхнюю часть емкости и отбирается для отопления дома, горячего водоснабжения и т.п. Благодаря подключенному водопроводу, происходит пополнение количества воды в емкости.
- При применении системы для отопления дома, для движения воды в замкнутом контуре используют циркуляционный насос.
Современные технологии дают возможность применения нагретого теплоносителя даже в том случае, когда солнце скрывается за тучами. Это происходит в результате постоянного движения теплоносителя и за счет присутствия в системе теплоаккумулирующей емкости.
Солнечный водонагреватель своими руками из подручных средств
Все способы изготовления водонагревателя при помощи солнечный лучей имеют одну особенность: они имеют одинаковую конструкцию теплоизоляции короба. Чаще всего основа выполняется из дерева, ДСП и подобных материалов. Конструкцию покрывают антисептическими веществами, затем лаком и светоотражающей пленкой. Утепление происходит при помощи монтажа минеральной ваты. Абсорбер изготавливают из металлических и пластиковых трубок. Остальные элементы изделия можно с легкостью изготовить из подручных средств.
Самым бюджетным вариантом гелиоколлектора для летнего душа считается использование садового шланга или ПВХ-трубы. Их укладывают в форме улитки на металлической или деревянной поверхности. Рентабельность их применения заключается в обширной площади нагрева. Установка теплоаккумулирующей емкости обязательна, иначе в жаркую погоду абсорбер может перегреваться. Шланг лучше всего выбирать черного цвета, за счет этого солнечные лучи смогут максимально нагревать теплоноситель. Этот вариант можно применить как для подогрева воды для летнего душа, так и для тёплого пола или бассейна.
Для постройки гелиоколлектора достаточно часто используют конденсатор старого холодильника. Теплообменник с внешней является уже готовым к применению абсорбером для солнечного коллектора. Останется лишь выполнить его установку на теплопоглощающий лист металла и вставить в корпус. Коэффициент полезного действия будет небольшим, но для небольшого загородного дома вполне сможет удовлетворить потребность в подаче теплой воды.
Также можно использовать старый радиатор. Он достаточно удобен в изготовлении, в его случае не потребуется установка дополнительной теплоотражающей пластины. Вполне достаточно будет вмонтировать его в кожух и предварительно покрыть жаростойкой краской. Один радиатор способен перекрыть потребность в горячем водоснабжении в летнее время. Если установить несколько единиц, то вполне возможно в холодную солнечную погоду обойтись без дополнительных источников нагрева воды.
Также для создания коллектора своими руками, в последнее время большую популярность имеют медные, металлопластиковые, полиэтиленовые трубки. У всех них есть свои положительные и отрицательные стороны.
Подготовка к монтажу.
- производим промежуточный расчет для того чтобы определить конструкции и размеры устройств;
- составляем эскиз коллектора и водопроводной системы утилизации тепла. На основании этого эскиза рассчитываем материальную ведомость;
- производим закупку материалов, крепежей и недостающих инструментов.
Справка! Этот этап нужно выполнять предельно внимательно. Чем лучше он выполниться, тем меньше будет последующих проблем.
Особенности установки. Для того, чтобы произвести установку, важно основательно подумать над местом монтажа. Место установки не может располагаться в тени, гелиоколлектор должен получать максимальное количество солнечных энергии на протяжении всего дня. Монтажные рейки, на которых держится основа, выполняют из деревянных планок или металла. Их расположение и длина нужно рассчитать так, чтобы имелась возможность регулировка наклона плиты к солнцу от 45 до 60 градусов.
Чтобы уменьшить теплопотери накопительная емкость должна размещаться на максимально близком уровне к установке. Циркуляция теплоносителя может быть естественной или принудительной, и зависит это от определенных условий. Для принудительной циркуляции применяют дополнительный циркуляционный насос и термодатчик, он будет отвечать за контроль температуры воды и производить запуск двигателя, в случае если градус достигнет заданного уровня.