Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения и отопления
Большое распространение и популярность приобрели именно солнечные коллекторы, которые применяются в качестве устройства для нагрева какой-либо жидкости (чаще всего, воды) с целью ее использования в системах горячего водоснабжения или отопления.
Другой вид оборудования для преобразования энергии солнца – батареи, которые принципиально отличаются от коллекторов тем, что сначала вырабатывают и аккумулируют электрическую энергию, а в дальнейшем ее можно использовать для хозяйственных нужд.
Но данный вид получения и переработки солнечной энергии требует приобретения дорогостоящего оборудования, главными конструктивными единицами которого являются фотоэлементы, что не всегда оправданно, особенно в регионах с небольшим количеством солнечных дней в году.
В отличие от них, солнечные коллекторы для нагрева воды или отопления дома имеют быструю окупаемость, особенно если изготовить их самостоятельно, так как в этом случае расходы составят лишь стоимость материалов, в число которых дорогие фотоэлементы не входят.
Использование солнечных коллекторов имеет очевидные преимущества:
- снижение затрат на отопление и подогрев воды для системы горячего водоснабжения;
- экологичность данного вида энергии.
Чаще всего использование коллекторов оправданно для использования в системах отопления небольших коттеджей или организации горячего водоснабжения в летний период в загородном доме или на даче. Оправдан солнечный коллектор для бассейна в качестве устройства для подогрева воды.
Объясняется это относительно невысоким КПД таких установок, который может значительно уменьшаться в пасмурные дни.
Поэтому для оптимизации расходов на отопление частного дома лучше всего использовать коллекторы совместно с традиционным оборудованием, которое изначально может быть рассчитано для этого, либо имеет возможности для переоборудования или согласования параллельного функционирования двух систем теплоснабжения.
Также стоит отметить, что, кроме регулярного обслуживания и очистки поверхности коллекторов от грязи и мусора, некоторые из них не предназначены для работы при низких температурах, поэтому перед началом зимы их нужно законсервировать, предварительно слив из системы теплоноситель.
Основные разновидности солнечных коллекторов
Солнечный коллектор представляет собой устройство, главной функцией которого является превращение поглощенной солнечной энергии в тепловую с целью ее дальнейшего использования для нагрева теплоносителя в системах отопления, в том числе и в «теплых полах» и ГВС дома.
КПД коллектора напрямую зависит от двух факторов: типа устройства и его площади, поэтому нередко для его монтажа выбирается крыша здания.
Солнечные коллекторы условно можно классифицировать, используя разные критерии. Прежде всего, они делятся по типу теплоносителя на:
- водяные (жидкостные);
- воздушные.
По уровню предельных температур коллекторы бывают:
- низкотемпературными – предел до 50°C, средний показатель 35-45 °C;
- среднетемпературными до 80°C;
- высокотемпературными – более 80°C.
Последние чаще всего являются промышленными образцами, сделать их своими руками не представляется возможным.
Конструктивно солнечные нагреватели воды могут быть:
- плоскими, которые могут быть как воздушными, так и жидкостными;
- вакуумными, использующими в качестве теплоносителя воду или иной вид жидкости;
- трубчатыми – бывают и жидкостными, и воздушными;
- термосифонными, или так называемыми накопительными интегрированными коллекторами, главным отличием которых является способность не только нагревания жидкости, но и поддержания ее температуры определенное время.
Последний вариант является самым простым как по устройству, так и по сложности изготовления и представляет собой несколько теплоизолированных емкостей с водой, а нагрев жидкости происходит через стеклянные крышки баков.
Данный тип коллекторов можно считать и самым простым в обслуживании, так как для того, чтобы он работал, необходимо лишь периодически очищать крышку емкости, но использовать его в холодное время года невозможно.
Плоские воздушные коллекторы тоже довольно просты и имеют вид специальной панели в виде герметичной коробки с теплоприемником с подключенными воздуховодами, по которым движется и нагревается воздух.
Для повышения эффективности их работы требуется увеличение их площади, например, за счет использования нескольких панелей в одной системе, а также использование вентилятора.
Как сделать самодельный каталитический водонагреватель на даче
Каталитический нагреватель на даче подходит для тех, кто регулярно занимается выкашиванием своего участка и отправляет скошенную траву на компост. Известно, что гниющая трава в компостной куче сильно разогревается, иногда это даже приводит с самовозгоранию. Именно на этом факте и основано изобретение оригинального водонагревателя. По сути, для его создания требуется лишь сделать небольшой теплообменник. Этот агрегат лучше выполнить в виде плоского змеевика, который потом нужно положить в середину компостной кучи. В результате получится надежный источник теплой воды на 2-3 недели. Причем такой аппарат будет работать и днем и ночью независимо от погоды.
Спустя 2 недели мощность каталитического нагревателя заметно снизится, но к этому моменту наступит время снова скашивать траву, а значит, компостная куча вновь начнет свою «работу» по переработке топлива — и «реактор» запустится. При новом заполнении компоста свежескошенной травой нужно тщательно уплотнять кучу и обильно поливать ее теплой водой, чтобы началась химическая реакция.
В качестве аварийного варианта можно рядом с душевой кабиной установить обычную дровяную водонагревательную систему (описанную ранее). А еще лучше применять сочетание различных способов нагрева воды — водный, воздушный и с помощью компостной кучи. Это позволит обеспечить душевую кабину в дачный сезон постоянным источником горячей воды независимо от «капризов» погоды.
Подготовительные мероприятия
Приняв решение об изготовлении солнечного коллектора своими руками, необходимо осуществить ряд обязательных мероприятий по его подготовке:
- произвести предварительный расчёт по указанной выше методике для определения конструкции и физических размеров устройства;
- выполнить эскизный проект коллектора и водопроводной системы утилизации тепла, на его основании составить материальную ведомость;
- закупить материалы, крепёж и недостающий инструмент.
Чем более внимательно выполняется этот этап, тем меньше придётся бегать впоследствии за недостающим.
Солнечный водонагреватель своими руками можно изготовить из различных материалов
Типы солнечных коллекторов
Солнечные нагреватели воды для отопления дома делятся на две группы: по методу нагрева и способу хранения источника тепла. В первом случае применяется встроенная емкость теплоаккумулятор. Во втором – осуществляется подключение к выносному накопительскому баку, устанавливаемому рядом с коллектором или внутри здания
При выборе отопительного солнечного бойлера нужно обратить внимание на вид емкость аккумуляторов солнечной тепловой энергии, так как отличия конструкции и оборудования сказываются на особенностях использования и технических свойствах
Коллекторы со встроенной емкостью
Моноблочные солнечные коллекторы созданы для работы весной и осенью. Зимой устройство выключают и сливают теплоноситель. Коллекторы со встроенной емкостью легче монтировать и обслужить. Для применения необходимо подсоединить солнечный водонагреватель к системе подаче горячей воды или точке водозабора. Вода нагревается следующим образом:
- абсорбер ловит солнечные лучи;
- полученная энергия попадает в змеевик, находящийся в встроенной емкости теплоаккумуляторе;
- выполняется передача тепла от нагретого теплоносителя воде, которую потом используют для бытовых нужд.
Схема работы солнечного коллектора
В некоторых теплоносителях используется встроенный ТЭН, нужный тогда, если солнечный коллектор не смог снабдить нужным объемом горячей воды. Недогрев наблюдается в случае плохой и холодной погоды. Солнечный коллектор в нормальных условиях нагревает воду до 200 литров в день. Устройства со встроенной емкостью функционирует без давления с использованием естественной водоциркуляции.
Рекомендуем: Как установить солнечное отопление теплицы своими руками?
Термосифонные обогреватели солнечные монтируются в высшей точке ГВС для получения нужного напора воды при открытом кране водоснабжения. Емкости способны выдержать давление не больше 0,2 атм. После подогрева воды она самостоятельно стекает к месту водоразбора. Солнечный водонагреватель со встроенной емкостью имеет несколько преимуществ:
- вода нагревается в солнечную погоду за 3 часа;
- получение необходимости в ГВС от трех человек и больше, все зависит от площади абсорбирующей поверхности;
- легкая установка;
- низкая стоимость.
Метод термосифона активно применяется в ГВС с солнечными установками. Водонагреватель функционирует на естественной конвекции, когда подогретая жидкость передвигается вверх, а остывшая – вниз. Главным условием для термосифонной схемы ГВС является расположение чаши для воды выше коллектора.
Солнечные водонагреватели с выносной емкостью
Солнечный водонагреватель, который подключается к отдельной емкости теплонакопителя, относится к группе водонагревателей для использования круглый год. Подогрев воды осуществляется в любое время года при условии, что всегда будет светить солнца и температура воздуха не будет ниже -50 градусов. Для подогрева воды применяется наружный бойлер косвенного нагрева, который находится в удаленной местности от теплоносителя. В качестве последнего применяется антифриз. Подогрев ГВС коллектором с выносной емкостью выполняется следующим образом:
- абсорбер накапливает тепло и передает водному теплоносителю;
- под давление антифриз попадает в теплообменник емкости накопителя;
- при движении через змеевик емкости теплоноситель греет воду.
Система отопления солнечной энергией
Для получения хорошей работы солнечный водонагреватель с выносной емкостью подсоединяется к насосной группе. Циркуляция теплоносителя выполняется вынужденно. Процесс и скорость подогрева и давление регулируются автоматической системой. Основным преимуществом таких установок является круглогодичное использование.
Единственным минусом является подсоединение дорогого оборудования, нужного для хорошей работы солнечной установки. Оборудование, функционирующее под давлением, имеет еще один недостаток: при отключении электричества насосы прекращают работать, что способствует перегреву теплоносителя и отрицательно отражается на работе гелиоколлектора.
Рекомендуем: Плюсы и минусы солнечных панелей для отопления дома
Как это работает
Коллектор собирает энергию с помощью светонакопителя или, другим словами, солнцеприемной панели, которая пропускает свет к аккумулирующей металлической пластине, где солнечная энергия преобразуется в тепловую. Пластина передает тепло теплоносителю, которым может быть как жидкость, так и воздух. Вода отправляется по трубам к потребителю. С помощью такого коллектора можно отопить жилище, нагреть воду для различных домашних целей или бассейна.
Воздушные коллекторы используются, в основном для отопления помещения или подогрева воздуха внутри него. Экономия при использовании таких устройств очевидна. Во-первых, не нужно использовать какое-либо топливо, а во-вторых, снижается потребление электроэнергии.
Какой выбрать для бассейна?
В системах подогрева воды в бассейне можно использовать любой из видов и конструкций 
солнечных водонагревателей.
Для перемешивания воды в бассейне и нормальной циркуляции воды, следует установить в систему циркуляционный насос, это повысит КПД установки, а для потребителя создаст более комфортные условия использования бассейна.
В систему можно включить накопительную емкость, а можно смонтировать контур и без нее, в этом случае накопителем будет служить сам бассейн.
Критериями выбора водонагревателя для бассейна являются:
- Месторасположения водонагревателя, его пространственная ориентация;
- Вид водонагревателя (стоимость устройства);
- Расположение бассейна (на открытом воздухе, в помещении);
- Объем бассейна (геометрические размеры и глубина);
- Активность использования бассейна (периодичность и количество человек);
- Период использования (круглогодично, сезонно, периодически);
- Требуемый температурный режим воды в бассейне;
- Система водоснабжения бассейна (вид контура, пропускная способность и прочие технические характеристики).
Работа системы подогрева воды для бассейнов работает по следующей схеме: датчик температуры установленный в бассейне определяет заданные параметры воды. При температуре ниже заложенной потребителем, по сигналу датчика включается циркуляционный насос и вода из бассейна поступает в теплообменник нагревателя, где ее температура повышается. Когда вода в бассейне достигает нужной температуры, контроллер отключает циркуляционный насос и нагрев прекращается. Если солнечный водонагреватель остывает, то клапаны перекрываются, вода в теплообменник не поступает.
Очень важно правильно расположить устройство, т. к
это отразится на эффективности его
работы. При работе водонагревателя возможны потери тепловой энергии, которые происходят при:
- Испарении воды на всех участках системы;
- Пользовании бассейном потребителями (купании пользователей);
- Выполнении профилактических работ и ремонте устройств системы;
- В связи с теплопроводностью ограждающих конструкций бассейна и разностью температуры воды, конструкций и окружающего воздуха.
Как нагреть воду солнцем: самодельное устройство
Самый простой солнечный водонагреватель состоит из корпуса, абсорбера (поглотителя), теплообменника и прозрачного материала — поликарбоната либо стекла. Если установку сделать правильно, то насоса не потребуется. Теплая жидкость будет поступать вверх, вытесняя холодную.
Для работы потребуется раздобыть или приготовить:
- строганую доску 30-150 мм для рамы;
- водостойкую фанеру (пластик) для задней стенки;
- алюминиевую фольгу для отражающей поверхности, альтернатива — лист оцинкованной стали либо меди;
- радиатор от холодильника (или стальной отопительный прибор);
- поликарбонат (монолит либо сотовый, толщина 4 мм) или стекло;
- уплотнитель для поликарбоната;
- черная краска для металла, кисть (валик);
- рулонный (листовой) утеплитель: минвата, пенопласт, пенополистирол;
- труба для теплообменника (нержавейка, пластик либо медь);
- трубы для соединения с баком (металлопластик, пластик);
- выпускная и приемная трубы;
- соединительные муфты;
- степлер для фиксации;
- шуруповерт, дрель;
- саморезы;
- хомуты;
- клей.
Все заготовки из дерева предварительно обрабатывают противопожарными пропитками и антисептиками. Поликарбонат покупают тот, что не имеет защитного слоя от ультрафиолета. До изготовления оборудования надо определиться с его размерами. Так как мастер волен выбрать любые, ему и решать. Обычно ширина конструкции составляет от 400 до 800 мм, высота — 30-60 мм, а ее длина — 600-2000 мм. Сама операция состоит из трех этапов: сборки корпуса, подготовки конструкции и монтажа солнечного коллектора.
Корпус гелиоколлектора
Сначала из фанеры вырезают прямоугольник, к которому будут присоединять стенки и начинку устройства.
- Доски разрезают на заготовки, которые крепят саморезами к фанере, шаг больше зависит от размеров, обычно он составляет 250-300 м.
- Внутри коробки степлером монтируют утеплитель, длина скоб — как минимум 10 мм. Сверху на него укладывают фольгу.
- Если используют металлический лист, то его поверхность заранее покрывают черной матовой краской.
На торец досок коробки наклеивают уплотнитель. После высыхания краски переходят к следующему этапу.
Монтаж коллектора
Перед тем как установить радиатор, его также покрывают черной краской. К задней стенке его крепят стальными хомутами и саморезами, оставляя зазор около 20 мм. Для этого используют прокладки. Входную и выходную трубу выводят из корпуса, используя металлопластиковые изделия.
После сборки водонагревателя на лицевую стенку крепят поликарбонат. Чтобы компенсировать тепловое расширение, отверстия под крепеж делают больше его диаметра на миллиметр или полтора. Если используют стекло, то корпус устройства можно законопатить, изолировать уплотнителем или воспользоваться силиконовым герметиком. Когда герметичность не так важна, этот шаг пропускают.
Выбор места
Только корректная установка способна обеспечить эффективную работу прибора.
- Место монтажа (южное направление) на протяжении всего светового дня должно находиться под прямыми солнечными лучами, затемнение недопустимо.
- Плоскость гелиоколлектора обязана быть перпендикулярной направлению солнечных лучей. В летний период для определения угла наклона к широте местности прибавляют 15°. В зимний от нее отнимают те же 15°.
Зимой и весной, когда Солнце «путешествует» по небосводу низко, возможна вертикальная установка.
Емкость для воды
Чтобы организовать отопление с использованием солнечной энергии, понадобится накопительный бак. В этом качестве можно использовать электрический бойлер, который не работает, газовые баллоны либо бочки, предназначенные для пищевых продуктов. При выборе емкости надо помнить, что сосуд должен выдерживать давление в несколько атмосфер.
В емкости делают несколько отверстий: для ввода и забора воды, для входа/выхода теплообменника. Эту спираль чаще изготавливают из надежной нержавеющей стали. Коллектор соединяют с баком. Чтобы избежать потерь тепла, трубы дополнительно изолируют, поэтому максимально короткий путь между элементами системы предпочтителен.
Есть и более простой ответ на вопрос, как нагреть воду солнцем. Хозяева дач чаще используют бочки большого объема. Их красят в черный цвет и устанавливают на крышах зданий. Этот вариант идеально подойдет для душевых кабинок.
Тому, кто задумывается о более серьезной системе, требующей некоторых вложений, может оказаться полезным это видео:
Разновидности устройств
Нагреватели воды, работающие от солнечной энергии, можно разделить по таким критериям:
- Способу нагревания воды – прямой нагрев (используется одноконтурная система) и косвенный нагрев, при котором используется двухконтурная система.
- Водный нагреватель соединен с накопительным баком благодаря трубам, по которым посредством естественной циркуляции движется вода. Подпитка осуществляется холодной водой по мере того, как расходуется подогретая. В этом способе нагревания в системе циркулирует хладагент, а в накопительном баке есть конденсатор, на котором жидкость, которая циркулирует в закрытом контуре нагревателя, передает энергию воде. Жидкость, в свою же очередь, будет циркулировать в контуре потребителя.
- Способу обеспечения циркуляции – естественная (в этом случае движение воды происходит благодаря разнице температур в водном нагревателе и у потребителя), принудительного типа (выполняется за счет установки циркулярного насоса).
- По типам конструкции (плоские и вакуумные).
Плоские
К достоинствам такого солнечного водонагревателя для дачи отнесем:
- Возможность использования для различных систем.
- Надежность устройства.
- Высокие показатели эффективности.
- Неприхотливость к эксплуатации.
- Длительный срок эксплуатации.
К недостаткам отнесем:
- При повреждении невозможен частичный ремонт, только полная замена.
- Низкий коэффициент полезного действия установки.
Вакуумные
Лучи солнца попадают на трубки, расположенные снаружи, которые и играют роль абсорбера. В медных трубочках, которые меньше по диаметру, нагревается особая жидкость, которая при нагревании начинает испаряться. Пар поднимается наверх, и передает свою энергию воде, которая циркулирует, а после конденсируется и стекает вниз.
К достоинствам можно отнести:
- Возможность использования устройства на протяжении круглого года.
- Высокий коэффициент полезного действия.
- Универсальность в пользовании.
К недостаткам отнесем:
- Малый срок эксплуатации по сравнению с аналогами.
- Подверженность разрушениям из-за воздействий внешних факторов.
- Невозможно использовать в регионах, где наружный воздух имеет отрицательные температуры.
Как видите, у каждого из видов свои достоинства и недостатки.
Средняя стоимость
Из-за того, что большинство жителей планеты пытается перейти на использование в повседневности альтернативных источников энергии для того, чтобы получать тепло, электричество и горячую воду, предлагаем ассортимент товаров достаточно большой. Солнечные нагреватели воды выпускают предприятия РФ и другие производства за пределами. На стоимость солнечного водонагревателя для дома и его установку будет влиять компания-производитель и страна изготовления, тип конструкции (вакуумный или плоский), а также комплектация поставки и регион, в котором будет осуществлена покупка.
Самый дешевый вариант будет стоить 155 000 рублей, и за такую сумму у вас получится купить «Солнечный водонагреватель для бассейна» от Интекса (Китай), с такими техническими характеристиками – размер 1.2*1.2 метра, предназначается для использования с фильтр-насосом, производительность которого не больше 9400 л/час, а вес 3.7 кг.
Водонагреватель, работающий от солнца под названием «ДАЧА-ЛЮКС» (производство Россия), имеет объем в 125 литров и будет стоить 29 000 рублей. В комплектации поставки есть накопительный бак, комплект трубок вакуумного типа (15 штук), а также контроллер. Площадь поглощения составляет 2.30 м2. Установка германского происхождения для снабжения горячей водой «АuroSTEP plus» можно купить за 195 000 рублей, а в полной комплектации за 455 000 рублей. За такую сумму вы получите системы снабжения горячей водой, которая полностью исключает возможность закипания, а также нагреватель для воды с емкостью от 150 до 350 литров и от 1 до 3 солнечных коллекторов.
Установка имеет регулятор управления и дополнительный нагреватель электрического типа. Как видно из цифр, приведенных выше, разброс по стоимости достаточно большой, поэтому каждый покупатель (пусть даже и потенциальный) может выбрать такое устройство, которое будет отвечать предъявляемым требованиям и подходящим по стоимости.
Из радиатора холодильника
В сети есть описание самодельного гелиоколлектора с радиатором холодильника. Процесс изготовления в целом описан нами выше, напомним кратко основные моменты:
- Во внутреннею поверхность плотно закрытого утепленного короба можно ставить отражающий материал (фольгу), но тут он закрепляется на черном резиновом коврике. Это также эффективный вариант, так как темный цвет лучше притягивает лучи, аккумулирует тепло.
- Внутрь корпуса помещаем змеевик, накрываем стеклом (можно использовать шурупы как упоры), размещаем так, чтобы лучи падали под прямым углом.
- Подключаем ПП трубами ввод для холодной и выход к баку душа для теплой воды. А также подводка может быть самой элементарной — из гибких, резиновых шлангов.
- Бак душа — любая подходящая емкость.
Какой солнечный водонагреватель лучше изготовить своими руками
Выбор конструкции и вида солнечного водонагревателя зависит от назначения устройства. Простейшим по исполнению является летний душ.
Строительство летнего душа
Для устройства этого объекта нужно сделать кабинку. Можно использовать любой водостойкий листовой материал. Главное требование — удобство применения и прочность каркаса, поскольку ёмкость придётся размещать на крыше.
В качестве ёмкости можно использовать бак грузового автомобиля. Он идеально подходит по форме, окрашен в чёрный цвет и снабжён как заливным, так и сливным отверстиями. Параллельно с коллекторным баком устанавливается ёмкость для холодной воды, которую нужно защитить от воздействия солнечных лучей. Из дополнительного оборудования применяется только смеситель.
В качестве ёмкости для воды используется бак чёрного цвета
Летний душ с солнечным водонагревателем, сделанным своими руками, надёжен и экономичен
Горячее водоснабжение дома
Горячая вода в загородном доме нужна в холодное время года, поскольку летом в доме только отдыхают, остальные потребности удовлетворяются летней кухней, сезонным душем и бассейном, в которых можно просто устроить солнечные нагреватели.
Для межсезонья и холодного времени года использование солнечной энергии связано с дополнительными затратами на утепление коллекторов и трубопроводов к ним.
Монтаж водяного коллектора можно производить с использованием циркуляционного насоса, бойлера косвенного нагрева и приборов контроля за температурой и давлением в системе. В изолированном первичном контуре целесообразно использование в качестве теплоносителя минерального трансформаторного масла, имеющего большую теплоёмкость по сравнению с водой и пониженную температуру замерзания. Однако при любом теплоносителе в систему нужно встроить котёл дополнительного нагрева на случай сильных морозов. Для этой цели лучше применять индукционный нагреватель, который легко изготовить своими руками с использованием сварочного инвертора. Его включение в работу можно устроить в автоматическом режиме, если речь идёт о дачном доме без постоянного проживания. Индукционный котёл не является объектом поднадзорности технических служб.
Вода из бойлера косвенного нагрева может быть использована как в бытовых целях, так и на отопление.
2 Классификация по температурным показателям
Гелиосистемы классифицируются по различным критериям
Но в приборах, которые можно изготовить самостоятельно, следует обратить внимание на вид теплоносителя. Такие системы можно разделить на два типа:
- использование различных жидкостей;
- воздушные конструкции.
Первые применяются чаще всего. Они более производительные и позволяют напрямую подключить коллектор к отопительной системе. Также распространена классификация по температуре, в пределах которой может работать устройство:
- 1. Работающие в низкотемпературном диапазоне. Такие устройства способны нагреть теплоноситель максимум до 50 градусов. Применяются они для подогрева воды в душевых кабинах, ваннах, на кухне, для полива огорода, а также для повышения комфорта в осенний и весенний период.
- 2. Среднетемпературный диапазон. Могут разогреть теплоноситель до 80 градусов. Они зачастую используются для обеспечения работы отопительного оборудования в частных домах.
- 3. Высокотемпературные. Используются в производительных цехах и других коммерческих зданиях. Способны нагревать теплоноситель до 200—300 градусов.
Последний вид гелиосистем работает благодаря очень сложному принципу передачи солнечной энергии. Оборудованию требуется много места. Если разместить его на загородной даче, тогда оно займет преобладающую часть участка. Для производства энергии понадобится специальное оборудование, поэтому сделать такую солнечную систему самостоятельно будет практически невозможно.
