Вакуумный коллектор работает по принципу термоса. Состоит он из двух трубок, между которыми находится вакуум. Внутрь помещена медная герметичная трубка, в которой циркулирует жидкость, а снаружи располагается стеклянная трубка большего диаметра. 

Использование вакуумных коллекторов удобно еще и тем, что они легко ремонтируются. Если один из коллекторов пришел в негодность, то вышедший из строя элемент можно легко поменять на новую деталь, не демонтируя всю систему. Устройство солнечного водонагревателя вакуумного типа таково, что теплоноситель идет одним потоком, поэтому для замены испорченного элемента зачастую требуется остановить работу всей системы. В то же время, КПД гелиосистемы достигает 76%.

Широко распространено мнение, что от солнечных водонагревателей зимой и в пасмурную погоду нет никакой пользы. На самом деле, горячая вода от солнца – это вполне реально. Вакуумные коллекторы сделаны таким образом, что они достаточно эффективны даже при минусовой температуре (до -35 градусов). Кроме того, тучи не являются препятствием для нагрева воды, так как эти гелиосистемы улавливают даже ультрафиолетовое излучение. Но периодически коллекторы нужно очищать от инея и снега. Плоские гелиосистемы от снеговых осадков самоочищаются, их стоимость меньше, но в то же время, они не столь функциональны.

teplospec.com

Как сделать солнечный водонагреватель своими руками?

Если вам удавалось побывать в южных странах, то, наверняка, вы часто замечали стоящие на крышах домов конструкции. Гиды объясняли, что это солнечные батареи для нагрева воды и отопления жилища. Как и за рубежом, так и у нас прогрессивное население ратует за альтернативные источники энергии. Водонагреватель, работающий от солнечной энергии – одно из таких удачных изобретений, которое способен полноценно функционировать даже зимой.

Как действует солнечная энергия в приборе

Солнце – это очень мощный и, что главное, бесконечный источник энергии тепла. За его использование денег никто не берет, а потому стоит задуматься, как пустить такое преимущество себе во благо. Заводские налоги водонагревателей солнечного бойлера могут обойтись в немалую сумму. Если разобраться в принципе работы такого устройства, то можно сделать нечто подобное своими руками. Хотя на деле существует несколько примеров подобного прибора.

Заводской вариант

Прежде, чем понять, как сделать солнечный водонагреватель своими руками, надо иметь представление о принципе функционирования подобного агрегата. Можно разобрать конструкцию по аналогу солнечного заводского водонагревателя.

1. По внешнему виду агрегат напоминает батарею, которая собрана из отдельных составляющих. Элементы в ней представлены трубками, сделанными из стекла кварца наподобие всем известных ламп. Именно этот материал способен пропустить ультрафиолетовые волны (чего не может обычное стекло). Эта способность позволяет преобразовывать солнечную энергию даже в несолнечное время года.
2. Внутри каждой из таких трубок спрятана другая – черного цвета с веществом (рабочим телом), которое будет испаряться при определенных температурных условиях.
3. Внутри трубок абсолютный вакуум – это позволяет избежать теплопотерь.
4. Концы каждого из таких деталей погружены в специальный коллектор, через который течет нагреваемая вода.

Как действует устройство

Функционирование всей этой задумки происходит по следующему алгоритму:

1. Солнечные лучи превращают рабочее тело в паровую субстанцию, которая поднимается в верхнюю часть колбы.
2. Поток воды будет нагреваться через стенку той тепловой энергией, которую отдаст ему рабочее тело.
3. Исполнив свою миссию, пар снова становится жидкостью и стекает вниз, где все благополучно повторяется.
4. Солнечный накопительный стандартный водонагреватель присоединен к змеевику, а тот ведет к бойлеру всей домашней отопительной системы.

Другие варианты передачи тепла

Понятно, что в вышеописанном случае никакой самодеятельности не проявишь. Однако есть и другой вариант безнапорного бойлера, работающего от солнца. Здесь передача тепла идет напрямую: медный змеевик помещается в прямоугольный корпус. Далее он подключается к баку-накопителю. Вода будет здесь циркулировать естественным способом и сразу нагреваться от лучей солнца, повышая теплоту и общего содержимого всей накопительной емкости. Труба змеевика прессуется в металлическую пластину, которая темного цвета. Она имеет дополнительную защиту от осадков при помощи прочного стекла.

Есть здесь и недостатки – такая конструкция будет хорошо работать только в безоблачную солнечную погоду.

Наконец, можно просто подключить солнечные батареи к обычному водонагревателю. Подобная конструкция оказывается очень дорогой в исполнении, но может работать круглый год.

Самодельные солнечные водонагреватели

Стремление к экологичному подходу в отоплении дома похвально – тем более что сделать подобную систему можно и своими руками. Рассмотрим интересные варианты практического воплощения подобных конструкций, и насколько эффективны самодельные солнечные водонагреватели.

Простой солнечный водонагреватель

Простым решением будет установка на крыше дома одного (максимум двух) черных баков. К ним подсоединяется водопроводная домовая магистраль – значит, при хорошем солнце теплая вода будет потечет сразу в душевую комнату (летом в жару нагрев произойдет быстро).

Еще один простой солнечный бойлер делают из мелкого, наполненного водой корыта, которое закрывается прозрачной крышкой. Сюда же в схему входят следующие водопроводные составляющие:

• труба, по которой подходит прохладная вода;
• труба для перелива;
• деталь вентиля;
• выпуск нагретой воды.

В обоих случаях есть существенные недочеты:

1. Неэффективность простого бака при облаках.
2. Корыто-нагреватель следует наполнять каждое утро, накрывая его. Когда солнце скрыто за облаками, следует оценить степень нагретой воды и слить её для дальнейшего использования.
3. Плоское устройство наподобие корыта плохо тем, что его нужно держать горизонтально. Мы живем не в тропиках, а, значит, зимой солнце поднимается над горизонтом высоко, КПД этого устройства снизится.

Гораздо эффективнее предусмотреть дополнительную установку коллектора, пусть опять же самодельного. Определив размеры теплоприемника, следует изготовить корпус, куда помещается змеевик. Актуален вопрос теплоизоляции – именно поэтому корпус для змеевика лучше сделать деревянным. Второй момент — утепление задней стенки (лучше всего пенопластом).

Как собрать приемник тепла

Простейший солнечный водонагреватель можно сделать своими руками по схеме из таких составляющих:

• аккумулирующий бак;
• подпиточная емкость;
• коллектор.

Специалисты советуют не устанавливать отдельный насос – вода должна циркулировать естественным путем. Но чтобы этого добиться, бак следует устанавливать выше теплоприемника, а подпиточную емкость – выше аккумулирующей. Еще одна дельная рекомендация — утепление резервуара с подогретой водой. Здесь подойдет любой материал в рулонах.

Для функционирования в самостоятельном режиме (когда не приходится доливать и регулировать), лучше всего установить поплавковый клапан во втором баке. Этот элемент будет реагировать на снижающийся уровень воды. К его патрубку надо подвести водопроводную трубу. Что это даст? Когда в основном баке расходуется содержимое, в его нижнюю зону будет подаваться холодная вода.

Однако нельзя забывать про установку еще одного патрубка – вертикального: он будет выпускать воздух. Следовательно, и эту деталь следует поднять на большую высоту.

Как выбрать правильный материал

Есть разные варианты исходников, из которых можно сделать теплообменник. Среди них:

• трубки из меди;
• черные полимерные трубы;
• секции плоских стальных радиаторов;
• трубы из алюминия;
• черный шланг из резины;
• теплообменник, оставшийся от старого холодильника.

Какой должна у такого змеевика сама теплообменная поверхность? В случае со стальными радиаторами следует исходить из их размера, однако чтобы не утяжелять корпус, не устанавливается больше двух панелей. При других материалах все придется рассчитывать на месте.

Корпус можно сделать из фанеры и деревянных досок. На лицевой стороне стоит применить прочный и прозрачный поликарбонат, что будет выглядеть не хуже стеклянного. Сам же накопительный бак изготавливается из листового материала. А еще лучше будет приобрести готовую емкость. В качестве соединительных труб рекомендуется использовать полимерные (хорошо подойдут из металлопластика).

Особенности самодельных солнечных водонагревателей

Преимущества сделанного своими руками бойлера очевидны:

• работа при полной нагрузке максимально возможный период;
• окупаемость первоначальных вложений на материалы;
• экономия топлива;
• изделие сразу готово к эксплуатации.

Однако все эти аспекты превратятся в положительные при соблюдении важных условий.

1. Точная установка параметров устройства. Расчетная нагрузка должна приближаться к стандартному ежедневному потреблению.
2. Чтобы обеспечить постоянную нагрузку на горячее водоснабжение, можно установить вспомогательный нагреватель. Его рекомендуется включать, если солнечный не обеспечивает нужную нагрузку. Этот элемент нужен для устранения разницы в температуре воды.
3. Важно правильное распределение нагрузки, одни из параметров которой – регулирование скорости потока воды.
4. Если воду планируется расходовать не сразу, то для бака нужна дополнительная теплоизоляция. Последний момент касается и облачных дней (толщину теплоизоляции стоит предусмотреть побольше).
5. Покрытие теплоприемника должно повышать его поглощающую способность (самое простое можно сделать черной краской, в идеале лучше нанести селективное).
6. Бак должен вмещать запас горячей воды на два дня.
7. Идущие от коллектора трубы в бак должны быть минимальны по длине и хорошо изолированы для поддержки температурного напора.
8. Подводящая холодную воду к коллектору труба должна быть расположена внизу бака. Нагретая вода, наоборот, поступает наверх. Выше отверстия для уходящей в систему горячей воды должно оставаться место для её запаса.
9. Теперь об установке бака: если сделать это в здании, то существенно снизятся теплопотери. Даже если они и будут, то уйдут в домашнюю среду, а не в воздух. Здесь подойдет, к примеру, чердак. При установке системы на крышу актуально ориентировать коллектор на юг и наклонить под углом местной широты (это повысит эффективность работы на круглый год). Лучшим углом будет 60 градусов зимой и 30 градусов летом, на практике лучше сразу придать 45 градусов.
10. Конструкция дома должна быть готовой выдержать нагрузку от полного бака.
11. И еще один важный момент: как предотвратить замерзание системы при холодном климате? Можно использовать изолирующее съемное покрытие, установить устройство для слива воды или применять антифризный раствор в воде. Последний вариант получил популярность – только в этом случае его заливают в спиральный змеевик, через стенки которого и будет происходить теплообмен.

Использование солнечного водонагревателя позволит существенно сократить расходы на топливо, и уменьшить выброс углекислого газа в атмосферу. Можно собрать подобную систему и своими руками – при этом важно обладать минимальными знаниями в области водопроводных установок и придерживаться всех вышеупомянутых рекомендаций.

tehnika.expert

схема, устройство и прочее + видео

Человечество активно жжёт нефть, газ, уголь, торф, дрова и другие виды топлива, чтобы обеспечить себе комфортное существование, приготовление пищи и реализацию других потребностей. Тем самым оно засоряет атмосферу, отравляя природу в собственном доме. Замкнутый круг. Разорвать его можно, только используя альтернативные источники энергии, одним из которых является солнечный свет. Он поможет вырабатывать электричество, греть воздух или воду при помощи устройств, которые можно изготовить собственноручно.

Как работают солнечные водонагреватели, в чём выгода

Распространёнными способами использования энергии солнца в настоящее время являются два направления: выработка электроэнергии и прямой нагрев воды для хозяйственных и санитарных нужд. Накопленный опыт технических решений в этом направлении говорит об их достаточной эффективности, следствием чего становится значительная экономия затрат на отопление и горячее водоснабжение.

Солнечные коллекторы могут применяться для отопления и нагрева воды не только в летнее время, но и в течение всего года

Разовые затраты на изготовление позволят в дальнейшем регулярно получать бесплатное тепло и использовать его по своему усмотрению.

Классификация солнечных водонагревателей

Устройства для утилизации солнечной энергии можно условно разделить на виды по разным признакам. Например, по применяемому способу циркуляции теплоносителя:

1. Устройства, в которых используется естественная циркуляция. В этом случае нагретая вода, имеющая меньшую плотность, естественным образом поднимается по ёмкости и попадает в накопитель. Во избежание потерь тепла накопитель нужно изолировать с применением рулонных утеплителей. Характерными особенностями такого технического решения является вертикальное или наклонное расположение регистров нагрева и необходимость установки бака-накопителя выше уровня верхней части теплообменника.

   Движение жидкости осуществляется не при помощи насоса, а за счёт разной плотности

2. Агрегаты с принудительным обращением теплоносителя. Для этого применяются маломощные, но довольно эффективные циркуляционные насосы. При такой конструкции накопитель тёплой воды можно располагать в любом месте, включая подвал. При использовании бойлера косвенного нагрева в качестве теплоносителя можно использовать масло, чаще всего применяется трансформаторное.

   Чтобы горячая вода не остывала, бак необходимо утеплить

Можно разделить водонагреватели по конструкционным особенностям греющего коллектора:

1. Вакуумные. Их устройство представляет собой колбу из кварцевого стекла, внутри которой располагаются элементы нагревательного устройства. Кварцевое стекло свободно пропускает ультрафиолетовое излучение, что позволяет согревать воду до образования пара, а если применяется масло, то его температура может достигать 250–300 градусов. Воздух из колбы откачивается, что предотвращает рассеивание светового потока и повышает эффективность системы. Изготовить такой нагреватель в домашних условиях практически невозможно, а заводские изделия стоят довольно дорого. Но, учитывая высокую эффективность таких устройств, на такую трату можно согласиться, ведь они работают зимой, летом и в пасмурную погоду.

   Вакуум является лучшим теплоизолятором, поэтому потери тепла в коллекторе минимальны

2. Панельные. В таких конструкциях в качестве теплообменника используются плоские панели, например, стальные штампованные радиаторы отопления. По сравнению с первыми, такие устройства гораздо менее эффективны, большое количество тепла теряется в процессе прохождения по сети водоснабжения и в самом коллекторе. Панели нужно упаковать в корпус из материала с низкой теплопроводностью, верхнюю стенку изготовить из стекла, поликарбоната или прозрачного пластика. Но ни один из этих материалов не пропускает ультрафиолетового излучения, что и является причиной их пониженной эффективности.

   В конструкциях используются плоские панели

Классификация по типу греющего контура:

• разомкнутые — это самая простая система для организации в доме горячего водоснабжения. При этом нагретая вода не возвращается в нагреватели, а расходуется на покрытие бытовых потребностей;
• одноконтурные системы — подогретая в коллекторе вода после прохождения системы отопления возвращается обратно. Схема оборота воды из солнечного коллектора встраивается в отопительную систему и работает с принудительной циркуляцией через узел подмеса;

  В одноконтурной системе потребляемая горячая вода циркулирует через солнечный коллектор и бак

• двухконтурные — нагретый теплоноситель подаётся в бойлер косвенного нагрева, где отдаёт тепло находящейся в нём воде. Охлаждённый возвращается в коллектор солнечного нагревателя. В первичном контуре при такой организации целесообразно использовать масло. Вода из вторичного контура может использоваться как в системе отопления, так и в схеме горячего водоснабжения дома. Бойлер рекомендуется утеплять дополнительно для снижения потерь энергии.

  Контуры циркуляции незамерзающей жидкости и расходной воды разделены

Ориентируясь по принципу действия, можно разделить водонагреватели на активные и пассивные:

• пассивные системы — приёмный бак всегда находится над коллектором, циркуляция воды происходит естественным образом. Устройство не требует дополнительного инструментального контроля. Недостатком такой системы является неравномерная работа и скачкообразные показатели по мощности. Применяется для временных установок типа летнего душа или сезонного использования в системе горячего водоснабжения дома или оросительных сетях для полива огорода;

  Пассивные системы можно использовать только в летнее время

• активные — такие системы, как правило, оснащаются циркулярными насосами, контроллерами температуры и давления. Солнечная энергия преобразуется в тепловую и распределяется. Можно применять такие устройства в течение круглого года при соответствующих настройках.

  Солнечный водонагреватель активного типа может работать в любую погоду

Особняком стоят коллекторы воздушные, в которых преобразование энергии производится нагревом воздуха, естественным образом попадающего в атмосферу помещения. К недостаткам такого способа можно отнести ограниченность применения по времени года, поскольку летом такая функция не востребована.

Воздушный солнечный водонагреватель имеет самое простое устройство

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.

Для горячего водоснабжения и отопления загородного дома лучше использовать двухконтурный коллектор

Расчёт мощности солнечного коллектора

По фактическим расходам считается, что для удовлетворения потребности одного человека в горячей воде требуется от двух до четырёх киловатт тепловой энергии.

Для примера произведём расчёт мощности для реальных условий Подмосковья.

Исходные данные:

1. Основываясь на данных, приведённых в таблице поступления солнечной энергии в различных регионах России, площадь поглощения составит 2,35 м².
2. Показатель инсоляции для Подмосковья составляет 1173,7 киловатта в час с квадратного метра.
3. Коэффициент полезного действия коллекторов составляет 0,67–0,8. Целесообразно использовать первый показатель, характерный для самодельных конструкций и устаревших моделей.
4. Величина угла наклона будет использована оптимальная для региона. В первом приближении он должен быть равён величине географической широты места нахождения преобразователя.

Показатель инсоляции зависит от региона

Расчёт площади поглощения солнечной энергии для одной трубки, учитывая, что приведённая величина соответствует коллектору из 15 элементов: 2,35 м² / 15 шт. = 0,15 м². Соответственно, приведённая величина для 1 м² составит: 1 / 0,15 = 6,67 (штук), то есть регистр коллектора указанной площади будет состоять из 7 трубок.

Рассчитываем тепловую мощность одной трубки, что позволит определить необходимое их количество для удовлетворения средней потребности в энергии. Получаемая от одного нагревателя мощность из расчёта потребления на день рассчитывается из соотношения: N = S * I * K, где:

• N — мощность одной трубки;
• S — площадь поглощения одной трубки;
• I — показатель величины инсоляции для Подмосковья;
• K — коэффициент полезного действия в минимальном размере.

N = 0,15 * 1173,7 * 0,67 = 117,95 киловатта в час на метр квадратный.

Средний показатель выработки энергии за сутки составит (с учётом продолжительности светового дня) для Подмосковья 0,325 киловатта в час. А годовая экономия с одного квадратного метра составит: 117,95 * 7 = 825,6 киловатта в час.

Таким образом, выработка тепловой энергии солнечным коллектором в 2,35 квадрата достигает 8 киловатт в день. Обратившись к началу, можно убедиться, что коллектор приведённой величины полностью отвечает потребностям в горячей воде для семьи из трёх человек.

Приведённая методика весьма условна, однако, как показывает практика, вполне достоверна для определения основных параметров коллектора.

Мощности одного коллектора достаточно для семьи из трёх человек

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

Материалы и инструменты, технология сборки

Рассматриваем потребность в материалах и изделиях параллельно с описанием технологии изготовления солнечного коллектора. Такая работа может быть выполнена в следующем порядке.

Изготовление корпуса

Для этого понадобятся:

• влагозащищённый материал для задней стенки. Это может быть многослойная водостойкая фанера, пластик или другие подобные материалы;
• доска строганая хвойных пород 150х32 мм. Все детали из дерева нужно обработать антисептиками и противопожарными пропитками;
• утеплитель рулонный;
• степлер строительный для крепления утеплителя изнутри корпуса;
• фольга алюминиевая для создания отражающей поверхности по утеплителю;
• поликарбонат сотовый или монолитный по размеру корпуса толщиной 4 мм. Отверстия для его крепления должны располагаться не ближе 4 см от края листа, поэтому нужно учесть этот фактор при определении размера. Можно устанавливать с напуском. Желательно приобрести материал без защитного слоя от ультрафиолета, при этом нагрев будет происходить и в пасмурную погоду;
• уплотнитель из пори

ultra-term.ru

Солнечный водонагреватель

Небесное светило является самым мощным источником энергии из тех, что известны человечеству. Солнечный свет может быть преобразован в электрическую и тепловую энергию. В этой статье нас будет интересовать именно тепловая энергия, которую от солнца мы получаем абсолютно бесплатно и она неисчерпаема. Такие устройства, как солнечные водонагреватели, позволяют преобразовывать энергию солнца в тепловую. Фабричные устройства обладают неплохой производительностью и позволяют организовать отопление частного дома. Есть умельцы, которые самостоятельно мастерят такие устройства. Водонагреватели, работающие от солнца, бесплатно нагревают воду для отопления жилища или для бойлера, где уже отдаёт тепло для нагрева воды, используемой для мытья. Такие устройства пользуются спросом у владельцев частных домов и дач. В этой статье мы поговорим о принципе действия солнечных водонагревателей, их видах, основных производителях и ценах.

 

Содержание статьи

Принцип работы солнечного водонагревателя

Для начала, давайте, разберёмся с принципом работы солнечных водонагревателей. Функционирование такого устройства рассмотрим на примере фабричной модели вакуумного водонагревателя. Он без проблем подогревает воду зимой. Производительность зимой, конечно, ниже, чем в летнее время. Конструкция водонагревателя – это батарея, которая представляет собой несколько стеклянных трубок из кварцевого стекла. В каждой такой трубочке находится медная трубка, выкрашенная в чёрный цвет. В этих внутренних трубочках находится теплоноситель. В стеклянных трубках создан вакуум для того, чтобы не было потерь тепла из внутреннего контура. Кроме того, вакуум защищает батарею от воздействия окружающей среды. Все трубки соединяются с горизонтальным коллектором, по которому циркулирует теплоноситель. Вакуумные трубки поглощают солнечную энергию и отдают его воде.

Принцип работы солнечного водонагревателя

• Рабочая жидкость (в роли жидкости необязательно должна быть вода) под действием солнечных лучей испаряется, и пар поднимается в верхнюю часть стеклянной колбы;
• Пар контактирует через стенку с водой, которая циркулирует по коллектору. Пар отдаёт тепловую энергию, охлаждается и снова превращается в жидкость;
• Под действием силы тяжести, жидкость стекает вниз и так цикл замыкается;
• Коллектор водонагревателя соединяется с помощью трубопроводов с бойлером косвенного нагрева. Там уже подогревается вода, которая циркулирует в контуре отопления или водоснабжения. Теплоноситель циркулирует с помощью насоса.

Кварцевое стекло, из которого сделаны вакуумные трубки, пропускают ультрафиолетовые волны. Обычное стекло их задерживает. Благодаря пропусканию ультрафиолета солнечная энергия поглощается, когда пасмурно и в зимнее время года. Такую конструкцию в домашних условиях изготовить очень сложно.

Существуют водонагреватели с менее сложным принципом работы. В безнапорных водонагревателях передача тепловой энергии идёт без посредника. Обычно в их конструкции присутствует змеевик (медь, алюминий) на металлической подложке или без неё. Задняя стенка корпуса выкладывается теплоизолирующим материалов. Змеевик посредством трубопроводов соединён с накопительным баком. Змеевик и пластина (ещё называемая абсорбером) выкрашены в чёрный цвет для лучшего поглощения солнечных лучей. Сверху корпус накрыт стеклом, поликарбонатом и т. п. А также проведена тщательная изоляция, чтобы не попадали осадки, грязь, пыль.

Такой упрощённый водонагреватель эффективно работает только в ясную погоду. Но благодаря простоте конструкции такие водонагреватели чаще всего делают своими руками. Кроме того, есть ещё один вариант получить водонагреватель на бесплатной солнечной энергии. Устанавливаются солнечные батареи, которые вырабатывают электричество. А на этом электричестве работает обычный водонагреватель. Такая система тоже может работать круглый год.

Вернуться к содержанию
 

Первые в истории солнечные водонагреватели

Впервые водонагреватель, работающий от солнечной энергии, был разработан ещё в 1767 году. Его придумал обычный житель Швейцарии ─ Орас Бнедикт де Соссюр. В своём изобретении он смог добиться просто закипания воды. Но тогда это уже было успехом. И швейцарский изобретатель стал продавать свои водонагреватели.

Орас Бнедикт де Соссюр

Разновидности солнечных водонагревателей

Теперь поговорим о разновидностях солнечных водонагревателей. Они классифицируются по различным конструктивным особенностям.

К примеру, по типу циркуляции теплоносителя различают следующие водонагреватели:

• С естественной циркуляцией;
• С принудительной.

В первом случае вода циркулирует благодаря своим физическим свойствам. При нагреве она увеличивается в объёме, плотность у неё снижается. В результате жидкость по трубкам поднимается вверх, а на её место поступает холодная вода. Для прохождения естественной циркуляции резервуар должен находиться сверху коллектора, а это не всегда удобно.

Во втором случае накопительный резервуар устанавливается в подвальном помещении, а принудительная циркуляция обеспечивается специальными насосами. При такой организации роль теплоносителя может выполнять масло. Оно очень хорошо справляется с этой функцией.

Водонагреватели можно классифицировать по конструкции коллектора:

• Вакуумные. Теплоноситель находится в трубке, которая запаяна в вакуумной колбе. Эта колба выполнена из кварцевого стекла пропускающего солнечное тепло, а также ультрафиолет. Это очень эффективные конструкции, где потери тепла минимальны. Если в качестве теплоносителя используется вода, то нагрев происходит до кипения. Если там будет масло, то его можно разогреть до 200─300 градусов. Практически все вакуумные водонагреватели фабричные и стоят довольно дорого;
• Панельные. Конструкция самая простая. Коллектор выкрашен в чёрный цвет, помещён в корпус с теплоизоляцией и герметично закрыт стеклом, пластиком, поликарбонатом и т. п. Эффективность оставляет желать лучшего. Это объясняется тем, что жидкость теряет некоторую часть тепла при прохождении коллектор. Эти потери обычно весьма ощутимы. Панельные солнечные водонагреватели хорошо подходят для регионов, где высокая солнечная инсоляция.

Солнечный водонагреватель с замкнутым контуром

Кроме того, водонагреватели можно классифицировать по типу контура:

• Разомкнутый контур. Такая конструкция используется при организации подачи горячей воды в жилой дом. В роли теплоносителя выступает вода, которая после нагрева уже не попадает обратно в коллектор. Она расходуется на бытовые нужды;
• Один замкнутый контур. Применяется при отоплении жилого дома. В этом случае теплоноситель из водонагревателя подмешивается к другой жидкости (возможно, не вода), которая была нагрета в основном котле. В замкнутом контуре теплоноситель после нагрева проходит систему отопления и снова возвращается в коллектор;
• Два замкнутых контура. Такие водонагреватели являются универсальными и самыми эффективными. Такую систему можно использовать для выработки горячей воды или отопления круглый год. Нагревшись в коллекторе, теплоноситель идёт в теплообменник и передаёт тепло во второй контур. И уже теплоноситель в этом втором контуре расходуется в качестве горячей воды или для отопления дома.

Теплоноситель также может быть различным. Чаще всего используются вода, антифриз, масло. Можно ещё подразделить водонагреватели по общему принципу работы на пассивные и активные системы.

• Пассивный. Абсорбция и накопление энергии происходят сами собой без всяких механизмов контроля. Подобные системы просты и не требуют серьёзных вложений. За это приходится расплачиваться неравномерной работой и скачками мощности. Примером может служить бак над летним душем, который выкрашен в чёрный цвет. Обычно так работают системы с одним контуром. Здесь приёмный бак должен находиться над коллектором;
• Активный. Здесь нет минусов пассивного водонагревателя. Здесь солнечная энергия преобразуется в тепловую и периодически передаётся в накопительную ёмкость, бойлер или напрямую потребителям. Стабильная работа достигается благодаря системе принудительной циркуляции. Эта схема работает в системах с одним и двумя контурами. В таких системах часто можно видеть насосы, панели, измерительные приборы и т. п.

Вернуться к содержанию
 

Сферы применения и требования к установке

Итак, где применяются солнечные водонагреватели?

• Горячее водоснабжение частного дома;
• Отопление;
• Подогрев воды для дачных бассейнов;
• Горячая вода для нужд сельского хозяйства и промышленности.

Солнечный водонагреватель для отопления дома

Рекомендации по установке важно учитывать, поскольку от этого целиком и полностью будет зависеть эффективность работы водонагревателя. Перечислим некоторые рекомендации специалистов:

• Местом монтажа могут служить крыша дома, фасад, балкон;
• Панель водонагревателя обязательно должна смотреть на юг;
• При установке панели следует сделать угол наклона, равный широте вашего региона;
• Поскольку водонагреватель постоянно принимает солнечную энергию, при небольшом потреблении воды может образоваться застой, где теплоноситель вполне может нагреться до 300 градусов. Поэтому запрещено использовать трубы из пластмассы и оцинкованного железа. Лучше всего выполнять змеевик из меди или нержавейки;
• Обязательно нужно сделать изоляцию нагревающихся элементов водонагревателя, чтобы случайно не обжечься;
• При выборе крепежа и изоляции также следует учитывать возможность застоя теплоносителя и его сильный разогрев. То есть, материалы лучше выбирать с запасом прочности. Многие солидные производители температуру застоя пишут в спецификациях или на корпусе устройства. Ориентируйтесь на это значение;
• Панели солнечного водонагревателя должны располагаться на открытом месте с максимальным освещением солнцем. Вокруг не должно быть никаких высоких предметов, отбрасывающих тень;
• Для увеличения эффективности водонагревателя нужно проводить его крепёж на специальном стеллаже, если такую схему установки предлагает производитель;
• При установке каждый вид нагревателя может иметь свои особенности. Тут нужно ориентироваться на рекомендации производителя.

Основные производители

Солнечные водонагреватели нашли широкое практическое применение во многих европейских странах, КНР, Турции, США, Израиле, Саудовской Аравии. Производство этой продукции в мире устойчиво растёт и вместе со спросом увеличивается число компаний в этом сегменте.

Давайте рассмотрим некоторые крупные фирмы, занимающиеся выпуском водонагревателей от солнечной энергии. Итак, топ-производителей на мировом рынке:

• Итальянская фирма выпускает коллектора вакуумного типа KAIROS VT. Имеются модификации с 15 или 20 трубками;
• Немецкий производитель предлагает три модели SKR21, SKR12, SKR6;
• Ещё одна немецкая фирма, выпускающая модели с 6 или 12 трубками. Причём их можно объединять в блоки для увеличения мощности системы;
• Sunrain Solar Energy. Это китайский производитель, который занимается выпуском солнечных водонагревателей;
• И ещё одна немецкая фирма, которая предлагает два водонагревателя под марками Vitosol 200 и 300. Эти модели различаются конструкцией узла нагрева;
• Итальянский производитель, выпускающий модель Ecotube.

Водонагреватель KAIROS VT

Здесь стоит сказать, что продукция этих фирм относится к высшему классу и обеспечивается гарантией, но по деньгам её позволить сможет не каждый. Поэтому большую часть спроса на рынке закрывают малоизвестные производители.

Вернуться к содержанию
 

Цены и от чего они зависят?

Что касается конкретных цифр, то водонагреватели, выпускаемые в России, обойдутся примерно в 700─800 долларов США. Речь идёт о модели вакуумного типа. Примерно такие же цены на аналогичную китайскую продукцию. Водонагреватели немецких производителей стоят примерно 800─900 евро. Это дороже, но у них в комплекте идёт необходимый крепёж, а для изготовления коллекторов используется медь и нержавейка. Так, что деньги будут потрачены не зря.

Водонагреватель Viessmann Vitosol 200

• Бренд;
• Материал корпуса и теплоприёмника;
• качество сборки;
• способ укладки изоляционного материала и стоимость самого материала;
• толщина стекла.

Естественно, что на цене отражаются конструктивные различия, о которых рассказывалось выше.

Используя солнечную энергию с помощью современных технологий, вы вполне сможете обеспечить горячей водой свой частный дом или садовый домик. Причём вам нужно сделать начальные вложения, а затем установка будет работать бесплатно. Если хочется сэкономить, то сделать солнечный водонагреватель самостоятельно. Но фабричные системы, конечно, более надёжные и функциональные.

akbinfo.ru

Самодельный солнечный водонагреватель своими руками для дома: схема, принцип работы

Солнце является мощным и бесконечным источником тепловой энергии для нашей планеты. Она достается нам абсолютно бесплатно, отсюда и возникла идея использовать ее для потребностей человека. Другое дело, что устройства – преобразователи солнечного излучения в тепло нынче достаточно дороги. Даже небольшой солнечный коллектор заводского изготовления стоит приличных денег. Зато собственноручно смастерить самодельный солнечный водонагреватель может любой желающий, а как это сделать, будет рассказано в этой статье.

Принципе действия водонагревателя

Чтобы взяться за дело с пониманием вопроса, следует вначале разобраться, в чем заключается принцип работы солнечного водонагревателя. В качестве примера лучше всего взять заводской аппарат, который в состоянии подогревать воду даже в зимнее время, хотя в гораздо меньших объемах, нежели летом.

Устройство представляет собой батарею, собранную из множества отдельных элементов в виде стеклянных трубок.Внутри каждой трубки, изготавливаемой из кварцевого стекла, располагается еще одна, окрашенная в черный цвет и наполненная веществом, что испаряется при низких температурах.

С целью не допустить потерь тепла изнутри, а также избежать воздействия окружающей среды снаружи, из пространства между трубками удален воздух. Концы всех элементов входят в горизонтальный коллектор, где протекает нагреваемая вода. Подобные вакуумные трубки для водонагревателя весьма эффективно поглощают солнечное тепло и передают его воде за счет испарения / конденсации вещества (рабочего тела).

Система функционирует следующим образом:

• под воздействием солнечных лучей рабочее тело превращается в пар и поднимается в верхнюю часть стеклянной колбы;
• контактируя сквозь стенки с потоком воды, вещество отдает ему тепловую энергию и возвращается в жидкое агрегатное состояние;
• подчиняясь силе тяжести, рабочее тело стекает в нижнюю часть, где цикл начинается заново;
• обычно солнечные водонагреватели, находящиеся на крыше, присоединяются к дополнительному змеевику бойлера косвенного нагрева. Таким способом осуществляется передача теплоты домашней отопительной сети.

Примечание. Вакуумные трубки изготавливаются из кварцевого стекла, которое, в отличие от обычного, пропускает волны ультрафиолетового диапазона. Это позволяет поглощать энергию солнца во время облачности и в холодный период года.

Как нетрудно догадаться, соорудить подобную конструкцию в домашних условиях невозможно. Приведем более удачный пример: безнапорный водонагреватель, где происходит передача тепла напрямую, без посредника. В прямоугольный корпус с хорошо утепленной задней стенкой помещен змеевик из меди, подключенный к накопительному баку. В контуре естественным образом циркулирует вода, нагреваясь от солнца напрямую, вследствие чего температура в накопительной емкости постепенно возрастает.

Трубка змеевика запрессована в металлическую пластину – теплоприемник темного цвета, от воздействия осадков она защищена прочным стеклом. Данный солнечный накопительный водонагреватель не так дорог, как вакуумный, но и менее эффективен. Он хорошо действует только в солнечную безоблачную погоду. Зато его конструкция проще и может быть реализована в домашних условиях.

Для справки. Существует еще один способ воспользоваться энергией солнца – установить обычный водонагреватель на солнечных батареях, вырабатывающих электричество. Но такая система очень дорога, хотя может функционировать круглогодично.

Выбор материалов

Итак, определившись с концепцией будущего солнечного нагревателя для воды, перейдем к подбору материалов для теплообменника. Тут есть из чего выбирать, нагревательный контур можно сделать из:

• медной трубки – идеальный вариант;
• черных полимерных труб;
• секций плоских стальных радиаторов;
• алюминиевых трубок.

Примечание. Мастера – умельцы, давно воплотившие идею в жизнь у себя дома, применяли в качестве нагреваемого контура резиновый садовый шланг черного цвета или теплообменник от старого холодильника.

Сложнее всего определить теплообменную поверхность змеевика. Если вместо него взять стальные радиаторы, то долго думать не придется. Все равно больше 2 панелей в одном корпусе установить не получится, иначе конструкция будет слишком тяжелой. В остальных случаях солнечный водонагреватель, сделанный своими руками, надо рассчитывать экспериментальным путем. Солнечная активность в каждом регионе разная, также играет роль расположение дома и его ориентация в пространстве. Поэтому дать однозначные рекомендации о длине змеевика из такого-то материала затруднительно, ее надо определить индивидуально.

Для изготовления корпуса теплоприемника можно взять деревянные доски и лист фанеры, а вместо лицевой панели из стекла применить такой простой материал, как поликарбонат. Он прозрачен и достаточно прочен, разбить его не сможет даже сильный град.

Так что водонагреватель из поликарбоната выйдет ничем не хуже стеклянного. Что касается накопительного бака, то его можно смастерить из листового металла либо приобрести готовую пластмассовую или стальную емкость. Соединительные трубы проще всего поставить полимерные, например, из металлопластика.

Рекомендации по изготовлению

Для тех, кто предпочитает простые решения, есть вариант, давно придуманный нашими дедами. На крышу дома или отдельной душевой устанавливается один либо несколько баков, выкрашенных в черный цвет. Такой водонагреватель работает просто: теплая вода по вертикальной трубе из бочки течет прямо в душевую, стоит только открыть кран. Для заполнения емкости к ней прокладывается водопроводная магистраль. При хорошей солнечной активности в летнее время вода в бочке нагревается буквально за несколько часов.

Простой бак на крыше не сравнится с солнечным коллектором по эффективности, пусть даже и самодельным. Поэтому, определившись с размерами теплоприемника, надо изготовить корпус, куда потом следует поместить змеевик. Предпочтительнее его собрать из дерева, оно не так сильно пропускает тепло, как металл. Перед укладкой теплообменника заднюю стенку необходимо утеплить слоем пенопласта. Общая схема солнечного водонагревателя с накопительным и подпиточным резервуаром представлена на рисунке:

Просто собрать тепловой приемник своими руками – это еще не вся работа, нужно его правильно задействовать в системе водоснабжения. Показанная на схеме солнечная водонагревательная установка состоит из бака – аккумулятора, емкости подпитки и самого коллектора. Не стоит ставить лишнее насосное оборудование, надо позволить воде циркулировать естественным образом. Необходимо проследить, чтобы аккумулятор стоял немного выше теплоприемника, а подпиточная емкость – выше аккумулирующей.

Резервуар для горячей воды следует обязательно утеплить, для этого подойдет любой рулонный материал. Чтобы накопительный водонагреватель функционировал в автоматическом режиме, во втором бачке нужно поставить поплавковый клапан, реагирующий на снижение уровня жидкости. К патрубку клапана подводится труба от водопровода. Теперь во время расхода в основном резервуаре при помывке в его нижнюю зону будет подаваться холодная вода. Не забудьте предусмотреть вертикальный патрубок для выпуска воздуха, поднятый на необходимую высоту.

Заключение

Благодаря солнечной энергии в теплое время года ваш частный дом или дача может быть обеспечена горячей водой, за которую не придется платить. Затраты, что придется понести при изготовлении водонагревательной установки, минимальны: надо купить трубы, краны и прочие недостающие материалы. Вложения средств в самодельную систему несравнимы с ценой заводских солнечных коллекторов.

cotlix.com