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.
Невидимый солнечный коллектор
Энергоэффективные дома, «зелёные» технологии, альтернативная энергия — эти выражения всё активнее входят в нашу жизнь. Сегодня никто не удивляется, увидев на крыше загородного дома солнечные батареи или ветрогенератор – на участке. Пока, из-за высокой цены и особенностей климата, подобные технологии не получили широкого распространения в нашей стране. Тем не немее, думаем, что пользователям нашего портала будет интересно изобретение испанских инженеров, которые разработали «невидимый» солнечный коллектор.
Многие из людей, даже проживая в жарком климате и имея средства на покупку солнечных батарей или гелиоколлектора, не приобретают «зелёные» устройства. По их мнению, они портят внешний вид дома. Особенно если разместить такие устройства на крыше. Испанцы предложили выход, объединив солнечный коллектор и считающуюся элитной сланцевую кровлю в устройство 2в1 и назвали его «термосланцем».
Суть идеи заключается в том, чтобы «снять» высокую температуру со сланца (кровля тёмного цвета в погожий день нагревается свыше 90°C) и использовать её для нагрева воды в доме.
Сам гелиоколлектор представляет собой плоские металлические блоки толщиной в 3.5 см, по которым циркулирует вода. С внешней стороны блок облицован натуральным сланцем.
После монтажа системы крыша ничем не отличается от крыш обычных домов.
На торцах гелиоколлектора находятся по 2 вывода для воды. Соединяя панели друг с другом, «термосланец» объединяется в единый солнечный коллектор, а затем подключается к системе водоснабжения коттеджа. Панели монтируются на скрытый крепёж, что минимизирует возможность протечек и не портит внешний вид крыши.
Всего выпускается четыре типоразмера панелей: 32х22, 35х22, 40х22 и 50х25 см. Также систему можно совмещать с обычной сланцевой кровлей (или искусственным покрытием под сланец), причём, определить визуально, где находится гелиоколлектор, а где смонтирована обычная кровля, невозможно.
Монтаж системы также не вызывает особых сложностей — главное чётко придерживаться инструкции и заранее рассчитать необходимое количество панелей.
В зависимости от площади крыши меняется количество панелей и, соответственно, мощность всей системы. После монтажа гелиоколлектор подключается к системе ГВС загородного дома.
Испытания показали, что в жаркий день кровля из «термосланца» площадью примерно в 8 кв. м на 80% обеспечивает потребности в горячей воде семьи из четырёх-пяти человек. Вес панелей (без воды) составляет 20 кг на 1 кв. метр.
За счёт большой массы всей системы (только 1 кв. м обычной сланцевой кровли может весить около 20-25 кг) гелиоколлектор работает, как теплоаккумулятор, не давая остыть нагретой воде в пасмурные дни.
В случае необходимости панели можно демонтировать или установить на другую крышу.
Испанцы признают, что использование панелей экономически оправдано только в странах с жарким климатом, поэтому они работают над дальнейшими усовершенствованиями системы, направленными на удешевление всей конструкции и повышения её КПД.
На FORUMHOUSE есть тема, где можно узнать все подробности строительства энергоэффективного дома. Также советуем совершить видеотур по энергопассивному дому и посмотреть сюжет, где показывается, как работает гелиоколлектор и воздушный насос.
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.
Как сделать полноценный солнечный водонагреватель своими руками (видео)
Основными элементами этого устройства являются:
- подпиточная емкость;
- аккумулирующий бак;
- коллектор.
Достаточно подробно об изготовлении солнечного водонагревателя рассказывается в следующем видео:
По мнению знатоков, насос в систему устанавливать не сто́ит. Циркуляция воды должна происходить естественным путем. Чтобы добиться этого эффекта, бак необходимо установить выше теплоприемника, тогда как подпиточная емкость должна находиться выше аккумулирующей. Другая дельная рекомендация знатоков состоит в установке теплоизоляции на резервуар, содержащий подогретую воду. Для этого можно использовать любой рулонный утеплитель.
Чтобы автоматизировать процесс пополнения воды в системе, второй бак следует оснастить поплавковым клапаном.
В системе также должен иметься вертикальный патрубок, обеспечивающий выпуск воздуха. Для обеспечения большей эффективности его, как правило, поднимают на довольно приличную высоту.
