Cum să faci un colector solar pentru încălzire cu propriile mâini: un ghid pas cu pas

Creșterea costurilor surselor tradiționale de energie încurajează proprietarii de case private să caute opțiuni alternative pentru încălzirea caselor și încălzirea apei.De acord, componenta financiară a problemei va juca un rol important atunci când alegeți un sistem de încălzire.

Una dintre cele mai promițătoare metode de alimentare cu energie este conversia radiației solare. În acest scop se folosesc sisteme solare. Înțelegerea principiului designului lor și a mecanismului de funcționare, realizarea unui colector solar pentru încălzire cu propriile mâini nu va fi dificilă.

Vă vom spune despre caracteristicile de proiectare ale sistemelor solare, vă vom oferi o diagramă simplă de asamblare și vă vom descrie materialele care pot fi utilizate. Etapele lucrării sunt însoțite de fotografii vizuale, materialul este completat de videoclipuri despre crearea și punerea în funcțiune a unui colecționar de casă.

Principiul de funcționare și caracteristicile de proiectare

Sistemele solare moderne sunt unul dintre tipuri de surse alternative primind căldură. Sunt folosite ca echipamente auxiliare de încălzire care transformă radiația solară în energie utilă proprietarilor de case.

Ele sunt capabile să asigure pe deplin alimentarea cu apă caldă și încălzirea în timpul sezonului rece numai în regiunile sudice. Și numai dacă ocupă o suprafață suficient de mare și sunt instalate în zone deschise neumbrite de copaci.

În ciuda numărului mare de soiuri, principiul lor de funcționare este același. Orice sistem solar Este un circuit cu un aranjament secvenţial de dispozitive care furnizează energie termică şi o transmit consumatorului.

Principalele elemente de lucru sunt panouri solare bazate pe fotocelule sau colectoare solare. Tehnologie ansamblu generator solar pe plăci fotografice este ceva mai complicat decât pe un colector tubular.

În acest articol ne vom uita la a doua opțiune - un sistem de colectare solară.

Colectorii solari mai servesc ca furnizori auxiliari de energie. Este periculos să comutați complet încălzirea locuinței la un sistem solar din cauza incapacității de a prezice un număr clar de zile însorite

Colectorii sunt un sistem de tuburi conectate în serie la liniile de ieșire și de intrare sau așezate sub forma unei bobine. Apa de proces, fluxul de aer sau un amestec de apă și un fel de lichid care nu îngheață circulă prin tuburi.

Circulația este stimulată de fenomene fizice: evaporare, modificări de presiune și densitate de la trecerea de la o stare de agregare la alta etc.

Principiul de funcționare al colectoarelor solare se bazează pe primirea și acumularea energiei solare transmise lichidului de răcire (+)

Colectarea și acumularea energiei solare se realizează prin absorbante. Aceasta este fie o placă metalică solidă cu o suprafață exterioară înnegrită, fie un sistem de plăci individuale atașate la tuburi.

Pentru fabricarea părții superioare a corpului, capacul, se folosesc materiale cu o mare capacitate de transmitere a luminii. Acesta poate fi plexiglas, materiale polimerice similare, tipuri de sticlă tradițională călită.

Pentru a elimina pierderile de energie, izolația termică este plasată în cutia din spatele dispozitivului.

Trebuie spus că materialele polimerice nu tolerează destul de bine influența razelor ultraviolete.Toate tipurile de plastic au un coeficient de dilatare termică destul de ridicat, ceea ce duce adesea la depresurizarea carcasei. Prin urmare, utilizarea unor astfel de materiale pentru fabricarea corpului colector ar trebui limitată.

Apa ca lichid de răcire poate fi utilizată numai în sistemele concepute pentru a furniza căldură suplimentară în perioada de toamnă/primăvară. Dacă intenționați să utilizați sistemul solar pe tot parcursul anului, înainte de prima vată de frig, schimbați apa de proces cu un amestec de ea și antigel.

Sistemele solare cu aer folosesc aerul ca lichid de răcire. Canalele pentru mișcarea sa pot fi realizate din foi ondulate obișnuite (+)

Dacă un colector solar este instalat pentru a încălzi o clădire mică care nu are nicio legătură cu încălzirea autonomă a cabanei sau cu rețele centralizate, se construiește un sistem simplu cu un singur circuit cu un dispozitiv de încălzire la început.

Lanțul nu include pompe de circulație și dispozitive de încălzire. Schema este extrem de simplă, dar poate funcționa doar în verile însorite.

Atunci când un colector este inclus într-o structură tehnică cu dublu circuit, totul este mult mai complicat, dar intervalul de zile potrivite pentru utilizare este semnificativ crescut. Colectorul procesează un singur circuit. Sarcina predominantă este plasată pe unitatea principală de încălzire, care funcționează cu energie electrică sau orice tip de combustibil.

Pentru a realiza un colector solar, puteți folosi un circuit gata făcut, vă puteți construi propriul model pilot și îl puteți testa în practică (+)

În ciuda dependenței directe a performanței dispozitivelor solare de numărul de zile însorite, acestea sunt solicitate, iar cererea de dispozitive solare crește constant. Ele sunt populare printre meșterii populari care caută să canalizeze toate tipurile de energie naturală în canale utile.

Clasificare după criterii de temperatură

Există un număr destul de mare de criterii după care sunt clasificate anumite modele de sisteme solare. Cu toate acestea, pentru dispozitivele care pot fi realizate cu propriile mâini și utilizate pentru alimentarea cu apă caldă și încălzire, cea mai rațională opțiune ar fi să le separați după tipul de lichid de răcire.

Deci, sistemele pot fi lichide și de aer. Primul tip este mai des aplicabil.

În plus, se utilizează adesea o clasificare pe baza temperaturii la care pot fi încălzite componentele de lucru ale colectorului:

1. Temperatura scazuta. Opțiuni capabile să încălziți lichidul de răcire până la 50ºС. Sunt folosite pentru a încălzi apa în rezervoarele de irigare, în căzi și dușuri vara și pentru a îmbunătăți condițiile confortabile în serile răcoroase de primăvară-toamnă.
2. Temperatura medie. Asigurați o temperatură a lichidului de răcire de 80ºС. Pot fi folosite pentru a încălzi încăperile. Aceste opțiuni sunt cele mai potrivite pentru mobilarea caselor private.
3. Temperatura ridicata. Temperatura lichidului de răcire în astfel de instalații poate ajunge până la 200-300ºС. Sunt utilizate la scară industrială, instalate pentru ateliere de producție de încălzire, clădiri comerciale etc.

Sistemele solare de înaltă temperatură utilizează un proces destul de complex de transfer de energie termică. În plus, ocupă o cantitate impresionantă de spațiu, pe care majoritatea iubitorilor noștri de viață la țară nu și-l pot permite.

Procesul de fabricație necesită forță de muncă, iar implementarea necesită echipamente specializate. Este aproape imposibil să faci singur o astfel de versiune a unui sistem solar.

Este destul de dificil să faci acasă panouri solare de înaltă temperatură folosind convertoare fotovoltaice

Distribuitor realizat manual

Realizarea unui dispozitiv solar cu propriile mâini este un proces fascinant care aduce o mulțime de beneficii. Datorită acesteia, puteți utiliza rațional radiația solară liberă și puteți rezolva câteva probleme economice importante. Să ne uităm la specificul creării unui colector plat care furnizează apă încălzită sistemului de încălzire.

Materiale de bricolaj

Cel mai simplu și mai accesibil material pentru auto-asamblarea unui corp de colector solar este un bloc de lemn cu o placă, placaj, plăci OSB sau opțiuni similare. Ca alternativă, puteți utiliza un profil din oțel sau aluminiu cu foi similare. O carcasă metalică va costa puțin mai mult.

Materialele trebuie să îndeplinească cerințele pentru structurile utilizate în exterior. Durata de viață a unui colector solar variază de la 20 la 30 de ani.

Aceasta înseamnă că materialele trebuie să aibă un anumit set de caracteristici de performanță care să permită ca structura să fie utilizată pe toată durata de viață.

Cea mai ieftină și mai simplă opțiune pentru materialele pentru fabricarea caroseriei este utilizarea de cherestea și PAL

Dacă corpul este din lemn, atunci durabilitatea materialului poate fi asigurată prin impregnare cu emulsii de apă-polimeri și acoperire cu vopsele și lacuri.

Principiul de bază care trebuie urmat la proiectarea și asamblarea unui colector solar este disponibilitatea materialelor din punct de vedere al prețului și disponibilității. Adică pot fi găsite fie pe piața liberă, fie realizate independent de materialele disponibile.

Nuanțe de izolare termică

Pentru a preveni pierderea energiei termice, materialul izolator este instalat în partea de jos a cutiei. Aceasta poate fi spumă de polistiren sau vată minerală. Industria modernă produce o gamă destul de extinsă de materiale izolante.

Pentru a izola cutia, puteți utiliza opțiuni de izolare cu folie. În acest fel, este posibil să se asigure atât izolarea termică, cât și reflectarea luminii solare de pe suprafața foliei.

Dacă se folosește spumă rigidă sau placă de polistiren expandat ca material izolator, se pot tăia caneluri pentru a găzdui sistemul de bobine sau conducte. De obicei, absorbantul colectorului este plasat deasupra izolației termice și fixat ferm de partea inferioară a carcasei într-un mod care depinde de materialul utilizat la fabricarea carcasei.

Izolarea termică servește la reducerea pierderilor de energie termică prin partea inferioară a carcasei. Este irațional să fabricați un dispozitiv într-o carcasă metalică fără izolație termică (+)

Radiator cu colector solar

Acesta este un element absorbant. Este un sistem de țevi în care lichidul de răcire este încălzit, iar piesele realizate cel mai adesea din tablă de cupru. Materialele optime pentru fabricarea unui radiator sunt considerate a fi tevi de cupru.

Meșterii de acasă au inventat o opțiune mai ieftină - un schimbător de căldură spiralat din tevi din polipropilena.

O soluție de buget interesantă este un absorbant de sistem solar realizat dintr-o țeavă de polimer flexibilă. Pentru conectarea la dispozitivele la intrare și la ieșire se folosesc fitinguri adecvate.Alegerea materialelor disponibile din care se poate realiza un schimbător de căldură cu colector solar este destul de largă. Acesta ar putea fi schimbătorul de căldură al unui frigider vechi, conducte de apă din polietilenă, radiatoare cu panouri de oțel etc.

Un criteriu important pentru eficiență este conductivitatea termică a materialului din care este realizat schimbătorul de căldură.

Pentru autoproducție, cuprul este cea mai bună opțiune. Are o conductivitate termică de 394 W/m². Pentru aluminiu, acest parametru variază de la 202 la 236 W/m².

Țevile de cupru sunt considerate cea mai optimă opțiune pentru fabricarea unui radiator în ceea ce privește proprietățile termice și rezistența la uzură

Cu toate acestea, diferența mare a parametrilor de conductivitate termică dintre țevile de cupru și polipropilenă nu înseamnă că un schimbător de căldură cu țevi de cupru va produce volume de apă caldă de sute de ori mai mari.

În condiții egale, performanța unui schimbător de căldură din conducte de cupru va fi cu 20% mai eficientă decât performanța opțiunilor metal-plastic. Așadar, schimbătoarele de căldură realizate din țevi polimerice au dreptul la viață. În plus, astfel de opțiuni vor fi mult mai ieftine.

Indiferent de materialul țevilor, toate racordurile, atât sudate, cât și filetate, trebuie etanșate. Conductele pot fi așezate fie paralel între ele, fie sub formă de spirală.

Circuitul de tip bobină reduce numărul de conexiuni - acest lucru reduce probabilitatea de scurgeri și asigură un flux mai uniform de lichid de răcire.

Partea superioară a cutiei în care se află schimbătorul de căldură este acoperită cu sticlă.Ca alternativă, puteți utiliza materiale moderne, cum ar fi un analog acrilic sau policarbonat monolit. Materialul translucid poate să nu fie neted, ci canelat sau mat.

In varianta clasica, cutia cu colectorul este inchisa cu sticla securizata, plexiglas, policarbonat sau material similar. Meșterii au învățat să folosească polietilena în loc de sticlă

Acest tratament reduce reflectivitatea materialului. În plus, acest material trebuie să reziste la sarcini mecanice semnificative.

În mostrele industriale de astfel de sisteme solare, se utilizează sticlă solară specială. Această sticlă se caracterizează printr-un conținut scăzut de fier, ceea ce asigură pierderi mai mici de energie termică.

Rezervor de stocare sau cameră anterioară

Ca rezervor de stocare poate fi folosit orice recipient cu un volum de la 20 la 40 de litri. O serie de rezervoare puțin mai mici conectate prin țevi într-un lanț în serie va face bine. Se recomandă izolarea rezervorului de stocare, deoarece Apa încălzită de soare într-un recipient fără izolație va pierde rapid energie termică.

De fapt, lichidul de răcire din sistemul de încălzire solară trebuie să circule fără acumulare, deoarece Energia termica primita de la acesta trebuie consumata in perioada de receptie. Rezervorul de stocare servește mai degrabă ca un distribuitor de apă încălzită și o cameră frontală care menține stabilitatea presiunii în sistem.

Rezervorul de stocare din sistemele solare funcționează ca un distribuitor de apă și un rezervor care menține presiunea (+)

Etapele asamblarii sistemului solar

După fabricarea colectorului și pregătirea tuturor elementelor structurale constitutive ale sistemului, puteți începe instalarea directă.

Una dintre opțiunile pentru construirea unei bobine din țevi de polipropilenă cu fitinguri și teuri vă va ajuta să asamblați rapid un colector solar (+)

Lucrarea începe cu instalarea unei camere frontale, care, de regulă, este plasată în cel mai înalt punct posibil: în pod, turn de sine stătător, pasaj superior etc.

În timpul instalării, trebuie luat în considerare faptul că, după umplerea sistemului cu lichid de răcire lichid, această parte a structurii va avea o greutate impresionantă. Prin urmare, ar trebui să vă asigurați că plafonul este fiabil sau să-l întăriți.

După instalarea containerului, începeți instalarea colectorului. Acest element structural al sistemului este situat pe partea de sud. Unghiul de înclinare față de orizont ar trebui să fie de la 35 la 45 de grade.

După instalarea tuturor elementelor, acestea sunt legate cu țevi, conectându-le într-un singur sistem hidraulic. Etanșeitatea sistemului hidraulic este un criteriu important de care depinde funcționarea eficientă a colectorului solar.

Conform diagramei de asamblare a unui sistem solar pentru alimentarea cu apă a unui duș de vară, puteți construi o structură pentru a încălzi apa pentru irigare sau puteți crea condiții confortabile în serile răcoroase (+)

Pentru a conecta elementele structurale într-un singur sistem hidraulic, se folosesc țevi cu un diametru de un inch și jumătate de inch. Diametrul mai mic este utilizat pentru a construi partea de presiune a sistemului.

Partea de presiune a sistemului se referă la intrarea apei în camera frontală și la ieșirea lichidului de răcire încălzit în sistemul de încălzire și alimentare cu apă caldă. Restul se monteaza folosind tevi de diametru mai mare.

Pentru a preveni pierderea energiei termice, conductele trebuie izolate cu grijă.În acest scop, puteți utiliza spumă de polistiren, vată bazaltică sau versiuni din folie ale materialelor izolatoare moderne. Rezervorul de stocare și camera frontală sunt, de asemenea, supuse procedurii de izolare.

Cea mai simplă și mai accesibilă opțiune pentru izolarea termică a unui rezervor de stocare este construirea unei cutii de placaj sau scânduri în jurul acestuia. Spațiul dintre cutie și recipient trebuie umplut cu material izolator. Poate fi lână de zgură, un amestec de paie și lut, rumeguș uscat etc.

Sistemul solar este instalat astfel încât colectoarele solare să fie amplasate în partea cea mai iluminată a casei sau a amplasamentului (+)

Testați înainte de punere în funcțiune

După instalarea tuturor elementelor sistemului și izolarea unei părți a structurilor, puteți începe să umpleți sistemul cu lichid de răcire. Umplerea inițială a sistemului trebuie făcută prin conducta situată în partea de jos a colectorului.

Adică, umplerea se realizează de jos în sus. Datorită unor astfel de acțiuni, poate fi evitată posibila formare de blocaje de aer.

Apa sau alt lichid de răcire intră în camera frontală. Procesul de umplere a sistemului se termină atunci când apa începe să curgă din conducta de drenaj a camerei anterioare.

Folosind o supapă cu plutitor, puteți regla nivelul optim de lichid în camera anterioară. După umplerea sistemului cu lichid de răcire, acesta începe să se încălzească în colector.

Procesul de creștere a temperaturii are loc chiar și pe vreme înnorată. Lichidul de răcire încălzit începe să se ridice în partea superioară a rezervorului de stocare. Procesul de circulație naturală are loc până când temperatura lichidului de răcire care intră în radiator este egală cu temperatura lichidului de răcire care iese din colector.

Când apa curge în sistemul hidraulic, supapa plutitoare situată în camera frontală va fi activată. În acest fel se va menține un nivel constant. În acest caz, apa rece care intră în sistem va fi amplasată în partea inferioară a rezervorului de stocare. Procesul de amestecare a apei rece și fierbinte practic nu are loc.

Este necesar să se prevadă instalarea supapelor de închidere în sistemul hidraulic, care vor împiedica circulația inversă a lichidului de răcire de la colector la rezervorul de stocare. Acest lucru se întâmplă atunci când temperatura ambientală scade mai mică decât temperatura lichidului de răcire.

Astfel de supape de închidere sunt de obicei folosite noaptea și seara.

Alimentarea cu apă caldă la punctele de consum se realizează folosind mixere standard. Este mai bine să nu folosiți robinete unice convenționale. Pe vreme însorită, temperatura apei poate ajunge până la 80°C - este incomod să folosiți o astfel de apă direct. Astfel, mixerele vor economisi semnificativ apă caldă.

Performanța unui astfel de încălzitor solar de apă poate fi mărită prin adăugarea de secțiuni suplimentare de colector. Designul vă permite să montați de la două până la un număr nelimitat de piese.

Performanța sistemului solar este sporită prin instalarea mai multor colectoare solare

Acest colector solar pentru încălzire și alimentare cu apă caldă se bazează pe principiul efectului de seră și pe așa-numitul efect termosifon. Efectul de seră este utilizat în proiectarea elementului de încălzire.

Razele soarelui trec nestingherite prin materialul transparent din partea superioară a colectorului și sunt transformate în energie termică.

Energia termică ajunge într-un spațiu restrâns datorită etanșeității cutiei de secțiune a colectorului. Efectul termosifon este utilizat într-un sistem hidraulic atunci când lichidul de răcire încălzit se ridică în sus, deplasând lichidul de răcire rece și forțându-l să se deplaseze în zona de încălzire.

Datorită efectului termosifon, în sistem are loc o circulație naturală stabilă și continuă a lichidului de răcire

Performanța colectorului solar

Principalul criteriu care afectează performanța sistemelor solare este intensitatea radiației solare. Cantitatea de radiație solară potențial utilă care cade pe un anumit teritoriu se numește insolație.

Cantitatea de insolație în diferite părți ale globului variază destul de mult. Există tabele speciale pentru a determina indicatorii medii ai acestei valori. Ele afișează insolația solară medie pentru o anumită regiune.

Datele despre insolația solară într-o anumită regiune pot fi obținute din hărți și tabele speciale (+)

Pe lângă cantitatea de insolație, performanța sistemului este afectată de suprafața și materialul schimbătorului de căldură. Un alt factor care afectează performanța sistemului este volumul rezervorului de stocare. Capacitatea optimă a rezervorului este calculată pe baza suprafeței adsorbatorilor colectorului.

În cazul unui colector plat, aceasta este suprafața totală a țevilor care se află în cutia colectorului. Această valoare, în medie, este egală cu 75 de litri de volum al rezervorului pe m² de suprafață a tubului colector. Rezervorul de stocare este un fel de acumulator de căldură.

Prețuri pentru dispozitivele din fabrică

Partea leului din costurile financiare pentru construcția unui astfel de sistem revine producției de colecționari. Acest lucru nu este surprinzător; chiar și în modelele industriale de sisteme solare, aproximativ 60% din cost provine din acest element structural. Costurile financiare vor depinde de alegerea unui anumit material.

Trebuie remarcat faptul că un astfel de sistem nu poate încălzi camera; va ajuta doar la economisirea costurilor, ajutând la încălzirea apei în sistemul de încălzire. Avand in vedere costurile destul de mari cu energia care sunt cheltuite pentru incalzirea apei, un colector solar integrat in sistemul de incalzire reduce semnificativ astfel de costuri.

Colectorul solar se integrează destul de ușor în sistemul de încălzire și alimentare cu apă caldă (+)

Pentru fabricarea acestuia se folosesc materiale destul de simple și accesibile. În plus, acest design este complet independent de energie și nu necesită întreținere tehnică. Îngrijirea sistemului se reduce la inspecția periodică și curățarea sticlei colectorului de murdărie.

Informații suplimentare despre organizarea încălzirii solare în casă sunt prezentate în Acest articol.

Concluzii și video util pe această temă

Procesul de fabricație al unui colector solar de bază:

Cum să asamblați și să puneți în funcțiune un sistem solar:

Desigur, un colector solar autofabricat nu va putea concura cu modelele industriale. Folosind materialele disponibile, este destul de dificil să se obțină eficiența ridicată pe care o au desenele industriale. Dar costurile financiare vor fi mult mai mici în comparație cu achiziționarea de instalații gata făcute.

Cu toate acestea, sistem de încălzire solară de casă va crește semnificativ nivelul de confort și va reduce costul energiei generate din sursele tradiționale.

Ai experienta in constructia unui colector solar? Sau mai aveți întrebări despre materialul prezentat? Vă rugăm să împărtășiți informații cu cititorii noștri. Puteți lăsa comentarii în formularul de mai jos.