solnechnyj-vodonagrevatel-svoimi-rukami

Солнечный водонагреватель своими руками: сборка, расчет и советы специалиста

Солнечная энергетика

Солнце – экологически чистый, бесплатный источник энергии. Проблема его использования кроется в сложности преобразования. Потому средних размеров солнечный коллектор обойдется в несколько десятков тысяч рублей. Сегодня солнечный водонагреватель своими руками может собрать любой в домашних условиях.

Принцип действия

Изготовленные на заводе коллекторы могут нагревать воду даже зимой. Чтобы собрать аналог такого устройства дома необходимо понимать принцип его работы. Изготовленные в заводских условиях конструкции имеют презентабельный внешний вид.

solnechnyj-vodonagrevatel

Само устройство фактически является батареей – собирается оно из большого количества трубок. Обычно для сборки применяется кварц. Внутри каждого цилиндрического контейнера присутствует ещё один – окрашенный в черный цвет, наполненный веществом меняющим свое агрегатное состояние на газообразное при низких температурах

solnechnyj-kollektor

Из пространства между двумя стеклянными цилиндрами откачан воздух, создается вакуум. Таким способом удается решить сразу две задачи:

  • избежать потери тепловой энергии;
  • снизить влияние окружающей среды.

Стороны стеклянных трубок зафиксированы внутри коллектора имеющего горизонтальное расположение. По ним протекает вода. Под воздействием солнечного света трубы быстро, эффективно поглощают тепло. После чего энергия передается воде за счет испарения и обратного процесса – конденсации.

solnechnyj-kollektor-princip-raboty

Алгоритм работы конструкции, изготовленной в заводских условиях, следующий:

  1. происходит нагревание рабочего тела, вещество переходит в газообразное состояние;
  2. пар становится легче воздуха, поднимается в верхнюю часть стеклянных цилиндров;
  3. накопленная энергия передается воде, происходит нагрев;
  4. пар становится жидкостью, возвращается в свое первоначальное состояние.

Водонагреватели часто подключаются к змеевику – косвенного нагрева. Это позволит нагреть теплоноситель для системы отопления дома.

solnechnyj-vodonagrevatel-princip-raboty

Важная особенность кварцевого стекла – оно пропускает ультрафиолетовое излучение. Именно это позволяет добиться высокого КПД работы, преобразовывать свет в любую погоду (солнечную, пасмурную). Самостоятельно изготовить кварцевые цилиндры, откачать из них воздух в бытовых условиях практически невозможно.

Однако солнечный нагреватель воды своими руками сделать возможно. Необходимо лишь выбрать подходящее техническое решение. Наиболее простое – безнапорный водонагреватель с передачей тепла напрямую. Изготавливается корпус прямоугольной формы, его задняя стенка хорошо утепляется (можно использовать пенопласт). Рабочей поверхностью будет являться медный змеевик – он соединяется с накопительным баком.

Циркуляция жидкости в контуре происходит естественным образом. Теплоноситель нагревается напрямую. Температура возрастает постепенно. Такая конструкция в разы дешевле коллектора вакуумного типа, изготовить её не составит труда дома. Однако эффективность ниже в несколько раз.

solnechnyj-vodonagrevatel-dlya-doma

Более дорогостоящая альтернатива – использовать обычный водонагреватель, запитанный солнечными батареями. Однако экономическое обоснование такого решения сомнительно.

Что потребуется для сборки?

Перед началом работ по сборке нужно будет подготовить все необходимое. Большая часть материалов доступа в обычно строительном магазине. Основной рабочий элемент – нагревательный контур. Необходимо выбрать подходящий материал, толщину трубок. От этого напрямую зависит КПД работы конструкции. Можно использовать следующее:

  • медные трубки небольшого диаметра;
  • полимерные трубы – черного цвета (ПВХ);
  • радиаторы бытовые – из стали либо алюминия;
  • обычные алюминиевые трубки.

Некоторые умельцы используют полноценный заводской теплообменник – снятый со старого холодильника. Это существенно упрощает процедуру. Но КПД конструкции будет мал. Хорошее решение – использовать медные либо алюминиевые трубки. Они отлично проводят тепло. Можно без труда найти в продаже подходящий диаметр, толщину. Но могут возникнуть проблемы с соединением отдельных труб. Требуется сварочный аппарат, навык работы.

solnechnyj-vodonagrevatel-kak-sdelat

Стальной радиатор – выгодное решение. Стоимость его невелика. Кроме того можно обзавестись таким бесплатно. Многие меняют в своих домах радиаторы на современные алюминиевые. Покрашенная черным батарея станет отличным теплосборником.

solnechnyj-nagrevatel-kak-sdelat-svoimi-rukami

Необычное решение – садовый шланг. Творческий подход позволит использовать обычный черный гибкий пластик как полноценный коллектор. Учитывая низкую стоимость этого материала, такое техническое решение имеет право на жизнь.

solnechnyj-nagrevatel-kak-sdelat-svoimi-rukami

Основание может быть изготовлено из различных материалов:

  • дерево;
  • металл;
  • пластик.

Каждый материал имеет свои преимущества. Проще всего работать с деревом – для сборки достаточно пилы, шуруповерта и саморезов (либо гвоздей и молотка). Однако такая рама будет подвержена коррозии при установке на улице. Необходимо будет провести антисептическую обработку. Альтернатива – металл. В продаже представлен большой выбор уголков, товаров иного сечения. Обработка занимает много времени. Но такая рама прослужит не один десяток лет.

Теплотехнический расчет

Стоит отметить: самым сложным, важным этапом является процесс теплотехнического расчета. Перед тем как приступить к выбору материала, сборке конструкции следует определить требуемую производительность, выполнить вычисления. Проще всего разобраться с расчетом на простом примере. Пусть на 1 квадратный метр коллектора в солнечный день вырабатывается 850 – 1000 Вт тепла.

При вычислениях обязательно учитываются тепловые потери – на обеих сторонах. Следует учесть показатель теплоизоляции утеплителя. Наиболее доступный, дешевый материал – пенополистирол. Величина коэффициента тепловых потерь составляет 0,05 Вт/м* 1 градус Цельсия. Даны следующие исходные данные:

  • толщина материала – 10 см;
  • разница температур между окружающей средой и теплоносителем – 50 градусов Цельсия.

Тепловые потери рассчитываются следующим образом:

0,05/0,1 * 50 = 25 Вт.

Следует удвоить данную величину – требуется обязательно учесть наличие боковых стенок, труб. В результате мы получаем приблизительную величину – 50 Вт с каждого 1 квадратного метра коллектора. Чтобы прогреть 1 л жидкости на 1 градус Цельсия понадобится приблизительно 1.1 Вт. Производительность составит: 850/1,1 = 772,72 кг * 1 градусов Цельсия.

Обозначенная выше величина означает, что рассчитываемая установка на каждый квадратный метр своей площади сможет прогреть 20 литров воды до температуры 35 градусов Цельсия.

solnechnyj-kollektor-raschety

Производительность водонагревателя вычисляется  по специальной формуле:

W = Q * V * δT, где

  • Q – величина тепловой емкости жидкости (воды либо другой);
  • V – объем;
  • δT – показатель разности температур (рассчитывается на входе, выходе из установки).

Необходимо учитывать, что тепловая емкость различается – это табличное значение. Например, для обычной воды показатель составляет 1.1 Вт * 1 градус Цельсия. Согласно среднестатистическим показателем человек тратит 50 л воды в сутки. Для организации нормального горячего водоснабжения требуется нагреть воду до 40 градусов Цельсия. Воспользовавшись обозначенной выше формулой, рассчитываем затраты энергии:

W = 1.1 * 50 * 40 = 2 300 Вт.

Чтобы получить нужную нам площадь гелиоколлектора полученный результат следует разделить на суммарное количество солнечной энергии, выделяемой на 1 квадратный метр поверхности земли. Эти данные уже рассчитаны, представлены в справочной документации. Достаточно подставить нужный параметр.

Процесс сборки

Спроектировать схему солнечного водонагревателя своими руками не составит труда. Предварительно выбирается материал – в нашем случае это будет медь. Перед началом работы подготовим:

  • лист меди толщиной 0,2 мм (площадь – 0,98 * 8 м);
  • медную трубу диаметром 10 мм – 20 м;
  • медную трубу диаметром 22 мм – 2,5 м;
  • втулку с наружной резьбой диаметром ¾ дюйма – 2 штуки;
  • заглушки с резьбой ¾ — 2 штуки;
  • припой для пайки ПОС-40 – не менее 500 г;
  • состав для придания абсорберу черного цвета;
  • металлические мебельные уголки – 32 штуки;
  • плиту OSB;
  • утеплитель (хорошо подойдет базальтовая вата – толщиной от 50 мм);
  • рейки прямоугольного сечения 20 на 30 мм – 10 метров;
  • оконное стекло толщиной 4 мм – 0,98 на 2,01 м.

Порядок работы:

  1. используя труборез, нарезаем медную трубу на отдельные куски:
    1. 2 штуки диаметром 22 мм и длиной 1,25 м;
    1. 10 штук диаметром 10 мм и длиной 2 м;
  2. в трубках толщиной 22 мм делаем 10 отверстий диаметром 10 мм – отступ между отдельными составит 10 см;
  3. далее в отверстия вставляем отрезы труб меньшего диаметра – выступ внутрь не должен быть более 2 мм;
  4. отдельные компоненты соединяются между собой.
solnechnyj-kollektor-mednye-trubki

Местам спайки нужно уделить большое внимание – внутри абсорбера создается давление. Дальнейший ход работ включает этапы:

  1. устанавливаются заглушки по диагонали – используются имеющие диаметр ¾;
  2. далее наворачивается штуцер на один из свободных входов, подключается компрессор;
  3. создается давление 7 атмосфер – это позволит проверить герметичность соединения;
  4. далее припаивается медный лист.
solnechnyj-nagrevatel-svoimi-rukami

Добиться глубокого черного цвета можно без использования краски. Например, применив едкий натр (достаточно 60 грамм на 1 л воды). Важно помнить: такие вещества токсичны для человека.

solnechnyj-nagrevatel-kak-sdelat

После чернения изготавливается рама. Основные компоненты:

  • дно – 1 * 2 м;
  • боковые стороны – 0,16 * 2 м;
  • верхняя панель – 0,18 * 1 м;
  • нижняя панель – 0,17 * 1 м;
  • пара опорных стоек.

Заготовленную рейку режут на части: 1,9 м – 4 штуки, 0.9 м – 2 штуки. Изготавливаем отверстия в панелях для вывода патрубков и вентиляции.

solnechnyj-nagrevatel-kak-sdelat-ramu

При помощи мебельных уголков аккуратно собирается опорная рама. Внутри неё располагаются перегородки. Чтобы избежать перекосов, нужно воспользоваться строительным угольником.

solnechnyj-nagrevatel-kak-sdelat-samomu

Дно устилается теплоизоляцией, поверх укладывается теплоотражающий материал. Хорошее решение – воспользоваться материалом обладающим устойчивостью к влаге.

solnechnyj-nagrevatel-teploizolyacij

Периметр аккуратно проклеивается резиновым уплотнителем.

solnechnyj-geliokollektor

Поверх укладывается оконное стекло, оно фиксируется специальным уголком заготовленным заранее. Чтобы избежать потерь – необходимо воспользоваться оконным уплотнителем. Он позволит сохранить энергию, минимизировать потери.

solnechnyj-geliokollektor-svoimi-rukami

Разобраться, как сделать солнечный водонагреватель своими руками, можно без труда. Необходимо лишь запастись терпением, необходимыми инструментами.

Интересные видео по теме:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *