Сонячний колектор для опалення будинку

Все більше людей переселяються у приватні будинки, і якщо ви не мешканець сонячної Каліфорнії, то перед вами неминуче постане питання, чим же опалювати своє житло, і при цьому обійтися без електричних обігрівачів.

Деякі способи підтримки комфортної температури в будинках є традиційними – для цих цілей застосовують дрова чи вугілля, хоча сучасний котедж краще обігрівати за допомогою газу. Тим часом, є можливість використання нестандартних методів, таких як сонячне опалення.

Сьогодні ми розповімо вам про сонячні колекторі:

• Принцип роботи
• Види сонячних колекторів
• Плюси сонячного колектора
• Монтаж системи своїми руками

Перший сонячний колектор був винайдений більше двох століть тому: його робота ґрунтувалася на тому, що темна поверхня нагрівається більш інтенсивно, ніж світла. Найбільш відомий варіант колектора представили публіці в 1767 році, він був виготовлений швейцарським ученим Г. де Соссюром.

Швейцарський плоский колектор став відразу використовуватися в повсякденному житті. Саме це пристосування в 19 столітті допомагало готувати їжу Д. Гершелю, коли він відправився в свою знамениту африканську експедицію. У 1908 році В. Бейлі розробив теплоізольований колектор з мідними трубками. Це дозволило вивести принцип сонячного опалення на сучасний рівень розуміння, але відчутні зрушення відбулися лише в 70-і роки минулого століття.

Причиною уваги до альтернативних джерел енергії стала криза на ринку нафти. Вчені багатьох країн відновили активну роботу в галузі використання природного тепла, що дозволило значно збільшити ефективність роботи систем опалення від сонця. Подібні розробки стали мати стратегічне значення в політиці держав.

Сонячні колектори принцип роботи

Принцип дії сонячних колекторів оснований на отриманні природної, відновлюваної енергії Сонця, перетворенні її в теплову і подальше перенаправлення на задоволення людських потреб.

Пристрій складається з двох основних частин: уловлювача сонячної радіації і теплообмінника–перетворювача її в теплову енергію з подальшою передачею теплоносія.

У ролі теплоносія виступає рідина, в залежності від модифікації колектора це може бути вода або антифриз. Під впливом сонячних променів рідина нагрівається і через вмонтований теплообмінник передає здобуту теплову енергію води в накопичувачи – як правило, це бак з нержавіючої сталі або інша порожниста ємність.

З накопичувача гаряча вода використовується на господарські потреби – сонячне опалення будинку (в тому числі теплі підлоги), миття посуду, для ванної; особливо вигідно підігріту таким чином воду заливати в домашні басейни.

В колекторах ефективно використовується приблизно 80-95% поглиненої сонячної енергії – це дуже високий показник.

Види сонячних колекторів

Колектори бувають двох видів: плоскі та вакуумні. Є ще повітряні, але через низький ККД вони використовуються значно рідше.

Плоский колектор влаштований надзвичайно просто: він складається з коробки, закритою склом, всередині якої розташовується система трубок, по яких циркулює теплоносій (вода або пропілен-гліколь).

Вакуумний сонячний колектор
Основними елементами складнішого вакуумного колектора є трубка з ударостійкого бромосілікатного скла, алюмінієвий абсорбер з високоселективним покриттям і дзеркальний відбивач.

Між зовнішньою і внутрішніми трубками знаходиться вакуум, який виступає в якості утеплювача (як в термосі). Вакуумні колектори відрізняються діаметром трубок (оптимальним вважається діаметр 58 мм при довжині трубки 120-210 см), а також наявністю звичайних або U-подібних мідних нагрівальних трубок.

Плоскі сонячні колектори незамінні для звичайного водонагрівача, але якщо пристрій призначається для опалення приватного будинку або дачі, то краще зупинити свій вибір на вакуумному колекторі, оскільки він втрачає менше енергії при відсутності сонця і ефективний навіть в зимові холоди.

Варто зазначити, що колектори можуть бути задіяні не тільки в побутових, але і в промислових цілях. Дана обставина вказує на важливість розвитку технології опалення від сонця.

Розглянемо плюси сонячного колектора

• Можливість отримання теплової енергії протягом всього року. Саме такі колектори сьогодні найбільш поширені. Робота подібних систем вважається найбільш ефективною, особливо взимку як альтернатива електричних обігрівачів (важливо, щоб в холодну пору року була сонячна погода).
• Доступність. Хоча говорити про тотальний перехід на сонячні колектори для опалення будинків поки не доводиться, вони вже зараз розглядаються в якості повноцінної заміни іншими джерелами енергії.
• Економічність. Ніхто не хоче переплачувати, і цей момент найчастіше є визначальним при виборі способу опалення будинку. Сонячні колектори дозволяють зменшити потребу в інших видах палива і витрати на обігрівачі.
• Екологічність. Стан навколишнього середовища вже давно викликає тривогу, тому її збереження вважається одним з найважливіших аспектів сучасного виробництва. Сонячні колектори є абсолютно безпечними для атмосфери і людини, ця обставина дозволяє сприймати їх як технології майбутнього.

Монтаж сонячного колектора своїми руками

Основними елементами будь-якого сонячного колектора є теплоізоляційний короб накопичувача і ціла система труб: дренажні, введення холодної води, підведення холодної і гарячої води до змішувачів, підведення гарячої води до накопичувача, підживлення накопичувача. Практично всі елементи колектора можна виготовити або придбати самостійно.

Місцезнаходження та монтаж накопичувача
Найкраще для розміщення системи підійдуть південна сторона даху і горище будинку. Роль накопичувача сонячної енергії в колекторі виконує трубчастий радіатор, поміщений в засклений короб, який повернений під певним кутом до сонця.

Решітку радіатора можна зварити самостійно, для цього підійдуть сталеві труби з тонкими стінками і невеликим діаметром (як варіант 16 на 1.5 мм). Для відводу і підводу труб краще використовувати більший діаметр.

Стінки короба виготовляють з дощок шириною до 30 мм, дно з оргаліту або фанери, додатково посилених рейками. Короб ретельно ізолюється, щоб максимально зберегти тепло. Найкраще для цього підійде пінопласт, хоча можна використовувати і інші матеріали (екструдований пінополістерол ЕППС або мінеральну вату). На дно поверх утеплювача кладеться лист жесті або оцинкованого заліза, а вже безпосередньо на нього встановлюється і закріплюється хомутами решітка радіатора.

Посилити теплозберігаючі ефект такого водонагрівача допоможе фарба: для радіатора і короба зсередини – чорна матова, для короба зовні – серебрянка.

Теплоакумулятор
Для теплового акумулятора використовують звичайний водяний бак на 200-300 літрів. Щоб зберегти в ньому воду гарячою, також буде потрібно якісна теплоізоляція: бак поміщають в короб, заповнений тирсою, пінопластом, ековатой та інше.

Аванкамера
Постійний тиск в гідросистемі підтримується за допомогою аванкамери – герметичного розширювального бачка на 30-40 літрів з поплавковим клапаном. Рівень води в аванкамері повинен перевищувати рівень води в баку на 80-100 см.

З’єднання частин системи
З’єднується гідравлічна система за допомогою трійників і муфт, куточків (зварюванням або різьбленням), шви і стики зміцнюють фарбою та сучасним герметиком.

Починають монтаж системи сонячного опалення з установки на горищі накопичувального бака, поміщеного в теплоізоляційний короб. Виготовлений своїми руками або придбаний колектор розміщують на сонячній стороні даху під кутом приблизно 40-45 градусів відносно горизонту. Далі система монтується в єдину конструкцію за допомогою сталевих труб: півдюймових – для високого напору (вихід з баку гарячої води і підведення від водопроводу до аванкамер), дюймових для низького напору.

Після цього пристрій заповнюється водою, і сонячне опалення починає працювати. Нагріта вода піднімається по трубах вгору і витісняє з радіатора холодну воду. По суті, тут ми маємо справу зі звичайною замкнутою системою: вода, поперемінно охолоджуючись і нагріваючись, циркулює. Нагріта рідина з меншою щільністю переміщається в бак, а більш щільна холодна повертається в колектор.

Якщо конструкцію приєднують до опалювальної системи приватного будинку, то додатково встановлюють спеціальні електричні нагрівачі і температурні датчики для підтримки в трубах оптимальної температури: датчики будуть автоматично вмикати і вимикати електронагрів в залежності від погоди на вулиці.

Висновок
Навіть виготовлений, або змонтований своїми руками, перетворювач енергії сонця в теплову вирішує відразу кілька завдань:

• Забезпечує гаряче водопостачання з березня по листопад;
• Скорочує опалювальний сезон (вже з середини лютого-початку березня можна переходити на сонячне опалення);
• Допомагає ефективному функціонуванню домашніх басейнів, теплиць, а також системі теплої підлоги на воді;
• Знижує теплові втрати приватного будинку;
• Істотно заощаджує витрати на опалення та гарячу воду;
• Сприяє енергонезалежності вашого житла.