Солнечный водонагреватель: постройка установки своими руками

Установка и подключение накопительного водонагревателя на даче своими руками

Предлагаемая конструкция солнечного водонагревателя своими руками очень проста, и принцип ее работы основан на знании того, что температура в пленочном парнике на несколько градусов выше, чем на открытой местности. Поэтому, чтобы повысить температуру водонагревателя от солнечной энергии, можно поместить бочку с водой в подобный парник. Для установки такого накопительного водонагревателя на даче потребуется несколько деревянных брусков и немного полиэтиленовой пленки. Этот парник позволит существенно снизить воздействие ветра. Далее при подключении накопительного водонагревателя на даче нужно северную сторону бочки, которая никогда не освещается солнцем, оклеить эффективным утеплителем, чтобы она не отдавала тепло.

После этого необходимо приступить к обустройству самого солнечного коллектора. Его можно сделать воздушного или водяного типа. Воздушный коллектор выполняется очень просто. Сначала следует на южную стенку душевой кабины вертикально набить бруски шириной 5-10 см на расстоянии 50-60 см друг от друга. Стенку душа нужно с наружной стороны покрасить матовой черной краской, а затем завесить черными металлическими пластинами-жалюзи таким образом, чтобы воздух проникал сквозь них в стенку душевой кабины и в нагретом виде поднимался вверх. Сверху коллектора следует оборудовать воздуховод, который должен входить в «парник» с бочкой, и через него горячий воздух как раз и будет попадать из коллектора в парник. Снизу коллектор можно оставить открытым для конвекции воздуха, также нужно сделать вверху парника небольшое отверстие для этих же целей. На ночь это отверстие придется закрывать, чтобы сохранить внутреннее тепло и не дать бочке охладиться.

В данной конструкции облучаемая солнцем поверхность увеличивается до 3-4 м2, а количество получаемой энергии составляет 30 кВт в сутки. Это позволяет не просто нагревать воду в бочке, а доводить ее до кипятка. Поэтому для полноценного купания придется организовать отдельную подачу холодной воды в душевую кабину.

Дополнительно при установке накопительного водонагревателя своими руками можно утеплить всю бочку каким-нибудь теплоизолятором. При этом необходимо оставить небольшой зазор между утеплителем и бочкой. В это пространство затем нужно будет направить воздуховод из солнечного коллектора для притока горячего воздуха.

Установка

Поскольку оборудование работает от солнечной энергии, то, соответственно, установка обогревателя будет проводиться на открытом воздухе. Монтаж рекомендуют проводить на крышах зданий, на балконах или других архитектурных выступах.

Экран водонагревателя должен быть направлен на юг. Установку проводят под определенным углом к горизонту, который эквивалентен географической широте местности.

Водонагреватель постоянно поглощает энергию и по понятным причинам источник энергии выключить нельзя, поэтому, в случае малого потребления воды, температура застоя может достигать до 300°С.

По этой причине не допускается использование пластиковых и стальных труб с цинковым покрытием. Оптимальными в эксплуатации станут трубопроводы, изготовленные из меди или нержавеющей стали.

Горячий контур солнечного водонагревателя должен иметь теплоизоляцию, это позволит избежать ожогов и возгораний. Следует учесть температурный режим работы оборудования при выборе теплоизоляции и крепежей.

Производители солнечных водонагревателей на корпусе своей продукции указывают точную температуру застоя.
Панели коллектора должны находиться на открытом пространстве, чтобы был открытый доступ к солнечному свету. Необходимо исключить наличие возможных преград.

Чаще всего углом наклона коллектора будет наклон ската крыши. Для того, чтобы эффективность работы водонагревателя приблизить к максимальной, лучше придерживаться рекомендаций и использовать специальный стеллаж, на который будет крепиться коллектор.

Т.е. залогом правильной и эффективной работы оборудования являются всего несколько правил:

• направление на юг;
• правильный угол наклона;
• беспрепятственный доступ к солнечному свету;

Некорректная установка снизит качество работы водонагревателя, а вложенные средства не будут оправданы. Тип нагревателя также может играть роль в способе его установки. При монтаже учитывают тип используемого оборудования.

Пассивная

Подразумевает само собой протекающую абсорбцию и аккумулирование энергии. Солнечная энергия попадает на объект нагрева без контроля этого процесса, т.е. отсутствуют какие-либо механизмы и контролирующие элементы. Это простая система, которая не требует особых затрат. Однако недостатки в том, что водонагреватель работает неравномерно и не на полную мощность.

Самый наглядный пример – это затемненный бак, который размещен над летним душем. В таком пассивном режиме работают одноконтурные системы, в которых применяется процесс естественной циркуляции. Для полноценной работы системы приемный бак размещают выше коллектора, но такой способ установки не всегда удобен. Решить вопрос можно с помощью другого способа работы системы.

Активная

Лишена недостатков пассивной системы. Ее функционирование основано на том, что солнечные лучи благодаря специальным устройствам переходят в тепловую энергию, которая систематически передается нагревательному баку и потребителю. Функционирование такого нагревателя достигается благодаря принудительной циркуляции, которая может поддерживаться в одно- и двухконтурных системах. Также применяют и дополнительно устанавливают двигатели, которые поворачивают панели и насосы, измерительную аппаратуру, а также устройства контроля и управления работой системы.

Как сделать самодельный каталитический водонагреватель на даче

Каталитический нагреватель на даче подходит для тех, кто регулярно занимается выкашиванием своего участка и отправляет скошенную траву на компост. Известно, что гниющая трава в компостной куче сильно разогревается, иногда это даже приводит с самовозгоранию. Именно на этом факте и основано изобретение оригинального водонагревателя. По сути, для его создания требуется лишь сделать небольшой теплообменник. Этот агрегат лучше выполнить в виде плоского змеевика, который потом нужно положить в середину компостной кучи. В результате получится надежный источник теплой воды на 2-3 недели. Причем такой аппарат будет работать и днем и ночью независимо от погоды.

Спустя 2 недели мощность каталитического нагревателя заметно снизится, но к этому моменту наступит время снова скашивать траву, а значит, компостная куча вновь начнет свою «работу» по переработке топлива — и «реактор» запустится. При новом заполнении компоста свежескошенной травой нужно тщательно уплотнять кучу и обильно поливать ее теплой водой, чтобы началась химическая реакция.

В качестве аварийного варианта можно рядом с душевой кабиной установить обычную дровяную водонагревательную систему (описанную ранее). А еще лучше применять сочетание различных способов нагрева воды — водный, воздушный и с помощью компостной кучи. Это позволит обеспечить душевую кабину в дачный сезон постоянным источником горячей воды независимо от «капризов» погоды.

Как работает солнечный коллектор?

Принцип действия коллектора основан на поглощении (абсорбции) тепловой энергии солнца специальным приемным устройством и передачей его с минимальными потерями теплоносителю. В качестве приемника используются медные или стеклянные трубки, окрашенные в черный цвет.

Ведь известно, что лучше всего абсорбируют тепло предметы, имеющие темную или черную окраску. Теплоносителем чаще всего выступает вода, иногда – воздух. По конструкции солнечные коллекторы для отопления дома и горячего водоснабжения бывают таких видов:

• воздушные;
• водяные плоские;
• водяные вакуумные.

Среди прочих воздушный солнечный коллектор отличается простотой конструкции и, соответственно, самой низкой ценой. Он представляет собой панель – приемник солнечной радиации из металла, заключенный в герметичный корпус. Стальной лист для лучшей теплоотдачи снабжен с задней стороны ребрами и уложен на дно с тепловой изоляцией. Спереди установлено прозрачное стекло, а по бокам корпуса имеются проемы с фланцами для подключения воздуховодов или других панелей, как показано на схеме:

Надо сказать, что установка солнечных коллекторов с нагревом воздуха имеет свои особенности. Из-за их невысокой эффективности для обогрева помещений нужно применять несколько подобных панелей, объединенных в батарею. Кроме того, обязательно понадобится вентилятор, поскольку нагретый воздух из коллекторов, находящихся на кровле, самостоятельно вниз не пойдет. Принципиальная схема воздушной системы показана ниже на рисунке:

Устройство и принцип работы воздушного солнечного коллектора

Солнечный воздушный коллектор состоит из нескольких основных частей:

Схема работы воздушного солнечного коллектора

• Вся конструкция коллектора помещена в прочный и герметичный корпус, который обязательно снабжен тепловым изолятором. Тепло, попавшее внутрь коллектора не должно «утекать» наружу.
• Главная деталь любого коллектора – это солнцеприемная панель, которую еще называют поглотителем или абсорбером. Задача этой панели принять солнечную энергию, а затем передать ее воздуху, поэтому она должна быть изготовлена из материала с наибольшей теплопроводностью. Такими свойствами из доступных в быту являются медь и алюминий, реже сталь. Для лучшей теплоотдачи нижнюю часть абсорбера делают как можно большей площади, поэтому могут применяться ребра, волнистая поверхность, перфорация и другие способы. Для лучшего поглощения солнечной энергии приемная часть абсорбера окрашивается в темный матовый цвет.
• Верхняя часть коллектора герметично закрывается прозрачной изоляцией в качестве которой может применяться закаленное стекло или оргстекло, или поликарбонатное стекло.

Солнечный коллектор ориентируют на юг и придают поверхности такой наклон, чтобы максимальное количество солнечной энергии попадало на поверхность. Как говорят специалисты – для максимальной инсоляции. Холодный наружный воздух естественно или принудительно попадает в приемную часть, проходит через ребра абсорбера и выходит с другой части, снабженную фланцем для стыковки с воздуховодом, ведущим внутрь отапливаемого помещения. Стоит отметить, что вариантов конструкций солнечных коллекторов существует масса и вышеописанная  показана только для примера.

Воздушное отопление при помощи солнечных коллекторов не может в нашей климатической зоне полностью заменить основное отопление, но оно будет очень хорошим подспорьем даже в морозные зимние солнечные дни.

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.

Как установить солнечную систему нагрева воды

Гелиосистема устанавливается на скатной кровле, специальных наклонных площадках или стенах здания. Место для водогрейной установки с солнечными коллекторами выбирается индивидуально с учетом следующих рекомендаций:

• южная сторона здания;
• отсутствие видимых препятствий, загораживающих солнечные лучи: деревьев, близлежащих домов и т.д.;
• место должно быть удобным для дальнейшего обслуживания и ремонта системы.

Перед монтажом и регулировкой трубчатых или панельных водонагревателей определяют оптимальный угол наклона установки. В этом отношении руководствуются следующей формулой:

• для лета — (широта + (широта — 22,5 градуса)) ÷ 2;
• для зимы — (широта + (широта + 22,5 градуса)) ÷ 2.

	Ориентация	Угол наклона коллектора
30°	50°	70°
Восток	1,64	1,61	1,61
Восток ­ Юго­Восток	1,45	1,47	1,61
Юго­Восток	1,17	1,15	1,34
Юг ­ Юго­Восток	1,04	0,98	1,14
Юг	1	0,94	1,11
Юг ­ Юго­Запад	1,03	0,97	1,13
Юго­Запад	1,13	1,09	1,27
Запад ­ Юго­Запад	1,35	1,35	1,60
Запад	1.61	1,61	1,61

Угол наклона будет меняться в зависимости от времени года. В связи с этим перед началом зимнего или летнего сезона будет необходимо заново отрегулировать гелиостанцию. Набирает популярность автоматика слежения за солнцем, самостоятельно подстраивающая угол наклона и расположение гелиопанели. В движение конструкцию приводит электромотор, подключенный к бытовой сети на 220 В. {banner_downtext} Подключение солнечного коллектора к системе горячего водоснабжения осуществляется следующим образом:

• Установка водонагревателя — коллектор монтируется с помощью специальной рамы, при необходимости меняющей угол наклона. Можно встроить гелиопанель в кровлю или поставить на ровной площадке. Допускается одновременное подключение нескольких модулей в единую сеть, посредством гидравлических переходников. При установке моноблока учитывают, что вес наполненного бака достигает 300 кг. В месте монтажа потребуется укрепить конструкцию крыши.
• БКН — бойлер косвенного нагрева необходим для всесезонных гелиосистем. В баке присутствует отдельный змеевик (располагается внизу) к которому, с помощью труб, подсоединяется солнечный коллектор. Ко второму теплообменнику подключается котел.Системы безопасности — в схеме монтажа солнечного водонагревателя трубчатого и панельного типа предусматривается:
  • Устройство для сброса давления — узел, предназначенный защитить от закипания систему ГВС. Модуль подключен к канализации, через трубопровод. При перегреве теплоносителя срабатывает датчик, сбрасывающий горячую воду. Открывается клапан подпитки. В систему ГВС добавляется холодная вода.
  • Защитить солнечную систему от закипания можно при помощи шторок, автоматически закрывающих абсорбер при достижении определенной температуры теплоносителя.
  • Устройство для сброса давления входит в принципиальную схему монтажа солнечного водонагревателя трубчатого типа. Особенность работы этой гелиосистемы в высокотемпературном режиме нагрева. Вода греется до рекордных 60-80°C и может быстро достигнуть точки кипения. Чтобы не допустить перегрева используют группу безопасности.
• Насосное оборудование — необходимо системам горячего водоснабжения на солнечных коллекторах с принудительным движением теплоносителя. Циркуляционный узел включает: группу безопасности и насос. Оборудование подключается к автоматике солнечного коллектора.

Основные правила техники безопасности при эксплуатации гелиоустановок описаны в СниП III-4-80. Отдельные рекомендации указываются производителями оборудования:

• монтаж на высоте свыше 5 м выполняет персонал, имеющий допуск к высотным работам;
• во время составления проектной документации, производят расчет опорных конструкций с учетом возможных ветровых и других нагрузок.
• для компенсации тепловой нагрузки, расширительный бак выбирается с вместительностью не менее 15% от общего объема теплоносителя.
• используется предохранительный клапан, с пограничным значением не более 3 атм.

Применение правил техники безопасности и рекомендаций по подключению гелиоколлекторов, непременное условие для ввода системы в эксплуатацию. При нарушении условий подключения стабильная работа солнечных водонагревателей не гарантируется.

Коллектор Станилова: «солнечное отопление» в доме

Установки для отопления дома или решения проблем горячего водоснабжения (полного или частичного), собираемые на основе чертежей изобретателя из Болгарии С. Станилова, относятся к универсальным конструкциям, работа которых основана на парниковом эффекте.

Поэтому солнечные лучи, попадая в замкнутое и герметично изолированное пространство, не имеют выхода, что и порождает термосифонный эффект, при котором нагретая жидкость в трубках начинает свое движение вверх, вытесняя при этом жидкость с более низкой температурой к месту нагрева.

Основным преимуществом работы такой установки является то, что накопленная ей энергия не теряется, а аккумулируется и сохраняется определенное время.

Представляет собой конструкцию трубчатого типа, заключенную в специальную деревянную раму. Как правило, одновременно применяется два коллектора в союзе с накопителем и аванкамерой.

Для изготовления радиатора-коллектора используются стальные трубки, которые обязательно соединяются сваркой. Поэтому применение медных или алюминиевых изделий, особенно при изготовлении конструкции своими руками, представляется проблематичным.

Для соединения коллектора с накопительной емкостью рекомендуется использовать также стальные трубы диаметром от 3/4 до 1 дюйма.

Элементы установки и особенности монтажа

Для изготовления солнечного водонагревателя своими руками также потребуются:

1. деревянная рама;
2. стекло для изготовления светопрозрачной крышки;
3. оргалит или металлический лист для дна коллектора, который впоследствии обязательно потребуется теплоизолировать;
4. усилитель для днища, в роли которого можно использовать брус с размерами не более 30?50 мм;
5. металлические трубки, из которых будет свариваться радиатор коллектора из расчета, что для изготовления одного требуется в среднем 15 единиц при длине 1,60 м;
6. теплоотражатель, для изготовления которого вполне пригоден оцинкованный лист;
7. соединительные муфты и хомуты;
8. теплоизоляционные материалы (пенопласт, минеральная вата и любые другие).

Потребуется и накопительный бак, для которого в зависимости от потребностей и мощности самого коллектора используются емкости от 150 до 400 л. В принципе, можно установить не один бак, а несколько, суммарным объемом соответствующих расчетному.

Обязательно емкости следует теплоизолировать, например, изготовив для них специальный утепленный короб, установить который можно не только на крыше здания, но и на чердаке.

Функции аванкамеры, составного элемента данной конструкции, сводятся к созданию избыточного давления, составляющего не менее 80-100 мм рт. ст. Она представляет собой емкость объемом 30-40 л, оснащенную поплавковым клапаном, обеспечивающим ее работу в автономном режиме.

При монтаже аванкамеры обязательно должно соблюдаться условие, при котором уровень жидкости в ней превышал бы уровень воды в накопителе на 0,8-1,1 м, кроме того, располагаться они должны в непосредственной близости друг от друга.

Короб, в котором будет располагаться коллектор, должен обязательно теплоизолироваться, а для уменьшения теплопотерь внешние его стороны рекомендуется окрашивать в белый цвет, стеклянная крышка обязательно должна быть герметичной.

Сами трубы и днище должны иметь селективный слой краски для увеличения светопоглощающей способности.

Как работает солнечный коллектор?

Установку коллектора предпочтительнее выполнять на южной стороне скатной крыши, на плоской кровле его следует монтировать под углом от 35° до 45°. Далее можно приступать к заполнению системы.

После этого аванкамеру нужно соединить с водопроводным вводом и открыть кран для снижения уровня воды. Как только сработает поплавковый клапан, расходный кран закрывают. Нагретая вода поступает в верхнюю часть накопителя, откуда она уже может отбираться, а ее место заполняет новая порция холодной.

Регулирует этот процесс поплавок, который и запускает процесс долива воды в систему, как только уровень в аванкамере снизится. Для того чтобы исключить возможность обратной отдачи тепла используется вентиль, который следует перекрывать ночью или в пасмурные дни.

Непосредственно к сантехническим приборам вода подключается с обязательным использованием смесителей, так как пиковые значения температур могут достигать 70 °C и даже выше.

Варианты самодельных солнечных установок

Особенностью солнечных водонагревателей, построенных своими руками, является то, что практически все устройства имеют одинаковую конструкцию теплоизолированного короба. Часто каркас собирается из пиломатериалов и покрывается минеральной ватой и теплоотражающей плёнкой. Что же касается абсорбера, то для его производства используют металлические и пластиковые трубы, а также готовые узлы от ненужного бытового оборудования.

Из садового шланга

Сложенный улиткой садовый шланг или водопроводная ПВХ-труба имеет большую площадь поверхности, что позволяет использовать подобный контур в качестве водонагревателя для нужд летнего душа, кухни или подогрева бассейна. Разумеется, для этих целей лучше брать материалы чёрного цвета и обязательно использовать накопительную ёмкость, иначе в пик летней жары абсорбер будет перегреваться.

Плоский коллектор из садового шланга — простейший способ подогревать воду в бассейне

Из конденсатора старого холодильника

Внешний теплообменник отслужившего свой срок холодильника или морозильной камеры является готовым абсорбером гелиоколлектора. Всё, что остаётся сделать — дооборудовать его теплопоглощающим листом и установить в корпус. Конечно, производительность такой системы будет маленькой, но в тёплое время года водонагреватель из деталей холодильного оборудования перекроет потребности в горячей воде небольшого загородного дома или дачи.

Теплообменник старого холодильника представляет собой практически готовый абсорбер для небольшого гелионагревателя

Из плоского радиатора системы отопления

Изготовление гелиоколлектора из стального радиатора не потребует даже монтажа абсорбирующей пластины. Достаточно покрыть устройство чёрной жаростойкой краской и смонтировать его в герметичный кожух. Производительности одной установки с лихвой хватит для системы горячего водоснабжения. Если же сделать несколько водонагревателей, то можно сэкономить на отоплении дома в холодную солнечную погоду. К слову, собранная из радиаторов гелиоустановка обогреет подсобные помещения, гараж или теплицу.

Стальной радиатор системы отопления послужит основой для постройки экологичного водонагревателя

Из полипропиленовых или полиэтиленовых труб

Трубы из металлопластика, полиэтилена и полипропилена, а также фитинги и приспособления для их монтажа позволяют строить контуры гелиосистем любой площади и конфигурации. Такие установки обладают хорошей производительностью и используются для обогрева помещений и получения горячей воды на хозяйственные нужды (кухня, ванная и т. д.).

Достоинство гелиоколлектора из пластиковых труб — невысокая стоимость и простота монтажа

Из медных трубок

Абсорберы, построенные из медных пластин и трубок, обладают самой высокой теплоотдачей, поэтому с успехом применяются для подогрева теплоносителя отопительных систем и в горячем водоснабжении. К недостаткам коллекторов из меди относятся большие трудозатраты и стоимость материалов.

Применение медных труб и пластин для изготовления абсорбера гарантирует высокую производительность гелиоустановки