Как сделать солнечный бойлер (водонагреватель) своими руками из металлопластика, шланга, холодильника и вакуумных трубок?

Изготовление солнечного коллектора своими руками

Одним из недостатков гелиоколлекторов промышленного производства считается их высокая стоимость. Действительно далеко не каждый имеет свободные средства, чтобы отдать их за наличие горячей воды у себя на даче. Вариант солнечного водонагревателя можно решить, изготовив его своими руками. Характеристики такого водонагревателя будут сильно уступать заводскому, но для того чтобы в условиях дачи умыться и помыть посуду, температуры и расхода воды вполне хватит.

Для изготовления солнечного коллектора своими руками подбираются материалы, которые лежат без дела в подсобном помещении или, в крайнем случае, их можно дешево купить в обычном хозяйственном магазине. Выигрыш в расходах по сравнению с покупкой промышленного образца весьма ощутимый.

Для самостоятельного изготовления в качестве прототипа берется плоский солнечный коллектор. Вакуумный коллектор частным порядком изготовить практически невозможно. Основной задачей в изготовлении самодельного солнечного коллектора будет подбор подходящих материалов для адсорбера — главного конструктивного узла, отвечающего за работоспособность устройства. Существуют варианты, где мастера из народа вместо дорогих меди и алюминия применяют дешевые подручные материалы.

Адсорбер из трубы гофрированной нержавейки.Нержавейка в таком виде легко гнется в любых направлениях, что важно в изготовлении змеевика адсорбера. Высокая теплопроводность и коррозионная стойкость повышают эффективность и срок эксплуатации коллектора с таким адсорбером

Адсорбер из пластиковых труб.Материалы из пластика уступают по теплофизическим свойствам меди и алюминию

Однако технологические свойства в изготовлении теплообменников сложных форм и стойкость к коррозии наряду с дешевизной делают этот материал востребованным при изготовлении самодельных водогрейных установок. Адсорбер из пивных банок.Емкости для пива и других напитков в виде банок изготавливаются из пищевого алюминия. Материал с хорошими теплопроводными свойствами народные мастера приспособили для теплообменников в солнечных коллекторах. После вскрытия верхних и нижних частей банок, они склеиваются между собой термостойким клеем.

После сборки приемник света из банок окрашивается в черный цвет и может накапливать тепловую энергию в дневное время суток.

Кроме приведенных выше вариантов изготовления солнечных самодельных водогрейных устройств, существует много придуманных народными умельцами конструкций: из пластиковых бутылок, резинового шланга и других.

Существует стойкое мнение, что применение солнечных коллекторов дает зримый эффект лишь в южных районах, где много солнечных дней

Однако если обратить внимание на географию пользователей гелиоустановками, то можно найти положительные отзывы от людей, проживающих недалеко от Москвы, а это далеко не юг. С совершенствованием технологии производства солнечных коллекторов и ростом цен на газ, география их применения будет все больше расширяться, в том числе и на широтах ближе к северу

Каким образом сделать солнечный коллектор самостоятельно? ↑

Основой действия солнечного коллектора является использование парникового эффекта

Считается, что разработка инженера из Болгарии С.Станилова – это самое универсальное устройство солнечного коллектора. Основой его действия является использование парникового эффекта. Трубчатый радиатор из стальных труб расположен в теплоизолированной коробке из древесного материала. Для подачи и отвода воды могут использоваться специальные водопроводные трубы. Их диаметр равен 1 либо ¾ дюйма.

Теплоизоляция коробки достигается за счет использования пенопласта, пенополистирола или минеральной ваты

Особое внимание уделяется изоляции дна: туда помимо прочего добавляют лист оцинкованного железа. На него и ставится сам радиатор, который крепится стальными хомутами. Затем вся коробка, кроме верха, покрывается белой краской, а металлический лист с радиатором покрывают чёрной матовой краской

Накопителем тепла может выступить обычная металлическая бочка, утепленная сухими опилками или песком

Затем вся коробка, кроме верха, покрывается белой краской, а металлический лист с радиатором покрывают чёрной матовой краской. Накопителем тепла может выступить обычная металлическая бочка, утепленная сухими опилками или песком.

Устройство и принцип действия плоского гелиоколлектора

Самодельный солнечный водонагреватель состоит из плоской деревянной рамы (короба) с глухой задней стенкой. На дне размещается главный элемент устройства — абсорбер. Чаще всего он изготавливается из металлического листа, присоединённого к трубчатому коллектору. От контакта пластины абсорбера с трубами теплообменника зависит эффективность передачи энергии, поэтому эти детали приваривают или припаивают непрерывным швом.

Сам жидкостной контур представляет собой массив из вертикально установленных трубок. В верхней и нижней части они присоединяются к горизонтальным трубам увеличенного диаметра, которые предназначаются для подачи и отбора теплоносителя. Входное и выходное отверстие для жидкости располагают диагонально — за счёт этого обеспечивается полный отъём тепла от элементов теплообменника. В качестве теплоносителя используется антифриз для систем отопления или другие незамерзающие растворы.

Абсорбер покрывается светопоглощающей краской, сверху кладут стекло, а короб защищают слоем теплоизоляции. Для упрощения задачи площадь остекления делят на части, а чтобы увеличить производительность, применяют стеклопакеты. Закрытая конструкция создаёт в гелиоколлекторе эффект термоса и одновременно предотвращает потери тепла из-за ветра, дождя и других внешних факторов.

Солнечный водонагреватель работает так:

Нагретая в гелиоколлекторе незамерзающая жидкость поднимается по трубкам и через ветку отбора теплоносителя попадает в теплоаккумулирующую ёмкость.
Перемещаясь по теплообменнику, установленному внутри бака-аккумулятора, антифриз отдаёт тепло воде.
Охлаждённая рабочая жидкость поступает в нижнюю часть контура солнечного водонагревателя.
Нагретая в баке вода поднимается и отбирается для нужд горячего водоснабжения. Пополнение жидкости в теплоаккумулирующей ёмкости происходит за счёт водопровода, подключённого к нижней части. Если же гелиоколлектор работает как нагреватель системы отопления, то для кругообращения воды в замкнутом вторичном контуре применяют циркуляционный насос.

Постоянное движение теплоносителя и наличие теплового аккумулятора позволяет накопить энергию за то время, пока светит солнце, и постепенно расходовать её даже тогда, когда светило скрывается за горизонтом.

Схема подключения солнечного коллектора к накопительной ёмкости не так сложна

Каким должен быть самодельный солнечный коллектор?

Из-за невысокой эффективности воздушных коллекторов домашние мастера отдают предпочтение водяным устройствам, которые бывают вакуумными или плоскими, с замкнутой или открытой системой теплообмена.

Плоский коллектор – довольно простой для самостоятельного изготовления прибор. Состоит из металлического корпуса прямоугольной формы, внутрь которого интегрирован теплоприемник, чаще всего в виде медного или алюминиевого трубчатого змеевика.

Для лучшего поглощения солнечных лучей (абсорбции) его покрывают селективной краской черного цвета. Снизу обязательно укладывается слой теплоизоляционного материала или резины, а сверху конструкция накрывается крышкой, для изготовления которой используется стекло или, например, поликарбонат, хотя возможно применение и других светопропускающих материалов.

Принцип работы плоского коллектора довольно простой: поглощенное тепло передается теплоносителю (в данном случае жидкости), циркулирующему по змеевику.

Прозрачная крышка выполняет одновременно несколько функций: защищает теплообменник от негативных природных явлений (осадков, ветра), а также грязи и пыли, при этом свободно пропускает солнечные лучи.

Герметичность конструкции исключает возможность попадания грязи под стекло на теплоприемник и не допускает выветривания накопленного тепла через естественные щели.

Наиболее эффективен данный вид коллекторов при эксплуатации в теплое или межсезонное время года, зимой его КПД значительно снижается.

Проблема потери тепла решена в вакуумном коллекторе. В нем трубки помещаются в светопрозрачные стеклянные колбы, из которых предварительно выкачивается воздух. Трубки в этой конструкции обязательно имеют абсорбционное покрытие и дополнительно заполняются хладагентом.

Непосредственно трубки соединяются своими концами с магистралью, по которой движется теплоноситель. Под воздействием солнечных лучей хладагент закипает и превращается в пар, который, по законам физики, поднимается вверх по трубке и при контакте с теплоносителем остужается, отдавая накопленное тепло.

Следует отметить: вакуумный солнечный коллектор в сравнении с плоскими более эффективен за счет того, что удельная теплота вещества в парообразном состоянии выше, чем в жидком.

Именно из-за такой особенности вакуумные коллекторы эффективны и в зимнее время, при минусовых температурах, хотя их КПД может несколько снизиться за счет уменьшения светового дня и увеличения пасмурности.

Вариантом вакуумного коллектора можно считать и конструкции, в которых трубки сразу заполняются теплоносителем. Но они обладают одним существенным недостатком – сложностью проведения ремонтных работ. В этом случае, если из строя вышла какая-либо из трубок, потребуется полная замена всей конструкции.

Как сделать змеевик?

Змеевик – это немаловажная часть устройства солнечного нагревателя. За основу можно взять металлопластиковую или металлическую трубу с небольшим сечением. Чаще всего применяется латунь или медь, поскольку эти материалы отличаются хорошим уровнем теплоотдачи. Диаметр змеевика можно подобрать по личному усмотрению. Основное условие заключается в том, чтобы с водой было максимальным его соприкосновение.

Трубка змеевика по спирали накручивается на цилиндрическую оправку. Для этого используется полено или труба большего сечения. Во время наматывания змеевика нужно следить за витками, которые друг друга не должны касаться. Не нужно делать тугой навивку, поскольку с оправки снять змеевик будет очень тяжело. Число витков на змеевике зависит пропорционально от высоты и объема бака. Чаще всего на 10 литров используется 1,4-1,6 кВт тепловой мощности змеевика.

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:

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

Солнечные коллекторы для нагрева воды: как сделать своими руками

Для того чтобы изготовить солнечный коллектор для дачи, понадобится не так уж много всего – если быть конкретным, то всего-навсего пару вещей. Если не считать мелочевки (крепеж и тому подобное), то приобрести нужно будет металлопластиковую трубу двух различных диаметров (полдюйма и дюйм) и что-либо для изготовления корпуса или, правильнее будет сказать, основания коллектора. Идеальным вариантом для этой цели будет влагостойкая фанера (из нее нужно собрать неглубокий ящик большого размера) и монолитный поликарбонат (оргстекло, которым коллектор закроется сверху). Естественно, нужно будет подумать о приспособлении для установки такого коллектора на крыше – необходимо сварить несущую конструкцию, которая будет удерживать коллектор под углом 45 градусов относительно вертикали и четко в уровне горизонта. В общем, по большому счету, не так уж мало всего понадобится, но, в любом случае, это будет намного дешевле, чем приобретать заводскую систему солнечного нагрева воды.

Теперь что касается непосредственного решения вопроса, как изготовить солнечный коллектор своими руками? Изготавливать его лучше сразу на крыше дома, а весь этот процесс выглядит следующим образом.

Опорная конструкция. Попросту говоря, это металлическая рама, сваренная из профильной трубы. Ее конструкция имеет довольно простой вид – это прямоугольник, усиленный несколькими перемычками. Гораздо важнее правильно его сориентировать на крыше – оптимальным направлением установки опорной конструкции и, следовательно, самого солнечного коллектора, будет ориентация его вдоль линии движения солнца. Крепится эта конструкция на крыше с помощью опорных пяток и саморезов, ввинчиваемых в стропила крыши. Металлическая конструкция в обязательном порядке должна быть покрыта грунтовкой и краской.
Короб для нагревательных трубопроводов. Короб также не является сложным изделием. Для начала на раму нашиваются листы фанеры так, чтобы они образовали площадку. Потом по периметру этой площадки устанавливаются бруски, которые задают глубину ящика. Когда он будет собран, всю его наружную часть и брус нужно будет покрасить. Что касается внутренней поверхности, то она попросту оклеивается отражающей теплоизоляцией фольгой вверх – она позволит использовать для нагрева воды не только прямые лучи солнца, но и отраженные, что в значительной мере увеличит эффективность коллектора.
Установка трубопроводов. Для начала нужно собрать две распределительные гребенки – это куча тройников, собранных в одну линию как можно ближе друг к другу. Длина этих гребенок зависит от ширины вашего ящика – располагаться они будут горизонтально (одна вверху, другая внизу). Следовательно, после того как они будут собраны, устанавливаем для них два ряда клипс, на которые и крепим гребенки. Совсем забыл, один конец верхней гребенки оборудуем краном для сброса воздуха, а аналогичный конец нижней гребенки попросту глушим – два других конца выводим наружу через просверленные в бруске отверстия. На этих концах устанавливаем краны для подключения к системе нагрева воды. Теперь дело за малым – нужно соединить попарно тройники верхней и нижней гребенки тонкими трубками диаметром полдюйма. После сборки системы трубы лучше окрасить в черный цвет, т.к. солнечные лучи прилипают к темным поверхностям в прямом смысле слова.

В принципе, все, можно сказать, что солнечная установка для нагрева воды, а вернее ее часть под названием «коллектор», готова – остается только проверить ее на наличие утечек и закрыть монолитным поликарбонатом, защитив ее от механических повреждений. О том, как работает такой коллектор, можно посмотреть в этом видеоролике.

Пассивный солнечный водонагреватель

Для того чтобы сконструировать такой солнечный нагреватель, сначала надо сделать коллектор. Чтобы он работал надежно, был простым в сборке и имел невысокую цену, необходимо правильно выбрать материал для изготовления коллектора. Самым надежным материалом считаются тонкостенные медные или металлические трубы, но их сложно монтировать и они имеют большой вес.

Схема пассивного солнечного нагревателя.

Более простым и удобным вариантом считается изготовление коллектора из металлопластиковых или полипропиленовых труб, но в этом случае большая вероятность возникновения протечек из-за их повреждений. Если использовать обыкновенный садовый шланг, то все указанные недостатки исчезают, и остается только скрутить его в виде спирали. Его гибкость позволяет сделать конструкцию единым целым, нет соединений, и вода подключается напрямую от коллектора в дом.

Самый простой солнечный водонагреватель из садового шланга состоит из самого шланга, оконного стекла, пенопласта для теплоизоляции и основы. Нагрев воды происходит за счет солнечных лучей, что попадают через стекло на шланг с водой. После того как шланг нагреется, тепло от его отражается стеклом и снова используется для нагрева воды. В летнее время оптимальный угол наклона коллектора составляет 35 º, а в осенне-весенний период 40º.

Перед началом работы из солнечного коллектора вытесняют воздух, после он подсоединяется к бойлеру. Под действием термосифонного эффекта вода из бойлера течет в коллектор. Чтобы его отключить, необходимо просто перекрыть кран.

Минусом такой конструкции является то, что периодически надо регулировать подачу воды в солнечный коллектор.

Чтобы провести расчет такого водонагревателя, надо учитывать, что м шланга диаметром 25 мм при температуре воздуха 25 и ясной погоде нагревает до температуры 45 ºС 3,5 литра воды в час. Если длина шланга 10 метров, то за час будет нагреваться 35 литров воды. В летний период 8 часов светит солнце, поэтому получаем 280 литров горячей воды.

Использовать такой нагреватель можно пока температура воздуха не будет ниже 8 ºС. При отрицательных температурах воду с коллектора надо слить.

Типы солнечных водонагревателей и их характеристики

Солнечные водонагреватели представляют собой комплект оборудования для нагрева воды с помощью солнечной энергии. Другое название этих устройств — солнечные коллекторы. В отличие от фотоэлектрических панелей, использующих для производства электроэнергии солнечный свет, солнечные нагреватели сразу получают тепловую энергию, которую передают теплоносителю (воде, антифризу и т.п.).

Они образуют целую систему, состоящую из следующих элементов:

Коллектор. Панель, принимающая тепловую энергию и передающая ее теплоносителю.
Накопительный бак. Емкость, в которой аккумулируется нагретая вода и происходит замещение остывшего теплоносителя только что нагретым потоком.
Отопительный контур. Обычная радиаторная система или теплый пол, реализующие энергию теплоносителя. В некоторых типах системы отопительный контур не входит в объем системы коллектора, получая энергию в накопительном баке, который в данном случае является теплообменником.

По типу циркуляции

Циркуляция теплоносителя позволяет получать тепловую энергию взамен отданной во внутреннюю атмосферу дома. Существует два вида:

Естественная. Используется перемещение нагретых слоев жидкости вверх с замещением их более холодными слоями. Не требует никаких устройств или использования электроэнергии, но зависит от множества факторов — взаимного расположения коллектора, накопителя и остальных элементов системы, температуры и т.д. Перемещение жидкости нестабильное, способное усиливаться и ослабляться.
Принудительная. Потоки направляются с помощью циркуляционного насоса. Возникает стабильный режим с постоянной скоростью потока, что позволяет обеспечить устойчивый режим обогрева дома.

По типу коллектора

Существуют конструкции коллекторов, обладающие разной эффективностью, возможностями и способом передачи тепла. В их числе:

Открытые. Плоские длинные лотки или желоба из черного пластика, в которых циркулирует вода. КПД открытых коллекторов очень низок, но простота и дешевизна способствуют их популярности. Используются для нагрева воды для летнего душа или бассейна.
Трубчатые (термосифонные). Основной элемент — коаксиальная трубка с вакуумной прослойкой между внешними слоями, которая надежно теплоизолирует содержимое трубок. Конструкция эффективная, но дорогая и не поддающаяся ремонту.
Плоские. Это закрытые емкости с прозрачной верхней панелью. Внутренняя поверхность покрыта слоем приемника тепловой энергии, отдающего ее воде, которая перемещается внутри припаянных к приемнику трубок. Простая и эффективная конструкция, в которой для большего эффекта иногда создают вакуум для теплоизоляции.

По типу контура циркуляции

Разомкнутый – применяется для обеспечения горячей водой жилого помещения. Теплоносителем в этом случае выступает вода, которую используют для различных бытовых нужд и, соответственно, она уже не попадает обратно в контур.
Система с одним контуром – используют для отопления дома. Нагретый таким способом теплоноситель используют как добавку к теплоносителю, который подогрели традиционным методом. В этом случае нагретый теплоноситель переходит в отопительную систему, после которой опять переносится в приемный резервуар и в коллектор.
Двухконтурнаянагревательная система – самая универсальная. Есть возможность использования таковой для отопления зимой или для водоснабжения.

Двухконтурная система водоснабжения и отопления

Также можно выбрать один из возможных теплоносителей – вода, масло или антифриз. После коллектора теплоноситель проходит теплообменник, в котором происходит теплоотдача на второй контур. Второй используемый теплоноситель уже идет по назначению – для отопления или водоснабжения.

Теплоноситель

Для таких водонагревателей используют различные теплоносители: антифриз, смазочная жидкость и вода.

Применение

Солнечные системы постепенно приобретают популярность. С их помощью решают множество задач:

Подогрев жидкости до требуемой температуры.
Повышение производительности отопительной системы.
Водонагреватель для бассейна, для летнего душа.
Подогрев жидкости для иных потребностей.