Воздушный солнечный отопительный коллектор

Оглавление статьи: Воздушный солнечный отопительный коллектор
Содержание

Среди разновидностей альтернативной энергетики воздушное солнечное отопление индивидуального жилья занимает особое место. Вам не потребуются сложные монтажные работы или разрешение региональной энергетической инспекции. Всё, что нужно — это как можно больше солнца и неиспользуемой площади кровли/стен. Остальное доступно для изготовления своими руками.

коллекторные блоки солнечного отопления

Общие принципы нагрева воздуха ультрафиолетовыми солнечными лучами

Солнечное отопление относится к возобновляемой энергетической системе, которая собирает энергию от солнца в форме тепла, а не использует её для производства электроэнергии, например, при помощи солнечных фотоэлектрических элементов.

Такие нагревательные системы используются для местного подогрева воды и воздуха. Технологии обогрева обеспечивают циркуляцию нагретого воздуха или жидкости в системе лучистого отопления через трубопроводы в стенах или полах, чтобы тепло могло естественным образом обогреть внутренние помещения.

схема работы солнечного отопительного коллектора

Известны два типа систем, использующих энергию ультрафиолетовых солнечных лучей:

  • Активные нагреватели. Здесь энергия Солнца используется для привода тепловых насосов, которые, в свою очередь, обеспечивают циркуляцию воды или иного теплоносителя. Такие нагреватели конструктивно более сложные, поскольку предполагают наличие механических подвижных узлов;
  • Пассивные нагреватели. Нагревая наружный воздух, который затем циркулирует в помещениях, эти системы обеспечивают обогрев комнат дома с использованием возобновляемых источников энергии. В пассивных солнечных отопительных системах механических частей нет.

внешний вид солнечных пластин (слева) и коллекторов (справа)

Пассивные нагреватели могут иметь два варианта исполнений — коллекторы и пластины. Пластины генерируют энергию при помощи фотополупроводниковых элементов, которая используется для привода насоса, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя. Воздушный солнечный коллектор нагревает воздух в трубах, откуда он за счёт разницы в объёмах перемещается в теплообменник и бак. Далее нагретый воздух естественным или принудительным путём поступает в помещения.

Как рассчитать тепловую эффективность солнечного воздушного коллектора

Очевидно, что блок из воздушных солнечных коллекторов компактнее солнечных панелей, и характеризуется меньшими потерями, которые возникают при конвертации одного вида энергии в другой.

Рентабельным данный вид «зелёной» энергетики становится тогда, когда отношение собираемой солнечной энергии к доступной в данной местности максимально.

Общее количество энергии выражается в кВт×ч / (м²×день). Считается, что в ясный солнечный день среднее количество прямой солнечной энергии, доступной на 1 м² площади в час, должно быть не менее 1 кВт.  Но коллектор — это тонкая труба, изготовленная из металла с высокой теплопроводностью, поэтому тепловые потери в самом коллекторе минимальны. Следовательно, эффективность воздушного коллектора будет зависеть от:

  1. Активной площади коллектора (той, которая подвергается воздействию солнечных лучей).
  2. Количества коллекторных труб.
  3. Расположения коллекторов относительно главного направления лучей.
  4. Длины и сложности трассы транспортирования нагретого воздуха.

В случае самостоятельного обустройства воздушного коллекторного отопления измерить эффективность коллектора можно только при помощи высокотемпературного термометра. Далее (поскольку рискованно надеяться на самопроизвольное вытеснение разогретого воздуха с увеличенным объёмом в помещения) потребуется вентилятор. Поскольку система будет иметь разомкнутый контур, то собираемое коллектором в единицу тепло будет прямо пропорционально разнице температур и теплоёмкости воздуха времени. Умножив это значение на продолжительность работы коллектора и пренебрегая потерями излучения от скользящего действия лучей, получим суммарное значение плотности теплового потока. Сравнив его с номинальным (1 кВт), выясним эффективность работы коллектора.

Теперь всё, что нам нужно – это пиранометр для проверки интенсивности солнечного света.  Наличие этого прибора избавит от трудоёмких измерений эффективности коллектора в различных погодных условиях. Наиболее удобны пиранометры типа ICB200-03, которые можно приобрести или арендовать.

 

общий вид пиранометра ICB200-03

Из чего состоит солнечный коллектор

Разработано и запатентовано ряд конструкций:

  1. Плоские.
  2. Трубчатые.
  3. Вакуумные трубки.
  4. Термосифоны.

Солнечный коллектор своими руками проще всего изготовить в плоском или трубчатом исполнении.

Как собрать установку? Один коллекторный блок (их количество уже примерно известно из расчётов, выполненных по вышеприведенной методике) состоит из следующих элементов:

  • Набора медных или алюминиевых трубчатых элементов;
  • Абсорбирующей пластины;
  • Герметичного термоизолированного корпуса;
  • Крышки, которую можно изготовить из прозрачного термостойкого полимера или закалённого стекла.

коллектор в сборе

Эффективность изоляции определяет КПД коллектора. Его можно повысить, если предусмотреть в схеме накопительный контур, который сможет обеспечивать тепло в пасмурные дни или для работы систем охлаждения.

Процесс изготовления и последующего монтажа солнечных коллекторов возможен не только для крыши, но и для южных стен здания. В этом случае корпуса снабжают перфорационными отверстиями, облегчающими поступление воздуха. Когда нагретый воздух поднимется к верхней части стены, он направится в вентиляционные каналы здания для последующего распределения.

Изготовление и монтаж

Ниже рассматривается бюджетный вариант получения солнечного нагревательного коллектора, с применением микровентилятора, пустых банок от пепси-колы, металлических корпусов отработанных осветительных приборов (лучше всего от люминесцентных ламп), закалённого стекла и чёрной краски. Потребуются также стеклорез, силиконовый герметик (с пистолетом), алюминиевая лента, термометр с температурным датчиком, ножницы по металлу, саморезы, электродрель, молоток, отвёртка и маркёр. Собирать и изготавливать узлы надо в защитных перчатках. Потребуется всего 7 этапов:

  1. Изготовление корпуса: коробку светильника разрезаем по предварительно установленному размеру и обматываем её алюминиевой лентой.
  2. Герметизация корпуса: скрепляем углы саморезами и тщательно герметизируем силиконом все щели, пазы и возможные трещины. Всю конструкцию окрашиваем в чёрный цвет.
  3. Размечаем маркёром и вырезаем предохранительные стёкла (можно вместо стекла использовать подходящий по прозрачности полимерный листовой материал).
  4. Обрезаем и устанавливаем банки в корпус, соединяем между собой и герметизируем. Торцы труб выводим за герметизированный корпус, согласовав при этом способ подключения входных отверстий микровентилятора. Окрашиваем банки чёрной краской.
  5. С противоположной стороны корпуса получаем вентиляционные отверстия. Предусматриваем возможность сделать дополнительные отверстия, если тестировании коллектора покажет недоработку. Расположение отверстий должно учитывать габаритные размеры вентилятора.
  6. Герметизируем щели между защитным стеклом и корпусом.
  7. Присоединяем микровентилятор к задним отверстиям корпуса. Перед этим необходимо убедиться в том, что подключение вентилятора правильное, и он будет работать на всасывание.
  8. Проверяем эффективность собранного коллектора. Для этого располагаем незакреплённый блок на выбранном участке стены или на крыше, включаем (через некоторое время) вентилятор и, используя термометр, выясняем температуру нагреваемого солнцем воздуха.

тонкие алюминиевые банки в корпусе

отверстие для крепления микровентилятора

Испытания проводят на протяжении всего светового дня, через равные промежутки времени (летом, например, от 9.00 до 17.00, через каждый час). Если регистрируемые датчиком температуры воздуха составляют от 45 °С до 70 °С, то коллектор изготовлен верно, в противном случае количество блоков следует увеличить. Готовую конструкцию устанавливают вблизи вентиляционных отверстий дома.

Заключение

Изготовление отопительных солнечных коллекторов возможно и доступно в домашних условиях. При использовании подобной установки в тёплое время года можно добиться снижения расхода электроэнергии и сэкономить на установке газовых водонагревателей.

Видео по теме

Хорошая реклама

 

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