Привычные источники тепловой энергии постепенно истощаются, попутно загрязняя окружающую среду при горении. Поэтому человечество много внимания уделяет возобновляемой солнечной энергии. Естественно, полноценные, автоматизированные системы на базе гелиоустановок - удовольствие не дешевое, но простой воздушный солнечный коллектор для дачи или подсобного хозяйства вполне можно соорудить самому. О том, как он работает, из чего состоит, что нужно для его сборки, поговорим далее.

Как это работает

Выйдя летним знойным днем на улицу можно на личном примере убедиться, что солнечные лучи не только освещают все вокруг, но также обладает приличным запасом тепла, нагревая окружающий воздух. В отличие от традиционных источников (газа, угля, древесины), эта энергия неограниченная - нужно просто взять да воспользоваться ею. Для этого придется задействовать элементы разных гелиоустановок, например, воздушный или вакуумный коллектор. Но, как уже оговаривалось выше, подобные серийно производимые системы имеют сложную конструкцию и достаточно высокую цену, чтобы претендовать на массовое использование.

Если анализировать их на примере систем отопления или горячего водоснабжения, то нужно признать, что панельный или вакуумный солнечный коллектор - это такой же теплообменник, как обобщенно бытовой котел (газовый, мазутный, угольный). То есть его конструкция предусматривает возможность циркуляции теплоносителя (воды, воздуха). Последний греется за счет поглощенного внешним селективным покрытием (поверхность адсорбера) видимого/инфракрасного излучения. В серийных образцах воздушного или водяного коллектора для этого используется напыление из никеля или оксида титана черного цвета. Он впитывает весь спектр солнечного света - все семь цветов радуги, каждый из которых имеет запас внутренней энергии. То есть, главной задачей солнечной установки в целом, а коллектора в частности, является максимальное поглощение лучей видимого спектра и превращение их в тепло, которое затем передается циркулирующему в системе/корпусе теплоносителю.

Интересно ! У серийных образцов солнечного коллектора степень эффективности поглощения лучей и теплопередачи достигает 95 %, а при отсутствии разбора они могут нагреть воду в системе отопления или ГВС до 200°С.

Конструкция и принцип действия воздушного аппарата довольно просты: попадая внутрь солнечного коллектора, воздух постепенно нагревается под действием солнечных лучей, становится легче и поднимается вверх. Сама циркуляция в корпусе аппарата может быть организована по естественному и принудительному пути. В первом случае горячий воздух, отдав тепло по назначению, остынет и опустится вниз, выталкивая более легкий греющийся вверх. Для принудительной циркуляции нужно задействовать вентиляционное оборудование солнечного теплообменника.

Вода или воздух

Большая стоимость солнечного коллектора для традиционных водяных систем отопления связана косвенно со свойствами используемого теплоносителя. Вода обладает высокой теплоемкостью, то есть при охлаждении отдает намного больше тепла окружающему пространству, нежели воздух. Но ее функционирование связано с рядом проблем, которые следует учитывать в процессе эксплуатации системы с солнечным коллектором:

• Как и любая жидкость, вода практически не сжимается, но при этом расширяется с ростом температуры, а значит, нужно контролировать давление, особенно в закрытых системах;
• Вода меняет свое агрегатное состояние, то есть зимой нужно следить, чтобы она не замерзла, разрушив корпус, трубопроводы, арматуру;
• В ней содержится кислород, вызывающий коррозию труб, а значит, придется позаботиться о дополнительной защите.

Теплоемкость воздуха в 4 раза ниже, нежели у воды. Расчеты показывают, что при одном и том же объеме, воздушный коллектор выделяет в окружающую среду до 8 ккал тепла, по сравнению с 300 ккал у водяного. Но это также значит, что для нагрева кубометра воздуха нужно вчетверо меньше тепла. Газообразная среда обладает прекрасной подвижностью, позволяя наладить естественную циркуляцию в корпусе аппарата и системе, она не токсична, не может замерзнуть или закипеть и, что главное, воздуха много вокруг. Для его применения в системах отопления не требуется масса специальных инженерных решений.

Из этого можно заключить, что воздушный коллектор имеет более простую конструкцию, порядок эксплуатации. Он не так прихотлив в плане эксплуатации. Кроме того, его легко изготовить своими руками.

Конструктивные особенности

Естественно, существует масса технических решений, но обобщенно устройство, конструкцию, схему действия воздушного солнечного коллектора можно изобразить следующим образом:

Из иллюстрации следует, что основными его частями являются:

• Герметичный корпус. Служит для удобства монтажа системы и размещения основных действующих компонентов солнечного воздушного коллектора;
• Адсорбер/поглотитель. Обычно это оребренная панель, располагающаяся внутри корпуса. Главной ее задачей является поглощение солнечных лучей с последующей теплоотдачей воздуху, который циркулирует в коллекторе. Для этого внешняя сторона адсорбера должна быть черного цвета с матовой структурой (в этом случае отражающая способность будет ниже). Материалом служит обычно алюминий или медь, обладающие высокой теплопроводностью. Ребра главным образом используются в конструкции для увеличения площади теплоотдачи, обеспечения требуемого режима движения воздушного потока внутри корпуса;
• Внешняя изоляция. Это прозрачный материал (закаленное стекло), главной задачей которого является защита адсорбера солнечного воздушного коллектора от механических повреждений и обеспечение максимальной пропускной способности для лучей;
• Тепловая изоляция. Слой материала, расположенный между адсорбером и стенкой корпуса. Устраняет теплопотери при циркуляции потока воздуха в окружающую среду.

При установке, воздушный коллектор направляют на юг, под наклоном к горизонту. Так делают, чтобы обеспечить максимальную нагрузку поверхности поглотителя в течение дня и сезона. Влияние ориентации места установки в пространстве на степень инсоляции (продолжительность и площадь падения солнечных лучей) можно оценить на следующей иллюстрации.

Круговая диаграмма слева показывает степень/интенсивность потока солнечных лучей, а макет справа - эффективность воздушных коллекторов в зависимости от ориентации стен относительно сторон света.

Также следует учитывать, что вся конструкция в корпусе должна быть расположена максимально близко к объекту обогрева, иначе теплопотери в воздушной магистрали системы сведут на нет весь эффект.

Нагрев воздуха за счет пивных банок

Когда стоит задача спроектировать и собрать воздушный солнечный коллектор своими руками, первое, что принимается во внимание - максимальная простота итоговой конструкции. Использование подручных материалов ускорит процесс сборки и удешевит его, но не следует пренебрегать их свойствами.

Выше уже упоминалось, что лучшим вариантом для адсорбера воздушного солнечного агрегата является медь или алюминий, ввиду их высокой теплоемкости, но в розничной сети такой листовой металл имеет высокую стоимость. Заменить его в конструкции можно, как оказывается, простой банкой из-под пива или Кока-Колы - кто сказал, что адсорбер солнечного коллектора с воздушной циркуляцией должен быть плоским. Для их изготовления используют марганцево-алюминиевый сплав, а все размеры стандартизированные и одинаковые.

Интересно ! Прибегнув к простым расчетам, окажется, что если выложить на площадке и соединить между собой 64 банки (квадрат 8х8), то их площадь будет равна площади листа 1400х670 мм.

Кроме самих банок, придется изготовить корпус воздушного солнечного коллектора, для чего целесообразно использовать листовую фанеру или ДСП. Для обеспечения достаточной жесткости и прочности толщина плит солнечного теплообменника должна быть примерно 16-20 мм. Для отрезания деталей в размер нужно использовать дисковую пилу вместе с шаблоном - так поверхность реза досок получится более ровной.

Важно ! При разметке нужно оставлять припуск на отрезку и будущую обработку порядка 3-5 мм на сторону.

Между собой доски корпуса воздушного коллектора крепятся шурупами или конфирматами с обязательной прослойкой герметика. Если используется фанера, то нужно всю конструкцию обработать защитным лаком или пропиткой.

Внутренние стенки корпуса воздушного солнечного теплообменника утепляют. Проще всего для этих целей использовать плиточный пенополистирол (ППС, ЭППС), который садится на любой клеящий состав. Поверх них укладывается рулонная алюминиевая фольга, как отражающий слой. Ее стыки проклеиваются алюминизированным скотчем.

Банки крепятся между собой встык - дно вставляется в горлышко, которое предварительно подрезается ножницами по металлу и вдавливается внутрь корпуса. В дне банки проделывается несколько отверстий сверлом для организации циркуляции воздуха, а при соединении стыки обязательно обрабатываются герметиком. Чтобы собранные колонны (8 штук по 8 банок) надежно располагались в деревянном корпусе, для них следует изготовить направляющие - трубные решетки, отверстия под которые проделываются корончатыми сверлами.

Когда конструкция воздушного коллектора готова, следует провести ее окрашивание. Для этого можно использовать автомобильную матовую (это важно!) краску в баллончиках. С внешней стороны банки закрываются каленым или оргстеклом. Оно обеспечивает высокую степень прохождения лучей и защиту для воздуховодов внутри корпуса.

На задней стенке предварительно проделываются отверстия для обеспечения циркуляции воздуха. Для придания более эстетичного внешнего вида, готовую конструкцию можно облагородить, для чего использовать облицовку из вагонки или мебельных профилей.

Перед началом эксплуатации также придется продумать схему работы воздушного коллектора. Возможно, будет задействована естественная циркуляция или придется устанавливать вентилятор, чтобы гонять воздух принудительно.

Металлический лист в помощь

Еще одним простым вариантом установки для подогрева воздуха является коллектор, в котором роль поглотителя играет обычный профнастил. Это ребристый, волнообразный лист, который также, как и банки в прошлом примере помещается в деревянный корпус. Под ним также укладывается слой изоляции, например, минеральной ваты. С внешней стороны крепится прозрачное стекло. Поверхность листа также придется покрыть термостойкой, матовой и обязательно черной краской. Достоинством такого воздушного коллектора является отсутствие необходимости дополнительного оребривания. Кроме того, здесь не нужно использовать в качестве материала дорогостоящие алюминий или медь. Аналогично баночному варианту используются режимы циркуляции - естественной или принудительной.

Cолнечные коллекторы, в отличие от солнечных аккумуляторов, не накапливают энергию солнца, а сразу же пускают ее на утепление. Их делают не только на производствах, но и своими руками, из самых разных материалов, например, из пивных банок.

Воздушный солнечный коллектор, установленный на южном фасаде дома

Воздушный солнечный коллектор – одно из самых простых устройств. Его работа основана на принципах, знакомых всем нам с детства.

Парниковый эффект. Лучи солнца могут свободно проникать через прозрачные покрытия, будь то стекло, поликарбонат или что-то другое. Но тепло, которое они принесли, не может выбраться наружу из закрытого пространства. Именно поэтому строят теплицы. Теплый воздух легче. Всегда нагретый воздух поднимается, а холодный – опускается к полу. Именно по этой причине обогреватели размещают снизу.

Это два основных принципа, на которых организована работа воздушного солнечного коллектора для дома.

Что это такое?

Воздушный коллектор нагревает воздух для отопления, используя для этого энергию солнечных лучей. Обычно это простая конструкция с применением плоского абсорбера. Воздушные коллекторы используют для обогрева помещений или для сушки продуктов даже в Сибири.

Воздушный солнечный коллектор для дома состоит из поглощающей панели, трубок, через которые будет циркулировать воздух, и вентилятора, отвечающего за движение воздушных масс. Конечно, все это нужно прикрепить к помещению, которое нуждается в подогреве.

Можно также с помощью труб сделать систему для обогрева всего дома, если коллектор достаточно мощный.

Поглощающая панель состоит из абсорбера, прозрачного защитного покрытия (например, поликарбоната) и теплоизоляции. Все это помещено в короб, задняя и боковые стенки которого покрыты толстым слоем теплоизоляции. Это нужно, чтобы сохранить тепло для отопления.

Потом размещается полотно абсорбера. Обычно его изготавливают из меди или алюминия и покрывают селективным покрытием, которое помогает собрать больше энергии. Для поглощающего полотна главное – теплопроводность конструкции.

Сверху размещается прозрачное покрытие, которое должно защищать абсорбер от погодных условий и различных ударов. Конечно, лучшим вариантом будет стеклопакет. Есть много более дешевых вариантов, но стеклопакет обеспечит максимальный КПД, который сделает возможным обогрев даже в Сибири.

Хотя нельзя отрицать пользу поликарбоната. Многие выбирают покрытия именно из поликарбоната. Он стоит дешевле, но мало в чем уступает лучшим вариантам.

Воздух может двигаться через поглотитель благодаря естественной циркуляции (теплый вверх, холодный вниз).

Но иногда в таких случаях воздух движется слишком медленно и большинство накопленного тепла уходит в атмосферу вместо отопления дома, тогда можно добавить несколько труб.

Это не экономично, поэтому в таких случаях к системе присоединяют вентилятор, можно с помощью труб. Он гонит воздух гораздо быстрее и вся полученная энергия передается в систему для отопления. Но в этом случае нужны дополнительные затраты – вентиляторы потребляют электроэнергию. Обычно такие солнечные коллекторы просто встраивают в крыши или стены зданий, что повышает их КПД (коэффициент полезного действия).

Но не нужно забывать, что воздух проводит тепло гораздо хуже, чем жидкость. Поэтому эффективность у воздушного коллектора будет гораздо ниже, чем у плоского варианта для отопления. Воздух лучше всего направлять между поглощающей пластиной и теплоизоляцией, без труб. Прозрачное защитное покрытие, размещенное впереди, вызывает большие теплопотери. Правда, это не касается поликарбоната. Но если не нужно нагревать воздух для отопления больше, чем на 17 градусов (по сравнению с окружающей средой), то можно пускать циркуляцию с обеих сторон полотна. Но если окружающая среда слишком низкой температуры, например, в Сибири, результат будет хуже. Если воздушный коллектор хорошего качества, он может прослужить до 20 лет.

Виды воздушных коллекторов

Тип воздушного солнечного коллектора зависит от того, откуда берется воздух. Если в помещение он попадает снаружи, а по дороге его подогревают, то - это вентиляционная система. Если же воздух для нагревания берется внутри самого помещения и потом просто возвращается внутрь, то - это рециркуляционный вариант.

Вентиляционные системы для отопления сейчас применяют в овощехранилищах, цехах, курятниках и тому подобное. То есть везде, где нужен постоянный доступ свежего воздуха.

А рециркуляционная система известна нам с давних времен. Самый простой пример – камин или печь с воздуховодами для отопления. В современном варианте это нагревательный котел, встроенный в систему вентиляции. Но солнечный коллектор обойдется гораздо дешевле, чем вышеназванные варианты, в том числе и система водного отопления.

Зимний обогрев своими руками

Иногда необходимо организовать отопление курятника или любой другой хозяйственной постройки зимой. Но устанавливать печь для отопления – слишком дорого, затраты себя не окупят. Поэтому многие выбирают воздушный коллектор для обогрева курятника, это отличная схема. Сделать такое устройство можно и своими руками.

Воздушный солнечный коллектор для обогрева курятника, сделанный своими руками

Это более дорогая и эффективная конструкция, чем, например, коллектор из пивных банок, тут придется постараться.

Такое устройство легко сделать, практически отсутствуют расходы на его содержание и коллектор очень удобен в использовании. Главное – вмонтировать его в стену курятника, тогда эффективность будет гораздо выше, и сделать защитное покрытие из поликарбоната.

Конечно, солнечный коллектор не дает обогрева в хмурые дни. Но даже зимой очень часто выглядывает солнце, а в конце осени и в начале весны, когда постройку необходимо обогревать, так и вовсе много солнца. При необходимости такой коллектор может даже в минусовую температуру поддерживать в помещении приятный климат.

Схема устройства воздушного коллектора для дома простая. Снизу нужно сделать своими руками отверстие, через которое из помещения будет поступать воздух для нагрева. Внутри коллектора сделана сетка, которая нагревается и отдает тепло воздуху. Потом через верхнее отверстие поток снова возвращается в помещение.

Технология

Устанавливать полотно нужно всегда с южной стороны. Размер коллектора выбирают так, чтобы он хорошо отапливал помещение. То есть нужно принять во внимание размеры, схема разрешает различие. Само собой, что также это зависит от размера южной стены и количества денег.

Деревянный брус размером 150 на 50 мм для изготовления каркаса воздушного коллектора

Сначала делаем каркас устройства. Для этого понадобится брус 150 на 50 мм. В принципе, верхнюю часть можно изготовить из бруса 200 на 50 мм, тогда получится козырек. Посередине каркаса лучше сделать дополнительное перекрытие или даже несколько, в зависимости от размеров каркаса. Это увеличит прочность конструкции. Если в качестве защитного покрытия планируется использовать стеклопакет, то каркас должен быть упрочненным.

Каркас следует надежно прикрепить своими руками к стене дома и заизолировать все щели между ними монтажной пеной. Корпус воздушного солнечного коллектора должен быть герметичным.

Потом сверху и снизу на стене внутри каркаса нужно сделать отверстия для обмена воздуха. Если стены из досок или подобных материалов, это будет легко, но если стена кирпичная, это будет труднее. Но все же это необходимо сделать аккуратно.

В воздушном солнечном коллекторе роль абсорбера играет металлическая сетка. Это может быть сетка, наподобие москитной, только из метала, но гораздо лучшие результаты дает просечно-вытяжной или перфорированный лист.

Алюминий обладает высокой теплопроводностью, поэтому подходит лучше всего. Кроме того, чем больше площадь, способная принимать энергию, тем лучше конечный результат. К сожалению, из-за высокой цены мало кто может ее себе позволить, поэтому обычно обходятся металлической сеткой.

Поверхность обязательно нужно покрыть черной краской, это усилит селективные способности абсорбера.

На верхние отверстия, через которые в помещение будет попадать теплый воздух, необходимо установить клапаны, это легко сделать своими руками. Иначе в пасмурную погоду из коллектора будет попадать внутрь холодный воздух.

В качестве клапана подойдет кусок не слишком плотного полиэтилена. Его прикрепляют только за верхний край и теплый воздух сможет приподнимать его, а холодный не проберется.

На нижние отверстия нужно установить мелкую сетку, лучше всего капроновую. Она будет предохранять коллектор от попадания внутрь пыли, поэтому лучше поставить несколько слоев. Нельзя допустить, чтобы пыль попала внутрь коллектора, ведь она осядет на защитном стекле и ухудшит КПД устройства.

Капроновую сетку нужно будет время от времени менять своими руками, ведь она будет забиваться пылью и перестанет пропускать воздух. Можно также иногда протирать ее.

Потом нужно установить прозрачный защитный слой. Это может быть закалённое стекло, разные виды поликарбоната, прозрачный шифер, стеклопакет или что-то другое. Главное, не забыть, что короб солнечного коллектора должен быть герметичным, и надежно заделать все щели. Стеклопакет подойдет лучше всего, но он стоит гораздо дороже, зато есть разные виды более доступного поликарбоната.

По такой схеме можно сделать своими руками обогрев курятника или любого другого хозяйственного строения.

Отдельно нужно вспомнить систему SolarVenti. Это воздушный коллектор, который работает по принципу вентиляции. Его применяют в тех помещениях, где может образоваться затхлость или плесень. Например, подвалы, гаражи, дачи, строительные бытовки, катера, террасы, жилые дома и тому подобное.

Отличительная особенность системы SolarVenti – вентилятор не нуждается в дополнительной подпитке электроэнергией, а защита абсорбера происходит с помощью поликарбоната.

Как и в обычных коллекторах, в SolarVenti абсорбер собирает энергию из солнечных лучей, но потом в действие приходит встроенный фотоэлемент. Он преобразует ее в электроэнергию, которая включает вентилятор. То есть даже работа вентилятора происходит благодаря солнечной энергии.

Свежий воздух поступает через множество мелких дырочек на задней стенке без помощи труб. Это обеспечивает нужную циркуляцию. Также есть фильтр, который препятствует попаданию грязи внутрь SolarVenti. А еще такой коллектор использует тепло стен для повышения производительности обогрева дома. Обычно в качестве защитного слоя используют какой-то вид поликарбоната.

Оконный коллектор

Для тех, кто не желает делать массивные конструкции, есть воздушный коллектор, который можно крепить прямо на стеклопакет. Его может своими руками снять даже женщина, притом без особых усилий. Такой коллектор обеспечит обогрев дома через стеклопакет. Кстати, это более эффективная система, чем коллектор из пивных банок.

Его делают из алюминия – это уменьшает вес и увеличивает эффективность устройства. Каркас делается из двух алюминиевых рамок. Его можно будет прикрепить на стеклопакет своими руками так же, как крепится москитная сетка.

Задняя стенка – алюминиевый лист средней толщины, чтобы не мялся. Для циркуляции воздуха в задней стенке нужно пробить по два ряда дырочек сверху и снизу. В нижние будет входить холодный воздух, из верхних – выходить теплый. Лист алюминия нужно прикрепить своими руками с помощью алюминиевого скотча, зафиксировав по всем углам и посередине.

Для того чтобы укрепить заднюю стенку, посредине можно установить алюминиевый профиль с заклепками.

Абсорбер можно сделать из тонкой черной фольги, которую используют фотографы. Правда, ее тяжело найти и она недешево стоит. Поэтому многие выбирают более практичный вариант – очень тонкий лист алюминия, покрашенный черной краской.

Абсорбер должен иметь те же размеры, что и задняя стенка. Когда его прикрепили к корпусу алюминиевым скотчем, можно сверху устанавливать вторую рамку. Сверху всю конструкцию нужно опять же зафиксировать алюминиевым скотчем.

Сверху на вторую рамку необходимо наклеить двухсторонний скотч по всему периметру. Тут будет крепиться прозрачный защитный слой. Лучше всего подойдет термоусадочная пленка. Не забываем, она должна быть натянутой. Корпус коллектора должен быть герметичным, как стеклопакет. К сожалению, тут невозможно использование поликарбоната.

После этого воздушный коллектор можно крепить на стеклопакет. Окно должно обязательно выходить на южную сторону. Конечно, можно еще прикрепить липучки и приклеить коллектор прямо на стеклопакет. Это уже дело выбора, но в таком случае нужно будет обеспечить поступление теплого воздуха внутрь с помощью труб.

Воздушный солнечный коллектор из пивных банок

Еще можно сделать воздушный коллектор из пивных банок. Коллектор из банок будет менее эффективным, на несколько Дж. В этой схеме из банок делается теплогенератор.

Основной плюс воздушного солнечного коллектора из банок – доступность материалов, в частности, тех же самых банок.

Воздушный коллектор можно Как купить у производителя, так и сделать своими руками. Как видно, что такие коллекторы доступны всем, ведь каждый может сделать воздушный коллектор из банок.

Автор данного воздушного коллектора основной целью ставил экономию на отоплении дома в весенне-осенний период. Посчитав, что если зацикливаться на сочетании коллектора с экстерьером дома и делать его небольших размеров, как в предыдущей статье, то особого толка от него не будет, хватит лишь на обогрев комнаты. Поэтому он решил по возможности изготовить максимально большой солнечный воздушный коллектор.

1) доски толщиной 30-40 мм
2) влагостойкая фанера 10 мм
3) OSB плита
4) водосточные трубы прямоугольного сечения из алюминия
5) минеральная вата
6) пенопласт
7) деревянные бруски
8) прозрачный шифер
9) черная матовая жаростойкая краска

Рассмотрим основные моменты постройки данной модели солнечного воздушного коллектора, а так же схему его работы.

Так же как и прошлом случае коллектор было решено сделать максимальной длинны равной длине дома, но еще и более высоким. Так как размеры будущего коллектора исходя из соображений автора получались внушительными, то и материалы для его изготовления подбирались подходящие. В качестве основного каркаса была использована доска толщиной 30-40 мм. Заднюю стенку короба, в котором будет размещен абсорбер, было решено сделать из влагостойкой фанеры толщиной 10 мм.

Ниже расположена схема солнечного воздушного коллектора, где показан его основной принцип работы и общий вид:

Так как алюминий один из металлов, который отлично проводит тепло и в то же время является не сильно дорогим, то в качестве абсорбера данного солнечного коллектора, автор решил использовать водосточные трубы прямоугольного сечения из алюминия. Хотя, так же допускается использования обычных труб из жести круглого сечения, просто от этого напрямую будет зависеть эффективность воздушного коллектора.

Так как для автора эффективность была на первом месте, то он решил дополнительно утеплить заднюю стенку короба при помощи минеральной ваты. Боковые стенки короба, в котором будут размещены трубы, автор решил так же утеплить но уже при помощи пенополистирола. Кроме того, заботясь об максимальном увеличении эффективности работы солнечного коллектора, автор положил на минеральную вату алюминиевый лист, который так же будет нагреваться под лучами солнца и передавать тепловую энергию трубам. Далее к этому листы были прикреплены прямоугольные трубы.

Так как вход и выход солнечного коллектора находится с одной стороны, то автор решил разделить эту часть коллектора при помощи перегородки. которую он сделал из дерева, а затем так же как заднюю стенку обшил алюминием.

Благодаря данной перегородке в коллектора создается два воздушных потока по 3 трубы в каждом.

Коллектор довольно больших размеров и по большей части сделан из дерева и металла, из-за чего он получился достаточно тяжелый. Поэтому автор рекомендует делать его уже на месте установки, используя треноги, иначе придется просить помощи у друзей, чтобы вытащить и установить коллектор, так как одному такую конструкцию поднять слишком тяжело.

Так как цокольный этаж дома расположен низко, а воздушный коллектор получился довольно высоким, автор решил установить его на некотором расстоянии от дома и сделать его под наклоном. Наклон не только поставит абсорбер под прямые лучи солнца, но и позволит не перекрывать окна от солнечного света. Для закрепления солнечного коллектора на улице и удержания его под наклоном, автор использовал конструкцию из трех частей. Держатели были сделаны из толстых деревянных балок и были выровнены на одну высоту, как это видно из следующей фотографии:

Чтобы осуществить подвод воздуховодов в дом, автор выкопал небольшую траншею от дома к стороне входа и выхода воздуха от солнечного коллектора. В данную траншею были уложены трубы, по которым будет осуществляться движение воздушных масс от дома к коллектора и обратно. Затем он утеплил данные трубы при помощи пенопласта.

Поскольку цоколь дома низкий, а воздушный коллектор получился высокий, то его придется устанавливать на расстоянии под углом, чтобы не перекрывать окна. Для подвода воздуховодов была выкопана траншея и в нее уложены воздуховоды, предварительно все, хорошенько утеплив пенопластом.

После завершения сборки и подключения солнечного коллектора, автор окрасил его в черный цвет при помощи жаростойкой матовой краски.

Для того, чтобы защитить трубы от ветра, пыли, грязи и прочих внешних условий, которые могут повлиять на эффективность коллектора, автор закрыл короб с трубами при помощи прозрачных кусков шифера.

Чтобы обеспечить движение воздушных масс внутри солнечного коллектора, автор установил канальный вентилятор на входе в одну из труб системы солнечного коллектора.

Солнечные воздушные коллекторы (Рис.1) приобретают все большее число сторонников. Это решение, которое открывает хорошие возможности за сравнительно небольшие деньги для улучшения атмосферы в помещениях. Они действительно заслуживают того, чтобы на них обратили более пристальное внимание.

Солнечный воздушный коллектор , применительно к частному домовладению, выполняет три функции. Первая – дополнительный обогрев помещения. Вторая - вентиляция и фильтрация воздуха в помещении. Третья – осушение помещения при периодическом отоплении его в холодное время.

В работе солнечных воздушных коллекторов практически нет ограничений – электричества и газа не нужно, воздух в качестве теплоносителя не закипает и не замерзает. Такого понятия как «стагнация гелиосистемы» как в жидкостных коллекторах, просто нет.

Быстрый прогрев воздуха в помещении до нужной температуры – тоже одна из особенностей солнечных воздушных коллекторов. Несмотря на то, что воздух имеет меньшую теплопроводность в 28 раз и меньшую удельную теплоемкость в 4 раза, чем вода, он как теплоноситель подвижен, хорошо регулируется (по температуре и количеству). Воздух обеспечивает быстрое изменение температуры и более равномерное распределение тепла внутри помещений. Он безопасен в пожарном отношении. Нагретый воздух можно распределять по существующим каналам вентиляционной системы.

Принцип действия.

Солнечный воздушный коллектор (СВК) – это тепловой абсорбер, в котором в качестве рабочего тела (теплоносителя) используется воздух, а в качестве источника тепла – солнечное излучение. Холодный воздух попадает в систему каналов, где он нагревается контактируя с поверхностью абсорбера, нагретой солнечным теплом, и затем поступает в обогреваемое помещение.

Солнечные воздушные коллектора делятся на три основные группы по системе циркуляции воздуха: внутренняя циркуляция/рециркуляция (забор холодного воздуха происходит внутри отапливаемого помещения) (Рис.2б), внешняя циркуляция (забор холодного воздуха осуществляется с улицы) (Рис.2а), комбинированная циркуляция (забор холодного воздуха может осуществляться из обоих источников по очереди или одновременно) (Рис.2в).

По способу организации теплового потока в солнечном воздушном коллекторе эти устройства делятся на два типа: с естественной циркуляцией (пассивный тип) и с принудительной циркуляцией (активный тип). В первом типе, в организации движения воздуха действуют законы конвекции и гравитации, во втором типе, движение воздуха осуществляется при помощи вентилятора.

В современных солнечных воздушных коллекторах устанавливают миниатюрную фотоэлектрическую (солнечную) панель, от которой происходит питание вентилятора 12В/12Вт постоянного тока. Это снижает пожароопасность системы до нуля, по сравнению с питанием вентилятора от 220В домашней сети.

Устройство.

Солнечные воздушные коллекторы, продаваемые на рынке в России, представляют собой плоские коробчатые устройства (похожи на плоские водяные коллектора), состоящие из: алюминиевой рамы, фронтального прозрачного стекла, абсорбера (металлическая пластина окрашенная в черный или темно-синий цвет, иногда гофрированной и/или с перфорацией), коробчатых воздуховодов, утеплителя (плита из стеклянной или базальтовой ваты), пластиковой задней стенки, вентилятора, фотоэлектрической мини-панели, обратного воздушного клапана, выключателя и провода, вытяжного блока и крепежных элементов (Рис.3).

Назначение.

Первая функция солнечных воздушных коллекторов это обогрев помещения. Холодный воздух находящийся в нижней части помещения или снаружи попадает в коллектор, где нагревается и через верхний вытяжной блок возвращается в помещение (Рис.4).

Одновременно с выполнением обогрева помещения при использовании наружного воздуха воздушный солнечный коллектор выполняет вторую функцию – вентиляция помещения и приток свежего воздуха. На выходе из воздуховода коллектора в помещение устанавливается фильтр, тогда даже при рециркуляционном режиме, можно получить очистку воздуха в помещении.

Теперь рассмотрим третью функцию солнечного воздушного коллектора, за что его полюбили дачники и прочие владельцы строений, в которых проживание осуществляется не постоянно.

Солнечный воздушный коллектор не дает отсыревать помещениям, система отопления в которых работает периодически. Эту проблему не решить простым проветриванием помещений, так как влажность холодного воздуха выше, а его влагоабсорбционные свойства ниже. Достаточно взглянуть на Психометрическую диаграмму Молье и мы увидим, что когда воздушный коллектор забирает с улицы воздух с температурой -10°С и влажностью 70%, он нагревает воздух на 15°С-40°С, пусть до температуры +10°С, то влажность этого воздуха уменьшается до 15%, а влагоабсорбционные свойства подаваемого в помещение воздуха увеличиваются в 7-9 раз (Рис.5).

Соответственно СВК предохраняет дом от появления плесени, неприятного запаха, от промерзания и соответственно преждевременного разрушения отсыревших конструктивных элементов.

Очень актуальна эта функция воздушного солнечного коллектора так же для бань (Рис.6) и крытых бассейнов (Рис.7).

Необходимо упомянуть и об еще одной функции воздушных солнечных коллекторов, которая не сильно актуальна для частного домовладения в наших широтах, но всё же.

Помимо генерации тепла солнечный воздушный коллектор может выполнять барьерные и теплозащитные функции.

В этом случае коллектор занимает всю поверхность стены или крыши. Наружная поверхность коллектора и стена здания образуют так называемый фасад с двойной оболочкой. Таким путем можно «накрыть» стены, крыши и наклонные элементы зданий (Рис.8).

Наружная часть такого фасада выполняет с одной стороны барьерную функцию (защита внутренней части – т.е. собственно стены здания от намокания), с другой – это теплопоглощающая поверхность, хорошо пропускающая тепло на свою внутреннюю сторону. Ее обычно выполняют гофрированной с мелкой перфорацией.

Такой фасад с двойной оболочкой внутри разделен на вертикальные секции. Наружная поверхность фасада нагревается солнечным теплом и передает это тепло воздуху между наружной и внутренней стенками. Нагретый воздух активно поднимается вверх, где его отбирают внутрь помещений для подогрева здания. Очень часто, как и в обычных солнечных воздушных коллекторах, горячий воздух здесь используется в сочетании с системой вентиляции – непосредственно или косвенно. Восходящий поток горячего воздуха в полости фасада с двойной оболочкой одновременно подсушивает стену здания и улучшает его теплоизоляционные характеристики.

Эти свойства высоко оценили в странах с холодным и/или сырым климатом. Солнечный воздушный коллектор типа «солнечная стена» здесь не столько используется для отопления или подогрева воздуха в системе вентиляции, сколько выполняет энергосберегающие функции.

У нас в стране распространение получили индивидуальные солнечные воздушные коллектора не большой площади в применении к сезонным, периодически посещаемым и потому не постоянно отапливаемым объектам: дачи, бани, гаражи, мастерские, студии, склады.

В конце текста необходимо сказать немного о недостатках солнечного воздушного коллектора:

• воздушный солнечный коллектор работает только при наличии солнца, эффективность его в пасмурные дни будет около нулевой.
• при низкой температуре, даже в солнечный день, лучше переключать коллектор на режим внутренней циркуляции.
• при установке коллектора необходимо сверлить одно-два больших отверстия в несущей стене или в крыше (в зависимости от места установки).

Рис.9 Примеры различных вариантов крепления коллекторов на стене дома.

Однако, применяя воздушный солнечный коллектор, мы можем решить следующие проблемы (Рис.9):

• Вентиляция и фильтрация воздуха в помещениях.
• Поддержание сухой атмосферы в помещениях, в которых не постоянно работает отопление.
• Дополнительное отопление помещений.

Солнце - мощный источник энергии, который люди научились использовать для своих нужд. Простейший пример того, как солнечные лучи могут применяться с пользой, - ёмкость для душа, выкрашенная в чёрный цвет. Более сложная и функциональная конструкция, которую можно сделать своими руками, - воздушный солнечный коллектор. С помощью такого оборудования можно не только подогревать воду, но и отапливать дом.

Отопление дома с помощью солнечного коллектора не единственная его функция

Принцип действия

Все солнечные коллекторы работают по одному принципу : энергия ультрафиолетовых лучей преобразуется в тепло. Основной элемент конструкции - коллектор, внутри которого находятся тонкие трубки с теплоносителем. В качестве последнего обычно используют антифриз или воду.

Теплоноситель перемещается по трубкам и нагревается под воздействием солнечных лучей. По трубкам он циркулирует внутри бака, в котором находится вода. В то время как основной объём жидкости нагревается, теплоноситель остывает, и за счёт этого происходит его циркуляция по трубам. Принцип похож на то, как функционирует система охлаждения в автомобилях: избыточное тепло отводится от двигателя и расходуется, например, на поддержание температуры в салоне.

Отличие воздушно-солнечного коллектора от системы охлаждения в авто состоит в следующем: тепло не просто отводится из одного места в другое, а выполняет определённую функцию. С каждым годом солнечные коллекторы получают всё большее распространение, и учёные уверены, что именно за этими приборами будущее.

В скором времени, скорее всего, солнечные батареи будут в каждом частном доме

Интересные факты, свидетельствующие о том, что в скором времени солнечные лучи везде будут использоваться как источник энергии:

• воздушный солнечный коллектор для отопления дома устроен сравнительно просто, и его можно сделать своими руками;
• полученную энергию можно аккумулировать и направлять на различные нужды;
• тепло не нуждается в транспортировке, а применяется там же, где и было получено;
• процесс преобразования солнечной энергии в тепловую безвреден для окружающей среды;
• коллекторы не нуждаются в дорогостоящем обслуживании, уход за ними минимален;
• солнечная энергия бесконечна и практически бесплатна.

Но у этого источника тепла есть и минусы. Один из них - невозможность получать энергию солнца ночью. Другие недостатки:

• эффективность работы оборудования прямо зависит от характеристик инсоляции, т.е. в пасмурную погоду, а также в период, когда световой день короткий, тепловой энергии удаётся получить меньше;
• создание и установка коллектора потребуют финансовых и временных затрат;
• в зимний период КПД заметно снижается.

В этом видео вы узнаете, все о воздушном солнечном коллекторе:

Классификация устройств

Солнечные коллекторы подразделяются на двухконтурные и одноконтурные. Первый тип более распространён. В устройстве с двумя контурами по одному из них циркулирует вода, по второму - теплоноситель. Такой коллектор используется круглогодично.

Что касается одноконтурного оборудования, оно пригодно к применению только в безморозный период, так как внутри теплоносителя находится вода, способная замёрзнуть и разрушить трубки.

По принципу работы коллекторы также делятся на несколько групп :

• воздушные;
• плоские;
• вакуумные;
• концентраторы.

Существуют несколько видов моделей, например, воздушные

Воздушные модели

Особенность этих коллекторов - невысокая эффективность. Воздух плохо проводит тепло, хотя он и способен нагреваться. Главное преимущество - возможность круглогодичного использования. Поскольку воздух не замерзает, нет риска, что трубки будут повреждены. Конструктивно этот тип коллектора отличается надёжностью и простотой. Такое оборудование подходит для отопления разных типов помещений, включая:

• жилые дома;
• подвалы;
• овощехранилища;
• цеха;
• гаражи;
• склады.

Основной элемент коллектора - ребристая панель, выполняющая функции теплоприёмника. Обычно она изготовлена из стали, алюминия или меди. Внутри панель разделена на ячейки. Воздух циркулирует между рёбрами и подогревается, отдавая тепло в помещение. Охлаждённый теплоноситель перемещается обратно в основную часть коллектора.

Воздушный солнечный коллектор из пивных банок: последствия работы после зимы:

В России воздушный коллектор в качестве основного источника отопления целесообразно использовать на юге, и только в маленьких помещениях, предназначенных для временного проживания. В остальных случаях, а также в регионах с суровым климатом, лучше применить модель другого типа.

Плоский источник тепла

Основное достоинство плоского солнечного коллектора - простота конструкции. Оборудование довольно надёжно, но имеет сравнительно низкий коэффициент полезного действия. Устройство собрано по принципу сэндвича и включает в себя следующие элементы:

• защитное стекло;
• медные трубки, заполненные теплоносителем;
• теплоизоляционный слой;
• алюминиевую раму;
• крепёж;
• абсорбент.

В качестве поглощающей поверхности (абсорбента) выступает пластина. Её окрашивают в чёрный цвет, чтобы поглощение солнечных лучей было максимальным. Стекло применяется для создания парникового эффекта. Благодаря ему тепло не уходит, а нагревает абсорбент. Такую конструкцию несложно собрать самостоятельно, а служить она может более 10 лет.

Существует модель на вакууме, которая имеет свои особенности

Оборудование на вакуумных элементах

Коллекторы вакуумного типа имеют в своей основе запаянные трубки, наполненные теплоносителем, и теплосборник. Трубки выполнены из стекла, покрытого специальным напылением, позволяющим лучше аккумулировать тепло. Благодаря вакууму предотвращаются потери тепла. В процессе циркуляции жидкость из вакуумных трубок поступает сначала в теплосборник, а затем в накопительный бак с водой. Охлаждённый теплоноситель возвращается обратно в систему.

У вакуумного (вакуумированного) устройства более высокий коэффициент полезного действия, чем у плоского и воздушного. С помощью этого коллектора удобно нагревать воду. Конструкция хороша тем, что трубки можно добавлять и убирать, когда увеличивается или уменьшается потребность в горячей воде.

Мой воздушный коллектор-сборка перед экспуатацией:

Существует много вариантов вакуумных устройств, в том числе такие, где стеклянные трубки находятся одна в другой, а в наружной находится вода. Недостаток моделей этого типа - сложность изготовления. Создать вакуум в домашних условиях нереально. На предприятиях есть такая возможность, тем не менее процесс изготовления вакуумированных коллекторов обходится недёшево.

Сборка своими руками

Коллектор, работающий на солнечной энергии, можно как собрать, так и купить в готовом виде. Второй вариант неудобен тем, что с увеличением площади поглощения возрастает цена. При этом от размеров поглощающей поверхности зависит мощность. Сборка воздушного коллектора своими руками - оптимальный вариант для тех, кто не желает переплачивать. Для изготовления не нужны дорогие инструменты и материалы: в простейшем варианте отопительное устройство собирается из алюминиевых банок.

Выбирая из разных типов конструкций, лучше остановиться на воздушном или плоском устройстве. Главное - суметь предотвратить потери тепла. Если получится это сделать, конструкция окупится за несколько недель.

Первый этап - выбор места, где будет стоять устройство. Оно должно освещаться солнцем как можно дольше. Панели ориентируют на юг, причем желательно, чтобы их можно было поворачивать, регулируя угол наклона. Так удастся добиваться максимального уровня инсоляции в разное время года. Например, зимой солнце находится ниже над горизонтом, чем летом.

Воздушный солнечный коллектор:

Для уменьшения потерь тепла коллектор располагают как можно ближе к помещению, которое планируют обогревать. В частности, можно установить его на фронтон или южную сторону кровли. Ещё один важный момент - тени от ограждений, деревьев и других высоких объектов. Зимой они бывают длиннее, и нужно это учитывать. Коллектор следует ставить так, чтобы тени не попадали на него в любое время года.

Когда выбрано место, приступают к изготовлению. Алюминиевые банки подходят лучше, чем что-либо другое, потому что металл хорошо нагревается и проводит тепло. Ёмкости без проблем стыкуются между собой, так как имеют одинаковые размеры, а при необходимости их можно резать и сгибать.

Данную систему отопления можно собрать и своими руками

Собрав достаточное количество алюминиевых банок, прорезают в них отверстия с обеих сторон. Стыкуют между собой и склеивают места соединений герметиком. Конструкцию из банок окрашивают чёрной краской и укладывают в панель. Затем присоединяют трубки для отведения и подведения воздуха. Подойдут элементы, предназначенные для монтажа вентиляционных систем. С задней стороны панели монтируют теплоизоляционный материал, с передней - укрепляют стекло или сотовый поликарбонат. Готовый коллектор может работать без дополнительного оборудования, но для повышения эффективности можно подключить к нему вентилятор.

Другой вариант - объединить устройство с вентиляционной системой жилого помещения. Проходя через систему, воздух будет нагреваться на 30-35 градусов.

Самодельный коллектор даёт возможность организовать водяное отопление дома. В этом случае функцию теплоприёмников выполняют полиэтиленовые шланги, металлические трубы, алюминиевые или чугунные батареи. Для круглогодичного использования сооружают двухконтурный коллектор. Теплоноситель - антифриз или тосол.

Собрав солнечный коллектор воздуха своими руками, можно полностью покрыть потребность в горячей воде и уменьшить расходы на обогрев помещения.

Воздушный солнечный коллектор из профнастила своими руками: