Сонячний водонагрівач своїми руками

Хороші власники приватних домоузавжди знаходяться в пошуку можливостей заощадити на підігріві води і на опаленні. Особливо актуально це стає останнім часом, коли ціни на комунальні послуги мають стійку тенденцію до зростання мало не кожен квартал. На допомогу приходить сама природа з її невичерпним джерелом енергії – сонячним випромінюванням. Застосовуючи на практиці закони фізики, народні умільці знаходять цікаві способи економії, розробляючи і збираючи сонячні колектори, який під силу зробити, напевно, кожному домовласникові самостійно — варто тільки докласти трохи сил і вміння.

Сонячний водонагрівач своїми руками може бути виготовлений багатьма способами і з різних матеріалів, деколи навіть з тих, які просто «валяються під ногами». Їх конструюють із звичайних старих пивних банок, пластикових пляшок, шлангів або труб, із застосуванням скла, панелей полікарбонату та інших матеріалів.

Деякі з способів виготовлення колекторів будуть розглянуті нижче, але спочатку варто вивчити схеми підключення – вони, як правило, є приблизно загальними для будь-яких сонячних систем нагріву води.

Схеми підключення сонячного водяного колектора

Ефективна робота системи нагріву води від сонячних променів залежить не тільки від того, з чого виготовлений колектор, але й наскільки правильно він буде встановлено і підключено. Варіантів схем підключення — досить багато, але не варто вишукувати найбільш складні, оскільки цілком можна скористатися базовими, які доступні і зрозумілі.

«Літній» варіант гарячого водопостачання від сонячного колектора

Ця нескладна схема підключення сонячного колектора застосовна як для підігріву води для літнього душа, так і для домашніх потреб. Якщо гаряча вода нужна вулиці в літній споруді, то бак для неї встановлюється теж на повітрі. У тому випадку, коли гаряче водопостачання розводиться по дому, і акумулюючий бак встановлюється там же.

Ця схема зазвичай передбачає природну циркуляцію води, і в такому випадку батарея-колектор встановлюється нижче на 800 ÷ 1000 мм рівня ємності, куди буде надходити гаряча вода – це має обеспечиться різницею в щільності холодної та нагрітої рідини. Для з’єднання колектора з баком використовуються труби діаметром не менше, ніж ¾ дюйма. Для збереження води в акумулюючої ємності в гарячому стані, якого вона досягне від нагрівання денним сонцем, стінки необхідно добре утеплити, наприклад, мінеральною ватою товщиною до 100 мм і поліетиленом (якщо над бойлером не буде влаштовано дах). Але все ж краще передбачити для ємності стаціонарне укриття, так як утеплювач промокне від дощу, то він суттєво знизить свої термоізоляційні властивості.

Природна циркуляція не занадто гарна для використання в системі з сонячним колектором, так як створюється слабка інертність руху води в контурі. А якщо батарея і бак знаходяться досить далеко один від одного, то вода, пройшовши цей шлях, буде поступово остигати. Тому, для збільшення ефективності, часто встановлюється циркуляційний насос. Цей варіативностінт пригоден для зігрівання води лише в теплу половину року, а на зиму воду з системи доведеться обов’язково злити, інакше, замерзаючи, вона запросто разорвет трубы.

«Зимова» схема підключення сонячного підігріву води

Якщо планується використовувати сонячний колектор цілий рік, то в сильні холоди в трубах вода не замерзала, контур замість неї заливається спеціальний теплоносій – антифриз, тобто незамерзаюча рідина. Схема приймає зовсім інший вигляд — встановлюється бойлер непрямого нагріву. У цьому випадку нагріте в сонячному колекторі антифриз буде проходити через змеевик-теплообмінник бойлера, зігріваючи воду знаходиться в баку.

У цю систему обов’язково вбудовується розширювальний бак і «група безпеки» — автоматичний повітровідвідник, манометр і запобіжний клапан, розрахований на потрібний тиск. Для постійного руху теплоносія зазвичай використовується циркуляційний насос.

Варіант опалення від сонячного колектора

При використанні сонячної теплової енергії для опалення будинку застосовується також бойлер непрямого нагріву, підключений до колектора, а також для додаткового підігріву теплоносія – котел, що працює на твердому паливі або газі. В осінні або весняні дні, коли сонце здатне нагрівати теплоносій до потрібної температури, котел можна просто відключати.

Якщо зими в регіоні дуже холодні, то не варто очікувати від колектора великої ефективності, так як в цей період мало сонячних днів, а саме світило знаходиться низько до горизонту. Тому додатковий підігрів теплоносія та гарячої води просто необхідний. Єдино, чим допоможе сонячна батарея заощадити на паливі — ете, що в котел буде надходити не холодна, а вже кілька підігріта вода, а значить для доведення її до потрібної температури потрібно менше спалювати газу або дров.

Потрібно знати і те, що чим більше за площею зробити сонячний тепловий колектор, тим більше енергії він у стані буде увібрати. Тому, щоб подібна система змогла виробити достатньо тепла для опалення будинку, розмір площі колектора необхідно довести до 40÷45% від загальної площі будинку.

Варіант гарячого водопостачання та опалення від сонячного колектора

Щоб задіяти сонячний колектор і для опалення, і для гарячого водопостачання, необхідно об’єднати в системі обидва попередні варіанти, і використовувати для води спеціальний бойлер з додатковою ємністю, що має змійовик, через який циркулює нагріта сонячною батареєю теплоносій. Завдяки тому, що внутрішній бак набагато менше основного, вода в ньому нагрівається від змійовика набагато швидше і віддає тепло в загальну ємність.

Крім цього, бойлер повинен бути підключений до додаткового джерела нагріву — це може бути газовий або електричний котел або ж теплогенератори на твердому паливі.

Нестабільність температури, яку створює сонячна батарея, може сприяти перегріву теплоносія або, навпаки, занадто швидкого його охолодження в контурах опалення м водопостачання. Щоб цього не сталося, вся система повинна управлятися автоматикою. У розводку встановлюється контролер температури, який може або перенаправляти потоки теплоносія, або включати або вимикати циркуляційні насоси, або проводити інші керуючі операції.

У поданій вище схемою такий температурний контролер позначений, як регулятор.

Отже, зі схемами підключення (обв’язки) в загальних рисах ясність є. А ось тепер має сенс розглянути кілька варіантів самостійного виготовлення сонячних колекторів.

Сонячний колектор з шланга або гнучкою труби

Ті, хто має приватний будинок з городом або дачу, звичайно ж знають, що вода, що залишилася в тимчасових легких магістралях після поливу грядок, швидко нагрівається. Це позитивна якість шлангів або гнучких труб і використовували народні умільці, створюючи з них сонячні теплообмінники. Потрібно відзначити, що такий колектор обійдеться у багато разів дешевше купленого в магазині, але щоб процес виготовлення пройшов успішно, потрібно прикласти деякі зусилля.

Такий колектор може складатися з однієї або декількох секцій, які укладаються і закріплюються щільно згорнуті по спіралі «равликом» шланги.

Таку конструкцію можна назвати найбільш простий як по конструкції, так і по монтажу. Головним недоліком її можна назвати те, що її практично не можна використовувати без застосування примусової циркуляції, так як при занадто великих довжинах контурів труб гідравлічний опір перевищить силу напору, що створюється різницею температур. Однак, вирішити питання з установкою циркуляційного насоса – зовсім нескладно. І така система, встановлена в заміському будинку, стане відмінним підмогою і швидко окупиться, включаючи і витрати (зовсім незначні) на електроживлення насоса.

Використовуються такі колектори для обігріву води в басейнах. Їх підключають до системи фільтрації, яка обов’язково оснащена насосом. Вода, циркулюючи по трубах колектора, встигає нагріватися перед надходженням в басейн.

У деяких випадках, створюючи всю систему сонячної батареї, можна обійтися без установки накопичувального бака. Це можливо тоді, коли гаряча вода використовується тільки в денний час і в невеликих кількостях. Наприклад, в контурі з 150 м труби, що має внутрішній діаметр 16 мм, вміщається 30 літрів води. А якщо п’ять або шість таких «равликів» з труб буде зібрано в єдину батарею, то протягом дня душ можна приймати по кілька разів кожному члену сім’ї, і гарячої води ще чимало залишиться і на господарські потреби.

Якщо у когось залишилися сумніви в ефективності такого підігріву води, рекомендуємо подивитися відеоролик, в якому показано випробування колектора з шлангів:

Відео: ефективність нескладного сонячного колектора

Матеріали для виготовлення

Щоб зробити такий сонячний водяний колектор, потрібно підготувати деякі матеріали. Нітрохи не виключено, що деякі з них знайдуться в сараї або гаражі.

• Гумовий шланг або гнучка пластикова труба чорного кольору, що має діаметр 20 ÷25 мм – це по суті головний елемент системи, в якій при циркуляції води буде відбуватися теплообмін. Кількість шланга буде залежати від величини сонячної батареї — це може бути і 100, і 1000 метрів. Чорний колір шланга кращий тим, що він більше, ніж всі інші відтінки, поглинає тепло.

Відразу ж потрібно відзначити, що металопластикові труби не особливо підходять для виготовлення колектора, навіть якщо їх покрити чорною фарбою. Справа в тому, що пластичність їх в даному випадку недостатня — вони заламываются при вигинах невеликого радіусу і тим самим, навіть якщо не порушується цілісність стінок, зменшиться інтенсивність струму води.

Шланги продаються в бухтах по 50, 100 або 200 метрів. Якщо планується виготовити батарею великого обсягу, то доведеться купувати кілька бухт. У тому випадку, якщо в кожній секція планується використовувати, наприклад 50 або 100 м шланга, то не варто купувати цілу 200-метрову бухту краще придбати готовий відміряний шланг. Це допоможе заощадити час при монтажі.

Шланг може бути укладений не тільки з круглої спіралі, але і овальної, а також у вигляді змійовика.

В хорошій якості альтернативи можна спробувати і сучасні труби із зшитого поліетилену РЕХ. У них – непогана пластичність, ну а як надати їм чорний колір, якщо його немає в продажу – нескладно придумати.

• Якщо скат даху, на якій буде встановлюватися колекторна батарея, крутий, то для спіралей з шланга виготовляються спеціальні короби — з брусків, фанери або металевого листа. Для цього потрібно бруски 40×40 або 40×50 мм, фанера товщиною 6 мм, або ж металевий лист в 1,5–2 мм.

Заготовки майбутнього модуля обробляється антисептиком (дерево) або антикорозійними складами (метал). Потім з них збирається короб на одну або кілька спіралей.

До речі, в якості бортиків короби можна використовувати старі віконні рами, на які просто монтується донна частина.

• Для попередньої обробки металу та деревини необхідно придбати антисептичні, антикорозійні і ґрунтувальні суміші.
• Шланги (труби) будуть відчувати чималі навантаження і від маси теплоносія, і від перепадів температур і внутрішнього тиску. Стало бути, вони будуть намагатися порушити укладання, деформуватися, просісти, тому потрібно передбачити спеціальні кріплення для їх підтримки в заданому положенні.

Це може бути металева смуга, яку закріплюють між трубами на саморізи.

Інший варіант — це вільна зв’язка щільним шнуром або пластиковим хомутом-«краваткою» з хрестовиною або поперечиною. Але усе-таки такий метод скріплення більше підходить для пластикової труби, ніж для шланга, так як він може при розширенні гуми провиснути на шнурі. Якщо ж для колектора обраний армований гумовий шланг, то цей спосіб цілком підійде для фіксації.

Ще одним варіантом кріплення, що підходить для пластикової труби або армованого шланга, можуть стати цвяхи з широкими капелюшками. Вони можуть забиватися або в дно короба (в цьому випадку воно повинно мати товщину не менше 10 мм), або ж на своєрідну хрестовину, виготовлену з бруска.

• Необхідно підготувати і з’єднувальні елементи для шлангу або труб. Різновидів подібних фітингів — досить багато, але потрібно вибрати саме ті, які призначені для вибраного для виготовлення колектора матеріалу.

Крім таких з’єднувачів, потрібні різьбові фітинги для переходу від пластмасової або гумової труби на загальну металеву. Таке з’єднання буде необхідно, якщо колектор буде складатися з декількох модулів.

Щоб знати, скільки буде потрібно з’єднувальних елементів, потрібно заздалегідь вичертити принципову схему створюваної системи та прорахувати їх кількість на ній.

• Для об’єднання всіх модулів в єдину батарею потрібно два колектора — відрізка металевої труби. Через один з них, закріплений внизу батареї, теплообмінники буде надходити холодна вода, а в другому, закріпленим зверху, буде збиратися зігріта.

Верхня труба буде з’єднуватися з накопичувальним баком, тобто йти до споживача. Вона повинна мати діаметр 40 ÷ 50 мм.

Монтаж батареї

Заготовиу все необхідне, можна приступати до роботи.

• Для початку потрібно обробити антисептичним засобом усі дерев’яні частини майбутньої конструкції.
• Далі, якщо дно модулів буде виготовлено з металевого листа, його потрібно покрити антикорозійним складом. Звичайно для цього застосовується мастика, призначена для покриття днищ автомобілів.

• Після просихання складів на підготовлених елементах, з них збираються поодинокі або загальні модулі.
• Потім у них укладаються шланги, для чого закріплюються власники.

• Для вільного проходження труб через борти модулів для них просверліваются отвори — у верхній його частині і нижній. Відповідно, в нижній отвір виводиться труба входу холодної води, а верхнє – виходу підігрітою.
• Якщо монтується декілька модулів по вертикалі, або ж один загальний, в який вкладається кілька «равликів» труби також, один над іншим, то нижній кінець кожної із спіралей з’єднується з верхнім виходом нижележащий – і за таким принципом послідовного комутується весь «стовпець». Самий нижній кінець з’єднується із загальним металевим колектором, через який буде надходити холодна вода. Таким же чином монтуються і всі сусідні вертикальні ряди – з загальним підключення до подавального колектору.

• Відповідно, верхні кінці шлангів самого верхнього горизонтального ряду модулів з’єднуються з металевою трубою-колектором, по якій здійснюється відведення гарячої води на споживання.
• Спіралевидний контур колектора може монтуватись і на металевий лист, встановлений не на даху, а біля будинку, з південної його сторони, або біля басейну, якщо він вимагає підігріву. У цьому випадку металеву основу буде сприяти більш швидкому нагріванню води і збереженню тепла в трубах, так як має хорошу теплопровідність і теплоємність.

• Ще одним варіантом теплового сонячного колектора може бути укладання контуру на площині даху в спеціальних коробах довгими паралельними рядами по всій довжині покрівлі.

Відео: найпростіший сонячний колектор з лінійним розташуванням труб

Підсилюємо ефект з допомогою пластикових пляшок

На малюнку показаний сонячний колектор з шлангів (труб), ефективність дії якого значно збільшена за рахунок використання звичайних пластикових пляшок. У чому тут фішка? А їх відразу кілька:

• Пляшки грають роль прозорого кожуха, і не дають повітряним потокам відбирати тепло під час абсолютно непотрібного взаємного теплообміну. Мало того, повітряні камери самі стають своєрідними акумуляторами тепла. В наявності – парниковий ефект, який активно використовується в агротехніці.
• Округла поверхня пляшки грає роль лінзи, що підсилює ефект сонячних променів.
• Якщо нижню поверхню пляшки простелити відображає фольгованим матеріалом, то можна домогтися ефекту фокусування променів у зоні проходження труби. Нагрівання від цього тільки виграє.
• Ще один важливий фактор. Пластикова прозора поверхня в якійсь мірі знизить негативний руйнуючий вплив ультрафіолетових променів, який ні гума, ні пластик «не люблять». Такий контур повинен прослужити довше.

Для виготовлення такого сонячного колектора знадобляться:

1 – Гумовий шлаг, металеві або пластикові труби чорного кольору – в якості теплообмінника.

2 – Пластикові пляшки, які стануть кожухом навколо труб контуру.

3 — В пляшки, в їх половину, яка буде прилягати до основи, може бути вкладена фольга або тіною відображає матеріал. Відображає частину повинна дивитися в бік сонця.

4 – Підставку буде зовсім нескладно змонтувати з бруска або металевої труби.

5 — Накопичувальний бак для нагрітої води, який повинен бути пов’язаний з точкою паркану — кран, душ і т. д.

6 — Ємність для холодної води, яку можна пов’язати з системою водопостачання.

Монтаж сонячного колектора

Збірка варіанти, показаного на верхній схемі, проводиться наступним чином:

• Для початку з металевої труби або бруска монтується підставка. Якщо вона виготовляється з дерева, то воно має бути покрите антисептичним складом, якщо ж з металу, то його необхідно обробити антикорозійним засобом. Потрібно прорахувати довжину так, щоб між двома стійками встановлювалося рівне число пляшок.
• На стійки, на відстані ширини пляшок, закріплюються горизонтальні планки, на яких можна буде зробити додаткове закріплення для змійовика. Крім цього, вони зрадять каркаса додаткову жорсткість.
• Далі, готується потрібну кількість пластикових пляшок — з них зрізається донна частина таким чином, щоб одна пляшка стороною горлечка щільно встала в вийшло отвір.

• Береться шланг (труба) необхідної довжини, якої буде достатньо для укладання контуру-змійовика на вже готовому каркасі-підставці.

Відступивши від краю шланга 100 ÷ 150 мм, роблять відмітку місця його закріплення. Потім через цей край на трубу одягається необхідну кількість підготовлених пляшок, якого буде достатньо, щоб повністю закрити ділянку до протилежної стійки. Пляшки встановлюються щільно одна до іншої, таким чином, щоб горлечко другий входило в отвір, вирізаний у дні попередньої.

• Коли ділянка труби для укладання верхнього ділянки змійовика буде повністю закритий коробом з пляшок, її край закріплюється зверху на лівій стійці каркаса. Для кріплення можна використовувати кліпси-тримачі для пластикових труб з клямкою, потрібного розміру.

Далі, з допомогою такої ж кліпси вільний від пляшок ділянку труби закріплюється на протилежній, правій стійці.

• Якщо є необхідність положення пляшок коригується, так, щоб фольгована їх половина виявилася знизу, у каркаса колектора.
• Потім трубі надається плавний поворот, і вона знову замикається на кліпсу.
• Наступним етапом на трубу знову надягають пляшки, і вона закріплюється вже на лівій стійці. Таку послідовник дотримуються і далі, поки вся рама не буде заповнена змійовиком колектора.
• Тепер залишилося тільки «запакувати» фітинги, через які буде здійснена врізання отриманого колектора до подачі холодної води та до накопичувальної ємності гарячою.

Такий колектор, як видно, абсолютно не складний у виготовленні, але зате може стати гарним помічником у приватному будинку, взявши на себе функції підігріву води.

До речі, сонячну енергію можна використовувати не тільки для підігріву води, але і для подачі в приміщення нагрітого повітря. Наприклад, як виготовити самостійно сонячний повітряний колектор, можна дізнатися, якщо перейти за посиланням на спеціальну публікацію нашого порталу.

Відео — збірка сонячної електростанції своїми руками