Воздушный солнечный коллектор для отопления дома

Панельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома — это источник дополнительной тепловой энергии. Модули подходят для жилых домов, теплиц, дач, коттеджей, турбаз. Один блок в среднем вырабатывает около 1,5 кВт/час, чего более чем достаточно для поддержания комфортной температуры в весенне-осенний период.

Воздушные коллекторы в зимнее время года сокращают расход топлива (газа, электричества), на котором работает котёл до 52%. Летом модуль работает на поддержание влажностного микроклимата и кондиционирование помещений.

Как устроен воздушный коллектор

Принцип работы основан на простых физических законах. Солнечные лучи проникая в атмосферу земли практически не отдают тепла. Нагрев воздуха происходит после того как ультрафиолет попадает на твердые поверхности. Под действием солнечных лучей грунт и другие предметы нагреваются. Происходит теплообмен.

Устройство воздушных солнечных коллекторов использует описанное явление, аккумулируя тепло и направляя его в помещение. В конструкции присутствуют следующие детали:

корпус с теплоизоляцией;

нижний экран, абсорбер;

радиатор с аккумулирующими ребрами;

верхняя часть из обычного стекла или поликарбоната.

В конструкцию коллектора входят вентиляторы. Основное предназначение: нагнетание нагретого воздуха в жилые помещения. В процессе работы вентиляторов создается принудительная конвекция, за счет которой холодные воздушные массы поступают в блок коллектора.

Принцип обогрева и его эффективность

Абсорберы воздушных коллекторов делают черного цвета, для увеличения интенсивности нагрева под воздействием солнечного излучения. Температура воздуха в коллекторе достигает 70-80°С. Тепла с избытком хватает для полноценного обогрева помещений небольшой площади.

Принцип действия воздухонагревателя следующий:

воздух закачивается с улицы в корпус коллектора принудительным способом;

внутри блока установлены абсорберы, отражающие тепло, поднимающие температуру внутри ящика до 70-80°С;

происходит нагрев воздуха;

разогретые воздушные массы принудительно нагнетаются в отапливаемые помещения.

В заводских моделях обеспечение циркуляции воздуха осуществляется при помощи вентиляторов, подключенных к солнечным батареям. Как только ультрафиолетовое излучение становится достаточно интенсивным, чтобы выработать некоторое количество электроэнергии, турбины включаются. Коллекторы начинают работать на обогрев. Зимой интенсивность излучения Солнца снижается.

Дом не сможет полностью функционировать на солнечном воздушном отоплении. Воздухонагреватели используются как дополнительный источник тепла. При правильных расчетах одна установка (данные взяты из технических характеристик воздушных солнечных коллекторов Solar Fox) обеспечит следующую экономию, за отопительный сезон:

Система солнечного воздушного обогрева компенсирует около 30% необходимого для здания тепла. Полная окупаемость достигается в течение 2-3 лет. Если учесть, что принцип работы связан с использованием установки и для кондиционирования воздуха, а в течение года вырабатывается около 4000 кВт, целесообразность использования становится еще очевиднее.

В странах ЕС широкое распространение получило конструкторское решение «солнечная стена». Конструкция заключается в следующем:

в здании одна из стен изготавливается из аккумулирующего материала;

перед панелью устанавливается стеклянная перегородка;

в течение дня тепло аккумулируется, после чего отдается в помещение ночью.

Для усиления конвекции, солнечный коллектор делается не во всю стену. Вверху и внизу предусматривают раздвижные шторки.

Солнечный коллектор — водяной или воздушный

Каждый из нагревателей эффективен, отличается только основное предназначение и принцип работы:

Водяной коллектор — применяется для обеспечения потребностей в ГВС и низкотемпературных систем теплых полов. Эффективность работы в зимний период существенно снижается. Вакуумные и панельные коллекторы косвенного нагрева, подсоединенные к буферной емкости, продолжают аккумулировать тепло в течение всего года. Главный недостаток, высокая стоимость гелиоколлектора, монтажа и обвязки.

Воздушный вентиляционный коллектор — отличается простой конструкцией и устройством, которое при желании можно изготовить самостоятельно. Основное предназначение: обогрев помещений. Конечно, существуют схемы, позволяющие использовать полученное тепло для ГВС, но при этом эффективность воздушных коллекторов падает практически вдвое. Преимущества: низкая стоимость комплекта и установки.

Солнечные воздушные системы отопления работают только днем. Нагрев воздуха начинается даже в пасмурную погоду, при сильной облачности и во время дождя. Работа воздухонагревателей зимой не прекращается.

Как и из чего сделать воздушный коллектор

Главное достоинство солнечных воздухонагревателей, в простоте конструкции. При желании можно сделать самодельное солнечное воздушное отопление частного дома, затратив на это минимум средств.

Для начала потребуется сделать расчеты производительности, затем подобрать тип конструкции и выбрать материалы для изготовления. Корпус и абсорберы можно изготовить из подручных средств, существенно сэкономив бюджет.

Как сделать расчёты коллектора

Вычисления выполняются следующим образом:

каждый м² от площади коллектора даст 1,5 кВт/час тепловой энергии, при условии, что будет солнечная погода;

для полноценного обогрева помещения требуется 1 кВт тепловой энергии на 10 м².

Приблизительный расчет мощности покажет, что для отопления жилого дома на 100 м² необходимо установить коллекторы общей площадью 7-8 м².

Для обеспечения максимальной производительности надо определить сторону дома с максимальной интенсивностью ультрафиолетового излучения. Практика показывает, что оптимальное место для установки — это скат кровли или южная стена здания.

Типы конструкции коллектора

Классификация осуществляется по различиям корпуса коллекторов. Заводской воздухонагреватель обычно имеет надувной каркас, с двумя съемными панелями. При необходимости модуль легко демонтируется, разбирается и переносится на другое место. Сделать своими руками конструкцию надувного типа навряд ли получится.

В домашних условиях выполняют сборку неразборного корпуса. Это деревянный ящик с абсорбером, радиатором и верхним прозрачным экраном. При изготовлении используют подручные средства: профнастил, алюминиевые пивные банки, обычное стекло.

Материалы для изготовления коллектора

Для изготовления модулей для нагрева жилого или хозяйственного здания потребуются несколько комплектующих:

Внешний блок — собирается из фанеры, ДСП и деревянных брусков. По внешнему виду напоминает обыкновенный коробок.

Дно — изготавливают из профнастила. Лист металла обрабатывают специальной черной краской с высоким коэффициентом светопоглащения. Абсорбирующую поверхность можно сделать из разрезанных алюминиевых банок. Дно обшивают изоляционным материалом, чтобы избежать тепловых потерь.

Ребра радиатора — используются для лучшей абсорбции тепла. При изготовлении используют тонкие листы алюминия, меди. Можно установить уже готовый радиатор из старого холодильника.

Крышка коллектора — делается из сотового поликарбоната, отличающегося хорошей светопропускной способностью и одновременно удерживающая тепло внутри коллектора. Чтобы сэкономить, в качестве покрытия можно использовать обычное стекло. Теплоэффективность при этом будет нижем чем у коллекторов, закрытых поликарбонатом.

Теплоизоляция корпуса — по периметру каркас обшивают пенополистиролом.

Для нагнетания воздуха в отапливаемые помещения устанавливают 2-4 вентилятора. Подойдут кулеры, снятые со старого компьютера.

Установка и подключение воздушного коллектора

Для монтажа воздухонагревателей нужно подготовить поверхность стены, сделав 4 отверстия под воздуховоды. Внутри здания гофрированные трубы разводят по комнатам, направляя в сторону пола.

Самодельные воздушные солнечные коллекторы для отопления дома подключаются к электросети, через трансформатор. При наличии навыков в качестве источника питания можно установить аккумулятор на солнечных батареях.

Теплоэффективность изготовленных своими руками воздухонагревателей существенно ниже, чем у заводской продукции. При отсутствии специальных навыков лучше использовать готовые модули. Как показывают реальные отзывы о коллекторах, оптимальный вариант для покупки из представленных на отечественном рынке: Solar Fox, Солнцедар и ЯSolar-Air.

Воздухонагреватели не используются в качестве основного источника тепла и выполняют исключительно вспомогательную функцию. В домах с солнечными воздушными коллекторами изначально устанавливают котел, покрывающий потребности в отоплении на 100%.

При грамотных расчетах и интенсивной эксплуатации, вложения окупятся в течение 1-2 лет. В случае самостоятельного изготовления коллектора, затраты вернутся уже в середине первого отопительного сезона.

Пошаговая инструкция изготовления воздушного коллектора

Изготовление воздушного солнечного коллектора из алюминиевых банок:

Изготовление солнечного воздухогрейного коллектора из квадратной трубы:

Воздушный солнечный коллектор

Пост опубликован: 12 апреля, 2020

Воздушные солнечные коллекторы — альтернативная система обогрева помещения

Собрать систему альтернативного обогрева помещения при минимальных затратах, но с впечатляющей эффективностью, можно на основе воздушного солнечного коллектора. Такие устройства на Западе производятся в промышленных масштабах, и плотность распространения например в Бельгии достигает 0,4 м 2 на человека. В России воздушные солнечные коллекторы практически не известны, собирают их кустари для личного использования. По статистике, на одного жителя РФ приходится всего по 2 квадратных сантиметра(!) площади таких конструкций.

Описание и принципы работы воздушных солнечных коллекторов

Понять основу идеально работающего Воздушного Солнечного Коллектора (ВСК) будет легче, если к чистому остову постепенно прибавлять дополнительные элементы конструкции повышающие эффективность.

Основа ВСК – адсорбер, который поглощает солнечное излучение, затем передаёт энергию воздуху, а он через систему труб поступает в комнату.

Это самая простейшая система называется SolarWall, и она даже не имеет покрытия. Для поглотителя тепла используют металлический лист, с множеством мельчайших отверстий.С обратной стороны они открываются в систему воздуховодов, которая объединяется в единый комплекс.

Преимущество SolarWall проявляется в том, что она захватывает нагретый воздух с лицевой стороны, плюс зимой дополнительную инсоляцию даёт отражённые от снежного покрова солнечные лучи.

Нагретый в приграничном слое воздух (3-7 мм от поверхности стены), устремляясь вверх, попадает в эти отверстия, а затем в общую систему воздуховодов.

Конструкция кажется несуразной, почти игрушечной, но за простоту и эффективность, она была причислена к выдающимся изобретениям индустриальной эпохи, наряду с электрической лампочкой и паровым двигателем. С 1 м 2 такого солнечного воздушного коллектора SolarWall, собирают до 0,6 кВт тепла в зимний период. С середины 90-х годов почти половина коммерческих и промышленных зданий в Канаде отделываются такими панелями.

Закрытые воздушные солнечные коллекторы

Поместив адсорбер под стекло, эффективность системы повышается в несколько раз, но это требует изменить и конструкцию устройства. Дело в том, что солнечное излучение после поглощения адсорбером, преобразуется из видимой части спектра, в инфракрасную (тепловую). Получается, что поверхность поглощает видимый свет, а излучает тепло.

Чтобы устранить утечку целевого ресурса, адсорбер помещают в плоский короб, а сверху его закрывают стеклом. В идеальном варианте, используются низкоэммисионные K-стекло или I-стекло.

Информация: низкоэммисионные стёкла с одной из сторон покрыты тончайшим слоем металла, который пропускает внутрь видимый свет, но отражает инфракрасный. K-стекло отражает около 45% тепла, его покрытие очень прочное. I-стекло возвращает более 95% тепловой радиации, но слой металла легко повреждается.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Для адсорбера могут использовать листовой металл (жесть, толщиной 0,2-0,4 мм).

В этом случае, сверху коллектора врезают только одну трубу, через которую и забирают тёплый воздух.

Часто встречается конструкции, где из металлических банок от прохладительных напитков, собирают импровизированные воздуховоды, предварительно срезав торцевые грани.

Абсорбер воздушного солнечного коллектора обязательно покрывают тончайшим слоем чёрной краски. Для предотвращения утечек тепла, все внутренние поверхности отделывают термоизоляционными материалами. В ясный солнечный день нагрев может достигать 80˚C, поэтому используют минераловатные теплоизоляторы, ибо газонаполненные полимеры при такой температуре подвергаются термической деструкции.

Герметичность воздушного солнечного коллектора непременный атрибут высокой эффективности.

Варианты интеграции воздушного солнечного коллектора в частный дом

Возможны два способа подключения ВСК для обогрева дома – капитальный и мобильный.

Стационарный ВСК формируется по принципу «вентилируемых фасадов», но вместо обычного декоративного покрытия, дом обшивается перфорированными листами жести, тёмного цвета. В верхней части стены встраивается термоизолированный воздуховод, по которому воздух подаётся в помещения.

Это вариант обеспечивает постоянную вентиляцию и приток свежего воздуха, но работоспособность системы обеспечивается не естественной циркуляцией, а принудительной. Для этого интегрируют канальный вентилятор. В большинстве проектов, вентиляторы запитывают от альтернативных источников энергии, например от солнечных батарей.

Недостаток и преимущество SolarWall – две стороны одной медали.

С одной стороны, в помещение поступает свежий воздух с температурой ≈55˚C, это положительная сторона. Но эмпирически доказано, что если бы воздух циркулировал по кругу, то его температура достигала бы 70-75˚C.

Мобильный вариант воздушного солнечного коллектора

Качественно собранный ВСК представляет собой прямоугольный модуль 1 на 2 метра, толщиной 10-15 см.

Хотя нет какого-то официального типоразмера, но большинство конструкций вписываются в эти параметры. С обратной стороны у них два отверстия:

• Сверху – выход нагретого воздуха;
• Снизу – подача прохладного воздуха.

Подключают воздушный солнечный коллектор в замкнутый цикл, т.е. холодный воздух берётся из дома, он нагревается от адсорбера, и через выходной канал поступает внутрь помещения.

Творческий подход повышает производительность

Установив один воздушный солнечный коллектор, можно собрать второй, третий и т.д., подключая их в общую систему. Но полученное в доме тепло можно ещё и запасать, чтобы ночью оно продолжало согревать помещение.

Несколько модулей могут подавать горячий воздух в специально уложенную теплоаккумулирующую конструкцию. В некоторых случаях для этого отсыпают слой гравия, между лагами напольного покрытия.

Подача горячего воздуха будет полноценнее прогревать дом, если внутрь комнат он будет поступать через небольшие трубки воздуховодов, интегрированные в плинтуса. 20 лет назад в Италии разработана система Barra Thermosyphon, которая мало известна за пределами Аппенинского полуострова. Для её реализации, ещё на стадии строительства в стяжке бетонного пола закладывается система воздуховодов, по которой и проходит горячий воздух. Днём бетонное основание нагревается, а ночью отдаёт тепло внутрь помещения.

Ещё более любопытна система термосифонного ребойлера, которая нагревается от воздушного солнечного коллектора. В схематичном виде её можно представить как автомобильный радиатор, который обдувается горячим воздухом и нагревает воду.

При грамотном размещении, жидкий теплоноситель будет циркулировать естественным образом, сохраняя энергию в термоаккумуляторе. Ночью процесс запускается в обратную сторону, но перекрывая заслонку, нагретый от воды воздух, будет поступать в комнату, а не в солнечный коллектор.

Тёплый пол от солнечного воздушного коллектора

При желании, интегрировав в поток тёплого воздуха двигатель Стерлинга, от солнечного воздушного коллектора можно даже получать электричество альтернативным способом.

В общем, есть поле, куда можно приложить творческий потенциал.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Спасибо, что дочитали до конца!

Если статья Вам понравилась!

Следите за нами в твиттере: https://twitter.com/Alter2201

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.