Солнечный воздушный коллектор сделаю сам. Изготовление воздушного солнечного коллектора своими руками Самый эффективный солнечный воздушный коллектор

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.

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:

Согласитесь, странная весна в этом сезоне. Ярко светит солнышко и вроде бы тепло, но на улице температура 8 -11 градусов по Цельсию. И, тем не менее, я с радостью замечаю, что в моей квартире, эркер которого расположен на юг, солнечный свет, проникая сквозь стекло, приносит энергию и в комнатах тепло. Мои старания по использованию парникового эффекта оправдались.

Полтавчанин Виталий, используя тот же самый принцип, построил свой дом с купольной крышей и комнаты обогревает солнечными воздушными коллекторами. Используя энергию солнца для отопления дома, он практически обходится без природного газа, угля и дров.

Виталий, с удовольствием делится своим опытом и вот что он рассказывает: «Основным материалом для строительства двухэтажного дома стал обычный пенопласт. Такое жилье может построить каждый желающий. Помещения на втором этаже отапливается исключительно солнечно-воздушными коллекторами.

Для того, чтобы теплый воздух быстрее затягивался в комнату - я установил обычные вентиляторы типа компьютерного кулера, которые потребляют всего 1 Вт электрической энергии и работают от солнечной батареи. Как результат, мы не тратим электроэнергию, а главное тепло получаем благодаря солнечным воздушным коллекторам.

Солнечный воздушный обогреватель, изготовленный собственноручно, обошелся мне в 500 гривен. Автономное устройство, которое работает благодаря энергии солнца, не требует дополнительных затрат. Шесть солнечных воздушных коллекторов обогревают весь второй этаж купольного здания даже зимой».

Основываясь на опыте полтавского рационализатора, я решил более детально познакомиться с принципом построения солнечных воздушных коллекторов. Благо материала для этого вполне достаточно. Отмечу, что конструкции таких устройств могут быть различны, но принцип один — черная поверхность (абсорбер) поглощает солнечное тепло и отдает его воздуху.

Технология и изготовление воздушного коллектора

За основу взята конструкция, разработанная известным украинским изобретателем Юрием Дудикевичем.

Пока на коллектор светит солнце, абсорбер нагревает нагнетаемый вентиляторами холодный домашний воздух. В помещение возвращается уже нагретый воздух — благодаря такой вентиляции температура в помещении постепенно повышается.

Воздушный солнечный коллектор обычно устанавливают на крышу или на южную стену дома, но для этого необходимо предварительно сделать четыре отверстия диаметром около 10 см.

Через нижние отверстия в стене прохладный домашний воздух подается на коллектор, нагревается и возвращается обратно в помещение через верхние отверстия. На выходе коллектора устанавливаются обратные клапаны, которые блокируют движение воздуха при отключенных вентиляторах.

Согласно подсчетам Юрия, воздушный солнечный коллектор позволяет получать 1,5 кВт. ч тепловой энергии на один квадратный метр площади. К примеру, 10 коллекторов, площадью два метра каждый, могут давать 30 кВт. ч в солнечный день. В декабре, когда температура воздуха на улице достигала -6 ° С, суммарная выходная тепловая энергия коллектора в течение солнечного дня (7:00) составила 6 кВт. ч, а эффективность — не менее 50%, а в октябре коэффициент полезного действия устройства повышается до 75 %.

Теплый воздух от солнечного нагревателя лучше направить под пол, посредством плоских прямоугольных воздуховодов шириной 30 и высотой 5 сантиметров. Их изготавливают из оцинкованной жести, предварительно выполнив теплоизоляцию, они имеют большую площадь поверхности, чем круглые трубы, и поэтому лучше отдают тепло.

Для изготовления солнечного воздушного обогревателя, который может работать и зимой, понадобится деревянная рама с фанерным дном, изоляционная и рефлектирующая пленка, металлический лист, зачерненная сетка и лист прозрачного поликарбоната. К тому же нужны два вентилятора, и два обратных клапана, которые устанавливаются на выходе из коллектора.

Фанерное днище размером 1500х1500 мм нужно раскроить на две части: 1050х1500 мм и 450х1050 мм (соединяются между собой планкой сечением 20х40 мм) и вырезать четыре отверстия для движения вентилируемого воздуха.

В днище укладывается изоляционная пленка с теплоотражающими свойствами, затем снизу сверлится два отверстия диаметром 10 см для забора холодного домашнего воздуха и два отверстия сверху — для отвода горячего воздуха из коллектора. В нижние отверстия монтируются вентиляторы, с помощью которых холодный воздух будет втягиваться в коллектор, а на верхние устанавливаются обратные клапаны, которые блокируют движение воздуха при отключенных вентиляторах.

Основной элемент коллектора — абсорбер – окрашенный в черный цвет металлический лист.

К внутренней стороне абсорбера прибивается металлическая сетка, которая меняет структуру воздушного потока, создаваемого вентиляторами, и вся эта конструкция монтируется к раме коллектора.

Втянутый в коллектор холодный домашний воздух движется вдоль сетки, прогревается и становится температурно однородным.

Для коллектора используются два вентилятора Домовент ВКО-100, которые создают воздушный поток 200 м3/ч. Потребляемая мощность одного вентилятора составляет 14 Вт при дневных солнечных поступлениях на коллектор от 3 кВт. ч и выше.

Для установки воздушного коллектора на вертикальной стене (желательно с южной стороны) необходимо просверлить четыре отверстия диаметром 10 см. Для уменьшения тепловых потерь абсорбер накрывается листом прозрачного поликарбоната, который имеет защитную пленку от губительного ультрафиолетового излучения.

Теперь, надеюсь, желающие могут самостоятельно изготовить солнечный воздушный коллектор для удовлетворения собственных амбиций и на радость своей семье в создании комфортных условий проживания в доме.

Когда речь заходит о солнечных коллекторах, в первую очередь возникают ассоциации с привычными уже плоскими или вакуумными моделями. Энергия солнца в них передается за счет воды или антифриза, иными словами, - жидкого теплоносителя. Такие жидкостные коллекторы уже появились во многих домах и перестали вызывать какое-либо удивление. Но помимо жидкостных, есть еще один вид коллекторов, который распространен гораздо меньше, хотя в некоторых ситуациях он не менее эффективен. Это воздушный солнечный коллектор.

Особенности и применение

Его главное отличие от жидкостных вариантов заключается в теплоносителе, роль которого играет обычный атмосферный воздух. По сути, такой коллектор представляет собой плоскую ребристую панель (нередко – перфорированную) или систему труб из теплопроводящего металла (впрочем, иногда используется и пластик). В таком коллекторе воздух нагревается за счет непосредственного контакта с металлом, а ребристость необходима для увеличения теплоотдачи. Вся система должна быть надежно теплоизолирована. Размещают воздушный коллектор на южной стене дома, а циркуляция воздуха может быть как естественной, конвективной, так и принудительной (с помощью вентиляторов).

Работает он при гораздо меньших температурах, чем жидкостные модели. Так, в привычных гелиосистемах температура на коллекторах должна составлять более 45-50°С, для воздушных достаточно 25-30°С. Как следствие – уменьшаются теплопотери и повышается общая эффективность. Однако поскольку теплопроводность воздуха довольно невелика, используется подобный коллектор весьма ограниченно.

Его применяют главным образом в осушительных установках (в сельском хозяйстве), в системах воздушного отопления и в комплексах рекуперации воздуха в помещениях. То есть такие системы нельзя рассматривать как полноценную альтернативу жидкостным коллекторам, но они вполне могут уменьшить общие коммунальные расходы.

Плюсы и минусы

Как и любая система, воздушные солнечные коллекторы имеют свои достоинства и свои недостатки.

Достоинства воздушных коллекторов:

Простота конструкции;
Минимальная стоимость;
Эффективность в системах воздушной сушки.

К недостаткам же их относятся довольно невысокий КПД, невозможность использования для подогрева воды и довольно значительные габариты самих коллекторов (из-за небольшой удельной теплоемкости и низкой плотности воздуха).

Для повышения эффективности таких систем их часто интегрируют в стены с/х зданий еще на этапе проектирования

Изготовление своими руками

Поскольку солнечный воздушный коллектор отличается очень простой конструкцией, сделать его своими руками не так уж сложно. Для этого используются самые общедоступные материалы и подручные средства (некоторые изготавливают такие коллекторы даже из алюминиевых банок). Однако надо помнить, что подобные системы очень габаритны из-за особенностей воздушного теплоносителя, поэтому для получения ощутимого эффекта потребуется собрать изделия значительных размеров (нередко – на всю длину стены).

Коллектор из водосточных труб

Такой солнечный обогреватель лучше делать на всю стену дома. В весенне-осенний период он поможет ощутимо сэкономить на энергоресурсах. С учетом габаритов устройства, подбираются и материалы.

Для каркаса:

Доска порядка 30-40 мм толщиной;
Влагостойкая фанера (для задней стенки) порядка 8-10 мм толщиной.

Для абсорбера:

Водосточные трубы из алюминия (удобнее – прямоугольные);
Тонкий лист алюминия;
Крепежные хомуты.

Также понадобится минеральная вата для утепления задней стенки корпуса и пенополистрол для изоляции боковых поверхностей.

Собирается такой солнечный коллектор следующим образом. Прежде всего делается деревянный корпус заданных габаритов (в виде открытого ящика), глубина которого на пару сантиметров больше высоты стенок труб. Затем задняя стенка и боковые поверхности надежно изолируются, а на слой минваты укладывается тонкий лист алюминия, к которому монтажными хомутами крепятся трубы. Для лучшей фиксации и обеспечения воздушной циркуляции трубы нужно уложить так, чтобы с одной стороны корпуса они отстояли от торца примерно на 20 см. Края труб нужно зафиксировать не хомутами, а деревянной перегородкой, в которой будут сделаны соответствующие вырезы.

Так как вход и выход этого коллектора будут располагаться с одной стороны, то с противоположного конца в корпусе должно быть несколько деревянных перегородок для разграничения воздушных потоков. После сборки коллектор окрашивается черной краской, а в качестве лицевой панели можно использовать сотовый поликарбонат.

Стоит помнить, что готовое изделие очень тяжелое, поэтому для его установки потребуется несколько человек. Размещается он с южной стороны дома на устойчивых опорах. К вентиляционной системе дома коллектор подключается через утепленные воздуховоды, а для доставки воздуха в комнаты применяется канальный вентилятор.

Это более простой вариант воздушного коллектора. Его можно сделать своими руками гораздо быстрее. Точно также изготавливается деревянный короб нужных размеров, затем по периметру задней стенки прокладывается брус примерно 40х40 мм, на дно укладывается слой минеральной ваты. Единственное – в дне надо сделать выходное отверстие. Затем на брус укладывается лист профнастила с высоким профилем ребра и окрашивается черной краской (если сам лист другого цвета). Далее в профнастиле делается перфорация для протока воздуха.

Всю конструкцию также можно остеклить поликарбонатом для увеличения температуры нагрева абсорбера, но при этом необходимо предусмотреть входное отверстие для забора холодного воздуха. У выпускного отверстия надо разместить небольшой вентилятор.

Такой самодельный коллектор дает менее значительный прирост температуры (обычно в солнечный день нагрев составляет порядка 28°С относительно наружного воздуха). Однако он позволяет значительно улучшить микроклимат в помещениях, так как обеспечивает постоянный приток свежего подогретого воздуха.

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.