Сонячний повітряний колектор своїми руками

25

Використовувати невичерпну і безкоштовну сонячну енергію людство почало давно. Для її збору існують спеціальні пристрої – сонячні колектори. З кожним роком їх конструкція стає все більш досконалою, але високі ціни на них поки що не дозволяють використовувати їх широко і всюди. Тому люди, що володіють допитливим розумом і вмілими руками, намагаються зробити сонячні колектори самостійно. Своїми знаннями вони готові поділитися. У даній статті пропонується дізнатися, як зробити сонячний повітряний колектор своїми руками.

Сонячний повітряний колектор своїми руками

Зміст статті

  • 1 Що таке сонячний колектор
  • 2 будова та принцип роботи повітряного сонячного колектора
  • 3 Сонячний повітряний колектор своїми руками
    • 3.1 Визначення місця установки і доступної площі
    • 3.2 Вибір конструкції абсорбера колектора
    • 3.3 Виготовлення корпусу колектора і його теплоізоляція
    • 3.4 Виготовлення напрямних для абсорбера
    • 3.5 Виготовлення абсорберів
    • 3.6 Складання повітряного сонячного колектора
  • 4 Підключення сонячного повітряного колектора
  • 5 Експлуатація та догляд за сонячним повітряним колектором
  • 6 Висновок
    • 6.1 Відео: Як зробити сонячний повітряний колектор (англ.)
    • 6.2 Відео: Слайд-шоу про виготовлення сонячного колектора з алюмінієвих банок

Що таке сонячний колектор

Завдання сонячного колектора – зібрати теплову енергію сонячного випромінювання і передати її якого-небудь речовини, яка далі передасть її «адресату». Ця речовина називається теплоносієм і в якості яких можуть виступати або рідини (найчастіше це вода), або гази (майже завжди це повітря).

Вода є більш ефективним теплоносієм, так як її теплоємність набагато вище, ніж повітря, але її застосування пов’язане з певними труднощами: скидання зайвого тепла влітку, захист від замерзання взимку. Повітря не зможе передати таку кількість енергії, зате конструкція повітряних колекторів набагато простіше, вони набагато надійніше і безпечніше. Та й зробити сонячний повітряний колектор своїми руками набагато простіше, ніж водяний. До речі, саме повітря є першим теплоносієм, який став застосовувати осіб. Які переваги є у повітря, як у теплоносія:

  • Повітря не схильний замерзання і закипанню.
  • Повітря не володіє токсичністю.
  • Повітря не треба наділяти якимись особливими якостями (в водних системах додають антифризи), він завжди доступний.

Повітряні сонячні колектори широко застосовуються в системах повітряного опалення як житлових будинків, так і підвалів, гаражів, сховищ. У яких саме країнах повітряні геліоустановки застосовуються найбільш широко, дуже красномовно свідчить діаграма.

Сонячний повітряний колектор своїми руками

Використання повітряних сонячних колекторів в різних країнах світу

Видно, що найбільш економічно розвинені країни анітрохи не нехтують можливостями Сонця по нагріванню повітря. А ми, на жаль, поки входимо в число багатьох 4,3% інших.

Пристрій і принцип роботи повітряного сонячного колектора

Сонячний повітряний колектор складається з декількох основних частин:

Сонячний повітряний колектор своїми руками

Схема роботи повітряного сонячного колектора

  • Вся конструкція колектора поміщена в міцний і герметичний корпус, який обов’язково оснащений тепловим ізолятором. Тепло, яке потрапило всередину колектора не повинно витікати назовні.
  • Головна деталь будь-якого колектора – це солнцеприемная панель, яку ще називають поглиначем або абсорбером. Завдання цієї панелі прийняти сонячну енергію, а потім передати її повітрю, тому вона повинна бути виготовлена з матеріалу з найбільшою теплопровідністю. Такими властивостями з доступних в побуті є мідь та алюміній, рідше сталь. Для кращої тепловіддачі нижню частину абсорбера роблять як можна більшої площі, тому можуть застосовуватися ребра, хвиляста поверхня, перфорація і інші способи. Для кращого поглинання сонячної енергії приймальна частину абсорбера забарвлюється в темний матовий колір.
  • Верхня частина колектора герметично закривається прозорою ізоляцією в якості якої може застосовуватися загартоване скло або оргскло, або полікарбонатне скло.

Сонячний колектор орієнтують на південь і надають поверхні такий нахил, щоб максимальна кількість сонячної енергії потрапляє на поверхню. Як кажуть фахівці – для максимальної інсоляції. Холодне зовнішнє повітря природно або примусово потрапляє в приймальну частину, проходить через ребра абсорбера і виходить з іншої частини, забезпечену фланцем для стикування з воздуховодом, провідним всередину опалювального приміщення. Варто відзначити, що варіантів конструкцій сонячних колекторів існує маса і вищеописана показана тільки для прикладу.

Повітряне опалення за допомогою сонячних колекторів не може в нашій кліматичній зоні повністю замінити основне опалення, але воно буде дуже гарною підмогою навіть у морозні зимові сонячні дні.

Сонячний повітряний колектор своїми руками

Визначення місця установки і доступної площі

Перш за все треба визначитися з місцем установки сонячного повітряного колектора, так як це сильно може вплинути на його продуктивність. При цьому слід врахувати кілька факторів:

  • Сонячний повітряний колектор слід розташовувати якомога ближче до того місця, куди буде надходити підігріте повітря, так як втрати в повітроводах можуть стати такими, що застосування колектора виявиться недоцільним.
  • Колектор слід розташовувати на південній стороні будинку або іншої будівлі і по можливості під певним нахилом, що забезпечує максимальну інсоляцію. Якщо це неможливо, то треба намагатися встановити як можна ближче до південної сторони. Залежність інсоляції від азимута і кута установки показуна діаграмі.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Як впливає орієнтація сонячного колектора на інсоляцію

  • Навколишні предмети, будівлі будови і рослини не повинні заважати природному освітленню поверхні колектора.

В обраному місці, що відповідає всім умовам, слід подивитися якої площі сонячний колектор можна розмістити. Очевидно, що чим більше буде площа колектора – тим він буде продуктивніше.

Вибір конструкції абсорбера колектора

Абсорбер (поглинач) – найважливіша частина будь-якого сонячного колектора і від його конструкції багато в чому буде залежати продуктивність. У заводських моделей застосовуються деталі із спеціальних сплавів, що мають особливу високоселективне покриття, але це в основному і визначає високу ціну. Наше ж завдання – знайти такий матеріал, який доступний і, тим не менш, буде добре справлятися зі своєю функцією – вловлювати сонячне тепло і передавати його повітрю.

І таким доступним матеріалом є звичайна алюмінієва банка з-під Кока-Коли, пива або інших напоїв. Як зібрати потрібну кількість порожньої тари ми описувати не будемо, а краще зосередимося на тих чудових властивостях, які дозволяють використовувати алюмінієві банки як абсорбера:

Сонячний повітряний колектор своїми руками

Алюмінієва банка для напоїв — ідеальний матеріал для абсорбера колектора

  • По-перше, банки виготовлені з алюмінію (дуже рідко зустрічаються сталеві), а він має дуже високу теплопровідність.
  • По-друге, всі банки з-під будь напоїв мають однакові розміри: нижній діаметр 66 мм, верхній діаметр 59 мм, висота у банки 0,5 л – 168 мм.
  • По-третє, банки зроблені таким чином, щоб в упаковці вони розміщувалися друг над іншому, тобто вони чудово стикуються.
  • І, нарешті, тонкий алюміній, з якого зроблені банки, легко обробляється доступним інструментом.

По мірі накопичення потрібної кількості алюмінієвих банок їх треба ретельно відмивати з миючим засобом і просушувати. Інакше надалі вони будуть виділяти неприємний запах, з яким буде впоратися складніше.

Виготовлення корпусу колектора і його теплоізоляція

Залежно від наявної площі розміщення колектора розраховуються його габаритні розміри. У даній статті пропонується зробити сонячний повітряний колектор розміром 8 на 8 алюмінієвих банок 0,5 л, що за габаритними розмірами складе приблизно 1400*670 мм. Одного листа фанери завтовшки 21 мм стандартного розміру 1525*1525 мм вистачить на виготовлення всього сонячного колектора, а товщина фанери забезпечить необхідну міцність і жорсткість конструкції.

Для виготовлення корпусу необхідно:

Ретельно розмітити лист фанери. Для колектора знадобиться:

  • Задня стінка розміром 1400*670 мм
  • Дві бічні стінки 1400*116 мм
  • Дві торцеві стінки 630*116 мм
  • Дві напрямні для банок 630*116 мм

При розмітці варто врахувати те, що для подальшої обробки країв деталей треба давати припуск на 3-5 мм з кожної сторони. Щоб нарізка відбувалася без збоїв краще лінії прочерчивать яскравим маркером.

Різати фанеру найкраще дисковою пилкою, причому чим менше будуть зуби в диску – тим краще. Для більш рівного реза можна скористатися направляючої, в якості якої можна використовувати лист ДСП із заводською кромкою. Напрямну можна притягнути до листа фанери струбцинами.

Сонячний повітряний колектор своїми руками

Для рівного реза кромки фанери найкраще підходить дискова пила спільно з направляючою

Якщо рез буде йти поперек волокон, то краще попередньо гострим ножем по металевій лінійці прорізати верхній шар, так менше буде сколів. Після розкрою листа на деталі якщо кромки нерівні – їх можна обробити фрезерною машиною по шаблону до ідеально рівних і перпендикулярних.

Настав час збирати каркас. Для цього треба:

  • До задньої стінки колектора прикріпити дві бічні стінки. Кріпити можна меблевими шурупами 6,3*50 мм – їх ще називають конфирматами. Тільки перед цим обов’язково треба попередньо пройтися свердлом діаметром 4 мм Для кріплення можна використовувати і звичайні шурупи, і різні куточки. Колектор повинен мати герметичний корпус, тому доцільно промащувати скріплюються поверхні силіконовим герметиком.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Меблеві шурупи-конфірмати цілком підходять для з’єднання деталей з фанери завтовшки 21 мм

  • До задньої стінки, а потім і до бічних кріпляться торцеві стінки. Після цього перевіряється правильність складання і розміри.

Задні і бокові стінки колектора необхідно обов’язково утеплити і для цього як не можна краще підходить екструдований пінополістирол (ЕППС) товщиною 2 див. Перед тим як приклеювати утеплювач до стінок, необхідно обробити фанеру антисептичним засобом або просто пофарбувати, так як в цих місцях може конденсуватися волога.

Сонячний повітряний колектор своїми руками

Плити з екструдованого пінополістиролу відмінно підходять для теплоізоляції сонячного колектора

Листи ЕППС можна приклеїти до поверхні фанери монтажною піною, акриловими «рідкими цвяхами», клеєм «Майстер», клеєм «Момент», — у будь-якому випадку він буде надійно триматися. Головне, щоб в описі клею пінопласт був вказаний як одну з склеюваних поверхонь. Під час клеєння утеплювача треба добитися того, щоб всі стики були повністю закриті. При необхідності в подальшому вони можуть «задуватися» монтажною піною.

Після того як вся внутрішня поверхня колектора буде утеплена, її можна обклеїти відбиває теплоізоляцією, яка являє собою основу з склотканини або спіненого поліетилену і алюмінієву фольгу. Дуже часто ці матеріали мають клеючу основу, що дуже зручно, а якщо ні, то можна приклеїти на будь-який відповідний для цього складу. Стики обов’язково треба проклеїти алюмінієвим скотчем.

Сонячний повітряний колектор своїми руками

Стики тепловідбивного шару повинні скріплюватися алюмінієвим скотчем

Виготовлення напрямних для абсорбера

Щоб колони з алюмінієвих банок точно тримали свою геометрію, необхідно виготовити для них напрямні. Для цього раніше були вирізані два куска фанери 630*116 мм, які треба розмітити і висвердлити наступним чином:

  • Від верхньої частини відступити 53 мм і прокреслити лінію паралельну довгій стороні.
  • Отриману лінію розділити на 9 рівних відрізків, тобто по 70 мм, поставити мітки. Вони будуть центрами отворів.
  • Свердлом для дерева коронка-чашка діаметром 57 мм треба висвердлити отвори у фанері. Але перед цим краще поміряти в нижній частині банки діаметр опорного кільця стійкості, так як розміри можуть варіюватися. При необхідності вибрати інше свердло. Банку повинна входити в отвір досить щільно. При роботі на свердло сильно не натискають і періодично дають йому відпочити.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Свердло коронка-чашка просто незамінне для отворів великого діаметру в фанері

  • Аналогічно робиться розмітка на верхній направляє. Діаметр головної частини банки трохи більше (57,4), ніж заднього опорного кільця, тому перед висвердлюванням краще поміряти його штангенциркулем і підібрати відповідну коронку-чашку, а після приміряти верх банки.

Виготовлення абсорберів

Для підготовки банок до монтажу слід виконати ряд операцій:

  • Всі банки треба перевірити постійним магнітом. Дуже рідко, але зустрічаються банки стали, які треба відсортувати.
  • У верхній частині банки ножицями по металу робляться надрізи відверстия до країв, а потім ці «язички» заправляються всередину. Працювати слід у рукавицях, щоб уникнути порізів від гострих країв алюмінію. Направити гострі язички всередину банки і вирівняти краю отвору допоможе шматок полімерної труби, затиснутої в лещатах. Подібним чином обробляємо всі 64 банки.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Ножицями по металу найкраще розкривати верхню частину банки

  • Настав час зайнятися нижньою частиною. Для цього конічним свердлом по металу в денці просвердлюються три отвори діаметром приблизно 20 мм розташовані під 120° один до одного. Для того щоб не пом’яти банку, її треба помістити в пружну оправлення (наприклад, шматок трубної ізоляції) і не сильно стискати руками. Так обробляються всі банки.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Конічне свердло вирізає дуже рівні отвори в денці банки

  • Для склеювання банок краще всього скористатися високотемпературним клеєм-герметиком High Heat Mortar на основі силікатного цементу. Його застосовують для герметизації печей, камінів, димоходів. Можливо, його вогнестійкість для колектора буде надмірною, але «запас кишеню не тягне».
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Такий герметик для печей і камінів відмінно підходить і для виготовлення абсорбера

  • Для того, щоб банки під час склеювання витримували лінію, слід виготовити шаблон з двох рівних дощок, скріплених між собою під кутом в 90°. Для прилягання до поверхні банок шаблон ставлять похило і спирають на стіну.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Шаблон дуже допомагає в складанні

  • Перед склеюванням банки знежирюють будь-яким доступним розчинником (ацетон, № 646, 647). Цю роботу краще робити на вулиці.
  • Перед початком наступного етапу на руки треба надягти гумові рукавички, а поруч мати ємність з водою. Склеювані поверхні зволожуються, з пістолета видавлюється рівною «ковбаскою» клей-герметик на нижню частину банки, а потім вона стикується з верхньою частиною банки, що знаходиться нижче.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Клей-герметик наноситься на верхню частину банки

  • Зволоженим пальцем у рукавичці розрівнюється клей, який видавився так, щоб весь стик і поверхня поруч з ним була вкрита клеєм. Потім всі ці операції повторюються для всіх банок одного стовпчика (8 штук). Після цього всі банки ставляться в шаблон, вирівнюються і притискаються зверху вантажем.
  • Після того кадолей затвердіє, стовпчик знімають і акуратно укладають на горизонтальну поверхню. Подібним чином збирають інші стовпчики з банок.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Заготовки для абсорбера остаточно висихають на горизонтальній поверхні

  • Поки повністю висихають заготовки можна забарвити задню стінку сонячного колектора і напрямні для банок в чорний матовий колір. У хороших автомагазинах завжди можна знайти таку фарбу, призначену для глушників або гальмівних барабанів.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Таку фарбу можна завжди знайти в хорошому автомагазині

  • Бокові стінки колектора фарбувати не треба, тому їх треба закрити газетами, прикріпленими малярським скотчем. Після знежирення поверхонь фарбу наносять у два шари.

Збірка повітряного сонячного колектора

  • Пора почати збірку батареї абсорбера. Для цього кожен стовпчик укладається у відповідну напрямну спочатку знизу, а потім зверху. Перед стикуванням банки промащуються герметиком, а потім зволоженим пальцем герметик розрівнюється. На цьому етапі треба бути особливо уважним. Збирати краще на горизонтальній поверхні. Після складання і перевірки всіх з’єднань можна акуратно стягнути дві напрямні гумовим джгутом і залишити висихати.
  • Коли вся конструкція поглинача висохне її можна акуратно підняти і помістити поверх короба так, щоб відстані зверху і знизу були однаковими. Після цього робиться розмітка положення напрямних, адже для їх монтажу в короб доведеться вирізати канавку в утеплювачі так, щоб вони щільно сіли і вперлися в фанерний лист задньої стінки. Після монтажу напрямні планки кріпляться з торців через боковини меблевими шурупами-конфирматами. Після цього всі стики зашпаровують герметиком.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Поглинач (абсорбер) змонтований на своє штатне місце

  • Для входу і виходу повітря відразу треба передбачити отвори, які краще всього зробити в задній стінці. Краще для цього скористатися готовими рішеннями в системі пластикових вентиляційних каналів, а саме пластини настінні з фланцем, які можна легко вмонтувати в задню стінку у місцях входу і виходу не зайнятих адсорбера. Для цього у фанерному аркуші і утеплювачі прорізається прямокутний отвір за розмірами пластини, а потім вона кріпиться до стінки на шурупи через шар герметика.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Настінні пластини з фланцем з системи вентиляційних каналів ПВХ відмінно підходять для повітряного сонячного колектора

  • Якщо виникне необхідність перейти на круглий повітропровід, вмонтувати канальний вентилятор, зробити поворот і т. д., то в асортименті виробників є будь-які труби і фасонні частини, які слід підганяти вже по місцю.
  • Верхню і нижню лицьову частину сонячного колектора у місцях входу і виходу повітроводів необхідно облицювати. Для цього дуже добре підходить вагонка, але її спочатку треба обрізати точно за розмірами, а потім підрізати утеплювач на бічних і торцевих стінках колектора рівно на товщину вагонки. Після цього вона приклеюється на герметик, їм же обробляються всі стики.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Місця входу і виходу зручно облицювати шматками пластикової вагонки

  • Для фарбування колектор ставиться на упори у положення, близьке до вертикального. Перед фарбуванням поверхні обезжирюються і висушуються. Фарба наноситься в кілька шарів до тих пір, поки вона не вкриє всю видиму поверхню. Кожен шар наноситься так, щоб не утворювались патьоки. Поверхня повинна вийти насичено-чорної і матовою.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Фарбування колектора

  • Після висихання фарби самий час змонтувати переднє скло. Для цих цілей краще всього підійде акрилове оргскло або полікарбонатне скло. Спочатку чист стекла прикладається до поверхні, намічаються його розміри, а після вже він вирізається. Краї відразу треба обробити наждачним папером і точно підігнати за розміром. Перед монтажем його треба ретельно очистити, особливо нижню поверхню і помістити у відсік з адсорбера кілька пакетиків з силікагелем. Він запобіжить поява конденсату на внутрішній поверхні скла.
  • Перед тим кадорепить скло, треба все що примикають до нього частини: периметр короби і напрямні обробити герметиком. Причому необов’язково герметик наносити на всю поверхню, досить тільки на торці фанерних листів. Кріпити краще всього шурупами з прес-шайбою, попередньо висвердливши перед цим отвори. Бажано ще й прикрити кромку скла спеціальним кутовим меблевим профілем.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Для облицювання країв відмінно підходить кутовий меблевий профіль

  • Для кріплення повітряного сонячного колектора, до нього можна прикрутити кронштейни на задню стінку. На цьому складання самого колектора закінчена.

Підключення сонячного повітряного колектора

Сонячний повітряний колектор може як інтегруватися в існуючу систему вентиляції, так і працювати зовсім окремо. Навіть при відсутності примусової вентиляції невблаганні фізичні закони все одно будуть «просувати» нагріте повітря через колектор, але процес цей буде йти досить мляво, тому бажаний вентилятор з продуктивністю не менше 150 кубічних метрів на годину.

Застосування вентилятора оголює два важливих питання:

  • Де ставити вентилятор: на вході або виході колектора? Якщо колектор підніме температуру на виході до 60-70 °C (а таке цілком можливо), то вентилятор, стоїть там довго не протягне. З іншого боку – вентилятор, що стоїть на вулиці піддається атмосферним впливам і їм складніше керувати. В більшості випадків його все-таки ставлять всередині приміщення, а в спекотні дні, коли повітря і так нагрітий – вентилятор просто не включають або підключають його через теплове реле.
Сонячний повітряний колектор своїми руками

Найчастіше вентилятор монтують всередині приміщення

  • Застосування вентилятора змушує сумніватися деяких скептиків доцільності повітряного опалення. Чи Не простіше електроенергію, витрачену на обертання двигуна вентилятора, направити на підігрів приміщення? Але практика показує, що вказана конструкція колектора все одно ефективна і вигідна. Різниця температур зовнішньо повітря на виході з колектора може досягати 35 °C.

При експлуатації повітряного колектора виникає ще один резонне питання: у нічний час, коли інсоляції колектора ні, навіть при непрацюючому вентиляторі холодне повітря буде проникати в приміщення. Рішення цього питання досить просте. Серед комплектуючих для вентиляційних систем можна знайти спеціальні зворотні клапани, які відкриваються тільки під напором повітряного потоку. При непрацюючому вентиляторі клапан буде закритий. Важливо тільки правильно його встановити, щоб він не перекривав повітропровід. Існують і моделі вентиляторів з вбудованим клапаном, на які слід звернути увагу.

Сонячний повітряний колектор своїми руками

Зворотний клапан запобігає несанкціонований доступ в приміщення холодного повітря вночі

Для швидкого прогріву теплим повітрям можна продумати систему рециркуляції, коли повітря з приміщення проходить через колектор і повертається в те ж приміщення. У цьому випадку виправдано ставити вентилятор, який буде нагнітати повітря в колектор, а не створювати в ньому розрідження. Недоліком є відсутність рециркуляції припливу свіжого повітря.

Експлуатація та догляд за сонячним повітряним колектором

Щоб колектор служив довго і безвідмовно необхідно дотримувати два простих правила:

  • Періодично треба очищати і промивати лицьове скло сонячного колектора.
  • У спекотні літні дні, коли немає потреби в підігріві повітря, краще накрити колектор щільною світлою тканиною, щоб уникнути перегріву поверхні абсорбера.
  • Щоб вентилятор не працював вхолосту, періодично варто перевіряти щільність з’єднань повітроводів та їх цілісність.

Висновок

Підводячи підсумки статті, варто звернути увагу на кілька пунктів:

  • Запропонована в цій статті модель сонячного повітряного колектора довела на практиці свою ефективність і успішно експлуатується в усьому світі.
  • За бажанням можна виготовити більш потужний сонячний колектор або з’єднати їх послідовно.
  • Повітряні сонячні колектори можна використовувати періодично. Наприклад, для підігріву повітря в теплицях ранньою весною або для сушіння сільськогосподарської продукції восени.

Відео: Як зробити сонячний повітряний колектор (англ.)

Відео: Слайд-шоу про виготовлення сонячного колектора з алюмінієвих банок