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 м2 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.
Устройство воздушного коллектора
Солнечное отопление не преобразует энергию с помощью фотоэлементов в электричество, а концентрирует тепло, перенося его внутрь дома.
Нагревательные системы, утилизирующие солнечное тепло, применяются для локального нагрева воздуха.
Через проложенные каналы поток горячего воздуха циркулирует в системе солнечного отопления, благодаря чему происходит обогрев внутренних помещений.
Как сделать воздушное отопление на основе булерьяна
Печь булерьян была разработана для канадских лесорубов. Из-за своих уникальных характеристик, она очень быстро распространилась, и сегодня булерьян используют для отопления жилья, производства, гаражей, теплиц и других объектов.
В основу работы печи положен принцип газогенерации, т.е. «тлеющего» режима горения при дефиците кислорода. Снизу в отверстия печи поступает холодный, а из труб верхней части печи выходит нагретый до 60 — 80 градусов воздух. Режим горения в такой печи полный, т.е. с дожиганием горючих газов в топке с подачей воздуха. Печь очень экономная — одной закладки дров хватает на 6 — 8 часов.
Воздушное отопление частного дома своими руками от булерьяна устраивается присоединением воздуховодов к патрубкам печи и распространением тепла воздуховодами по всему дому. Воздуховоды могут быть сделаны из гофрированного алюминия или из жести. Воздуховоды транспортируют горячий воздух только от печи, обратной подачи нет, что снижает эффективность отопления.
На фото печь-булерьян. Производство Канада
Варианты конструкций
Известны два вида солнечных нагревателей, осуществляющих нагрев с помощью парникового эффекта:
- Пассивные – обеспечивают естественную циркуляцию воздуха по каналам.
- Активные – осуществляют перенос рабочей среды принудительно.
Конструкции систем обогрева на основе солнечных коллекторов также различаются по принципу подачи воздуха. Когда воздушная масса захватывается снаружи, после чего подогревается и уходит в помещения, это называется вентиляционной системой.
Если же прохладный воздух, нуждающийся в подогреве, берётся внутри комнаты, а после прогрева в коллекторе возвращается, то это рециркуляционный вариант.
Как сделать воздушное отопление из банок
Воздушное отопление частного дома своими руками из банок — пример самостоятельного изготовления эффективной отопительной системы из подручных материалов.
Изготовление воздушных потоков
- Понадобятся 196 жестяных банок из-под содовой, которые нужно отмыть и сделать отверстия снизу и сверху.
- Скрепить банки между собой силиконом, сделав трубу из 14 банок. Всего 14 колонок по 14 банок. Это каналы, по которым будет поступать в дом теплый воздух.
Изготовление ящика для коллектора
- Для ящика понадобится фанера и доска, клей ПВА, высокотемпературный силикон, минвата для изоляции.
- Доску нужно обрезать в размер, стыки прибить гвоздями и проклеить.
- Готовую сухую коробку необходимо утеплить минватой.
- В верхней стенке нужно сделать 14 отверстий под размер банки. Это места сбора теплого воздуха.
Сборка коллектора
Сборку коллектора и подготовку его к работе лучше увидеть — весь процесс детально показан на видео в конце.
Коллектор способен нагревать воздух до 70 — 80° C. Использование такого коллектора может значительно сэкономить расход природного газа и электроэнергии на отопление.
Примерно так выглядит коллектор из аллюминиевых банок
Работает парниковый эффект
Панельные воздушные коллекторы, обогревающие помещения с помощью солнечной энергии – неисчерпаемый источник бесплатного тепла.
Модули различных масштабов могут использоваться в теплицах и дачных домиках, в частных домах, на турбазах, в коттеджах и городских квартирах. Блок средних размеров производит до 2 кВт/час, чего хватает для создания комфортных условий в комнатах в межсезонье.
Отзывы о воздушном солнечном коллекторе гласят, что даже в зимнее время устройство продолжает эффективно работать, позволяя наполовину снизить расход топлива для отопительного котла.
- Принцип работы воздушного коллектора основан на законах физики, знакомых всем ещё со школы.
- Поглощая видимый свет, прошедший сквозь стекло, поверхность нагревается и начинает генерировать тепловое излучение, для которого стекло является непреодолимой преградой.
- Тепло накапливается под стеклом, нагревая воздух, который начинает подниматься. За счёт естественной циркуляции осуществляется перенос тепла внутрь помещений.
При необходимости – когда нагретый воздух движется слишком медленно, успевая отдать приобретённое тепло в наружную среду – систему дополняют вентилятором, работающим на электричестве от фотоэлементов.
Итак, стандартная панель коллектора представляет собой систему адсорберов, размещённую внутри теплоизолированного короба, закрытого прозрачной крышкой (стеклопакет, поликарбонат). Использование стекла позволяет наладить отбор тепла даже в Сибири. Но применим и поликарбонат. Хотя он обеспечивает более низкий КПД, но стоит дешевле.
Адсорбер создаётся из алюминия или меди, имеющих селективное покрытие, поглощающее максимум энергии.
Что это такое
Назначение воздушного солнечного коллектора – сбор солнечной энергии и передача её теплоносителю, в нашем случае – воздуху.
Наиболее востребованы такие устройства в Швейцарии, Японии, Канаде и Австралии.
В России воздушное отопление с применением солнечных коллекторов используется лишь как дополнение к основному. Это объясняется климатическими особенностями нашей страны.
Революционное изобретение
Инженерная мысль не стоит на месте. Недавно разработчики предложили революционный вариант солнечного воздушного коллектора, который из-за простоты изготовления и высокой эффективности кажется несуразным.
Однако эта система продуктивно работает, утилизируя солнечное тепло даже зимой.
- SolarWall даже не имеет покрытия, а цена на солнечный воздушный коллектор минимальна.
- Поглотитель тепла выполнен в виде рифлёного металлического листа с тысячами мелких отверстий.
- Изнутри эти отверстия открываются в систему воздушных каналов. Мельчайшие отверстия принимают солнечный свет и отражённые от снега лучи, а дополнительный подогрев происходит за счёт нагретой стены.
Эффективность системы почти игрушечной SolarWall такова, что она причислена к числу величайших творений индустриальной эпохи. В Канаде с помощью этих коллекторов обогревается более половины инфраструктурных объектов и коммерческих сооружений.
Принцип обогревания и его результативность
Абсорберы воздушных коллекторов выполняют черного цвета, для увеличения интенсивности нагрева под влиянием излучения солнца. Температура окружающей среды в коллекторе может достигать 70-80°С. Тепла с избытком хватает для настоящего обогревания помещений скромной площади.
Рабочий принцип воздухонагревателя следующий:
- воздух закачивается с улицы в корпус коллектора принудительным способом;
- в середине блока установлены абсорберы, отражающие тепло, поднимающие температуру в середине ящика до 70-80°С;
- происходит нагрев воздуха;
- разогретые массы воздуха принудительно нагнетаются в обогреваемого помещения.
В фабричных моделях обеспечение воздушной циркуляции выполняется с помощью вентиляторов, включенных к фотоэлектрическим панелям. Как только УФ излучение становится достаточно интенсивным, чтобы выработать определенное количество электрической энергии, турбины включаются. Коллекторы начинают работать на обогрев. В зимний период интенсивность излучения Солнечного света уменьшается.
Система солнечного воздушного обогревания возмещает около 30% требуемого для строения тепла. Полная окупаемость достигается на протяжении 2-3 лет. Если взять во внимание, что рабочий принцип связан с применением установки и для чистого воздуха, а на протяжении года формируется около 4000 кВт, правильность применения становится еще очевиднее.
В Европе большое распространение получило конструкторское решение «солнечная стенка». Конструкция состоит в следующем:
- в здании одна из стен делается из накопляющего материала;
- перед панелью ставится перегородка из стекла;
- на протяжении дня тепло собирается, после этого отдается в пространство помещения ночью.
Для усиления конвекции, солнечный коллектор выполняется не на всю стенку. Вверху и внизу предполагают раздвигающиеся шторки.
Солнечный коллектор своими руками
Протапливать хозяйственные постройки в зимнее время – слишком дорогое удовольствие. Теплицу, птичник или свинарник намного выгоднее отапливать с помощью бесплатной энергии солнца.
- Воздушный солнечный коллектор своими руками в силах соорудить любой домашний мастер, умеющий держать в руках инструмент. Затраты на исходные материалы минимальны, а усилий на поддержание работы и обслуживание это устройство вообще не требует.
- Жаль, конечно, что в наших широтах зимой много хмурых дней, когда догревать воздух в помещениях придётся традиционными способами. Но зато в яркие зимние дни и межсезонье, когда на дворе ярко светит солнце, коллектор сумеет довести температуру до комфортной даже во время морозов.
- Планируйте установить коллектор только с южной стороны. Выбрав подходящее место, нужно снять размеры, чтобы по ним изготовить короб. Для каркаса подойдут брусья любого размера.
- В роли адсорбера будет выступать перфорированный металлический лист, выкрашенный тёмной краской для повышения селективных способностей.
Не забудьте защитить выходное отверстие, из которого в помещение поступает подогретый воздух, клапаном, чтобы в пасмурные дни внутрь не шла холодная воздушная масса.
С наружной стороны короб необходимо застеклить стеклом, поликарбонатом или прозрачным шифером. В последнюю очередь производится герметизация.
Изготовление и монтаж
Ниже рассматривается бюджетный вариант получения солнечного нагревательного коллектора, с применением микровентилятора, пустых банок от пепси-колы, металлических корпусов отработанных осветительных приборов (лучше всего от люминесцентных ламп), закалённого стекла и чёрной краски. Потребуются также стеклорез, силиконовый герметик (с пистолетом), алюминиевая лента, термометр с температурным датчиком, ножницы по металлу, саморезы, электродрель, молоток, отвёртка и маркёр. Собирать и изготавливать узлы надо в защитных перчатках. Потребуется всего 7 этапов:
- Изготовление корпуса: коробку светильника разрезаем по предварительно установленному размеру и обматываем её алюминиевой лентой.
- Герметизация корпуса: скрепляем углы саморезами и тщательно герметизируем силиконом все щели, пазы и возможные трещины. Всю конструкцию окрашиваем в чёрный цвет.
- Размечаем маркёром и вырезаем предохранительные стёкла (можно вместо стекла использовать подходящий по прозрачности полимерный листовой материал).
- Обрезаем и устанавливаем банки в корпус, соединяем между собой и герметизируем. Торцы труб выводим за герметизированный корпус, согласовав при этом способ подключения входных отверстий микровентилятора. Окрашиваем банки чёрной краской.
- С противоположной стороны корпуса получаем вентиляционные отверстия. Предусматриваем возможность сделать дополнительные отверстия, если тестировании коллектора покажет недоработку. Расположение отверстий должно учитывать габаритные размеры вентилятора.
- Герметизируем щели между защитным стеклом и корпусом.
- Присоединяем микровентилятор к задним отверстиям корпуса. Перед этим необходимо убедиться в том, что подключение вентилятора правильное, и он будет работать на всасывание.
- Проверяем эффективность собранного коллектора. Для этого располагаем незакреплённый блок на выбранном участке стены или на крыше, включаем (через некоторое время) вентилятор и, используя термометр, выясняем температуру нагреваемого солнцем воздуха.
Испытания проводят на протяжении всего светового дня, через равные промежутки времени (летом, например, от 9.00 до 17.00, через каждый час). Если регистрируемые датчиком температуры воздуха составляют от 45 °С до 70 °С, то коллектор изготовлен верно, в противном случае количество блоков следует увеличить. Готовую конструкцию устанавливают вблизи вентиляционных отверстий дома.
Эффективность устройства
Чтобы произвести расчет солнечного воздушного коллектора, придётся учесть множество факторов:
- Активная площадь адсорбера;
- Количество воздушных каналов;
- Угол относительно положения солнца;
- Протяжённость трассы воздушных каналов.
Считается, что эффективным этот вид отопления становится в случае, когда средний объём солнечной энергии, поступающей на один квадратный метр адсорбера, превышает 1 кВт.
Принцип действия твердотопливных печей
Прежде чем приступить к строительству печи, нам необходимо рассмотреть принцип ее действия. Для этого вспомним немного химии и физики.
Для процесса горения нам необходим кислород, который является катализатором горения. В то же время в процессе горения выделяется углекислый газ, который вреден для человека, и который необходимо отводить в атмосферу.
Исходя из этого, в печи есть три основные зоны.
- Топливник. Именно в этой зоне происходит процесс горения. Размеры топливника варьируют в зависимости от вида сжигаемого топлива, мощности котла и некоторых других факторов. Для большей теплоотдачи в топливнике выполняется футеровка. Ни в коем случае не используйте для ее кладки обычный строительный кирпич.
- В нижней части топливника расположен зольник. Его функциональными обязанностями является подача кислорода. Кроме того, через зольник производится отвод твердых отходов горения.
- В верхней части топливника расположен выход в дымоход. Эта зона отвечает не только за отведение дымовых газов, но и для отбора тепловой энергии. Для этого отопительные кирпичные печи для дачи обычно оснащают дымоходом с несколькими ходами.
Печь из кирпича
Фото воздушного солнечного коллектора
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.
Подключение
Коллектор закрепляется на крыше посредством кронштейна и подключается к двум воздуховодам, ведущим внутрь помещения. На входном воздуховоде следует установить вентилятор производительностью около 150 куб. м/ч.
Заводские солнечные батареи стоят очень дорого, и окупятся они не скоро. Солнечные батареи своими руками гораздо дешевле в изготовлении, к тому же собрать конструкцию не так уж и сложно.
Виды солнечных батарей для отопления дома представлены в этом обзоре. А также о плюсах и минусах каждого варианта.
Выбор конструкции абсорбера коллектора
Абсорбер предлагается сделать трубчатым, то есть состоящим из нескольких параллельных трубок, объединенных на входе и выходе распределительными гребенками.
В этом случае для изготовления данной части коллектора можно применить весьма доступный и удобный материал — алюминиевые банки для газированных напитков.
Для этой цели они подходят идеально, так как обладают целым рядом достоинств:
- Алюминий, как уже говорилось, обладает высокой теплопроводностью.
- Тонкую стенку банки легко можно разрезать обычным ножом.
- В подавляющем большинстве случаев банки для напитков имеют стандартизированный размер ( при объеме в 0,5 л — 168х66 мм).
- Ради удобства хранения и транспортировки банкам специально придают такую форму, чтобы они хорошо стыковались одна с другой (верхний край сужают до диаметра 59 мм, а днищу придают вогнутую форму).
- После употребления содержимого банку обычно выбрасывают в мусор, поэтому для будущего владельца коллектора этот материал является абсолютно бесплатным.
Иногда банки изготавливают из стали. Выявить такие емкости несложно, так как в отличие от алюминиевых, они притягиваются к магниту. Их следует отбраковывать.
Перед сборкой панели обязательно вымойте банки с применением моющего средства, иначе пропущенный через них воздух будет иметь неприятный запах.
Изготовление направляющих для абсорбера
В каждой из направляющих при помощи коронки нужно высверлить по 8 отверстий, диаметр которых соответствует диаметру банки. При этом банка в отверстие должна сидеть достаточно плотно.
Направляющие устанавливаются с двух сторон в ящике, а трубки абсорбера — между ними.
Таким образом, банки в трубке оказываются прижатыми друг к другу без каких-либо фиксаторов.
