Виготовлення домашнього водонагрівального площинного колектора

 Є кілька типів водонагрівальних колекторів. І у даному випадку, як і у всіх решта, критеріями вибору для споживача є: вартість, продуктивність, можливість отримання запасних частин, простота обслуговування, ремонту тощо.

Враховуючи ці моменти,  колектори з вакуумними трубками одразу відпадають, бо вартість  запасних вакуумних трубок значно зростає . Тим паче, що платити зайві гроші за речі, які можна зробити чи отримати за дешевшою ціною, не випадає. Тому привабливими  залишаються надійніші площинні колектори. Більше того, саморобні та фабричні площинні  колектори конструктивно майже не відрізняються між собою. Тому виготовлення сонячного площинного колектора під силу майже кожному. 

Конструкція колектора

Базовий саморобний площинний колектор складається з рами, днища, абсорбера, системи металевих чи навіть пластикових трубок, помпи, автоматики та заскління. Рама може бути дерев’яною,  металевою чи скловолоконною.  Днище зазвичай є фанерним. На нього вкладається шар теплоізоляції для зменшення тепловтрат. З трубок  виготовляють решітчасту конструкцію колектора (рис. 2). 

Над трубками вмонтований зачорнений абсорбер, який поглинає тепло. На рамі колектора над абсорбером встановлене заскління, що зменшує тепловтрати колектора. Отже, через абсорбер сонячне тепло передається до трубок, які нагрівають воду. Коефіцієнт корисної дії колектора безпосередньо залежить від якості покриття абсорбера. Є так звані селективні покриття, які приймають, але не віддають назовні теплову енергію. Саме вони зумовлюють ефективність колектора.  Фабричні колектори мають кількашарове напилюване селективне покриття, яке забезпечує дотримання високої ефективності. У дорожчих фабричних колекторах як заскління використовують гартоване скло. В дешевших саморобних колекторах як селективне покриття використовується високотемпературна  фарба, а заскління може бути з полікарбонату чи звичайного скла. 

Але водонагрівальний сонячний колектор мало чого вартий без накопичувача теплої води. Такий накопичувач повинен містити від 200 до 600 л води залежно від кількості споживачів.  Адже за одним сонячним днем може наступити кілька похмурих. Площа колектора також визначається кількістю споживачів та способом використання (нагрівання води і опалення). Циркуляцію води від колектора до баку забезпечує помпа. 

Є два принципово відмінні cпособинагрівання води в баку. При першому вода, нагріта колектором,  циркулює через теплообмінник (змійовик) тискового бака і нагріває його. Суттєвимнедоліком конструкції  є утворення застійних зон бака, де можуть розвиватися хвороботворні бактерії, які згодом  потрапляють до мережі постачання гарячої води у будинку.  Вартість тискового бака та його обв’язки (крани, вентилі, тискові бачки тощо) є значною.

Другий спосіб нагрівання якісно змінює функції бака і теплообмінника. Тобто колектор безпосередньо нагріває воду бака, а теплообмінник (змійовик) відбирає з бака тепло і передає його холодній протічній воді. Бак при цьому стає безтисковим, що суттєво зменшує вимоги до його виконання. Тобто конструкція бака спрощується, а його вартість суттєво зменшується.  Непотрібним стає розширювальний бачок та аварійний (спускний) вентиль, скорочується кількість відрізних вентилів та фітингів.

Виготовлення накопичувального бака (рис. 3).

Можна запропонувати кілька варіантів виготовлення безтискового накопичувального бака:

- зварити прямокутний бак ємністю 600 л і вмонтувати в нього спіральний сталевий чи мідний теплообмінник (змійовик);

- виготовити водоізольований зсередини фанерний бак [1,2] з теплообмінником та підсилюючими дерев’яними брусками;

- виготовити  теплообмінник (змійовик) і помістити його у металеву 200-літрову бочку.

Кожен із цих способів має свої недоліки та переваги і залежить здебільшого від доступності тих чи інших матеріалів та задоволення потреб мешканців будинку у гарячій воді.

Загалом реалізація безтискового бака має такі переваги:

v      відсутність застійних зон, бо холодна питна вода швидко проганяється через змійовик;

v      відсутність хвороботворних бактерій, які гинуть під час руху  води у змійовику;

v      відсутність розширювального бачка, запірної арматури;

v      відпадає потреба у незамерзаючій рідині для сонячного колектора, оскільки теплоносій колектора зливається у безтисковий бак при настанні невідповідних умов роботи (зменшення температури колектора або, навпаки, перегрівання  бака і колектора).

До недоліків дерев’яного бака з фанерними стінками слід віднести збільшення дії деформаційних сил на конструкцію з ростом температури. Тому товщину укріплюючих брусків  бака слід збільшити до 40-50 мм. Краще для цього використати дерево твердих порід. 

Режими роботи колектора визначаються температурами води на виході колектора і всередині баку. Помпа починає працювати, коли температура колектора на 10-15°С перевищує температуру води бака. Якщо бак перегрітий, а тепло скидати немає куди, то помпа зупиняється, і вода автоматично зливається у бак. При зниженні температури колектора нижче температури бака (хмарність або ніч) відбувається такий самий процес. Таким чином, взимку відпадає потреба використання незамерзаючої рідини. При зростанні температури колектора датчики вмикають помпу, і процес нагрівання продовжується.

Схема керування процессом нагрівання бака

Схема керування процессом нагрівання бака є доволі простою і не потребує дорогих і складних пристроїв. Однак важливим є коефіцієнт корисної дії колектора. Відомо,  що низькотемпературні колектори працюють ефективніше. Це зумовлено тим, що добуток маси потоку на різницю температур пропорційний вихідній потужності колектора. Тому вигідно збільшити швидкість помпи, проганяючи більшу масу води меншої температури. Це забезпечує менші тепловтрати через обудову колектора (днище, раму, заскління). Одним із способів може бути плавне регулювання швидкості протікання води, щоб різниця температур на колекторі і в баку не перевищувала 10-15°С.

Першорядне значення має і автономізація живлення помпи колектора, бо нині в наявності доволі дешеві сонячні електричні панелі, які забезпечують напругу живлення водяних помп від 12 до 18 Вольт.

Водонагрівальний сонячний колектор «мідь-алюміній»     

Основною перевагою такого колектора є низька ціна (друкарні здають на брухт уживану і майже безкоштовну фольгу алюмінію товщиною  0,3-0,5 мм). Мідь є недешевим матеріалом, але така реалізація колектора є надійною та якісною.

Розміри колектора довільні і зазвичай визначаються габаритами заскління (полікарбонату чи скла). Оскільки стандартний лист полікарбонату має розмір 6 х2 м, то колектор може мати розміри  3 х 1 м, 3 х 2 м або ж 2 х 1 м. Не останнє значення має жорсткість конструкції, бо коефіцієнти розширення дерева і міді є різними. Все – таки розміри комплектуючих колектора бажано привязувати до заскління 2 х 1 м.

 Література  

1.www.builditsolar.com 

2. Юрій Дудикевич, Енергоощадні котеджі, Львів, Сполом, 2011 р, 196 стор. 

Юрій Дудикевич, к.т.н. jurijdudykevych@ukr.net, 0972462356