Вода, ветер и солнце - самые доступные источники энергии, которые природа дарит человеку. Не случайно поэтому к ним постоянно обращается самое пристальное внимание как науки и промышленности, так и энтузиастов технического творчества, самодеятельных конструкторов. О некоторых построенных ими устройствах альтернативной энергетики мы уже не раз рассказывали на страницах журнала. Сегодня познакомим с еще одной такой «дачной» (и очень удачной, кстати!) установкой, работающей от солнца и дающей неплохую экономию в семейный бюджет. А в некоторых случаях - это порой единственный способ получить тепло без использования электричества, газа, дров или угля.
Без горячего водоснабжения сегодня не обойтись. Нужно ли помыть посуду или автомобиль, принять душ или убраться в доме - во всех случаях требуется теплая вода. Хорошо тем, у кого загородный дом централизованно снабжается ею, а как быть владельцам индивидуальных домиков или небольших дач в садовых товариществах? Там и с холодной-то водой проблемы. В лучшем случае на участке есть электричество, скважина или колодец.
Можно, конечно, для подогрева воды соорудить печь-«кочегарку», однако она, понятно, потребует топлива. И немало - «вылетит в копеечку»! Между тем, не только летом, но даже и в холодную весенне-осеннюю пору жилье можно обеспечить горячей водой совершенно без затрат и без даже самых минимальных количеств недешевого нынче топлива. Для этого достаточно сделать своими руками водонагреватель, работающий от… солнца.
Гелиокотельная не слишком сложна: в ее конструкцию входит солнечный коллектор, состоящий в данном случае из двух одинаковых блоков (при необходимости их количество можно увеличить), накопитель горячей воды и аванкамера.
При проектировании солнечного водонагревателя использовалось несколько хорошо известных физических принципов. Так, например, для самого нагревателя - «парниковый эффект», то есть свойство солнечных лучей беспрепятственно проходить сквозь прозрачную среду в замкнутое пространство и превращаться в тепловую энергию, уже не способную покинуть установку обратно. А в гидравлической системе «трудится» термосифонный эффект, то есть свойство жидкости при нагревании подниматься вверх, вытесняя при этом более холодную воду и заставляя ее перемещаться к месту нагрева. Учитывался и эффект накопления и сохранения тепловой энергии: «пойманная» устройством и преобразованная в тепло солнечная энергия аккумулируется и сохраняется длительное время.
Но основополагающим, разумеется, был принцип «сделай сам»: все составные элементы водонагревателя доступны для повторения силами даже самого начинающего домашнего мастера с использованием заготовок, полуфабрикатов и материалов, которые можно приобрести на любом строительном рынке, в хозмаге либо подобрать из металлолома.
Коллектор - это трубчатый радиатор, заключенный в короб, одна из сторон которого застеклена. Радиатор сварен из стальных труб, причем для подводящей и отводной используются водопроводные трубы на 1 дюйм или 3/4 дюйма, а для решетки лучше использовать тонкостенные трубы меньшего диаметра - подойдет, например, труба ø16*1,5 мм. Всего для одной решетки требуется 15 таких труб длиной около 1600 мм.
Короб коллектора - деревянный, собраннный из досок толщиной 25 - 30 мм и шириной 120 мм. Днище короба сделано из фанеры (можно использовать и оргалит), оно усилено рейками сечением 30*50 мм. Короб тщательно теплоизолируется с помощью упаковочного или строительного пенопласта: он укладывается на дно, поверх него закрепляется лист белой жести или оцинкованного кровельного железа, а сверху помещается радиатор и фиксируется хомутами из стальной полосы.
Трубы радиатора и металлический лист на дне короба окрашиваются черной матовой краской. Покровное стекло желательно герметизировать, чтобы потери тепла за счет конвекции были минимальными. С внешней стороны короб желательно окрасить серебрянкой, с тем, чтобы уменьшить потери на теплоизлучение.
Соединение труб - стандартное, с помощью муфт, тройников и уголков с уплотнением пенькой и краской.
Накопителем теплоносителя может служить бак объемом 200 - 300 литров. В принципе для этой цели годится и любая подходящая бочка. Если невозможно подобрать емкость нужной вместимости, используйте две-три, соединив их с помощью труб в единую систему. Накопитель также желательно теплоизолировать. Идеальным вариантом будет размещение емкости (одной или нескольких) в дощатом или фанерном коробе с заполнением межстеночного пространства любым теплоизолятором - строительным пенопластом, шлаковатой, сухими опилками или даже рубленой соломой или сеном. С той же целью саму бочку (или бочки) желательно окрасить изнутри и снаружи серебрянкой. Ею же следует окрасить короб и снаружи.
Аванкамера предназначена для создания в гидросистеме постоянного, не слишком высокого давления - от 800 до 1000 мм водного столба. Если провести аналогию с системой охлаждения автомобиля, то можно сказать, что аванкамера играет здесь роль расширительного бачка. Изготовить ее можно из любого подходящего сосуда емкостью 30 -40 литров, например, большого бидона или даже алюминиевой кастрюли той же вместимости. Аванкамера оснащается подпитывающим устройством, позволяющим ей работать в автоматическом режиме. Его основа - поплавковый клапан, который применяется в быту для сливных бачков.
Сборка солнечного водонагревательного устройства начинается с размещения на чердаке дома накопителя в теплоизолирующем коробе и аванкамере. Масса заполненного водой накопителя получается значительной, поэтому следует убедиться, что перекрытия потолка в выбранном месте достаточно прочны и выдержат вес массивного бака.
Уровень воды в аванкамере должен превышать уровень воды в накопителе на 0,8 - 1 м.
Солнечные коллекторы располагаются с южной стороны дома под углом от 35 до 45 градусов к горизонту. Кстати, эти панели можно превратить в детали кровли дома, бани или небольшой веранды.
Для того чтобы соединить все элементы солнечного водонагревателя в единую систему, понадобятся трубы двух сортаментов: «дюймовые» и «полудюймовые». С помощью последних монтируется высоконапорная часть системы - от водопроводного ввода до аванкамеры, а «дюймовые» используются для низконапорной части.
Следует отметить, что работоспособность устройства в значительной степени зависит от его герметичности и от отсутствия воздушных пробок, поэтому к монтажу трубопроводов следует отнестись особенно аккуратно. Все трубы желательно также окрасить серебрянкой и тщательно теплоизолировать - к примеру, с помощью поролона и полиэтиленовой ленты, которой полосы поролона приматываются к трубе. Завершив эту операцию, стоит покрыть «забинтованную» трубу серебрянкой.
Заполнение системы водой осуществляется через дренажные вентили в нижней части радиаторов - в этом случае будет гарантия от появления в системе воздушных пробок. Процесс заполнения заканчивается, когда из дренажной трубы аванкамеры польется вода.
Теперь подсоединяем аванкамеру к водопроводному вводу и открываем расходный вентиль. При этом уровень воды в аванкамере начнет снижаться до тех пор, пока не сработает поплавковый клапан. Подгибая держатель поплавка, можно добиться оптимального уровня воды в аванкамере.
После заполнения системы водой радиаторы тут же начнут нагревать ее - это происходит даже в облачную погоду. Теплая вода станет подниматься вверх, заполняя собой накопитель и вытесняя при этом холодную воду, которая поступит в радиатор. Процесс происходит непрерывно - до тех пор, пока температура воды, поступающей в радиатор, не сравняется с температурой воды, перемещающейся из радиатора. А когда при расходовании воды из накопителя ее уровень в аванкамере понизится - сработает поплавковый клапан и дольет воду в аванкамеру. Холодная жидкость из аванкамеры поступит в нижнюю часть накопительной емкости, поэтому ее перемешивания практически не происходит. Теплая же забирается из самой верхней части накопителя.
Следует помнить, что в ночное время, когда температура на улице ниже, чем температура нагретой воды, солнечный водонагреватель с помощью радиатора начнет «отапливать» улицу - термосифонный эффект работает и в этом случае, перекачивая тепло в обратном направлении. Поэтому в гидросистеме должен быть предусмотрен вентиль, препятствующий обратной циркуляции воды из радиаторов в накопитель, который имеет смысл перекрывать в вечернее и ночное время.
Подводку воды от нагревателя к мойке или к душу лучше выполнить с применением смесителей. Мера эта отнюдь не лишняя, поскольку в солнечную погоду температура воды может достигать 80 градусов, и пользоваться ей без охлаждения будет затруднительно. К тому же, смесители позволят существенно экономить горячую воду.
В случае, если производительность солнечного водонагревателя указанных размеров вас не устроит, ее можно значительно увеличить, вводя в тепловую цепь дополнительные секции солнечных коллекторов - блочная конструкция установки легко позволяет сделать такую модернизацию.
Материал подготовлен командой сайта: https://modelist-konstruktor.com/
Станислав СТАНИЛОВ