Природная энергия в помощь домашнему мастеру
Солнце, вода и ветер представляют собой неисчерпаемые и общедоступные источники энергии, которые человек может использовать себе во благо. Именно поэтому они находятся в фокусе внимания не только крупной промышленности и науки, но и многочисленных энтузиастов-самодельщиков. На страницах нашего журнала мы уже неоднократно рассказывали о различных устройствах альтернативной энергетики, созданных умелыми руками. Сегодня мы представляем вашему вниманию еще одну удачную разработку для дачи — солнечный водонагреватель. Эта установка способна дать ощутимую экономию семейному бюджету, а в некоторых ситуациях, где нет доступа к электричеству, газу или твердому топливу, она и вовсе становится единственным способом получить горячую воду.
Проблема горячей воды за городом
Горячая вода сегодня — это необходимость. Она нужна для мытья посуды, автомобиля, принятия душа и уборки. Владельцам городских квартир с централизованным снабжением эта проблема незнакома, но что делать хозяевам загородных домов или дач в садоводствах? Там зачастую возникают сложности даже с холодной водой, не говоря уже о горячей. Чаще всего в распоряжении есть лишь электричество и собственная скважина или колодец.
Конечно, можно построить печь для подогрева воды, но это потребует постоянных затрат на топливо, которое сегодня недешево. Однако существует способ обеспечить жилье горячей водой практически без затрат, используя лишь энергию солнца. Решение — создать своими руками солнечный водонагреватель.
Устройство и принцип работы гелиосистемы
Конструкция такой гелиокотельной не отличается чрезмерной сложностью. В ее состав входят: солнечный коллектор (в данной конструкции он состоит из двух блоков, но их количество можно увеличить), накопительный бак для горячей воды и аванкамера.
Солнечный водонагреватель: 1 - поплавковый клапан аванкамеры; 2 - дренажная труба накопителя; 3 - трубопровод для подвода холодной воды к аванкамере; 4 - теплоизоляционный короб накопителя; 5 - труба ввода холодной воды; 6 - труба подвода холодной воды к смесителям; 7 - труба подвода горячей воды к смесителям; 8 - труба для подвода горячей воды к накопителю; 9 - солнечные коллекторы; 10 - сливной вентиль; 11 - вентиль для залива системы; 12 - «горячая» труба солнечного коллектора; 13 - труба подпитки накопителя; 14 - аванкамера; 15 - дренажная труба аванкамеры
Гидравлическая схема солнечного водонагревателя: 1 - солнечный коллектор; 2 - «горячая» труба солнечного коллектора; 3 - заборная труба для выхода горячей воды из накопителя; 4 - дренажная труба аванкамеры; 5 - дренажная труба накопителя; 6 - поплавковый клапан аванкамеры; 7 - аванкамера; 8 - труба подвода холодной воды к аванкамере; 9 - трубопровод подпитки накопителя; 10 - водопроводный ввод; 11 - подвод холодной воды к смесителям; 12 - подвод горячей воды к смесителям; 13 - «холодная» труба солнечного коллектора
При создании водонагревателя были использованы несколько фундаментальных физических принципов. В самом коллекторе работает «парниковый эффект»: солнечные лучи свободно проникают сквозь прозрачное стекло внутрь короба, превращаются там в тепловую энергию, но уже не могут покинуть замкнутое пространство. В гидравлической системе задействован термосифонный эффект: нагретая жидкость становится менее плотной и поднимается вверх, вытесняя более холодную воду и заставляя ее циркулировать к месту нагрева. Также важен эффект аккумуляции тепла: собранная энергия накапливается в баке-накопителе и сохраняется в нем длительное время.
Но ключевым стал принцип «сделай сам». Все компоненты установки доступны для изготовления даже начинающему мастеру. Материалы и заготовки можно найти на строительном рынке, в хозяйственном магазине или даже среди металлолома.
Изготовление основных компонентов
Солнечный коллектор
Коллектор представляет собой трубчатый радиатор, помещенный в утепленный короб с застекленной лицевой стороной. Радиатор сваривается из стальных труб. Для подводящей и отводящей магистралей подойдут водопроводные трубы диаметром 3/4 или 1 дюйм. Сама решетка радиатора изготавливается из тонкостенных труб меньшего диаметра, например, 16x1.5 мм. Для одной решетки потребуется 15 таких труб длиной около 1600 мм.
Короб коллектора — деревянный, собранный из досок толщиной 25-30 мм. Днище из фанеры или оргалита дополнительно усиливается рейками. Важный этап — теплоизоляция. На дно укладывается пенопласт, поверх него крепится лист оцинкованного железа или белой жести, который служит теплоотражателем. На этот лист устанавливается радиатор и фиксируется хомутами.
Трубы радиатора и металлический лист на дне обязательно окрашиваются матовой черной краской для лучшего поглощения тепла. Стекло следует герметизировать, чтобы минимизировать потери тепла из-за конвекции. Сам короб снаружи рекомендуется покрасить «серебрянкой» (алюминиевой пудрой), чтобы снизить тепловое излучение.
Солнечный коллектор: 1 - защитное стекло; 2 - рама (стальной уголок); 3 - дно (оргалит толщиной 5 мм); 4 и 7 - стенки короба коллектора (доска сечением 120*25 мм); 5 - стальная накладка (полоса сечением 2,5*20 мм); 6 - накладка-уголок; 8 - усиление днища (деревянный брусок сечением 30*50 мм); 9 - соединительная муфта; 10 - трубка радиатора; 11 - приемная труба радиатора; 12 - хомут крепления радиатора; 13 - теплоотражатель (оцинкованное кровельное железо или белая жесть); 14 - теплоизолятор (пенопласт, стекло- или шлаковата)
Соединение труб выполняется стандартным способом с помощью муфт, тройников и уголков, с уплотнением пенькой и краской.
Накопительный бак и аванкамера
В качестве накопителя (теплоаккумулятора) можно использовать любую подходящую емкость объемом 200-300 литров — бак, бочку. Если одной емкости недостаточно, несколько бочек соединяются трубами в общую систему. Накопитель необходимо тщательно утеплить. Идеальный вариант — поместить бак в деревянный или фанерный короб, а пространство между стенками заполнить теплоизолятором (пенопласт, шлаковата, опилки). Сам бак и короб также полезно окрасить «серебрянкой».
Аванкамера — это ключевой элемент для создания стабильного низкого давления в системе (около 0.1 атмосферы). По аналогии с автомобилем, это расширительный бачок. Ее можно сделать из любой емкости на 30-40 литров (бидон, большая кастрюля). В аванкамере устанавливается поплавковый клапан от сливного бачка унитаза, который обеспечивает автоматическую подпитку системы водой.
Монтаж и запуск системы
Сборку начинают с размещения на чердаке дома утепленного накопителя и аванкамеры. Важно убедиться, что перекрытия выдержат значительный вес бака, заполненного водой. Уровень воды в аванкамере должен быть на 0.8-1 метр выше, чем в накопителе.
Солнечные коллекторы устанавливаются с южной стороны под углом 35-45 градусов к горизонту. Интересно, что их можно интегрировать прямо в конструкцию кровли дома, бани или веранды.
Для монтажа трубопроводов понадобятся трубы двух диаметров: полудюймовые для высоконапорного участка (от водопровода до аванкамеры) и дюймовые — для низконапорной части системы. Крайне важно обеспечить герметичность всех соединений и избежать образования воздушных пробок. Все трубы также рекомендуется теплоизолировать (например, поролоном) и покрасить «серебрянкой».
Заполнение системы водой производится через дренажные вентили в нижней части радиаторов — это помогает выгнать воздух. Заполнение считается завершенным, когда вода потечет из дренажной трубы аванкамеры.
Принцип работы и эксплуатация
После подключения аванкамеры к водопроводу и настройки поплавкового клапана система готова к работе. Под действием солнечных лучей вода в радиаторах нагревается и по принципу термосифона поднимается в верхнюю часть накопителя, вытесняя оттуда холодную воду в нижнюю часть коллектора. Циркуляция продолжается до выравнивания температур.
При расходовании горячей воды из накопителя уровень в аванкамере падает, клапан открывается и подпитывает систему холодной водой, которая поступает в нижнюю часть бака, не смешиваясь с горячей.
Важный момент: ночью, когда температура на улице падает, термосифонный эффект может начать работать в обратную сторону, «отапливая» улицу. Чтобы этого избежать, в систему необходимо врезать вентиль на трубе, идущей от коллектора к накопителю, и перекрывать его на ночь.
Подводку воды к точкам потребления (мойка, душ) обязательно нужно делать через смесители. В ясную погоду вода может нагреваться до 80°C, и без разбавления холодной пользоваться ею будет невозможно. Смесители также помогают экономить драгоценную горячую воду.
Если производительности двух коллекторов окажется недостаточно, систему легко масштабировать, добавив дополнительные секции.
Материал подготовлен командой сайта: https://modelist-konstruktor.com/
Станислав СТАНИЛОВ