Вода, ветер
и солнце — самые доступные и неисчерпаемые источники
энергии, которые природа дарит человеку. Не случайно
к ним в последние годы снова обращается самое
пристальное внимание как науки и промышленности, так
и энтузиастов технического творчества,
самодеятельных конструкторов. О некоторых из
создаваемых ими «домашних» устройствах с
использованием ветра и солнца мы уже рассказывали в
наших публикациях раздела КДМ и «Малая механизация».
Сегодня знакомим вас с нагревательной солнечной
установкой, сконструированной болгарским инженером
Станиславом Станиловым.
Без горячего водоснабжения сегодня обойтись трудно.
Нужно ли помыть посуду или автомобиль, принять душ
или вымыть пол — во всех этих случаях нужна теплая
вода. Хорошо тем, у кого дом централизованно
снабжается ею; а как быть владельцам индивидуальных
домиков, дач? Можно, конечно, соорудить
печь-«котельную», однако она потребует немало
топлива. Между тем не только летом, но даже в
холодную пору весны и осени можно обеспечить дом
горячей водой без затрат даже самых минимальных
количеств топлива. Для этого достаточно сделать
водонагреватель, работающий от... солнца.
Гелиокотельная не слишком сложна: в конструкцию
входит солнечный коллектор, состоящий в
данном случае из двух одинаковых блоков (при
необходимости количество блоков можно увеличить),
накопитель горячей воды и аванкамера. При
проектировании солнечного водонагревателя
использовалось несколько хорошо известных 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 преодолеть обратно
прозрачную «крышу» установки. А в гидравлической
системе служит термосифонный эффект, то есть
свойство жидкости при нагревании подниматься вверх,
вытесняя при этом более холодную воду и заставляя ее
перемещаться к месту нагрева. Следует также
отметить, что при разработке учитывался и эффект
накопления и сохранения тепловой энергии: в
установке «уловленная» солнечная энергия,
преобразованная в тепловую, аккумулируется и
сохраняется длительное время.
Разумеется,
основополагающим принципом при проектировании был
«сделай сам»: все составные элементы водонагревателя
должны быть доступны для изготовления своими силами
и из таких полуфабрикатов или сырья, материалов,
которые можно приобрести в открытой продаже либо
подобрать из металлолома.
Итак,
немного об устройстве
солнечного водонагревателя и о принципе его
работы.
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 или на 3/4
дюйма, а для решетки лучше использовать тонкостенные
трубы меньшего диаметра — например, труба Ø16X1,5
мм. Всего для одной решетки требуется 15 таких труб
длиной около 1600 мм.
Короб
коллектора — деревянный, собран из досок толщиной
25...30 мм и шириной 120 мм. Днище короба — из
фанеры или же оргалита, оно усилено рейками сечением
30X50 мм. Короб тщательно теплоизолируется; сделать
это можно с помощью упаковочного или строительного
пенопласта: он укладывается на дно, поверх него
закрепляется лист белой жести или оцинкованного
кровельного железа, и сверху укладывается радиатор.
Закрепляется радиатор в коробе хомутами из стальной
полосы.
Трубы
радиатора и металлический лист на дне короба
окрашиваются черной матовой краской. Покровное
стекло желательно герметизировать, с тем, чтобы
потери тепла за счет конвекции были минимальными. С
внешней стороны короб желательно окрасить
серебрянкой, с тем чтобы уменьшить потери на
теплоизлучение.
Все
соединения — как сварные, так и резьбовые — должны
быть строго герметичными. Соединение труб —
стандартное, с помощью муфт, тройников и уголков с
герметизацией пенькой и краской.
Накопителем
теплоносителя может служить бак емкостью 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 (или емкостей) в дощатом
или же 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 —
800...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: его можно приобрести в магазинах
сантехнических изделий.
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.
Аванкамера
размещается поблизости от накопителя таким образом,
чтобы уровень воды в ней превышал уровень воды в
накопителе на 0,8-1 м.
Солнечные коллекторы
располагаются с южной стороны дома под углом от 35
до 45° к горизонту. Размещать их лучше всего так,
чтобы эти панели стали естественной кровлей дома 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
также вывод нагретой воды из накопителя: «дюймовые»
используются для низконапорной части нагревателя.
Следует
отметить, что работоспособность системы в
значительной степени зависит от ее герметичности и
от отсутствия воздушных пробок, поэтому к монтажу
трубопроводов следует отнестись особенно аккуратно.
Все трубы желательно также окрасить серебрянкой и
тщательно теплоизолировать — например, с помощью
поролона и полиэтиленовой ленты, которой полосы
поролона прибинтовываются к трубе. Завершив эту
операцию, лучше 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, которая поступит в радиатор. Процесс
происходит непрерывно — до тех пор, пока температура
воды, поступающей в радиатор, не сравняется с
температурой воды, поступающей из радиатора. При
расходовании воды из накопителя уровень ее в
аванкамере понизится; тогда сработает поплавковый
клапан и дольет воду в аванкамеру. Холодная вода из
аванкамеры поступит в нижнюю часть накопительной
емкости, поэтому перемешивания воды практически не
происходит. Теплая же вода забирается из самой
верхней части накопителя.
Следует
помнить, что в ночное время, когда температура на
улице меньше, 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 к мойке или к душу можно произвести с помощью
стандартных смесителей. Мера эта отнюдь не лишняя: в
солнечную погоду температура воды может достигать
80°, и пользоваться такой водой затруднительно. К
тому же смесители позволят существенно экономить
горячую воду.
В случае,
если производительность
солнечного водонагревателя не устроит вас,
ее можно значительно увеличить, вводя в тепловую
цепь дополнительные секции солнечных коллекторов
— блочная конструкция установки вполне позволяет
сделать это.
Рис. 1. 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.
Рис. 2. 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.
Рис. 3.
Солнечный коллектор: 1 — защитное стекло, 2
— рама (стальной уголок), 3 — дно (оргалит
толщиной 5 мм), 4, 7 — стенки короба коллектора
(доска сечением 120X25 мм), 5 — стальная
накладка (полоса сечением 2,5X20 мм), 6 —
накладка-уголок, 8 — усиление днища (деревянный
брусок сечением 30X50 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).