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.
По материалам журнала «Направи сам» (НРБ)
