Летний душ с солнечным коллектором. Схема, описание

Бесплатная техническая библиотека

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Бесплатная библиотека / Схемы радиоэлектронных и электротехнических устройств

Летний душ с солнечным коллектором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная техническая библиотека

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

Комментарии к статье

В статье рассмотрена конструкция и методика изготовления летнего душа с солнечным коллектором. Установка рассчитана на изготовление в домашних условиях и использование только широкодоступных материалов. Статья предназначена для счастливых обладателей собственных домов и дач, не утративших интерес к техническому творчеству.

Мыслию по древу

Как только у меня появился свой дом, так сразу в душе проснулся юный техник, а в памяти всплыли одноименные журналы 60-х с массой чрезвычайно полезных и интересных конструкций, где шел разговор и об использовании солнечной энергии. Но, как у нас водится, любое переселение начинается с большого ремонта, и мой случай - не исключение. Работа на крыше в погожий летний день очень способствует раздумьям о возможностях использования такого количества бесхозной энергии. А окончательный толчок к изготовлению этой конструкции я получил, усевшись на большой черный сапожный нож, пролежавший на солнце пару часов.

Если говорить серьезно, то использование солнечной энергии могло бы дать вполне ощутимую экономию электроэнергии и газа (во всяком случае, в нашем регионе - юг Украины). Тенденции к снижению цен на энергоносители не наблюдается, поэтому есть смысл подумать об экономии за ранее. Осенью, после затихания строительной горячки, я решил заняться этим вопросом более серьезно. Как оказалось, в сети доступно достаточно много литературы по этому вопросу [1], [2], [3]. Внимательно изучив все, до чего мне удалось добраться, я пришел к выводу, что наиболее эффективно и технически просто реализовать нагрев воды в бойлере с включением его в общую систему горячего водоснабжения дома. Варианты, связанные со значительными конструктивными переделками строения сразу отбрасывались, а использование фотоэлектрических преобразователей - слишком дорого и менее эффективно. После проведения предварительных расчетов выяснилось, что это будет довольно грандиозная конструкция. Кроме того, сразу же возникла масса технических вопросов, связанных с изготовлением солнечного коллектора. В книжках много сказано, что надо делать, но не сказано как. Поэтому я решил потренироваться на "кошечках" и соорудить для начала летний душ для проверки правильности расчетов и вариантов конструкции.

Работа душа планировалась в "импульсном" режиме - днем нагрев, а вечером - дружное плескание всей семьи под душем. Прикидывая необходимые размеры коллектора, я исходил из то го, что температура воды в водопроводе (в теплое время года) 15-20°С, а желаемая температура в бойлере - около 40°С. Следовательно, необходимо было поднять температуру 60-80 литров воды на 20-25°С. Расчет получился весьма приблизительным, так как при вникании в методику расчета выяснилось, что существует очень много приблизительных коэффициентов (я не специалист в области теплотехники, и "чувство хвоста" в этой области еще не развилось). В итоге я получил необходимую площадь коллектора в районе 0,5-0,7 м2. Руководствуясь книжной мудростью, законами физики и здравым смыслом, я приступил к проектированию.

Солнечный коллектор

Собственно говоря, это основной элемент гелиоустановки и основная головная боль. После ознакомления с ценами на заводские изделия интерес к ним у меня сразу пропал, я решил сделать его сам. Хотелось сделать коллектор попроще, подешевле, получше и без использования станочного оборудования и углекислотной сварки. Сначала я носился с идеей использовать штампованый плоский радиатор (почерпнутой в одной из книжек) но, как оказалось, их давно не выпускают. В своих поисках я переместился на барахолку, там я их тоже не нашел, зато наткнулся на великолепную алюминиевую бочку - узкую и высокую, напоминающую гигантский палец (конечно, купил). Собирать нагревательную панель на резьбе из водопроводных труб и тройников мне не хотелось - и большой вес, и низкая коррозионная стойкость, и значительное повышение гидравлического со противления из-за большого количества тройников с резкими скачками проходного сечения. В общем, над идеей нависла мрачная тень.

Проблема решилась, когда я забрел в магазин сантехники и увидел медную трубу для систем отопления. Это было то, что надо - высокая коррозионная стойкость, простота сборки (пайка), разумно сделанные фитинги - практически без скачков проходного сечения. Один раз посетив хороший магазин, вы приобретете 90% необходимых материалов для всей гелиоустановки.

Конструкция солнечного коллектора показа на рис. 1. Трубы гидравлических коллекторов холодной и горячей воды изготовлены из отрезков трубы диаметром 18 мм и тройников, нагревательные трубки имеют диаметр 15 мм. Для подключения к системе используются переходы на резьбу 3/4", два других конца заглушены. К нагревательным трубкам припаян стальной лист толщиной 0.8мм. На изготовление солнечного коллектора ушло 20 тройников, 5 метров трубы диаметром 15мм, 1,5 метра трубы диаметра 18 мм, две заглушки и две переходные муфты. Кроме этих материалов понадобится роликовый труборез, припой с флюсом и самая дешевая газовая горелочка, все это приобретается в том же магазине сантехники.

Рис.1 (нажмите для увеличения)

Изготовление нагревательной панели начинается с нарезки нужного количества трубок, после этого в два тройника впаивается первая нагревательная трубка и промежуточные трубки, далее на промежуточные трубки надеваются следующие два тройника с вставленной (но не припаянной) нагревательной трубкой, и все соединения пропаиваются, и так далее. В последнюю очередь впаиваются заглушки и переходные муфты. Сборку следует вести на ровной плоскости, то есть после установки очередной пары тройников, всю конструкцию следует уложить на плоскость и выровнять, а потом уже паять (лучше паять прямо на плоскости, если она это выдержит). Пайка производится следующим образом: на конец трубы наносится тонким слоем поясок флюс-припоя шириной 10-15 мм, труба вставляется в тройник (муфту) и место спая прогревается горелкой до расплавления припоя.

После этого к нагревательным трубкам припаивается металлический лист, это самая сложная и неприятная часть работы. Во-первых, следует запастись достаточным количеством обычного припоя, во-вторых, наложив теплообменник на лист, следует отметить места, где проходят нагревательные трубки, и их облудить. Удобно паять, поставив всю конструкцию под углом и одновременно орудуя мощным (90 ватт) паяльником и газовой горелкой. Перед пайкой, лист надо прижать к трубкам, я использовал несколько струбцин, переставляя их по мере надобности. Можно просверлить в листе отверстия диаметром 1-1,5мм и притянуть их проволокой. Трубки надо припаять по всей длине с обеих сторон, не жалея припоя. Завершив пайку, следует провести гидравлические испытания, например, заглушив один выход, а второй подключив к водопроводу. Нигде и ничего не должно течь и капать. Готовую нагревательную панель окрашивают черной матовой термостойкой краской в два слоя, краска продается в аэрозольной упаковке в любом магазине хозтоваров. В последнюю очередь устанавливают тройник 10 и переход 1.

Готовую панель помещают в деревянный ящик (рис. 2). Ящик собран в шип из четырех досок толщиной 25 мм. Перед сборкой вдоль длинных сторон досок с обеих сторон выбирают рубанком паз глубиной 6мм и шириной 6-8 мм. Для повышения жесткости коробки заподлицо с нижним краем пазов в углы коробки вклеиваются деревянные бруски 30х30 мм, два таких же бруска длиной 300-400 мм приклеивают (приблизительно по центру) изнутри вдоль длинной стороны ко робки со стороны установки задней крышки. Они служат для крепления задней крышки ящика, изготовленной из куска фанеры толщиной 6 мм.

Рис.2 (нажмите для увеличения)

Для прохода входного и выходного патрубков, в ящике вырезают пазы. Делать это лучше по месту, закрепив предварительно нагревательную панель. Для склеивания ящика следует использовать хороший водостойкий клей, вполне подходят "Жидкие гвозди". После изготовления и подгонки всех частей ящика они были пропитаны водоотталкивающим составом (торговое название "Полифлюид") и окрашены синтетической эмалью два раза.

Сборку коллектора производят в таком порядке:

На задней крышке крепят шурупами четыре деревянных проставки толщиной 50 мм (следует следить, чтобы проставка не попала под нагревательную трубку).
На крышку укладывают слой стекловаты с припуском 90-100 мм, напротив проставок стекловату раздвигают.
Устанавливают нагревательную панель на проставки, и крепят ее к ним шурупами.
Вставляют заднюю крышку в ящик, и крепят крышку шурупами к брускам.
Расправляют стекловату вдоль стенок ящика, и закрепляют ее в нескольких местах тонкими гвоздями с широкими шайбами.
Устанавливают на силиконовом герметике защитное стекло.
Задувают строительной пеной места прохода патрубков.

Эквивалентная площадь нагрева солнечного коллектора - ~0,5 м2.

Сборка гелиоустановки

Полная схема гелиоустановки показана на рисунке 3. Гелиоустановка одноконтурная, термосифонного типа и рассчитана на постоянное подключение к магистрали питающей воды. Такая схема многократно описана, и я не буду повторяться, а основное внимание уделю ее техническому воплощению.

О баке - накопителе я уже упоминал, это алюминиевая бочка, которая после переделки имеет емкость приблизительно 0,3 м2. Исходно емкость бочки была около 0,5 м2, мне это показалось многовато и я, обливаясь слезами, уменьшил ее высоту на 0,8 м. Для теплоизоляции бак обернут двумя слоями минеральной ваты толщиной 50 мм. Поверх ваты уложено два слоя гидроизоляционной ткани, ткань закреплена тонкой вязальной проволокой. Сверху положен кружок рубероида (в виде юбочки) и тоже закреплен вязальной проволокой. Конечно, алюминиевая бочка - это роскошь (просто повезло), вполне подойдет и стальная емкость, окрашенная изнутри водостойкой краской. Можно попробовать и полиэтиленовую емкость, но при постоянном нахождении на улице их долговечность не очень велика. Общее требование к любому типу бака: он должен быть узким и высоким.

Штуцера в баке изготовлены из оцинкованных сгонов длиной 100-150мм. Для подключения солнечного коллектора используются сгоны на 3/4", для штуцера подачи питающей воды - 1/2". Конструкция штуцера показана на рисунке 4. Здесь единственной возможной проблемой могут быть шайбы большого диаметра. В магазинах таких не было, я нашел подходящие на барохолке. Отверстия в баке сначала сверлятся, а потом доводятся до необходимого диаметра напильником.

Рис.4 (нажмите для увеличения)

Трубопроводы изготовлены из металлопластиковой трубы, работа с ней не вызывает каких-либо проблем и не требуется какой-то специальный инструмент (кстати, она прекрасно режется роликовым труборезом). При больших радиусах сгиба можно обойтись и без гибочной пружины. Еще одно ее положительное свойство: малое гидравлическое сопротивление. Для теплоизоляции труб используется стандартный теплоизоляционный рукав (покупается там же, где и труба).

В качестве автоматического клапана питающей воды используется поплавковый клапан от сливного бачка унитаза. При выборе клапана не стоит экономить - во-первых, клапан должен быть надежным, чтобы не лазить каждую неделю наверх и, во-вторых, при его открывании вода должна вытекать преимущественно из выходного отверстия, а не лететь во все стороны. На выходной патрубок клапана надета пластиковая трубка, достающая до дна бака. При отборе воды, холодная вода поступает на дно бака и вытесняет горячую воду наверх.

Выходной патрубок изготовлен из куска оцинкованной трубы с нарезанной на одном его конце резьбой 1/2" длиной 150 мм. Труба уплотняется в днище бака аналогично уплотнению штуцеров, на оставшийся конец резьбы накручивается стандартный шаровой клапан (желательно с длинной ручкой). Соответственно, в клапан вворачивается лейка. По-видимому, лучшим решением было бы использование плавающего водозаборника и отбор воды из верхних слоев. Но я не нашел достаточно гибкой и надежной трубки, а менять трубку каждый сезон мне не хотелось. При эксплуатации гелиоустановки выяснилось, что в жаркий день температура воды для мытья слишком высока, выпускной патрубок был слегка модифицирован. Между выпускным патрубком и клапаном был установлен тройник. В него от дополнительного штуцера, установленного в днище бака, через гибкий шланг и кран подается более холодная вода. Получилось некое подобие смесителя.

Солнечный коллектор установлен под углом 45° и направлен точно на юг. Общий вид гелиоустановки показан на рисунке 5.

Летний душ с солнечным коллектором
Рис.5

Конструкция душевой кабинки - произвольная, но она должна выдержать суммарный вес полного бака и ваш. Я сварил каркас кабинки из трубы диаметром 40 мм и угольника 40х40, пол и крыша сделаны из доски толщиной 40 мм. Конструкция имеет значительный излишний запас прочности, но у меня есть дальнейшие виды на перспективы ее использования.

Хочу вам заметить, что размеры, указанные на рисунке 5, не догма и носят рекомендательный характер. Чтобы система хорошо работала надо выполнить три главных условия:

обеспечить хорошую теплоизоляцию всех частей установки,
обеспечить минимальные гидравлические сопротивления,
обеспечить максимальный перепад высот между входным патрубком солнечного коллектора (12) и штуцером горячей воды (9), установленном на баке.

Результаты

Установка эксплуатируется два сезона, никаких проблем не возникало и никакого обслуживания не требовалось (естественно, осенью вода сливается, и все краны открываются, весной проделывается обратная операция). Косвенно вычисленное КПД установки около 0,38 (планируется проведение более точных измерений для солнечного коллектора). После заполнения установки водой или после затяжных дождей, установка входит в режим в течение нескольких дней. Душем можно пользоваться, начиная с мая месяца и по октябрь. Весной и осенью, температура воды, в районе выходного патрубка, колеблется от 25 до 30°С. Определенная промашка вышла с кабинкой, я ее сделал чересчур открытой, и хотя вода довольно теплая, но воздух по вечерам бывает холодный, рекомендую учесть. В летние месяцы, при переменной облачности (можно с коротким дождиком) температура воды 34-37°С, в жаркие дни доходит до 42-45°С. Количества горячей воды вполне достаточно, чтобы могли нормально помыться 3-4 человека (иногда друзья тестируют).

Расход газа летом заметно снизился, газовая колонка практически не используется, потребление газа не превышает 4-5 м3 в месяц. В общем, поставленная задача была решена удовлетворительно - для изготовления гелио установки использовались только покупные широко распространенные материалы, никаких ста ночных работ не потребовалось, горячей водой для мытья (задаром) мы обеспечены все лето. Я удовлетворен результатами, получил положительный импульс для дальнейшей работы в направлении использования дармовой природной энергии, и страшно горжусь содеянным.

Литература

1. Сабади П.Р. Солнечный дом, М.: Стройиздат, 1981.
2. Системы солнечного тепло и хладоснабжения, под ред. Сарнацкого Э.В., Чистовича С.А., М.: Стройиздат, 1990.
3. Харченко Н.В., Индивидуальные солнечные установки.
4. Артюшенко Н.М., Отопление индивидуальных домов, К,: Будiвельник, 1980.

Автор: Евгений Карпов

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Искусственная кожа для эмуляции прикосновений 15.04.2024

В мире современных технологий, где удаленность становится все более обыденной, сохранение связи и чувства близости играют важную роль. Недавние разработки немецких ученых из Саарского университета в области искусственной кожи представляют новую эру в виртуальных взаимодействиях. Немецкие исследователи из Саарского университета разработали ультратонкие пленки, которые могут передавать ощущение прикосновения на расстоянии. Эта передовая технология предоставляет новые возможности для виртуального общения, особенно для тех, кто оказался вдали от своих близких. Ультратонкие пленки, разработанные исследователями, толщиной всего 50 микрометров, могут быть интегрированы в текстильные изделия и носиться как вторая кожа. Эти пленки действуют как датчики, распознающие тактильные сигналы от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, передающие эти движения ребенку. Прикосновения родителей к ткани активируют датчики, которые реагируют на давление и деформируют ультратонкую пленку. Эта ...>>

Кошачий унитаз Petgugu Global 15.04.2024

Забота о домашних животных часто может быть вызовом, особенно когда речь заходит о поддержании чистоты в доме. Представлено новое интересное решение стартапа Petgugu Global, которое облегчит жизнь владельцам кошек и поможет им держать свой дом в идеальной чистоте и порядке. Стартап Petgugu Global представил уникальный кошачий унитаз, способный автоматически смывать фекалии, обеспечивая чистоту и свежесть в вашем доме. Это инновационное устройство оснащено различными умными датчиками, которые следят за активностью вашего питомца в туалете и активируются для автоматической очистки после его использования. Устройство подключается к канализационной системе и обеспечивает эффективное удаление отходов без необходимости вмешательства со стороны владельца. Кроме того, унитаз имеет большой объем смываемого хранилища, что делает его идеальным для домашних, где живут несколько кошек. Кошачий унитаз Petgugu разработан для использования с водорастворимыми наполнителями и предлагает ряд доп ...>>

Привлекательность заботливых мужчин 14.04.2024

Стереотип о том, что женщины предпочитают "плохих парней", долгое время был широко распространен. Однако, недавние исследования, проведенные британскими учеными из Университета Монаша, предлагают новый взгляд на этот вопрос. Они рассмотрели, как женщины реагируют на эмоциональную ответственность и готовность помогать другим у мужчин. Результаты исследования могут изменить наше представление о том, что делает мужчин привлекательными в глазах женщин. Исследование, проведенное учеными из Университета Монаша, приводит к новым выводам о привлекательности мужчин для женщин. В рамках эксперимента женщинам показывали фотографии мужчин с краткими историями о их поведении в различных ситуациях, включая их реакцию на столкновение с бездомным человеком. Некоторые из мужчин игнорировали бездомного, в то время как другие оказывали ему помощь, например, покупая еду. Исследование показало, что мужчины, проявляющие сочувствие и доброту, оказались более привлекательными для женщин по сравнению с т ...>>

Случайная новость из Архива

Cпецификация P2PE V2 сделает воровство данных карт бессмысленным 14.07.2015

Отраслевая организация Payment Card Industry Security Standards Council (PCI SSC) опубликовала важное обновление одного из восьми стандартов защиты, связанных с использованием платежных карт.

По словам PCI SSC, обновление упростит разработку и использование решений, обеспечивающих шифрование данных по принципу Point-to-Point Encryption (P2PE). В случае P2PE шифрование выполняется устойчивым к взлому модулем непосредственно в точке считывания, что делает данные с карты недоступными для обычных методов считывания и снижает ценность украденных данных для злоумышленника.

Спецификация PCI Point-to-Point Encryption Solution Requirements and Testing Procedures Version 2.0 предназначена для поставщиков компонентов P2PE и сервисов, которые выполняют запросы P2PE, и могут быть встроены в решения P2PE. Наряду с сертифицированными решениями и приложениями P2PE, организация PCI Council будет вести список сертифицированных компонентов P2PE, упрощая для интеграторов их выбор.

Кроме того, новая версия стандарта дает торговым компаниям возможность реализовывать собственные решения P2PE и управлять ими самостоятельно в торговых точках.

Другие интересные новости:

▪ Игровые 4K-телевизоры Tohiba Z870 MiniLED

▪ Память Samsung DRAM CXL 2.0 128 ГБ

▪ Двухсимочные смартфоны Panasonic P50 Idol и P65 Flash.

▪ Дровяная печка с электроникой

▪ Армейский электромобиль с водородным топливным элементом

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Эффектные фокусы и их разгадки. Подборка статей

▪ статья Пастернак Борис Леонидович. Знаменитые афоризмы

▪ статья Чем отличаются друг от друга брокер, дилер, маклер? Подробный ответ

▪ статья Фрезерует токарный станок. Домашняя мастерская