Самодельный солнечный водонагреватель
Многие садоводы-огородники, даже имея на своих приусадебных участках водопровод с холодной водой, обычно испытывают недостаток в воде горячей. Ведь газ и электричество достаточно дороги. Это обстоятельство побудило меня разработать простой, надежный и экономичный солнечный водонагреватель. Солнце-то светит и греет пока бесплатно. Решение пришло не сразу. Просмотрел много справочной и учебной литературы, кучу научно-популярных журналов. Рассмотрел несколько вариантов, из которых выбрал самый оптимальный.
Основой моего водонагревателя является солнечный теплогенератор, состоящий из двух тонкостенных стальных штампованных окрашенных в черный цвет радиаторов, помещенных в обтянутый полиэтиленовой пленкой деревянный ящик. В работе теплогенератора используется эффект "горячего ящика", то есть прямой нагрев воды солнечной радиацией.
На рис. 1 показана схема водонагревателя. Циркуляцию воды в нагревательном контуре обеспечивает свойство жидкостей при повышении температуры изменять (снижать) свою плотность. Поэтому нагретая жидкость поднимается вверх, уступая свое место холодной воде. Понятно, процесс нагрева воды происходит, пока светит и греет солнце.
Рис. 1. Гидравлическая схема солнечного водонагревателя: 1 - сливной вентиль; 2 - радиаторы (солнечный генератор); 3 - обратная "холодная" труба; 4 - подающая "горячая" труба; 5 - дренажная труба; 6 - аккумуляторный бак; 7 - питательный бак; 8 - шаровой поплавковый кран; 9 - водопровод; 10 - холодная вода; 11 - смеситель; 12 - труба подпитки аккумуляторного бака; 13 - труба подвода горячей воды
В данной гидравлической схеме предусмотрено автоматическое поддержание постоянного уровня воды в емкостях. Так, при расходовании воды из аккумуляторного бака (см. рис. 1) уровень ее в питательном баке понижается и тогда срабатывает поплавковый шаровый клапан, в результате чего питательный бак начинает заполняться холодной водой из водопровода. Из питательного бака холодная вода (согласно закону "сообщающихся сосудов") через трубу подпитки поступает в нижнюю часть аккумуляторной емкости, так что вода в этих баках устанавливается на одном уровне. Отметим, что трубу подпитки аккумуляторного бака вводят (вваривают) в нижнюю часть бака, а так как теплая вода находится в верхней части бака, то перемешивания в нем воды практически не происходит. Теплую же воду забираем из верхней части аккумуляторного бака через трубу подвода горячей воды к смесителю.
Хорошо, когда вода в водопроводе есть постоянно, но при частых перебоях в водоснабжении, особенно при использовании воды для полива несколькими потребителями одновременно, возникают определенные трудности. Понятно, что при использовании горячей воды, последняя в смеситель будет подаваться до тех пор, пока уровень воды в аккумуляторном баке не станет ниже уровня врезки трубы подвода горячей воды к смесителю. Чтобы забирать оставшуюся воду, я придумал несложное устройство. К концу трубы подачи горячей воды к смесителю (труба выступает за внутреннюю поверхность стенки аккумуляторного бака на 50...60 мм), приварил штуцер диаметром полдюйма и надел на него гибкий резиновый шланг (рис. 2). В свою очередь, в свободный конец шланга вставил металлическую изогнутую трубку и прикрепил "скотчем" к трубке и шлангу поплавок, в качестве которого взял полиэтиленовую бутылку. В жаркую солнечную погоду вода в моем "горячем ящике" нагревается до 75°С Правда, к утру она остывает до 40...50°С, так что все равно в любое время можно принять душ.
Рис. 2. Устройство забора горячей воды из аккумуляторного бака: 1 - поплавок (пластиковая бутылка); 2 - водозаборная трубка; 3 - гибкий шланг
В ночное время, когда температура воздуха понижается, солнечный водонагреватель начинает "отапливать улицу", то есть происходит перекачка теплоты из аккумуляторного бака к радиаторам. Поэтому для сохранения температуры нагретой воды в аккумуляторном баке на более длительный срок в гидросистеме предусмотрен вентиль, препятствующий циркуляции воды между аккумуляторным баком и радиатором (вентиль перекрывают на ночь). (Нужно ли? - Примечание редактора). Аккумуляторный бак со всех сторон желательно теплоизолировать. Идеальный вариант - разместить бак в деревянном коробе, заполнив свободное пространство между стенками короба и бака утеплителем: пенопластом, сухими древесными опилками, мхом, даже соломой.
Монтаж водонагревательной установки начинают с подбора емкостей для баков. При максимальном водоразборе в жаркий день из аккумуляторного бака обычно удается получить (вытеснить) примерно 125 л горячей воды температурой 75°С. Следовательно, аккумуляторный бак должен быть объемом больше 125 л. Конечно, и питательный бак желательно иметь не меньшей емкости, так как в противном случае последние порции воды не успеют нагреться в теплогенераторе до нужной температуры.
Напорные емкости (оба бака) устанавливают на металлической конструкции из старых труб диаметром не менее 50 мм. Баки располагают на 500...700 мм выше смесителя, что позволит создать в гидросистеме душа постоянное не слишком высокое давление.
Емкости выполняют из листовой стали толщиной 2 мм, но подойдут и стальные бочки подходящего объема. Масса накопительного и питательного баков, заполненных водой, весьма значительна, так что следует убедиться, что несущая конструкция установки имеет достаточный запас прочности и выдержит общую массу напорных емкостей.
Наружные и внутренние поверхности баков очищают от ржавчины, грунтуют и окрашивают масляной краской. Чтобы в емкости не попадал разный мусор (пыль, листья и др.), их накрывают щитами из досок или деревянными рамами, обтянутыми полиэтиленовой пленкой.
Подпитывающим устройством, позволяющим работать установке в автоматическом режиме, управляет поплавковый клапан (шаровой кран), который применяют в обычных смывных бачках, так что его легко приобрести в сантехническом отделе хозяйственных магазинов. Способ заполнения напорных емкостей водой зависит от местных условий и может осуществляться либо от водопроводной сети либо из резервного бака с помощью насоса, либо простым ведром, установив для этого приставную лестницу.
Теплогенератор ("горячий ящик") моего нагревателя выполнен из двух тонкостенных стальных радиаторов (рис. 3). Сгруппированные секции радиаторов окрашены в черный матовый цвет и помещены в деревянный ящик (короб), боковые стенки которого собраны из строганных досок толщиной 20...25 мм и шириной 80 мм. Днище ящика, зашитое оргалитом или же фанерой, усилено четырьмя брусками сечением 30 х 40 мм. Дно короба тщательно теплоизолируют. Утеплитель (пенопласт, сухие древесные опилки, поролон и т.д.) кладут на дно короба, накрывают листом оргалита или упаковочного картона, а сверху размещают секции радиаторов, соединенных между собой стандартными сгона-ми, муфтами, уголками, тройниками и крестовиной на 3/4 дюйма, так как диаметр входных и выходных патрубков радиатора как раз 3/4 дюйма. Радиаторы в коробе крепят к ребрам жесткости (брускам) болтами М10. Углы короба усилены с наружной стороны металлическими полосками сечением 2,5 х 10 мм.
Рис. 3. Конструкция "горячего ящика" (солнечного коллектора): 1 - короб; 2 - обратная "холодная" труба; 3 - подающая "горячая" труба; 4 - стальные радиаторы; 5 - ребра жесткости (бруски); 6 - дренажный вентиль; 7 - оргалит; 8 - утеплитель (защитный экран не приведен)
Защитный экран на коробе выполнен из полиэтиленовой пленки, которую крепят на коробе при помощи драночных реек и небольших гвоздей. Операцию по обтяжке короба пленкой выполняют очень аккуратно, чтобы обеспечить герметичность соединений, уменьшая тем самым потери тепла радиаторами в результате конвекции. Внутреннюю поверхность короба обязательно следует пропитать олифой или отработанным автомобильным маслом, так как под пленкой накапливается конденсат, что создает благоприятные условия для коррозии металлических элементов солнечного генератора и способствует гниению деревянной конструкции короба изнутри. С наружной стороны короб желательно окрасить серебрянкой или какой-либо светлой краской, чтобы уменьшить потери на теплоизлучение.
Короб солнечного генератора устанавливают с южной стороны участка под углом 30...45° к горизонту, чтобы большую часть дня солнечные лучи падали на поверхность радиатора под углом, близким к прямому. Для этого следует обеспечить возможность поворачивать теплогенератор как по вертикали, так и по горизонтали. Степень наклона плоскости радиаторов зависит от географической широты места, где расположен солнечный водонагреватель. Для соединения отдельных элементов солнечного водонагревателя в единую рабочую систему, понадобится поливочный шланг и полдюймовые трубы. При монтаже установки выдерживают минимальные уклоны труб для слива воды из системы. При помощи штуцеров, а также переходников с резьбами 1/2 дюйма и 3/4 дюйма батареи солнечного теплогенератора подсоединяют гибкими шлангами к аккумуляторному баку с нагретой водой. Шланги на штуцерах закрепляют хомутами.
Надежность работы системы в значительной степени определяется герметичностью резьбовых соединений, а также воздушными пробками (появление последних в трубопроводах препятствуют свободной циркуляции воды). Поэтому к монтажу системы трубопроводов следует отнестись с особой аккуратностью и ответственностью. Все резьбовые соединения герметизируют, применяя пеньковую или льняную подмотку на краске или ленту из фторопласта. Улучшению естественной циркуляции воды в системе способствует теплоизоляция подающей "горячей" трубы (см. рис. 1), например, поролоном, полосы которого с помощью "скотча" прибинтовывают к трубе. Завершив эту операцию, постарайтесь покрасить "забинтованную" трубу серебрянкой.
Заполнение системы водой лучше всего производить через сливной вентиль (см. рис. 1), находящийся в нижней части теплогенератора. В этом случае будет стопроцентная гарантия, что в трубах не образуются воздушные "пробки", возникающие из-за того, что при монтаже трубопроводов не выдержаны "уклоны" или имеются даже "контруклоны". Процесс заполнения системы водоподготовки заканчивают, когда из дренажной трубы польется вода. Далее подсоединяем питательный бак к водопроводу с холодной водой и открываем расходный вентиль на водопроводе (см. рис. 1). Регулируя (подгибая) держатель поплавка шарового клапана, добиваемся оптимального уровня воды в питательном баке.
Холодную и горячую воду в душе смешивают с помощью стандартного смесителя, что значительно экономит горячую воду.
Все. Наша установка готова к работе. Под жаркими лучами солнца заполненные водой радиаторы тут же начинают нагревать воду, которая поступает в аккумуляторный бак. Теплая вода, заполняя бак, вытесняет при этом холодную воду в солнечный генератор, то есть в радиаторы. Процесс циркуляции происходит непрерывно до тех пор, пока греет солнце и пока температура воды, поступающей в радиаторы и аккумуляторного бака, не сравняется с температурой воды, поднимающейся из радиаторов.
Замечу, что солнечная водонагревательная установка работает даже в пасмурную и облачную погоду, но процесс нагрева воды, конечно, происходит медленнее.
В случае, если производительность солнечного тепловодогенератора вас не устраивает, ее можно увеличить, введя в тепловую схему водоподготовки дополнительные секции "солнечных теплогенераторов" (радиаторов).
В преддверии зимнего сезона необходимо обезводить систему через сливной вентиль (см. рис. 1); открыть вентиль смесителя; отсоединить душевую установку. Далее, убедитесь, что в радиаторах нет воды, закрыть штуцеры подающей и обратной труб "солнечного водонагревателя" пробками или кусочками полиэтиленовой пленки. Последняя операция не лишняя, так как даже незначительное количество оставшейся в системе воды в зимний период может деформировать и разорвать радиатор по сварному шву.
Температуру воды в аккумуляторном баке во время функционирования теплогенератора обычно определяют с помощью манометра (рис. 4). U-образная стеклянная трубка такого манометра соединена тонкой медной трубкой с небольшим герметичным баллончиком, например, из-под дезодоранта. Баллончик оставляют плавать на поверхности воды в аккумуляторном баке, а U-образную трубку, понятно, выносят наружу. В стеклянную трубку наливают воду, а чтобы она не испарялась, в нее добавляют несколько капель подсолнечного масла. При повышении температуры воды воздух в баллончике расширяется, в результате повышается уровень воды в свободном конце U-образной трубки. (Вообще-то такой манометр-термометр будет работать, но недостаточно надежно. Дело в том, что воздух в баллончике растворяется в воде, изменяя показания прибора. - Примечание редактора).
Рис. 4. Так контролируем температуру воды и ее уровень в аккумуляторном баке: 1 - U-образная стеклянная трубка с водой; 2 - тонкая медная трубка; 3 - баллончик; 4 - пластиковая бутылка; 5 - ролики; 6 - груз; 7 - бак
Уровень воды в аккумуляторном баке легко определить при помощи поплавкового указателя уровня с противовесом. В качестве поплавка (см. рис. 4) используем пластиковую бутылку объемом 350 мл. Бутылку наполняем песком так, чтобы она плавала, но не тонула. К поплавку крепим один конец капронового шнура, а к другому концу шнура привязываем противовес, по положению которого и узнаем степень заполнения водой аккумуляторного бака.
Все составные элементы водонагревательной установки просты и доступны для изготовления установки своими силами. Необходимые стройматериалы и сантехническое оборудование в настоящее время можно свободно приобрести.
Так что тем, кого заинтересовала моя система и кто любит мастерить, желаю успеха!!!
