2.2. Создаем гелиосистемы своими руками

Воздушный солнечный коллектор своими руками

Так как же простому самодельщику использовать даровое солнечное тепло? Для начала, давайте вспомним самую распространенную установку по использованию солнечного тепла — теплицу. Это фактически большой солнечный коллектор. Роль абсорбера в нем выполняют растения и поверхность грунта, роль защитного стекла — стеклянное или полиэтиленовое покрытие. Там работает тот же парниковый эффект. Цель такого коллектора в нагреве самого себя, чтобы растения чувствовали себя комфортнее.

А если мы начнем «забирать» теплый воздух из теплицы? Теплица превратиться в… воздушный солнечный коллектор.

Это, наверное, одна из самых простых конструкций, которая совершенно не требовательна ни к материалам, ни к технологии изготовления (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Самодельный воздушный солнечный коллектор

Теплоизолированная снизу зачерненная поверхность является дном плоского ящика. Ящик можно сделать из любого подручного материала — доски, фанера и т. д. Сверху этот ящик закрыт стеклом или другим прозрачным материалом. Очень хорошие результаты дает покрытие из сотового поликарбоната. Получается легкое двухслойное пластиковое покрытие с хорошим светопропусканием и теплоизоляцией.

Видимый свет поглощается зачерненной поверхностью, нагревает ее, а она, в свою очередь, нагревает воздух в коллекторе. Нагретый воздух в такой системе сам является теплоносителем, он забирается из обогреваемого помещения, нагревается в коллекторе и подается обратно. Все воздуховоды (подводящие и отводящие воздух от коллектора) должны быть теплоизолированы.

Для увеличения длины пути, проходимого воздухом, внутри ящика можно установить переборки. Воздух через коллектор прогоняется вентилятором.

В специальных контроллерах применяются дифференциальные датчики, сравнивающие температуру в помещении и внутри коллектора. Они включают вентиляторы только, когда воздух в коллекторе достаточно прогреется.

Но в домашних условиях место датчиков температуры проще применить небольшую солнечную батарею, от которой будет питаться вентилятор. Напряжение и мощность этой солнечной батареи надо подбирать так, чтобы вентилятор, прогоняющий воздух через коллектор, начинал работать, только если на него падает достаточное количество света, при котором нагревается коллектор.

Например, в пасмурную погоду воздушный солнечный коллектор работать практически не будет, а, значит, и вентилятор при таком освещении вращаться не должен. А вот если на улице светит яркое солнце, коллектор нагревается очень быстро, значит и вентилятор должен работать «на всю катушку». Собрав такую систему, вы получите пассивное отопление вашего дома или дачи в солнечные дни.

Преимущества воздушных солнечных коллекторов:

♦ воздушные системы выглядят привлекательнее жидкостных, так как требуют меньше трубопроводов и деталей и поэтому менее дороги;

♦ в воздушных солнечных коллекторах отсутствует опасность протечек и замерзания теплоносителя;

♦ изготовление воздушных солнечных коллекторов и связанных с ними узлов и систем сравнительно просто;

♦ сравнительная простота воздушных систем притягательна для людей, желающих построить свою собственную систему.

К недостаткам воздушных солнечных коллекторов можно отнести узкий спектр их применения. Теплый воздух обычно необходим в холодное время года для обогрева, но зимой солнечные дни — редкость, да и их продолжительность недостаточна.

А вот летом, когда солнечного тепла в избытке, получаемое тепло можно использовать только для сушки кормов или древесины, например. Никому не придет в голову обогревать дом в летний зной. Вот и получается, что воздушный солнечный коллектор будет большую часть года просто простаивать.

Именно поэтому большее распространение получили солнечные коллекторы с жидким теплоносителем (водяные).

Подобную систему необходимо снабжать датчиками температуры, чтобы отключать вентиляторы, когда на коллектор не падает солнечный свет. Иначе в пасмурную погоду и ночью вы вместо нагрева получите эффективное охлаждение помещения.

Солнечный коллектор типа «бочка»

Наверняка многие из вас видели, а некоторые возможно и применяют этот тип солнечного коллектора. Конструкция весьма простая — железная бочка, окрашенная в черный цвет и заполненная водой. Вода в такой бочке за день нагревается на солнце, а вечером можно принять теплый душ (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Солнечный коллектор типа «бочка»

Проблем у такой конструкции множество.

Нагревание происходит медленно из-за малой площади, на которую падает солнечный свет. Из-за отсутствия теплоизоляции такая бочка очень «быстро остывает. Так что если захотите принять душ поздним вечером или утром, то только холодный.

Если у кого-то уже имеется такая бочка, вы можете ее усовершенствовать. Бочка заключается в стеклянный ящик, который не будет препятствовать ее нагреванию, но будет существенно замедлять остывание. Северную сторону бочки, на которую никогда не попадает солнце, можно утеплить более основательно, например, минеральной ватой. Такое простейшее усовершенствование также значительно ускоряет нагрев воды и существенно повышает максимальную температуру. Не обожгитесь!

Солнечный коллектор из металлических труб

Эта гелиосистема была сконструирована болгарским инженером С. Станиловым и публиковалась в журналах «Направи сам» (НРБ) и «Моделист-Конструктор» (1989, № 10). В конструкцию гелиосистемы входят (рис. 2.10):

♦ солнечный коллектор, состоящий из двух одинаковых блоков (при необходимости количество блоков можно увеличить);

♦ накопитель горячей воды;

♦ аванкамера.

Рис. 2.10. Гелиосистема в сборе

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.

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.

Рассмотрим принципы работы гелиосистемы (рис. 2.11 и рис. 2.12).

Рис. 2.11. Гидравлическая схема гелиосистемы

Рис. 2.12. Устройство солнечного коллектора

Теплоотражатель (оцинкованное кровельное железо или белая жесть) Теплоизолятор (пенопласт, стекло- или шлаковата) Усиление днища (деревянный брусок сечением 30x50 мм)

Коллектор — это трубчатый радиатор, заключенный в короб, одна из сторон которого застеклена. Радиатор сварен из стальных труб:

♦ для подводящей и отводной используются водопроводные трубы на 1 или на 3/4 дюйма;

♦ для решетки — тонкостенные трубы меньшего диаметра, например, труба 016x1,5 мм. Всего для одной решетки требуются 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 рекомендуется тщательно теплоизолировать!

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 л. 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 л, 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 гелиосистемы 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 происходив 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.

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 устраивает, ее можно значительно увеличить, вводя в тепловую цепь дополнительные секции солнечных коллекторов — блочная конструкция установки вполне позволяет сделать это.

Солнечный коллектор из медных трубок

В этом разделе рассмотрена конструкция и методика изготовления летнего душа с солнечным коллектором из медных трубок. Установка рассчитана ее автором Е. Карповым на изготовление в домашних условиях и использование только широкодоступных материалов.

Солнечный коллектор — это основной элемент гелиоустановки. Решено было использовать медную трубу для систем отопления. Причина выбора — высокая коррозионная стойкость, простота сборки (пайка), разумно сделанные фитинги — практически без скачков проходного сечения. Конструкция солнечного коллектора показа на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Конструкция солнечного коллектора

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 дюйма, два других конца заглушены.

К нагревательным трубкам припаян стальной лист толщиной 0,8 мм. На изготовление солнечного коллектора ушло 20 тройников, 5 м трубы диаметром 15 мм, 1,5 м трубы диаметром 18 мм, две заглушки и две переходные муфты. Кроме этих материалов понадобится роликовый труборез, припой с флюсом и самая дешевая газовая горелка.

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);

♦ 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. Автор Е. Карпов использовал несколько струбцин, переставляя их по мере надобности. Можно просверлить в листе отверстия диаметром 1–1,5 мм 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 последнюю очередь устанавливают тройник и переход. Готовую панель помещают в деревянный ящик (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Сборка деревянного корпуса

Ящик собран в шип из четырех досок толщиной 25 мм. Перед сборкой вдоль длинных сторон досок с обеих сторон выбирают рубанком паз глубиной 6 мм и шириной 6–8 мм. Для повышения жесткости коробки заподлицо с нижним краем пазов в углы коробки вклеиваются деревянные бруски 30x30 мм, два таких же бруска длиной 300–400 мм приклеивают (приблизительно по центру) изнутри вдоль длинной стороны коробки со стороны установки задней крышки. Они служат для крепления задней крышки ящика, изготовленной из куска фанеры толщиной 6 мм. 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 их следует пропитать водоотталкивающим составом (торговое название «Полифлюид») и окрасить синтетической эмалью два раза. Сборку коллектора производят в таком порядке.

Шаг 1. На задней крышке крепят шурупами четыре деревянных проставки толщиной 50 мм (следует следить, чтобы проставка не попала под нагревательную трубку).

Шаг 2. На крышку укладывают слой стекловаты с припуском 90—100 мм, напротив проставок стекловату раздвигают.

Шаг 3. Устанавливают нагревательную панель на проставки, и крепят ее к ним шурупами.

Шаг 4. Вставляют заднюю крышку в ящик, и крепят крышку шурупами к брускам.

Шаг 5. Расправляют стекловату вдоль стенок ящика, и закрепляют ее в нескольких местах тонкими гвоздями с широкими шайбами.

Шаг 6. Устанавливают на силиконовом герметике защитное стекло.

Шаг 7. Задувают строительной пеной места прохода патрубков.

Эквивалентная площадь нагрева солнечного коллектора примерно составляет 0,5 м².

Сборка гелиоустановки. Полная схема гелиоустановки показана на рис. 2.15. Гелиоустановка одноконтурная, термосифонного типа и рассчитана на постоянное подключение к магистрали питающей воды.

Рис 2.15. Полная схема гелиоустановки

Такая схема многократно описана, и поэтому не будем повторяться, а основное внимание уделим ее техническому воплощению.

Бак-накопитель — это алюминиевая бочка, которая после переделки имеет емкость приблизительно 0,3 м³. 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 100–150 мм. Для подключения солнечного коллектора используются сгоны на % дюйма, для штуцера подачи питающей воды — ¹/₂ дюйма. Конструкция штуцера показана на рис. 2.16. Отверстия в баке сначала сверлятся, а потом доводятся до необходимого диаметра напильником.

Рис. 2.16. Конструкция штуцера

Трубопроводы изготовлены из металлопластиковой трубы. Работа с ней не вызывает каких-либо проблем и не требуется какой-то специальный инструмент. 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.

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;

♦ 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 дюйма 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. Выяснилось, что в жаркий день температура воды для мытья слишком высока, поэтому 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. Конструкция душевой кабинки — произвольная, но она должна выдержать суммарный вес полного бака и ваш. Автор (Е. Карпов) сварил каркас кабинки из трубы диаметром 40 мм и угольника 40x40 мм, 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.

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 и штуцером горячей воды, установленном на баке (отмечает Е. Карпов на http://www.next-tube.com/articles/sunny/sunny.pdf).

Проточно-накопительный водонагреватель из пластиковых бутылок

Эти материалы любезно предоставлены К. Тимошенко (http://sam. delaysam.ru/).

Для солнечного коллектора подойдут любые прозрачные бутылки объемом 2 л из-под газированной воды. А чтобы прилично принять душ, надо хотя бы литров 50–60, лучше больше 100.

Основная проблема создания солнечного водонагревателя состоит в соединении многих пластиковых бутылок в единую емкость и организацию их некоей проточности! Чтобы холодная вода могла в них втекать, а теплая — вытекать. Решив эту задачу, мы просто получаем небольшой прозрачный резервуар, который прекрасно нагревает воду за счет солнечной энергии.

Взяв, например 100 таких мини-резервуаров, т. е. бутылок, мы получим уже 200 литров теплой воды!

Сначала предполагалось организовать проточность бутылки через создание специальной пробки. Например, с соосными трубками. В одну — втекает, в другую — вытекает. Но изготовление массы таких трубок (например, 100 или 200) ничуть не проще, чем создание нормального классического солнечного коллектора. Поэтому было принято решение пойти другим путем — соединением бутылок и созданием из них своеобразной прозрачной трубы (рис. 2.17), которая будет одновременно и резервуаром, и собственно коллектором. Ну как бочка, только плоская и прозрачная.

Рис. 2.17. Принцип соединения бутылок

Измерив диаметр резьбы на горлышке бутылки, автор подобрал сверло, которым в донышке другой бутылке сверлится отверстие. Лучше всего подошло сверло — кольцевая пилка для сверления отверстий большого диаметра по дереву на 26 мм (наборы таких пилок в изобилии имеются в продаже и стоят 70—100 руб.).

При таком диаметре, горлышко бутылки достаточно туго вкручивается в отверстие в донышке другой. Иногда приходится поработать круглым крупным напильником. Да, и предварительно желательно просверлить отверстие строго по центру бутылки обычным сверлом 6–8 мм. Скажу, что сделать это непросто, т. к. именно в центре донышка имеется очень твердый и гладкий прилив — пупырышек.

Поэтому для массового точного сверления будет лучше сделать простенький шаблон, чтобы сверло не рыскало.

Следующей проблемой был вопрос с герметизацией. Вообще говоря, к ПЭТ как бы ничего и не пристает и не приклеивается. Но оказалось, не совсем так. Даже с просверленным отверстием, донышко бутылки сохранило абсолютную жесткость, и это давало надежду на применение силиконовых герметиков. Следует тщательно обезжирить поверхности ацетоном, намазать резьбу бутылки и ввинтить ее в донышко. А потом обильно замазать стык герметиком снаружи. Для надежности рекомендуется оставить бутылки неподвижными на 3 дня (скорость ферментации герметика 3–4 мм/сутки, как сказано в инструкции).

Можно ограничится последовательным соединением всего 3 бутылок. Герметичность стыков получилась абсолютная! Кстати, силикон так прилип к ПЭТ — ножом не отковырнешь!

За день на солнце (вернее, всего за несколько часов) вода великолепно нагревалась даже без всяких дополнительных ухищрений. Таким образом, была получена некая условная ячейка коллектора — водонагревателя, с размерами 0,1 метра (диаметр бутылки) на 1 метр (длина бутылки 35 см). Т. е. площадь коллектора составила 0,1 м², а емкость — 6 л. Нетрудно подсчитать, что на 1 м² уместится примерно 10 таких модулей, емкость которых составит 60 литров воды. На эти 60 литров воды солнце ежечасно будет изливать почти по киловатту энергии! Да эту воду не только нагреть — вскипятить можно! Ну конечно она никогда не вскипит, хотя бы из-за теплопотерь. Но нагреть 60 литров воды до 40–45 градусов можно 2–3 раза точно. Что более чем достаточно для дачных нужд.

Возвращаемся к проекту водонагревателя. Например, делаем 10–20 таких модулей и длиной не по 3, а по 5–6 бутылок (вообще, сколько позволяет площадь крыши, обращенная на юг). Можно, конечно, при помощи шлангов организовать полную проточность всех модулей, но я думаю, это бессмысленно. Поскольку все равно вся вода греется одновременно и получает одинаковое количество тепла в любой точке коллектора. Поэтому соединим наши модули параллельно! И будем использовать их в режиме бочки: налил — нагрел — использовал (или слил в термоизолированный накопитель).

Чтобы подключить все модули параллельно, потребуется труба, достаточно большого диаметра (миллиметров 50, а лучше 100, например, полипропиленовая). Все модули врезаются в нее, так же как и стыкуются бутылки между собой в модуле (рис. 2.18). Вентиль 1)

Модули, разумеется, должны располагаться под наклоном (нижняя сторона обращена в сторону юга, общая труба в самой нижней точке коллектора). В самой верхней бутылке модуля необходимо просверлить небольшое отверстие, 2–3 мм. С обеих сторон трубы установить по вентилю. К одному из них подвести воду (например, от насоса или водонапорного бака, на рис. 2.18 Вентиль 2).

Рис. 2.18. Конструкция нагревателя, размещенного на крыше

Возможно, удастся поступить и проще. Приклеив или привинтив саморезом к трубе пробку от бутылки и обеспечив герметичность, просверлить в пробке (и трубе, заодно) отверстие, просто ввинтить модуль в пробку.

А другой вентиль будет разборный, через него будет сливаться теплая вода (на

Работает солнечный водонагреватель коллектор следующим образом. Вентиль 1 закрыт, и мы начинаем заполнять коллектор водой, открыв вентиль 2. Вода заполняет бутылки «снизу вверх». Воздух при этом выходит из отверстий вверху модулей. Разумеется, как в сообщающихся сосудах, уровень воды в модулях одинаковый. Визуально определив, что бутылки наполнились, мы закрываем вентиль 2, и водонагреватель начинает свою работу.

Если нам требуется теплая вода, мы открываем вентиль 1, и нагревшаяся вода начинает стекать из разборной трубы.

Вот собственно и все. Все точно так же как в бочке, только воду такой коллектор будет греть на порядок эффективнее, чем бочка, ввиду своей большой площади.

Немного о конструкции. Разумеется, модули желательно уложить в «ящик», для придания жесткости конструкции. Дно ящика желательно сделать из темного материала, поглощающего солнечные лучи. Например, закоптить лист железа. Под лист неплохо бы поместить теплоизолятор, например тонкий пенопласт или вспененный полиэтилен («пеноплекс»). Верх ящика желательно затянуть полиэтиленовой пленкой или стеклом, чтобы ветер не охлаждал бутылки.

Угол наклона — минимальный, градусов 10–20—30, не более. Во-первых, летом это наиболее оптимальный угол наклона по отношению к Солнцу (почти перпендикулярно), а зимой этим коллектором не пользуются. Во-вторых, это обеспечит минимальный перепад давления воды (высоту водяного столба), что немаловажно при наличии многих стыков бутылок.

Хотя при испытаниях автор ставил свой трвхбутылочный модуль даже вертикально и он «держал» давление в 0,7 атм., при работе он бы рисковать не рекомендовал.

Размер всего водонагревателя — на вкус создателя. Для 200 л потребуется около 110 бутылок, которые займут площадь 3 м². Правда, и мощность такого нагревателя будет уже примерно 3 кВт!

Можно использовать нагреватель в режиме «налил — вылил». А можно и устроить рядом с ним термоизолированный бак-накопитель для теплой воды. В хороший солнечный день, 2-метровый, простите, 2-х киловатный водонагреватель нагреет вам и полтонны воды!

Заморозков такой водонагреватель не боится (кроме водозапорной арматуры), Солнце ему тоже не страшно (ПЭТ плохо разлагается на Солнце).

Разумеется, у такого солнечного водонагревателя есть и недостатки (например, плохая автоматизируемость), однако многое окупается его практически бесплатностью. Посудите сами, на что тут потратятся деньги: труба, пара вентилей и 2–3 тюбика силиконового герметика по 45–50 руб./шт. А бутылки из-под воды достанутся вам в качестве бонуса при покупке воды в магазине. Подключив к их сбору и знакомых, вы к следующему сезону соберете несколько десятков, а то и сотен бутылок, и сможете сделать себе очень достойный и производительный солнечный водонагреватель. Итого: 300–500 рублей максимум (!!!), и вы с горячей водой весь сезон!

Единственный недостаток — температура нагреваемой им воды не должна превышать 50–55 градусов. Иначе — солнечный коллектор разрушится. Проблему термоклея можно решить путем изготовления штуцеров. Например, взять трубку (алюминиевую ил медную), и нарезать на ее внешней стороне резьбу. И парой гаек закрепить крышку бутылке на коллекторе подводящем воду. А бутылку просто вкрутить в собственную пробку.

В принципе такая температура воды (50 градусов) достаточна для бытовых нужд. Возможно, в самые жаркие месяца лета не стоит повышать эффективность солнечного водонагревателя. Пусть лучше немного недогревает, чем плавится. А в демисезонные месяцы — стоит коллектор прикрыть стеклом.

Потенциал у солнечного коллектора-водонагревателя даже в средней полосе России есть! И потенциал огромный! С апреля по сентябрь (фактически весь дачный сезон) солнечный коллектор-водонагреватель должного размера и конструкции может обеспечивать горячей водой обычную семью, экономя при этом сотни (а может и тысячи) рублей семейного бюджета, которые тратятся на электроводонагреватели и их работу.

Разумеется, следует придумать что-то более надежное и термоустойчивое, чем ПЭТ-бутылки для применения в солнечном коллекторе — водонагревателе. И разумеется — бюджетное. Например, алюминиевые банки….

Солнечный водонагреватель из алюминиевых пивных банок

Можно использовать пивные алюминиевые банки в качестве корпуса солнечного коллектора и силиконовый герметик в качестве герметизирующего и соединяющего материала. И для банок и для силикона температура в 60–70 градусов (при которых разрушился ПЭТ-бутылочный солнечный коллектор) просто семечки (отмечает К. Тимошенко на http://delaysam.ru/dachastroy/dachastroy98.html).

Было приготовлено 40 однолитровых пивных банок. При этом емкость водонагревателя осталась прежней — около 40 л, и площадь облучаемой поверхности — около 0,6 м².

4 банки пришлось вскрывать не как обычно, дернув за рычажок на крышке, а с помощью консервного ножа со стороны дна, чтобы «крышка» осталась неповрежденной. У остальных консервным ножом следует вырезать и дно, и крышку, превратив банки в трубы. Кроме того, у тех 8-ми банок, что будут на торце солнечного коллектора пришлось в боку вырезать узкие отверстия, чтобы вода могла беспрепятственно заполнять «трубы» солнечного коллектора. И в одной банке сделано отверстие для штуцера, к которому присоединен шланг.

Совет № 1. Перед тем, как начать клеить банки, следует испытать силиконовый герметик на адгезию к банкам! Оказалось, не любой силикон одинаково прилипчив. Например, силикон марки «Krass» — пристает хорошо. Разумеется, банки все обезжириваются перед склейкой.

Совет № 2. Берем плоскость (фанера, ДСП, столешница, доска) Фиксируем на ней любым способом «первую» банку (термоклей, скотч, хомут…). Смазав силиконом место стыка, присоединяем к ней вторую банку с торца и еще одну — сбоку. Оставляем на сутки. На следующий день приклеиваем 3–5 очередных банок и т. д. Так можно получить идеально ровный и герметичный солнечный коллектор. Т. е. главное — не спешить!

Полученный в итоге единый блок нужно проверить на герметичность и уложить в корпус коллектора, т. е. в ящик из досок, на дне которого лежит кусок пенополистирола (50 мм), покрытого фольгой. К штуцеру подсоединяем шланг для заполнения солнечного водонагревателя холодной водой и слива нагретой. Блок банок нужно расположить так, чтобы штуцер оказался в самой нижней точке ящика. А в той банке, что оказалась выше всех, протките небольшую дырочку для выхода и входа воздуха.

Еще раз проверьте блок банок на герметичность и покрасьте банки черной матовой краской, а сам ящик закройте стеклом. Щели между стеклами заклейте скотчем. Сам солнечный коллектор автор сориентировал строго на восток, с наклоном примерно градусов 15–20. Не самая оптимальная ориентация, конечно, но уж так расположена крыша у автора. Реально солнце начинало освещать солнечный коллектор примерно с 9 утра и уходило практически на «нулевой» угол в 17 часов.

Солнечный проточный водонагреватель из пенополистирола

Рассмотренные ранее солнечные водонагреватели-коллекторы из пластиковых бутылок и алюминиевых банок, конечно просты и работоспособны. Однако они имеют один очень существенный недостаток — это именно накопительные водонагреватели. И работают по принципу «залил воду — нагрел — используй». А он хорошо действует только в условиях, когда солнца много. Если вода уже немного нагрета и солнце исчезает в облаках (соответственно прекращается и нагрев), то вода в водонагревателе начинает остывать (отмечает К Тимошенко на http://delaysam.ru/dachastroy/dachastroy99.html, любезно предоставив этот материал для книги).

Иными словами, накопительный солнечный водонагреватель плохо работает в условиях переменной облачности.

Однако сделать проточный водонагреватель от солнца с достаточно большой плоскостью облучения (и, соответственно, мощностью) не так просто. Необходимо каким-то образом устроить достаточно большую плоскость, облучаемую солнцем с одной стороны и омываемую водой с другой.

Обычно используют всяческие трубки из достаточно дорогих цветных металлов (медь, алюминий), спаянные в частую решетку и т. п. Такие солнечные коллекторы конечно эффективны, но очень трудоемки в изготовлении и дороги. Это делает бессмысленной саму идею использования солнечного водонагревателя, так как вместо «бесплатного» солнечного тепла мы получаем большие материальные затраты, которые неизвестно когда окупятся.

В процессе обсуждения возможных конструкций солнечного водонагревателя на форуме, у К. Тимошенко родилась идея сделать солнечный коллектор на основе экструдированного пенополистирола (ЭППС). Это очень технологичный материал. Он достаточно прочный, водостойкий, выдерживает довольно высокую температуру, легко обрабатывается, выпускается листами, которые можно состыковать друг с другом, прекрасный теплоизолятор, относительно не дорог.

Немного теории. Проточный водонагреватель отличается от накопительного тем, что в каждый момент времени нагреву подвергается очень маленькая порция воды, находящаяся в солнечном коллекторе. А основная масса воды находится в баке-накопителе, как правило, хорошо утепленном.

В солнечном проточном водонагревателе используется тот эффект, что теплая, нагретая вода немного легче холодной. Поэтому она стремится подняться вверх (в общей массе воды). И если организовать эту циркуляцию, то самая теплая (нагретая) вода будет постепенно скапливаться в термосе (в его верхней части), а общая масса воды в системе повышать свою температуру.

А чтобы организовать такую циркуляцию, необходимо поместить солнечный коллектор ниже бака-термоса, в самом коллекторе сделать ввод более холодной воды внизу, а выход нагретой немного выше. Для нормальной работы и организации циркуляции воды достаточно незначительного перепада высот.

Изготовление солнечного водяного коллектора. Лист ЭППС имеет размер примерно 60x120 см (0,7 м²), что более чем достаточно для эксперимента. Во время облучения солнцем на такую площадь будет падать около 500–600 Вт тепловой энергии (или около 2000 кДж).

Теоретически, этого тепла должно хватать, чтобы нагревать до 60 °C примерно 10 л воды в час (при непрерывном солнечном облучении).

Чтобы превратить лист ЭППС-а в солнечный водонагреватель, в пенополистироле необходимо устроить зигзагообразную канавку для течения воды. А собственно теплоприемником будет выступать лист металла, наклеенный на пенопласт.

Хорошо бы, конечно использовать лист алюминия, но это уже не будет «бюджетно», поэтому можно обойтись листом тонкой оцинкованной стали.

Прежде всего, размечаем лист пенопласта. Для наиболее эффективной работы солнечного коллектора необходимо, чтобы объем воды находящийся в нем был минимальным. Тогда она будет быстро прогреваться, даже если солнце вышло всего на несколько минут, а циркуляция будет быстрой. С другой стороны, площадь контакта воды с металлом коллектора должна быть максимальной. Т. е. перегородки между канавками должны быть как можно уже.

Следует также учитывать, что чем меньше сечение каналов, тем больше будет гидродинамическое сопротивление, которое затрудняет циркуляцию. И наконец, исходя из предполагаемой конструкции солнечного водонагревателя, следует определить, как будут расположены вход и выход в коллекторе. Если с разных сторон, то число каналов должно быть нечетным. А если с одной стороны — то четным.

Решив все эти задачи, можно нарисовать схему расположения каналов на листе ЭППС и прорезать каналы.

Для облегчения циркуляции воды в коллекторе, каналы лучше делать с небольшим, 2–3 %, наклоном снизу-вверх.

Прорезать каналы в листе пенополистирола лучше всего электрическим резаком. Резак представляет собой небольшой отрезок толстой нихромовой проволоки, изогнутой по форме сечения канала. Можно сделать такой резак из небольшого бруска, прибинтовав липкой лентой по его краям толстые алюминиевые провода. Зажав с одной стороны пассатижами нихромовую проволоку, с другой прикрепите провода идущие к трансформатору.

На торцах листа пенополистирола с помощью герметика вклейте трубки для входа и выхода воды. Затем вырежьте с помощью электролобзика необходимый по размерам лист оцинкованной стали.

Использовать ножницы по металлу не рекомендуется, так как они дадут заусенцы на краях.

Смажьте все плоскости листа полистирола герметиком (по периметру и промежутки между каналами) и обезжирьте оцинковку ацетоном, уложите ее на место и прижмите гнетом. Сушить следует пару дней. После этого для проверки герметичности и измерения объема солнечного коллектора залейте его водой. Оцинковку покройте черной матовой краской.

Красок, способных прочно пристать к оцинкованному покрытию не так много. В основном — это акриловые краски. Обычно это т. н. фасадные, светлые краски.

Можно обойтись и обычной грунтовкой. Она пристает к цинку, но не прочно. Однако учитывая, что солнечный коллектор будет эксплуатироваться «под стеклом», такой прочности достаточно.

Солнечный водонагреватель своими руками

Если на вашей даче еще нет электричества и газа, то нагрев воды представляет определенную трудность. Решение может быть одно — сделать солнечный водонагреватель для душа, который предложил С. Каверин, г. Самара.

Посмотрите на рис. 2.19, на нем приведена принципиальная схема водонагревателя.

Рис. 2.19. Конструкция солнечного водонагревателя для душа

Солнечный коллектор площадью около квадратного метра (он обязательно окрашен в черный цвет для лучшего поглощения солнечной энергии) поглощает солнечное тепло и нагревает воду в змеевике. Плотность теплой воды меньше, чем холодной. Поэтому она поднимается вверх и переливается в бак емкостью 100 л.

Единственное условие— не допустить образования воздушных пробок и пузырей в системе, где циркулирует вода, для этого достаточно залить бак до горловины.

Рассмотрим, как сделать такой водонагреватель. Бак можно сварить из листового железа или использовать готовую емкость — металлическую бочку, вварив в нее трубы. Змеевик можно собрать из стальных труб с наружным диаметром 15–18 мм. Собранный змеевик приваривается к листу железа для лучшей теплоотдачи. Кожух водонагревателя может быть собран из многослойной фанеры толщиной не менее 10 мм. Для надежной теплоизоляции бака внутри кожух должен быть заполнен листовым пенопластом толщиной не менее 10 мм.

Для наилучшего нагрева солнечные лучи должны падать на поверхность коллектора под прямым углом. Поэтому завершает работу крепление опорных элементов конструкции.

Благодаря тому, что задний опорный элемент может перемещаться, упрощается регулировка угла наклона водонагревателя по отношению к Солнцу.