Найбільш пріоритетним напрямком сучасної теплоенергетики є активне впровадження альтернативних джерел енергії. Це дозволяє забезпечувати як промислові, так і побутові приміщення якісної тепловою енергією, необхідною для роботи систем опалення та гарячого водопостачання. Популярність товарів даного сегмента обумовлена їх прекрасними споживчими характеристиками.
Екологічність, простота обслуговування і монтажу, висока економічна ефективність, автономність і мобільність – все це притаманне сучасним кліматичним установкам.
Особливість альтернативних теплоенергетичних систем заснована на максимальному залученні в технологічний процес виробництва теплової енергії безкоштовних, поновлюваних ресурсів природи. Вода, вітер, грунт, повітря можуть служити прекрасними джерелами тепла для створення комфортних умов в будь-якій сфері діяльності сучасної людини.
Безумовно, промислове виробництво альтернативних теплогенераторів, в даний час, здійснюється в широкому асортименті, що повязано з безперервним попитом на продукцію такого роду.
Однак, в деяких випадках найбільш оптимальним рішенням зможе стати саморобний сонячний водонагрівач.
Пристрої отримання тепла
Самим елементарним пристроєм отримання теплової енергії є літній душ. Його особливість полягає в повільному (протягом усього дня) нагріванні води від сонця і надалі її використанні.
Причому в якості резервуара накопичувача може використовуватися будь-яка ємність, пофарбована в темний колір. Безумовно, даний метод нагріву води заслуговує на увагу, але в силу своїх конструктивних особливостей має ряд недоліків:
- Обмежений обсяг, що підігрівається води;
- Велика залежність від погодних факторів (хмарність, вітер);
- Тривалість нагрівання.
Саме, тому в якості саморобних сонячних водонагрівачів бажано застосовувати пристрою не накопичувального, а колекторного типу.
В основу роботи такого пристрою закладено принцип парникового ефекту, коли сонячні промені, проходячи крізь скляні поверхні, практично не залишають замкнутий простір, а повністю перетворюються в тепло.
Тоді як гідравлічна схема подібного сонячного водонагрівача ґрунтується на термосифонного ефекті, який полягає в тому, що розігріта рідина здатна підніматися вгору і витісняти з накопичувального резервуара холодну воду, спрямовуючи її до місця нагріву.
Дана особливість дозволяє абсолютно відмовитися від використання циркуляційного насоса і акумулювати теплову енергію в резервуарі на тривалий час.
Конструктивно саморобний сонячний водонагрівач колекторного типу складається з колекторів, накопичувальної ємності, аванкамери і трубопроводів, що зєднують дані елементи в єдину теплогенеруючу установку.
Основним вузлом сонячного водонагрівача є колектор, адже саме в ньому відбувається процес перетворення сонячного випромінювання в тепловій вид енергії, яка передається теплоносія (води).
Виготовлення колектора
Попросту кажучи колектор, являє собою самий звичайний трубчастий радіатор, встановлений в спеціально обладнаний короб з заскленою поверхнею.
Трубчастий радіатор може виготовлятися з тонкостінних водопровідних трубок (наприклад 16х1,5 мм), тоді як підводять і відходять магістралі повинні бути обладнані патрубками з діаметром 3/4 або 1 дюйм.
Для виготовлення колектора, здатного забезпечити гаряче водопостачання для сімї з 4 чоловік буде потрібно 15 тонкостінних трубок довжиною близько 1,5 мета кожна і 2 товстостінних труби з довжиною 1,5 -2,5 метра.
Виготовлення сталевого трубчастого радіатора виконується в такій послідовності. У товстостінних трубах з певним кроком просверливается необхідне число отворів (в даному випадку по 15 на кожній трубі), з діаметром відповідним трубках з тонкими стінками.
Далі між подводящим і відводить патрубками набирається решітка з 15 трубчастих заготовок. Місця зєднання елементів ретельно проварюють зварюванням, забезпечуючи при цьому герметичність всієї установки.
Таким чином, в результаті даних заходів має вийти радіатор, в якому теплоносій здатний переміщатися від труби, що подає до відвідної через решітку з тонкостінних трубок. Для поліпшення теплопоглинання труби отриманого радіатора слід фарбувати в темні тони кольору.
Наступним етапом виготовлення сонячного водонагрівача своїми силами є виробництво короба. Зазвичай цей елемент робиться з деревяних дощок товщиною близько 30-35 мм і шириною не менше 120 мм.
Розміри короба повинні бути такими, щоб трубчастий радіатор безперешкодно міг би розташуватися в його порожнини. Днище захисного короба рекомендується виготовляти з фанери або оргаліту, з поперечним посиленням конструкції деревяними рейками 50х30 мм.
Для того щоб знизити рівень теплових втрат, короб сонячного колектора повинен обладнуватися високоякісної теплоізоляцією. З цією метою на його днище укладається шар скловати або будівельного пінопласту. Надалі утеплювач покривається шаром оцинкованого заліза, на який згодом монтується і сам радіатор. Кріплення металевого листа до днища короба виробляється з використанням саморізів або шурупів.
Тоді як сам радіатор фіксується на основу за допомогою хомутів, із сталевої штаби або дроту. Для того щоб ефект поглинання сонячного випромінювання був максимальним поверхню оцинкованого листа також рекомендується покрити чорною матовою фарбою.
Далі верхня частина короба повинна покриватися прозорим склом. Тут бажано домогтися максимальної герметизації конструкції, так як саме ця умова дозволить обмежити рівень конвекційних тепловтрат.
Саме скло може укладатися на силіконовий герметик або ж фіксуватися за допомогою деревяних або пластикових куточків по всьому периметру. Фінальними заходами виготовлення сонячного колектора є фарбування отриманої конструкції короба в світлий колір для зниження втрат на тепловипромінювання.
Як накопичувач теплової енергії в даному сонячному водонагрівачі виступає резервуар з ємністю від 200 до 400 літрів (залежно від потреб в тепловій енергії). Як такий елемент можна використовувати будь-яку бочку або інший тип ємностей.
Так як основною функцією бака-акумулятора є максимальне збереження тепла, то рекомендується зробити його теплоізоляцію. Для цих цілей відповідний резервуар може бути поміщений в попередньо заготовлений деревяний каркас, а отримане межстеночное простір – заповнене будь-яким видом утеплювача: пінопластом, скловатою, тирсою, соломою або торфом.
Аванкамер можна виготовити з будь-якої посудини ємністю 20-40 літрів. Завданням цього елемента є підживлення всієї системи холодною водою і підтримання надлишкового тиску в конструкції колектора.
Необхідно відзначити, що зєднання колекторів, який акумулює бака і аванкамери має виконуватися з використанням металевих труб і відповідної запірної арматури.
Щоб уникнути істотних тепловтрат в режимі роботи сонячного водонагрівача, все елементи гідравлічної схеми повинні мати якісну теплоізоляцію. Виконати ці заходи можливо шляхом обмотування трубопроводів шаром поролону і поліетиленової плівки, з фіксацією утеплювача кіперною стрічкою.
У режимі роботи сонячного колектора температура теплоносія може досягати 75 °С, тому доцільно для постачання обєкта гарячою водою використовувати змішувачі. А для запобігання віддачі теплової енергії через сонячний колектор в нічний час в системі повинен передбачатися зворотний клапан або вентиль, що перешкоджає проходженню розігрітого теплоносія в зворотному напрямку.
Установку представленого сонячного водонагрівача виконують таким чином, щоб Аванкамера розташовувалася вище рівня резервуара-накопичувача на 80-100 см. Дані елементи рекомендується встановлювати в горищному приміщенні, тому необхідно вжити відповідних заходів щодо посилення перекриттів будівлі.
Розташування сонячних колекторів має здійснюватися з південної сторони покрівлі, причому кут нахилу цих елементів повинен розташовуватися в діапазоні від 30 до 45 градусів до горизонту. Фіксацію перерахованих елементів можна робити з використанням металевих хомутів або скоб.
Принцип роботи представленого пристрою полягає в наступному. Через аванкамер, в якій розташований шар-кран, холодна вода з системи надходить до сонячного колектору. Розігріваючись тут до певного значення, рідина природним чином піднімається вгору і таким чином заповнює бак-акумулятор.
Через систему трубопроводів розігріта рідина може надходити до споживачів. У разі, коли споживання гарячої води не відбувається, вода починає циркулювати по замкнутому контуру: сонячний колектор-бак-акумулятор, при цьому відбувається її постійний підігрів.
Підживлення даної геліоустановки холодною водою здійснюється постійно, а для обмеження заповнюваності ємності в конструкції аванкамери застосовується поплавковий кран. Тобто, як тільки частина рідини з системи буде видалена (включення води споживачем) поплавковий елемент дозволить додати відсутній обсяг води з водопровідної мережі.
Переваги водонагрівача
Перевагами такого сонячного водонагрівача є наступні фактори:
- Низька вартість обладнання;
- Можливість ГВС обєкта в не залежності від наявності традиційних джерел теплової енергії;
- Простота монтажу та обслуговування установки, обумовлена відсутністю обертових і тертьових елементів;
- Автономність системи;
- Здатність вилучення теплової енергії навіть в холодну і похмуру погоду;
- Можливість збільшення теплової потужності за рахунок підключення додаткових колекторів.
Для реалізації такої саморобки досить володіти мімнімальнимі технічними знаннями і вміти користуватися елементарними будівельними інструментами.
