Самодельный солнечный водонагреватель. Как сделать солнечный водонагреватель для получения теплой воды на садовом участке или даче

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.

Простой, надежный и экономичный солнечный водонагреватель

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 солнечного 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? – Прим. ред.). 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 30х40 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 сгонами, 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 2,5х10 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. — Прим. ред.).

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.

По материалам сайта: http://www.idea-master.ru