журнал для самодельщиков. Чертежи, схемы, описания, разработки, ремонт, изготовление, фото





Солнечный проточный водонагреватель (коллектор) из экструдированного пенополистирола ( ЭППС ).

Раздел: Дачное строительство и благоустройство


Описанные и испытанные мною ранее солнечные водонагреватели – коллекторы из ПЭТ-бутылок и алюминиевых банок конечно просты и абсолютно 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. Иными словами, накопительный солнечный водонагреватель плохо работает в условиях переменной облачности. А такая погода превалирует в средней полосе России. Абсолютно ясных дней у нас кот наплакал. Тут ведь не Греция. Поэтому проточный водонагреватель имеющий минимальный объем воды в нагревающем элементе будет гораздо эффективнее накопительного. Вышло солнце на несколько минут, небольшая порция воды подогрелась и отправилась в термос. Ее место заняла более холодная вода. И если солнце скрылось за облаком, ничего страшного не произойдет, и вода в термосе не будет остывать. Т.е. проточный нагреватель будет «ловить» с пользой даже короткие солнечные минутки…

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, родилась идея сделать солнечный коллектор на основе экструдированного пенополистирола. В самом деле, экструдированный пенополистирол (Э ППС) 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. Почему бы не попробовать?

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 что бы организовать такую циркуляцию, необходимо разместить 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 Э ППС имеет размер примерно 60 х 120 см (~ 0.7 кв.м), 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 что бы нагревать до 60 градусов (с +10) примерно 10 литров воды в час (при непрерывном солнечном облучении).

Что бы превратить лист Э ППС-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, что бы объем воды находящийся в нем был минимальным. Тогда она будет быстро прогреваться даже если солнце вышло всего на несколько минут и 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 так же учитывать, что чем меньше в сечении каналы, 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 нечётным. А если с одной стороны – то чётным. Решив все эти задачи можно нарисовать схему расположения каналов на листе Э ППС и прорезать каналы. Кстати, 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. Я сделал такой резак из небольшого бруска, прибинтовав липкой лентой по его краям толстые алюминиевые провода. Зажав с одной стороны пассатижами нихромовую проволоку, с другой прикрепил провода идущие к трансформатору. Таким резаком я не спеша, но довольно быстро и без труда я нарезал каналы в листе экструдированного пенополистирола.

На торцах листа пенополистирола я с помощью герметика вклеил трубки для входа и выхода воды. Затем, вырезал с помощью электролобзика необходимый по размерам лист оцинкованной стали. Использовать ножницы по металлу я не рекомендую, так как они дадут заусенцы на краях.

Смазав все плоскости листа полистирола герметиком (по периметру и промежутки между каналами) и обезжирив оцинковку ацетоном, я уложил ее на место и прижал гнетом. Сушиться оставил на пару дней. После этого для проверки герметичности и измерения объема солнечного коллектора я залил его водой. Объем оказался примерно 4,5 литра. Несколько больше, чем я рассчитывал, но все же не много. Оцинковку покрыл 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. Так что пришлось еще их отколеровать самостоятельно в черный цвет, купив колеровочную пасту. Можно обойтись и обычной грунтовкой. Она пристает к цинку, но не прочно. Однако учитывая, что солнечный коллектор будет эксплуатироваться «под стеклом», такой прочности достаточно.

Испытания солнечного водонагревателя.

К сожалению, уже наступила глубокая осень и сезон заканчивается. Поэтому устанавливать стационарно этот солнечный водогрей я не стал. Как не стал и изготавливать к нему бак – термос. Но испытания провел.

В качестве бака я взял 10-литровую канистру, в которую врезал пару трубок. Одну - непосредственно у дна, вторую выпустил от дна примерно на 10 см. При заполнении солнечного коллектора водой важно выгнать из него весь воздух, что бы воздушные пробки не препятствовали циркуляции воды. Для этого пришлось немного понаклонять коллектор из стороны в сторону, пока из него не перестали идти пузыри воздуха.

Погода в день испытаний была не очень солнечной, облака закрывали солнце примерно 70-80% времени. И сам солнечный коллектор не имел ветрозащиты. Однако циркуляция и нагрев воды начались практически сразу. Рукой ощущалось, что температура в верхней части коллектора выше, чем в нижней. Когда солнце показывалось на 15-20 минут подряд, то температура в баке (суммарный объем воды примерно 13-14 литров) росла практически на глазах. 3-4 градуса каждые 10 минут. Это меньше, конечно чем расчетная мощность, но напомню – коллектор не имел ветрозащитного стекла, а бак был не утеплен. Примерно за 2,5 часа вода нагрелась до 42 градусов. Для сравнения - в накопительном водонагревателе вода в этоже время нагрелась только до 25 градусов. (температура воздуха была +17). Но главный вывод - солнечный коллектор из экструдированного пенополистирола - абсолютно реальная и работоспособная конструкция.

Расходы на изготовление такого солнечного коллектора составили: Лист ЭППС - 130 руб; Клей-герметик (190 руб/туба, ушло примерно половина) – 100 руб. Лист оцинкованного железа 1 х 2 метра – 300 руб. Т.е. все практически уложилось в 500-600 рублей. Кстати, лист оцинковки использован очень нерационально, так как пришлось из него вырезать «угол». Надо было или лист ЭППС укоротить до 1 метра (с 1,2 м). Или наоборот, склеить 3 листа ЭППС, что бы задействовать оцинковку почти всей площадью. В любом случае, срок окупаемости затрат на такой солнечный коллектор составит не более одного сезона. В следующем году проверим…

Константин Тимошенко (с) 04.10.2009

О солнечных водонагревателях на форуме…






 

Разделы сайта:

  
  • САМ-издат.  
  • Авто - Мото - Вело  
  • Кулинарные рецепты  
  • Здоровье и медицина  
  • Дом и Квартира  
  • Дачное строительство  
  • Садово-дачная техника и инструмент  
  • Сад и огород  
  • САД и ОГОРОД (NEW!)  
  • Ремонт бытовой техники  
  • Интернет и Компьютеры  
  • Фото и Видео  
  • Разное  
  • Телевидение  
  • Рыбалка, Охота, Грибы  
  • Туризм и Отдых  
  • Полезные советы  
  • Плохие вещи  

  • БАРАХОЛКА (NEW!) товары для самодельщиков  

  • Все страны мира
        Отзывы туристов.