Сонячний водонагрівач своїми руками

Зміст статті

Поки енергоресурси стрімко дорожчають, сонце гріє землю щодня і безкоштовно. Простий розрахунок показує, що з місячному витраті води для миття 100 літрів однією людину, то її підігрів потрібно витратити близько 90 кВт*годину на місяць чи 1080 кВт*годину на рік. При цьому літнім днем у Києві за ясної погоди на майданчик площею 1 м2 сонце за годину посилає 1 кВт*годину енергії або в середньому 8 кВт*годину за день. Очевидно, що якщо зуміти використати хоча б частину цієї безкоштовної сонячної енергії для гарячого водопостачання, можна отримати значну економію.

Гаряча вода за допомогою нагрівального бака

Найпростішою системою для сонячного водопостачання будинку є нагрівальний бак. Це просто ємність для води, яка гріється вдень сонячним промінням. Тим не менш, такий найпростіший сонячний нагрівач дуже ефективний для постачання теплою водою в літню пору і отримав широке застосування для так званого «літнього душу».

Якщо нагрівальний бак укомплектувати резервуаром для зберігання теплої води, то можна отримати ще ефективнішу сонячну нагрівальну установку, яка постачатиме Вас теплою водою влітку і окупиться за пару сезонів. Розглянемо такий сонячний водонагрівач докладніше.

Найважливішою частиною сонячної системи, звісно, є сам нагрівальний бак. Це може бути будь-яка ємність для води, наприклад сталевий куб, бочка або кілька труб великого діаметру.

Найкраще використовувати для цього спеціальний бак для літнього душу з поліетилену об'ємом 200-300 літрів. Такий бак має раціональну для нагріву плоску форму, не іржавіє, пофарбований у чорний колір для кращого теплопоглинання та через невелику вагу легко монтується на дах.

Якщо такий бак просто покласти під пряме сонячне проміння, то в спекотний сонячний день вода в ньому нагрівається до кінця дня до 40-45 ºС, чого цілком достатньо для побутових потреб. Але якщо теплу воду не витратити ввечері, то за ніч до ранку вона охолоне. Таким чином, теплу воду неможливо використовувати цілодобово. Вочевидь, для усунення цього недоліку потрібно «зупинити» втрати тепла від нагрітої води. Це можна зробити або утепленням нагрівального бака наприкінці дня, або зливом теплої води в ємність, що утеплює.

Враховуючи, що більшість приватних домашніх господарств використовують газові та електричні бойлери, вигідно використовувати їх для зберігання теплої води з нагрівального бака. Також на відміну від утеплення нагрівального бака, процес зливу менш трудомісткий, не потрібно підніматися до місця встановлення бака. Більше того, оскільки в похмурий день вода в нагрівальному баку нагрівається лише до 25-30 ºС, її в будь-якому випадку доведеться догрівати.

На малюнку зображено схему роботи найпростішої системи для підігріву води сонцем, яку можна зібрати своїми руками. Водонагрівальна система складається з нагрівального бака, бойлера, а також водопроводу з трьома кранами. Спочатку закривається кран (3), кран (1) та (2) відкриті. Вода із напірного водопроводу (синій колір) подається в нагрівальний бак. Після наповнення бака напірний водопровід закривається краном (1). Наприкінці дня, коли вода в нагрівальному баку нагріється і її потрібно буде злити в бойлер, відкривається кран (3). Якщо ж нагрівальний бак не потрібно використовувати, можна просто закрити кран (2) і бойлер використовується в звичайному режимі.

Ступінь заповнення бака зручно контролювати датчиком рівня води, який можна закріпити на кришці бака. Дляводопроводу добре підійдуть металопластикові або поліпропіленові труби для холодної води (оскільки в системі низький тиск). Про складання трубопроводу з поліпропіленових труб можна дізнатись зі статті Монтаж поліпропіленових труб.

Такий спосіб підігріву води надзвичайно простий, але у нього є два серйозні недоліки:

- необхідно щодня наповнювати і зливати нагрівальний бак; - отримати підігріту воду можна тільки при теплій погоді, при температурі повітря вище +20 ºС.

Пасивний сонячний водонагрівач

Насамперед, потрібно зробити сонячний колектор. Якщо проаналізувати безліч відомих конструкцій сонячних колекторів, можна дійти висновку, що визначальним чинником для надійності, вартості і простоти складання сонячного колектора є матеріал теплообмінника. Найнадійнішими вважаються металеві труби, наприклад, тонкостінні мідні або сталеві, але вони коштують дорого, а їхнє складання трудомістка. До того ж теплообмінник з металевими трубами має значну вагу, що вимагає міцного короба і ускладнює встановлення.

Більш зручні та дешеві теплообмінники з поліпропіленових та металопластикових труб, але термічні деформації при нагріванні сонцем і велика кількість сполук, збільшує ймовірність протікання і також підвищує трудомісткість при складанні.

Усіх цих недоліків позбавлений теплообмінник із садового шланга. Його складання полягає лише в тому, що шланг потрібно шкірити у вигляді спіралі. Відсутність з'єднань та гнучкість шланга гарантує відсутність протікання, а довжина шланг дозволяє підвести воду безпосередньо від колектора до трубопроводу всередині будинку без проміжних з'єднань.

Найпростіший сонячний водонагрівачсвоїми руками із садового шлангу зображено на малюнку. Він складається з шибки (1), шланга (2) і пінопласту в якості теплоізоляції та основи (3). Принцип його роботи дуже простий – короткохвильове сонячне випромінювання проходить через скло, нагріває шланг із водою. Від нагрітого шланга починається випромінювання вже довгохвильового спектру, що значно відбивається склом. Таким чином, сонячні промені потрапляють у так звану «теплову пастку». При встановленні сонячного колектора оптимальний кут нахилу буде 35 º влітку і 40 º навесні-восени.

На малюнку зображено схему підключення сонячного колектора до бойлера. Перед початком нагрівання води сонячним колектором необхідно заповнити шланг водою і витіснити з нього повітря. Для цього закривається кран (2) та для зливу води відкривається гарячий кран сантехнічного приладу (6). Вода із напірного водопроводу (1) починає надходити в сонячний колектор (4). Після того, як у зливальній воді перестануть підмішуватися бульбашки повітря, значить — в колекторі повітряних пробок немає. Далі відкривається кран 2 та холодна вода з бойлера під дією термосифонного ефекту (при нагріванні колектора сонцем) починає перетікати в колектор. Для вимкнення сонячного колектора та використання нагрітої води або роботи бойлера у звичайному режимі потрібно закрити кран (3).

Як бачимо, робота цього бойлера не вимагає складного і дорогого обладнання, єдиний мінус такої простої системи це те, що потрібно періодично вмикати та вимикати подачу води в сонячний колектор краном (3). При похмурій погоді нагрівання води таким сонячним колектором відбувається частково, решту «догріватиме» бойлер, що все одно дає економію. Враховуйте при цьому, що за похмурої погоди або в міжсезоння бойлер повинен будевключатися на нагрівання наприкінці дня, тобто коли вода в колекторі не нагрівається. Інакше при нагріванні води в колекторі ТЕНом вона перестане циркулювати.

Для розрахунку необхідної продуктивності сонячного нагрівача слід враховувати, що 1 метр шланга зовнішнім діаметром 25 мм ясним днем при +25 ºС нагріває 3,5 літра гарячої (+45 ºС) води. А за +32 ºС нагріває 3,5 літра гарячою до + 50 ºС. Кількість середнього сонячного годинника протягом року для м. Київ зазначена у таблиці 1.

Таблиця 1. Кількість середнього сонячного годинника для м. Київ