Doccia estiva con collettore solare. Schema, descrizione

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L'articolo discute la tecnica di progettazione e produzione di una doccia estiva con un collettore solare. L'installazione è progettata per la produzione domestica e l'utilizzo di soli materiali ampiamente disponibili. L'articolo è destinato ai felici proprietari delle proprie case e cottage che non hanno perso interesse per la creatività tecnica.

Pensando lungo l'albero

Non appena ho avuto la mia casa, un giovane tecnico si è subito svegliato nella mia anima, e le riviste degli anni '60 con lo stesso nome con una massa di progetti estremamente utili e interessanti, dove si parlava dell'uso dell'energia solare , emerso nella mia memoria. Ma, come facciamo di solito, qualsiasi reinsediamento inizia con un'importante ristrutturazione, e il mio caso non fa eccezione. Lavorare sul tetto in una bella giornata estiva è molto propizio a pensare alle possibilità di utilizzare così tanta energia orfana. E ho ottenuto l'impulso finale alla realizzazione di questo disegno sedendomi su un grosso coltello da scarpe nero, che era rimasto al sole per un paio d'ore.

Parlando seriamente, l'uso dell'energia solare potrebbe dare un risparmio abbastanza tangibile di elettricità e gas (almeno nella nostra regione, il sud dell'Ucraina). Non c'è una tendenza al ribasso dei prezzi dell'energia, quindi ha senso pensare in anticipo al risparmio. In autunno, dopo che la febbre edilizia si è placata, ho deciso di prendere la questione più seriamente. Come si è scoperto, molta letteratura su questo argomento è disponibile online [1], [2], [3]. Dopo aver studiato attentamente tutto ciò che sono riuscito a ottenere, sono giunto alla conclusione che è più efficiente e tecnicamente semplice implementare il riscaldamento dell'acqua in una caldaia con la sua inclusione nel sistema generale di approvvigionamento di acqua calda domestica. Le opzioni associate a modifiche strutturali significative dell'edificio sono state immediatamente scartate e l'utilizzo di convertitori fotovoltaici è risultato troppo costoso e meno efficiente. Dopo aver effettuato i calcoli preliminari, si è scoperto che sarebbe stata una struttura piuttosto grandiosa. Inoltre, sono emerse immediatamente molte questioni tecniche relative alla produzione di un collettore solare. I libri dicono molto su cosa fare, ma non su come. Pertanto, ho deciso di esercitarmi sui "gatti" e di costruire una doccia esterna per iniziare a verificare la correttezza dei calcoli e delle opzioni di progettazione.

Il lavoro della doccia è stato pianificato in modalità "impulso" - riscaldamento durante il giorno e la sera - schizzi amichevoli di tutta la famiglia sotto la doccia. Stimando le dimensioni richieste del collettore, sono partito dal fatto che la temperatura dell'acqua nella rete idrica (durante la stagione calda) è di 15-20°C, e la temperatura desiderata nella caldaia è di circa 40°C. Pertanto, è stato necessario aumentare di 60-80°C la temperatura di 20-25 litri di acqua. Il calcolo si è rivelato molto approssimativo, poiché approfondendo la metodologia di calcolo, si è scoperto che ci sono molti coefficienti approssimativi (non sono un esperto nel campo dell'ingegneria del calore e il "senso della coda" in quest'area non si è ancora sviluppato). Di conseguenza, ho ottenuto l'area del collettore richiesta nella regione di 0,5-0,7 m2. Guidato dalla saggezza dei libri, dalle leggi della fisica e dal buon senso, ho iniziato a progettare.

collettore solare

In effetti, questo è l'elemento principale dell'impianto solare e il principale grattacapo. Dopo aver preso conoscenza dei prezzi dei prodotti di fabbrica, ho subito perso interesse per loro, ho deciso di farcela da solo. Volevo rendere il collettore più semplice, economico, migliore e senza l'uso di macchine utensili e saldature ad anidride carbonica. All'inizio ho giocato con l'idea di utilizzare un dissipatore di calore piatto stampato (raccolto da uno dei libri), ma come si è scoperto, non vengono prodotti da molto tempo. Nella mia ricerca mi sono trasferito in un mercatino delle pulci, non li ho trovati neanche lì, ma mi sono imbattuto in un magnifico barile di alluminio: stretto e alto, simile a un dito gigante (ovviamente l'ho comprato). Non volevo assemblare un pannello di riscaldamento su una filettatura di tubi dell'acqua e tee: sia un peso elevato, sia una bassa resistenza alla corrosione e un aumento significativo della resistenza idraulica a causa dell'elevato numero di tee con forti salti nell'area di flusso . In generale, un'ombra cupa incombeva sull'idea.

Il problema è stato risolto quando sono entrato in un negozio di idraulica e ho visto un tubo di rame per impianti di riscaldamento. Era ciò di cui avevamo bisogno: elevata resistenza alla corrosione, facilità di assemblaggio (saldatura), raccordi ragionevolmente realizzati, praticamente senza salti nell'area di flusso. Una volta che visiti un buon negozio, otterrai il 90% dei materiali necessari per l'intero impianto solare.

Il design del collettore solare mostrato in fig. 1. I tubi dei collettori idraulici dell'acqua fredda e calda sono costituiti da sezioni di tubo e tee da 18 mm, i tubi di riscaldamento hanno un diametro di 15 mm. Per il collegamento al sistema vengono utilizzati adattatori filettati da 3/4", le altre due estremità vengono tappate. Ai tubi del riscaldamento viene saldata una lamiera di acciaio spessa 0.8 mm. Sono stati necessari 20 tee, 5 metri di tubo con un diametro di 15 mm , 1,5 metri di tubo con un diametro di 18 mm per fabbricare il collettore solare , due tappi e due adattatori. Oltre a questi materiali, avrai bisogno di un tagliatubi a rullo, saldatura con flusso e il bruciatore a gas più economico, tutto questo è acquistato nello stesso negozio di idraulica.

Fig.1 (clicca per ingrandire)

La produzione del pannello riscaldante inizia con il taglio del numero richiesto di tubi, dopodiché il primo tubo riscaldante e i tubi intermedi vengono saldati in due tee, quindi i successivi due tee con un tubo riscaldante inserito (ma non saldato) vengono posizionati sull'intermedio tubi e tutte le connessioni sono saldate e così via. Infine, spine e adattatori vengono saldati. L'assemblaggio deve essere eseguito su un piano, ovvero, dopo aver installato la successiva coppia di tee, l'intera struttura deve essere posata su un piano e livellata, quindi saldata (è meglio saldare direttamente sul piano se può resistere). La saldatura viene eseguita come segue: un sottile strato di saldatura a flusso largo 10-15 mm viene applicato all'estremità del tubo, il tubo viene inserito nel raccordo a T (giunto) e il punto di saldatura viene riscaldato con un bruciatore fino a quando la saldatura si scioglie.

Successivamente, una lamiera viene saldata ai tubi del riscaldamento, questa è la parte più difficile e spiacevole del lavoro. In primo luogo, dovresti fare scorta di una quantità sufficiente di saldatura ordinaria e, in secondo luogo, posizionando lo scambiatore di calore sul foglio, dovresti contrassegnare i punti in cui passano i tubi di riscaldamento e irradiarli. È conveniente saldare posizionando l'intera struttura ad angolo e contemporaneamente utilizzando un potente saldatore (90 watt) e un bruciatore a gas. Prima di saldare la lamiera va pressata contro i tubi, ho utilizzato diverse fascette, riorganizzandole secondo necessità. Puoi praticare fori nel foglio con un diametro di 1-1,5 mm e tirarli con il filo. I tubi devono essere saldati per l'intera lunghezza su entrambi i lati, senza risparmiare saldatura. Al termine della saldatura, è necessario eseguire i test idraulici, ad esempio collegando una presa e collegando l'altra alla rete idrica. Da nessuna parte e niente dovrebbe scorrere e gocciolare. Il pannello riscaldante finito è verniciato con una vernice nera opaca resistente al calore in due strati, la vernice viene venduta in una bomboletta spray in qualsiasi negozio di ferramenta. Infine, vengono installati il tee 10 e la transizione 1.

Il pannello finito viene posto in una scatola di legno (Fig. 2). La scatola è assemblata in una punta da quattro tavole spesse 25 mm. Prima del montaggio lungo i lati lunghi delle tavole su entrambi i lati, viene selezionata con una piallatrice una scanalatura profonda 6 mm e larga 6-8 mm. Per aumentare la rigidità della scatola a filo con il bordo inferiore delle scanalature, negli angoli della scatola sono incollate barre di legno 30x30 mm, due delle stesse barre lunghe 300-400 mm sono incollate (circa al centro) dall'interno lungo il lato lungo della scatola dal lato dell'installazione del coperchio posteriore. Servono per fissare il coperchio posteriore della scatola, realizzato con un pezzo di compensato di 6 mm di spessore.

Fig.2 (clicca per ingrandire)

Per il passaggio dei tubi di ingresso e uscita, nella scatola sono ricavate delle scanalature. È meglio farlo sul posto, fissando il pannello di preriscaldamento. Per incollare la scatola, dovresti usare una buona colla impermeabile, i "chiodi liquidi" sono abbastanza adatti. Dopo aver fabbricato e montato tutte le parti della scatola, sono state impregnate con una composizione idrorepellente (nome commerciale "Polyfluid") e verniciate due volte con smalto sintetico.

Il collettore è assemblato nel seguente ordine:

Sul coperchio posteriore sono fissati con viti quattro distanziatori in legno di 50 mm di spessore (fare attenzione che il distanziatore non cada sotto il tubo riscaldante).
Sul coperchio viene posato uno strato di lana di vetro con un margine di 90-100 mm, di fronte ai distanziatori, la lana di vetro viene separata.
Installare il pannello riscaldante sui distanziatori e fissarlo ad essi con le viti.
Inserire il coperchio posteriore nella scatola e fissare il coperchio con le viti alle barre.
Raddrizza la lana di vetro lungo le pareti della scatola e fissala in più punti con chiodi sottili con rondelle larghe.
Installare un vetro protettivo sul sigillante siliconico.
Soffiare il passaggio dei tubi con schiuma da costruzione.

L'area di riscaldamento equivalente del collettore solare è di circa 0,5 m2.

Montaggio dell'impianto solare

Lo schema completo dell'impianto solare è mostrato in Figura 3. L'impianto solare è del tipo a termosifone monocircuito ed è predisposto per l'allacciamento permanente alla rete idrica di alimento. Tale schema è stato descritto molte volte e non mi ripeterò, ma mi concentrerò sulla sua implementazione tecnica.

Ho già accennato al serbatoio di stoccaggio, si tratta di un barile di alluminio che, dopo la modifica, ha una capacità di circa 0,3 m2. Inizialmente la capacità della botte era di circa 0,5 m2, mi è sembrata un po' eccessiva e, versando lacrime, ne ha ridotto l'altezza di 0,8 M. Per l'isolamento termico la vasca è stata avvolta in due strati di lana minerale di 50 mm di spessore. Sopra il cotone idrofilo vengono posati due strati di tessuto impermeabilizzante, il tessuto viene fissato con un sottile filo per maglieria. Un cerchio di materiale di copertura (a forma di gonna) è posto sopra ed è anch'esso fissato con un filo per maglieria. Certo, un barile di alluminio è un lusso (solo fortunato), anche un contenitore in acciaio verniciato all'interno con vernice impermeabile è abbastanza adatto. Puoi anche provare un contenitore di plastica, ma con una permanenza costante in strada, la loro durata non è molto elevata. Il requisito generale per qualsiasi tipo di serbatoio è che dovrebbe essere stretto e alto.

I raccordi nel serbatoio sono realizzati con speroni zincati lunghi 100-150 mm. Per collegare il collettore solare vengono utilizzati manicotti da 3/4", per il raccordo di alimentazione dell'acqua di alimentazione - 1/2". Il design del raccordo è mostrato nella Figura 4. Qui l'unico problema possibile potrebbero essere le rondelle di grande diametro. Non c'erano negozi del genere, ne ho trovati di adatti in un mercatino delle pulci. I fori nel serbatoio vengono prima praticati e quindi portati al diametro richiesto con una lima.

Fig.4 (clicca per ingrandire)

Le tubazioni sono costituite da un tubo di metallo-plastica, lavorarci non crea problemi e non è necessario alcun attrezzo speciale (a proposito, può essere tagliato perfettamente con un tagliatubi a rullo). Con ampi raggi di curvatura, puoi fare a meno di una molla di piegatura. Un'altra delle sue proprietà positive: bassa resistenza idraulica. Per l'isolamento termico dei tubi viene utilizzato un manicotto termoisolante standard (acquistato nello stesso luogo del tubo).

Una valvola a galleggiante della cassetta del WC viene utilizzata come valvola di alimentazione automatica dell'acqua. Quando si sceglie una valvola, non è necessario risparmiare denaro: in primo luogo, la valvola deve essere affidabile in modo da non salire ogni settimana e, in secondo luogo, quando viene aperta, l'acqua deve fluire principalmente dall'uscita e non volare in tutte le direzioni. Un tubo di plastica viene inserito sul tubo di uscita della valvola, raggiungendo il fondo del serbatoio. Quando l'acqua viene prelevata, l'acqua fredda entra nella parte inferiore del serbatoio e sposta l'acqua calda verso l'alto.

Il tubo di uscita è costituito da un pezzo di tubo zincato con un filetto da 1/2" tagliato ad un'estremità, lungo 150 mm. Il tubo è sigillato sul fondo del serbatoio allo stesso modo dei raccordi, una sfera standard valvola (preferibilmente con una maniglia lunga) è avvitata sull'estremità rimanente della filettatura, di conseguenza, la valvola è avvitata in un annaffiatoio. Ma non ho trovato un tubo sufficientemente flessibile e affidabile, e non volevo cambiare il tubo ogni stagione.Durante il funzionamento dell'impianto solare, si è scoperto che in una giornata calda la temperatura del livello dell'acqua è troppo alta per il lavaggio, l'uscita è stata leggermente modificata, è stato installato un raccordo a T tra l'uscita e la valvola e vi viene immessa acqua più fredda da un raccordo aggiuntivo installato sul fondo del serbatoio tramite un tubo flessibile e un rubinetto.

Il collettore solare è installato con un angolo di 45° ed è orientato esattamente a sud. Una vista generale dell'impianto solare è mostrata in Figura 5.

Doccia estiva con collettore solare
Ris.5

Il design del box doccia è arbitrario, ma deve sopportare il peso totale di un serbatoio pieno e il tuo. Ho saldato il telaio della cabina da un tubo del diametro di 40 mm e un quadrato 40x40, il pavimento e il tetto sono realizzati con assi spesse 40 mm. Il design ha un margine di sicurezza in eccesso significativo, ma ho ulteriori opinioni sulle prospettive del suo utilizzo.

Voglio notare che le dimensioni indicate nella Figura 5 non sono un dogma e sono di natura consultiva. Affinché il sistema funzioni correttamente, devono essere soddisfatte tre condizioni principali:

garantire un buon isolamento termico di tutte le parti dell'impianto,
fornire una resistenza idraulica minima,
garantire il massimo dislivello tra il tubo di ingresso del collettore solare (12) e l'attacco acqua calda (9) installato sul bollitore.

Giudizio

L'impianto è in funzione da due stagioni, non si sono verificati problemi e non è richiesta alcuna manutenzione (naturalmente in autunno si scarica l'acqua e si aprono tutti i rubinetti, in primavera si fa l'operazione inversa). L'efficienza calcolata indirettamente dell'impianto è di circa 0,38 (si prevede di effettuare misurazioni più accurate per il collettore solare). Dopo aver riempito d'acqua l'impianto o dopo piogge prolungate, l'impianto entra in modalità per diversi giorni. La doccia può essere utilizzata da maggio a ottobre. In primavera e in autunno la temperatura dell'acqua, nella zona dello sbocco, va dai 25 ai 30°C. È venuto fuori un certo errore con la cabina, l'ho fatta troppo aperta, e anche se l'acqua è abbastanza calda, la sera l'aria è fredda, consiglio di tenerne conto. Nei mesi estivi, con poco nuvoloso (possibile con una breve pioggia), la temperatura dell'acqua è di 34-37°C, nelle giornate calde raggiunge i 42-45°C. La quantità di acqua calda è sufficiente per lavare normalmente 3-4 persone (a volte testano gli amici).

Il consumo di gas in estate è notevolmente diminuito, la colonna del gas non viene praticamente utilizzata, il consumo di gas non supera i 4-5 m3 al mese. In generale, il compito è stato risolto in modo soddisfacente: per la fabbricazione dell'impianto solare sono stati utilizzati solo materiali ampiamente utilizzati acquistati, non è stato richiesto alcun lavoro con la macchina, ci è stata fornita acqua calda per il lavaggio (gratuita) per tutta l'estate. Sono soddisfatto dei risultati, ho ricevuto un impulso positivo per ulteriori lavori verso l'uso di energia naturale gratuita e sono terribilmente orgoglioso di ciò che ho fatto.

Letteratura

1. Sabadi PR Sunny House, Mosca: Stroyizdat, 1981.
2. Sistemi di approvvigionamento solare termico e freddo, ed. Sarnatsky EV, Chistovich SA, Mosca: Stroyizdat, 1990.
3. N. V. Kharchenko, Installazioni solari individuali.
4. Artyushenko N.M., Riscaldamento di singole case, K: Budivelnik, 1980.

Autore: Evgeny Karpov

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