В этом разделе рассмотрена конструкция и методика изготовления летнего душа с солнечным коллектором из медных трубок. Установка рассчитана ее автором Е. Карповым на изготовление в домашних усло­виях и использование только широкодоступных материалов.

Солнечный коллектор — это основной элемент гелиоустановки. Решено было использовать медную трубу для систем отопления. Причина выбора — высокая коррозионная стойкость, простота сборки (пайка), разумно сделанные фитинги — практически без скач-

Переход 018 мм -3/4"

Труба медная 018 мм

Тройник 018 мм/15 мм

Утеплитель (минеральная вата 50 мм)

ков проходного сечения. Конструкция солнечного коллектора показа нарис. 2.13.

Трубы гидравлических коллекторов холодной и горячей воды изго­товлены из отрезков трубы диаметром 18 мм и тройников, нагреватель­ные трубки имеют диаметр 15 мм. Для подключения к системе исполь­зуются переходы на резьбу ЪА дюйма, два других конца заглушены.

К нагревательным трубкам припаян стальной лист толщиной 0,8 мм. На изготовление солнечного коллектора ушло 20 тройников, 5 м трубы 015 мм, 1,5 м трубы 018 мм, две заглушки и две переход­ные муфты. Кроме этих материалов понадобится роликовый трубо­рез, припой с флюсом и самая дешевая газовая горелка.

Изготовление нагревательной панели начинается с нарезки нуж­ного количества трубок, после этого в два тройника впаивается пер­вая нагревательная трубка и промежуточные трубки, далее на проме­жуточные трубки надеваются следующие два тройника с вставленной (но не припаянной) нагревательной трубкой, и все соединения про­паиваются, и так далее. В последнюю очередь впаиваются заглушки и переходные муфты.

ІИ

Пайка производится следующим образом:

♦ на конец трубы наносится тонким слоем поясок флюс-припоя шириной 10—15 мм;

♦ труба вставляется в тройник (муфту);

♦ место спая прогревается горелкой до расплавления припоя.

После этого к нагревательным трубкам припаивается металличе­ский лист, это самая сложная и неприятная часть работы. Во-первых, следует запастись достаточным количеством обычного припоя. Во-вторых, наложив теплообменник на лист, следует отметить места, где проходят нагревательные трубки, и их облудить.

Совет.

Удобно паять, поставив всю конструкцию под углом и одновре­менно орудуя мощным (90 ватт) паяльником и газовой горелкой.

Перед пайкой, лист надо прижать к трубкам. Автор Е. Карпов использовал несколько струбцин, переставляя их по мере надобности. Можно просверлить в листе отверстия диаметром 1—1,5 мм и при­тянуть их проволокой. Трубки надо припаять по всей длине с обеих сторон, не жалея припоя.

Завершив пайку, следует провести гидравлические испытания, например, заглушив один выход, а второй подключив к водопроводу. Нигде и ничего не должно течь и капать. Готовую нагревательную панель окрашивают черной матовой термостойкой краской в два слоя, краска продается в аэрозольной упаковке. В последнюю очередь уста­навливают тройник и переход. Готовую панель помещают в деревян­ный ящик (рис. 2.14).

Ящик собран в шип из четырех досок толщиной 25 мм. Перед сбор­кой вдоль длинных сторон досок с обеих сторон выбирают рубанком паз глубиной 6 мм и шириной 6—8 мм. Для повышения жесткости коробки заподлицо с нижним краем пазов в углы коробки вклеиваются деревянные бруски 30×30 мм, два таких же бруска длиной 300—400 мм приклеивают (приблизительно по центру) изнутри вдоль длинной стороны коробки со стороны установки задней крышки. Они служат для крепления задней крышки ящика, изготовленной из куска фанеры толщиной 6 мм. Для про­хода входного и выходного патрубков, в ящике вырезают пазы.

■■ Совет.

ІУІ Делать это лучше по месту, закрепив предварительно нагрева — тельную панель. Для склеивания ящика следует использовать хоро­ший водостойкий клей, вполне подходят «Жидкие гвозди».

Шаг 1. На задней крышке крепят шурупами четыре деревянных проставки толщиной 50 мм (следует следить, чтобы проставка не попала под нагревательную трубку).

Шаг 2. На крышку укладывают слой стекловаты с припуском 90—100 мм, напротив проставок стекловату раздвигают.

Шаг 3. Устанавливают нагревательную панель на проставки, и кре­пят ее к ним шурупами.

Шаг 4. Вставляют заднюю крышку в ящик, и крепят крышку шуру­пами к брускам.

Шаг 5. Расправляют стекловату вдоль стенок ящика, и закрепляют ее в нескольких местах тонкими гвоздями с широкими шайбами.

Шаг 6. Устанавливают на силиконовом герметике защитное стекло.

Шаг 7. Задувают строительной пеной места прохода патрубков.

Эквивалентная площадь нагрева солнечного коллектора примерно составляет 0,5 м2.

Сборка гелиоустановки. Полная схема гелиоустановки показана на рис. 2.15. Гелиоустановка одноконтурная, термосифонного типа и рас­считана на постоянное подключение к магистрали питающей воды.

Теплоизоляция

Такая схема многократно описана, и поэтому не будем повторяться, а основное внимание уделим ее техническому воплощению.

Бак-накопитель — это алюминиевая бочка, которая после пере­делки имеет емкость приблизительно 0,3 м3. Для теплоизоляции бак обернут двумя слоями минеральной ваты толщиной 50 мм. Поверх ваты уложено два слоя гидроизоляционной ткани, ткань закреплена тонкой вязальной проволокой. Сверху положен кружок рубероида (в виде юбочки) и тоже закреплен вязальной проволокой. Конечно, алюминиевая бочка — это роскошь (просто повезло), вполне подой­дет и стальная емкость, окрашенная изнутри водостойкой краской.

Можно попробовать и полиэтиленовую емкость, но при постоян­ном нахождении на улице их долговечность не очень велика. Общее требование к любому типу бака: он должен быть узким и высоким.

Штуцера в баке изготовлены из оцинкованных сгонов длиной 100— 150 мм. Для подключения солнечного коллектора используются сгоны на % дюйма, для штуцера подачи питающей воды —

Уг дюйма. Конструкция штуцера показана на рис. 2.16. Отверстия в баке сначала сверлятся, а потом доводятся до необходимого диаметра напильником.

Трубопроводы ИЗГОТОВ — Рис. 2.16. Конструкция штуцера

лены из металлопластико­вой трубы. Работа с ней не вызывает каких-либо проблем и не требу­ется какой-то специальный инструмент. Она прекрасно режется роли­ковым труборезом. При больших радиусах сгиба можно обойтись и без гибочной пружины. Еще одно ее положительное свойство: малое гидравлическое сопротивление. Для теплоизоляции труб использу­ется стандартный теплоизоляционный рукав.

В качестве автоматического клапана питающей воды используется поплавковый клапан от сливного бачка унитаза. При выборе клапана не стоит экономить:

♦ во-первых, клапан должен быть надежным, чтобы не лазить каждую неделю наверх;

♦ во-вторых, при его открывании вода должна вытекать преиму­щественно из выходного отверстия, а не лететь во все стороны.

На выходной патрубок клапана надета пластиковая трубка, доста­ющая до дна бака. При отборе воды, холодная вода поступает на дно бака и вытесняет горячую воду наверх.

Выходной патрубок изготовлен из куска оцинкованной трубы с нарезанной на одном его конце резьбой Уг дюйма длиной 150 мм. Труба уплотняется в днище бака аналогично уплотнению штуцеров, на оставшийся конец резьбы накручивается стандартный шаровой клапан (желательно с длинной ручкой).

Соответственно, в клапан вворачивается лейка. По-видимому, луч­шим решением было бы использование плавающего водозаборника и отбор воды из верхних слоев. Выяснилось, что в жаркий день темпера­тура воды для мытья слишком высока, поэтому выпускной патрубок был слегка модифицирован. Между выпускным патрубком и клапа­ном был установлен тройник. В него от дополнительного штуцера, установленного в днище бака, через гибкий шланг и кран подается более холодная вода. Получилось некое подобие смесителя.

Солнечный коллектор установлен под утлом 45° и направлен точно на юг. Конструкция душевой кабинки — произвольная, но она должна выдержать суммарный вес полного бака и ваш. Автор (Е. Карпов) сва­рил каркас кабинки из трубы 040 мм и угольника 40×40 мм, пол и крыша сделаны из доски толщиной 40 мм. Конструкция имеет значи­тельный излишний запас прочности, но у меня есть дальнейшие виды на перспективы ее использования.

Чтобы система хорошо работала надо выполнить три главных условия:

♦ обеспечить хорошую теплоизоляцию всех частей установки;

♦ обеспечить минимальные гидравлические сопротивления;

♦ обеспечить максимальный перепад высот между входным па­трубком солнечного коллектора и штуцером горячей воды, уста­новленном на баке (отмечает Е. Карпов на http://www. next-tube. com/articles/sunny/sunny. pdf).

Задачу снятия пиков потребления энергии решают гидроакумули — рующие станции (ГАЭС), работая следующим образом. В интервалы времени, когда электрическая нагрузка в объединенных системах минимальная, ГАЭС перекачивает воду из нижнего водохранилища в верхнее и потребляет при этом электроэнергию из системы. В режиме непродолжительных «пиков» — максимальных значений нагрузки — ГАЭС работает в генераторном режиме и тратит накопленную в верх­нем водохранилище воду.

ГАЭС стали особенно эффективными после появления оборот­ных гидротурбин, которые выполняют функции и турбин, и насо­сов. Перспективы применения ГАЭС во многом зависят от КПД, под которым относительно этих станций понимается отношение энергии, выработанной станцией в генераторном режиме, к энергии, израсхо­дованной в насосном режиме.

Экономия топлива при использовании ГАЭС достигается за счет догрузки теплового оборудования для зарядки ГАЭС. При этом потре­бляется меньше топлива, чем для производства пиковой электроэнер­гии на ТЭС или газотурбинной электростанции. Кроме того, режим ее зарядки оказывает содействие введению в эксплуатацию базовых электростанций, которые будут вырабатывать энергию с меньшими удельными затратами топлива.

Первые ГАЭС в начале XX ст. имели КПД, не больше 40%, в совре­менных ГАЭС КПД составляет 70—75%. К преимуществам ГАЭС, кроме относительно высокого значения КПД, относится также и низ­кая стоимость строительных работ. В отличие от обычных гидроэлек­тростанций, здесь нет необходимости перекрывать речки, строить высокие дамбы с длинными туннелями и т. п.

Принцип действия (аккумулирования) гидроаккумулирующей станции заключается в преобразовании электрической энергии, полу­чаемой от других электростанций, в потенциальную энергию воды. При обратном преобразовании накопленная энергия отдается в энер­госистему главным образом для покрытия пиков нагрузки (подроб­ности на http://pusk. by/bse/).

Гидротехнические сооружения ГАЭС (рис.4.3) состоят из двух бас­сейнов, расположенных на разных уровнях, и соединительного тру­бопровода. Гидроагрегаты, установленные в здании ГАЭС у нижнего конца трубопровода, могут быть:

♦ или трехмашинными, состоящими из соединенных на одном валу обратимой электрической машины (двигатель-генератор), гидротурбины и насоса;

♦

или двухмашинными — обратимая электромашина и обратимая гидромашина, которая в зависимости от направления вращения может работать как насос или как турбина. В конце 1960-х гг. на вновь вводимых ГАЭС стали устанавливать более экономичные двухмашинные агрегаты.

Электроэнергия, вырабатываемая недогруженными электростан­циями энергосистемы (в основном в ночные часы суток), использу­ется ГАЭС для перекачивания насосами воды из нижнего водоема в верхний, аккумулирующий бассейн. В периоды пиков нагрузки вода из верхнего бассейна по трубопроводу подводится к гидроагрегатам ГАЭС, включенным на работу в турбинном режиме. Выработанная при этом электроэнергия отдается в сеть энергосистемы, а вода нака­пливается в нижнем водоеме.

Количество аккумулированной электроэнергии определяется емко­стью бассейнов и рабочим напором ГАЭС. Верхний бассейн ГАЭС может быть искусственным или естественным (например, озеро); нижним бассейном нередко служит водоем, образовавшийся вслед­ствие перекрытия реки плотиной.

Одно из достоинств ГАЭС состоит в том, что они не подвержены воздействию сезонных колебаний стока. Гидроагрегаты ГАЭС в зави­симости от высоты напора оборудуются поворотно-лопастными, диа­гональными, радиально-осевыми и ковшовыми гидротурбинами.

Время пуска и смены режимов работы ГАЭС измеряется несколь­кими минутами, что предопределяет их высокую эксплуатационную маневренность. Регулировочный диапазон ГАЭС, из самого принципа ее работы, близок двукратной установленной мощности, что является одним из основных ее достоинств.

Способность ГАЭС покрывать пики нагрузки и повышать спрос на электроэнергию в ночные часы суток делает их действенным сред­ством для выравнивания режима работы энергосистемы и, в частно­сти, крупных паротурбинных энергоблоков. ГАЭС могут быть с суточ­ным, недельным и сезонным полным циклом регулирования.

Наиболее экономичны мощные ГАЭС с напором в несколько сотен метров, сооружаемые на скальном основании. Общий КПД ГАЭС в оптимальных расчетных условиях работы приближается к 0,75; в реальных условиях среднее значение КПД с учетом потерь в электри­ческой сети не превышает 0,66.

ГАЭС целесообразно строить вблизи центров потребления элек­троэнергии, т. к. сооружение протяженных линий электропередачи для кратковременного использования экономически не выгодно. Обычный срок сооружения ГАЭС около 3 лет.