Индивидуальные солнечные установки

ПРОСТЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРИУСАДЕБНЫХ И ДАЧНЫХ УЧАСТКОВ

Самый простой солнечный водонагреватель можно сделать, используя черный пластмассовый шланг, кото­рый для этого сворачивается в виде спирали в бухту и укладывается на южный скат наклонной крыши,(рис. 87). Один конец шланга надевается на водопроводный кран, а второй соединяется с душем. Необходимую лу - чевоспринимающую поверхность и емкость этого водо­нагревателя можно обеспечить, выбрав соответствующую длину шланга, а регулируя краном расход воды, можно

1 — шланг; 2 — водопроводный кран; 3 — душ; 4 — полимерная пленка; В—ящик

Рис. 88. Пленочный водонагрева­тель:

/ — черяая пленка; 2 — прозрачная пленка; 5 —штуцер для воды; 4 — теплоизоляция; 5 — прозрачная плев­ка; 6, 7 —воздушный клапан

Получить требуемую температуру горячей воды. Кольца бухты должны быть ослаблены, и для уменьшения теп­ловых потерь сверху можно натянуть прозрачную поли­мерную пленку, зафиксировав ее на высоте 15—25 мм от шланга с помощью деревянной рамы' {ящика)^ снизу же под бухту шланга следует подложить металлический лист или фольгу с высокой отражательной способностью или хотя бы окрашенный в белый цвет лист фанера. Лучевоспринимающая поверхность шланга длиной 100 м, внутренним диаметром 16 мм при толщине стенки 2 мм составляет 2 м2, а его емкость 0,02 м3. Для того чтобы нагреть 1 кг воды от 15 до 40 °С, требуется 105 кДж теп­лоты.

В летний период в Подмосковье на 1 м2 лучеприем - ной поверхности в день поступает в среднем 19,5 МДж солнечной энергии. При КПД 0,3 количество получаемой
полезной теплоты с площади 2 м2 за день составит 15,6X Х0,3-2= 11,7МДж. Задень можно получить 110кг воды с температурой 40 °С. Это эквивалентно 5,5 полной емко­сти шланга. Нагретую воду можно собирать в теплоизо­лированный резервуар, из которого затем вода будет ис­пользоваться для ванны, душа и т. п. При продолжи­тельности инсоляции 8,5 ч в день среднечасовой расход воды равен 13 кг/ч, или 1,8 г/с на 1м2 площади поглоща­ющей поверхности. Скорость воды равна 0,018 м/с.

Нетрудно изготовить водонагреватель из черной и прозрачной прочной полимерной пленки в виде мешка, дно которого выполнено из черной пленки, верхняя вы­пуклая поверхность — из прозрачной пленки, а между ними находится вода (рис. 88). Заполнение и опорожнение водонагревателя производится через штуцер соответст­венно утром и вечером. Для уменьшения тепловых по­терь водонагреватель может быть снабжен теплоизоля­цией снизу и прозрачной изоляцией. Водонагреватель переносной, и его можно использовать дома, на даче, на пляже, в туристских походах и т. п. Для получения го­рячей воды достаточно поместить его на солнце, напри­мер на крыше автомобиля.

Выполним прикидочный расчет. количества горячей воды, которое можно получить за день в южных районах стракы. Примем, что в летний период поступление сол­нечной энергии составляет в среднем 21,9 МДж/м2 вдень (для условий, Алма-Аты, май — август) и КПД водона­гревателя равен 0,4. Тогда полезное количество теплоты составит <2п=8,76 МДж/м2 в день. При разности тем­ператур горячей и холодной воды Л^=45—15=30’С количество горячей воды, получаемой с 1 м2 площади водонагревателя, составит б = Фв/(срА0 = 8,76: (4,19X X 10^*30) = 70 кг в день. Следовательно, емкость водо­нагревателя должна быть равна 70 л, а толщина слоя воды 70 мм.

Без сомнения, описанные водонагреватели являются весьма примитивными устройствами, и их эффективность довольно низкая. Значительно эффективнее компактные водонагреватели, достаточно подробно описанные в § 8 (см. рис. 25—27). Отличаясь простым устройством и низкой стоимостью, они обладают достаточно высоким КПД. Возможны различные модификация указанных конструкций. В частности, водонагреватель, показанный на рис. 25, может содержать несколько цилиндрических

Емкостей (до шести — восьми) в едином корпусе. Во­донагреватель, показанный на рис. 27, не обязательно должен иметь тепловые трубы. Вместо них может ис­пользоваться обычный трубчатый абсорбер типа «труба в листе» и т. п. Верхний и нижний гидравлические кол­лекторы абсорбера соединяются трубками с баком-ак­кумулятором горячей воды, который имеет горизонталь­ное расположение и соединен также с баком холодной

Рис. 89. Объединение гелиоус­тановки и топливного водона­гревателя:

2

Рис. 90. Гелиотеплица е земляной насыпью: 1 — остекление: 2 — насынь; 3 — северная стена; 4 — канал для воздуха

Воды небольшой емкости. Все эти конструктивные эле­менты объединяются в единый компактный водонагре­ватель, аналогичный тому, который представлен на рис. 27.

Солнечный водонагреватель может соединяться с обычным топливным водонагревателем по схеме, пока­занной на рис. 89.

При разработке и организации производства солнеч* ных водонагревательных установок необходимо учиты­вать рекомендации по повышению эффективности кол* лекторов, изложенные в §5, а также те прогрессивные технологии, которые описаны в данной главе. >

На приусадебных и дачных участках солнечные, уста­новки должны найти довольно широкое применение.

Кроме описанных выше простых водонагревателей мож­но рекомендовать гелиотеплицы, показанные на рис. 90— 92, которые нетрудно построить непосредственно на уча­стке. При этом следует иметь в виду, что эффективность теплицы повышается при защите с помощью слоя тепло­изоляции северной стенки, аккумулировании теплоты в грунте и подогреве воздуха или воды в солнечном кол­лекторе. Вода, нагретая в коллекторе, циркулирует в трубопроводах, проложенных в грунте. Для этой цели используются пластмассовые трубы, не поддающиеся коррозии. Простая конструкция теплицы с пассивным ис-

Рис. 91. Гелиотеплица с подпочвенным галечным ак­кумулятором теплоты:

I — теплица; 2 — аккумулятор теплоты; 3 — канал для цирку­ляции воздуха; •4 -»- вентилятор

Пользованием солнечной энергии показана на рис. 90. Она имеет развитую остекленную поверхность с южной стороны и засыпанную грунтом стенку с северной сторо­ны. Земляная насыпь служит одновременно теплоизоля­цией и аккумулятором теплоты. Для циркуляции возду­ха в насыпи предусмотрены каналы. Днем происходит нагрев этого слоя земли, а ноч. ью от него теплота отво­дится воздухом, поступающим в теплицу.

В гелиотеплице (рис. 91) с прозрачной южной сто­роной и теплоизолированной северной стеной целесооб­разно применять подпочвенный Галечный аккумулятор. Для лучшей циркуляции воздуха следует использовать вентилятор, установленный в воздуховоде. Для аккуму­лирования теплоты требуется 0,5—0,9 м3 гальки (щебня, камня) на 1 м2 площади остекленной южной поверхно - сти.

Потери теплоты гелйбтеплицы в ночной период зна­чительными температура воздуха в теплице может упасть ниже допустимого предел» в 5°С. Можно существенно
снизить теплопотери путем применения подвижной теп­лоизоляции. Пример конструктивного исполнения тепли­цы с поворачивающейся шарнирно закрепленной тепло­изоляционной панелью показан на рис. 92. В ночное время панель поворачивается и в горизонтальном положении защищает растения от переохлаждения. Для большего эффекта внутренняя поверхность панели дол-

Жна быть окрашена в белый цвет. В этой гелиотеплице используются два тепловых аккумулятора — галечный и водяной. Галька засыпается в продольный канал в по­лу, проходящий по всей длине теплицы. Бочки с водой помещаются на полу У теплоизолированной стены. Мож­но также использовать канистры с парафином — в этом случае требуется меньший объем теплоаккумулирующего материала.. Вместо жесткой теплоизолирующей панели можно использовать горизонтальную штору, движущую­ся с помощью вращающихся опорных роликов.

Гелиотеплицу можно скомбинировать с другими по­лезными сооружениями. Например, внутри теплицы

Можно разместить пруд для разведения рыб (рис. 93) или над ней устроить солнечный опреснитель.

При строительстве гелиотеплицы возникает ряд прак­тических вопросов. В частности, важное значение имеют такие вопросы, как выбор места для строительства теп­лицы, ее ориентации, угла наклона светопрозрачной по­верхности. Теплицу надо размещать на ровном солнеч­ном месте, не затеняемом зданием или деревьями. Ни­зинные места, где часто бывают туманы и заморозки, не

Пригодны для теплиц. Нельзя располагать теплицу в промежутке между двумя домами или между домом и са­раем, так как там возникает сильный поток воздуха. С северной стороны теплица должна быть защищена от ветров плотным забором или высоким кустарником.

Устройство фундамента показано на рис. 94. Наруж­ная поверхность фундамента должна быть покрыта сло­ем теплоизоляции толщиной 30—40 мм (пенополисти - рол). Теплоизоляция должна быть защищена от влаги земли битумным покрытием, рубероидом, полимерной пленкой. Если возможно попадание дождевой воды, то перед фундаментом вырывают ров и заполняют его круп­ной щебенкой, а на дно кладут дренажную трубу — ке­рамическую или пластмассовую — диаметром бО-^ОО мм.

Влага земли всегда проникает из крупнозернистого слоя в мелкозернистый, поэтому дно теплицы следует выкла­дывать из крупного щебня. Более надежную защиту от влаги обеспечивает многослойная структура, состоящая из слоев щебня, теплоизоляции и бетона со слоем поли­винилхлоридной пленки для защиты теплоизоляции от влаги. Особенно хорошая влагозащйта требуется для теплицы, пристроенной к жилому дому. Кроме описанной

1 — фундамент; 2 теплоизоляция; 3 — руберонд; 4 — пленка или металличес­кий лист; 5 — щебень; 6 — дренажная труба; 7 — слой тощего бетона; 8 — плен­ка для влагоэащкты; 9 — пол; 10— опорная стена

Выше защитной структуры должен быть применен также барьер для распространения водяных паров в горизон­тальном направлении.

При изготовлении несущей конструкции и обшивки теплицы из дерева доски должны быть предварительно обработаны составом, защищающим от грибка; доски должны прибиваться так, чтобы вода не проникала через стыки (лучше всего, если доски перекрывают одна дру­гую). Рамы окон и дверей, а также вентиляционные от­верстия должны иметь хорошее уплотнение для предот­вращения неконтролируемой инфильтрации воздуха. Клапаны могут изготовляться из металлического листа или из фанеры и могут поворачиваться вокруг верти­кальной или горизонтальной оси, расположенной посере­дине или с краю клапана. Все непрозрачные поверхности теплицы (северная стена, нижняя часть южной стены,

Фундамент) для уменьшения теплопотерь должны быть теплоизолированы. В качестве теплоизоляции можно ис­пользовать такие материалы, как минераловатные 1^аты, пенопласты — пенополиуретан, пенополистирол, сухие

Рис. 95. Простая перенос­ная гелиосушилка:

I — стенка из фанеры; 2 — метал­лическая сетка; 3 — остекление;

4 — опорные ножки

Опилки и стружка, спрессованная солома и др. Следует помнить, что влажные материалы теряют свои теплоизо - ляционые свойства, поэтому особое значение имеет за­щита теплоизоляция от-попадания влаги.

Располагать гелиотеддицу надо так, чтобы конек ее

Крыши совпадал с осью восток — запад. Угол наклона южной светопрозрачной поверхности выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить максимальное количество уловленной солнечной энергии в данной местности. Так, для средней полосы оптимальным является наклон в 50— 60°. Угол наклона крыши должен быть равным 20—35°, чтобы хорошо удалялись осадки и грязь. Толщина теп-

Лоизоляции северной стены выбирается в пределах 150— 250 мм в зависимости от коэффициента теплопроводнос­ти используемого материала. Остекленная поверхность в ночное время может иметь теплоизоляцию толщиной 20—50 мм. При этом коэффициент теплопотерь через ос­текление может уменьшиться от 6,8 Вт/(м2-°С) при од­ном слое стекла толщиной 3—4 м до 0,75 Вт/(м2-°С) при одном слое стекла и пенополистирольной теплоизоляции толщиной 50 мм. Для теплоизоляции можно использовать легкие пенопластовые маты толщиной 50 мм из экстру­дированного полистирола, закрепляемые магнитами на стекле.

Можно также использовать рулонный эластичный теплоизоляционный материал толщиной 30 мм. Чтобы не образовывался конденсат на холодной поверхности стек­ла (за теплоизоляцией), перед теплоизоляцией надо ус­тановить защиту (из полимерной пленки) от водяйгых паров. В теплицах больших размеров в ночное время ис­пользуются шторы из полимерной пленки с напыленным отражательным (алюминиевым) покрытием. Благодаря этому теплопотери снижаются на 40—60 %. При исполь­зовании наружной теплоизоляции на остекленей конден­сация водяных паров на стекле не происходит, но между теплоизоляцией (жесткие пенопластовые панели или гибкие маты) и остеклением не должно быть движения воздуха, а сама теплоизоляция должна быть защищена от воздействия осадков. Жесткие теплоизоляционные панели днем откидываются и отражают дополнительное количество солнечной энергии на светопрозрачные по­верхности теплицы.

Фундамент должен доставать до уровня постоянной температуры грунта, а его теплоизоляция должна покры­вать всю ту поверхность фундамента, которая может на - ходиться в области отрицательных температур. Обычно глубина фундамента составляет 80—120 см.

В огородничестве и садоводстве следует больше ис­пользовать грунт, защищенный 1—2 слоями полимерной пленки. Это сокращает сроки созревания на 2—3 недели. При выращивании клубники хороший эффект дает ис­пользование черной полимерной пленки, укладываемой на землю под кустики клубники. При этом подавляется рост сорняков, ускоряется рост клубники и предотвра­щается загрязнение ягод землей. Использование отра­жательных подстилающих цветных (красный цвет для

Томатов, белый для картофеля) поверхностей способст­вует более быстрому созреванию плодов и клубней. Так же благотворно влияет отраженный солнечный свет на садовые культуры.

Для подогрева воды для плавательного бассейна и других сезонных потребителей рекомендуется использо­вать неостекленные пластмассовые (полипропиленовые} коллекторы в металлической раме '(из алюминия или оцинкованного железа) на легкой металлической опор­ной конструкции.

Широкое применение должны получить солнечные сушилки, которые нетрудно изготовить самим. В § 13 описаны конструкции достаточно простых пленочных су­шилок (см. рис. 54 и 58). Рассмотрим еще некоторые кон­струкции переносных сушилок, которые могут быть ис­пользованы для различных сельхозпродуктов. Сушилка, показанная на рис. 95, представляет собой деревянный ящик (из фанеры или тонких досок) с двумя боковыми стенками и днищем из металлической сетки. Верхняя крышка может сниматься и имеет прозрачное покрытие. Сушилка снабжена четырьмя опорными стойками. Внут­ренняя поверхность ящика окрашена в черный цвет. Це­лесообразно также использовать полностью деревянный ящик с отверстиями для воздуха, а также перфориро­ванное днище с остеклением (рис. 96). Для сушки сена можно использовать сушилку, показанную на рис. 54 При этом воздухонагреватель следует располагать с южной стороны сарая, а саму камеру для сушки сена лучше помещать внутри сарая или амбара.

Можно изготовить также простой солнечный дистил­лятор для обессоливация минерализовайной или опрес­нения морской води, пбказанный на рис. 97. В качестве материала для этого опреснителя можно использовать пенопласт (полистирол и т. п.). Указанные размеры од­ного модуля — чисто ориентировочные, число параллель­но соединенных аппаратов может быть любым. В каче­стве прозрачной изоляции следует использовать поли­мерную пленку. Простой пленочный опреснитель морской (минерализованной) воды показан на рис. 98. Прозрач­ная пленка, натягиваемая горизонтальной трубой и за­крепленная на стенках, пропускает солнечное излучение, которое поглощается зачерненным дном, от которого на­гревается тонкий слой морской воды. Вода испаряется, и пары конденсируются на пленке в виде капель, стека­ющих по поверхности пленки в приемный желоб, откуда по трубке дистиллят отводится в сборную емкость. Снизу дистиллятор имеет слой теплоизоляции. Исходная вода периодически подпитывается.