Douche d'été avec capteur solaire. Schéma, description

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Douche d'été avec capteur solaire. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Commentaires sur l'article

L'article traite de la technique de conception et de fabrication d'une douche d'été avec capteur solaire. L'installation est conçue pour la production à domicile et l'utilisation de matériaux largement disponibles uniquement. L'article est destiné aux heureux propriétaires de leurs propres maisons et chalets qui n'ont pas perdu leur intérêt pour la créativité technique.

Penser le long de l'arbre

Dès que j'ai eu ma propre maison, un jeune technicien s'est immédiatement réveillé dans mon âme, et les magazines des années 60 du même nom avec une masse de designs extrêmement utiles et intéressants, où il y avait une conversation sur l'utilisation de l'énergie solaire , refait surface dans ma mémoire. Mais, comme nous le faisons habituellement, toute réinstallation commence par une rénovation majeure, et mon cas ne fait pas exception. Travailler sur le toit par une belle journée d'été est très propice à réfléchir aux possibilités d'utiliser autant d'énergie orpheline. Et j'ai donné l'impulsion finale à la fabrication de ce design en m'asseyant sur un grand couteau à chaussures noir, qui était resté au soleil pendant quelques heures.

Parlant sérieusement, l'utilisation de l'énergie solaire pourrait donner des économies tout à fait tangibles d'électricité et de gaz (au moins dans notre région - le sud de l'Ukraine). Il n'y a pas de tendance à la baisse des prix de l'énergie, il est donc logique de penser à l'avance aux économies. À l'automne, après que la fièvre du bâtiment se soit calmée, j'ai décidé de prendre ce problème plus au sérieux. Il s'est avéré qu'une grande partie de la littérature sur cette question est disponible en ligne [1], [2], [3]. Après avoir soigneusement étudié tout ce que j'ai réussi à obtenir, je suis arrivé à la conclusion qu'il est plus efficace et techniquement simple de mettre en œuvre le chauffage de l'eau dans une chaudière avec son inclusion dans le système général d'alimentation en eau chaude à la maison. Les options associées à des modifications structurelles importantes du bâtiment ont été immédiatement écartées et l'utilisation de convertisseurs photovoltaïques était trop coûteuse et moins efficace. Après avoir effectué des calculs préliminaires, il s'est avéré que ce serait une structure plutôt grandiose. De plus, de nombreux problèmes techniques liés à la fabrication d'un capteur solaire se sont immédiatement posés. Les livres en disent long sur ce qu'il faut faire, mais pas sur le comment. Par conséquent, j'ai décidé de m'entraîner sur les "chats" et de commencer par construire une douche extérieure pour vérifier l'exactitude des calculs et des options de conception.

Le travail de la douche a été prévu en mode "impulsion" - chauffage pendant la journée, et le soir - éclaboussures conviviales de toute la famille sous la douche. En estimant les dimensions requises du collecteur, je suis parti du fait que la température de l'eau dans l'alimentation en eau (pendant la saison chaude) est de 15-20°C et que la température souhaitée dans la chaudière est d'environ 40°C. Il fallait donc augmenter la température de 60 à 80 litres d'eau de 20 à 25°C. Le calcul s'est avéré très approximatif, car en approfondissant la méthodologie de calcul, il s'est avéré qu'il existe de nombreux coefficients approximatifs (je ne suis pas un expert dans le domaine de l'ingénierie thermique, et le "sens de la queue" dans ce domaine n'a pas encore été développé). En conséquence, j'ai obtenu la surface de capteur requise dans la région de 0,5 à 0,7 m2. Guidé par la sagesse des livres, les lois de la physique et le bon sens, je me suis mis à concevoir.

collecteur solaire

En fait, c'est l'élément principal de l'installation solaire et le principal casse-tête. Après avoir pris connaissance des prix des produits d'usine, j'ai immédiatement perdu tout intérêt pour eux, j'ai décidé de le fabriquer moi-même. Je voulais rendre le collecteur plus simple, moins cher, meilleur et sans l'utilisation de machines-outils et de soudage au dioxyde de carbone. Au début, j'ai joué avec l'idée d'utiliser un dissipateur thermique plat estampé (glané dans l'un des livres), mais il s'est avéré qu'ils n'ont pas été produits depuis longtemps. Dans ma recherche, j'ai déménagé dans un marché aux puces, je ne les ai pas trouvés non plus, mais je suis tombé sur un magnifique tonneau en aluminium - étroit et haut, ressemblant à un doigt géant (bien sûr que je l'ai acheté). Je ne voulais pas assembler un panneau chauffant sur un fil de conduites d'eau et de tés - à la fois beaucoup de poids et une faible résistance à la corrosion, et une augmentation significative de la résistance hydraulique en raison du grand nombre de tés avec des sauts brusques dans la zone d'écoulement . En général, une ombre sombre planait sur l'idée.

Le problème a été résolu lorsque je suis entré dans un magasin de plomberie et que j'ai vu un tuyau en cuivre pour les systèmes de chauffage. C'était ce dont nous avions besoin - haute résistance à la corrosion, facilité d'assemblage (soudure), raccords raisonnablement faits - avec pratiquement aucun saut dans la zone d'écoulement. Une fois que vous visitez un bon magasin, vous obtiendrez 90% des matériaux nécessaires pour toute la centrale solaire.

La conception du capteur solaire illustrée à la fig. 1. Les tuyaux des collecteurs hydrauliques d'eau froide et d'eau chaude sont constitués de sections de tuyaux et de tés de 18 mm, les tuyaux de chauffage ont un diamètre de 15 mm. Pour se connecter au système, des adaptateurs de filetage 3/4" sont utilisés, les deux autres extrémités sont bouchées. Une tôle d'acier de 0.8 mm d'épaisseur est soudée aux tubes de chauffage. Il a fallu 20 tés, 5 mètres d'un tuyau d'un diamètre de 15 mm , 1,5 mètre d'un tuyau d'un diamètre de 18 mm pour fabriquer le capteur solaire , deux bouchons et deux adaptateurs. En plus de ces matériaux, vous aurez besoin d'un coupe-tube à rouleau, d'une soudure avec du flux et du brûleur à gaz le moins cher, tout cela est acheté dans le même magasin de plomberie.

Fig.1 (cliquez pour agrandir)

La production du panneau chauffant commence par couper le nombre requis de tubes, après quoi le premier tube chauffant et les tubes intermédiaires sont soudés en deux tés, puis les deux tés suivants avec un tube chauffant inséré (mais non soudé) sont placés sur l'intermédiaire tubes, et toutes les connexions sont soudées, et ainsi de suite. Enfin, les fiches et les adaptateurs sont soudés. L'assemblage doit être effectué sur un plan plat, c'est-à-dire qu'après avoir installé la paire de tés suivante, toute la structure doit être posée sur un plan et nivelée, puis soudée (il est préférable de souder directement sur le plan si cela peut y résister). La soudure s'effectue comme suit: une fine couche de soudure au flux de 10 à 15 mm de large est appliquée à l'extrémité du tuyau, le tuyau est inséré dans le té (raccord) et le point de soudure est chauffé avec un brûleur jusqu'à ce que la soudure fond.

Après cela, une tôle est soudée aux tubes chauffants, c'est la partie la plus difficile et la plus désagréable du travail. Premièrement, vous devez stocker une quantité suffisante de soudure ordinaire, et deuxièmement, en plaçant l'échangeur de chaleur sur la feuille, vous devez marquer les endroits où passent les tubes chauffants et les irradier. Il est pratique de souder en plaçant toute la structure en biais et en utilisant simultanément un fer à souder puissant (90 watts) et un brûleur à gaz. Avant de souder, la feuille doit être pressée contre les tubes, j'ai utilisé plusieurs pinces, en les réarrangeant au besoin. Vous pouvez percer des trous dans la feuille d'un diamètre de 1 à 1,5 mm et les tirer avec du fil. Les tubes doivent être soudés sur toute la longueur des deux côtés, sans épargner de soudure. Une fois la soudure terminée, des tests hydrauliques doivent être effectués, par exemple en bouchant une prise et en connectant l'autre à l'alimentation en eau. Nulle part et rien ne doit couler et goutter. Le panneau chauffant fini est peint avec une peinture noire mate résistante à la chaleur en deux couches, la peinture est vendue en bombe aérosol dans n'importe quelle quincaillerie. Enfin, le té 10 et la transition 1 sont installés.

Le panneau fini est placé dans une boîte en bois (Fig. 2). La boîte est assemblée en pointe à partir de quatre planches de 25 mm d'épaisseur. Avant d'assembler le long des côtés longs des planches des deux côtés, une rainure de 6 mm de profondeur et de 6 à 8 mm de largeur est sélectionnée avec une raboteuse. Pour augmenter la rigidité de la boîte au ras du bord inférieur des rainures, des barres en bois de 30x30 mm sont collées dans les coins de la boîte, deux des mêmes barres de 300 à 400 mm de long sont collées (environ au centre) de l'intérieur le long du côté long de la boîte à partir du côté de l'installation du couvercle arrière. Ils servent à fixer le couvercle arrière de la boîte, fabriqué à partir d'un morceau de contreplaqué de 6 mm d'épaisseur.

Fig.2 (cliquez pour agrandir)

Pour le passage des tuyaux d'entrée et de sortie, des rainures sont découpées dans le caisson. Il est préférable de le faire en place, en fixant le panneau de préchauffage. Pour coller la boite, il faut utiliser une bonne colle waterproof, les "Liquid nails" conviennent tout à fait. Après fabrication et pose de toutes les pièces de la boîte, celles-ci ont été imprégnées d'une composition hydrofuge (nom commercial "Polyfluid") et peintes à l'émail synthétique à deux reprises.

Le collecteur est assemblé dans l'ordre suivant :

Sur le capot arrière, quatre entretoises en bois de 50 mm d'épaisseur sont fixées avec des vis (attention à ce que l'entretoise ne tombe pas sous le tube chauffant).
Une couche de laine de verre est posée sur le couvercle avec une tolérance de 90-100 mm, en face des entretoises, la laine de verre est écartée.
Installez le panneau chauffant sur les entretoises et fixez-le avec des vis.
Insérez le couvercle arrière dans la boîte et fixez le couvercle avec des vis aux barres.
Redressez la laine de verre le long des parois de la boîte et fixez-la à plusieurs endroits avec des clous fins à larges rondelles.
Installez une vitre de protection sur du mastic silicone.
Soufflez le passage des tuyaux avec de la mousse de construction.

La surface de chauffage équivalente du capteur solaire est d'environ 0,5 m2.

Assemblage de la centrale solaire

Le schéma complet de la centrale solaire est illustré à la figure 3. La centrale solaire est à circuit unique, de type thermosiphon et est conçue pour un raccordement permanent au réseau d'alimentation en eau. Un tel schéma a été décrit à de nombreuses reprises, et je ne me répéterai pas, mais me concentrerai sur sa mise en œuvre technique.

J'ai déjà mentionné le réservoir de stockage, il s'agit d'un fût en aluminium qui, après modification, a une capacité d'environ 0,3 m2. Initialement, la capacité du fût était d'environ 0,5 m2, cela me paraissait un peu trop et, en versant des larmes, réduisait sa hauteur de 0,8 m.Pour l'isolation thermique, le réservoir était enveloppé de deux couches de laine minérale de 50 mm d'épaisseur. Deux couches de tissu imperméable sont posées sur le coton, le tissu est fixé avec un fil à tricoter fin. Un cercle de matériau de toiture (en forme de jupe) est placé sur le dessus et est également fixé avec un fil à tricoter. Bien sûr, un baril en aluminium est un luxe (juste de la chance), un récipient en acier peint à l'intérieur avec une peinture imperméable convient également tout à fait. Vous pouvez également essayer un récipient en plastique, mais avec un séjour constant dans la rue, leur durabilité n'est pas très grande. L'exigence générale pour tout type de réservoir est qu'il doit être étroit et haut.

Les raccords du réservoir sont constitués d'éperons galvanisés de 100 à 150 mm de long. Pour connecter le capteur solaire, des manchons de 3/4" sont utilisés, pour le raccord d'alimentation en eau - 1/2". La conception du raccord est illustrée à la figure 4. Ici, le seul problème possible peut être des rondelles de grand diamètre. Il n'y avait pas de tels magasins, j'en ai trouvé des convenables dans un marché aux puces. Les trous dans le réservoir sont d'abord percés, puis amenés au diamètre requis avec une lime.

Fig.4 (cliquez pour agrandir)

Les canalisations sont constituées d'un tuyau en métal-plastique, travailler avec celui-ci ne pose aucun problème et aucun outil spécial n'est requis (d'ailleurs, il peut être parfaitement coupé avec un coupe-tube à rouleau). Avec de grands rayons de courbure, vous pouvez vous passer d'un ressort de courbure. Une autre de ses propriétés positives : une faible résistance hydraulique. Pour l'isolation thermique des tuyaux, un manchon d'isolation thermique standard est utilisé (acheté au même endroit que le tuyau).

Une vanne à flotteur du réservoir de toilette est utilisée comme vanne d'alimentation en eau automatique. Lors du choix d'une vanne, vous ne devez pas économiser d'argent - premièrement, la vanne doit être fiable pour ne pas grimper chaque semaine et, deuxièmement, lorsqu'elle est ouverte, l'eau doit s'écouler principalement de la sortie et ne pas voler dans toutes les directions. Un tube en plastique est placé sur le tuyau de sortie de la vanne, atteignant le fond du réservoir. Lorsque l'eau est retirée, l'eau froide pénètre dans le bas du réservoir et déplace l'eau chaude vers le haut.

Le tuyau de sortie est constitué d'un morceau de tuyau galvanisé avec un filetage 1/2" coupé à une extrémité, de 150 mm de long. Le tuyau est scellé dans le fond du réservoir de la même manière que les raccords sont scellés, une bille standard Une valve (de préférence avec une longue poignée) est vissée sur l'extrémité restante du filetage.En conséquence, la valve est vissée dans un arrosoir.Apparemment, la meilleure solution serait d'utiliser une prise d'eau flottante et de prélever l'eau des couches supérieures. Mais je n'ai pas trouvé de tube suffisamment souple et fiable, et je ne voulais pas changer le tube à chaque saison.Lors du fonctionnement de la centrale solaire, il s'est avéré que par une journée chaude, la température du niveau d'eau était trop élevée pour le lavage, la sortie a été légèrement modifiée, un té a été installé entre la sortie et la vanne, et de l'eau plus froide est fournie par un tuyau flexible et un robinet à partir d'un raccord supplémentaire installé au fond du réservoir.

Le capteur solaire est installé à un angle de 45° et est orienté exactement vers le sud. Une vue générale de la centrale solaire est présentée à la figure 5.

Douche d'été avec capteur solaire
Ris.5

La conception de la cabine de douche est arbitraire, mais elle doit supporter le poids total d'un réservoir plein et le vôtre. J'ai soudé le cadre de la cabine à partir d'un tuyau d'un diamètre de 40 mm et d'un carré de 40x40, le sol et le toit sont constitués de planches de 40 mm d'épaisseur. La conception a une marge de sécurité excédentaire significative, mais j'ai d'autres vues sur les perspectives de son utilisation.

Je tiens à souligner que les dimensions indiquées à la figure 5 ne sont pas un dogme et sont de nature consultative. Pour que le système fonctionne bien, trois conditions principales doivent être remplies :

assurer une bonne isolation thermique de toutes les parties de l'installation,
fournir une résistance hydraulique minimale,
assurer la différence de hauteur maximale entre le tuyau d'arrivée du capteur solaire (12) et le raccordement d'eau chaude (9) installé sur le ballon.

résultats

L'installation fonctionne depuis deux saisons, aucun problème n'est survenu et aucun entretien n'est nécessaire (naturellement, à l'automne l'eau est vidangée et tous les robinets ouverts, l'opération inverse est effectuée au printemps). L'efficacité calculée indirectement de l'installation est d'environ 0,38 (il est prévu d'effectuer des mesures plus précises pour le capteur solaire). Après avoir rempli l'installation d'eau ou après des pluies prolongées, l'installation entre en mode pendant plusieurs jours. La douche peut être utilisée de mai à octobre. Au printemps et en automne, la température de l'eau, dans la zone de l'exutoire, varie de 25 à 30°C. Une certaine erreur est survenue avec la cabine, je l'ai rendue trop ouverte, et bien que l'eau soit assez chaude, l'air est froid le soir, je recommande d'en tenir compte. Pendant les mois d'été, avec partiellement nuageux (possible avec une courte pluie), la température de l'eau est de 34-37°C, les jours chauds elle atteint 42-45°C. La quantité d'eau chaude est suffisante pour que 3-4 personnes se lavent normalement (test parfois des amis).

La consommation de gaz en été a sensiblement diminué, la colonne de gaz n'est pratiquement pas utilisée, la consommation de gaz ne dépasse pas 4-5 m3 par mois. En général, la tâche a été résolue de manière satisfaisante - pour la fabrication de l'installation solaire, seuls des matériaux achetés largement utilisés ont été utilisés, aucun travail de machine n'était nécessaire, nous avons reçu de l'eau chaude pour le lavage (gratuit) tout l'été. Je suis satisfait des résultats, j'ai reçu une impulsion positive pour poursuivre les travaux vers l'utilisation de l'énergie naturelle gratuite et je suis terriblement fier de ce que j'ai fait.

littérature

1. République populaire de Sabadi Sunny House, Moscou : Stroyizdat, 1981.
2. Systèmes de production solaire de chaleur et de froid, éd. Sarnatsky E.V., Chistovitch S.A., Moscou : Stroyizdat, 1990.
3. N. V. Kharchenko, Installations solaires individuelles.
4. Artyushenko N.M., Chauffage des maisons individuelles, K : Budivelnik, 1980.

Auteur : Evgueni Karpov

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