ソーラーコレクター付きサマーシャワー. スキーム、説明

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ソーラーコレクター付きのサマーシャワー。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事では、太陽熱集熱器を備えたサマーシャワーの設計と製造方法について説明します。このインスタレーションは家庭で製作できるように設計されており、広く入手可能な材料のみを使用します。この記事は、技術的な創造性への関心を失っていない、自分の家やダーチャの幸せな所有者を対象としています。

木に沿って考える

自分の家を手に入れるとすぐに、私の魂の中の若い技術者がすぐに目覚め、私の記憶は60年代の同じ名前の雑誌に戻りました。非常に便利で興味深いデザインがたくさん掲載されていました。太陽エネルギーの利用。しかし、いつものことですが、引っ越しは大規模な改修から始まり、私の場合も例外ではありません。晴れた夏の日に屋根の上で作業すると、エネルギーを大量に浪費する可能性について考えることができます。そして、私がこのデザインを作る最後のきっかけとなったのは、大きな黒いシューナイフの上に座って、数時間太陽の当たる場所に置いていたことでした。

真剣に言うと、太陽エネルギーの利用は、電気とガスをかなり大幅に節約できる可能性があります（少なくとも私たちの地域、つまりウクライナ南部では）。エネルギー価格には下落傾向がないため、事前に節約を検討することは理にかなっています。秋になり、建設熱が落ち着いた後、私はこの問題をもっと真剣に受け止めることにしました。結局のところ、この問題に関しては、インターネット上でかなり多くの文献が入手可能です [1]、[2]、[3]。辿り着いたすべてのことを慎重に検討した結果、ボイラーで水を加熱する最も効果的で技術的に最も簡単な方法は、家の一般的な給湯システムにボイラーを組み込むことであるという結論に達しました。建物の大幅な構造変更に伴うオプションはすぐに廃止され、光電変換器の使用は高価すぎて効率も低かった。予備的な計算の結果、これはかなり壮大な構造になることが判明しました。さらに、太陽熱集熱器の製造に関連して多くの技術的問題が直ちに発生しました。本には何をしなければならないかについて多くのことが書かれていますが、その方法については書かれていません。したがって、「猫」で練習し、最初に屋外シャワーを構築して、計算と設計オプションの正確さを確認することにしました。

シャワーは「パルス」モードで機能するように計画されており、日中は暖房が行われ、夕方には家族全員がシャワーの下で快適に水しぶきを浴びます。コレクターの必要な寸法を見積もるとき、給水の水温（暖かい季節）は15〜20°Cであり、ボイラー内の望ましい温度は約40°Cであるという事実から進めました。そのため、60～80リットルの水の温度を20～25℃上げる必要がありました。計算方法を詳しく調べてみると、多くの近似係数があることが判明したため、この計算は非常に近似的であることがわかりました (私は加熱工学の分野の専門家ではありません。また、熱工学の「テールの感覚」はこの分野はまだ発展していません）。その結果、0,5〜0,7 m2の範囲で必要なコレクタ面積が得られました。本の知恵、物理法則、常識に導かれて、私はデザインを始めました。

ソーラーコレクター

実際のところ、これは太陽光発電設備の主要な要素であり、最大の悩みの種です。工場製品の価格を知ってからは、すぐに興味を失い、自分で作ることにしました。私は、工作機械や二酸化炭素溶接を使用せずに、コレクターをよりシンプル、より安価、より優れたものにしたいと考えていました。最初は、スタンプされたフラットラジエーター（本のXNUMXつで取り上げられました）を使用するというアイデアを考えましたが、結局のところ、それらは長い間製造されていませんでした。探しているうちに、フリーマーケットに移動しましたが、そこでも見つかりませんでしたが、細くて背が高く、巨大な指に似た壮大なアルミニウムの樽を見つけました（もちろん、私はそれを購入しました）。水道管とティーからネジ付きヒーターパネルを組み立てたくありませんでした。重量が重く、耐食性が低く、流れ領域に鋭いジャンプを備えたティーが多数あるため、水圧抵抗が大幅に増加します。概して、このアイデアには暗い影が漂っていた。

この問題は、配管店に立ち寄って暖房システム用の銅パイプを見たときに解決されました。これが必要なものでした。高い耐食性、組み立て（はんだ付け）の容易さ、流れ領域でのジャンプが実質的になく、インテリジェントに作られたフィッティングです。優良店に行けば、太陽光発電設備全体に必要な材料の 90% を購入できるでしょう。

太陽熱集熱器の設計を図に示します。 1. 冷温水油圧マニホールドのパイプは、直径 18 mm のパイプ部分と、ティー、加熱チューブの直径が 15 mm でできています。システムに接続するには、3/4 インチネジのアダプターが使用され、他の 0.8 つの端はプラグで接続されます。厚さ 20 mm の鋼板が加熱管にはんだ付けされます。太陽熱集熱器の製造には、5 個のティーと 15 メートルのパイプが必要でした。直径1,5 mmのパイプ、直径18 mmのパイプXNUMXメートル、XNUMXつのプラグとXNUMXつのアダプターカップリング。これらの材料に加えて、ローラーパイプカッター、フラックス入りのはんだ、最も安価なガスバーナーが必要になります。これは同じ配管店で購入できます。

図1（クリックすると拡大）

加熱パネルの製造は、必要な数のチューブを切断することから始まり、その後、最初の加熱チューブと中間チューブが 10 つの T 型にはんだ付けされ、次に挿入された (ただしはんだ付けされていない) 加熱チューブを備えた次の 15 つの T 型が中間チューブの上に置かれます。チューブ、すべての接続ははんだ付けなどです。最後に、プラグとアダプターのカップリングをはんだ付けします。組み立ては平らな面で行う必要があります。つまり、次のティーのペアを取り付けた後、構造全体を平面上に置き、水平にしてからはんだ付けする必要があります（可能であれば、平面上に直接はんだ付けすることをお勧めします）耐えてください）。はんだ付けは次のように行われます。幅 XNUMX ～ XNUMX mm のフラックスはんだの薄い層をパイプの端に塗布し、パイプを T 字型 (カップリング) に挿入し、はんだが溶けるまで接合部をバーナーで加熱します。。

この後、金属シートを加熱管にはんだ付けしますが、これが作業の中で最も難しく不快な部分です。まず、十分な量の通常のはんだを用意する必要があります。次に、熱交換器をシート上に配置した後、加熱管が通過する場所に印を付けて錫メッキする必要があります。構造全体を斜めに置き、強力な（90ワット）はんだごてとガストーチを同時に使用するとはんだ付けが便利です。はんだ付けする前に、シートをチューブに押し付ける必要があるため、必要に応じてクランプをいくつか並べ替えて使用しました。シートに直径1〜1,5 mmの穴を開け、ワイヤーで締め付けることができます。チューブは両側の全長に沿って、はんだ付けを惜しまずはんだ付けする必要があります。はんだ付けが完了したら、たとえば 10 つのコンセントを差し込み、1 つ目のコンセントを水道に接続するなどして、油圧テストを実行する必要があります。どこにも漏れたり垂れたりしてはいけません。完成した加熱パネルはマットブラックの耐熱塗料で XNUMX 層塗装されており、この塗料はエアゾールパッケージでホームセンターで販売されています。最後に、ティー XNUMX とトランジション XNUMX がインストールされます。

完成したパネルは木箱に入れられます（図2）。ボックスは、厚さ 25 mm の板 6 枚からなるほぞに組み立てられます。組み立てる前に、両面の基板の長辺に沿って、深さ6mm、幅8〜30mmの溝をカンナで選びます。箱の剛性を高めるために、30x300 mmの木製ブロックを箱の隅の溝の下端と面一に接着し、長さ400〜6 mmの同じ棒をXNUMX本（ほぼ中央に）接着します。裏蓋が取り付けられている側からボックスの長辺に沿って内側に入れます。厚さXNUMXmmの合板で作られた箱の裏蓋を取り付けるために使用されます。

図2（クリックすると拡大）

入口と出口のパイプを通すために、ボックスに溝が切り込まれています。事前に加熱パネルを固定して、これをローカルで行うことをお勧めします。ボックスを接着するには、優れた防水接着剤を使用する必要があります; 液体ネイルが非常に適しています。ボックスのすべての部品を製造して取り付けた後、撥水組成物（商品名「ポリフルイド」）を含浸させ、合成エナメルをXNUMX回塗装しました。

コレクターは次の順序で組み立てられます。

厚さ 50 mm の木製スペーサー XNUMX 枚がネジで裏蓋に取り付けられています (スペーサーが加熱管の下に落ちないように注意する必要があります)。
グラスウールの層を90〜100 mmの余裕をもって蓋の上に置き、グラスウールをスペーサーの反対側に移動させます。
ヒーターパネルをスペーサーに取り付け、ネジで固定します。
背面カバーをボックスに挿入し、カバーをネジでバーに固定します。
ボックスの壁に沿ってグラスウールをまっすぐにし、細い釘と幅広のワッシャーを使用して数か所に固定します。
シリコーンシーラントに保護ガラスを取り付けます。
建設用フォームでパイプの通路を吹き飛ばします。

ソーラーコレクターの同等の加熱面積は〜0,5 m2です。

太陽系の組み立て

太陽光発電設備の全体図を図 3 に示します。太陽光発電設備は単回路のサーモサイフォン式で、給水本管に恒久的に接続できるように設計されています。このスキームについては何度も説明されているので繰り返しませんが、技術的な実装に焦点を当てます。

貯蔵タンクについてはすでに述べましたが、これはアルミニウム製のバレルで、改造後の容量は約 0,3 平方メートルです。当初、樽の容量は約2平方メートルで、私には少し多いように思えたので、涙を流しながら高さを0,5メートル低くし、断熱のために、タンクを厚さ2 mmのミネラルウールで0,8層に包みました。ウールの上に防水生地を50層重ね、細い編み線で生地を固定します。屋根材の円（スカートの形）が上に配置され、これも編み線で固定されます。もちろん、アルミニウム製のバレルは贅沢ですが（幸運なだけです）、内側を防水塗料で塗装したスチール製の容器も非常に適しています。ポリエチレン製の容器を試すこともできますが、常に屋外にいる場合、耐久性はそれほど長くありません。どのタイプのタンクでも一般的な要件は、狭くて背が高いことです。

タンク内の継手は、長さ 100 ～ 150 mm の亜鉛メッキされたロッドでできています。ソーラーコレクターの接続には 3/4 インチのリード線が使用され、給水供給継手には 1/2 インチのリード線が使用されます。継手の設計を図 4 に示します。ここで考えられる唯一の問題は、ワッシャーの直径が大きいことです。店頭にはそのようなものはなく、フリーマーケットで適当なものを見つけました。タンクの穴は最初にドリルで開けられ、次にヤスリで必要な直径に整えられます。

図4（クリックで拡大）

パイプラインは金属プラスチックパイプでできており、作業に問題はなく、特別なツールも必要ありません（ちなみに、ローラーパイプカッターで完全に切断できます）。曲げ半径が大きい場合は、曲げスプリングを使用せずに行うこともできます。もう XNUMX つの利点は、油圧抵抗が低いことです。パイプを断熱するには、標準の断熱スリーブを使用します（パイプと同じ場所で購入します）。

トイレタンクのフロート弁を自動給水弁として使用しています。バルブを選択するときは、お金を節約すべきではありません。第一に、バルブは毎週上昇しないように信頼性が高く、第二に、バルブが開いているとき、水は主に出口から流れ出し、全方向に飛ばない必要があります。。バルブの出口パイプにはタンクの底までプラスチックチューブが設置されています。水が抜かれると、冷水がタンクの底に入り、温水が上部に移動します。

出口パイプは、一端に 1/2 インチのネジが切られた長さ 150 mm の亜鉛メッキパイプでできています。パイプは、シール継手と同じ方法でタンクの底でシールされています。標準のボールバルブ (ねじの残りの端にじょうろがねじ込まれているため、バルブにじょうろがねじ込まれています。十分な柔軟性と信頼性のあるチューブが見つからず、季節ごとにチューブを交換したくありませんでしたが、太陽光発電設備を使用しているとき、暑い日には洗浄用の水の温度が高すぎて、出口パイプが壊れてしまったことがわかりました。出口パイプとバルブの間にティーを取り付け、タンクの底に取り付けた追加の継手からフレキシブルホースと蛇口を介して冷水が供給される、一種のミキサーが完成しました。

太陽熱集熱器は 45°の角度で設置され、正確に南に向けられています。太陽光発電設備の全体図を図 5 に示します。

ソーラーコレクター付きサマーシャワー
Pic.5

シャワー室の設計は任意ですが、満水のタンクと自分の重量の合計に耐える必要があります。直径40 mm、40x40の正方形のパイプからキャビンのフレームを溶接し、床と屋根は厚さ40 mmの板で作られました。安全マージンをかなり大きく取った設計ですが、使用の見通しについてはさらに計画を立てています。

図 5 に示されている寸法は定説ではなく、本質的に助言であることを指摘しておきたいと思います。システムが正常に動作するには、次の XNUMX つの主な条件を満たす必要があります。

設備のすべての部分の良好な断熱を確保し、
最小限の油圧抵抗を提供し、
ソーラーコレクター入口パイプ (12) とタンクに取り付けられた温水継手 (9) の間の最大高さの差を確保してください。

結果

設備は0,38シーズン稼働していますが、問題は発生しておらず、メンテナンスも必要ありません（当然、秋には水が抜かれ、すべての蛇口が開きます。春には逆の操作が実行されます）。間接的に計算された設置効率は約 25 です (太陽熱集熱器についてはより正確な測定が計画されています)。設備に水を満たした後、または長時間の雨の後、設備は数日以内にモードに入ります。シャワーは30月から34月までご利用いただけます。春と秋には、出口パイプ付近の水温は37〜42℃の範囲です。キャビンにある種の間違いがあり、オープンにしすぎました。水はかなり暖かいですが、夕方には空気が冷たくなる可能性があるため、これを考慮することをお勧めします。夏の間、曇りの天候（場合によっては短い雨が降る）で、水温は 45 ～ 3 °C で、暑い日には 4 ～ XNUMX °C に達します。お湯の量は、XNUMX〜XNUMX人がきちんと洗うのに十分な量です（友達がテストすることもあります）。

夏のガス消費量は著しく減少し、ガス給湯器は実質的に使用されず、ガス消費量は月あたり4〜5立方メートルを超えません。一般に、課題は満足に解決されました。太陽光発電設備の製造には、購入した広く入手可能な材料のみが使用され、一晩の作業は必要ありませんでした。夏中は洗浄用の温水（無料）が提供されました。私はその結果に満足しており、無料の自然エネルギーの利用に向けてさらなる努力をするという前向きな衝動を受けており、自分のやってきたことを非常に誇りに思っています。

文学

1. サバディ P.R. 日当たりの良い家、モスクワ: Stroyizdat、1981 年。
2. 太陽熱と冷気の供給システム、編。 Sarnatsky E.V.、Chistovich S.A.、M.：ストロイズダット、1990年。
3. N. V. Kharchenko、個々のソーラー設備。
4. Artyushenko N.M.、個々の家の暖房、K: Budivelnik、1980 年。

作者: エフゲニー・カルポフ

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