Самодельная ветряная уставка для отапливания загородного дома - «Идеи мастеру»

Наш заголовок — не шутка и не опечатка. Ветер действительно может обогреть жилище. Правда, для этого вам придется собрать ветряную установку, о которой и пойдет наш рассказ.

Взгляните на схему. Электрическая энергия, выработанная вращающимся ветряком, с генератора поступает непосредственно на электронагреватели, напоминающие всем известные кипятильники. Они встроены в корпус теплового аккумулятора — большого теплоизолированного бака, наполненного водой. Нагрев воды происходит непрерывно, пока работает генератор: чем сильнее ветер, тем больше ток и соответственно больше тепловой энергии. Таков вкратце принцип работы системы.

Ветряная установка для отапливания дома

Вода перемещается по трубам самотеком: ведь теплая вода имеет меньшую плотность, чем холодная, и поэтому она поднимается вверх. А более плотная холодная вода опускается вниз, попадает через нижнюю трубу в аккумулятор, и все начинается сначала. Хотя, конечно, никакого «начала» или «конца» тут нет, а есть лишь постоянное конвекционное движение теплоносителя. Итак, теоретическая картина ясна. Остается построить установку?.. Не спешите, сначала нужно рассчитать необходимую мощность генератора. Он должен быть тем мощнее, чем больше теплопотери дома, который мы собираемся обогревать.

Эти теплопотери рассчитываются по формуле: Q = VqО(t bh — t ар)n, где V — объем здания (м?), t bh — минимально допустимая температура воздуха в помещении, равная 18 °С, t нар — минимальная температура наружного воздуха для данного района; qo — объемная теплоемкость здания, для одноэтажных домов принимаемая равной 0,81 Вт/м? х град.; n — безразмерный поправочный коэффициент на климатические условия, принимаемый равным: при : при t нар больше или равно — 10 °С.....1,2; t нар больше или равно — 20 °С.....1,1; t нар больше или равно — 30 °С.....1,0; t нар больше или равно — 40 °С....0,9.

К примеру, в Одесской области средняя температура наиболее холодной пятидневки —15 °С. Для Киевской области это уже —21 °С, а для Ленинградской области —25 °С. Какую из этих областей взять для примера? Возьмем «среднюю»: Киевскую. Если площадь хорошо утепленного зимнего дома составляет 46 м? при высоте потолка 2,5 м, то при объеме 46х2,5 = 115 м? теплопотери в единицу времени для Киевской области составят: Q = 115х0,81х[18—(—21)]x1,1 = 4000 Вт. Следовательно, для отопления дома в наиболее холодный период с учетом коэффициента запаса (1,15...1,17) нам нужно иметь теплопроизводительность системы отопления примерно 4700 Вт. Такой должна быть минимальная мощность генератора для Киевской области. Думается, для вас не составит труда провести аналогичный расчет, исходя из климатических данных района, где вы живете.

В системе конвекционного отопления лучше всего использовать чугунные радиаторы, например, М-140АО. Они продаются в магазинах стройматериалов. Такие радиаторы дают возможность применить трубы большого диаметра, что очень важно для хорошей циркуляции воды. Кроме того, благодаря большой массе они хорошо накапливают и долго сохраняют тепло, отличаются долговечностью по сравнению со стальными.

Пусть суммарная длина наружных стен самой большой комнаты (см. рис.) составляет примерно 30% от общей длины наружных стен дома. Тогда теплопотери этой комнаты составят 4700x0,3 = 1410 Вт. Исходя из того, что каждый квадратный метр поверхности батареи имеет теплопотери около 500 Вт, подсчитаем количество секций в самой большой комнате, при условии, что поверхность каждой секции равна 0,3 м? : 1410 : (500х0,3) = приблизительно 10 секций. Для всех помещений дома суммарное число секции составит приблизительно 32 секции. Эти батареи следует распределить по помещениям так, чтобы в жилых комнатах секций было больше, чем в других местах.

Генератор, мощность которого мы определили, — переменного или постоянного тока с любым рабочим напряжением. В качестве генераторов можно использовать некоторые типы электродвигателей, например, любой двигатель постоянного тока. Если рабочее число оборотов генератора, при которых он производит ток, большее, чем число оборотов нашего ветряного ротора (в зависимости от силы ветра оно может составить 150-500 об/мин), нужно использовать повышающий редуктор. Подойдет редуктор от подвесного лодочного мотора мощностью не менее 5 л. с. Применение повышающего редуктора, кроме того, даст возможность расположить генератор горизонтально: ведь лодочный редуктор передает усилие под углом 90°.

Нагревателями служат готовые спирали от электроутюгов и электрокаминов, имеющиеся в продаже. Если мощность одного нагревателя мала, нужно сделать несколько одинаковых нагревателей, которые в сумме будут соответствовать по мощности максимальной мощности генератора. Нагреватели подключаются к генератору параллельно, причем несколько нагревателей монтируется про запас. Каждая спираль вставлена в U-ооразную медную трубку внутренним диаметром 12-16 мм, в зависимости от размера спирали. Трубка припаивается к корпусу емкости обычным оловянным припоем. Для этого удобно использовать бензиновую горелку. Можно применить в этом случае и механическое крепление с уплотнением. Спирали с изоляторами протаскиваются через медную трубку с таким расчетом, чтобы выводы от спиралей начинались внутри емкости на расстоянии 5-6 см от ее стенки. Выводы нагревателей следует изолировать и вывести на переключатель. Таким образом при ремонте части нагревателей остальные продолжают работать.

Тепловой аккумулятор для нашего расчетного варианта представляет собой сварную стальную ванну из листа толщиной 3-5 мм емкостью 5000 литров, помещенную в деревянный ящик, установленный на прочной платформе. Можно применить емкость меньших размеров, но тогда и количество запасенного ею тепла окажется меньше. В качестве теплоизолятора используется шлаковата. Снаружи ящик закрыт двумя слоями пергамина или рубероида и засыпан с боков и сверху керамзитом, или древесными опилками пополам со шлаковатой, или сухим песком. Такой тепловой аккумулятор обеспечивает обогрев помещений в течение 3-4 суток, если генератор по каким-либо причинам отключен.

Роль теплового аккумулятора в крайнем случае может играть емкость из железобетона. Особое внимание в этом случае нужно обратить на опору: она должна быть особенно жесткой и прочной, чтобы емкость не растрескалась. Помещение (подпол) для емкости должно быть сухим в течение всего года, в том числе и при весеннем повышении уровня грунтовых вод.

Ротор представляет собой барабан высотой 1,5 м и диаметром 3,6 м. Лопасти изготавливаются из стандартных листов кровельной оцинкованной стали размером 1,5х2,5 м. Рама лопасти и другие элементы жесткости изготовляются из стальных или алюминиевых уголков. Жесткость конструкции ротора придают верхнее и нижнее кольца, крестовины (также изготовленные из уголков), тросы с регулировочными элементами.

Ось ротора представляет собой отрезок трубы с внешним диаметром 60-80 мм. Подшипники подбираются заранее, поскольку их размеры должны быть согласованы с размерами оси. При монтаже ротора сначала привариваются крестовины, а затем к ним крепятся на болтах лопасти. Все элементы конструкции следует расположить симметрично относительно осевых линий, поскольку от этого зависит балансировка конструкции.

Мачта сваривается из уголка со стороной 60-80 мм. Для ее большей устойчивости используются растяжки из стального троса. Регулировочные элементы на растяжках обязательны.

Монтаж ротора и прочего оборудования осуществляется на земле. Поднимать мачты, как и опускать, можно только в безветренную погоду. Конечно, не забудьте окрасить ротор и мачту суриком, а затем масляной краской.