Ηλιακός θερμοσίφωνας με το λάστιχο στο συλλέκτη σε σχήμα σερπαντίνας (δηλαδή ζιγκ ζαγκ)

Κατασκευή ενός ηλιακού θερμοσίφωνα με διάταξη λαστίχου σε σχήμα σερπαντίνας

Solar_water_heater_serpentine_all-left.jpg

Υλικά που χρειαζόμαστε

  • ένα μικρό παραλληλεπίπεδο κουτί με καπάκι, με διαστάσεις περίπου 30x25x10 εκ. ή μεγαλύτερο
  • περίπου 3-4 μ. μαλακό πλαστικό λάστιχο 14-16 χιλ. εσωτερικής διαμέτρου, είτε διάφανο λάστιχο που θα βαφτεί μαύρο είτε μαύρο λάστιχο ποτίσματος μικρής διατομής
  • 2 ή 3 πλαστικές πιπέτες με το στόμιό τους να ταιριάζει στη διατομή των 14-16 χιλ. του πλαστικού λαστίχου. Οι πιπέτες αυτές χρησιμοποιούνται για να συνδέουν λάστιχα ποτίσματος σε μεγαλύτερα λάστιχα για πότισμα στους κήπους ή στα χωράφια
  • μαύρη τέμπερα ή μαύρη πλαστική μπογιά και αλουμινόχαρτο
  • ένα άδειο πλαστικό μπουκάλι 1,5 ή 2 λίτρων
  • ένα κομμάτι πλεξιγκλάς, όσο και το κουτί μας
  • λίγο σύρμα και ένα σωληνάριο σιλικόνη
  • ένα κομμάτι φελιζόλ και μερικές οδοντογλυφίδες
  • ψαλίδι, κοπίδι, χάρακα, μαρκαδόρο ή μολύβι

Πως το φτιάχνουμε

Βρείτε ένα παραλληλεπίπεδο κουτί με καπάκι, περίπου 30x25x10 εκ. ή μεγαλύτερο. Συχνά στα βιβλιοπωλεία υπάρχουν τέτοια έτοιμα κουτιά αποθήκευσης από σκληρό χαρτόνι, που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε. Ενδεχομένως να χρειαστεί να μειώσετε λίγο το ύψος του κουτιού αφαιρώντας μερικά εκατοστά ύψους γύρω-γύρω από την περιφέρειά του. Τα χαμηλότερα κουτιά λειτουργούν καλύτερα ως συλλέκτες.
Σιγουρευτείτε, πάντως, ότι έχετε διαλέξει ένα γερό κουτί, που θα μπορεί να αντέξει το λάστιχο με το νερό στερεωμένο στο εσωτερικό του. Διαφορετικά, ενισχύστε τις πλευρές και τον πάτο του κουτιού κολλώντας επιπλέον φύλλα χαρτονιού.

Βάψτε το εσωτερικό του κουτιού με μαύρη τέμπερα ή μη τοξική πλαστική μπογιά, τόσο τον πάτο όσο και τις πλευρές του κουτιού.
Εναλλακτικά, μπορείτε να βάψετε μαύρο μόνο τον πάτο του κουτιού και να κολλήσετε αλουμινόχαρτο στις γύρω πλευρές του, προκειμένου να έχετε περισσότερη ανάκλαση της ηλιακής ακτινοβολίας μέσα στο κουτί.

Εισάγετε το λάστιχο μέσα στο κουτί από μια τρύπα που θα κάνετε στο κάτω δεξί μέρος του. Τοποθετήστε το λάστιχο μέσα στο κουτί σε μια συνεχή διάταξη σχήματος “S”, φτιάχνοντας το σχήμα μίας σερπαντίνας που ξεδιπλώνεται. Βγάλτε έξω από το κουτί το λάστιχο κάνοντας μια δεύτερη τρύπα στο πάνω αριστερό μέρος του (βλ. παραπάνω σχήμα).
Θα χρειαστεί να στερεώσετε το λάστιχο στο κάτω μέρος του κουτιού προκειμένου να διατηρηθεί σε σχήμα “S” ή διάταξη σερπαντίνας. Για το σκοπό αυτό θα πρέπει να ανοίξετε μερικές μικρές τρύπες σε ζεύγη, μία πάνω και μια κάτω από το λάστιχο, σε όλο το μήκος του λαστίχου που ακουμπά στον πάτο του κουτιού. Έπειτα χρησιμοποιήστε σύρμα για να δέσετε το λάστιχο στα αντίστοιχα σημεία. Αργότερα θα χρειαστεί να κλείσετε τις τρύπες με κόλλα ή να κολλήσετε ένα κομμάτι χαρτόνι από την έξω μεριά στη βάση της κούτας. Έτσι επίσης θα μονώσετε καλύτερα το κουτί του συλλέκτη.
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μαύρο λάστιχο ποτίσματος ή να βάψετε μαύρο το πλαστικό λάστιχο που έχετε τοποθετήσει μέσα στο κουτί.

Σχεδιάστε πάνω στο καπάκι του κουτιού ένα πλαίσιο περίπου 2-3 εκ. μέσα από τις ακμές του. Χρησιμοποιήστε με προσοχή ένα κοπίδι για να κόψετε και να αφαιρέσετε αυτό το πλαίσιο.
Σε ανοιχτό χώρο, κολλήστε με σιλικόνη ένα κομμάτι πλεξιγκλάς ανάλογων διαστάσεων με το εσωτερικό μέρος από το καπάκι, εκεί όπου προηγουμένως αφαιρέσατε το πλαίσιο του χαρτονιού (βλ. παρακάτω σχήματα).

Τοποθετήστε το καπάκι πάνω στο κουτί με τη διάταξη του λαστίχου.
Ο συλλέκτης είναι τώρα έτοιμος για να συνδεθεί με το ντεπόζιτο, που θα είναι από ένα πλαστικό μπουκάλι, προκειμένου να ολοκληρωθεί η κατασκευή του ηλιακού θερμοσίφωνα.

Solar_water_heater_serpentine_bottle.jpg

Ένα άδειο πλαστικό μπουκάλι 1,5 ή 2 λίτρων ή οποιοδήποτε άλλο μικρό πλαστικό δοχείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ντεπόζιτο για τον ηλιακό θερμοσίφωνα.
Είναι σημαντικό να βρούμε ένα τρόπο να συνδέσουμε το λάστιχο με το ντεπόζιτο (μπουκάλι) χωρίς να έχουμε διαρροές νερού. Ένας τρόπος είναι να χρησιμοποιήσουμε πιπέτες, τις οποίες χρησιμοποιούμε για να διακλαδώσουμε τα λάστιχα ποτίσματος σε κήπους και χωράφια. (βλ. αριστερό σχήμα).
Χρησιμοποιήστε 2 πιπέτες, μία 5 εκ. από τον πάτο του μπουκαλιού και μια 5 εκ. από το πάνω μέρος του μπουκαλιού (βλ. δεξιό σχήμα). Τρυπάτε και βιδώνεται την κάθε πιπέτα έτσι, ώστε να σφηνώσει ένα κομμάτι πλαστικού από το μπουκάλι στο εσωτερικό στόμιό τους.
Επιπλέον, μπορείτε να κολλήσετε τις πιπέτες με σιλικόνη πάνω στο μπουκάλι για να αποφύγετε έτσι πιθανή διαρροή νερού. Το ντεπόζιτο από ένα πλαστικό μπουκάλι είναι τώρα έτοιμο.

Συνδέουμε το λάστιχο που βρίσκεται στο πάνω άκρο του συλλέκτη με την πάνω πιπέτα του μπουκαλιού. Έπειτα παίρνουμε ένα χωνί και γεμίζουμε νερό το λάστιχο από την άλλη άκριά του μέχρι να τρέξει μέσα στο μπουκάλι και μέχρι να περάσει το επίπεδο της πάνω πιπέτας και του λαστίχου που μόλις συνδέσαμε. Στη συνέχεια συνδέουμε το λάστιχο που βρίσκεται στο κάτω άκρο του συλλέκτη με την κάτω πιπέτα του μπουκαλιού.
Μην ξεχάσετε να ανοίξετε μια μικρή τρύπα στο καπάκι του μπουκαλιού για να αποφύγετε την επίδραση της πίεσης του εγκλωβισμένου αέρα στο πάνω μέρος του μπουκαλιού. Επίσης, τοποθετήστε το μπουκάλι-ντεπόζιτο περίπου μισό μέτρο πάνω από το συλλέκτη, πάνω σε ένα κουτί ή σε ένα μικρό τραπέζι.
Μπορείτε ακόμα να μονώσετε το μπουκάλι-ντεπόζιτο κόβοντας κομμάτια φελιζόλ και συναρμολογώντας τα με κόλλα ή αυτοκόλλητο σκρατς γύρω-γύρω από το μπουκάλι (βλ. τελευταίο σχήμα).
Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι τώρα έτοιμος να αφεθεί στον ήλιο και να θερμάνει το νερό που βρίσκεται μέσα στο ντεπόζιτο-μπουκάλι.

Ερωτήματα

Τι συμβαίνει στον ηλιακό συλλέκτη;
Γιατί ο ηλιακός συλλέκτης είναι βαμμένος με μαύρη μπογιά και γιατί τα λάστιχα είναι μαύρα;
Γιατί κλείνουμε το κουτί του ηλιακού συλλέκτη με τζάμι ή πλεξικγλάς;
Τι συμβάινει με την ηλιακή ακτινοβολία που μπαίνει μέσα στον ηλιακό συλλέκτη;
Γιατί το μπουκάλι ή το δοχείο με το νερό είναι τοποθετημένο ψηλότερα από το συλλέκτη;
Τι θα κερδίσουμε αν μονώσουμε με φελιζόλ ή άλλο μονωτικό υλικό το δοχείο του νερού (ντεπόζιτο);

Τι συμβαίνει;

Thermosiphon2_c.jpg

Ένας απλός ηλιακός θερμοσίφωνας, όπως αυτός που φτιάξαμε, λειτουργεί μ’ ένα μάλλον μηχανικό τρόπο, μέσα στο πεδίο βαρύτητας της γης. Ουσιαστικά έχουμε να κάνουμε με το φαινόμενο του θερμοσίφωνα ή καλύτερα με την "αρχή του θερμοσίφωνα", όπου το βαρύτερο (περισσότερο πυκνό) κρύο νερό, που έρχεται από το κάτω μέρος του μπουκαλιού-ντεπόζιτου σπρώχνει το νερό που ζεσταίνεται μέσα στο συλλέκτη, δηλαδή το μαύρο κουτί με το λάστιχο. Έπειτα, αυτό το ζεστό νερό που γίνεται ελαφρύτερο (λιγότερο πυκνό) «σκαρφαλώνει» σιγά-σιγά πίσω στο μπουκάλι-ντεπόζιτο, για να συνεχίσει αυτός ο κύκλος ξανά και ξανά.

Ουσιαστικά, ο ηλιακός θερμοσίφωνας κατά την λειτουργία του εκμεταλλεύεται το φυσικό φαινόμενο της ροής των ρευστών λόγω διαφοράς θερμοκρασίας και συνεπώς της διαφοράς πυκνότητας που αποκτούν. Έτσι πετυχαίνεται με φυσικό τρόπο χωρίς κυκλοφορητή (αντλία) μια συνεχής ροή του θερμαινόμενου μέσου, από το θερμότερο σημείο (ηλιακός συλλέκτης) προς το ψυχρότερο (δεξαμενή νερού-δοχείο ή μπουκάλι), μέχρις ότου τα δύο σημεία να αποκτήσουν παρόμοιες θερμοκρασίες. Για να είναι αυτό δυνατό πρέπει το ψυχρότερο σημείο να είναι ψηλότερα από το θερμότερο σημείο και για τον λόγο αυτό σε όλους τους ηλιακούς θερμοσίφωνες η δεξαμενή αποθήκευσης είναι πάντα ψηλότερα από τον ηλιακό συλλέκτη. Η συνολική απόδοση του ηλιακού θερμοσίφωνα εξαρτάται από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, τις καιρικές συνθήκες και τη νεφοκάλυψη, καθώς και από την αποτελεσματικότητα της θερμικής μόνωσης του συστήματος. Η θέρμανση του νερού επιτυγχάνεται με την "εκμετάλλευση" του φαινομένου του θερμοκηπίου που αναπτύσσεται τεχνητά στο συλλέκτη του (ή στους συλλέκτες του, εφόσον έχει διασυνδεμένους περισσότερους από ένα).

Διδακτική αξιοποίηση

Ο ηλιακός θερμοσίφωνας μπορεί να κατασκευαστεί από ζευγάρι ή μικρή ομάδα παιδιών ως ένα σχέδιο εργασίας (project) για μια έμπρακτη εφαρμογή χρήσης της ηλιακής ενέργειας. Η κατασκευή αυτή μπορεί να ενταχθεί στην ενότητα "Ενέργεια" της Στ΄ τάξης και συγκεκριμένα στις "Ανανεώσιμες και μη πηγές ενέργειας" [Φύλλο Εργασίας 12] καθώς επίσης και στο ΦΕ 13 για την "οικονομία στη χρήση της ενέργειας". Ακόμα, μπορεί να αξιοποιηθεί στην ενότητα "Θερμότητα" της Στ΄ τάξης και συγκεκριμένα στη "μεταφορά της θερμότητας με ρεύματα" [Φύλλο Εργασίας 2].

Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 License