Создание солнечного коллектора для обогрева дачного бассейна

XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Создание солнечного коллектора для обогрева дачного бассейна

Слесарева Д.А. 1
1МБОУ Гимназия № 3 г.Иркутска
Павловская Т.А. 1
1МБОУ Гимназия № 3 г.Иркутска
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Этим летом мы с семьей решили установить плавательный бассейн у себя на даче. Для комфортного плавания мы выбрали каркасный бассейн, объемом 11 000 литров. После установки стало понятно, что при нагревании солнцем, вода недостаточно теплая. Мы с папой стали изучать информацию, каким образом эффективно и недорого нагреть наш бассейн. Самым простым способом был нагрев с помощью электричества, но он оказался самым затратным и экологически небезопасным из-за выбросов угрожающих климату парниковых газов. Тогда мы решили своими руками сделать солнечный коллектор и, используя энергию солнца, попробовать нагреть наш бассейн. Так родилась идея создания проекта «Создание обогревателя для бассейна на солнечной энергии»

Цель: создание обогревателя для бассейна на даче с использованием солнечной энергии.

Задачи:

  1. Изучить информационные источники по исследуемой теме.

  2. Изучить источники энергии и составить схему об основных и альтернативных источниках энергии.

  3. Сравнить нагреватели по техническим характеристикам, выбрать наиболее эффективный.

  4. Создать солнечный коллектор своими руками.

  5. Провести исследование сравнения использования солнечного коллектора и электрического обогревателя при нагреве бассейна.

Методы исследования:

  1. Изучение информационных источников, в т.ч. просмотр информации в Интернете.

  2. Проведение сравнительного анализа обогревателей при нагреве бассейна.

Мы предполагаем, что в результате проведенной работы получим эффективный и экологичный обогреватель для бассейна на даче, с помощью которого будем нагревать наш бассейн в течение нескольких лет.

Опытно – экспериментальная работа по обогреву бассейна на дачном участке.

В нашем регионе резко континентальный климат, естественным способом вода в бассейне не прогревается. Для комфортного плавания в бассейне открытого типа необходим обогрев воды. Мы провели два эксперимента по нагреву воды разными обогревателями.

Для комфортного плавания на своем дачном участке мы выбрали каркасный бассейн, объемом 11 000 литров. Для его установки мы изучили географическое положение своего дачного участка. Наш дачный участок находится в СПК Юбилейный – это 16 км Байкальского тракта г. Иркутска. Местность здесь холмистая, холмы защищают садоводства от ветров. На климат оказывает влияние водоем – залив Волчий ручей, который находится недалеко от дачного участка. В прилегающих к водоему районах зима заметно мягче, а лето прохладнее. (см. Рисунок 1). Для набора воды использовали летний водопровод, вода при выходе из него около 22 о С.

В этом году в Иркутске было солнечное лето, в июне 18 солнечных дней со средней температурой 27о С, в июле 19 солнечных дней со средней температуры 25 о С, в августе 15 дней со средней температурой 23 о С [www.gismeteo.ru].

Р исунок 1. СПК Юбилейный. Источник: Google map

Лето в этом году в нашем регионе было солнечным и жарким, солнечных дней было много, что позволяло нагревать наш бассейн солнцем и эффективно использовать солнечную энергию.

Эксперимент по обогреву бассейна электрическим обогревателем

Цель: Провести опыт по нагреванию бассейна электрическим обогревателем

Ход работы: Выбрав самое солнечное место на участке, мы выровняли площадку для установки и всю площадку застелили черной непрозрачной пленкой, необходимой для дополнительного нагрева. Для очистки воды купили фильтровальную установку с кварцевым песком, благодаря ему бассейн летом не цветет.

Для обогрева бассейна объемом 11 000 литров купили электрический обогреватель мощностью 3,5 кВт. Электронагреватели для бассейна преобразуют электрическую энергию в тепловую. В корпусе электронагревателя установлен электрический тэн, который нагревает протекающую через него воду бассейна. Преимуществом является возможность легко организовать подогрев воды в любой действующей системе с минимальными работами по монтажу. Его работа не зависит от погоды. В таблице 1 приведен сравнительный анализ обогревателей.

Таблица 1

Сравнение обогревателей для воды

Критерии сравнения

Обогреватель 1

Обогреватель 2

Обогреватель 3

Производитель

Aqua SPA

EWT 80-70

Intex

Страна

Швеция

Германия

Китай

Потребляемая мощность

1,5 кВт

3,0 кВт

3,5 кВт

Напряжение питания

220 В

380 В

220 В

Объем бассейна, который обогреватель способен нагреть

5000 л

7000 л

11000 л

По нашим критериям подошел обогреватель фирмы Intex, так как он способен нагреть наш бассейн и его мощность позволит это сделать максимально быстро. Его стоимость 3000 руб.

Результат: Бассейн объемом 11 000 литров нагревается электрическим обогревателем на 5 градусов Цельсия за 24 часа. На это расходуется 3,5 кВТ*24 часа = 84 кВТ электроэнергии в сутки. Стоимость обогрева составляет = 84 кВТ*0,9 руб. = 75,6 руб. в сутки. Необходимо учитывать, что при пасмурной погоде нагрев продолжается, но при этом расход энергии больше. Но в ночные температуры происходит только поддержание температуры. Этим летом было 52 солнечных дня. 52*75,6 = 3931 руб. - стоимость электроэнергии. Эксперимент продолжался 39 дней, данные ежедневно вносились в таблицу (Приложение 1). В результате эксперимента средняя температура воды в бассейне около 34 градусов Цельсия. Провели расчет выбросов СО2 при использовании эл. обогревателя. Расчеты следующие: масса угля, которую надо сжечь чтобы получить 84кВт энергии, которую расходует электрический обогреватель считаем по формуле – 84кВт.ч/8,1 кВт.ч/к= 10,37 кг. Объем углекислого газа, образующийся при сжигании - 10,37 кг*1,7м3/кг =17,63 м3. Таким образом, объем СО2, образующийся от использования электрического обогревателя равен 17,63 м3., что экологически небезопасно.

Эксперимент с обогревателем с использованием солнечной энергии

Цель: Провести опыт по нагреванию бассейна коллектором с использованием солнечной энергии.

Ход работы: Для создания солнечного коллектора мы с папой придумали проект, нарисовали схему и поехали закупать материалы. Ниже приведена наша схема (Рисунок 2).

Рисунок 2. Схема солнечного коллектора, изготовленного самостоятельно

Мы купили фанеру, деревянные бруски для создания каркаса солнечного коллектора на рынке. На своем дачном участке мы нашли старую оконную раму, необходимую нам для создания «эффекта парника». Вырезали фанеру по размерам рамы и приколотили бруски. Для этого папа научил меня пользоваться циркулярной пилой и лобзиком. Прикручивая бруски, я освоила шуруповерт. Получился каркас для солнечного коллектора. Для того чтобы вода нагревалась от солнца быстрее мы решили покрасить каркас в черный цвет. После того как краска высохла, на следующий день мы приступили к укладке труб из полиэтилена низкого давления внутри каркаса. Получили конструкцию, вы можете ее увидеть в приложении. Закрыли ее рамой для большего теплового эффекта. Подключили насос, чтобы он качал воду с бассейна в наш солнечный коллектор. В результате проделанной работы было потрачено 3910 руб., данные представлены в таблице 2. Работа была завершена за 7 дней.

Таблица 2

Необходимые материалы для постройки солнечного коллектора

Наименование

кол-во

 

сумма

ОСП-плита

1

шт

1100

ПНД-труба

50

м

1350

Шурупы

60

шт

70

Крепеж

10

шт

230

Краны ПНД

2

шт

260

Черная краска

1

банка

300

Брусок

1

шт

600

Итого

 

 

3910

Работа по постройке солнечного коллектора была завершена за 7 дней. Начали проводить свое исследование в солнечный день.

 

Установка бассейна*
 

Закупка материалов
 

Поиск подходящей рамы
 

Подготовка основы коллектора. Отпиливание фанеры до нужного размера
 

Снимаем мерки для брусков. Отпиливание бруска лобзиком
 

Работа с шуруповертом. Прикручивание брусков шуруповертом
 

Готовая основа для коллектора. Покраска основы в черный цвет
 

Крепление шланга Шланги прикреплены
 

Солнечный коллектор Присоединение коллектора к бассейну
 

Солнечный коллектор работает

* Фото автора

Выводы:

Нагревание с помощью солнечного коллектора происходит только в дневное время и солнечную погоду, в пасмурную работу обогреватель совсем не работает. Поэтому нагрев с использованием солнечной энергии происходит дольше, чем с помощью электрического нагревателя, но за счет бесплатной энергии заметно дешевле (Таблица 3).

Таблица 3

Сравнение обогревателей для воды

Критерии сравнения

Электрический обогреватель

Обогреватель на солнечной энергии

Стоимость внедрения, руб.

3000 руб.

3910 руб.

Стоимость эксплуатации

3,5 кВТ *24часа =84 кВТ в день*0,90 руб=75,6 руб.

0 руб.

Стоимость эксплуатации (1 лето, 90 дней)

75,6 руб.*90 дней=6804 руб.

0 руб.

После проведения двух экспериментов и сравнения обогревателей можно сделать следующий вывод: стоимость внедрения электрического обогревателя дешевле, чем создание солнечного коллектора, так как на закупку электрического обогревателя ушло – 3000 руб., а на закупку материалов для изготовления солнечного коллектора - 3910 руб. Но при этом стоимость эксплуатации солнечного коллектора заметно дешевле – за одно лето оплачено за электроэнергию 6804 руб. при использовании солнечного коллектора стоимость составляет 0 руб.

Для экономии и увеличения скорости нагрева применение солнечного коллектора более эффективно, чем электрического. Для поддержания комфортной температуры коллектор незаменим.

Самостоятельно созданный коллектор может эксплуатироваться в течение 3 лет и более, соответственно в следующие годы при нулевом вложении пользование обогревателем на солнечной энергии будет бесплатным. Солнечный коллектор - экологически безопасен и безвреден для нашей природы. В будущем мы планируем продолжить свой эксперимент и изучить другие способы альтернативной энергии, возможно с использованием энергии ветра.

Приложение 1 Таблица наблюдений

 

Средняя температура воздуха

Температура воды с помощью солнечного коллектора

1 день

21°C

29°C

2 день

21°C

29°C

3 день

22°C

30°C

4 день

23°C

30°C

5 день

25°C

31°C

6 день

27°C

33°C

7 день

28°C

33°C

8 день

26°C

33°C

9 день

28°C

34°C

10 день

27°C

34°C

11 день

25°C

30°C

12 день

29°C

34°C

13 день

32°C

33°C

14 день

30°C

32°C

15 день

25°C

29°C

16 день

28°C

30°C

17 день

32°C

33°C

18 день

27°C

33°C

19 день

31°C

33°C

20 день

25°C

30°C

21 день

25°C

30°C

22 день

24°C

30°C

23 день

28°C

33°C

24 день

27°C

32°C

25 день

22°C

29°C

26 день

23°C

29°C

27 день

23°C

29°C

28 день

23°C

29°C

29 день

27°C

32°C

30 день

25°C

32°C

31 день

25°C

32°C

32 день

25°C

32°C

33 день

23°C

30°C

34 день

22°C

28°C

35 день

20°C

28°C

36 день

20°C

28°C

37 день

21°C

30°C

38 день

22°C

30°C

39 день

22°C

30°C

Список литературы

  1. Котельников В.С. «Пруды, фонтаны, бассейны. Все виды искусственных водоемов на вашем участке» Издательство: Феникс, 2015г.

  2. Скиба Т.В. «Большая детская энциклопедия в вопросах и ответах» Москва, 2019г.

  3. Электронный ресурс www.Yznavai.online.ru

  4. Электронный ресурс www.gismeteo.ru/ Дневник погоды в Иркутске. Архив погоды.

Просмотров работы: 113