При строительстве теплиц «солидных» размеров резонно сделать купол в виде многогранника с отсеченной нижней частью. Тогда общее число необходимых узлов и ребер уменьшается на 5, еще пять узлов видоизменяются (в них соединяются по четыре ребра, два из которых длиной 1,62ха лежат в горизонтальной плоскости). Площадь парника составляет 4,5ха2. В случае использования икосаэдра в качестве купола общее число узлов уменьшается на 1, число ребер – на 5, а 5 узлов видоизменяются наиболее простым способом – убирается одно из пяти соединений. Площадь парника равна 1,72ха2. Для правильной сборки куполов очень желательно максимально точное изготовление узлов – вершин.
Рис. 7.14. Крепление пленки на ребрах
Для компенсации погрешностей изготовления (в некоторых пределах) имеются следующие возможности. Во-первых, можно до известных пределов раззазорить соединение ребер в узлах, а во-вторых, желательно иметь некоторую зону осевого перемещения ребер в узлах, что позволит компенсировать погрешности всей конструкции путем удлинения ребер. Соединить трубчатые ребра с втулками узлов наиболее просто шплинтами или «морскими болтами» на сквозных отверстиях. Если это почему-либо нежелательно, можно обойтись одним выполняемым во втулке узла резьбовым отверстием с ввернутым в него винтом. В трубке-ребре сверлится соответствующее гладкое отверстие. Размечать отверстия под фиксаторы следует в процессе пробной сборки одновременно с подгонкой элементов.
Собранный каркас покрывают либо стеклом, либо полиэтиленовой пленкой. Трубчатый каркас, который может быть легким (алюминиевые, пластиковые, деревянные ребра), резонно покрывать полиэтиленом. И тут надо решить две проблемы: как раскроить пленку и как закрепить ее на ребрах. Наиболее прост раскрой пленки для икосаэдра. Его боковую поверхность легко закрыть одной полосой номинальной шириной 0, 87ха. Верхняя часть покрытия купола может быть в худшем случае сделана из пяти кусков в форме равносторонних треугольников с номинальным значением стороны а.
Для крепления пленки на ребрах используются цилиндрические шайбы, полученные из разрезанных по образующим на две-три части 30 – 40 мм отрезков тех же труб, что идут на изготовление ребер (рис. 7.14). Резьбовое отверстие под винт делается в трубе, если позволяет толщина стенки. Для тонкостенных или пластмассовых труб может быть использован и винт с гайкой. Для полоски, на которую накручивается припуск пленки, подойдут жесть, фанера, пластик и т. п. Главное, чтобы длина ее равнялась длине трубки-ребра. Шайб и винтов на каждое ребро нужно три и более в зависимости от жесткости полоски и длины ребра.
Для додекаэдра есть смысл нарезать куски сразу на две грани, тогда несколько ребер освобождаются от крепежных деталей. Крепление пленки аналогичное. Если парник-многогранник маленького размера, что исключает возможность входить внутрь, его можно сделать откидным. Для этого одно из нижних ребер нужно закрепить на основании шарнирно. Тогда для обработки площади парника достаточно просто откинуть его на шарнирах. В больших теплицах входную дверцу можно выполнить в виде одной из граней (в додекаэдре – пятиугольник, в икосаэдре – треугольник), шарнирно закрепленной на ближайшем ребре. Все, о чем говорилось выше, касается легких укрытий, которые, в частности, могут быть разборными и в межсезонье убираться.
А можно ли сделать стационарную теплицу-купол с остеклением? Оказалось, что не только можно, но во многом и проще. На рис. 7.15 приведен соединительный узел купола в виде додекаэдра. На пирамиде – вершине многогранника, сделанной, как описано выше, закрепляются металлические уголки (сваркой, болтами, заклепками). При этом полки уголка, прилегающие к граням пирамиды, образуют плоскость грани купола, которая может быть остеклена.
Крепление стекла показано на рис. 7.15 и 7.16. В качестве крепежных подойдут винты М4 с полукруглой головкой, которых достаточно 4 – 5 шт. по длине для каждого стекла при обязательном наличии прокладки. Для облегчения всей конструкции можно использовать алюминиевый уголок. Такую конструкцию целесообразно собирать, начиная с верхней части, наращивая пояс за поясом и сразу окончательно скрепляя ребра с вершинами. Завершая тему о таких необычных, но вполне реальных парниках, упомянем о вентиляции, что очень важно.
Рис. 7.15. Соединительный узел и крепление стекла
Рис. 7.16. Крепление стекла
Рис. 7.17. Крепление стекла
Для парников с шарнирным креплением одного из ребер основания можно, например, организовать откидывание купола на некоторый угол с целью проветривания, если температура в парнике чрезмерно повысилась. В больших теплицах легко реализуется схема с открыванием пары окон для обеспечения приточно-вытяжной вентиляции (рис. 7.17). В заключение остается обратить внимание на весьма важное свойство описанных конструкций и технологии – их сравнительно низкую (по отношению к традиционным) трудоемкость. Получается, что на пути реализации стольких очевидных преимуществ купольных укрытий лежит всего лишь навсего барьер традиционности, преодолеть который, безусловно, стоит.
7.4. Почем немного солнца?
Идея использования солнечной энергии для обогрева жилья и получения горячей воды для других хозяйственных нужд далеко не нова. За рубежом, например, десятилетиями существуют и в настоящее время процветают фирмы, поставляющие на потребительский рынок высокоэффективное оборудование для гелиоустановок бытового назначения. По данным печати, только в Европе потребление солнечной энергии по сравнению с 1987 годом возросло более чем в 10 раз. Обусловлено это не только и даже не столько тем, что энергия эта, дескать, дармовая, а в гораздо большей степени отношением граждан к охране окружающей среды, поскольку уж солнечная-то энергия является действительно экологически чистой.
В недавнем прошлом промышленностью выпускалось подобное оборудование и у нас, но в основном в соответствующей литературе приводились описания многочисленных бытовых гелиоустановок, реально изготовленных некоторыми умельцами и вполне доступных для изготовления другими. Сложилась некая классическая схема таких установок (рис. 7.18), в обязательном порядке содержащих коллектор (поглотитель солнечной энергии) и термоаккумулятор (накопитель тепла), соединенные в контур трубопроводами. В качестве теплоносителя чаще всего предлагается вода, для заполнения и слива которой система должна иметь соответствующие устройства, которые могут быть разными в зависимости от того, расходная (потребляется горячая вода) или безрасходная (замкнутый контур отопления) система.
Возникает вопрос: почему же, если все так ясно и просто, солнечные установки не наблюдаются на каждом доме, ведь энергия при этом, как говорится, достается даром? Попробуем разобраться с этим вопросом.
Возможных конкретных воплощений гелиоустановок много: есть автономные мини-установки (рис. 7.19), есть даже компактные отопительные системы (рис. 7.20), кто-то предлагает контур на водопроводных трубах, кто-то рекомендует использовать (для коллекторов в частности) тонкостенные стальные или медные трубы (и в этом есть резон). Одних только коллекторов существует великое множество – от простейших – с применением шланга (поз. 1, 2, 3 на рис. 7.21) до изготовленных с использованием сложнейших технологий (поз. 7, 8). Но сложились и решения, буквально кочующие из описания в описание. Больше всего это относится к самым сложным узлам – коллекторам. Традиционно это плоский ящик с остекленной верхней гранью. В нем находится нагреватель теплоносителя: чаще всего трубчатый – либо змеевик, либо подводящий и отводящий патрубки, соединенные системой параллельных трубок. Внутренняя поверхность ящика, как правило, зачернена, а боковые стенки и днище – теплоизолированы.
Рис. 7.18. Типичная схема гелиоустановки: 1 – днище корпуса коллектора; 2 – рама корпуса коллектора; 3 – теплоизоляция; 4 – трубчатый коллектор; 5 – зачерненная поверхность; 6 – стекло; 7 – штапики
Рис. 7.19. Автономная мини-водогрейка: 1 – бак; 2 – рама корпуса коллектора; 3 – теплоизоляция; 4 – трубчатый змеевик; 5 – крепежный лист; 6 – стекло
Рис. 7.20. Компактная отопительная установка
Рассмотрим назначение всех элементов конструкции. Ящик – это корпус узла, которого без корпуса вроде бы и нет. Стекло закрывает внутреннюю полость корпуса от атмосферных влияний и пропускает в коллектор лучистую энергию, ради поглощения которой все и делается. А можно ли без стекла? В принципе можно, но что станет с конструкцией, если ее будет заливать дождевая вода? Кроме того, стекло выполняет еще одну роль: оно снижает потери тепла коллектором за счет охлаждения его наружным воздухом (вспомним парник). Черное покрытие внутри ящика служит для повышения поглощательной способности коллектора – увеличения «усвоения» пришедшей на данную площадь лучистой энергии. Теплоизоляция снижает теплопотери с незастекленной части корпуса коллектора.
