Вакуумен слънчев колектор: принцип на работа + как да го сглобите сами

Значителни средства се изразходват за топла вода и отопление. Но има алтернативен източник на енергия - вакуумен слънчев колектор.Чували ли сте за това? Тя ви позволява значително да намалите финансовите разходи за поддържане на комфорт, осигурявайки максимален отоплителен ефект с минимални топлинни загуби.

Това устройство може да бъде закупено от производителите на домакинско оборудване или сглобено сами у дома. За да изберете правилния модел, трябва да проучите много информация. Ние ще ви помогнем да изберете основните критерии за покупка.

Статията ще обсъди принципа на работа и дизайна на вакуумния колектор. Ще говорим за дизайнерските характеристики на различни модели, ще разгледаме плюсовете и минусите на тези инсталации. Освен това ще опишем подробно как сами да направите и монтирате вакуумен слънчев колектор.

Материалът е придружен от видеоклипове, от които ще научите за важните характеристики и принципите на работа на вакуумните колектори.

Принцип на работа на вакуумния агрегат

Вакуумният слънчев колектор се различава от конвенционалните слънчеви системи по начина обработка на слънчева енергия. Класическата батерия просто взема светлина и я преобразува в електричество. Колекторът се състои от стъклени тръби с вакуум, създаден вътре. Те са обединени в единна система чрез специални докинг единици.

Във всяка тръба има канал от една или две медни пръчки с охлаждаща течност. Улавяйки слънчевите лъчи, активният елемент загрява охлаждащия материал, като по този начин осигурява работата на колектора.

Благодарение на този дизайн нивото на енергийна ефективност се увеличава значително и загубата на топлина е значително намалена, тъй като вакуумният слой ви позволява да спестите около 95% от уловената слънчева енергия.

Вакуумен слънчев колектор, поставен на покрива на частна къща, ще осигури топла вода на жителите през цялата година, а през студения сезон ще ви позволи удобно да отоплявате стаята, без да харчите много пари за нея.

Освен това се намалява зависимостта на производителността на колектора от сезонността, температурата на околната среда и различни метеорологични условия, като пориви на вятъра, частична облачност, валежи и др.

Как работи колектор от вакуумен тип?

Съвременните вакуумни устройства, които осигуряват топлина и топла вода на помещенията чрез слънчева енергия, се различават технологично.

Колекторите са разделени на следните видове:

• тръбен без стъклено защитно покритие;
• модул с намалено преобразуване;
• стандартна плоска версия;
• устройство с прозрачна топлоизолация;
• въздушна единица;
• плосък вакуумен колектор.

Вакуумният слънчев колектор е в състояние да осигури топла вода и отопление по всяко време на годината и при всяко време (+)

Всички те имат общо сходство в дизайна, така че се състоят от:

• външна прозрачна тръба, откъдето въздухът е напълно изпомпван;
• нагрята тръбаразположен в голяма тръба, където се движи течна или газообразна охлаждаща течност;
• един или два сглобяеми разпределителя, към който се свързват тръби с по-голям калибър и влиза циркулационен кръг от тънки тръбички, поставени вътре.

Целият дизайн донякъде напомня на термос с прозрачни стени, който поддържа безпрецедентно високо ниво на топлоизолация. Благодарение на тази функция тялото на вътрешната тръба придобива способността да се затопля ефективно и напълно да прехвърля енергийния ресурс към охлаждащата течност, циркулираща вътре.

Дизайнерски нюанси и класификация

Вакуумните колектори се класифицират според вида на стъклените тръби, монтирани в конструкцията, или според характеристиките на термичните канали. Тръбите обикновено са коаксиални и тип перо, а топлинните канали са U-образни с директен поток и тип топлинна тръба. .

Характеристики на коаксиалните тръби

Коаксиалните тръби са двоен стъклен термос с изкуствено създадено вакуумно пространство между стените. Вътрешната повърхност на тръбата има слой от специално топлопоглъщащо покритие, така че действителният топлопренос се осъществява директно от стените на стъклената колба.

Коаксиалните тръби са изработени от боросиликатно стъкло с висока якост, което има висока пропускливост на светлина. Елементите, в зависимост от производителя, имат до три слоя магнетронно разпрашване, демонстрират отлична здравина и устойчивост на различни атмосферни условия (дъжд, градушка и др.), издържат на налягане от 1 MPa и надеждно служат 15 години

Като абсорбиращ елемент, медна тръба, съдържаща етерен състав, е запоена в стъклена тръба. По време на процеса на нагряване той се изпарява, ефективно отдава топлината си, кондензира и тече към дъното на тръбата.След това цикълът се повтаря, като по този начин се създава непрекъснат процес на топлообмен.

Характеристики на перови тръби

Вакуумните перови тръби имат по-голяма дебелина на стената от коаксиалните и се състоят не от две, а от една колба. Вътрешният меден абсорбиращ елемент е оборудван по цялата си дължина с издръжлив усилвател - гофрирана плоча с високоенергоабсорбиращо покритие.

Благодарение на тази конструктивна характеристика, вакуумът се намира директно в термичния канал, част от който, заедно с абсорбента, е интегриран директно в колбата.

Вакуумната тръба за пера съдържа плоча вътре, която е оформена като перо. Нивото на ефективност надвишава възможностите на коаксиалния аналог, но има значително по-висока цена и е трудно да се замени, ако целостта на крушката е нарушена или нагревателният елемент се повреди

Колекторите, изработени от перови вакуумни тръби, се считат за най-ефективните в своя клас, работят добре и осигуряват надеждна услуга в продължение на много години.

Принцип на работа на топлинната тръба

Топлинните тръби се състоят от затворени тръби, съдържащи лесно изпаряващ се течен състав. Под въздействието на слънчевата светлина той се затопля, премества се в горната част на канала и се концентрира там в специален топлинен колектор (колектор).

В този момент работният флуид отдава цялата натрупана топлина и отново пада надолу, за да поднови процеса.

Втулката на топлообменника на топлинната тръба е свързана към топлообменника на колектора чрез специална муфа, запоена в самия 1-тръбен топлообменник, или е увита около 2-тръбен топлообменник.

Работният елемент на топлинната тръба е изработен от мед, а в по-редки случаи - от алуминий. Проявява висока устойчивост на експлоатационни натоварвания, служи надеждно 15 години, има разумна цена и е един от най-популярните елементи на съвременните тръбни вакуумни соларни системи

Освободената енергия се взема от топлинния резервоар от охлаждащата течност и се пренася по-нататък през системата, като по този начин се осигурява наличието на топла вода в крановете и радиаторите. Системата с топлинни тръби е лесна за инсталиране и демонстрира висока ефективност на работа.

Колекторите, оборудвани с вакуумни топлинни тръби, имат добро ниво на надеждност и са подходящи за използване не само в ежедневието, но и в слънчеви топлинни системи с високо налягане

В случай на повреда или повреда без никакви затруднения е възможно да се замени повредената единица с нова, без да се прибягва до реконструкция на цялата система.

Ремонтните дейности могат лесно да се извършат директно на мястото на колектора, без да се демонтира устройството и без да се прилагат ненужни усилия при работата.

Описание на U-образен еднопроточен топлообменник

Тръбата на топлообменника с директен поток е оформена като буквата U. Водата или работната охлаждаща течност на отоплителната система циркулира вътре. Една част от елемента е предназначена за студена охлаждаща течност, а втората правилно отстранява вече нагрятата.

При нагряване активният състав се разширява и навлиза в резервоара за съхранение, като по този начин създава естествена циркулация на течността в системата. Специално селективно покритие, нанесено върху вътрешните стени, повишава капацитета за поглъщане на топлина и подобрява ефективността на системата като цяло.

В сравнение с тръбите тип heat-pipe, U-образните продукти имат по-голямо хидравлично съпротивление, поставят по-високи изисквания към охлаждащата течност и са значително по-скъпи. Колекторите, работещи с U-образни тръби с директен поток, не могат да работят под високо налягане и осигуряват висококачествен топлопренос само през топлия сезон

U-образните тръби демонстрират висока производителност и осигуряват солиден топлопренос, но имат един съществен недостатък. Те образуват една цялостна конструкция с колектора и винаги се монтират заедно с него.

Няма да е възможно да се замени отделна единична тръба, която е повредена. За ремонт ще е необходимо целият комплекс да бъде демонтиран и на негово място да бъде поставен нов.

Сравнение на различни модификации

При производството на соларни модули термоканали и вакуумни стъклени тръби за слънчеви колектори се съчетават в различни комбинации.

Най-популярни сред потребителите са коаксиалните модели с топлинна тръба. Купувачите са привлечени от лоялната цена на устройствата и много проста, достъпна поддръжка през целия експлоатационен живот.

Вакуумен слънчев колектор с работен канал на топлинна тръба може лесно да се ремонтира. Смяната на повредени тръби се извършва на място и не включва демонтаж на системата или преместване на друго място. Въпреки това, преносът на топлина в тези модели е труден, поради което изходната ефективност е не повече от 65%

Вакуумните устройства с канали за топлинни тръби демонстрират висока надеждност и нямат ограничения за използване дори в слънчеви топлинни комплекси с високо налягане.

Устройствата с коаксиална колба, съдържащи U-образни канали с директен поток, също са включени в списъка на популярните. Те се характеризират с такива параметри като ниски топлинни загуби и ефективност от 70% и повече.

За да функционира правилно, вакуумното устройство с U-канал трябва да бъде инсталирано правилно. Желателно е минималният ъгъл на наклон да бъде поне 20⁰. Само по този начин ще бъде възможно да се осигури максимална възвръщаемост

Ситуацията донякъде се разваля от: сложен процес на ремонт, специфична поддръжка по време на работа и невъзможност за подмяна на отделна повредена единица. Ако нещо се случи с устройството, то се демонтира и се поставя изцяло нов колектор.

Тръбите за пера са структурно единичен цилиндър, изработен от стъкло с удебелени, здрави стени (в зависимост от производителя от 2,5 mm и повече). Съдържащата се вътре абсорбираща вложка от пера плътно приляга към работния канал, изработен от топлопроводим метал.

Почти перфектната изолация се създава от вакуумното пространство вътре в стъкления контейнер. Абсорбентът предава абсорбираната топлина без загуба и осигурява на системата ефективност до 77%.

В случай на неизправност колекторите, оборудвани с перови тръби, трябва да бъдат ремонтирани. Не е необходимо да сменяте цялата система, достатъчно е да намерите повреден модул, да го демонтирате и да поставите нов на негово място

Моделите с елемент от пера са малко по-скъпи от коаксиалните, но поради високата си ефективност осигуряват пълен комфорт в стаята и бързо се изплащат.

Най-ефективните и продуктивни са колбите с пера с вътрешни канали с директен поток. Реалната им ефективност понякога достига рекордни нива от 80%.

При монтиране на перови тръби в рамката върху пръта на всяка част се поставя здрава гофрирана гайка с пръстен и топлоустойчиво уплътнение. Това осигурява херметичността на цялата конструкция и позволява на колектора да функционира напълно при всякакви условия

Цената на продуктите е доста висока и при извършване на ремонт е необходимо да се източи цялата охлаждаща течност от системата и едва след това да се започне отстраняване на неизправности.

Какъв трябва да бъде топлинният колектор?

Топлинният колектор е друг много важен работен елемент на вакуумния колектор. Чрез това устройство натрупаната топлина се прехвърля от тръбите към охлаждащата течност.

Топлинният колектор се намира в горната част на устройството. Един от неговите компоненти, медна сърцевина, получава енергия и я предава на основната охлаждаща течност, циркулираща в затворена топлообменна система резервоар-колектор.

Правилната работа е гарантирана при свързване към системата. циркулационна помпа. Автоматиката, която управлява отоплителния комплекс, ясно следи нивото на температурата в каналите и, ако падне под допустимия критичен минимум (например през нощта), спира помпата.

Това ви позволява да избегнете обратното нагряване, когато охлаждащата течност започне да отнема топлината на горещата вода, събрана в резервоара за съхранение.

Плюсове и минуси на вакуумни колектори

Основното предимство на агрегатите е почти пълната липса на топлинни загуби по време на работа. Това се осигурява от вакуумна среда, която е един от най-качествените естествени изолатори. Но списъкът с предимствата не свършва дотук.

Устройствата имат и други отличителни предимства:

• работоспособност при ниски температури (до -30°C);
• способност за акумулиране на температури до 300°C;
• максимално възможно поглъщане на топлинна енергия, включително невидимия спектър;
• оперативна стабилност;
• ниска чувствителност към агресивни атмосферни прояви;
• нисък вятър поради конструктивните характеристики на тръбните системи, способни да преминават през тях въздушни маси с различна плътност;
• високо ниво на ефективност в райони с умерен и хладен климат с малък брой ясни и слънчеви дни;
• издръжливост при спазване на основните правила за работа;
• достъпност за ремонт и възможност за промяна не на цялата система, а само на един повреден фрагмент.

Недостатъците включват невъзможността на колекторите да се самопочистват от замръзване, лед, сняг и високата цена на компонентите, необходими за сглобяване на устройството у дома.

Слънчевият колектор е ефективно устройство, което ви позволява да преобразувате слънчевата енергия в топлинна енергия практически без загуби.

Направи си сам монтаж на уреда

Процесът на сглобяване на вакуумен колектор започва с производството на опорна рамка за работните елементи. Монтира се веднага на мястото, определено за блока.

Размерите и размерите на рамката зависят изцяло от модела, който се планира да бъде изработен, и обикновено се предписват в инструкциите, които се намират сред придружаващите документи към компонентите.

Готовата рамка за колектора е фиксирана към покрива, така че да заема чиста позиция и да не се люлее. Ако покривът на сградата е от шисти, използвайте облицовъчни греди и дебели винтове с голям калибър. За други покривни материали се използват конвенционални котви

Допълнително фиксирам местата, където рамката се среща с покривната повърхност с уплътнител, така че в бъдеще водата да не навлиза в къщата през дупките. След това резервоарът за съхранение се доставя до мястото на монтаж и се закрепва с винтове към горната част на рамката.

На следващия етап се сглобяват нагревателният елемент, температурният сензор и автоматичният изход за въздух. Всички спомагателни компоненти и свързаните с тях части са поставени върху включените омекотяващи подложки. За да прикрепите температурния сензор, използвайте гаечен ключ.

След това се организира доставката на водоснабдителни комуникации. За тази цел се вземат тръби от всякакъв материал, който е устойчив на ниски температури и може да издържи до 95°C. Добре доказано полипропиленови тръби и фитинги.

Полипропиленовите тръби са идеални за свързване на слънчевия колектор към жилищната водопроводна система. Армировката има добри физични свойства и експлоатационна издръжливост, служи надеждно дълги години и лесно се подменя при пукнатини или разкъсвания.

След свързване на водопровода, резервоарът за съхранение се напълва с вода и се тества за течове. Ако се установят течове някъде в рамките на 3-4 часа, те се отстраняват.

В края се монтират нагревателни елементи. За да направите това, медната тръба се увива в алуминиев лист и се поставя в стъклена вакуумна тръба. Отдолу върху колбата са поставени фиксираща чаша и обувка, изработени от издръжлива, гъвкава гума.

Горният меден връх на тръбата се натиска докрай в месинговия кондензатор. Вискозна термична контактна грес не се отстранява от тръбите. Щракнете заключващия механизъм върху скобата и монтирайте всички останали стъклени тръби, като използвате същия принцип.

Тръбните слънчеви колектори изискват редовна поддръжка и задължително почистване, особено в периоди на активен снеговалеж. Ако следвате тези прости правила, те ще работят дълго време и ще поддържат високо ниво на ефективност през целия си експлоатационен живот.

Върху конструкцията е поставен монтажен блок, към него се подава захранване от 220 волта и към системата са свързани три спомагателни блока - нагревателен елемент, вентилационен отвор и температурен датчик.

Последното нещо, което трябва да свържете, е контролер, предназначен да контролира правилно комплекса. В менюто на контролера се въвеждат желаните работни параметри и системата стартира в стандартен режим.

Дадени са стъпка по стъпка инструкции за изграждане на слънчев колектор тази статия.

Как да поставите устройството правилно?

За да може вакуумният колектор да работи пълноценно и да осигурява ефективно жилищното пространство с необходимата енергия, е необходимо да се намери най-благоприятното му местоположение и правилно да се ориентира устройството спрямо частите на света.

Вакуумните слънчеви колектори са много по-практични от плоските си аналогове. Когато една от работещите тръби се повреди и излезе от строя, тя е много лесно да бъде заменена с нова. След това системата ще продължи да функционира както преди. Ако няма незабавна възможност да поставите нов елемент на мястото на повредения, няма значение. Устройството ще може да изпълнява своите „задължения“, дори ако има устройство с повреден елемент.

За селища в северното полукълбо е важно колекторът да се постави в южната част на покрива на къщата или на слънчевата страна на обекта. Препоръчително е да се осигури минимално отклонение за равнината на устройството.

Ако не е възможно да насочите повърхността на юг, трябва да изберете най-светлия ъгъл в откритото пространство между запад и изток.

Високата ефективност на работа на вакуумния колектор се дължи и на факта, че той работи на принципа на огледалото и изравнява топлинната си мощност спрямо текущата височина на слънцето

Слънчевият енергиен комплекс не трябва да бъде покриван от комини, декоративни фрагменти от покриви, разперени клони на дървета и високи жилищни или технически сгради. Това ще намали ефективността на работа и ще намали нивото на нагряване на работните елементи.

Ако уредът е позициониран правилно, той ще осигури почти еднакъв топлопренос през цялата година, независимо от сезона.

Ако нямате богат опит в извършването на сложни ремонтни, монтажни и водопроводни работи, е нерационално да вакуумирате тръбите у дома. Този процес е много трудоемък и изисква специални знания и специализирано оборудване.

В допълнение, вакуумните елементи, направени самостоятелно, имат много по-ниско ниво на ефективност от фабричните части. Ето защо е най-разумно да закупите продукти от специализиран производител и след това да опитате да сглобите няколко секции у дома.

На уебсайта има селекция от статии за организиране на слънчева отоплителна система, препоръчваме ви да прочетете:

1. Слънчеви отоплителни системи: анализ на отоплителни технологии, базирани на слънчеви системи
2. Отопление на частна къща със слънчеви панели: диаграми и устройство
3. Гъвкави слънчеви панели: видове, характеристики + характеристики на свързване

Изводи и полезно видео по темата

Подробно, подробно описание на вакуумната тръба, принципа на нейната работа и характеристиките на функционирането на слънчевия колектор като цяло. Авторът говори за някои интересни нюанси и показва, че инсталацията може да се превърне в истинска алтернатива на газовия котел.

Интересна информация за работата на слънчевия колектор през зимата.

Как правилно да инсталирате вакуумен слънчев колектор със собствените си ръце у дома. Всички нюанси на процеса, препоръки и полезни съвети.

Познавайки основния принцип на работа на тръбния вакуумен слънчев колектор, можете сами да сглобите устройството. Монтажът ще бъде изцяло съобразен с вашите индивидуални изисквания и нужди.

Това не е много трудна задача, но изисква повишено внимание, скрупульозност и определени умения, в противен случай рискът от увреждане на целостта на колбата и нарушаване на нейната плътност се увеличава значително.

Каним всички, които се интересуват от избора, инсталирането или самостоятелното сглобяване на слънчев колектор, да оставят коментари и да задават въпроси. Формата за контакт се намира в долния блок.